短乳杆菌对有氧暴露过程中不同品种全株玉米青贮品质的影响

2019-02-19徐生阳闵旭东

草业科学 2019年1期

徐生阳，闵旭东，云颖，玉柱

（中国农业大学草业科学与科技学院，北京 100193）

近年来，我国奶牛业持续稳定发展[1]。全株玉米(Zea mays)青贮因具有保存效果好、营养价值高等优点，被当作十分重要的饲料来源，在我国奶牛生产中应用广泛[2]。在国际上，全株玉米青贮作为反刍动物重要的饲料来源，在欧美等发达地区得到了广泛应用[3-4]。且青贮饲料的质量对家畜的生产和生长都有直接影响，因此，青贮品质倍受关注[5]。在生产实践中由于没有严格控制青贮饲料在发酵贮藏过程中所需的厌氧环境或在取用过程中未能妥善管理，往往会造成二次发酵，降低青贮饲料品质[6]。其中有氧暴露时间是二次发酵过程中十分重要的影响因素，它对最后成品蛋白质及其它营养成分的含量有着直接影响[7]。

乳酸菌添加剂被广泛用于改善青贮品质[8]。短乳杆菌(Lactobacillus brevis)为异型发酵乳酸菌，异型乳酸菌发酵可以产生大量抑制真菌生长的乙酸，对提高青贮产物的有氧稳定性、防止有氧变质有着重要影响。研究表明，添加异型发酵乳酸菌的黑麦草(Lolium perenne)青贮发酵品质较好，添加禾草源异型发酵乳酸菌可以有效保证无芒雀麦(Bromus inermis)有氧暴露过程中青贮品质的稳定[9-10]。综合上述因素，研究乳酸菌添加剂及有氧暴露时间在青贮饲料二次发酵过程中的影响对于指导青贮生产实践有着重要意义。目前，塔娜等[9]、苗芳等[10]探究了异型发酵乳酸菌对青贮发酵特性、营养品质和有氧稳定性的影响，但大多都是针对布氏乳杆菌(L. buchneri)，而对短乳杆菌的研究较少。鉴于此，本研究主要探讨短乳杆菌对有氧暴露过程中全株玉米青贮品质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

先玉335(Ⅰ)、奥玉5102(Ⅱ)两个品种的全株玉米，先玉335由美国先锋公司选育，奥玉5102由北京奥瑞金种业股份有限公司选育。

添加剂为短乳杆菌，由中国农业大学牧草青贮实验室提供。

1.2 试验设计

本研究为双因素对照试验，于河北涿州实验基地选取蜡熟期的两个不同品种的玉米进行青贮制作。将全株玉米切碎至2 cm后混匀，每个品种添加短乳杆菌 (1 × 105cfu·g-1)为处理组，对照组为空白，之后再次混匀，装入5 L的青贮桶中用密封条密封，各处理设置3个重复。青贮120 d后开封，在有氧暴露0、1、3、5、7 d通过四分法进行取样，分析其发酵品质和营养品质。

1.3 指标测定及方法

采用雷磁PHS-3C型pH计测定pH，采用岛津LC-20A型高效液相色谱仪(色谱柱：KC-811 column, Shimadzu，日本；检测器：SPD-M10AVP；流动相：3 mmol·L-1高氯酸，流速 1 mL·min-1, 柱温 50 ℃；检测波长 210 nm，进样量 5 μL)分析乳酸 (lactic acid, LA)和挥发性脂肪酸，包括乙酸(acetic acid, AA)、丙酸 (propionic acid, PA)和丁酸(butyric acid, BA)[11]。采用苯酚-次氯酸钠法测定氨态氮/总氮 (ammonia nitrogen/total nitrogen，AN/TN)[12]。

采用Van Soest[13]的方法测青贮样品中性洗涤纤维 (neutral detergent fiber, NDF)和酸性洗涤纤维 (acid detergent fibre, ADF)含量[13]。采用硫酸-蒽酮比色法测定可溶性碳水化合物(water soluble carbohydrate,WSC)[14]。采用 Goering 和 Van Soest[15]的方法测定青贮样品中酸性洗涤木质素 (acid detergent lignin, ADL)的含量[15]。采用AACC[16]的方法测定淀粉(starch)。采用 AOAC 法测定粗脂肪 (ether extract, EE)、粗蛋白质 (crude protein, CP)和干物质 (dry matter, DM)[17]。

