玉米干秸秆发酵生产优质粗饲料的优势菌株筛选

2013-11-30武安泉张永亮

家畜生态学报 2013年12期

武安泉，张永亮

(周口师范学院生命科学系，河南周口 466001)

河南省是我国主要的玉米产区之一，玉米籽粒收获后留下大量玉米秸秆。但长期以来玉米秸秆不能得到有效利用，往往被大量焚烧，或堆放田间地头房前屋后，极易造成大气和环境污染，对生产操作造成麻烦，甚至还存在安全隐患。玉米干秸秆含有大量的纤维素，是反刍家畜优良的饲料来源之一。但是玉米干秸秆也存在适口性差、动物采食量低等缺点。为了有效利用玉米干秸秆生产优质粗饲料，本文采用微生物发酵法处理玉米干秸秆，通过酸碱度，氨态氮/总氮比、有机酸含量和感官评价等，选择适合玉米干秸秆发酵生产优质粗饲料的菌株，为生产优质粗饲料提供重要的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

玉米干秸秆取自周口市郊区高庄村，收获一年，自然堆放，风干秸秆，颜色白中带黄，无腐败和霉变。秸秆先切碎，经粉碎后过孔径为0.600 mm的筛制粉备用。酵母菌为市购安琪酵母，活菌数大于200×108/g，由湖北安琪酵母股份有限公司生产。乳酸菌为从市售蒙牛酸奶中提取，经实验室培养，复壮的菌株，经生化指标鉴定为德拉氏乳酸杆菌和保加利亚乳酸杆菌。纤维素分解菌由周口师范学院生命科学系微生物实验室保存的溶纤维丁酸弧菌。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计将制得的玉米干秸秆粉，置于灭菌锅中121 ℃，30 min灭菌后，放入超净工作台中备用。将上述三种菌株10 mL,浓度7.0×108CFU/mL与灭菌的20 g玉米粉均匀搅拌后，按照玉米粉与玉米干秸秆粉1∶100的比例混匀，加入灭菌蒸馏水拌匀，湿度控制在60%～70%，然后装入100 mL三角瓶中，压实，用封口膜密封，标号，置于预先经紫外灯灭菌的恒温培养箱中，每组15瓶。27 ℃发酵21 d，每3 d将三角瓶在培养箱中调换位置，使得各瓶样品所处温度均匀。分别将接种酵母菌，乳酸菌和纤维素分解菌的玉米干秸秆粉设为酵母处理组、乳酸菌处理组和纤维素分解菌处理组。

1.2.2 指标测定

(1)pH。在100 mL的烧杯加入发酵的玉米秸秆粉若干，加入适量蒸馏水使玉米秸秆粉浸没，不断地用玻璃棒搅拌，经15～20 min后，过滤，用精密pH计测定滤液酸度值，并记录。

(2)氨态氮及总氮。氨态氮浓度测定采用蒸馏法[1]，总氮测定采用凯氏定氮法[2]。

(3)有机酸。采用气相色谱法，按照参考文献[3]介绍的方法进行。

1.2.3 感官评价评分[4]将发酵后的秸秆粉各样品取出置于垫有白布的培养皿中，让20人轮流观察样品颜色，用手捏搓样品质地，见表1。

表1 秸秆粉发酵后感官评分标准Table 1 Sensory scoring criteria for the powder of maize straw after fermentation

2 结果与分析

2.1 接种不同菌株玉米秸秆粉发酵后pH和氨态氮/总氮比

如表2所示，经接种三种不同菌株发酵后，酵母菌组，纤维素分解菌组秸秆粉的pH分别为4.82和5.65，高于乳酸菌组4.12，且组间均有显著差异(P<0.05)；酵母菌组、纤维素分解菌组氨态氮/总氮比分别为14.7%和28.3%，高于乳酸菌组的6.4%，且组间均有显著差异(P<0.05)。

