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甲酸、纤维素酶、乳酸菌剂对典型草原天然牧草青贮品质的影响

2015-12-21侯美玲格根图周天荣张颖超贾玉山

动物营养学报 2015年9期
关键词:青贮饲料甲酸消化率

侯美玲 格根图 孙 林 周天荣 张颖超 贾玉山

(内蒙古农业大学生态环境学院,呼和浩特010019)

随着国家草原生态补助奖励机制和草原畜牧业特别是草食家畜经营方式转型升级步伐的加快,天然草地牧草青贮技术作为支撑集约化养殖和饲草长期战略储备的重点技术日益受到重视。与全株玉米、苜蓿、饲料稻草等青贮研究应用按百年计的饲草相比,天然牧草青贮技术只能算是青贮领域的新军,不仅国外罕见报道,且国内的研究历史也不超过30年。据内蒙草原勘察设计院最新发布的数据显示,内蒙古自治区草地资源各类面积共7 491.85万hm2,占全国草原面积的22%,占内蒙古土地总面积的63.3%,其中可利用草地面积占草地面积的84%[1]。广袤的草原历来是支撑畜牧业发展的坚实物质基础,近年来畜牧业面临着严重的季节性饲草不平衡和年度间饲草不平衡问题,严重制约了草地畜牧业的可持续发展。造成该问题的缘由除了天然草地退化、沙化等因素,更主要的是广大牧区调制天然牧草所采用的传统方法和技术造成的有形和无形的损失相当严重[2]。在草原牧区通常将天然牧草调制成干草或者打成草捆保存,青绿饲料在成熟和晒干过程中,营养物质损耗占30%以上[3],而且纤维素增加,质地粗硬,不利于家畜的饲喂。Ngwa等[4]研究表明,每年牧草损失占收获量的32%~55%,其中凋落损失12%~20%,雨淋损失5%~10%,呼吸损失10%~15%,发酵过程损失5%~10%。这样不仅使天然牧草营养物质损失严重,而且还造成家畜冬春季节缺乏青绿饲料而营养摄入不足。

添加剂青贮能有效改善青贮饲料的品质[5-6]。甲酸、纤维素酶及乳酸菌剂是青贮饲料中常用的高效、生态型添加剂。目前,国内外有关添加剂青贮大都集中于全株玉米、饲料稻草及苜蓿等方面,对天然牧草添加剂青贮研究较少,天然牧草在青贮发酵过程中易产生腐败菌及生成丁酸,而甲酸可起到发酵抑制剂的作用,同时显著增加了可溶性糖含量,显著降低了氨态氮(NH3-N)含量,有利于提高青贮发酵品质和保存效果[7]。天然牧草中可溶性糖含量较低,纤维素酶可将饲草中的纤维素生成葡萄糖和麦芽糖,分解出可溶性碳水化合物供乳酸菌发酵[8],中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量下降[9],从而加快发酵速度,缩短青贮周期。为了使天然牧草青贮达到更优的效果,在青贮前期加入乳酸菌剂促进其发酵速度、降低青贮饲料中的pH,同时乳酸含量的增加可以有效抑制丙酸、丁酸的产生,提高天然牧草青贮品质[10]。添加甲酸、纤维素酶、乳酸菌剂能够有效改善天然牧草青贮的品质。因此,本研究旨在研究甲酸、纤维素酶和乳酸菌剂对天然牧草青贮品质的影响并筛选出合适的添加剂量,以期解决天然牧草含糖量低、缓冲能值高、乳酸菌附着少、青贮贮成率较低的问题,进而提供一定的技术支撑,有效地改进天然牧草的贮藏和利用方式,提高牧草的供给水平,一定程度上解决牧区冬春季节及灾年饲草贮备不足的问题,缓解草畜矛盾,为牧区利用天然牧草青贮饲料提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 青贮原料

试验所用青贮原料为内蒙古锡林郭勒盟毛登牧场附近天然草地,样地为典型草原,优势地带性群落为大针茅草原群落,以旱生从生禾草层片与旱生小半灌木为标志,地带性植被的主体为旱生丛生大针茅草原[11]。试验区植物群落调查情况如下表。

