添加酶制剂和乳酸菌对水稻秸秆青贮质量的影响

2018-11-09陈凌华杨志坚程祖锌

中国饲料 2018年20期

陈凌华，杨志坚，程祖锌

（1.福建农林大学金山学院，福建福州 350002；2.福建农林大学农产品品质研究所，福建福州 350002）

众所周知，我国是农业大国，稻秸资源丰富，但由于稻秸没有被有效开发，导致大部分被焚烧处理，这不仅污染了环境，而且造成稻秸资源的浪费。细胞壁占稻秸成分的80%以上，但细胞壁中存在特殊结构（纤维素层次结构和凝聚态结构）限制了秸秆在动物体内的消化利用，同时，由于稻秸质地坚硬粗糙、粗蛋白质含量低、半纤维素和纤维素被木质素包裹，使稻秸适口性差、难以被最大限度的利用（张立霞等，2014；张文杰等，2011）。对稻秸进行有效的加工处理（物理处理方法、化学处理方法、生物处理方法），提高其在动物体内的消化吸收率，势必缓解我国畜牧业粮食不足、保证其可持续发展。

与其他处理法相比，生物处理法由于对环境污染小、易于操作、节约资源，已成为我们研究的热点，其主要是通过微生物和酶的降解能力来破坏细胞壁中纤维素的空间结构，从而提高秸秆的利用率。乳酸菌和纤维素酶在提高秸秆青贮品质上越来越受到人们关注，本试验通过在新鲜稻秸中添加酶制剂和乳酸菌制剂，研究其对稻秸青贮品质的影响，为稻秸在畜牧业中的应用提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料乳酸菌制剂粉，乳酸菌数量为1.0×1010cfu/g，购买于日本雪印公司，冰箱冷藏保存；酶制剂粉末，纤维素酶活力≥1×104U/g，木聚糖酶活力≥1.2×105U/g，购买于芬兰Finnfeed饲料公司，常温保存；青贮原料稻秸收获时间为蜡熟前期完熟后期。

1.2 试验设计试验分为对照组DON（不添加任何添加剂，加去离子水）、乳酸菌处理组Ⅰ、酶制剂处理组Ⅱ、酶制剂+乳酸菌共同处理组Ⅲ；每个处理3个重复，共12组。

1.3 青贮方法将新鲜的稻秸切短至4～5 cm长，在使用乳酸菌粉剂和酶粉剂之前，先将乳酸菌粉剂和酶粉剂溶于去离子水中，然后喷洒于稻秸，Ⅰ组添加乳酸菌粉剂0.02 g/kg，Ⅱ组添加酶粉剂1g/kg，Ⅲ组添加0.02 g/kg乳酸菌粉剂和1 g/kg酶粉剂，然后将处理后的稻秸分装入聚乙烯袋子中，分装量为5 kg，压实，抽真空封口，常温下保存发酵45 d。青贮完毕后，取试验样品于-20℃贮藏待检。

1.4 检测项目及方法

1.4.1 发酵质量的评定从气味、色泽、质地等方面对青贮稻秸进行感官鉴定，以感官评分的方式进行比较，参照德国农业协会（DLG）青贮品质感官评分标准（张子仪，2000；Hristov和Sandev，1998）。

1.4.2 发酵品质和化学成分的分析青贮稻秸的pH采用pH计测定；NH3-N含量采用苯酚-次氯酸钠方法测定；挥发性脂肪酸（乙酸、丙酸、丁酸）利用气相色谱法（GC-2010气相色谱仪）测定（王玉荣，2017）；乳酸利用高效液相色谱法（安捷伦-1200）测定（卢定强等，2007）；青贮的常规营养成分[碳水化合物（WSC）、干物质（DM）、粗蛋白质（CP）、中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）、灰分（Ash）等]参照《饲料分析及饲料质量检测技术》的方法进行（张丽英，2007）。

1.5 数据统计与分析试验数据经过WPS统计后，运用SPSS17.0进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 稻秸化学营养成分由表1测得的干物质含量和水溶性碳水化合物可知，稻秸满足青贮所具备的条件，但由于稻秸的生长特性，其乳酸菌含量低于青贮乳酸菌含量的标准（105cfu/g），所以，在进行稻秸青贮时，需要提高稻秸中乳酸菌的含量，保证青贮发酵品质。

2.2 稻秸的青贮发酵品质

表1 鲜稻秸的化学营养成分（%DM）

2.2.1 感官评定在青贮结束后，依据青贮标准对不同处理组的青贮稻秸进行感官评定，结果发现，Ⅰ组和Ⅲ组感官评定为优良，对照组和Ⅱ组感官评定为尚好。

表2 稻秸青贮后感官评定

2.2.2 不同添加剂处理后的发酵品质

（1）稻秸发酵后pH、氨态氮及氨态氮与总氮的比值由表3可知，与对照组相比，各处理组的pH均减小，Ⅰ组和Ⅲ组pH与对照组相比差异显著（P＜0.05），Ⅱ组与对照组相比差异不显著（P＞0.05）；有害微生物分解蛋白质产生氨态氮，各处理组的氨态氮相比对照组均降低，Ⅰ组降低25.49%、Ⅱ组降低19.6%、Ⅲ组降低27.45%，各处理组与对照组之间差异显著（P＜0.05），Ⅰ组和Ⅲ两组相比差异不显著（P＞0.05）；氨态氮与总氮比值对照组最大，各处理组均小于对照组，Ⅰ组、Ⅱ组、Ⅲ组分别降低41.42%、23.77%、47.54%，且各组之间差异显著（P＜0.05）。

