青贮添加剂对牧草青贮品质影响的研究进展

■ 黄秀文 范 雪,2 唐明欢 马 壮 张可欣 马 健,2*

（1.新疆农业大学动物科学学院，新疆乌鲁木齐 830052；2.广东海洋大学滨海农业学院，广东湛江 524088）

对反刍动物养殖业来说，粗饲料资源不可或缺，青贮能较好地保存饲料原料的营养价值，同时延长保存时间。苜蓿和燕麦草是较为常见用于制作青贮的牧草，除此以外，多项研究证实，籽粒苋、王草、象草等多种牧草均可用来调制青贮[1-3]。青贮品质高低与原料特性密切相关，牧草含水量、可溶性碳水化合物（WSC）含量、缓冲能值高低等均会影响青贮发酵过程。在牧草青贮过程中添加青贮添加剂可提高发酵效果，并利于动物消化吸收。添加乳酸菌可快速降低苜蓿青贮pH 和氨态氮（NH3-N）含量，提高乳酸含量，改善青贮品质[4]。当发酵底物不足时，发酵效率降低，添加纤维素酶可将牧草中含有的多糖降解为单糖，提供更多底物促进乳酸菌发酵[5]。糖蜜、有机酸等物质作为添加剂也可改善青贮品质，在降低pH、提供发酵底物方面起着重要作用。由于牧草种类多，自身特点不同，比如豆科牧草缓冲能值高，不利于青贮发酵；苋科牧草WSC 含量低，缺乏发酵底物。生产中应根据牧草特点，合理使用添加剂来改善青贮品质。为了给牧草青贮的高效利用提供参考，文章介绍了不同类型青贮添加剂的作用特点，重点总结了添加剂在不同牧草青贮发酵过程中的应用效果。

1 青贮添加剂的种类及作用特点

生产中常用的青贮添加剂主要包括乳酸菌制剂、酶制剂、化学性添加剂和营养性添加剂等四类。乳酸菌是青贮发酵过程中的主要微生物，而多数牧草附着的乳酸菌数量有限[6]，发酵过程中乳酸菌难以成为优势菌种，导致青贮品质低。为提高牧草青贮质量，需要添加乳酸菌来抑制有害微生物的生长。根据发酵类型，乳酸菌制剂分为同型和异型乳两种。同型发酵乳酸菌可促进青贮早期发酵，产生大量乳酸，迅速降低pH，抑制霉菌等有害微生物的生长，从而提高青贮品质[7]。异型发酵乳酸菌可在青贮发酵后期产生大量乙酸，抑制腐败菌的生长，提高青贮有氧稳定性[7]。青贮中常用的酶制剂主要是纤维素酶、木聚糖酶、半纤维素酶等。牧草中的纤维素含量较高，酶制剂可将植物细胞壁的纤维素和半纤维素降解为单糖，为乳酸菌发酵提供充足底物，抑制有害菌生长[8]。化学添加剂主要指甲酸、丙酸、苯甲酸及盐类等物质，添加酸性物质可快速降低发酵初期pH，杀死有害微生物，但同时会造成环境污染，引起动物酸碱平衡失调。二乙酸钠的添加可抑制腐败菌繁殖，提高发酵后期有氧稳定性，降低营养损耗[9]。乳酸菌发酵促进剂主要指糖类物质，为乳酸菌发酵提供足够底物，促进乳酸菌发酵。此外，氨基酸等物质作为添加剂可提高青贮营养价值，逐渐在青贮中应用。

2 添加剂对牧草青贮发酵品质的影响

豆科牧草苜蓿缓冲能值高，因此自然青贮发酵品质较低。张丽媛[10]研究发现，同时添加乳酸菌和糖蜜可促进苜蓿青贮发酵，将pH 由7.02 降至4.09。NH3-N/总氮可用来反映青贮中蛋白质的降解程度，郭婷[11]试验表明，添加2%的蔗糖可显著降低燕麦青贮pH及NH3-N/总氮的含量。有机酸是反映青贮品质的重要指标，乳酸含量高低是影响青贮品质的主要因素。除苜蓿和燕麦青贮外，一些学者针对非常规牧草进行了青贮研究。刘艳芳等[12]前期针对籽粒苋进行了研究，发现与自然青贮相比，同时添加乳酸菌和葡萄糖可促进籽粒苋青贮快速发酵，提高乳酸含量，降低pH，显著降低乙酸、丙酸含量；添加甲酸可迅速降低青贮pH，同时降低乙酸含量。许多牧草水分含量高，单独青贮发酵品质差，田静等[13]以象草为研究对象，发现青贮时添加2%蔗糖可降低环境温度导致的pH升高，并降低乙酸含量，改善象草青贮发酵品质。对牧草来说，提高其发酵品质需要结合自身营养特点，比如苋科牧草籽粒苋，自身WSC 含量较低，在制作青贮时需添加糖类物质提高发酵品质。

