乳酸菌对不同果穗状态全株青贮玉米饲料品质的影响

田吉鹏 程云辉 刘蓓一 顾洪如 丁成龙

摘要 为研究乳酸菌添加剂对不同果穗状态全株玉米青贮饲料发酵品质、营养品质、真菌污染和有氧稳定性的影响，利用蒸馏水（CK）、植物乳杆菌处理（LP处理，添加量为1×106 CFU/g 鲜样）以及布氏乳杆菌处理（LB处理，添加量为1×106 CFU/g 鲜样）添加进果穗全包、果穗露顶和果穗露顶穗腐组中进行青贮发酵。结果表明，所有处理均取得了良好的发酵效果。果穗露顶组具有更高的WSC含量和霉菌数量，且相对果穗全包组具有更高的总酸含量、乳酸/乙酸比值和更低的pH。LP处理增加了乳酸含量、降低了pH。LB处理显著增加了乙酸含量并降低乳酸/乙酸比值，具有最低的酵母菌数量和最高的有氧稳定性，2种添加剂的使用均显著降低了氨态氮含量和霉菌数量。乳酸菌添加剂的应用对于提升不同果穗状态的全株玉米青贮饲料发酵品质、营养品质和有氧稳定性并降低真菌污染具有重要意义。

关键词 乳酸菌；果穗露顶；全株玉米青贮；真菌污染；有氧稳定性

中图分类号 S548  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2024）11-0072-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.11.015

Effect of Lactic Acid Bacteria on the Quality of Whole Crop Corn Silage in Different Ear States

TIAN  Ji-peng1，2， CHENG  Yun-hui1，2， LIU  Bei-yi1，2  et  al

（1.Institute of Animal Science， Jiangsu Academy of Agricultural Science， Nanjing， Jiangsu  210014;2. Key Laboratory of Crop and Animal Integrated Farming， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Nanjing， Jiangsu 210014）

Abstract In order to study the effects of lactic acid bacteria additives on the fermentation quality， nutritional quality， fungal contamination， and aerobic stability of whole plant corn silage in different ear states， distilled water （CK）， Lactiplantibacillus plantarum treatment （LP treatment， addition amount of 1×106 CFU/g fresh sample）， and Lentilactobacillus buchneri treatment （LB treatment， addition amount of 1×106 CFU/g fresh sample） were added to cob full covered by bracts， cob exposed bracts， ear rot at the exposed top groups for silage fermentation. The results showed that all treatment groups achieved good fermentation effects. The cob exposed bracts had higher WSC content and mold count， and had higher total acid content， lactic acid/acetic acid ratio， and lower pH compared to the fully enclosed group of fruit clusters. LP treatment increased lactate content and decreased pH. LB treatment significantly increased the acetic acid content and decreased the lactic acid/acetic acid ratio， with the lowest yeast count and highest aerobic stability. The use of both additives significantly reduced the ammonia nitrogen content and mold count. The application of lactic acid bacteria additives was of great significance for improving the fermentation quality， nutritional quality， aerobic stability， and reducing fungal contamination of whole plant corn silage with different ear states.

Key words Lactic acid bacteria;Cob exposed bracts;Whole corn plant silage;Fungal counts;Aerobic stability

基金项目 江苏省苏北科技专项（先导性项目）（XZ-SZ202114）；江苏省农业科技自主创新资金项目［CX（21）2017］。

作者简介 田吉鹏（1987—），男，山东烟台人，副研究员，博士，从事饲草调制加工研究。*通信作者，副研究员，从事饲草调制加工研究。

收稿日期 2023-07-27

全株青贮玉米是我国奶牛产业的最重要粗饲料之一而备受种植户青睐，在全国各气候区都有全株青贮玉米的广泛种植［1］。近年来，随着青贮玉米品种的不断选育加上专用栽培技术的显著创新，越来越多的全株青贮玉米品种在生产上得以推广应用。但相较于畜牧产业需求，现有专用青贮玉米品种仍然偏少且推广面积普遍较少，难以适应全国范围不同地区不同生态环境的生产应用。南方地区高温高湿，极端气候连年高发，对于青贮玉米种植有明显负面影响［2］。因此，研究南方地区受到气候胁迫的青贮玉米如何进行青贮加工以提升质量、降低损失具有重要意义。

