紫花苜蓿草渣及浆汁发酵研究

2010-07-25刘卢生玉永雄

草业科学 2010年3期

刘卢生,玉永雄,王东,周丽,廖颖

（1.重庆市牧草与草食家畜实验室,重庆 400716；2.乌海市农牧局,内蒙古乌海 016000）

紫花苜蓿Medicago sativa是世界上栽培面积最大的牧草,因其适应性强、营养价值高、适口性好等特点而被誉为“牧草之王”。我国苜蓿的传统栽培地区是北方,但随着对苜蓿认识的深入和我国南方草食畜牧业的发展,近年来也进行了大量与南方苜蓿引种栽培和育种的研究[1-5],2009年4月,西南大学育成的我国第一个南方苜蓿品种“渝苜1号”已通过国家审定。传统上苜蓿的利用主要用于制备干草或青贮饲料饲喂草食家畜,但近年来,苜蓿的营养保健功能逐步被人们认识,其利用方式已呈现多样化的特点,如提取食用叶蛋白、生产膳食纤维、提取活性物质（如黄酮皂甙）等[6-8],这些新的利用方式皆会产生大量的苜蓿草渣和废液,而这些草渣和废液尚含有较多的营养物质,是家畜的好饲料,但因其不能长期保存而白白浪费,此外草渣和废液的随意排放还会导致环境污染。对苜蓿草渣和浆汁的发酵条件进行了研究,以期明确发酵的最佳条件,为草渣和废液的利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料供试苜蓿为西南大学试验地种植2年的渝苜1号紫花苜蓿,试验所有化学试剂皆为分析纯。

1.2 试验方法

浆汁及草渣的制备：选取3个不同发育时期（分枝期、开花期和结荚期）苜蓿地上部分,剪刀剪成2 cm长的小段,榨汁机打浆3 min（苜蓿汁液与水的质量比为2.5∶1）,2层纱布过滤分离得浆汁和草渣。

发酵汁的制备：浆汁中加入2%（质量分数）的葡萄糖,30℃条件下发酵直至其pH值＜4.0。

浆汁及草渣的发酵：苜蓿草渣（加入2.5倍的水）和浆汁装入50 mL离心管,在不同葡萄糖添加质量分数（0 、0.1%、0.5%、1.0%、2.0%、3.0%和5.0%）和不同温度（15、25、35和45 ℃）条件下进行发酵,发酵完成后利用pH计测定发酵液pH值。

数据处理：采用Excel对试验数据进行处理。

2 结果与分析

2.1 葡萄糖浓度对发酵的影响在不额外添加葡萄糖的条件下,苜蓿浆汁和草渣的发酵速度都较慢,且其发酵末期的 pH值也较高（4.5左右）。添加葡萄糖有助于加快浆汁和草渣的发酵速度,也可降低发酵末期的pH值,且随着葡萄糖质量分数的增大,发酵末期的pH值也越低。苜蓿草渣的pH值降低较浆汁难,如当葡萄糖质量分数为0.5%和1.0%时,浆汁发酵后pH值分别为4.02和3.71,而草渣发酵后pH值分别为4.48和 4.23（图 1、图 2）。

图1 葡萄糖添加浓度对苜蓿浆汁发酵的影响

图2 葡萄糖添加浓度对苜蓿草渣发酵的影响

2.2 不同温度对苜蓿浆汁和草渣发酵的影响低温对草渣和浆汁的发酵有不利影响。低温条件下（15℃）虽然经过4 d的发酵,草渣和浆汁的pH值仍然在5以上。适当的高温有利于发酵的顺利进行,当发酵温度达到或超过25℃时,发酵过程中草渣和浆汁的pH值迅速下降,经过1 d后所有高于25℃处理的pH值皆低于5,但随后pH值下降速度变慢,其最终pH值在4.5左右（图3）。温度对发酵的影响同样在添加发酵汁和葡萄糖的试验中得到体现（图4）,不同之处在于,添加发酵汁和葡萄糖进一步加快了发酵速度,同时使各处理的pH值也更低。此外低温处理（15℃）虽然其在试验期结束时pH值远高于高温处理,但pH值始终处于缓慢下降过程中,而高温处理则在2 d时已基本达到平衡（图3、图4）。

图3 不同温度对浆汁和草渣发酵的影响

图4 添加发酵汁和葡萄糖条件下温度对发酵的影响

2.3 不同刈割时期对苜蓿浆汁和草渣发酵的影响随着发酵使用苜蓿原料生育期的推进,浆汁和草渣的前期发酵速度逐步加快,其发酵末期的最终pH值也逐步降低,在添加发酵汁的处理中也可观察到相同的趋势。此外,添加发酵汁处理的发酵速度均比相应不添加处理快,其发酵末期的pH值也较高（图5、图6）。