表1 试验地植物群落调查情况Table 1 The investigation of plant community of the experimental field

1.1.2 添加剂

试验中所使用的甲酸为分析纯;乳酸菌为台湾生合生物科技股份有限公司生产的芯来旺乳酸菌发酵剂,主要成分:植物乳酸菌(L.plantarumLP07)≥1.0×109CFU/g、干酪乳酸菌(L.casei LC05)≥1.0×109CFU/g、屎肠球菌(Enterococcus faecium EF08)≥1.0×109CFU/g);纤维素酶是由美国Sigma公司生产的由黑曲霉(Aspergillus niger)提取的纤维素酶制剂,主要成分:黑曲霉(Aspergillus niger)≥1.0×105CFU/g。

1.2 试验设计与处理

试验采用单因子完全随机设计,分别设置甲酸(3.00、6.00、9.00mL/kg)、纤维素酶(0.05、0.10、0.15g/kg)、乳酸菌剂(0.01、0.02、0.03g/kg)及对照组(不添加任何添加剂),共10个组,每组3个重复。将天然牧草鲜草经5h萎蔫(含水量为61%)处理后,每个聚乙烯真空包装袋中填充天然牧草150g并用真空包装机真空封口,室温青贮发酵60d后开袋,对其感官评定、发酵品质、营养成分及体外消化情况进行分析。

表2 试验设计Table 2 Experimental design

1.3 测定指标

1.3.1 感官评定

感官评定方法采用德国农业协会(deutche landwirtschafts gesellschaft,DLG)评分法[12]进行评定。

1.3.2 发酵品质

pH:称取10g样品放入15cm×10cm的真空包袋中,加入90mL蒸馏水,使用匀质仪拍打3min(10次/min),通过定性滤纸过滤,所制备的青贮饲料浸提液采用雷磁-25型酸度计测定pH。有机酸:使用GC8A型高效液相色谱仪分析滤液中的乳酸(LA)、乙酸(AA)、丙酸(PA)、丁酸(BA)含量。氨态氮含量的测定采用苯酚-次氯酸比色法[13]。

1.3.3 营养成分评价

干物质(DM)含量的测定:烘干恒重法[14]。粗蛋白质(CP)含量的测定:GB 6432—86燃烧法[15]。NDF、ADF含量的测定:参照 Van Soest等[16]方法。粗脂肪(EE)含量的测定:索氏脂肪提取法[17]。可溶性碳水化合物(WSC)含量的测定:蒽酮-硫酸比色法[18]。

1.3.4 消化特性指标

样品制备:样品105℃烘干6h后粉碎过40目筛,称取0.5g装入ANKOM滤袋作为备用样品。

供体羊准备:选取3只装有内径45mm瘘管的身体健康、体重(25±2)kg的瘘管成年山羊(阿尔巴斯绒山羊)作为瘤胃液供体羊。试验瘘管羊饲粮配制参照内蒙古自治区地方标准《细毛羊饲养标准》(DB15/T 30—92)[19]。组成:青干草65.00%,玉米21.17%,小麦麸5.25%,豆粕7.00%,磷酸氢钙0.87%,食盐0.36%,预混料0.35%。营养水平:干物质85.81%,代谢能10.33MJ/kg,粗蛋白质11.19%。代谢能为维持需要的1.2倍,精粗比为30:70,日饲喂2次(08:00和16.00),自由饮水、常规光照。

瘤胃液采集:于清晨饲喂前1h,利用硬质PVC管于供体羊瘤胃腹囊不同位点共采集瘤胃液2 000 mL,装入提前预热至39℃ 并已通入CO2的保温瓶中,迅速带回实验室,4层纱布过滤,持续通入CO2。

