苜蓿青贮品质评价研究进展

唐文浩 张养东 郑 楠 王加启

(中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，动物营养学国家重点实验室，农业农村部奶及奶制品质量安全控制重点实验室(北京)，农业农村部奶产品质量安全风险评估实验室(北京)，农业农村部奶及奶制品质量监督检验测试中心(北京)，北京 100193)

随着畜牧业生产集约化水平和养殖水平的不断提高，人们对优质牧草的需求日益增加。富含蛋白质、常量和微量矿物质元素的苜蓿被广泛应用于畜牧业[1]。苜蓿的粗蛋白质含量较高，是在相同生长环境条件下的禾本科牧草粗蛋白质含量的2.5倍，矿物质含量是相同生长环境条件下的禾本科牧草的6倍；苜蓿的干物质含量约18.5%，并且氨基酸组成平衡，叶酸含量达4.36 mg/kg、β-胡萝卜素含量达94.60 mg/kg，且消化率可达70%～80%，是世界公认的牧草之王[2-3]。将苜蓿进行青贮处理制作成苜蓿青贮供动物饲用不仅能有效地保存其营养物质并延长其保存时间，还可以提高其适口性和消化率[4]。苜蓿青贮是奶牛饲养中必不可少的优质粗饲料，因此科学地评价苜蓿青贮的饲料品质，找到适合饲喂奶牛的苜蓿青贮饲料对奶牛的健康生长具有非常重要的意义。

1 苜蓿青贮品质的评价方法

根据青贮饲料品质评定通用方法，苜蓿青贮品质评价方式大体上可以分为物理学评价、化学评价和生物学评价3种方法[5]，每种评价方法都有其特点和优势，但仅仅从单一的某一方面来评价苜蓿青贮的品质是不科学的，需要通过综合评价所得出的结论才更准确，也更具有说服力。

1.1 物理学评价方法

苜蓿青贮的物理学评价主要是对苜蓿青贮进行感官鉴定，在苜蓿青贮的品质评价中，具有简便易行的特点，是评价苜蓿青贮最常用的一种评价方式[6]。感官观察法是依靠评价人的视觉、嗅觉和触觉对苜蓿的颜色、气味、水分含量、杂草比例和刈割时期等性状进行综合评价[7]。品质较好的苜蓿青贮颜色与青贮前苜蓿原色相近呈现青绿色或者黄绿色；品质中等的苜蓿青贮颜色呈现暗褐色；颜色呈现黑色或者褐色的苜蓿青贮与青贮前苜蓿原料差异较大，品质较差，不适宜进行饲喂。对苜蓿青贮的气味进行辨别评价，良好的苜蓿青贮气味较柔，具有酸香味；品质中等的苜蓿青贮酸香味道不明显并出现酒精味；较差品质的苜蓿青贮气味难闻刺鼻，多呈腐败味，该类型苜蓿青贮多已腐败变质，不能饲喂动物。制作良好的苜蓿青贮，拿在手中质地柔软，叶片茎花皆保持青贮前的状态，能清晰地看出茎叶的叶脉，叶片结构保持良好；质量较差的苜蓿青贮，用手握紧多呈现凝集成团或过分松散干燥，凝集状态越明显表示其腐败的可能性越大，造成这种现象的原因多是因水分过多或过少造成，这种苜蓿青贮不能进行利用。

在国际上，德国农业协会对青贮的气味、结构和色泽3项指标进行评分，制定的DLG评分法[8]，将青贮分为优良、尚好、中等和腐败4个级别(表1)。

表1 德国农业协会青贮饲料感官评定标准

目前我国还未对苜蓿青贮的感官评价制定统一的标准，现行多为地方标准，各地执行标准不同，如需对苜蓿青贮进行进一步的评价，还应针对苜蓿青贮进行化学性评价。

1.2 化学评价方法

苜蓿青贮的化学评价是指运用化学分析方法对苜蓿青贮进行分析，通过其所含营养物质含量的不同，对苜蓿青贮品质进行评价。

1.2.1 概略养分分析法

目前国内外对饲料的化学成分分析方法，主要都是对苜蓿青贮饲料进行概略养分分析，测定出六大概略养分(水分、粗蛋白质、粗纤维、粗脂肪、粗灰分和无氮浸出物)，在根据其含量，对苜蓿青贮品质进行分级。用概略养分分析法对苜蓿青贮的评价过于单一，后来Van Soest对粗纤维的测定进行了改进，提出了中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的概念[9]，这克服了传统方法测得的粗纤维含量低于实际含量的弊端，进一步提升了概略养分分析法对苜蓿青贮品质评定的准确性。但对于复杂的反刍动物，只通过评判苜蓿青贮的常规营养成分来对其进行评价是不够全面的，因此只考虑苜蓿青贮的概略养分来评价苜蓿青贮是不准确的。