3 添加剂对牧草青贮营养成分的影响

干物质（DM）是青贮非常重要的指标，牧草由于自身含水量高，制作的青贮DM 含量往往低于玉米青贮。研究发现，添加乳酸菌制剂和葡萄糖可显著提高籽粒苋青贮DM 含量[12]。李小铃等[14]研究也表明，在扁穗牛鞭草青贮过程中添加单一或复合乳酸菌制剂均可提高DM 含量。DM 含量升高的原因可能是因为乳酸菌制剂能降低青贮过程中汁液的产生，而青贮汁液中包含8%左右的DM[15]。在青贮过程中粗蛋白（CP）的分解不可避免，纤维素酶可通过为乳酸菌提供底物产生乳酸，抑制一些腐败微生物对CP 的降解。Li 等[16]试验表明，与自然青贮相比，添加纤维素酶可降低王草青贮中中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量，同时提高CP 和WSC 含量，改善王草青贮营养价值。此外，一些研究证实，化学添加剂可抑制CP 的降解，Zhang 等[17]在象草青贮时添加乙醇，发现乙醇可抑制发酵过程中需氧菌对WSC 的消耗，为乳酸菌提供足够发酵底物，并抑制有害微生物对CP 的降解。与单一添加剂相比，复合添加剂，尤其是菌酶复合剂，在改善青贮营养价值方面更具优势。杨烈等[18]研究了乳酸菌与纤维素酶单独或联合处理对狗牙根青贮营养成分的影响，结果发现，与对照组和单独添加组相比，同时添加乳酸菌和纤维素酶可显著提高青贮CP 和WSC 含量，降低中性洗涤纤维含量。目前，仍需要更多研究去探索青贮添加剂在牧草青贮中的有效组合方式，筛选合适的菌种与酶制剂搭配，并探索营养性、化学性与生物添加剂的适宜组合方式，最大程度上改善牧草青贮品质。

4 添加剂对牧草青贮有氧稳定性的影响

有氧稳定性是指青贮饲料开窖接触空气后，各种理化性质保持稳定，不发生腐败变质的持续时间。燕麦青贮研究表明，添加剂乳酸菌可增强有氧稳定性，青贮暴露2 d 后，pH 仍在5 以下[19]。同型乳酸菌主要是通过产生乳酸降低pH 来抑制酵母菌及霉菌等有害菌的生长，提高有氧稳定性；而异型乳酸菌可产生能抑制有害菌生长的乙酸，并且乙酸可与苯甲酸及水杨酸等发生协同作用抑制真菌活性，增强青贮有氧稳定性[20]。在提高有氧稳定性方面，异型乳酸菌应用效果更好。布氏乳杆菌在青贮发酵过程中可将乳酸分解为乙醇及丙二醇等，抑制有害菌的生长，延长饲料有氧稳定性时间；同时还可产生利于纤维素降解的阿魏酸酯酶，促进乳酸产生，抑制有害菌活性[21]。Wu 等[22]试验表明，与未接种乳酸菌和接种植物乳杆菌相比，羊草青贮接种布氏乳杆菌在有氧暴露7 d后没有明显变质迹象。混合菌种在增强牧草青贮有氧稳定方面也起着重要作用。前人研究发现，将能产生阿魏酸酯酶和具有抗氧化功能的乳酸菌混合添加到苜蓿青贮中，不仅能改善青贮发酵品质，更能增强青贮有氧稳定性[23]。