表3 稻秸青贮pH、氨态氮含量和氨态氮与总氮质量比

（2）稻秸发酵后有机酸含量分析由表4可知，试验组与对照组相比，试验组的乳酸含量均大于对照组，Ⅰ组增加24.05%、Ⅱ组增加16.03%、Ⅲ组增加30.80%，Ⅰ组和Ⅲ组与对照组差异显著（P＜0.05），Ⅱ组与对照组差异不显著（P＞0.05）；乙酸含量Ⅱ组稍有增加，但差异不显著（P＞0.05），Ⅰ组和Ⅲ组乙酸含量减小，Ⅰ组与对照组差异不显著（P＞0.05），Ⅲ组与Ⅱ组差异显著（P＜0.05）；丙酸含量各试验组均减小，但各组之间差异不显著（P＞0.05）；丁酸含量试验组均减小，Ⅰ组和Ⅲ组未检测到丁酸，Ⅱ组减少69.23%，与对照组差异显著（P＜0.05）；总酸含量，Ⅰ组和Ⅲ组与对照组相比含量显著增加（P＜0.05），但Ⅰ组和Ⅲ组差异不显著（P＞0.05），Ⅱ组变化不大；乳酸与总酸比值各试验组均增加，Ⅰ组增加20.38%、Ⅱ组增加15.08%、Ⅲ组增加24.27%，且各组之间差异显著（P＜0.05）；乙酸与总酸比值Ⅰ组和Ⅲ组减小，Ⅱ组稍有增加，各组之间差异不显著（P＞0.05）；丁酸与总酸比值均减小，Ⅰ组和Ⅲ组比值为零，Ⅱ组含量小于对照组含量，差异显著（P＜0.05）。

表4 稻秸青贮有机酸含量

表5 稻秸青贮化学成分分析（DM%）

（3）稻秸发酵后化学成分分析由表5可知，干物质的含量试验组与对照组相比不同程度的降低，Ⅱ组和对照组、Ⅰ组和Ⅲ组相比差异不显著（P＞0.05），Ⅰ组干物质大于Ⅲ组，但Ⅰ组和Ⅲ组与对照组相比，差异显著（P＜0.05）；中性洗涤纤维的含量，试验组均低于对照组，Ⅰ组、Ⅱ组、Ⅲ组含量分别降低7.18%、2.5%、9.89%，Ⅰ组和Ⅲ组与对照组相比差异显著（P＜0.05），Ⅱ组与对照组相比，差异不显著（P＞0.05）；酸性洗涤纤维的含量，试验组均低于对照组，Ⅰ组含量最低，其次Ⅲ组、最后是Ⅱ组，Ⅰ组和Ⅲ组与对照组、Ⅱ组相比差异显著（P＜0.05），Ⅰ组和Ⅲ组相比、Ⅱ组和对照组相比，差异不显著（P＞0.05）；粗蛋白质的含量，Ⅰ组和Ⅲ组升高，Ⅱ组降低，且Ⅱ组与其他各组之间差异显著（P＜0.05），其他各组之间差异不显著（P＞0.05）。

3 讨论

3.1 添加乳酸菌制剂和酶制剂对稻秸青贮感官品质的影响 Ⅰ组和Ⅲ组青贮稻秸的感官色泽与青贮原料色泽相近，且不存在霉变情况，闻起来具有一定的酸香味；Ⅱ组与对照组相比，气味、色泽、质地稍有改善，对照组闻起来有酸霉味，Ⅱ组闻起来稍有酸味；说明添加乳酸菌可以明显改善青贮品质，添加酶制剂对青贮品质改善作用不大。

3.2 添加乳酸菌制剂对稻秸青贮品质的影响利用乳酸菌进行青贮主要是因为在青贮饲料中加入乳酸菌制剂可以提高青贮饲料中乳酸菌的数量，从而分解秸秆中糖产生的乳酸，使青贮环境迅速酸化，快速降低pH，较低的pH可以抑制丁酸菌、酵母菌等微生物活性，从而改善青贮饲料的品质（Kung等，2001）。有害微生物可以将青贮饲料中的蛋白质分解产生氨态氮，所以测定氨态氮可以得知，蛋白质在青贮发酵过程中的分解程度，同时氨态氮与总氮的比值可以体现瘤胃中青贮饲料氮的利用率。研究表明，优质青贮饲料的pH一般在3.4～3.8（刘建新等，1999），本试验测得各组pH均在此范围内。氨态氮含量越高，表明发酵越不良，其与总氮的比值反应了蛋白质和氨基酸分解的程度，其值越大，说明发酵效果越不理想。吕文龙等（2010）将植物乳杆菌加入到饲料中发现，饲料中乳酸含量显著增加，pH显著降低，氨态氮/总氮显著降低，提高了饲料的发酵效果，与本试验结果一致。所以，添加乳酸菌可以抑制发酵过程中有害微生物对蛋白质的分解，提高青贮品质。

