不同混贮比例和添加剂对西兰花尾菜发酵品质的影响

任永霞, 杨关根, 任孟雨, 李一冉, 张思奇, 苏雨亭, 商爱民, 张佳音, 郭郁频

(河北北方学院动物科技学院, 河北 张家口 075000)

近年来西兰花(Brassicaoleracea)在张家口坝上地区大面积种植,每年达十万余亩,在每年夏秋季节的收获、加工、储存、装卸、运输过程中,约占西兰花产量30%以上的约4万吨西兰花尾菜被废弃[1],不但造成资源浪费,还会对当地环境造成严重污染。研究表明,西兰花尾菜营养价值较高,特别是蛋白质含量丰富,是一种具有开发价值的饲料资源[2]。但因其含水量高,不宜加工贮存和运输,而且生产季节性明显,也难以青饲利用,生产者往往将其丢弃在田野路边,成为当地土壤和地下水的重要污染源。因此,针对西兰花尾菜资源特点,开发简便易行的饲料化加工利用方法成为当前亟待解决的生产问题。

已有研究表明,利用当地的秸秆资源与白菜(B.rapa)、甘蓝(B.oleracea)等尾菜资源进行混贮是尾菜资源饲料化利用的一种可行方法[3-5],张家口坝上地区不仅是西兰花的重要生产基地,也是我国重要的莜麦生产基地,收获莜麦的同时,也产生了大量莜麦秸秆。莜麦秸秆含水量低,降解速度慢,大部分秸秆被焚烧或掩埋,会引起空气污染、温室气体排放等环境污染问题。西兰花尾菜虽含有丰富的植物蛋白和水溶性糖,但由于水分含量太高,直接单独青贮容易发生丁酸发酵,不易成功;莜麦秸秆含水量低、CP含量低,但WSC含量较高,可补充发酵底物,促进乳酸菌增殖。将西兰花尾菜与莜麦秸秆进行混合青贮,可以达到尾菜高蛋白、高水分和秸秆低蛋白、低水分含量的互补,达到秸秆高纤维含量和尾菜低纤维含量的互补。既能保存饲料的营养价值,又可提升尾菜资源的利用率,变废为宝,同时也可以促进当地莜麦秸秆资源的饲料化利用,对解决当地尾菜污染带来的环境压力具有积极意义。

在西兰花尾菜的加工技术研究方面,王坚、蔡观容等[6-7]做了一些有益探索,研究表明,添加糖蜜,或与米粉、米糠等混贮,显著提升了西兰花尾菜资源的青贮发酵品质,但目前,针对莜麦秸秆,并结合混贮比例及添加剂对西兰花尾菜青贮品质的研究鲜见报道。本文以坝上地区的莜麦秸秆资源作为吸收剂与西兰花尾菜进行混合青贮,研究不同混贮比例及不同添加剂对青贮品质的影响,以期为科学开发坝上地区尾菜资源,促进当地非常规饲料资源的科学利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2021年9月中旬,以张家口市沽源县蔬菜种植基地(41°57′N,115 °41′E,海拔1 500 m)西兰花尾菜废弃物及周边养殖场存储的前一年完熟期收获籽实后的莜麦秸秆为原料,尾菜切碎成3 cm×3 cm、莜麦秸秆切碎至2～3 cm。原料营养成分见表1。

表1 原料营养成分

1.2 添加剂

乳酸菌添加剂为复合乳酸菌剂,主要成分有植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum),布氏乳杆菌(L.buchneri),植物乳杆菌活菌数1.6×1010CFU·g-1,布氏乳杆菌活菌数≥4.0×109,购自内蒙古青贮传奇科技有限公司;丙酸(丙酸>87%),购自绍曼石家庄分公司。使用方法、添加剂均按照产品说明进行。

