不同添加剂对薯渣与玉米秸秆混贮饲料发酵品质及牛瘤胃降解率的影响

2018-11-19申瑞瑞李秋凤李运起孙晓玉曹玉凤岳康宁王勇胜王美美高艳霞李建国

草业学报 2018年11期

申瑞瑞，李秋凤,2，李运起，孙晓玉, 曹玉凤,2*,岳康宁,王勇胜，王美美，高艳霞,2，李建国,2

(1.河北农业大学动物科技学院，河北保定 071000；2.河北农业大学养牛科学研究所，河北保定 071001；3.黑龙江省农垦科学院畜牧研究所，黑龙江哈尔滨154007)

马铃薯渣(potato pulp)是马铃薯淀粉生产过程中的副产物，其化学成分包括淀粉、纤维素、半纤维素、果胶、游离氨基酸等[1]，是一种高能量型的优质多汁纤维性饲料。鲜薯渣由于含水量高，容易腐败变质，且生产期比较集中，数量大，因此贮存难度极大。若烘干处理，则成本过高，难以推广；若利用其生产酶、乙醇、提取果胶、膳食纤维、制作醋、酱油、白酒等，则因规模化生产难度大，且加工成本过高，制约了该类处理方法的应用。目前对薯渣行之有效的加工利用方法较少，绝大部分被当作废弃物抛弃,造成资源浪费的同时也引起环境污染。因此，研究适于反刍动物生产推广使用的低成本加工与利用方法越来越受到关注。近年来，国外少数学者对薯渣微生物发酵贮藏技术进行了研究，其中Okine等[2]利用Lactobacillus rhamnosus、Rhizopus oryzae及其组合(L+R)分别对薯渣进行了湿贮发酵，结果表明该方法提高了薯渣的营养价值,可以作为反刍动物的能量饲料；Zunong等[3]研究证明将薯渣与其他添加剂混合湿贮，不仅提高了薯渣的利用率，还增加其有氧稳定性。国内学者王林[4]将薯渣添加到苜蓿青贮中，pH 和氨态氮含量显著下降，乳酸含量显著升高，纤维含量随薯渣混贮比例的上升而显著降低；另据研究证实，当玉米秸秆和马铃薯渣的混合比例为1∶3、水分含量为65%条件下发酵品质优良[5]；将薯渣与玉米秸秆混贮可以较好地保存薯渣中的营养成分，可有效改善适口性，具有柔软多汁、气味酸香、适口性好和消化利用率高等特点[6]；李剑楠[7]和夏宇[8]试验证明，将薯渣、薯渣发酵液和玉米秸秆、小麦秸秆和莜麦秸秆等混合处理可以有效降低干物质及各营养成分的瘤胃降解率，氨态氮和总氮的比值、乳酸含量呈上升趋势，发酵品质得到一定程度的改善。综上所述，前人对薯渣的研究主要集中在与秸秆类饲料混贮适宜比例等方面的研究，关于不同添加剂处理对薯渣与秸秆混贮发酵效果的研究未见报道。因此，本试验以薯渣和玉米秸秆为研究对象，探讨不同添加剂对薯渣与玉米秸秆混贮饲料发酵品质及牛瘤胃降解率的影响，以评价不同添加剂处理对薯渣混贮饲料发酵效果的影响，为薯渣资源的科学利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

薯渣和玉米秸秆分别来自黑龙江省农垦二龙山农场和四方山农场，制成风干样品粉碎过40目(0.425 mm)、10目(2.000 mm)筛后备用，其化学成分见表1。

表1 薯渣以及玉米秸秆的营养成分Table 1 Nutritional components of potato pulp and corn straw (%)