培养液制备:采用 Menke等[20]的方法,配制由常量元素溶液、微量元素溶液、缓冲液、指示剂溶液、还原剂溶液混合配制而成。将装有样品的滤袋和缓冲溶液的消化罐放入DaisyⅡ外模拟培养箱,培养48h后,用自来水冲洗至水澄清[21]。

体外干物质消化率(IVDMD)测定:ANKOM体外消化仪测定法[22]。

总能(GE)测定:IKA C2000氧弹式测热仪测定。

消化能(DE)测定:DE=GE×IVDMD。

1.4 数据处理

试验数据采用SAS 9.0统计软件分析,用单因子方差分析(one-way ANOVA,LSD)中Duncan氏法进行多重比较,P<0.05为差异显著,P>0.05为差异不显著,结果用平均值(±标准差)表示。

2 结果与分析

2.1 天然牧草青贮原料营养成分分析

青贮进行前取样测定原料中的营养成分含量,经测定,天然牧草中干物质含量占风干样的94.57%,粗蛋白质、粗脂肪、NDF、ADF和可溶性碳水化合物的含量分别占干物质含量的12.09%、3.54%、79.27%、40.15和8.94%。青贮原料含量如表3所示。

表3 天然牧草青贮原料营养物质、缓冲能值和体外消化率分析Table 3 The analysis of nutrient,buffering capacity and in vitro digestibility of natural grass silage

2.2 不同添加剂处理对天然牧草青贮饲料感官评定

天然牧草加入添加剂青贮60d开袋后,其各项指标评分情况如表4所示。天然牧草加入添加剂青贮后,其感官评定得分均高于对照组的13分。甲酸添加剂组中,A2和A3得分最高,分别为18、16分,其青贮饲料样品有微弱酸香味,茎叶保持状况良好,质地柔软,呈淡黄色,评为1级优良;A1开封后,有强烈的丁酸味和霉味,与A2、A3比较,其茎叶结构不完整,得分为14分,评为2级尚好。纤维素酶添加组中,B3得分最高,其青贮饲料样品具有柔和的酸香味,结构紧实,茎叶保持原状,颜色呈青绿色,用力攥握后仍保持柔软、松散,得分为20分满分,评为1级优良,B2得分稍低于B3,色泽上呈黄绿色,B1有霉味和丁酸味,得分为16分。乳酸菌剂添加组中,C2和C3得分均为满分20分,其青贮饲料样品有微弱酸香味,茎叶保持良好,质地柔软,色泽呈青绿色,评为1级优良;C1得分低于C2和C3,主要是因为叶子结构保存不是很完整。

2.3 不同添加剂处理对天然牧草青贮饲料发酵品质的影响

天然牧草加入不同添加剂,青贮60d开袋后,其pH、乳酸、乙酸、丙酸、丁酸、氨态氮/总氮情况如表5所示。各添加剂组天然牧草青贮饲料的pH均显著低于对照组(P<0.05),随添加剂添加量的增加pH均减少。甲酸添加组pH最低的为A3,纤维素酶添加组B1和B2差异不显著(P﹥0.05),但是显著高于B3(P<0.05)。乳酸含量C3最高,A1显著高于对照组、A2和A3(P<0.05),且随着甲酸添加量的增加而减少,可能的原因为甲酸抑制了乳酸菌的活性,B3显著高于对照组、B1和B2(P<0.05),C3与C1和C2差异不显著(P>0.05),显著高于对照组(P<0.05)。A1的丙酸含量极少,为干物质的0.09%,B1、B2、B3的丙酸含量为干物质的0.19%、0.13%和0.09%,C1、C2、C3的丙酸含量为干物质的0.17%、0.11%和0.09%,A2、A3均未检测出丙酸。A2、A3、B3、C3均未检测出丁酸,其他组别丁酸含量也较少,说明青贮发酵以乳酸发酵为主。3种添加剂青贮饲料的乙酸含量、氨态氮/总氮变化随添加剂添加量的增加而减少,且氨态氮/总氮均大幅度下降,显著低于对照组(P<0.05),说明蛋白质 保存情况良好。