1.4 数据分析

采用Excel进行均值±标准误的计算，采用SPSS 17.0软件对品种和添加剂进行双因素统计分析，对各处理和有氧暴露时间分别进行单因素分析，并用Duncan法对各测定数据进行多重比较。测定结果用平均值±标准误表示。

2 结果与分析

2.1 发酵品质

添加短乳杆菌显著降低了品种Ⅰ的AN/TN值(P＜0.05)(表 1)，品种对 AN/TN 的值无显著影响，添加剂和品种互作对AN/TN的值影响极显著(P ＜0.01)。添加短乳杆菌后，品种Ⅰ的LA含量显著提高，品种Ⅱ的LA含量显著高于品种Ⅰ，品种和添加剂互作对LA的含量有显著影响(P＜0.05)。

在各处理的有氧暴露过程中，LA和AA的含量呈降低趋势，BA、pH和AN/TN呈升高趋势(表2)。品种Ⅰ对照组与处理组的pH在有氧暴露3 d时出现差异，处理组的pH显著低于对照组(P＜0.05)。在品种Ⅱ中，相较于0 d，对照组在3 d时pH就显著提高，而处理组在5 d时pH才显著提高(P ＜0.05)。在对照组中，有氧暴露0、3 d时品种Ⅱ的pH显著低品种Ⅰ(P＜0.05)。品种Ⅰ处理组中，在 0、5、7 d 时 AN/TN 显著低于对照组 (P＜0.05)。

品种Ⅰ处理组中，有氧暴露0、1、3、7 d时LA的含量显著高于对照组(P＜0.05)。品种Ⅱ处理组中，有氧暴露1、3 d时LA的含量显著高于对照组(P＜0.05)，且品种Ⅱ对照组中LA的含量在0、1、3、7 d 显著高于品种Ⅰ对照组 (P＜0.05)。两品种中处理组AA的含量在有氧暴露1 d均显著高于对照组(P＜0.05)。品种Ⅱ对照组中AA的含量在0、1、3 d 显著高于品种Ⅰ对照组 (P＜0.05)。

品种Ⅰ处理组BA的含量在有氧暴露0、1 d时显著低于对照组，品种Ⅱ处理组BA的含量在有氧暴露 0、1、3 d 时显著低于对照组 (P＜0.05)。品种Ⅱ对照组中BA含量在0、1、3、5 d时显著低于品种Ⅰ对照组(P＜0.05)。有氧暴露时间对发酵品质各指标影响均极显著 (P＜0.01)(表 2)。

表1 品种及添加剂对全株玉米青贮发酵品质的影响Table 1 Fermentation quality of whole plant corn silage with different hybrids and additives

2.2 营养品质

添加短乳杆菌显著降低了品种Ⅰ中ADF和NDF的含量，品种Ⅱ中ADF和NDF的含量显著高于品种Ⅰ(P＜0.05)(表 3)。品种和添加剂互作对 ADF 和NDF的含量有极显著影响(P＜0.01)。添加短乳杆菌后显著减少了品种Ⅰ淀粉的损失，品种Ⅰ淀粉的含量显著高于品种Ⅱ(P＜0.05)。品种和添加剂互作对淀粉的含量有极显著影响(P＜0.01)。添加短乳杆菌后两品种DM含量均显著降低，品种Ⅱ的DM含量显著低于品种Ⅰ(P＜0.05)。品种和添加剂互作对淀粉含量有极显著影响(P＜0.01)。

表2 品种及添加剂对有氧暴露过程中全株玉米青贮发酵品质的影响Table 2 Fermentation quality of whole plant corn silage with different hybrids and additives during aerobic exposure

表3 品种及添加剂对全株玉米青贮发酵品质的影响Table 3 Nutrient content of whole plant corn silage with different hybrids and additives

