不同青贮添加剂对饲用谷子青贮品质的影响

赵牧其尔， 王志军， 包 健， 孙 林， 张永虎， 温 蕊， 王 伟， 贾玉山， 格根图*

(1. 内蒙古农业大学草原与资源环境学院， 农业部饲草栽培、加工与高效利用重点实验室， 草地资源教育部重点实验，内蒙古 呼和浩特 010019； 2. 内蒙古自治区农牧业科学院， 内蒙古 呼和浩特 010031； 3. 呼伦贝尔学院， 内蒙古 呼伦贝尔 021008)

谷子(SetariaitalicaL.)起源于我国，性喜高温，属于耐寒稳产作物，具有抗逆性强、水分利用率高、适应性强等特点[1]。谷子含丰富的蛋白质、脂肪和维生素，具有较高的保健作用[2]。青贮饲料具有耐贮藏、柔软多汁、利于动物消化吸收的优点，在畜牧生产中已得到广泛使用[3]。

谷子直接作为饲料利用时水分含量高，容易发霉变质，不仅营养价值下降，而且影响家畜健康，因此，在饲料化利用过程中，常将其加工调制成青贮。对谷草进行青贮处理，可以有效保存其营养成分、提升适口性并减少寄生虫病害的发生。谷子茎秆中空，单独青贮时很难达到完全厌氧的环境，导致其青贮时pH值升高、乳酸含量低，品质欠佳。为了减少青贮发酵的损失，提高其营养价值，在制作青贮饲料时常使用青贮添加剂，其中植物乳杆菌、纤维素酶和蔗糖等最为常见。近年来，很多学者以燕麦(AvenasativaL.)、全株玉米(ZeamaysL.)等植物为原料，添加乳酸菌、蔗糖、纤维素酶等调制青贮饲料，结果表明，青贮添加剂明显改善了作物的青贮品质[4-5]。

饲用谷子获得高产的关键环节是适时刈割技术，不同生育时期饲用谷子草产品的品质不同。李林等[6]研究结果表明，降低切碎长度和使用复合菌剂发酵均有助于促进全株饲用谷子青贮中纤维的分解，减少其丁酸产量，改善青贮感官评分。也有研究报道以灌浆期的‘张杂谷’为原料调制青贮饲料，结果表明，添加糖蜜和青贮添加剂使发酵底物充足，有机酸含量升高，pH值降低，抑制有害微生物生长，从而提高‘张杂谷’的青贮品质[7]。董扬等[8]对黑龙江半干旱地区饲草谷子的栽培技术进行研究，综合产量和品质因素得出在灌浆期刈割适宜调制干草，而乳熟期刈割适宜调制青贮饲料。本课题组前期通过对谷子灌浆期、乳熟期和蜡熟期调制青贮饲料，也得出了相似的结论。基于此，本研究以乳熟期的谷子作为原料，添加乳酸菌、蔗糖和纤维素酶制剂等添加剂制备了青贮饲料，并对其添加效果进行了评价，以期为生产优质的谷子青贮饲料以及青贮微生物添加剂在青贮饲料中的推广应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1青贮原料 谷子于2018年5月17日种植于内蒙古乌兰察布四子王旗吉生太镇老圈滩村(41°34′～41°54′ N，111°21′～111°34′ E)。供试材料为乳熟期刈割的谷子，收获时间为9月4日。供试品种‘118’为内蒙古清水河县农家品种，发芽率为80%，由内蒙古自治区农牧业科学院提供。

1.1.2青贮添加剂 青贮添加剂种类、添加量及来源如表1所示。

表1 青贮添加剂种类、添加量及来源

1.2 试验设计

2018年9月4日，将采集后的新鲜谷子用手持铡刀切成 3～5 cm左右的长度。试验共设置6个处理：无添加组作为对照组(CK)、添加乳酸菌组(LP)、添加蔗糖组(S)、添加纤维素酶组(CE)、添加乳酸菌和蔗糖组(LP+S)、添加乳酸菌和纤维素酶组(LP+CE)。将添加剂溶解在50 mL蒸馏水中，用微型喷雾器喷洒在原料上，对照组喷洒50 mL蒸馏水。青贮添加剂的添加量均为鲜重基础，每个处理设置4个重复。混合均匀后装入良好密封性的聚乙烯真空袋，抽真空密封，室温下保存60 d后开封取样分析。

1.3 测定指标及方法

1.3.1营养品质的测定 采用烘干法[9]进行干物质(Dry matter，DM)含量的测定；采用GB6439-92燃烧法测定有机质(Organic matter，OM)的含量[9]；利用全自动杜马斯定氮仪进行测定粗蛋白质(Crude protein，CP)含量[10]；采用GB6433-94索氏脂肪提取法测定粗脂肪(Ether extract，EE)含量[11]；利用ANKOM A220全自动纤维仪分析样品的中性洗涤纤维(Neutral detergent fiber，NDF)与酸性洗涤纤维(Acid detergent fiber，ADF)含量[12]；利用蒽酮-硫酸比色法进行可溶性碳水化合物(Water soluble carbohydrates，WSC)含量的测定[13]。

