不同添加剂对菊芋茎叶青贮品质及营养价值的影响

吴 涛，柳永丽，赵芳芳

（甘肃农业大学动物科学技术学院, 甘肃 兰州 730070）

菊芋(Helianthus tuberosus)是一种菊科向日葵属多年宿根性草本植物，具有耐寒、抗旱、耐贫瘠、耐病、抗逆性强等特点，可作为防沙治沙作物[1]。随着我国粮食产业结构的调整和种草养畜政策的实施，菊芋作为营养价值高、适应性强和利用率高的粮草兼用型作物，已在我国大多数地区进行了广泛种植[2-4]。在我国部分地区，菊芋茎叶被用作反刍动物饲料。菊芋茎叶的处理方式一般有两种，一种是将菊芋茎叶通过晾晒制成干草，但晾晒过程不仅费时费力，而且干草受水分影响比较大，不方便储藏，菊芋茎叶在晾晒后，粗蛋白含量、适口性和消化率均下降，因此降低了饲料的利用率[5]。另一种则是直接将青绿的菊芋茎叶进行青贮，通过微生物发酵产生有机酸，更大程度地保存青绿菊芋茎叶的鲜嫩及其营养价值，且菊芋茎叶青贮后可以产生芳香类化合物，刺激反刍动物的食欲，增加采食量，从而提高菊芋的饲用价值[4]。青贮技术通过微生物发酵，可以提高饲料的适口性和消化率，减少养分的流失。近几年来，青贮方法的研究主要集中在提高青贮发酵品质的添加剂，如糖类、有机酸、微生物制剂等，其中以乳酸菌为主的微生物制剂因其能更有效地提高青贮发酵性能而得到广泛关注[6-7]。Seale等[8]研究指出，影响青贮饲料发酵品质的因素有很多，其中不同添加剂的加入对青贮饲料品质的影响都是不同的。有研究表明，添加乳酸菌和玉米(Zeamays)秸秆一定程度上可以提高菊芋茎叶的青贮品质[9-10]；而菊粉作为目前应用较广的天然膳食纤维，具有许多优良的生理功能及加工特性，可以促进益生菌增殖，抑制肠道腐败菌的生长、改善肠道环境等功能[11-12]；目前，添加乳酸菌、菊粉对菊芋茎叶青贮品质及对养分消化率的影响研究较少，尤其是添加剂菊粉对青贮品质影响鲜见报道，因此，本研究以成熟期菊芋茎叶为研究对象，通过添加乳酸菌和菊粉，测定青贮前菊芋茎叶干物质含量、水溶性碳水化合物含量和缓冲能值和常规营养成分，以及青贮后的感官品质、pH、NH3-N/TN、乳酸含量、挥发性脂肪酸含量，对不同处理组青贮饲料的品质进行评价；通过两极离体体外消化试验推算出菊芋茎叶各营养成分的表观消化率，以期为菊芋茎叶青贮饲料青贮品质和营养价值的评定提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2018年10月，于白银市平川区共和镇小水村(105°03′ E， 36°59′ N，海拔1 791 m)采集菊芋茎叶，将成熟期的菊芋茎叶齐地刈割后带回实验室，用于制作青贮饲料；成熟期菊芋茎叶营养成分：干物质(鲜样基础)含量为33.34%，风干基础上可溶性糖含量为23.66%，粗蛋白含量为7.79%，中性洗涤纤维含量为48.47%，酸性洗涤纤维含量为22.57%，缓冲能值为51.47 mEq·kg-1。

乳酸菌(乳酸菌活菌数≥3 × 109cfu·mL-1)购自美国瑞科宜生贮宝(sila-max200)，其主要成分是植物乳酸杆菌发酵产物、丙酸菌发酵产物、乳酸片球菌等发酵产物；菊粉购自白银熙瑞菊粉有限公司；每100 g菊粉中的主要营养成分：1 566 kJ 能量，1.0 g蛋白质，0.0 g脂肪，87.7 g碳水化合物，7.2 g膳食纤维，136 mg钠；营养素参考值：能量19%，蛋白质2%，脂肪0，碳水化合物29%，膳食纤维29%，钠7%。

