不同辅料对高水分水葫芦青贮发酵品质及营养成分的影响

杨伟明，廖志航,杨旭楠，陈姗姗* (.深圳市万创绿色研究发展有限公司，深圳市万科中心，广东深圳 58000；.广东工业大学环境生态工程研究院，广东省流域水环境治理与水生态修复重点实验室，广东广州 50006；.广东省科学院微生物研究所，华南应用微生物国家重点实验室，广东省菌种保藏与应用重点实验室，广东广州 50070)

水葫芦((Mart) Solms)，又名凤眼莲，属于多年生宿根浮水草本植物，起源于南美洲的亚马孙河流域。水葫芦适应性强，繁殖快，在适宜的环境条件下每株水葫芦每5 d就能再生1株新植株，每公顷水葫芦的年产量(干重)从几十吨到几百吨不等。我国华南、华中、华东与华北19个省(直辖市、自治区)均出现了严重的水葫芦入侵现象，每年需要花费大量的人力、财力、物力进行治理。

水葫芦抗酸碱性、抗病性强，对水质的要求不高，同时能高效处理水体中氮、磷、重金属等，净化水体。因此，水葫芦被广泛应用于水体修复。目前，水葫芦已被应用于生活用水、工业废水、畜禽养殖废水、垃圾填埋场渗滤液等污染水体的净化。

水葫芦的资源化利用引起了国内外的广泛关注。目前，水葫芦常被用于制备燃料、肥料、饲料、造纸等。Sophal研究添加水葫芦的饲料对当地黄牛生长性能的影响，结果发现水葫芦叶可作为生长牛瘤胃营养素的来源。将水葫芦制成青贮料，是一种对环境友好且具有一定经济效益的资源化利用方式。制备青贮是将水葫芦压实封闭起来，使贮存的青饲料与外部空气隔绝，造成内部缺氧，通过附生微生物的厌氧发酵作用产生有机酸，抑制其他有害微生物的生长，从而达到长期保存的目的。它是一种既可以减少养分损失又有利于动物消化吸收的一种贮存技术或方法。黄伟等通过将水葫芦渣与玉米粉混合青贮料饲喂山羊的试验，发现添加水葫芦渣的饲粮组山羊日增重及日采食量均显著大于不添加水葫芦的对照组。原料含水率是青贮发酵品质的关键因素，一般青贮原料的初始含水率控制在60%～70%时对发酵最有利。若含水率过高，会引起梭菌等有害菌的繁殖；若含水率过低，则会使发酵变难，延缓发酵过程。但是，新鲜水葫芦含水率高达95%，经挤压脱水处理后得到的水葫芦渣含水率仍保持在80%～85%，因此前人通过添加辅料降至最佳含水量，如每吨水葫芦添加150 kg的玉米粉、秸秆、苜蓿草等辅料，但实际生产过程中大量辅料的使用将大幅度提高青贮成本。该试验减少了玉米粉、秸秆、米糠、苜蓿草4种辅料的使用量，使水葫芦青贮的初始含水率为(80±2)%，考察减少辅料使用量后水葫芦青贮能否达到适用的发酵品质和营养价值，并探索哪种辅料对高水分水葫芦的发酵效果最好，旨在为水葫芦青贮制备过程中合理添加辅料提供科学依据。

1 材料与方法

青贮原料。青贮原料为采自广州市南沙区河涌内的野生水葫芦，经打捞后切成2 cm左右块状，晾晒风干4 h，使原料含水率降至85%左右，与水葫芦打捞后经机械挤压脱水处理后的含水率一致。

辅料。试验选用玉米粉、秸秆、米糠、苜蓿草4种辅料，其含水率和浸提液pH如表1所示。

表1 各组辅料含水率和浸提液pH

添加剂。青贮添加剂为郑州牧田生物科技有限公司生产的植物青贮剂“青贮旺”(乳酸菌植物青贮菌剂)，每15 g溶于3 L水。此外，在优化玉米粉辅料试验中，除了添加青贮菌剂外，还添加一定量的糖蜜作为添加剂。