2.2 不同菌株对玉米秸秆发酵后的感官评价得分

由表3可知，乳酸菌处理组得分4.57和4.81，显著高于酵母菌处理组3.35和3.63(P<0.05)和纤维素分解菌处理组1.32和1.53(P<0.05)；酵母菌处理组得分3.35和3.63显著高于纤维素分解菌处理组1.32和1.53(P<0.05)。

表2 接种不同菌株玉米秸秆粉发酵后的pH和氨态氮/总氮(n=8，%)Table 2 pH and the ratio of ammonia nitrogen and total nitrogen of maize straw powder after fermentation by three bacterial strains

注：同行数据肩标小写字母不同表示差异显著(P<0.05)，下同。

Note：Values with different superscripts in a column are significantly different at the 0.05 level. The same below.

表3 接种三种菌株玉米秸秆粉发酵后的感官评价得分Table 3 Sensory score of maize straw powder after fermentation by three bacterial strains

2.3 接种不同菌株对玉米秸秆发酵后有机酸含量的影响

由表4可以看出，乙酸在酵母菌处理组浓度为33.35 mg/mL，显著高于乳酸菌处理组的15.57 mg/mL和纤维素分解菌处理组的6.32 mg/mL(P<0.05)；纤维素分解菌处理组丁酸含量为20.53 mg/mL，显著高于酵母菌处理组的5.35 mg/mL和乳酸菌处理组的3.11 mg/mL(P<0.05)；乳酸菌处理组乳酸含量为30.89 mg/mL，显著高于酵母菌组的15.25 mg/mL和纤维素分解菌处理组的1.37 mg/mL(P<0.05)。

表4 接种不同菌株玉米秸秆粉发酵后的有机酸含量(n=8，mg/mL)Table 4 Organic acid concentration of maize straw powder after fermentation by three bacterial strains

3 讨论

3.1 三种不同处理组发酵后的玉米干秸秆粉的pH和氨态氮/总氮比

pH是影响微生物生长的关键因素之一，较低的pH可以抑制大多数菌落的生长。反之，较高的pH会使很多菌落大量繁殖。在青贮玉米秸秆发酵过程中，当pH降至3.8～4.2时可以抑制大多数菌的生长，甚至乳酸菌也不能繁殖，达到贮存的目的[5]。在本试验中接种乳酸菌的玉米秸秆粉pH为4.12，基本可以抑制其它菌。生长而其他两处理组发酵产物pH均显著高于这一范围。在秸秆粉发酵过程中，往往伴随着蛋白质分解，甚至出现秸秆粉腐败。氨态氮/总氮比是衡量发酵物腐败并释放游离氨的一个常用指标[6]。本研究发现在发酵过程中纤维素分解菌处理组氨态氮/总氮比最高，该比率将近1/3，而乳酸菌组最低。可以推断发酵过程乳酸菌处理组蛋白质分解最少，而纤维素分解菌处理组蛋白质分解程度最高。

3.2 玉米秸秆分发酵后的感官评价

饲料的颜色和质地(干湿、柔软度)也是影响饲料适口性的重要因素。牛羊最喜食青绿饲料，其次是发酵饲料，对干粗饲料采食能力较差[7]。在生产实践中发现适当的水分可以改变发酵粗饲料的质地，有利于提高干物质采食量。相反水分含量过高的发酵粗饲料不利于采食量的提高。

3.3 玉米秸秆分发酵后的有机酸含量

有机酸含量高低不仅是秸秆发酵的关键指标，而且决定了饲料的适口性[8]。对于发酵饲料来说，最重要的是乳酸、乙酸和丁酸，乳酸所占比例越高，而丁酸比例越低越好。优良的青贮饲料，含有较多的乳酸和少量醋酸，而不含丁酸。品质差的青贮饲料，含丁酸多而乳酸少[5]。在本研究中，酵母菌发酵产生大量乙酸，而乳酸相对较少；纤维素分解菌发酵产生大量丁酸而乳酸较少，乳酸菌接种组产生大量乳酸和较少的丁酸。因此可以推断乳酸菌作为发酵菌最适合。