添加玉米粉、草粉及乳酸菌对马铃薯淀粉渣青贮发酵品质的影响

魏海燕，闫 琦，王宪举，丁路明

（兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室 / 兰州大学生命科学学院，甘肃 兰州 730000）

马铃薯(Solanum tuberosum)又名土豆、洋芋，是仅次于小麦(Triticum aestivum)、水稻(Oryza sativa)和玉米(Zea mays)的经济作物，目前已在我国广泛种植。据联合国粮农组织2008年统计，我国的马铃薯种植面积超过8.5 × 108亩 (约合5.7 ×107hm2)，年产量已超过 7.2 × 107t，居世界第一[1]。我国作为马铃薯种植大国，马铃薯主要用于制做淀粉和粉条，但其在加工过程中会产生大量的马铃薯淀粉渣，一般加工生产1 t马铃薯产品将会产生9 t的马铃薯淀粉渣[2]。马铃薯淀粉渣中含有大量的淀粉、纤维素和半纤维素，以及果胶等可利用成分[3]，并且含有蛋白质，具有很高的利用价值。但马铃薯淀粉渣的含水量高达80%以上，不易存储和运输，在生产季节若不及时处理会腐败变质，污染环境；如果对马铃薯淀粉渣做烘干处理，可作为动物饲料被利用，但是烘干成本高，营养价值低，适口性差。所以，研发马铃薯淀粉渣适宜的循环利用技术不仅可以循环利用废弃物资源，而且可以避免大量废弃物对环境造成的污染[4-5]。

青贮作为饲料的一种贮藏方式，通过微生物厌氧发酵产生有机酸使鲜绿饲草料得以长期贮藏保存。青贮后饲料产生的芳香味道，能刺激家畜的食欲，增加采食量，提高饲草的利用价值[6]。玉米粉因为富含碳水化合物，含水量低，常被用作与其他原料混合青贮[7]。将玉米粉与马铃薯淀粉渣混合，其中的水溶性碳水化合物可以弥补马铃薯淀粉渣原料水溶性碳水化合物含量的不足，而且混合后还可以降低淀粉渣混合物的含水量，以达到适宜的青贮水分含量，这与苜蓿(Medicago sativa)选择与玉米做混合青贮的道理是一致的[8]。燕麦(Avena sativa)草是一种一年生的优质禾本科牧草，具有产量高、含糖量高、适口性好等特点[9-10]，也可以作为与马铃薯淀粉渣混合青贮的原料。乳酸菌制剂是目前青贮饲料调制中常用的添加剂，可以增加青贮乳酸菌的数量，促进青贮初期乳酸发酵，快速降低pH，有效抑制青贮过程中有害微生物的活性与增殖，提高青贮发酵品质[11]。

目前，对马铃薯淀粉渣的主要研究是以添加玉米[12]或者玉米秸秆[13]作青贮处理，研究表明，对马铃薯淀粉渣与玉米秸秆混合青贮，可以明显提高青贮的品质，显著提高马铃薯淀粉渣的适口性，并以部分或全部替代全株的青贮玉米饲喂奶牛，可降低饲喂成本。也有对马铃薯淀粉渣做一定的处理[6]，例如提取果胶、食纤维、以及发酵生产有机物，但这方法不易大规模生产，并且容易造成二次污染。本研究分别对马铃薯淀粉渣、马铃薯淀粉渣和玉米粉，以及马铃薯淀粉渣和草粉做青贮处理，使用两种饲料添加剂分别进行处理，特别是增加了与草粉的混合青贮，并在此基础上添加乳酸菌，分析青贮后的发酵品质和基本营养成分的变化，从中选择马铃薯淀粉渣做青贮处理的最佳方式，旨为探索马铃薯淀粉渣饲料化循环利用提供技术措施，为马铃薯淀粉渣的处理提供一定的方法支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

新鲜的马铃薯淀粉渣(含水量82%)由甘肃爱兰马铃薯种业有限公司提供；玉米粉(含水量14%)和燕麦草粉(含水量20%)取自甘肃省武威市天祝藏族自治县乌鞘岭。青贮原料化学成分如表1所列。

表1 马铃薯淀粉渣、玉米粉和草粉原样化学成分Table 1 Chemical composition of raw potato pulp,ground corn,and grass meal

乳酸菌添加剂购自台湾亚芯生物技术有限公司，主要成分为植物乳杆菌(LP70，Lactobacillus plantarumLP70，1 × 109cfu · g-1，总乳酸菌数 1.0 × 1011cfu · g-1)。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