羊瘤胃液采自兰州市七里河区小西湖牛羊屠宰场。

1.2 试验设计

采用单因素试验设计，研究不同添加剂对菊芋茎叶青贮品质的影响。本试验设计3个组，分别为对照组(菊芋茎叶中无添加剂)、乳酸菌组(菊芋茎叶中添加0.28%乳酸菌)、菊粉组(菊芋茎叶中添加0.28%菊粉)，每组4个重复。

1.3 青贮调制

菊芋茎叶刈割后，将干燥的青贮原料切短至1～2 cm，加入适量水，使其含水量控制在40%左右，达到手紧握指缝间无水滴出，松开后不成团，立马散开的标准；然后按照比例将配置好的溶液(乳酸菌、菊粉)，均匀喷洒至切短的菊芋茎叶上，将混合均匀后的样品，装入聚乙烯青贮袋，所有袋子用真空包装机抽真空并封口，置于常温条件下(24～37 ℃)，进行避光贮藏发酵40 d后开封取样，进行试验测定。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 青贮菊芋茎叶的感官评定

按照德国农业协会青贮质量感官评分标准[13]，对青贮菊芋茎叶进行现场感官评定。从色泽、气味、质地对试验菊芋青贮进行综合评分。等级划分总评分：优等(16～20分)，尚可(10～15 分)，中等（5～9分），下等(4 分以下)。

1.4.2 菊芋茎叶青贮品质的测定

取青贮后样品各20 g，加入180 mL去离子水，用组织搅碎机搅碎1 min，然后用4层纱布和定性滤纸过滤得到浸提液，利用酸度计测定其pH；将滤液放入3 500 r·min-1离心机离心10 min，取上清液用苯酚-次氯酸钠比色法[14]测定氨态氮含量；参考刘艳玲等[15]测定乙酸、丁酸含量；用试剂盒(南京建成生物工程研究所)测定乳酸含量；水溶性碳水化合物含量采用蒽酮-硫酸比色法；缓冲能值采用酸碱滴定法。

1.4.3 青贮菊芋茎叶养分表观消化率的测定

采用两极离体消化法评定青贮菊芋茎叶的营养价值。参考赵芳芳[16]两极离体消化试验方法。

采用恒温干燥法测定干物质含量。采用凯氏定氮法测定粗蛋白含量；中性洗涤纤维含量和酸性洗涤纤维含量测定运用Van Soest 饲草分析法；粗灰分(Ash)含量用GB/T6438-92 法测定[17]。养分表观消化率计算如下：

式中：AOM为有机物消化率；ADM为干物质消化率；AX为某养分消化率；DM为干物质(%)；Ash为粗灰分(%)，m为所称样品重量(g)；m2为离心管 + 残渣重(g)；m1为空离心管重量(g)；m0为空白残渣平均重量(g)；a为某养分含量(%)；b为消化后某养分的含量(%)。

1.5 数据处理与分析

用Excel处理数据，采用SPSS 21.0对感官评定、发酵品质、营养成分及表观消化率等指标进行单因素方差分析，并用Duncan法进行多重比较，P＜ 0.05表示差异显著，结果用“平均数 ± 标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 不同添加剂对青贮菊芋茎叶感官评价的影响

各组青贮饲料颜色基本都保持青绿或墨绿色，带有酸性的芳香气味，并且茎叶结构良好，没有发霉、粘手现象的产生(表1)。与无添加剂的对照组相比，乳酸菌组和菊粉组的感官评定为优等。

表1 不同添加剂对青贮菊芋茎叶感官评定的影响Table 1 Effects of different additives on the sensory evaluation of the stems and leaves of Helianthus tuberosus silage

