不同生育期和乳酸菌添加剂对甜高粱青贮发酵品质和营养价值的影响

王宪举， 闫 琦， 魏海燕， 张娇娇， 丁路明

（兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室，兰州大学旱区农业与生态修复教育部工程研究中心，兰州大学生命科学学院，甘肃兰州730000）

高粱是世界上五大谷类作物之一，仅次于小麦、水稻、玉米和大麦。具有食用、酿造、饲料、工业加工等多种用途（卢庆善，1999），并且具有抗旱、耐涝、抗盐碱、耐贫瘠、耐高温等优良性状，适宜在青藏高原地区种植。除此之外，其还具有单位面积产量高、光合效率高、生长迅速、糖分积累快等特点，能为我国畜牧业的发展提供大量的优质饲料（何敏，2016；卢庆善等，2009；邵艳军等，2004）。甜高粱除具有普通高粱的一般特征外，其植株高大，含糖量高（11% ～21%），是粒用高粱的 2～5倍（郭平银等，2007）。因此，大力推广甜高粱种植，能够提高土地的生产效率，降低畜牧业饲料成本，为草食性畜禽提供充足的饲料，有效缓解人畜争粮的突出矛盾（郭丽君等，2011；竟丽丽等，2011）。

甜高粱作为动物饲料的传统贮藏方法是将其茎叶通过晾晒和风干制作成干草，但这种方法使甜高粱茎叶中粗蛋白质含量、适口性和消化率下降，降低了饲料的利用率。而经过青贮后的甜高粱，营养损失少，能够保持原料的鲜嫩多汁。青贮调制是有效利用高粱作为牧草经济而安全的方法（李改英等，2010；Marco等，2009）。 经过乳酸发酵调制成的高粱青贮，气味芳香，酸甜可口，耐贮藏，可全年饲喂，可为家畜提供高营养多汁饲料（李建平，2004）。青贮饲用高粱中的有机酸能促进家畜消化腺的分泌活动，增加采食量，并提高消化率（管武大等，2002）。

本研究在大力士品种和牛魔王品种甜高粱的拔节期和抽穗期植株青贮时，添加一定量的乳酸菌添加剂，通过观察青贮后高粱的营养成分和发酵品质的差异，探寻不同生育期及乳酸菌添加对甜高粱青贮品质和营养成分的影响，以期为甜高粱青贮饲料加工利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料 试验选用大力士和牛魔王两个甜高粱品种的拔节期和抽穗期植株，均采自甘肃省定西市（35°07′N，104°59′E，海拔 1899 m）。该地区属于中温带半干旱区，年均气温5.7～7.7℃，无霜期122～160 d，年均降雨量350～600 mm。两个甜高粱品种均在2017年6月上旬播种，大力士品种高粱播种株距25 cm，行距35 cm；牛魔王品种高粱播种株距35 cm，行距45 cm。两种甜高粱原样化学成分如表1所示。

乳酸菌添加剂由台湾亚芯生物技术有限公司提供，主要成分为植物乳杆菌LP70（Lactobacillus plantarum LP70，1×109cfu/g）， 总乳酸菌数 1.0×1011cfu/g。

1.2 青贮调制 试验采取双因素完全随机设计。在大力士和牛魔王两种甜高粱的拔节期（2017年7月29日）和抽穗期（2017年9月17日），收割距地面10 cm以上的植株部分，分别装袋后带回实验室。

分别将两种甜高粱材料切短至2～3 cm，自然晾晒。晾晒期间采用微波炉快速测定高粱含水量，当含水量降到65%左右时，称取1 kg原料，用喷壶喷洒10 mL事先活化好的乳酸菌菌液（5×108cfu/mL），充分混匀后，平均分装入三个青贮袋，记为LAB。同时，用10 mL的纯水代替乳酸菌菌液作为对照，记为CK。用真空包装机抽真空并封口，以保证青贮过程中的厌氧状态。将袋装青贮置于阴凉干燥处，常温条件下（25～30℃）贮藏发酵，于60 d后，开封取样测定发酵品质和营养成分。