将风干至含水率85%的水葫芦与辅料按质量比9∶1进行混合，每个样品重约400 g，均匀喷洒50 mL添加剂，压实装袋使压实密度为500 kg/m。根据辅料的不同，分成5组，添加辅料玉米粉、秸秆、米糠与苜蓿草的组分别命名为试验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ组，另外设置一个不添加辅料的对照组。每组设置3个平行样。

样本前处理。对制备当天(初始值)及发酵45 d后(最终值)的青贮进行指标测定。将采集的水葫芦青贮制成粉末和浸提液2种。粉末是将青贮样品放置在65 ℃下干燥48 h后粉碎制成的，干燥前后测定均样品重量，以计算干物质含量。浸提液是将青贮样品浸泡在水中24 h后离心过滤制成的。

发酵指标的测定。取水葫芦青贮饲料粉末，采用蒽酮-硫酸比色法测定可溶性碳水化合物含量；取浸提液测定小分子有机酸、氨态氮含量和pH，其中小分子有机酸含量采用高效液相色谱法测定， 氨态氮含量采用比色法测定，浸提液pH使用pH计测定。

营养指标的测定。中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维的含量采用Van-Soest法测定，干物质体外消化率采用胃蛋白酶-胰蛋白酶法测定，粗蛋白含量采用凯氏定氮法测定。

安全性指标的测定。参照国标GB/T 13091—2018、GB/T 13092—2006对水葫芦青贮饲料样本测定致病菌数量。采用改进的电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法对水葫芦青贮饲料粉末样本测定重金属含量。

2 结果与分析

从图1可以看出，不加辅料的对照组初始干物质含量为(14.4±1.1)%(即含水率约为85%)，添加辅料的各试验组初始干物质含量均有所增加，其中添加玉米粉和米糠组的初始干物质含量分别达到(21.1±0.8)%和(21.7±0.5)%。发酵过程中干物质含量不断下降，表明发酵时有大量水分生成。

图1 各组高水分水葫芦青贮发酵期间干物质含量的变化Fig.1 Dry matter content changes of E.crassipes silage with high moisture content in each group during the fermentation period

可溶性碳水化合物是发酵微生物菌群繁殖代谢的重要底物。一般来说，初始可溶性碳水化合物含量要大于等于3%，才能保证发酵成功。该数值越大，对发酵越有利。由图2可知，不添加辅料时水葫芦青贮的初始可溶性碳水化合物含量为(4.14±0.90)%，添加辅料后该值均有所增加，其中添加玉米粉的试验Ⅰ组效果最佳，初始可溶性碳水化合物含量为(9.37±0.68)%。

图2 各组高水分水葫芦青贮初始可溶性碳水化合物含量Fig.2 The initial soluble carbohydrate content in E.crassipes silage with high moisture content in each group

在青贮发酵前期，由于厌氧乳酸菌的作用，发酵体pH快速降低，从而会抑制梭菌、腐败菌、霉菌和酵母菌等有害微生物的繁殖。因此，pH是影响青贮饲料营养品质的关键因素。pH在4.1以下时为优质青贮饲料，pH在5.0以上说明发酵品质不良，pH为4.1～4.3说明发酵品质良好，pH为4.4～5.0说明发酵品质一般。由表2可知，添加玉米粉的试验Ⅰ组pH为4.05，达到优质青贮饲料标准；其余4组发酵品质均未达标。

氨态氮含量反映发酵过程中蛋白质和氨基酸的分解程度。氨态氮含量越高，说明氨基酸和蛋白质分解得越多，意味着发酵品质变差。由表2可知，添加秸秆和苜蓿草的试验Ⅱ、Ⅳ组氨态氮含量较低，分别为(1.43±0.36)%和(1.44±0.36)%，发酵品质较好；添加玉米粉的试验Ⅰ组氨态氮含量与不添加辅料的对照组相近；添加米糠的试验Ⅲ组氨态氮含量较高，为(2.13±0.13)%，发酵品质较差。