2.2 不同添加剂对青贮菊芋茎叶发酵品质的影响

由表2可知，与对照组相比，乳酸菌组pH、乙酸、丁酸、乳酸和NH3-N/TN均差异显著(P＜ 0.05)；且乳酸菌组pH、丁酸均显著低于对照组，而乙酸、乳酸和NH3-N/TN显著高于对照组；菊粉组的pH显著低于对照组，乙酸、乳酸含量显著高于对照组，而丁酸含量、NH3-N/TN与对照组之间差异不显著(P＞ 0.05)。乳酸菌组与菊粉组相比，乳酸菌组pH、丁酸含量显著低于菊粉组，而乙酸含量和NH3-N/TN显著高于菊粉组。

表2 不同添加剂对青贮菊芋茎叶发酵品质的影响Table 2 Effects of different additives on the fermentation quality of silage Helianthus tuberosus stems and leaves

2.3 青贮菊芋茎叶营养成分

与对照组相比，乳酸菌组和菊粉组的Ash含量显著降低(P＜ 0.05)，WSC含量显著升高，DM、CP、ADF、NDF含量无显著变化(P＞ 0.05)。乳酸菌组和菊粉组WSC、DM、CP、ADF、NDF、Ash含量差异不显著。

2.4 青贮菊芋茎叶的养分表观消化率

与对照组相比，乳酸菌组和菊粉组的干物质表观消化率显著升高(P＜ 0.05)，乳酸菌组中性洗涤纤维表观消化率显著增加，菊粉组酸性洗涤纤维表观消化率显著降低。乳酸菌组中性和酸性洗涤纤维消化率显著高于菊粉组，而干物质消化率差异不明显(P＞ 0.05)；3个处理组的有机物和粗蛋白表观消化率差异不显著(表3)。

表3 青贮菊芋茎叶的营养成分和养分表观消化率Table 3 Conventional nutrients and nutrient apparent digestibility of the stems and leaves of Helianthus tuberosus silage

3 讨论

3.1 不同添加剂对青贮菊芋茎叶感官评价的影响

由感官评分来看，经乳酸菌处理的乳酸菌组菊芋茎叶青贮效果最好，添加菊粉的菊粉组次之，对照的菊芋茎叶青贮效果一般，这可能是由于菊芋茎叶常规青贮条件下的产酸效果不佳，难以达到乳酸菌发酵的厌氧条件，影响青贮饲料的整体发酵情况和营养成分含量，而经过不同添加剂处理的青贮饲料显然相对较好，尤其是添加乳酸菌的乳酸菌组。

3.2 不同添加剂对青贮菊芋茎叶发酵品质的影响

成熟期的菊芋茎叶添加不同添加剂(乳酸菌和菊粉)对青贮饲料pH、NH3-N/TN、乙酸、丁酸、乳酸产生显著影响。马春晖等[18]研究表明，pH在3.9～4.2时，青贮饲料发酵品质良好；pH在4.4～4.7时，青贮饲料发酵品质一般；pH在4.8以上发酵品质劣等。本研究中菊芋茎叶青贮饲料对照组pH在4.7以上，菊粉组pH在4.3以上，乳酸菌组pH为3.91，说明单独青贮菊芋茎叶饲料产酸效果不佳，而添加乳酸菌明显改善了青贮饲料的发酵品质；研究发现，添加乳酸菌可显著增加青贮构树(Broussonetia papyrifera)叶的乳酸含量，降低乙酸含量[19]；添加乳酸菌可以显著提高辣木叶(Moringa oleifera)青贮饲料乳酸含量，降低乙酸含量[20]，本研究结果与之相似；乳酸、乙酸、丁酸是青贮过程中产生的主要有机酸，乳酸含量越高，pH越低，青贮品质越好，青贮料也更易长时间保存[9]，本研究青贮料添加乳酸菌和菊粉后，乳酸含量显著高于对照组，说明添加乳酸菌和菊粉可改善菊芋的青贮品质，且添加乳酸菌后的改善效果更优，更有利于保存；NH3-N/TN被广泛用于衡量青贮品质的好坏，发酵时，植物本身的蛋白分解酶将植物蛋白分解成氨，是造成蛋白质损失的主要原因之一[21-22]，本研究中乳酸菌组NH3-N/TN显著升高，菊粉组次之，此结果与在不同生育期菊芋茎叶中添加乳酸菌对青贮发酵品质的研究结果一致[9]，但也有相关报道[2,23]表明，添加乳酸菌对青贮品质无显著影响，甚至会降低青贮品质；这可能是由于青贮初期菊芋茎叶表面附有少量的霉菌、好氧细菌以及酵母，随着青贮发酵时间的延长，更有利于他们的繁殖，与外来添加的乳酸菌和菊粉形成竞争关系，抑制了乳酸的产生，从而影响了菊芋的青贮品质[9]。整体而言，由于成熟期菊芋茎叶有充足的底物，添加了乳酸菌和菊粉之后，加速了底物的分解，其中乳酸菌能迅速产酸，改善了青贮品质[24]。