1.3 青贮质量感官鉴定 按照德国农业协会（DLG）青贮评分标准及等级评定方法，从色泽、气味、质地等方面对试验后高粱青贮进行综合评定（张子仪，2000）。

1.4 发酵品质及营养成分的测定 取青贮后样品各20 g，加入180 mL去离子水，用组织搅碎机搅碎1 min，然后用4层纱布过滤，用pH仪（雷磁pHS-29A型）测滤液的pH；将滤液3500 r/min离心15 min，经0.22μm滤膜过滤，用高效液相色谱仪（SHI-MADZE-10A）分析乳酸、乙酸、丙酸及丁酸含量，色谱柱为ShodexRspak KC-811S-DVB gel Column 300 mm×8 mm，流动相为3 mmol/L高氯酸，流速为1 mL/min，进样量为5μL，柱温50℃，检测波长210 nm （侯建建等，2016；陶莲等，2009）。将各品种约100 g青贮样品置于65℃烘箱中，48 h后测定干物质（DM）含量。烘干样品用微型植物粉碎机粉碎后过0.42 mm筛用于常规养分的测定（杨胜，1993）。 粗灰分（Ash）测定参照《饲料分析及饲料质量检测技术》（第三版）进行测定；粗蛋白质 （CP）含量使用凯氏定氮仪 （JK-9830，中国）测定；中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）使用纤维分析仪（ANKOM-2000i，美国）进行测定。可溶性碳水化合物（WSC）的测定采用蒽酮-硫酸比色法（余汝华等，2003）。总酚含量（TP）和单宁含量（Tannin）使用 Folin-Ciocalteu法进行测定；用ANKOM DAISY II体外模拟培养箱测定消化率（IVDMD）（魏春秋，2012）。

1.5 数据分析 采用Excel 2016做基础数据处理，用SPSS19.0软件对数据进行析单因素方差分析和一般线性模型分析，结果表示为“平均值±标准偏”差。

表2 生育期和乳酸菌添加剂对大力士高粱青贮发酵品质的影响

表3 生育期和乳酸菌添加剂对牛魔王品种高粱青贮发酵品质的影响

2 结果分析

2.1 高粱青贮的感官评价 青贮发酵60 d后，所有处理的青贮饲料样品均接近原料原色，色泽上无显著差别，烘干后呈淡褐色；质地较好，茎叶间没有发生霉变，茎叶结构清晰可见，无黏手现象产生；均有芳香味。各处理后的样品青贮按照德国农业协会（DLG）青贮感官评分标准及等级进行感观评定，均达到了优良等级。各处理的青贮成功率均达到100%。

2.2 生育期和乳酸菌添加剂对高粱青贮发酵品质的影响 生育期和乳酸菌添加剂对大力士品种和牛魔王品种甜高粱青贮发酵品质的影响分别见表2、表3。甜高粱经过青贮处理后，pH显著降低（P ＜ 0.05），乳酸含量显著升高（P ＜ 0.05）。高粱青贮的各处理中均没有丁酸产生，且乳酸是总酸中含量最高的成分。总体上，高粱青贮后pH随着总酸含量升高而降低。乳酸菌添加剂以及和生育期二者之间的交互作用对大力士高粱青贮的pH、乳酸、乙酸、丙酸和总酸均有显著影响（P＜0.05）。

大力士和牛魔王两个品种甜高粱抽穗期植株青贮的pH较拔节期分别显著降低了8.72%和7.85%（P＜0.05）。两个品种高粱试验组（添加乳酸菌）的pH均显著低于对照组（P＜0.05）。在各个处理中，牛魔王品种抽穗期植株添加乳酸菌青贮的pH最低，为3.77。大力士品高粱拔节期未添加乳酸菌青贮的pH最高，为4.47。

在两个高粱品种的抽穗期植株青贮中，其乳酸及总酸含量均显著高于拔节期 （P＜0.05），其中乳酸含量大力士品种升高了20.01%，牛魔王品种升高了4.64%。在添加乳酸菌处理后，大力士高粱的拔节期和抽穗期以及牛魔王品种的拔节期植株，其乳酸含量均较不添加处理升高了10%以上（P＜0.05），其总酸含量也显著升高（P＜0.05）。但乳酸菌添加剂对牛魔王品种抽穗期植株青贮的乳酸、总酸含量没有显著影响 （P＞0.05）。乙酸和丙酸含量虽随着生育期或乳酸菌添加而发生变化，但整体含量较少，变化幅度相对较小。

2.3 生育期和乳酸菌添加剂对高粱青贮营养成分及体外消化率的影响 不同生育期以及是否添加乳酸菌添加剂对大力士品种和牛魔王品种高粱青贮后各项营养指标的影响分别见表4、表5。乳酸菌添加剂虽对甜高粱青贮后可溶性碳水化合物的含量影响不显著，但添加乳酸菌后有升高甜高粱青贮可溶性碳水化合物含量的趋势。青贮时添加乳酸菌对大力士和牛魔王两种高粱青贮其余各项营养指标的影响均不显著（P＞0.05）。生育期与添加乳酸菌添加剂之间交互作用对各项青贮营养成分的影响不显著（P＞0.05）。