南方地区夏季降雨量较大，青贮玉米生长后期易受连绵阴雨的影响，果穗容易发生露顶现象。同时由于全株青贮玉米普遍栽培密度较大且植株高大，田间通风、通光能力不强，影响玉米果穗的正常生长。裸露出的果穗上部容易出现缺粒现象，籽粒明显减少，造成玉米果穗淀粉含量的下降。暴露在外的籽粒部分更容易受到穗腐病等病虫害的影响，果穗上会集中更多霉菌和酵母菌等真菌，影响全株玉米的发酵品质［3］。

全株青贮玉米可溶性糖含量十分丰富，附着乳酸菌数量极多，切碎容易，缓冲能值低，十分适合进行青贮发酵［4］。但丰富的可溶性糖会导致大量酵母菌和霉菌的附着，青贮厌氧条件下霉菌和酵母菌虽受到抑制但仍然存活，待青贮开窖后可快速繁殖，消耗青贮玉米营养，造成有氧腐败。因此，可添加合适的添加剂来抑制霉菌和酵母菌活性，提升全株玉米青贮质量及有氧稳定性。目前应用最为广泛、效果最好的青贮添加剂是乳酸菌添加剂［5］。乳酸菌添加剂包括植物乳杆菌等同型发酵乳酸菌和布氏乳杆菌等异型发酵乳酸菌，其中植物乳杆菌能够产生大量乳酸从而快速降低青贮饲料的pH，而布氏乳杆菌能够进一步将乳酸转化为乙酸，有效提升青贮饲料有氧稳定性。目前对于全株玉米青贮饲料乳酸菌添加剂的研究较多，但对于果穗露顶和穗腐的玉米全株青贮是否有效仍不清楚。笔者添加不同乳酸菌制剂在果穗全包、露顶和穗腐的玉米全株青贮中，分析其对全株玉米青贮饲料发酵品质、营养品质、真菌数量和有氧稳定性的影响，探讨果穗露顶、穗腐现象对全株玉米青贮饲料质量的影响及适合的乳酸菌添加剂处理，为果穗露顶全株玉米青贮饲料的加工和利用提供科学依据和技术依托。

1 材料与方法

1.1 试验材料

全株玉米为徐州大汉天立农业科技发展有限公司种植的青贮玉米京科青贮516，种植密度75 000株/hm2，氮肥施用量为300 kg/hm2，根据需要进行补充灌溉以维持青贮玉米正常生长。乳熟末期开始进行全株玉米收获，留茬高度5 cm，收获后根据果穗是否露顶和全包进行分类并分别进行粉碎，粉碎成2～3 cm的小段用于青贮饲料制作。

乳酸菌采用畜牧研究所饲草加工与草畜结合创新团队自有乳酸菌植物乳杆菌和布氏乳杆菌，添加量为1×106 CFU/g。

1.2 试验设计

利用双因素完全随机设计开展试验，对于果穗全包、露顶及穗腐青贮原料，分别用蒸馏水（CK组）、植物乳杆菌组（LP组）、布氏乳杆菌组（LB组）进行处理，每个处理3个重复，其中2种乳酸菌的添加量分别为1×106 CFU/g鲜样，在添加前利用少量MRS液体培养基活化30 min，所有处理组所用水量相等（20 mL/kg）。将粉碎并喷洒添加剂后的青贮原料装入青贮罐（1 L）中压实并用胶带密封，压实密度750 kg/m3（每罐约750 g），室温存放90 d后开封，测定发酵品质、营养品质、真菌计数和有氧稳定性。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 发酵品质。

取青贮料20 g，在室温（20～23 ℃）条件下，用180 mL蒸馏水进行30 s（2次）均质，然后用4层纱布和定性滤纸过滤。滤液的pH使用玻璃电极pH计（pHS-3C，Shanghai，China）测定。滤液用0.22 μm的水系一次性过滤器进一步检测有机酸。检测的有机酸包括乳酸、乙酸、丙酸和丁酸，采用安捷伦公司的高效液相色谱（HPLC）测定［6］。分析条件：色谱柱为Shodex RSpak KC-811S-DVB gel C（8.0 mm×30 cm，岛津，日本东京）；恒温箱温度50 ℃；流动相3 mmol/L HClO4，流量1.0 mL/min；注射量5 μL。总酸含量为乳酸、乙酸、丙酸和丁酸之和，乳酸/乙酸为同一个样品乳酸含量和乙酸含量的比值。氨态氮含量的测定参照Broderick等［7］的苯酚-次氯酸钠方法进行测定。