3.3 不同添加剂对青贮菊芋茎叶营养成分的影响

添加乳酸菌可促进青贮饲料厌氧发酵产生一定量的乳酸，使pH降低，抑制有害微生物的生长，减少饲料营养物质损失，保存更多的干物质和粗蛋白等营养物质[25]。粗蛋白含量是评定饲料作物营养价值的重要指标，优良饲草的粗蛋白含量为10%～20%[26]，本研究3个处理组的粗蛋白含量均在优良饲草粗蛋白含量范围内，表明青贮菊芋茎叶是一种极具开发潜力的粗饲料资源。闫琦等[4]研究发现，孕蕾前期添加乳酸菌显著降低菊芋茎叶青贮饲料粗蛋白含量，这主要是因为发酵时，植物本身的蛋白分解酶将植物自身含有的粗蛋白分解成氨，从而造成蛋白质的损失，此途径是造成青贮菊芋茎叶蛋白损失的主要原因之一[22]，而本研究中，添加0.28%的乳酸菌对青贮菊芋茎叶蛋白含量无显著影响，这是因为本研究选取的菊芋处于成熟期，生长期不同对青贮饲料品质也有一定影响。NDF是反映粗饲料质量好坏的有效指标[27]。张金霞等[28]研究认为，NDF含量在38%～48%时，即可满足不同阶段奶牛的营养需求，本研究中，不同试验组NDF含量均在38%～48%。据报道，优良饲草的Ash含量在5%～10%[26]。饲料中ADF含量越高，动物对饲料的消化利用率越低，二者呈负相关关系[2]。本研究发现，3个处理组的Ash含量均高于优良牧草Ash含量，这可能是因为本研究所采集的菊芋秸秆茎叶处于收获期，随着生育期的推进，纤维素和木质素含量升高。

3.4 不同添加剂对青贮菊芋茎叶养分表观消化率的影响

乳酸菌作为添加剂改善青贮品质已广泛使用。添加乳酸菌后会显著降低菊芋茎叶青贮后干物质消化率[9]。本研究中，添加0.28%乳酸菌和添加0.28%菊粉干物质消化率显著高于未添加对照组，这与闫琦等[9]的研究结果不一致，这是因为本研究采集的菊芋茎叶处于收获期，而闫琦等[9]采集的菊芋茎叶处于孕蕾前期，收获期相对孕蕾前期具有较高的纤维素含量[24]。本研究结果与李满双等[29]的研究结果相似，造成这种情况的原因可能是添加乳酸菌和菊粉后破坏了菊芋茎叶细胞壁或木质素结构，将正常情况下难以利用的物质转化为瘤胃微生物可利用的营养物质[29]，从而提高了干物质消化率。本研究中，乳酸菌组相比对照组，中性洗涤纤维的消化率显著升高，这表明瘤胃微生物对其中的中性洗涤纤维有较高的利用能力。

4 结论

添加0.28%乳酸菌和0.28%菊粉均可提高菊芋茎叶青贮饲料的发酵品质和营养价值，且同等浓度下，乳酸菌的改善效果更优。