在各处理的有氧暴露过程中，NDF的含量呈显著增加趋势，淀粉、EE、DM、CP的含量呈显著降低趋势 (P＜0.05)(表 4)。品种Ⅰ处理组中，0、3、5 d 时 ADF 的含量显著低于对照组 (P＜0.05)。品种Ⅰ处理组中，有氧暴露各个时期内NDF的含量显著低于对照组(P＜0.05)。对照组中，有氧暴露各个时期内品种Ⅰ的NDF和ADF含量始终显著低于品种Ⅱ(P＜0.05)。

表4 品种及添加剂对有氧暴露过程中全株玉米青贮营养成分的影响Table 4 Nutrient content of whole plant corn silage with different hybrids and additives during aerobic exposure

品种Ⅰ处理组中0、1、3 d淀粉的含量显著高于对照组(P＜0.05)。对照组中，有氧暴露各个时期内，品种Ⅰ淀粉的含量始终显著高于品种Ⅱ(P ＜0.05)。品种Ⅰ处理组中，3、5、7 d时DM的含量显著高于对照组，0、1 d时DM的含量显著低于对照组(P＜0.05)。在对照组有氧暴露过程中，品种Ⅰ的DM含量始终显著高于品种Ⅱ(P＜0.05)。

品种Ⅰ对照组中，有氧暴露1 d时WSC的含量显著降低，7 d 时 WSC 的含量显著提高 (P＜0.05)。品种Ⅰ处理组中，3 d时WSC的含量显著降低，5、7 d 时 WSC 的含量显著提高，3、5 d 时 WSC 的含量显著低于对照组(P＜0.05)。有氧暴露时间对营养品质各指标影响均极显著(P＜0.01)。

3 讨论

3.1 品种及添加剂对有氧暴露过程中全株玉米青贮发酵品质的影响

pH是评价青贮品质的重要指标，pH越低，酸度越高，青贮越容易保存[18]。有氧暴露条件下，随着时间的延长，好气性微生物大量繁殖使得青贮的pH逐渐升高[19]。通常认为制作成功的青贮pH应在4.2以下，AN/TN应低于10%[20-21]。

在整个有氧暴露过程中，本研究中所有AN/TN的值均小于10%。品种Ⅰ对照组与处理组的pH在有氧暴露3 d时出现差异，处理组的pH显著低于对照组。在品种Ⅱ中，相较于0 d，对照组在3 d时pH就显著提高，而处理组在5 d时pH才显著提高。说明添加短乳杆菌能够延缓各品种pH的升高。

有机酸、水溶性碳水化合物和蛋白质可以被梭菌等有害菌作为发酵底物，产生氨态氮和丁酸，不但造成了营养物质的损失，而且还会影响饲料口感，甚至造成动物中毒，因此氨态氮和丁酸的含量是评价青贮饲料品质的重要指标[22]。王旭哲[23]的研究表明，随着有氧暴露天数的增加，氨态氮的含量逐渐增加，这与本研究的结果相类似，品种Ⅰ处理组与对照组在有氧暴露1 d时AN/TN的含量显著提高，之后AN/TN的值随着有氧暴露天数的增加而增加，说明有氧暴露使得青贮品质变劣。品种Ⅰ处理组AN/TN的值在有氧暴露0、5、7 d时显著低于对照组，说明添加短乳杆菌有利于减少AN/TN中的含量。

短乳杆菌能够进行异型乳酸发酵，具有高产酸能力[8]。本研究中，品种Ⅰ处理组中在有氧暴露0、1、3、7 d时的LA显著高于对照组，品种Ⅱ处理组中，有氧暴露1、3 d时LA的含量显著高于对照组。品种Ⅰ处理组中，有氧暴露1 d时AA的含量显著高于对照，品种Ⅱ处理组中，有氧暴露1、3 d时AA的含量显著高于对照组。乳酸和乙酸的含量较高在玉米青贮中是良好的指标[24]。且有研究表明，乙酸可以稳定提高青贮饲料有氧稳定性[25]。说明添加短乳杆菌有利于增强各品种的有氧稳定性。