1.3.2 真菌计数。

取青贮饲料20 g，加入180 mL高温灭菌冷却后的生理盐水，在振荡摇床上25 ℃恒温摇2 h，在孟加拉红培养基（DRBC，北京奥博兴生物科技有限公司）涂布板上对稀释液进行酵母菌和霉菌计数。25 ℃黑暗培养5～7 d。结果以1 g样品的菌落形成单位（CFU/g）表示［8］。

1.3.3 营养品质。

取青贮饲料200 g，65 ℃烘干48 h，称重测定干物质（DM）含量，粉碎后过1 mm筛，进行营养品质分析。利用凯氏定氮法测量总氮含量，并用总氮×6.25计算全株玉米青贮饲料粗蛋白（CP）含量［9］。中性洗涤纤维（aNDF）［10］在检测过程中用热稳定性淀粉酶处理，与酸性洗涤纤维（ADF）［11］同时利用Ankom全自动纤维测定仪进行测定。利用80%乙醇提取，蒽酮比色法测定可溶性糖（WSC）含量［12］，提取完的残渣烘干后用高氯酸水解-蒽酮比色法进行测定［13］。

1.3.4 有氧稳定性。

每个样品剩余约500 g，在室温（20±1）℃下，松散后装入原1 L青贮罐中进行有氧暴露。利用温度记录仪（MDL-1048A，上海天河自动化仪表有限公司，中国）测量青贮罐中心的温度变化。有氧稳定性定义为青贮罐开后青贮温度比环境温度升高2 ℃所需要的时间。

1.4 数据分析

原始数据用Excel处理，以平均值±标准误的形式显示。采用SAS（1990）的PROC - MIX程序进行方差分析，检验玉米果穗状态（C）、乳酸菌添加剂效应（L）和C×L互作的显著性。当交互效应显著时，利用邓肯法对不同处理组进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同乳酸菌添加剂对全株玉米青贮饲料发酵品质的影响

由表1可知，果穗状态对全株玉米青贮饲料4种有机酸含量无显著影响，但对于总酸含量、乳酸/乙酸比值和pH有显著影响（P<0.05）。果穗露顶组全株青贮的总体均值相比于果穗全包组具有更高的总酸含量（P<0.05），更低的pH和乳酸/乙酸比值（P<0.05）。果穗露顶穗腐组pH和有机酸等指标的总体均值处于3个果穗状态组的中间位置，且与其他2个状态组无显著差异。乳酸菌添加剂对于pH、乳酸、乙酸和总酸含量以及乳酸/乙酸比值有极显著影响（P<0.01）。LP处理的总体均值具有最高的乳酸含量和最低的pH（P<0.05），而LB处理具有最高的乙酸含量和总酸含量，同时乳酸/乙酸比值最低（P<0.05）。丙酸和丁酸含量不受原料和乳酸菌添加剂的影响且检出量都极少。