我国苜蓿青贮品质主要依靠2018年颁布的内蒙古地方标准——《苜蓿青贮饲料质量分级》(DB15/T 1455—2018，表2)和2019年颁布的河南省地方标准——《苜蓿青贮料质量分级》(DB41/T 1906—2019，表3)来评价。

1.2.2 康奈尔净碳水化合物-净蛋白质体系(CNCPS)分析法

20世纪90年代，美国康奈尔大学提出一种基于反刍动物瘤胃降解特征的动态评价体系，称CNCPS，现广泛用于对饲料品质的评价，在美国和加拿大应用较多[10]。CNCPS分析法将饲料的化学成分与反刍动物的消化相结合，并对饲料的成分进行更详细的分类，精确地反映出反刍动物对饲料营养物质的利用。该方法对评定苜蓿青贮的品质有着指导作用，为合理利用苜蓿青贮提供了依据。

1.2.3 近红外反射光谱(NIRS)分析法

NIRS技术最早用于谷物的干物质和粗蛋白质含量的测定，由美国农业部的Norris开发[11]。随着NIRS技术的成熟与发展，我国在20世纪80年代也对NIRS技术有了初步研究，并在我国农业领域广泛应用[12]。NIRS的原理是根据每种饲料的成分及含量差异对近红外光线的吸收波长不同，从而预测饲料中有机成分的含量，对饲料营养价值进行评价[13-14]。NIRS技术有着快速、精准和简便等优点，可以实现饲料营养指标检测快速化[15]。目前，NIRS技术在青贮饲料的品质评价上已经广泛应用，并且建立了苜蓿青贮饲料的纤维消化数学模型。Nousiainen等[16]运用NIRS技术，对青贮饲料中难消化中性洗涤纤维(INDF)和可消化中性洗涤纤维(DNDF)含量进行预测，将青贮饲料的品质进行分级。Sørensen[17]还通过NIRS技术预测青贮饲料中乳酸、乙酸和氨态氮含量以及pH。NIRS技术有很大的前景，但在测定青贮饲料实际操作过程中，还需要建立可靠的样本模型库，并建立稳定准确的校正模型。

表2 苜蓿青贮饲料质量分级

表3 苜蓿青贮料质量分级

1.2.4 乙酸丁酸含量评价法

Kaiser等[18]认为，青贮过程中产生的乙酸含量的高低，表示青贮饲料有氧稳定性的好坏以及青贮饲料的保存情况；丁酸的含量代表青贮饲料的发酵品质，将两者综合评分，提出用乙酸和丁酸作为指标对青贮饲料进行评价。该方法适用于包含苜蓿青贮在内的所有青贮饲料的品质评定(表4)，我国曾经制定的青贮饲料质量评定标准(试行)也将乙酸和丁酸含量作为评价指标[19]。

表4 乙酸丁酸含量评价法

1.2.5 安全性指标评价

对于青贮饲料的安全性评价，主要是对青贮饲料原料本身和在青贮过程中产生的有害毒素进行评价。目前我国的饲料卫生评价标准(GB 13078—2017)仅仅对部分饲料原料和饲料产品中的有害毒素进行规定，并没有对苜蓿青贮类饲料中的有害毒素进行限制规定。

苜蓿在青贮过程中可能产生影响其安全使用的霉菌毒素，种类主要有黄曲霉毒素、毛霉烯、赭曲霉毒素A、伏马菌素和玉米赤霉烯酮[20]。Ogunade等[21]研究发现，若制作青贮过程缓慢，装填压实不充分，密封不良等多种原因，出现非厌氧条件，会创造有利于霉菌和霉菌毒素产生的微环境。当反刍动物与霉菌毒素长期接触时，会对接触动物的健康产生严重的影响，如食欲不振、共济失调和免疫抑制等，还会降低其生产性能，造成经济损失。霉菌毒素也会影响动物副产品，受污染的畜产品被人食用后也会对人造成危害。我国为保证食品安全对于乳及乳制品中的黄曲霉毒素限定小于0.5 μg/kg[《食品安全国家标准食品中真菌毒素限量》(GB 2761—2017)]。