1.3 试验设计及制作

试验采用双因素设计。西兰花尾菜+莜麦秸秆分别按质量比2.5∶1(混贮含水量60%)、3∶1(混贮含水量65%)、5∶1(混贮含水量70%)比例混合,每个混贮比例再做添加剂处理,分别为对照(不加添加剂,CK)、添加0.005 g·kg-1乳酸菌(L)、添加0.005 g·kg-1乳酸菌+0.25 g·kg-1丙酸(LP)。将尾菜和秸秆按照设计比例混合后喷洒添加剂,对照喷洒等量的蒸馏水,其后再均匀混合,混匀后装填在聚乙烯真空包装袋中,每个真空袋装填1.5 kg并进行真空密封处理,每个处理组各3个重复。贮藏60 d后开袋取样进行检测分析。

1.4 测定指标与方法

1.4.1营养指标测定 干物质(Dry matter,DM)含量采用烘干法测定[8];粗蛋白质(Crude protein,CP)含量采用凯氏定氮法测定[9];酸性洗涤纤维(Acid detergent fiber,ADF)和中性洗涤纤维(Neutral detergent fiber,NDF)含量按照Van Soest的方法进行测定[10];淀粉(Starch)、水溶性碳水化合物(Water soluble carbohydrates,WSC)含量采用高氯酸水解-蒽酮-硫酸比色法测定[11]。

1.4.2发酵指标测定 乳酸(Lactic acid,LA)、乙酸(Acetic acid,AA)、丁酸(Butyric acid,BA)含量按照许庆方的方法进行测定[12];pH值用pH计(PHS-3C精密pH计)测定;氨态氮(NH3-N)含量用苯酚-次氯酸钠比色法测定[13]。

1.5 数据处理

试验数据用Excel整理,用SPSS 20. 0进行单因素和双因素方差分析,并用邓肯氏(Duncan's)法进行多重比较,以P<0.05作为差异显著性判断标准。

2 结果与分析

2.1 混贮比例及添加剂对西兰花尾菜混贮营养品质和发酵品质的影响

方差分析结果表明(表2),混贮比例对DM,CP,ADF,NDF有极显著影响(P<0.001),对AA有显著性影响(P<0.05),对淀粉,WSC,LA,BA,pH值、氨态氮/总氮无显著影响;添加剂对DM,CP,ADF,NDF,WSC,LA,AA有极显著影响(P<0.001),对淀粉、BA、pH值、氨态氮/总氮无显著影响;混贮比例和添加剂的交互作用对淀粉、BA含量有显著影响(P<0.05),对其他指标均无显著影响。

表2 混贮比例及添加剂对西兰花尾菜混贮的影响

2.2 混贮比例和添加剂对西兰花尾菜混贮营养品质的影响

西兰花尾菜与莜麦秸秆混贮对营养成分的影响见表3、表4、表5。

表3 混贮比例和添加剂对混贮营养成分的影响

表4 不同混贮比例处理对营养成分的影响

表5 不同添加剂处理对营养成分的影响

在每个混贮比例下,CK,L,LP三个添加剂组的DM含量在逐渐增加;随着混贮比例升高,相同添加剂处理的DM含量逐渐下降(表3)。三个混贮比例下的DM含量,2.5∶1>3∶1>5∶1,三者间差异显著(P<0.05)(表4);三个添加剂处理中,LP组的DM含量均值最高,为31.93%,其次是L组,且均显著高于CK组(P<0.05),LP组与L组间差异不显著(表5)。

每个混贮比例下,CK,L,LP三个添加剂组的CP含量基本呈下降趋势;随尾菜在混贮中的比例升高,各添加剂组CP含量逐渐上升(表3)。三个混贮比例的CP含量,5∶1>3∶1>2.5∶1,分别为14.30%,12.50%,10.80%,三者之间差异显著(P<0.05)(表4)。三个添加剂组,CK组的CP含量均值最高,为13.58%,L组最低,为11.87%,CK组显著高于L组、LP组(P<0.05),L组与LP组间差异不显著(表5)。

每个混贮比例下,三个添加剂组的ADF,NDF含量都先升后降,各添加剂组的ADF,NDF随着混贮比例的升高而下降(表3)。三个混贮比例的ADF,NDF含量随尾菜占比增加而降低,且差异达显著水平(P<0.05)(表4);L添加剂组的ADF,NDF最高,分别为38.10%,53.78%,显著高于CK和LP组(P<0.05),而CK与LP组间差异未达显著水平(表5)。