乙酸可以有效抑制青贮饲料有氧暴露阶段酵母、霉菌和真菌的生长繁殖[26]。在本研究中，品种Ⅰ处理组在有氧暴露0、1 d时BA的含量显著低于对照组；在品种Ⅱ处理组中，有氧暴露1、3 d时BA的含量显著低于对照组。说明，添加短乳杆菌产生了酸类物质，抑制了梭菌等有害菌的繁殖，从而减少了BA的含量。

对照组中，品种Ⅱ品种在有氧暴露0、3 d时pH显著低品种Ⅰ，LA的含量在0、1、3、7d时显著高于品种Ⅰ对照组，AA的含量在0、1、3 d时显著高于品种Ⅰ对照组，BA的含量在0、1、3 d时显著低于品种Ⅰ对照组。综上，添加短乳杆菌可以提高各品种在有氧暴露时期全株玉米青贮的发酵品质，品种Ⅱ在有氧暴露时期全株玉米青贮的发酵品质要好于品种Ⅰ。

3.2 品种及添加剂对有氧暴露过程中全株玉米青贮营养成分的影响

ADF影响家畜对饲料的消化，NDF含量与饲料适口性相关，二者含量可以间接反映饲料品质，ADF和NDF含量越多，说明可供牲畜吸收的营养成分就越少[27-28]。在有氧暴露过程中，本研究所有处理中NDF的含量呈显著增加趋势。品种Ⅰ处理组中，有氧暴露0、3 d时ADF的含量显著低于对照组，有氧暴露各个时期内NDF的含量显著低于对照组。有研究表明，NDF和ADF的含量会随着青贮开窖后含量会逐步增加[29]，与本研究结果相类似。这可能是随着有氧暴露时间的增加，易分解的部分逐步分解，从而造成不易分解部分浓度的相对增加[30]。说明，有氧暴露时间会减少品种Ⅰ可供牲畜吸收的营养成分，而添加短乳杆菌会减少有氧暴露过程中品种Ⅰ可供牲畜吸收的营养成分的损失。

淀粉是玉米青贮中重要的营养物质，影响着瘤胃发酵，淀粉含量的降低可能是有氧暴露过程中，霉菌等一些有害微生物增长所导致的[8,31]。品种Ⅰ对照组中，有氧暴露1 d时淀粉的含量显著降低，品种Ⅰ处理组中3 d时淀粉的含量显著降低。说明，添加短乳杆菌可以延缓淀粉的降解。品种Ⅰ处理组中，有氧暴露0、1、3 d淀粉的含量显著高于对照组(P＜0.05)，说明添加短乳杆菌有利于减少有氧暴露过程中品种Ⅰ淀粉的损失。青贮有氧暴露后，会由于好气性微生物的增殖导致青贮饲料不稳定，具体表现为DM下降等[32]，所以品种Ⅰ对照组中有氧暴露3 d时DM含量显著降低。但品种Ⅰ处理组中，有氧暴露1、3 d时DM的含量显著提高，这可能是由于所取青贮样较少，添加短乳杆菌减缓了全株玉米青贮的有氧腐败，玉米青贮渗出液的流失导致了青贮中DM的含量相对增加[8]。品种Ⅰ处理组0、1 d时DM的含量显著低于对照组，3、5、7 d时DM的含量显著高于对照组。虽然初期的DM小于对照组，但后期处理组DM的含量仍高于对照组，说明短乳杆菌在有氧暴露过程中减缓DM的损失效果依然是明显的。品种Ⅰ对照组中，有氧暴露1 d时WSC的含量显著降低，7 d时WSC的含量显著提高。品种Ⅰ处理组中，有氧暴露3 d时WSC的含量显著降低，3、5、7 d时WSC的含量显著低于对照组。说明有氧暴露初期，好氧性微生物利用WSC等营养物质大量增殖使得WSC含量不断减少，而后期WSC含量增加可能是由于部分不溶性碳水化合物降解所造成的[8]。综上，添加短乳杆菌可以提高有氧暴露过程中品种Ⅰ的营养品质。