试验所用添加剂为微贮博士：枯草芽孢杆菌、酵母菌和乳酸菌3种有益菌复合而成的高活性多菌种复合液，有效物质含量1亿·g-1；青贮邦：乳酸菌接种物主要成分为植物乳杆菌、蔗糖、硅铝酸钠，每克产品乳酸菌的含量不低于200亿CFU(colony-forming units，CFU)；拉巴克斯复合添加剂：乳酸菌添加剂主要成分为植物乳杆菌、戊糖片球菌、布氏乳杆菌、屎肠球菌，纤维素酶、半纤维素酶等，载体为葡萄糖，有效活菌数CFU≥1.0×1011，与拉巴克斯有机酸盐混合添加；亚芯青贮添加剂：含有多种乳酸菌和活性酶，活性乳酸菌的含量≥100亿个·g-1，均由市场采购。

本试验选用的4种添加剂主要可分为两类：一类是以植物乳杆菌为代表的乳酸菌添加剂青贮邦，这类乳酸菌添加剂能够在发酵前期迅速降低青贮体系的pH，生成大量的乳酸，从而降低氨态氮的产生。另一类是3种都含有乳酸菌的复合添加剂，包括微贮博士是复合枯草芽孢杆菌、酵母菌和乳酸菌的高活性原液，其中的枯草芽孢杆菌是好氧菌、酵母菌是兼氧菌，这两个菌种在青贮后快速启动，加速氧气的消耗，抑制了霉菌、腐败菌的生长，进而为乳酸菌的生长提供条件；拉巴克斯复合添加剂是由青贮一号混合型添加剂和拉巴克斯有机酸盐复合配制而成，主要是通过增加原料中有益菌种、增加发酵底物及降低pH等方式来加速发酵进程，提高青贮料的发酵和营养品质；亚芯青贮剂包含有多种乳酸菌和活性酶，可促进青贮料快速产生乳酸，降低pH，抑制霉菌、腐败菌等有害菌的生长，减少营养和干物质的流失，抑制霉菌毒素的产生，从而提升青贮料品质。

1.2 试验设计及制作

试验共设置对照组(CK)、微贮博士组(处理1)、青贮邦组(处理2)、拉巴克思复合添加剂组(处理3)以及亚芯组(处理4)共5个试验组，每组3个重复，将玉米秸揉丝切短为1～2 cm，称重，使薯渣和玉米秸秆混合后的水分含量控制为70%，薯渣和玉米秸混贮比例为1∶2。

处理组均按添加剂产品说明使用。处理1组按每吨青贮料加100 mL微贮博士计算，添加量为20 mL；处理2组按每吨青贮料添加1×1011CFU青贮邦计算，添加量为0.2 g；处理3按每吨青贮料添加乳酸菌2 g、拉巴克斯有机酸盐100 g计算，添加量为0.2 g乳酸菌+10 g有机酸盐；处理4按每吨青贮料添加20 g亚芯计算，添加量为1 g。根据上述添加量事先称取好，用200 mL去离子水稀释，充分溶解后，再用喷壶均匀喷洒在对应的混贮料上。CK组不添加添加剂，只喷洒等量的去离子水，均以鲜重为基础。将试验组分别装入30 kg容量的塑料青贮桶中，层层压紧后加盖密封，室温下避光保存60 d后开封取样分析。

1.3 试验方法

1.3.1发酵品质测定感官评定：采用德国农业协会(Deutche Lan Dwirtschafts Geseutschaft，DLG)评分法。每个处理分别由3人同时根据嗅觉、质地、色泽3项进行独立评分，满分为20分，16～20为优良，10～15为尚好，5～9为中等，0～4为腐败[7]。

常规化学指标分析：取适量的样品用DENVER INSTRUMENT UB-7 pH计测定pH，采用苯酚-次氯酸钠法测定氨态氮(ammonia nitrogen，AN)含量[11]，并计算氨态氮/总氮(total nitrogen，TN)(AN/TN)，乳酸(lactic acid，LA)、乙酸(acetic acid，AA)、丙酸(propionic acid，PA)和丁酸(butyric acid，BA)的含量采用安捷伦7890A气象色谱分析仪测定[7]。尼龙袋残渣的干物质(dry matter，DM)、粗蛋白质(crude protein，CP)、中性洗涤纤维(neutral detergent fiber，NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber，ADF)采用《饲料分析与饲料检测技术》[12]的常规方法测定，淀粉(starch)采用硫酸蒽铜法[13]测定。