苜蓿青贮是反刍动物饲粮的一种重要组成成分，其安全性关系着反刍动物的健康、畜产品的安全以及人类的健康，所以我们亟需对苜蓿青贮的安全指标评价作出限定。

1.3 生物学评价方法

苜蓿青贮的营养价值评定除了上述的物理学评价和化学评价外，还需对其的消化利用效果进行评价。苜蓿青贮消化效率的高低可以直接反映动物对其养分的吸收利用，从而对苜蓿青贮自身的营养价值进行评价，因此苜蓿青贮的消化率评价对苜蓿青贮的品质评定有十分重要的指导意义。常用的苜蓿青贮消化率的评价方法有体内饲养试验法、半体内尼龙袋法和体外法3种。

1.3.1 饲养试验法

饲养试验是在动物营养研究中评价饲料最常用、最直观的评价方法，是指在相同条件下因某一不同因素影响，产生不相同的结果，即不同结果的产生是由于某一因素的变化所引起的。通过对比不同组间在生产性能方面的差异，进而评定苜蓿青贮饲料的营养价值及对其他饲料的相对价值。常用的动物饲养消化试验有全收粪法，即通过比较苜蓿青贮中营养物质的摄入量与排出量的差值，来评价苜蓿青贮在动物体内的吸收转化效率。该试验需要准确测得试验动物食入的营养物质量，还需要准确采集试验动物排出的粪便，并测得粪便中的剩余营养物质量，根据公式苜蓿青贮养分表观消化率=100×[(食入苜蓿青贮中养分含量-粪中养分含量)/食入苜蓿青贮中养分含量]，计算苜蓿青贮的表观消化率。

1.3.2 半体内尼龙袋法

半体内尼龙袋法是一种借助活体瘘管动物，将苜蓿青贮饲料装入特定的尼龙袋中，放入瘘管动物瘤胃内消化，定时从瘤胃内取出，清洗烘干后，对尼龙袋中样品进行化学分析，最后计算出苜蓿青贮的营养成分消化率[22]。20世纪30年代，Quin等[23]在测定饲料消化情况时，把饲料装入天然丝袋中，放入羊的瘤胃中，进行试验。后经过Ørskov等[24-25]的不断摸索和改良，最终逐渐推广应用，成为反刍动物评价饲料营养价值的常用方法之一[26]。半体内尼龙袋法的优点是将苜蓿青贮的营养价值评定与反刍动物瘤胃内的微生物进行动态结合，能够反映饲料在动物瘤胃内的消化情况，更真实可靠，更接近饲养试验法。但尼龙袋法受试验动物、试验饲粮和技术操作等不确定因素的影响，造成其结果的差异性较大,应尽早完善制定统一的标准[27]。

1.3.3 体外法

对于评价苜蓿青贮品质的体外研究方法主要可分为批次培养法和连续培养法。

批次培养法是将饲料样品与瘤胃液相结合，在体外模拟瘤胃消化饲料过程，最后对底物进行分析或收集产气量，主要包括两步法和产气法[28-29]。两步法模拟反刍动物消化方式，首先将苜蓿青贮与采集的新鲜瘤胃液进行混合进行体外消化，然后再向其加入胃蛋白酶和盐酸对饲料样品进一步消化，最后对饲料残渣进行分析，测定体外消化后苜蓿青贮中营养成分含量和消化率评定其品质[30]。Murphy等[31]研究发现，用两步法与尼龙袋法测得结果的相关系数为0.81。两步法更全面地模拟了动物消化饲料的过程，包含动物的瘤胃消化、真胃与部分小肠的消化，对苜蓿青贮消化率的预测准确性更高，应用更广，但两步法不能反映苜蓿青贮在反刍动物中的动态降解信息，还存在一些弊端。

体外产气法是由Menke等[32]建立的一种通过测定饲料样品在体外与瘤胃液混合消化后所产生的气体的多少及计算产生气体(二氧化碳和甲烷)的比例，来评估饲料品质的快速方法。另有大量研究表明，体外产气法不仅用于饲料的营养价值评定，还可利用此法评价饲草间的组合效应[33]，预测动物采食量和甲烷排放量[34]。体外产气法根据测定产气方式的不同，分为注射器式产气记录方法和压力传感器转换产气量测定方法[35]。德国霍恩海姆(Hohenheim)大学的研究人员将饲料样品与瘤胃液装入100 mL的注射器中进行发酵，通过测量注射器活塞被推动的情况，记录产气量，取得了良好效果；后经过不断的发展进步，并随着计算机程序的融合，产气法逐渐由手动记录到半自动记录再到全自动记录的发展[36-38]。我国应用产气法也进行了大量的试验研究，自1990年以来，取得了巨大的发展，由中国农业大学杨红建教授自主研发的AGRS-Ⅲ型体外发酵自动记录装置(国家发明专利授权号：ZL200610011301.X)对我国应用产气法评价苜蓿青贮品质提供了良好的试验条件[39]。