2.2 不同乳酸菌添加剂对全株玉米青贮饲料营养品质的影响

由表2可知，全株玉米青贮饲料的DM含量在28.96%～32.36%，果穗状态（P<0.01）及乳酸菌添加剂（P<0.05）都对DM含量存在显著影响，且果穗状态和乳酸菌添加剂对于DM含量存在显著的交互效应（P<0.01）。果穗全包组的CK具有最低的DM含量，而露顶穗腐组的CK和LB处理具有较高的DM含量（P<0.05）。对于CP含量，果穗状态和乳酸菌添加剂均无显著影响（P>0.05）。果穗状态对于NDF（P<0.05）、ADF（P<0.01）、WSC（P<0.01）和淀粉（P<0.01）含量有显著影响。从总体均值上看，露顶穗腐组具有最低的NDF、ADF和最高的淀粉含量（P<0.05），而果穗全包组具有最低的WSC含量（P<0.05）。乳酸菌添加剂对氨态氮（P<0.01）、WSC（P<0.05）和淀粉（P<0.05）含量有显著影响。从总体均值上看，LP和LB处理相比CK能够显著降低全株玉米青贮饲料的氨态氮含量（P<0.05），LP处理显著降低WSC含量（P<0.05），而LB处理相比LP处理具有更低的淀粉含量（P<0.05）。对于氨态氮（P<0.01）和NDF（P<0.05）含量，果穗状态和乳酸菌添加剂同样具有显著的交互效应。果穗全包组的CK氨态氮含量最高而LB处理氨态氮含量最低（P<0.05）。LP处理仅在果穗全包组中与CK在氨态氮含量上存在显著差异（P<0.05）。在露顶穗腐组中所有处理组之间在氨态氮含量上无显著差异（P>0.05）。对于NDF含量，果穗全包组的LB处理具有最高的NDF含量，而露顶穗腐组的CK具有最低的NDF含量（P<0.05）。

2.3 不同乳酸菌添加剂对全株玉米青贮饲料有氧稳定性和真菌数量的影响

由表3可知，果穗状态对于全株玉米青贮饲料的霉菌数量具有显著影响（P<0.05）。相比于果穗全包组的总体均值，果穗露顶组霉菌数量更高（P<0.05），露顶穗腐CK组霉菌数量最高。乳酸菌添加剂对于霉菌数量有极显著影响（P<0.01）。从总体均值上看，LP和LB处理能够显著降低全株玉米青贮饲料的霉菌数量（P<0.05）。乳酸菌

添加剂对于酵母菌数量（P<0.01）和有氧稳定性（P<0.001）

具有极显著影响。LB处理具有最低的酵母菌数量和最高的有氧稳定性（P<0.05）。LP处理的总体均值相比CK具有更低的酵母菌数量（P<0.05）但有氧稳定性略高于CK，无显著差异（P>0.05）。这可能是果穗状态和乳酸菌添加剂之间显著的交互效应（P<0.05）导致。LP处理在果穗全包组中显著降低了有氧稳定性且与CK组相比酵母菌数量无显著差异（P>0.05），但在果穗露顶和露顶穗腐组中LP能够显著降低酵母菌数量并提升有氧稳定性（P<0.05）。露顶穗腐组CK的酵母菌数量最多，但与其他2个果穗状态组的CK无显著差异。在果穗全包组中LB处理的全株玉米青贮饲料未检出霉菌和酵母菌。

3 讨论

3.1 乳酸菌添加剂对不同果穗状态全株玉米青贮饲料发酵品质的影响

青贮发酵是指在厌氧条件下新鲜或者萎蔫的青绿饲料在附着或者外源添加乳酸菌的作用下促进有机酸发酵，抑制有害微生物发酵，使青贮pH快速下降的过程［14］。因此，青贮pH和有机酸含量是决定青贮发酵品质的关键。优质的玉米青贮饲料最佳pH应低于4.2以抑制有害微生物［15］，该研究中所有处理青贮pH均低于4.0，发酵表现良好，并未因为果穗露出或者穗腐出现明显的发酵失败。这可能是由于果穗顶端部分占全株的比例很小，全株粉碎发酵时果穗变化对青贮发酵的影响也较小。同时由于玉米富含可溶性糖，十分容易青贮，少量的有害真菌增加对于全株玉米青贮饲料的乳酸菌发酵影响不大。目前商业上常用的乳酸菌包括同型发酵乳酸菌和异型发酵乳酸菌，前者代表菌株为植物乳杆菌，后者代表菌株为布氏乳杆菌。植物乳杆菌能够消耗可溶性糖快速产生乳酸从而降低青贮饲料的pH，而布氏乳杆菌能够消耗乳酸产生乙酸［16］。植物乳杆菌是玉米青贮饲料中的主导菌株［17］。该研究所用植物乳杆菌在全株玉米青贮饲料中产生的乳酸最多，pH最低，发酵效果良好。布氏乳杆菌本身对于全株玉米青贮发酵具有负面影响，包括乳酸被转化为乙酸造成的损失以及乙酸含量上升导致的气味变差。因此，长期以来布氏乳杆菌未被列入青贮添加剂直到研究认为乙酸能够有效提升全株玉米青贮饲料的有氧稳定性。同时，布氏乳杆菌对于全株玉米青贮而言具有菌株特异性，许多菌株在青贮发酵过程中无法成功提升玉米青贮饲料的乙酸含量［18-20］。该研究所用布氏乳杆菌能够有效提升乙酸含量，且乳酸和乙酸的比值也最低，是十分适合全株玉米青贮饲料的菌株。正常的全株玉米青贮饲料中丙酸和丁酸含量很少，该研究所用京科青贮516处于乳熟末期，干物质含量较低，但丁酸含量很少，说明青贮发酵过程中丁酸梭菌［21］受到了良好的控制。