由表3可知,混贮比例为2.5∶1时,CK组的淀粉含量高于L组和LP组;混贮比例为3∶1,5∶1时,则是LP和L组高于CK组。从表4、表5可知,混贮比例和添加剂处理各组的淀粉含量虽有差异,但并未达显著水平。

当混贮比例为2.5∶1,5∶1时,WSC含量由高到低依次为LP,L,CK;3∶1混贮比例下,则表现为LP>CK>L(表3)。不同混贮比例处理下的WSC含量分别为8.68%,8.28%,8.23%,随尾菜占比的升高而降低,但差异未达显著水平(表4);由表5可知,LP添加剂处理的WSC含量高达11.02%,显著高于CK组的6.63%和L组6.55%(P<0.05)。

2.3 不同混贮处理对发酵品质的影响

不同混贮处理对pH和有机酸、AN/TN含量的影响详见表6、表7、表8。

表6 混贮比例和添加剂对混贮发酵品质的影响

表7 不同混贮比例处理对发酵品质的影响

表8 不同添加剂处理对发酵品质的影响

由表6可知,同一混贮比例下,使用添加剂处理的L和LP组的LA含量低于CK组;随尾菜比例提高,LA含量呈上升趋势。CK组、L组的LA含量(7.27%,6.85%)显著高于LP组(5.86%)(P<0.05),CK组与L组间差异不显著(表8)。在不同混贮比例处理组中,5∶1时LA含量均值最高,为6.92%,各组之间差异不显著(表7)。同一混贮比例下,L组AA含量最高,LP组含量最低,随尾菜占比升高,AA含量也在升高。由表7和表8结果可知,三个添加剂处理对AA含量产生了显著影响(P<0.05),而不同的混贮比例处理,5∶1时的AA含量显著高于其他混贮比例处理(P<0.05),2.5∶1与3∶1混贮比例间无显著差异。混贮比例、添加剂对BA含量的影响无显著性差异。添加剂组的BA含量由低到高依次为CK组、L组、LP组;三个混贮比例处理中以5∶1处理组的BA含量最低。由表6,表8可知,混贮比例、添加剂对pH值均无显著影响。所有处理的pH值均低于优质青贮饲料pH值<4.2的要求。各处理对AN/TN无显著影响,所有处理的AN/TN含量在1.96%～4.93%之间,AN/TN含量均达到优良青贮推荐值(优良青贮AN/TN含量推荐值<10%)。

3 讨论

3.1 不同混合青贮的营养成分

本试验通过调节西兰花尾菜与莜麦秸秆的混合比例控制含水量。青贮过程中,青贮原料适宜的含水量、添加青贮添加剂是影响青贮发酵品质的关键要素[14-15]。青贮过程会消耗贮料养分,导致DM部分被消耗降解,干物质含量过低引起梭菌发酵,导致青贮失败[16-17]。李海萍等[18-19]发现,在青贮中添加乳酸菌可以提高DM含量,本试验结果表明,不同混贮比例进行混贮,两个添加剂组的DM含量显著高于CK组,与前人研究结果一致,且复合乳酸菌+丙酸添加剂组提高DM效果优于复合乳酸菌添加剂组。

CP,NDF,ADF是评价青贮饲料营养的主要指标,CP含量相对越多,NDF,ADF含量相对越少,青贮营养品质越好[20-21]。孙志强等[22]在玉米青贮中发现添加复合乳酸菌后全株玉米青贮饲料的CP含量降低,本研究中,随着尾菜添加比例的增加,CP含量逐渐上升,在混贮比例相同时,CK组、复合乳酸菌、复合乳酸菌+丙酸三个添加剂组CP含量呈下降趋势,与孙志强等的研究结果一致,而与戚如鑫等[23]在水稻秸秆和白菜尾菜混贮中添加植物乳杆菌和纤维素酶,有利于提升CP含量结果不同,这可能是由于所用添加剂不同,乳酸菌菌种不同而导致。本研究中,混贮料的ADF,NDF含量随着混贮比例升高逐渐下降,与莜麦秸秆占比减少有关;三个添加剂组中,L组的ADF,NDF含量显著高于对照组,与任海伟等[24]研究结果一致,但与蔡观容等[7]研究结果不同。