发酵后乳酸含量越高、丁酸含量越低，表示青贮饲料的发酵品质越高。由表2可知，不添加辅料的对照组乳酸含量处于较低水平，仅(0.010±0.002)%；添加玉米粉和苜蓿草的试验Ⅰ、Ⅳ组乳酸含量明显高于对照组，分别为(0.520±0.003)%和(1.060±0.200)%，与周昕等测定的食叶草青贮(初始含水率65%)的乳酸含量相当。

就发酵品质而言，添加玉米粉的试验Ⅰ组发酵品质最好，可能是因为该组可溶性碳水化合物含量高于其余4组。可溶性碳水化合物含量越高，越有利于青贮发酵的进行，pH降到4的速度更快, 青贮效果更好。

表2 各组高水分水葫芦青贮发酵45 d后氨态氮和小分子有机酸的含量

测定中性洗涤纤维与酸性洗涤纤维后，按照以下公式计算出相对饲喂价值(RFV)：

式中,RFV为相对饲喂价值，ADF为酸性洗涤纤维含量(%)，NDF为中性洗涤纤维含量(%)。RFV大于151，为特级饲草;RFV为125～151，为一级饲草;RFV为103～124，为二级饲草;RFV为87～102，为三级饲草；RFV为75～86，为四级饲草;RFV小于75，为五级饲草。由表3可知，添加秸秆和米糠的试验Ⅱ、Ⅲ组RFV值较低，为三级及三级以下饲草。添加玉米粉和苜蓿草的试验Ⅰ、Ⅳ组效果较好，其中添加玉米粉的试验Ⅰ组相对饲喂价值(RFV)为186.66，达到特级饲草标准。添加玉米粉和苜蓿草的试验Ⅰ、Ⅳ组相对饲喂价值高于对照组，这可能是因为这2组的初始可溶性碳水化合物含量较高，更适于乳酸菌的快速增殖。尉小强等研究表明大量的乳酸菌会降低中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的含量。

青贮的干物质体外消化率越高，表明该青贮的适口性越好，易于消化。由图3可知，添加玉米粉和苜蓿草的试验Ⅰ、Ⅳ组干物质体外消化率均高于不添加辅料的对照组，分别为29.1%和29.8%，与周昕等测定的食叶草青贮(初始含水率55%)的干物质体外消化率相当。添加米糠的试验Ⅲ组表现最差，干物质体外消化率低于10%。

蛋白质是动物需要摄取的重要营养物质之一，粗蛋白含量越高，表明青贮营养价值越高。由图4可知，发酵后添加玉米粉和苜蓿草的试验Ⅰ、Ⅳ组粗蛋白含量均比对照组高，分别为(14.80±0.96)%和(21.38±0.66)%，高于黄丽萍等测得的全株玉米青贮(初始含水率66.18%)的粗蛋白含量。

表3 各组高水分水葫芦青贮发酵45 d后的相对饲喂价值

图3 各组高水分水葫芦青贮发酵45 d后的干物质体外消化率Fig.3 Dry matter digestibility in vitro of E.crassipes silage with high moisture content in each group after fermentation 45 days

相对饲喂价值、干物质体外消化率和粗蛋白含量能很好地反映青贮营养成分的变化。该试验结果表明，添加玉米粉或苜蓿草后高水分水葫芦也能达到合格的营养成分水平。添加玉米粉的试验Ⅰ组相对饲喂价值最高，试验Ⅳ组的干物质体外消化率与添加玉米粉的试验Ⅰ组相近，试验Ⅳ组的粗蛋白含量是试验Ⅰ组的1.4倍。然而，目前玉米粉的价格约2 000元/t，苜蓿草的价格约15 000元/t，因此综合考虑成本及效果，高水分水葫芦青贮中添加玉米粉作为辅料是最优选择。

图4 各组高水分水葫芦青贮发酵45 d后的粗蛋白含量Fig.4 Crude protein content in E.crassipes silage with high moisture content in each group after fermentation 45 days