1.3.2有氧稳定性测定贮存第60天时开封取样，将薯渣混贮料混匀，连续10 d用温度计测定混贮饲料温度变化：将各温度计的底端置于混贮饲料中心处，室温[(15±2) ℃]下每2 h采集一次容器内混贮饲料的温度。其温度在室温基础上升高2 ℃即认为呈现不稳定状态[7]。

1.3.3瘤胃降解率测定本试验选择3头年龄体重相近的安装永久瘤胃瘘管阉牛，平均体重为600 kg，提供1.3倍维持需要，日粮精粗比为50∶50，试验牛每日08:00和18:00两次饲喂，自由饮水。试验牛每天饲喂TMR(total mixed ration)日粮，其中日粮的组成和营养成分见表2。准确称取5 g不同处理的薯渣混贮料装入已知重量的12 cm×17 cm尼龙袋中并标号，每个样品每头牛做3个平行，置瘤胃内48 h后取出并用自来水洗净，65 ℃烘至恒重并记录，测定残渣粗蛋白质、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和淀粉的含量。并计算各营养物质的48 h瘤胃降解率[9]。

48 h的降解率A=(B-C)/B×100%

式中：A为待测饲料的某种营养成分瘤胃48 h的消失率(%)；B为待测样品中某种营养成分含量(g)；C为待测样品尼龙袋残渣中某种营养成分含量(g)。

表2 基础日粮组成及营养水平(干物质基础)Table 2 Composition and nutrient level of the basal diet (dry matter basis)

注:预混料为每kg饲粮提供维生素A 4300 IU，维生素D3650 IU，维生素E 25 IU，Cu(硫酸铜)8 mg，Fe(硫酸亚铁)70 mg，Mn(硫酸锰)40 mg，Zn(硫酸锌)60 mg，I(碘化钾)0.5 mg，Se(亚硒酸钠)0.3 mg，Co(氯化钴)0.4mg。综合净能(NEmf)根据我国《肉牛营养需要和饲养标准》计算得出，其他日粮营养水平指标为实测值。

Note: DDGS:Distillers dried grains with solubles. The premix provided the following per kg of the diet: Vitamin A 4300 IU, Vitamin D3650 IU, Vitamin E 25 IU, Cu(as copper sulfate) 8 mg, Fe (as ferrous sulfate) 70 mg, Mn (as manganese sulfate) 40 mg, Zn (as zinc sulfate) 60 mg, I (as potassium iodide) 0.5 mg, Se (as sodium selenite) 0.3 mg, Co (cobalt chloride) 0.4 mg. The value of the NEmfwas calculated according to the Chinese Beef Cattle Nutritional Requirements and Feeding Standards[10], and the value of the other nutrient levels was measured.

1.4 数据处理与分析

采用SPSS 19.0软件对试验数据进行单因素ANOVA方差分析，并用LSD法和Duncan法进行多重比较，用“平均值±标准差”表示结果。

2 结果与分析

2.1 不同添加剂对薯渣与玉米秸秆混贮饲料感官评定的影响

60 d开封后，根据德国农业协会(DLG)评分法对薯渣发酵饲料的色泽、气味、质地等对其进行感官评分。由表3可见，各添加剂处理的颜色基本接近，都呈淡黄色；在嗅觉上，各添加剂处理酸香味较浓；质地松散，结构基本良好，各处理组均未见发霉现象。4种添加剂处理的混贮饲料在感官评定上与CK组无明显差异(P>0.05)，等级均为一级优良。

表3 不同添加剂处理薯渣混贮饲料的德国农业协会(DLG)评分 Table 3 DLG score of different additives for treating the mixed silage of potato pulp

注：同列不标字母表示差异不显著(P>0.05)。1～4：表示微贮博士组、青贮邦组、拉巴克斯复合组、亚芯组。

Note:The same column without a letter indicates that the difference is not significant (P>0.05). 1-4: It showed that the WeiZhu group, the silage-help group, the LaBaX composite additive group and the YaXin group.