图5 不同刈割时期对苜蓿浆汁发酵的影响

图6 不同刈割时期对苜蓿草渣发酵的影响

3 讨论

3.1 含糖量对苜蓿浆汁和草渣发酵的影响

浆汁和草渣发酵的原理与牧草青贮原理一样,是利用乳酸菌的生长繁殖将原料中含有的可溶性糖转化为乳酸,降低浆汁和草渣的pH值,抑制其他有害微生物（如梭菌、霉菌和腐败菌等）的生长,从而达到长期保存的目的。苜蓿是豆科植物,蛋白含量高,但糖含量低,导致乳酸菌发酵的原理物质严重不足,所以不管是苜蓿浆汁、还是草渣,在不添加其他物质的情况下皆难以成功。本研究中浆汁和草渣直接发酵处理的发酵pH值皆高于4.5,虽低于苜蓿直接青贮的pH值,但离安全贮藏的pH值（4.2以下）尚有一段距离。因此在浆汁和草渣中加入一定量的可溶性糖是保证其成功发酵的有效措施。研究发现当加入葡萄糖的比例超过0.5%时,浆汁和草渣的pH值可较快地降低到4.0以下,说明0.5%的添加比例是适宜的添加比例。研究中也发现随葡萄糖添加比例的升高,浆汁和草渣pH值降低的速度越快,达到平衡pH值的时间也越短,但浆汁中添加1%、2%和3%,草渣中添加2%和3%之间的差异并不明显,即浆汁中添加比例超过1%,草渣中添加比例超过2%后,葡萄糖促进发酵速度,降低发酵pH值的效果不明显,这与许庆方等[9]、张涛[10]、孙小龙等[11]研究结果基本一致,这可能是因为发酵物中含足够的葡萄糖时,pH值迅速降低到4以下,而此时的低pH值抑制了乳酸菌的继续生长繁殖,造成pH值不再降低。

3.2 温度对发酵的影响发酵的有用微生物为乳酸菌类,多数乳酸菌的最适宜生长温度较高（参考）,因此在试验中,多数试验处理在较高温度条件下（＞25℃）发酵较快,但并非越高越好,本试验45℃处理的发酵速度并不比35℃高,最终pH值也与35℃处理相差不大,说明35℃是发酵的最佳温度。虽然15℃处理的发酵速度较慢,试验结束时pH值也较高,但该处理pH值一直处于一种缓慢下降的过程中,直到试验结束时仍然如此。这可能是因为低温不能完全抑制乳酸菌发酵,只是降低了生长繁殖速度,使得发酵液中的糖类因缓慢消耗,故发酵液pH值缓慢降低。对于高温发酵而言,因乳酸菌快速生长,糖类迅速被消耗殆尽,到发酵中晚期时,乳酸菌因缺糖而停止生长,故pH值不再降低。

3.3 发酵原料发育时期对发酵的影响不同发育时期的苜蓿浆汁和草渣发酵所能达到的最低pH值各不相同,其原因可能在于不同发育时期苜蓿原料的糖含量不同。随着苜蓿生育期从分枝到开花再到结实,其所含可溶性糖类逐步增加[12-13],即发酵的底物——可溶性糖类增加,从而使得发酵生成的乳酸更多,所以发酵末期的pH值也更低。

4 结论

苜蓿浆汁发酵较草渣发酵更容易。适当添加葡萄糖和发酵汁可以促进发酵,但葡萄糖添加浓度超过2%后,促进作用并不明显,浆汁和草渣发酵的葡萄糖的最适宜添加质量分数分别为1%和2%。适当提高发酵温度可以加速发酵,过高和过低的温度均不利于发酵的顺利进行,在本研究中最适宜的发酵温度为35℃。在试验所选取的3个不同发育时期（分枝期、开花期和结荚期）的发酵原料中,结荚期苜蓿的发酵效果最好。

[1]何亚丽,常青,陈鲁勇,等.上海地区高产优质紫花苜蓿品种的筛选[J].草业科学,2004,21（9）：25-32.

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[10]张涛,李蕾,崔宗均,等.苜蓿绿汁发酵液发酵条件研究[J].草地学报,2007,15（1）：50-54.

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[12]张永亮,张丽娟,高凯,等.苜蓿、无芒雀麦混播与单播群落总糖及氮素含量动态[J].中国草地学报,2007,29（3）：17-22.