评定青贮发酵品质除了pH和氨态氮外，有机酸含量也是重要因素之一。青贮饲料的发酵品质可以从总酸含量及其组成来判定，品质好的青贮饲料，乳酸含量及其占总有机酸的比值较高，这是由于乳酸菌在发酵过程中起主导作用。本试验中添加乳酸菌提高了青贮饲料中乳酸的含量，乳酸菌处理组与对照组相比差异显著（P＜0.05），降低了乙酸和丙酸的含量。异型发酵的重要指标是丁酸，青贮的品质与其息息相关，本试验中，添加乳酸菌使丁酸的含量为0，这说明乳酸菌添加到青贮饲料中主要是同型发酵，进而提高了青贮饲料的品质，本试验的结果表明，添加乳酸菌可以抑制不良微生物的增殖，创造厌氧发酵环境，提高青贮品质。

乳酸菌在青贮饲料成熟初期显著增加，抑制梭菌属等有害微生物的增长，减少肠杆菌数量，阻止青贮料养分分解，抑制蛋白质水解（Godon，1992）。纤维质量好坏最有效的标准是中性洗涤纤维，其可以作为衡量精粗比在奶牛日粮中是否合适的重要指标。本试验中，添加乳酸菌制剂，使青贮饲料中的中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维均不同程度的降低，且各组之间差异显著（P＜0.05），这可能是由于在发酵初期，细胞呼吸和发酵过程中的酶解使得碳水化合物被分解，以此表明，青贮品质由于添加了乳酸菌而有所提高。粗蛋白质一直被用来衡量粗饲料的饲用价值，研究表明，蛋白质酶的活性在低pH下会被抑制，从而减少粗蛋白质被分解。陈雷等（2015）研究在全株玉米全混合日粮中添加乳酸菌制剂结果得出，乳酸发酵活动可以使发酵环境酸化，抑制好氧微生物的活性和其降解利用营养物质。本试验中，乳酸菌的添加使试验组蛋白质降解减少，提高了青贮饲料的蛋白质含量。

3.3 添加酶制剂对稻秸青贮品种的影响将酶制剂添加到青贮原料中，酶会降解纤维素、半纤维素等产生单糖或者双糖等可溶性糖，为乳酸菌的发酵提供一定底物，使乳酸菌的发酵更剧烈（Kuijk等，2015）。所以，在青贮原料中添加酶制剂，使青贮pH降低，氨态氮比值降低，有机酸乳酸含量升高。

在青贮过程中添加酶来破坏植物细胞壁，从而获得高品质的青贮饲料已被很多学者报道（顾拥建等，2017；门宇新，2007；席兴军等，2003）。酶可以降解青贮饲料中的纤维素，为乳酸菌的发酵提供更多的WSC，抑制梭菌发酵，但由于WSC在新鲜稻秸中的含量低，在加上稻秸生长特性导致乳酸菌含量低，所以在青贮发酵初期，乳酸含量少，达到厌氧环境时间长，酶处理过的青贮原料发酵对青贮品质改善作用不大，本试验中，酶处理组NDF和ADF降低程度与乳酸菌处理组比较要小。本试验中，酶处理组粗蛋白质含量低于对照组，这与陶莲等（2016）研究结果相符合，陶莲等（2016）研究表明，秸秆氨态氮含量的提高可能引起粗蛋白质含量的消耗。

3.4 添加乳酸菌制剂和酶制剂对稻秸青贮品质的影响研究发现，如果单独加酶来青贮稻秸，有机酸尤其是乳酸的含量较低，pH也达不到优质青贮的标准，反映出仅添加酶来青贮稻秸达不到优良青贮饲料的标准。乳酸菌含量和反应程度及WSC的不足导致单独发酵稻秸获得优质青贮饲料是不可行的（陈兴等，2013）。稻秸DM含量高、青贮原料含水低、WSC含量低，这些原因决定了要获得优质的稻秸青贮饲料必须在加酶的同时添加WSC含量较高的原料或者乳酸菌制剂。研究发现，同时在青贮原料中添加酶制剂和乳酸菌制剂存在协同作用，酶制剂的添加可以酶解秸秆的细胞壁，从而产生乳酸菌的发酵底物——糖类物质，而乳酸菌的添加会增加乳酸菌含量，加强乳酸菌发酵强度。王玉荣等（2017）研究发现，酶和乳酸菌共同添加到青贮原料稻秸中，其发酵品质比添加单一添加剂效果好。从本试验结果可知，添加乳酸菌的同时添加酶制剂，水稻秸秆的青贮品质优于只添加单一的添加剂。