化学性添加剂可抑制有害菌的生长，丙酸可通过降低牧草青贮中大肠杆菌及酵母菌数量，提高有氧稳定性，添加量为2 mL/kg 效果最好[24]，这与丙酸创造的酸性环境有关，抑制了有害菌生长代谢。Driehuis等[25]研究指出，乙酸可与丙酸等物质发挥协同作用，抑制青贮有氧暴露期间霉菌等有害菌的生长，延长有氧稳定性。因此，在牧草青贮时同时添加化学性添加剂和异型乳酸菌或许可起到提高有氧稳定性的作用，未来需要更多的研究去探索。糖蜜及酶制剂主要是通过促进乳酸菌发酵产生更多乳酸，从而抑制有害菌生长来增强青贮有氧稳定性。青贮有氧腐败问题目前尚未得到很好地解决，青贮添加剂的应用在一定程度上提高了牧草青贮有氧稳定性。未来仍需要深入了解牧草原料的特性，研究牧草青贮有氧暴露后微生物变化，对提高牧草有氧稳定性具有重要意义。

5 添加剂对牧草青贮微生物多样性的影响

5.1 同型发酵乳酸菌

青贮发酵伴随着复杂的微生物变化过程，青贮品质高低与原料附着的微生物群落及发酵过程中微生物变化有关，随着检测手段的进步，越来越多的研究开始关注青贮过程中微生物的演替。对苜蓿青贮的研究表明，添加植物乳杆菌降低了青贮细菌的多样性，显著上调了乳酸菌的相对丰度，下调了有害菌梭菌属与李斯特菌属的相对丰度，改善了苜蓿青贮发酵品质[26]。付薇等[27]试验表明，与自然青贮相比，添加同型乳酸菌显著提高了高丹草青贮乳酸菌数量，降低酵母菌数量，且未检测到霉菌存在，改善了青贮品质。对燕麦青贮的研究表明，同型乳酸菌接种可提高青贮乳酸菌属丰度，乳酸菌属在发酵第3 天达到最大值，随着发酵时间的增加，鼠李糖乳杆菌、植物乳杆菌和发酵乳杆菌成为优势菌；同时降低了青贮细菌群落多样性，改善了发酵品质[28]。梭状芽孢杆菌是导致青贮腐败的有害菌，陆永祥等[29]研究指出，添加植物乳杆菌显著降低了虉草青贮梭状芽孢杆菌属相对丰度。这可能与添加乳酸菌降低了青贮pH 及提高渗透压有关，梭状芽孢杆菌对低pH 和高渗透压环境敏感，生长繁殖受到抑制[30]。综上，同型发酵乳酸菌可提高牧草青贮中乳酸菌属丰度，快速降低pH，从而抑制酵母菌及梭菌等有害菌生长，改善青贮品质。

5.2 异型发酵乳酸菌

异型发酵乳酸菌在发酵后期产生较多的乙酸，从而可抑制霉菌等有害微生物的生长。Si 等[31]试验指出，苜蓿青贮添加布氏乳杆菌可降低原料附着的路德维希肠杆菌丰度，抑制CP 降解，提高青贮营养价值。关皓[32]研究表明，布氏乳杆菌在多花黑麦草青贮有氧稳定性中具有重要作用，在有氧暴露7 d后，虽然各处理组均检测到了好氧菌肠杆菌，但布氏乳杆菌添加组青贮中乳杆菌仍为优势种群，延长了有氧稳定性。酵母菌是导致青贮有氧变质的主要菌种，前人研究表明，苏丹草青贮添加布氏乳杆菌降低了青贮有氧暴露后酵母菌的增长速率；与同型乳酸菌组相比，布氏乳杆菌组酵母菌数量最低，仅检测出拜氏接合酵母、热带假丝酵母、嗜酒假丝酵母和假丝酵母4 类[22]。异型乳酸菌虽然会在青贮发酵过程中消耗部分营养物质，但对真菌具有更强的抑制作用，添加异型乳酸菌可改善青贮微生物多样性，将乳酸转化为乙酸，并抑制酵母菌及霉菌等有害菌生长[33]。同型和异型乳酸菌以不同方式在不同阶段发挥各自作用，对微生物群落的影响也存在差异，因此，多功能复合菌种添加剂也在牧草青贮中应用。Auerbach 等[34]在黑麦草青贮中添加乳酸片球菌和布氏乳杆菌组合，结果发现，与只添加同型乳酸菌相比，复合菌组显著提高了乳酸菌数量，并提高了乙酸及丙二醇含量，降低了酵母菌和霉菌数量，抑制了青贮变质。目前菌种组合多集中在同型异型乳酸菌，相同类型乳酸菌及非乳酸菌和乳酸菌种组合在牧草青贮中的应用也值得深入研究。