表4 添加剂处理天然牧草青贮饲料的感官评定得分Table 4 The sensory evaluation score of natural grass silage under different additives

表5 添加剂处理天然牧草青贮饲料的发酵品质Table 5 The fermentation quality of natural grass silage under different additives

2.4 不同添加剂处理对天然牧草青贮饲料营养成分的影响

天然牧草加入添加剂青贮60d开袋后,其营养物质粗蛋白质、粗脂肪、NDF、ADF、可溶性碳水化合物情况如表6所示。各添加剂组的干物质含量均高于对照组,其中 A2、A3、B2、B3、C2、C3的干物质含量显著高于对照组(P<0.05)。各添加剂组(除B1)粗蛋白质含量均显著高于对照组(P<0.05),A2的粗蛋白质含量最高,占干物质的12.21%,说明在青贮饲料中添加甲酸,可以有效的保存青贮饲料的粗蛋白质含量。添加甲酸和乳酸菌剂均可有效提高青贮饲料的粗脂肪保存率,A3的粗脂肪含量最高,显著高于对照组、A1、A2(P<0.05)。

纤维素酶添加组NDF和ADF含量均有下降,其中NDF含量随纤维素酶添加量的增加而减少;乳酸菌剂添加组NDF含量的随着乳酸菌剂添加量的增加,整体呈现下降趋势。说明添加剂可以有效的降解纤维素类物质,为乳酸菌发酵提供了更多的底物。

可溶性碳水化合物含量A3最高,随甲酸添加量的增加,整体呈现上升趋势;纤维素酶组随添加量的增加呈上升趋势,显著高于对照组和B1(P<0.05),可能是纤维素酶降解纤维素等物质,生成了可溶性碳水化合物;C3的可溶性碳水化合物含量最低,占干物质的1.08%,随乳酸菌剂添加量的增加,呈现下降趋势,可能原因是大量乳酸菌的生长过多的消耗了可溶性碳水化合物。

表6 添加剂处理天然牧草青贮饲料的营养成分Table 6 The nutrient composition of natural grass silage under different additives

2.5 不同添加剂处理对天然牧草青贮体外消化率的影响

天然牧草加入添加剂青贮60d开袋后,其总能、体外干物质消化率、消化能情况如表7所示。各添加剂组的总能、体外干物质消化率、消化能均大于对照组。纤维素酶添加组的总能略高于照组,而体外干物质消化率、消化能随着纤维素酶添加量的增加而提高,可能原因为纤维素酶的添加能够使不易被家畜消化的纤维素有效降解,进一步提高了干物质的消化率,最终致使纤维素酶添加组的消化能显著高于对照组(P<0.05)。

乳酸菌剂添加组的消化能显著高于对照组(P<0.05),C1、C2和C3的消化能分别比对照组高1.95%,3.07%和2.87%。能量主要存储于粗脂肪、粗蛋白质和可溶性碳水化合物内,乳酸菌剂能够较完整的保存牧草中的营养成分,C2、C3体外干物质消化率显著高于对照组(P<0.05),这可能也是乳酸菌剂添加组消化能高于对照组的原因。

表7 添加剂处理天然牧草青贮饲料的体外消化率Table 7 The in vitro digestibility of natural grass silage under different additives

3 讨 论

3.1 添加甲酸对天然牧草青贮品质的影响

甲酸的加入能够快速地降低天然牧草青贮饲料的pH,使青贮饲料在最短的时间内形成酸性环境;加入甲酸的天然牧草青贮饲料的乳酸含量和氨态氮/总氮显著下降,这与荣辉等[23]的研究结果一致,乙酸含量也呈下降趋势,结果与Phillp等[24]和Chamberlain等[25]的报道一致。与对照组相比,甲酸添加组的干物质含量均高于对照组,郭金双等[26]对大麦添加甲酸青贮也得到与本试验一致的结果,甲酸添加组粗蛋白质含量也显著高于对照组,说明添加甲酸可以高效地保存蛋白质,这与Carpirtero等[27]的结果相一致,甲酸添加组可溶性碳水化合物含量显著高于对照组,说明甲酸能够抑制微生物发酵及植物呼吸活动对可溶性碳水化合物的消耗[28],有效减少可溶性碳水化合物的损失。甲酸添加组的消化能均显著高于对照组,因为甲酸能够有效抑制微生物生长,降低了能量物质的损失率,从而使总能得到充分利用,这与李清宏等[29]研究结果一致。