2.2 不同添加剂对薯渣与玉米秸秆混贮饲料发酵品质的影响

由表4可以看出，各处理组的pH均在4.0以下；与CK组相比各添加剂处理组pH均有降低的趋势，但各处理组之间差异均不显著(P>0.05)。氨态氮占总氮的比例，以处理4组最低，其次是处理3组，与CK组相比分别降低9.73%和8.11%(P<0.05)；其他处理组氨态氮占总氮的比例和CK组相比也有不同程度下降，但差异不显著(P>0.05)。处理1、2、4组乳酸含量分别较CK组提高50%(P<0.01)、33.75%(P<0.05)和78.75%(P<0.01)，处理3组与CK组相比有升高的趋势，但差异不显著(P>0.05)。各添加剂处理组均提高了乙酸的含量，其中处理1、2、4组的乙酸含量相同，与CK组相比提高了6.12%(P<0.05)，但处理3组与CK组差异不显著(P>0.05)。与CK组相比，处理1、2、3组丙酸含量分别提高了13.33%(P<0.05)、40%(P<0.01)和60%(P<0.01)，处理4组丙酸含量与CK组差异不显著(P>0.05)。各试验组均未产生丁酸。与CK组相比，处理1、2、4组总酸含量分别提高31.94%(P<0.05)、25.00%(P<0.05)和46.53%(P<0.01)，处理3组较CK组有提高的趋势，但差异不显著(P>0.05)。

2.3 不同添加剂对薯渣与玉米秸秆混贮饲料有氧稳定性的影响

由图1 可见，各处理组混贮饲料暴露于空气后，CK组的有氧稳定性为112 h，处理组分别为118，156，125和162 h，分别比CK组延长了6，44，13，50 h，除处理1外差异均达到极显著水平(P<0.01)。可见，各添加剂处理均提高了薯渣混贮饲料的有氧稳定性，其中以处理4最佳，其次是处理2、处理3，处理1改善效果不明显。

2.4 不同添加剂对薯渣与玉米秸秆混贮饲料干物质及营养物质48 h降解率的影响

由表5可知，与CK组相比，各添加剂处理组均能够提高DM、CP、ADF和淀粉的瘤胃降解率。处理1、 2、 3和4组的DM瘤胃降解率分别比CK组提高7.23%(P<0.01)、4.45%(P<0.05)、4.33%(P<0.05)、7.96%(P<0.01)。处理1、2、3和4组的CP瘤胃降解率分别比CK组提高5.26%、7.63%、7.35%、5.28%(P<0.01)。处理4组的NDF瘤胃降解率最高，比处理3组提高6.65%(P<0.05)；处理1、2、4组的NDF瘤胃降解率均高于CK组，但各组之间差异不显著(P>0.05)。与CK组相比，各处理组的ADF瘤胃降解率分别提高3.21%(P>0.05)、6.39%(P<0.05)、0.08%(P>0.05)和7.95%(P<0.05)。处理1组的淀粉瘤胃降解率比CK提高2.83%(P<0.01)，其他各组间淀粉的瘤胃降解率无显著差异(P>0.05)。

表4 不同添加剂处理对薯渣与玉米秸秆混贮饲料发酵品质的影响Table 4 Effect of different additives on the fermentation quality of mixed silage of potato pulp and corn straw

注：“ND”表示未检测到。同列不同小写字母表示差异达到显著水平(P<0.05)，不同大写字母表示差异达到极显著水平(P<0.01)，下同。

Note: “ND” means not detected. Different small and capital letters indicate the differences are significant at 0.05 and 0.01 level, respectively, the same below.

图1 不同混贮饲料暴露在空气中的有氧稳定性Fig.1 Aerobic stability of different mixed silage exposure to air “**”表示与对照组相比差异极显著(P<0.01)。“**” mean extremely significantly different compared with control group (P<0.01).