体外产气法操作简单，重复性好，也能较真实地模拟瘤胃环境，但此方法和两步法都属于静态发酵，试验过程中底物与产物不能分离，可能会引起试验条件下微生物环境的改变，造成产物抑制，而且此方法也不能反映瘤胃的动态降解信息，造成对苜蓿青贮的品质评价不准确[40]。有研究发现，在用体外法评价青贮饲料时，对青贮饲料进行烘干前处理会造成发酵产物的损失，低估青贮的营养品质[41]。此外，饲料的碳水化合物与体外产气关系密切，但与饲料粗蛋白质含量关系小，故在评价蛋白质含量高的青贮时，不能只注重产气量来评价青贮品质，还需要结合挥发性脂肪酸等指标综合判定，才能更准确地评价青贮品质。

连续培养法是一种将饲料样品连续的与瘤胃液、人工唾液相混合，使其保持一种持续发酵状态，在体外模拟瘤胃环境的装置。我国对于连续培养法的研究探索最早是20世纪80年代，施学仕[42]设计的一种半自动人工瘤胃系统，用来进行体外试验的初步探索，在此方法出现之前国内的研究多是使用批次培养法[43]。1995年，连续培养法进一步发展，由王加启等[44]设计了一种可同时进行6组试验的连续培养人工模拟瘤胃装置(RSI系统)。1999年，孟庆翔[45]总结前人经验，设计了DFCCS-Ⅱ型双外流连续培养系统，该系统将发酵罐增加到了12个，提高了试验结果的准确性。2012年，沈维军等[46]在前人的基础上设计了双外流连续培养装置，该装置克服了连续培养法在发酵罐的温度控制和产物外流过程容易堵塞等问题，能准确地模拟瘤胃内环境，稳定性更好[47]。但各个实验室在连续培养法操作过程中的运行参数不一，设计也存在较大差异，这限制了连续培养法在苜蓿青贮评价上的推广应用。在实际应用中，应统一优化人工瘤胃模拟技术，使其能更好地运用在苜蓿青贮的营养价值评价上。

2 苜蓿青贮品质评定综合指标

苜蓿青贮品质评定综合指标，已经成为确定苜蓿青贮品质的另一大关键因素。我国尚未有只针对于苜蓿青贮品质评定的综合评判指标，目前多应用粗饲料的综合评定指标粗饲料相对质量(relative feed quality，RFQ)[48]和粗饲料分级指数(grading index，GI)[49]来评价苜蓿青贮品质。

RFQ指标是根据饲料相对价值(relative feed value，RFV)[50]的基础上建立的通过可消化营养物质预测粗饲料的可利用能来对牧草品质进行划分，其计算公式为：

RFQ=DMI(% BW)×TDN(% DM)/1.23。

式中：DMI为干物质随意采食量(% BW)；TDN为总可消化营养物质含量(% DM)；除数1.23是根据Moore等[51]测得的29种牧草的数据得出，将RFV除数1.29乘以0.95得到RFQ除数1.23。

GI是根据我国粗饲料现状由红敏等[52]提出的一个全新的品质评价综合指数，其计算公式为：

GI(MJ/d)=NEL×DMI×DCP/(1-pef)×NDF。

式中：NEL为产奶净能；DMI为干物质随意采食量(kg/d)；DCP为可消化粗蛋白质含量(% DM)；pef为物理有效因子；NDF为中性洗涤纤维含量(% DM)。

GI法的优点是在评价饲料时综合考虑能量和可消化粗蛋白质，并考虑物理有效中性洗涤纤维含量，使其评定更合理准确，更符合实际情况。

3 小结与展望

随着我国畜牧业对苜蓿青贮的使用越来越广泛，对苜蓿青贮品质评定的准确与否成为其合理利用的关键性限制因素。运用单一指标难以准确真实的对苜蓿青贮进行品质评定，不但应将苜蓿青贮的营养成分、消化率和发酵指标等综合考虑，还应该考虑苜蓿青贮饲喂动物后对动物健康的影响。动物的健康是苜蓿青贮品质评价的基础，因此建立起一套适合我国的苜蓿青贮品质综合评定标准，对我国草业和畜牧业的高速高质发展至关重要。