3.2 乳酸菌添加剂对不同果穗状态全株玉米青贮饲料营养品质的影响

乳酸菌添加剂和果穗状态在pH和有机酸方面无显著交互效应，但在DM含量、氨态氮含量和NDF含量上存在显著的交互效应。虽然在同一地块，但穗腐病严重全株玉米青贮饲料DM含量更高，这可能是由于气候等条件导致同一地块果穗生长存在一定的差异，DM更高的果穗感染镰刀菌和曲霉菌等真菌导致穗腐病的概率更高［22］。研究表明，穗腐病与产量、单穗粒重、穗位、生育期、秃尖长、出籽率等有密切关系［23］。在该研究中导致穗腐病的真菌集中在淀粉和WSC含量较高的植株，导致果穗露顶和穗腐组淀粉和WSC含量明显高于果穗全包组，而NDF和ADF含量低于果穗全包组。虽然对于粗蛋白和总氮含量无显著影响，乳酸菌添加剂的使用显著抑制了全株玉米青贮饲料中的蛋白质降解，导致青贮发酵过程中产生的氨态氮含量降低。这与万学瑞等［24］的研究结果认为同型发酵乳酸菌和异型发酵乳酸菌能够显著降低氨态氮含量一致。

3.3 乳酸菌添加剂对不同果穗状态全株玉米青贮饲料有氧稳定性和真菌数量的影响

通常全株玉米青贮饲料在开封后会经历2个升温过程，第一个升温峰是耐酸酵母主导的，第二个较小的升温峰则是由霉菌主导的［25］。霉菌和酵母菌在厌氧发酵过程中受到抑制，虽然因为露顶和穗腐等造成霉菌数量有一定增加，但良好的发酵环境使得整体上全株玉米青贮饲料中霉菌数量低于3logCFU/g，不会对反刍动物造成负面影响。植物乳杆菌是同型发酵乳酸菌，能够增加乳酸含量抑制酵母菌等真菌，但在存在耐酸酵母并其他抑菌物质较少的情况下植物乳杆菌可能会出现负面效果。这是因为植物乳杆菌产生了更多的乳酸，而耐酸酵母能够利用乳酸进行繁殖从而造成有氧腐败。LB处理中的布氏乳杆菌对于全株玉米青贮饲料中的真菌具有抑制效果。这种抑制效果主要是由于布氏乳杆菌能够消耗乳酸产生乙酸，对于酵母菌、霉菌等真菌都具有一定的抑制效果，哪怕青贮后期开封后布氏乳杆菌不再活跃，产生的乙酸对于真菌也会有较为持久的抑制效果，这与Li等［26］的研究结果一致。该研究中LB处理的有氧稳定性全部超过150 h，对于降低饲喂过程中全株玉米青贮饲料的损失、提升安全性具有重要意义。

4 结论

在发酵条件良好的情况下果穗露顶和露顶穗腐会小幅增加全株玉米青贮饲料的霉菌数量，相比于果穗露顶，露顶穗腐更进一步的影响有限。对于全株玉米青贮饲料的发酵品质而言果穗的露顶和穗腐状态无明显负面作用。乳酸菌添加剂的使用显著提升了全株玉米青贮饲料的品质，其中LB的使用有效提升了乙酸含量，抑制了真菌污染，提升了有氧稳定性。因此，乳酸菌添加剂的使用对于提高不同果穗状态全株玉米青贮饲料的青贮品质和安全性具有重要作用。

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