5.3 酶制剂

不同酶制剂对青贮微生物多样性调控存在差异，纤维素酶和α-半乳糖苷酶可提高乳酸菌属丰度，而纤维素酶和木聚糖酶联合添加可抑制大肠杆菌与霉菌生长[35]。刘逸超等[36]研究表明，添加纤维素酶可显著提高天然牧草青贮乳酸菌数量，对青贮改善效果优于同时添加纤维素酶和糖蜜。这可能是因为添加糖蜜进一步增加WSC 含量，促进乳酸菌发酵的同时也为酵母菌生成提供了条件。另有研究表明，象草青贮添加纤维素酶提高了香农和辛普森多样性，并提高了厚壁菌门的丰度，降低了变形菌门丰度[37]。厚壁菌门中的很多芽孢杆菌可降解纤维素等多种大分子化合物，变形菌门含有大肠杆菌等病原菌，与乳酸菌竞争营养素产生生物胺，降低青贮品质。目前关于酶制剂对牧草青贮微生物影响的研究还较为缺乏，需更多的研究去关注酶制剂对牧草青贮微生物的影响，以便更好地调控牧草青贮品质。

5.4 化学和营养性添加剂

化学添加剂虽不能直接促进乳酸菌生长，但可抑制有害菌生长。陆永祥等[38]试验指出，燕麦青贮添加甲酸后微生物多样性降低，同时酵母菌数量降低，提高了乳酸菌丰度。但另有研究指出，有机酸可渗透到乳酸菌细胞膜，损害其活性[39]，有机酸对牧草青贮微生物的影响还需要进一步探究。不同化学添加剂对青贮微生物的影响存在差异：双乙酸钠可抑制大肠杆菌、青霉菌和酵母菌繁殖；苯甲酸钠可抑制大肠杆菌和青霉菌生长；山梨酸钾仅对青霉菌的抑制作用明显[40]。总的来说，化学添加剂可快速创造酸性环境，抑制有害菌生长，降低营养物质损失。搭配使用不同化学添加剂或许对有害菌的抑制效果更为明显，但要考虑安全性。同时，化学添加剂的使用剂量也需要考虑。

添加糖类物质可提高青贮乳杆菌属丰度，降低片球菌属、柠檬酸杆菌属及肠杆菌属丰度，改善苜蓿青贮品质，这种微生物群落的变化降低了青贮脂肪损失[41]。营养添加剂主要还是通过为乳酸菌提供发酵底物，促进其发酵，降低pH，抑制有害菌生长，改善牧草青贮品质。除了以上添加剂的单一使用，菌酶、菌酸及菌糖组合均在调控牧草青贮微生物方面发挥重要作用：酶制剂和糖通过为乳酸菌发酵提供底物促进发酵，提高乳酸菌数量；酸性物质和乳酸菌分别在发酵不同阶段对乳酸菌和有害菌进行调控，改善青贮品质[42-43]。大多数研究指出，复合添加剂对牧草青贮改善效果优于单一添加，未来可针对不同牧草，将多种添加剂进行优化组合，通过检测微生物多样性实时了解发酵状态，让添加剂形成协同作用，提高牧草青贮发酵品质及有氧稳定性。

6 小结

开发利用多种牧草对缓解我国粗饲料资源短缺具有重要意义，目前乳酸菌和纤维素酶制剂是生产中改善牧草青贮品质最为常用的添加剂，今后可针对复合添加剂在牧草青贮中的应用开展更多研究。牧草纤维含量普遍较高，未来利用转基因及酶工程等技术研发菌酶组合添加剂，使得乳酸菌具有纤维素降解基因，将有助于牧草青贮乳酸菌发酵。牧草青贮有氧腐败是影响青贮饲用价值的重要因素，了解青贮发酵过程微生物的特性是延长有氧稳定性的依据。目前微生物对牧草青贮有氧稳定性影响的研究还不够深入，除了细菌，真菌也需要关注，应用微生物和代谢组学技术更全面地解析微生物及其代谢产物动态变化，有助于调制优质牧草青贮。牧草自身附着的微生物也是影响青贮添加剂作用的关键，结合牧草特点，筛选适宜添加剂或组合，并结合现代分子技术，进一步揭示微生物群落与牧草青贮品质的关系，为牧草青贮的高效利用提供科学指导。