表5 薯渣与玉米秸混贮饲料营养物质48 h瘤胃降解率Table 5 48 h nutrients ruminal degradability of mixed silage of potato pulp and corn straw

3 讨论

3.1 不同添加剂对薯渣与玉米秸混贮饲料感官评价的影响

德国农业协会(DLG)评分法主要以色泽、气味和质地为评定标准，将青贮饲料分为优、可、中、下4等，并未考虑青贮过程中化学指标(氨态氮、可溶性碳水化合物及挥发性脂肪酸等)的变化[14]。本试验从这3方面进行的总体感官评价来看，各添加剂处理和CK组无明显差异，均能较好的完成发酵过程，达到了一级优良。这与夏宇[8]报道的马铃薯渣添加剂青贮发酵品质评价的结果相一致。在稻草添加剂青贮试验中发现，不同添加剂显著影响稻草青贮的感官评定结果[15]，这与本研究不一致。由此可见，影响DLG评价效果除受到主观因素的影响外，从本研究分析可能还与添加剂种类及青贮原料有关。

3.2 不同添加剂对薯渣与玉米秸混贮饲料发酵品质的影响

本试验选用的处理4的添加剂主要为植物乳杆菌以及含乳酸菌的复合添加剂，其主要作用是促进乳酸菌的发酵产生乳酸，快速降低薯渣混贮料的pH从而抑制不良微生物的繁殖。混贮发酵品质的好坏往往可以通过pH和有机酸含量来反映[16]。试验混贮60 d后，各添加剂处理组的pH均低于CK组且都在4.2以下，但各添加剂作用原理确是不同的，处理1的添加是通过枯草芽孢杆菌和酵母菌这两个菌种在混贮后快速启动，加速氧气的消耗，使得pH降低；处理2中有机酸的作用在发酵初期使混贮料快速酸化，降低pH；处理3中植物乳杆菌的添加会在发酵初期产生大量乳酸，迅速酸化，pH迅速降低，这与前人的研究结果一致[17]；而处理4亚芯青贮剂中含有多种乳酸菌和活性酶可促进青贮料快速产生乳酸来降低pH。通过对比可以发现，处理4组发酵品质优于其他处理组，基本表现在pH低、乳酸含量高及乳酸占总酸的比例也最高，发酵品质最好。这是因为乳酸菌在混贮过程中可分解糖类生成乳酸，利于酸性环境的形成，抑制不良微生物的繁殖[18]。CK组中未添加添加剂，乳酸菌相对于添加剂组较少，产生的乳酸量也有差异，此结论和乳酸的测定结果基本一致[19]。从有机酸的分析结果来看，各处理的乳酸含量均高于乙酸，说明薯渣与玉米秸混贮为乳酸发酵类型。经过60 d发酵后，添加剂组的乳酸、乙酸、丙酸含量均高于CK组，乳酸含量高，意味着发酵效果好，pH下降快，其干物质和能量流失少[20]。各添加剂组的总有机酸含量提高，有利于避免二次发酵和提高有氧稳定性，这与任海伟等[21]的研究结果类似。乙酸来自醋酸菌产生的酸和乳酸的进一步分解，在初期可以抑制有害微生物的繁殖，但过量则影响饲料的适口性。丙酸的酸性最弱，但它的抗真菌活性最强，可抑制酵母、霉菌的生长，减少氨产生[22]。处理2、3、4组的丙酸含量高于CK，而AN/TN低于CK，说明添加青贮邦、拉巴克斯复合添加剂、亚芯这3种添加剂在一定程度上抑制了蛋白质的分解。丁酸是由酪酸菌分解蛋白质和乳酸而生成的产物，丁酸的产生对青贮饲料的品质和保存不利。AN/TN能反映青贮饲料中蛋白质及氨基酸分解的程度，比值越大，说明蛋白质分解越多，意味着青贮质量不佳[23]。本试验中由于各添加剂组产生的乳酸等有机酸降低了pH，抑制有害微生物的生长，进而减少了其对蛋白质和氨基酸的分解，因此混贮60 d后各添加剂处理组较CK组降低了氨态氮与总氮的比值，其中以处理4最小，说明各添加剂处理均可降低贮藏期间蛋白质的分解和破坏。一般认为优质青贮饲料的丁酸含量和AN/TN值应低于10%，在本试验中，所有处理组的AN/TN值均低于10%，也未检测到丁酸，符合优质饲料的要求。