表4 生育期和乳酸菌添加剂对大力士高粱青贮营养成分的影响

高粱抽穗期茎叶青贮后的可溶性碳水化合物含量在7.4%以上，显著高于拔节期（＜2.5%）（P＜0.05），大力士甜高粱抽穗期青贮可溶性碳水化合物含量较拔节期的升高了274.84%，牛魔王品种则升高了580.99%。大力士和牛魔王甜高粱抽穗期全株青贮后的粗蛋白质含量较拔节期分别降低了31.59%和58.87%（P＜0.05）。与拔节期植株青贮相比，抽穗期植株青贮中性洗涤纤维含量显著升高了11.83%（P＜0.05），酸性洗涤纤维含量差异不显著（P＞0.05），粗灰分含量显著降低30%以上（P＜0.05），这也导致高粱抽穗期植株青贮的相对饲喂价值和体外消化率显著降低（P＜0.05）。单宁含量在两个生育期的青贮中没有显著性差异（P ＞ 0.05）。

表5 生育期和乳酸菌添加剂对牛魔王品种高粱青贮营养成分的影响

3 讨论

3.1 生育期对两种高粱青贮发酵品质、营养成分及消化率的影响 用于青贮的饲草除了要有适宜的含水量外，可溶性糖、粗蛋白质的含量也直接影响青贮品质。从拔节期到抽穗期，高粱植株中的粗蛋白质含量逐渐减少，可溶性糖含量逐渐增加。大力士品种和牛魔王品种的拔节期的粗蛋白质含量分别为7.50%、13.84%，到达抽穗期时则分别降到了5.69%、7.47%。可溶性糖含量则分别由拔节期的20.69%、16.62%上升到27.86%、17.36%。抽穗期高粱较高的可溶性糖含量，为乳酸菌发酵提供了充足的底物。较多的可溶性糖经过发酵后可产生更多的乳酸、乙酸、丙酸等酸性物质，加快了青贮饲料酸化的过程，能够更好的抑制霉菌等有害菌的繁殖，提高了青贮效果及品质。另外鲜样中蛋白质含量下降到适宜水平，青贮底物的缓冲性降低，青贮发酵过程pH下降迅速，不容易发生酪酸发酵，青贮容易成功（白彦福，2017）。

随着高粱生育期的推进，两个品种高粱中粗灰分含量下降，中性洗涤纤维含量升高，导致相对饲用价值和体外消化率降低。高粱青贮后的粗灰分、中性洗涤纤维和相对饲用价值以及体外消化率也随生育期的推进表现相应的变化趋势。

研究表明当饲草中单宁含量超过2%时，会降低草食动物的采食量（Provenza，1995）。采食量下降是因为高含量单宁可与动物唾液黏蛋白结合并沉淀，引起粗糙皱折的收敛感和干燥感，产生涩味，降低适口性。并且摄食后产生短期的不适，导致动物的食欲下降（Butler，1989）。本研究中，两个高粱品种经过青贮后的单宁含量均为0.40～0.45%，因此不会对家畜采食量产生不利影响。

3.2 乳酸菌添加剂对两种高粱青贮发酵品质、营养成分及消化率的影响 作物青贮时接种乳酸菌，可以迅速增加农作物表面的乳酸菌数目，使乳酸发酵占主导地位，从而降低pH值，抑制有害微生物的活动，提高青贮成功率，保存和提高饲料营养价值（赵庆杰等，2014）。在本研究中，处理组和试验组青贮的感官评价均为一级优等。添加乳酸菌添加剂对两个高粱品种的两个生育期青贮的各项营养成分几乎没有影响，对体外消化率的影响也不明显。这与先前添加乳酸菌对青贮营养成分影响的研究结果不一致，推测可能是本试验在实验室内完成，青贮发酵在真空包装中进行。青贮材料按压紧实且厌氧环境严格，即使没有额外添加乳酸菌，发酵初期乳酸菌也迅速处于竞争优势。另外，高粱原料茎叶表面附着的乳酸菌较多，缩短了青贮发酵前期乳酸菌成为优势种的时间。故处理组添加乳酸菌没有显著作用。

添加乳酸菌后的青贮与对照组相比，pH显著降低，总酸含量增加了8%～13%。同时，可溶性碳水化合物的含量也相对升高。由此可见，在添加乳酸菌后的青贮发酵中，发酵消耗了相对较少的可溶性糖，但产生了较多的酸。推测原因可能是添加乳酸菌后的青贮前期，大量乳酸菌利用可溶性糖迅速代谢转化为酸性物质，环境酸化过程较对照组快。有氧呼吸期中杂菌的生命活动较对照组提前被抑制，因此，用于代谢消耗的糖减少。

4 结论

大力士和牛魔王两个甜高粱品种的抽穗时期具有相对较高的可溶性碳水化合物含量以及相对较低的粗蛋白质含量，能够提高青贮的成功率，并且该时期青贮发酵品质较好。添加乳酸菌增加了发酵后总酸的含量，降低了青贮的pH。由此可见，在实际生产中用大力士和牛魔王这两种高粱做青贮时，选用抽穗期植株并添加乳酸菌会有较高的成功率和较好的发酵品质。