1.3.2发酵品质的测定 用雷磁PHS-3C精密pH计(北京东南仪诚实验室设备有限公司)测定浸提液的pH值[14]；使用高效液相色谱仪(HPLC)测定乳酸(Lactic acid,LA)、乙酸(Acetic acid,AA)、丙酸(Propionic acid,PA)、丁酸(Butyric acid,BA)含量。将青贮浸提液倒至离心管中，然后将其放置在离心机中离心15 min(转速为4 000 r·min-1)，利用0.22 μm的微孔滤膜对上清液进行过滤，进行有机酸的检测。所用设备为高效液相色谱仪(HPLC)，其系统为Waters 2695-2489(紫外)；有机酸分离采用的色谱柱为Rspak系列，KC811柱，8 mm×300 mm；流动相为3 mmol·L-1优级纯高氯酸，流速1 mL·min-1，柱温40℃；检测波长为210 nm，进样量5 μL。

1.3.3微生物数量 将样品剪碎，混匀，称取10 g至装有90 mL无菌水的拍打袋中，用匀质器拍打2 min使其均匀混合，用无菌水稀释10-1，10-2，10-3，10-4，10-5后，取20 μL涂布，采用平板计数法计算微生物数量。乳酸菌在乳酸菌固体培养基30℃厌氧培养48 h后计数；霉菌和酵母菌采用马铃薯葡萄糖琼脂30℃培养72 h后计数；大肠杆菌(Coliform)在伊红美蓝培养基 30℃培养48 h计数；一般好氧性细菌采用营养琼脂培养基30℃培养48 h后计数。所有微生物数据采用lg cfu·g-1of FM表示。

1.4 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2007对数据进行预处理，应用SAS 9.0软件对试验所得数据进行方差分析，并用Duncan法对各添加剂处理的均值进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 谷子原料的营养成分和微生物组成

谷子原料的营养成分和微生物组成如表2所示。

表2 谷子原料的营养成分和微生物组成

2.2 青贮饲料营养成分

谷子添加青贮添加剂厌氧发酵60 d后，其营养成分含量如表3所示。对于全株谷子青贮饲料的营养成分而言，添加剂组的DM含量与CK组差异显著(P<0.05)。除了LP组以外，其他处理组的CP含量显著低于CK(P<0.05)。CE组和LP+CE组的NDF含量显著低于包括CK组在内的其他处理组(P<0.05)。LP+S组的ADF含量低于CK组，WSC含量与CK组无显著差异，除了LP组以外，其他处理组的WSC含量显著低于CK组(P<0.05)。

表3 青贮添加剂对谷子青贮饲料营养成分的影响

2.3 青贮饲料发酵品质

厌氧发酵60 d后，不同处理组的发酵品质如表4所示。通过对pH值和挥发性脂肪酸的分析可知，除了LP组以外，其他处理组的pH值显著低于CK组(P<0.05)。LP+CE组的LA含量显著高于其他添加剂组和CK组(P<0.05)，S组的LA含量低于CK组。添加剂组的PA含量均低于CK组。厌氧发酵60 d后，6个处理组均未检测到BA。

表4 青贮添加剂对谷子青贮饲料发酵品质的影响

说明添加纤维素酶，尤其在添加纤维素酶基础上添加乳酸菌可以达到更好的青贮效果，这可能与淀粉水解成为微生物发酵底物有关。

2.4 青贮饲料微生物组成

青贮饲料中的微生物组成将直接影响到青贮的贮存性和安全性。由表5可知，添加剂组的乳酸菌数量均高于CK组，且CK组和S组附着少量的霉菌。添加剂处理组的酵母菌、一般好氧性细菌数量均低于CK组(P<0.05)。青贮发酵60 d后，不同处理组均未检测到大肠杆菌。

表5 青贮添加剂对谷子青贮饲料微生物组成的影响

2.5 青贮品质综合评价研究

为了更准确地评价不同青贮添加剂对全株谷子青贮品质影响的差异，本研究以OM，CP，NDF，ADF，WSC，EE，LA，乳酸菌含量及pH值等9个营养指标作为参考指标，利用灰色关联分析法[15]评价CK组在内的6个处理组的青贮品质，结果如表6所示。分析结果表明，权关联度和加权关联度最高的处理组为LP+CE组，其次为LP+S组。LP组，S组和CE组的等全关联度和加权关联度排在CK组之后，可能是由于CK组的WSC含量在厌氧发酵过程中的消耗比添加剂组少，但其他营养指标在添加青贮添加剂后得到了一定的改善。