经过水葫芦青贮安全性指标检测发现，沙门氏菌未检出。根据国家饲料卫生标准，精料补充料中的汞、铬、铅、砷和镉含量分别不得超过0.1、5.0、8.0、4.0和1.0 mg/kg。由表4可知，各组重金属含量均低于国家标准限定值。该试验结果表明，各组霉菌数均低于国家标准限定值(4×10CFU/g)，表明饲喂高水分水葫芦青贮是安全的。

综合上述发酵指标、营养指标及安全性指标可知，高水分水葫芦中添加玉米粉作为发酵辅料是最优选择。青贮发酵过程中，除了添加可降低初始含水率的辅料，往往还会添加绿汁发酵液、蔗糖等含糖量高的添加剂，以促进乳酸菌等发酵菌的迅速繁殖，缩短青贮发酵周期。糖蜜是制糖工业的主要副产物之一，含有糖类、蛋白质、矿物质、维生素等多种营养物质。以糖蜜作为添加剂代表，以玉米粉为辅料，考察添加剂能否进一步提升高水分水葫芦的发酵品质。设置2个试验组，在水葫芦与玉米粉质量比为9∶1的试验组中分别添加3%和1%的糖蜜，命名为试验Ⅴ组与试验Ⅵ组，并对其发酵品质和营养指标进行测定，最后将此次试验结果与仅添加玉米粉的试验Ⅰ组进行对比。

由表5可知，与试验组Ⅰ组相比，添加3%糖蜜后初始可溶性碳水化合物含量升高，更有利于发酵的进行；添加1%糖蜜的试验Ⅵ组与不添加糖蜜的试验Ⅰ组初始可溶性碳水化合物含量相当。糖蜜的含水率为50%～60%，因此添加糖蜜的试验Ⅴ、Ⅵ组青贮干物质含量比不添加糖蜜的试验Ⅰ组略高。

表4 各组高水分水葫芦青贮的重金属含量

由表6可知，相较于仅添加玉米粉的试验Ⅰ组，添加糖蜜后青贮产品的pH相差不大，干物质体外消化率和粗蛋白含量略低；试验Ⅴ、Ⅵ组相对饲喂价值较试验Ⅰ组有所提高，分别为198.39和190.46，均达到特级饲草标准。

表5 添加糖蜜对以玉米粉为辅料的高水分水葫芦青贮初始指标的影响

在高水分水葫芦青贮发酵过程中添加糖蜜能在一定程度上改善青贮的发酵品质。通常来说，高水分水葫芦容易滋生霉菌，而添加糖蜜能进一步降低青贮的初始pH，抑制霉菌的生长，同时增加青贮早期乳酸菌发酵底物浓度，有利于乳酸菌的快速生长。同时，糖蜜的添加能抑制青贮过程中粗蛋白的分解，使得青贮中氨态氮含量有所降低，提高发酵品质。

3 结论

该研究考虑青贮的经济性，减少玉米粉、秸秆、米糠、苜蓿草4种辅料的添加量，使水葫芦青贮初始含水率为(80±2)%，考察该高水分水葫芦青贮能否达到适用的发酵品质和营养价值。结果表明，在玉米粉、秸秆、米糠、苜蓿草4种辅料中(辅料与水葫芦质量比为1∶9)，添加玉米粉和苜蓿草为辅料的高水分水葫芦青贮的相对饲喂价值分别达到特级和一级饲草水平，干物质体外消化率及粗蛋白含量均能达到低水分水葫芦青贮的水平，且霉菌数等安全性指标均达标。添加糖蜜能进一步提高高水分水葫芦青贮的相对饲喂价值，并抑制粗蛋白的分解。综合对比添加玉米粉和苜蓿草的青贮质量以及2种辅料的成本价格，建议在实际生产中优先添加玉米粉作为辅料制备高水分水葫芦青贮，在此基础上可适当添加糖蜜，进一步提升青贮品质。

表6 添加糖蜜对以玉米粉为辅料的高水分水葫芦青贮发酵品质和营养指标的影响