WSC含量也是保证青贮饲料发酵成功的必要条件之一[25]。本试验中,混贮比例对淀粉含量、WSC含量没有显著影响;三个添加剂组的WSC含量,LP组>CK组>L组,三个添加剂组的淀粉含量,LP组>L组>CK组,可见,LP组即复合乳酸菌+丙酸添加剂组的WSC和淀粉含量,都高于或显著高于复合乳酸菌添加剂L组,这与任海伟[24,26]等研究结果基本一致。原因可能是复合乳酸菌+丙酸能释放更多的水溶性碳水化合物,促进乳酸发酵,同时加入有机酸抑制了微生物对糖、淀粉的代谢利用,可以保存更多的可溶性糖。

3.2 不同混合青贮的发酵品质

青贮饲料的pH值、有机酸和NH3-N是衡量青贮饲料发酵品质的重要指标[27]。本试验中,所有处理的pH值均低于优良青贮饲料的pH值4.2以下的标准,说明处理组均能改善青贮的酸性环境。本文中,LP组的LA含量显著低于CK组与L组的LA含量,研究结果与宗成等[28]的研究结果类似,可能是由于添加了丙酸后在抑制腐败菌的同时抑制了乳酸菌发酵,引起了LA含量下降;L组LA含量与CK组差异不显著,说明在本研究中复合乳酸菌的添加没有起到明显的促进乳酸发酵的作用,这可能和使用的复合菌剂有关,由于同型、异型乳酸菌对养分竞争而导致同型乳杆菌未能充分生长繁殖、同型乳酸发酵未能得到强化,还有待以后进一步研究。田吉鹏等[29]发现,复合乳酸菌+丙酸钙处理未能提高青贮饲料的乙酸含量,本试验复合乳酸菌+丙酸添加效果与前人结果一致,LP添加剂组AA含量低于CK组;试验中还发现,L组AA含量高于对照,可能是由于复合乳酸菌剂在降低青贮饲料pH值的同时提高乙酸含量,从而抑制霉菌等有害微生物。

丁酸是丁酸菌代谢的产物,AN/TN反映腐败微生物对青贮饲料中蛋白质的分解程度,两者数值越大,青贮品质越差[30]。在本试验中,所有处理的青贮料未检出或只检测到微量BA,所有处理组AN/TN含量都低于5%,都达到了优质青贮BA含量推荐值<1.0%DM、AN/TN含量推荐值<10%[31]的要求;LP组的AN/TN含量更低(2.24%),说明复合乳酸菌+丙酸的添加能够降低贮料的丁酸含量,很好的抑制丁酸梭菌、霉菌等有害微生物生长,从而提高青贮饲料的发酵品质,本文与李真真等[31-33]的研究结果一致。

总之,混贮能够实现青贮原料间营养互补,提高青贮饲料营养和发酵品质[31]。青贮原料适宜的含水量是影响青贮饲料品质的重要因素,添加青贮添加剂是影响青贮发酵品质的关键要素[32-33]。

西兰花尾菜虽含有丰富的植物蛋白和水溶性糖,但由于水分含量太高,直接单独青贮容易发生丁酸发酵,不易成功;莜麦秸秆含水量低,可降低不良发酵。因此,将西兰花尾菜和莜麦秸秆进行混合青贮,达到了水分和蛋白质互补,使用添加剂进有效提升了秸秆和尾菜资源的利用率,混贮意义重大。

4 结论

西兰花尾菜与莜麦秸秆以5∶1比例混合,含水量控制在70%,添加0.005 g·kg-1复合乳酸菌+0.25 g·kg-1丙酸进行混合青贮,更能不同程度的提高混贮料的DM,CP、淀粉、WSC含量,降低ADF,NDF,AN/TN含量,青贮效果更佳。