表6 不同处理组关联度及排名

3 讨论

3.1 不同添加剂对谷子营养价值的影响

在青贮过程中，青贮饲料的保存受植物的呼吸、微生物的蛋白酶活动及脱氨作用等的影响，其营养成分发生变化。本研究中，添加剂组的CP含量均低于对照组，可能是由于添加青贮添加剂后，产生了一些植物蛋白酶与青贮饲料附着的微生物反应，降解了饲料的CP含量，营养物质由同化作用转向分解作用，部分蛋白质被分解成以氨基酸为主的氨化物，造成粗蛋白质的损失[16]。添加剂处理中，LP组的CP含量最高，蛋白降解率最小，这与董志浩等[17]在对桑叶(Morusalba)青贮时添加乳酸菌的结果一致，这可能与蛋白质降解酶的作用和微生物代谢活动有关[18]。Jacobs等[19]报道，青贮时添加纤维素酶一方面可将植物细胞壁的结构性多糖降解转化为单糖，为微生物发酵提供更多的底物；另一方面能有效的降低青贮饲料中的NDF和ADF含量。本研究中，CE组和LP+CE组的EE含量较高，NDF含量最低，显著低于各组，与陈光吉等[20]的研究结果相似，可能是由于纤维素酶对植物细胞壁有降解作用，尤其是对纤维类物质的降解，进而提高能量价值[21]。张英等[22]发现，发酵初期纤维素酶对ADF含量影响不显著，但是NDF含量降低，这与本试验结果一致，青贮原料、贮藏温度、酶的使用水平以及含水率等因素都可能是导致添加纤维素酶出现不同效果的原因。与CK组相比，添加剂组的WSC含量均有所降低，这与荣辉等[23]结果一致，可能是试验组加入青贮添加剂后增加了乳酸菌数量，消耗更多的发酵底物产生乳酸，因此WSC含量较低。LP组和LP+S组的WSC含量消耗较少，其中LP组的WSC含量最高，说明添加乳酸菌可以保证青贮发酵初期所需的乳酸菌数量，使之尽早的进入发酵阶段，使pH值迅速下降，抑制微生物对蛋白质的水解作用，减少不良微生物的生长繁殖[24-26]。

3.2 不同添加剂对谷子发酵品质的影响

pH值和有机酸含量是评价青贮饲料品质好坏的重要指标。一般来讲，pH越低，乳酸含量越高，意味着青贮质量较好[27]。本试验中，与对照组相比，谷子青贮中单独添加或者复合添加蔗糖、乳酸菌制剂及纤维素酶制剂后，pH值均有所降低，在4.05～4.68之间，青贮添加剂有效地降低了青贮饲料的pH值。肖银宝等[28]研究表明，在饲用高粱青贮中添加乳酸菌可增加发酵底物，促进乳酸发酵。李莉等[29]研究显示，在象草青贮中单独或复合添加纤维素酶和淀粉显著增加了其乳酸含量。王保平等[30]研究报道，在苦荬菜青贮中添加蔗糖可以显著降低青贮饲料的pH值并增加乳酸含量。本试验中，添加剂组的乳酸含量与CK组相比均有不同程度的增加，同时，除了S组外，其他添加剂组生成的乳酸含量均高于CK组。这与上述试验结果一致，主要原因可能是青贮添加剂为乳酸繁殖提供条件，促进乳酸菌繁殖，增加乳酸含量，使pH降低[31]。在本试验中，各处理均无丁酸检出，推测可能是青贮过程中丁酸菌等有害微生物的生长繁殖受到阻碍。

3.3 不同添加剂对谷子微生物数量的影响

微生物是影响青贮发酵的关键因素，其种类和数量都与青贮品质密切相关。青贮原料中的乳酸菌数量直接决定青贮发酵品质，乳酸菌的生命代谢活动是青贮发酵的关键。乳酸菌的添加可以促进乳酸的生成；蔗糖的添加可为乳酸菌发酵提供更多底物；纤维素酶能水解植物细胞壁，将青贮原料中部分结构性碳水化合物降解为单糖或双糖，这也为乳酸菌的繁殖提供了充足的可供利用底物，从而促进发酵，产生更多的乳酸。发酵过程中酸性的增强也抑制了乳酸菌本身的生长和繁殖，导致本试验中各添加剂处理组的乳酸菌数量均高于对照组，说明添加青贮添加剂改善了谷子青贮的发酵品质。青贮饲料附着的酵母菌和霉菌数量过多引起的有氧变质，是降低青贮饲料营养价值和病原微生物繁殖发生危害的主要原因[32]。本试验中，LP+CE组和LP+S组酵母菌和霉菌数量少于其他处理组，可能是因为饲料中的异型发酵乳酸菌发酵降解为乙酸和乙醇，从而抑制酵母菌和霉菌等有害细菌的生长，提高有氧稳定性，使pH值下降，抑制酵母菌和霉菌的生命代谢活动[33-34]。结果表明，添加青贮添加剂对饲料附着的酵母菌和霉菌具有明显的抑制作用。

4 结论

在谷子青贮中单独或混合添加植物乳杆菌、蔗糖和纤维素酶可以降低其pH值并增加乳酸菌数量，从而改善青贮饲料发酵品质，其中以同时添加植物乳杆菌和纤维素酶的效果最好。