3.3 不同添加剂对薯渣与玉米秸混贮饲料有氧稳定性的影响

有氧稳定性是指青贮饲料暴露在空气中，中心温度比外界温度高出2 ℃所需要的时间[24]。有氧稳定时间越长，说明二次发酵对青贮饲料的影响越小。将混贮饲料暴露于空气中，休眠的好氧微生物如霉菌和酵母菌开始增殖，从而导致混贮料败坏，具体表现为温度升高和霉菌丛生。不同青贮料败坏的速度有很大差别，一些青贮料暴露于空气中几小时温度就开始升高，然而有些青贮料在空气中存上几天甚至几周温度仍稳定不变。在本试验中，CK组暴露在空气中112 h即开始影响混贮饲料的品质，而各添加剂处理组中有氧稳定性时间均有所延长，处理4组最长可达162 h，处理2达到156 h，说明这两种添加剂均可以有效抑制其中的杂菌和真菌，减少了它们对乳酸和糖的分解产热，延缓了混贮饲料的有氧腐败，明显改善了混贮饲料的有氧稳定性。Kung等[25]报道，有氧稳定性提高的基本原因就是青贮中含有较高浓度的乙酸，可以抑制有氧阶段好氧性微生物对营养成分的降解，达到保存青贮饲料养分和提高有氧稳定性的目的。Danner等[26]也证实了乙酸能够有效抑制好氧性微生物的生长，提高青贮饲料有氧稳定性。在本研究中，除处理3组外，其他的添加剂处理组所产生的乙酸含量均大于CK，表明添加剂处理组能较好地抑制有害菌的活动，在不同程度上延长有氧稳定期，从而对混贮饲料的二次发酵起到一定的抑制作用。Weinberg等[27]研究发现添加乳酸菌与对照组相比，有氧稳定性较高，本试验结果与其一致。

3.4 不同添加剂对薯渣与玉米秸混贮饲料48 h养分瘤胃降解率的影响

DM降解率主要是蛋白质、脂肪、纤维素等物质的降解，DM瘤胃降解率越高，说明饲料越易于被动物消化，其干物质采食量也越高。本试验中不同添加剂处理组的DM瘤胃降解率有一定的差异，其中处理4组最高为62.83%，高于李剑楠[7]对薯渣青贮(49.34%)的研究结果，主要是与原料的处理方式和试验动物的不同相关。饲料蛋白质的降解主要取决于其发酵的难易程度和在瘤胃内的滞留时间[28]，本试验中各处理组均具较高的CP降解率，说明用薯渣与玉米秸混贮后的这种饲料在瘤胃中更易被发酵，能够作为优质粗饲料被家畜有效利用。瘤胃NDF和ADF降解率是衡量粗饲料优劣的重要指标，其降解率受饲料中纤维组成的影响。薯渣饲料纤维属于可溶性，尤其是果胶是比较容易降解的复杂碳水化合物[29]，本试验中除处理3外的其他添加剂处理组的NDF瘤胃降解率均高于CK组，可能是添加剂处理影响了中性洗涤纤维中复杂的碳水化合物降解，供给微生物活动，从而提高了玉米秸秆纤维物质在瘤胃中的利用程度，这和兴丽[30]的研究结果相一致。而造成处理3的 NDF瘤胃降解率低的原因有待进一步研究。本试验中各处理组薯渣混贮料的淀粉瘤胃降解率在94%～97%，与CK组相比均呈现上升趋势，这就预示着混贮饲料中几乎所有的淀粉都在瘤胃中被降解，这与Herrera-Sadana等[31]以干燥、粉碎后的高粱为主要粗饲料在杂种肉牛上进行降解试验，经瘤胃降解48 h后，所得饲料淀粉中不可降解的部分占比为3%的研究结果相似。