3.2 添加纤维素酶对天然牧草青贮品质的影响

纤维素酶添加组的青贮饲料呈青绿色或黄绿色,具有柔和的酸香味,结构表观紧实,茎叶保持原状,感官评价得分较高。纤维素酶添加导致了可溶性碳水化合物的暂时累积,致使发生异型乳酸发酵,因此乙酸含量增高,这与王奇等[30]在西藏苇状羊茅和箭筈豌豆的添加剂青贮中所得结果一致。纤维素酶的添加降低了pH,说明处理具有良好的青贮水平,这与Singh等[31]研究结果一致,丙酸和丁酸含量均低于对照组,说明生成丁酸的酪酸菌活性在发酵过程中得到了抑制,氨态氮/总氮均显著低于对照组,说明青贮饲料品质优良,Jaakkola等[32]在猫尾草添加纤维素酶也得到此结论。本试验中,纤维素酶添加组的NDF、ADF含量随着纤维素酶添加量的增加而降低且均低于对照组,这是由于青贮过程中添加酶制剂会进一步促进半纤维素、纤维素等物质的降解,释放更多的结构性碳水化合物[33-35]。纤维素酶添加组的体外干物质消化率显著高于对照组,因为纤维素酶可以提高不易被家畜消化的纤维素的降解率,与Hoffman等[36]研究紫花苜宿青贮时添加酶制剂而提高了体外干物质消化率的研究结果一致。

3.3 添加乳酸菌剂对天然牧草青贮品质的影响

乳酸菌剂添加组pH迅速下降,乳酸含量增加,丙酸、丁酸含量显著低于对照组,说明乳酸菌剂的添加可以增加青贮原料中乳酸菌的数量,可溶性碳水化合物可以被更多的乳酸菌所利用[37],抑制了丁酸菌等有害微生物的生长[38-40]。乳酸菌剂的添加有效地抑制蛋白质水解酶以及酪酸菌的活性,降低氨态氮/总氮。乳酸菌剂添加组的NDF和ADF含量略低于对照组,说明乳酸菌可以降低细胞壁成分,这与张涛[41]将在苜蓿青贮中添加乳酸菌剂结果一致。乳酸菌剂添加组的干物质、粗蛋白质、粗脂肪保存效果较好,是因为乳酸菌的加入有效的保存了天然牧草中的营养成分。李福昌等[42]在玉米青贮时添加乳酸菌剂提高了干物质和有机物质降解率,本试验中乳酸菌剂添加组的体外干物质消化率显著高于对照组,与其所得结果一致。

4 结 论

① 甲酸添加6.0mL/kg时,pH降低至4.06,其乳酸含量增至2.34%DM,减少了青贮发酵初期蛋白质和可溶性碳水化合物的损失,营养品质也得到有效改善,有效提高了体外干物质消化率。

② 纤维素酶的添加能够促进青贮发酵,加速纤维素降解,降低pH、AN/TN及ADF、NDF含量,从发酵品质、营养物质含量及体外消化率水平来看,纤维素酶添加0.15g/kg时,更有利于天然牧草青贮。

③ 乳酸菌剂添加0.02g/kg时,影响青贮品质的丙酸和丁酸含量均较少,体外消化指标总能、体外干物质消化率、消化能均较高,体外干物质消化率得到有效提高。

④ 综合考虑,分别添加甲酸6.00mL/kg,纤维素酶0.15g/kg,乳酸菌剂0.02g/kg,所得的天然牧草青贮饲料均能在保证良好的发酵品质的同时还可以有效保存天然牧草中的营养价值。

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