试验采用双因素完全随机设计，设置不同混合青贮和乳酸菌添加剂两个因素。混合处理分为马铃薯淀粉渣单独青贮(PP)、马铃薯淀粉渣和玉米粉混合青贮(PS)、马铃薯淀粉渣和草粉混合青贮(PG)。马铃薯淀粉渣混合要求将混合后材料水分调整到70%左右为标准，其中玉米粉与马铃薯淀粉渣以3∶1比例混合，草粉与马铃薯淀粉渣以2∶1比例混合，这样混合比例处理后使其含水量达到70%。马铃薯淀粉渣单独青贮采取晾晒使其含水量降到70%左右时青贮。乳酸菌添加剂设添加(LAB)与不添加(CK)两个处理，所有处理添加量均为10 mL·kg-1混合鲜样(FM)。共6个处理，每个处理3个重复。

1.2.2 青贮调制

马铃薯淀粉渣原样含水量80%左右，经过48 h晾晒，使含水量降到70%后进行单独青贮；原样通过添加玉米粉和草粉使含水量达到70%后进行混合青贮。乳酸菌用蒸馏水稀释，即5 g乳酸菌溶于100 g蒸馏水中，混合均匀，用小型喷壶均匀喷洒于混合好青贮饲料中喷洒量为10 mL· kg-1，对照组喷洒等量蒸馏水。将各处理的预青贮饲料装入30 cm × 23 cm聚乙烯青贮袋中，之后用真空包装机抽真空并封口，室温避光放置，30 d后开封混匀青贮饲料，取样分析青贮品质和化学成分。

1.3 测定项目及青贮评定方法

1.3.1 感官评价

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、气味方面对试验后的发酵物进行综合评定[14]。

1.3.2 青贮化学成分的测定

分别取青贮后的样品20 g，将各处理青贮样品置于65 ℃烘箱中烘干48 h直至恒重，测定其水分含量。样品烘干后用微型植物粉碎机粉碎后过0.1 mm筛用于常规养分的测定。干物质(dry matter,DM)含量采用烘干法进行测定，在105 ℃条件下中烘1.5～2 h直至恒重[15]；粗灰分(crude ash,Ash)测定参照《饲料分析及饲料质量检测技术》[16]进行测定；粗蛋白(crude protein,CP)采用凯氏定氮仪(JK-9830，中国)进行测定；中性洗涤纤维(nutral detergent fiber,NDF)和酸性洗涤纤维(acid detergent fiber,ADF)采用全自动纤维分析仪(ANKOM 2000i，美国)进行测定。

1.3.3 青贮发酵品质的测定

取20 g青贮后鲜样，加入180 mL去离子水，用榨汁机搅碎1 min，然后用4层纱布过滤，得到青贮饲料滤液，立即进行pH测定(雷磁PHS-29A型pH计)，剩余滤液-20 ℃保存，用于测定乳酸 (lactic acid,LA)、乙酸 (acetic acid,AA)、丙酸(propionic acid,PA)、丁酸 (butyric acid,BA)含量[17-18]。将滤液 3 500 r·min-1离心 15 min，经 0.22 μm 滤膜过滤，用高效液相色谱仪(SHI-MADZE-10A)分析滤液中乳酸，乙酸、丙酸和丁酸(butyric acid，BA)含量，色谱柱为ShodexRspak KC-811S-DVB gel Column 300 mm × 8 mm，流动相为 3 mmol·L-1高氯酸，流速为1 mL·min-1，进样量为5 μL，柱温50 ℃，检测波长210 nm[19-20]。

1.3.4 相对饲用价值评定

相对饲用价值(relative feed value，RFV)的计算根据以下公式[21]：

式中：NDF和ADF单位为占干物质的百分比。

1.4 数据分析与处理

用Excel作数据的基本处理分析，然后用SPSS20.0进行ANOVA方差分析和LSD多重比较，数据表示为 (平均值 ± 标准误)。

2 结果与分析

2.1 不同处理组青贮料的感官评价

发酵30 d后，所有的青贮饲料均接近原料原色；各个青贮处理呈芳香味或面包香味；所有青贮没有粘手的现象存在，属于优等的青贮饲料。

2.2 不同处理对青贮化学成分的影响

马铃薯淀粉渣不同青贮混合处理对其青贮后CP、Ash、NDF、ADF含量和RFV均有显著的影响(P＜ 0.01)(表2)；乳酸菌添加剂对青贮饲料的CP、NDF、ADF 含量有显著影响 (P＜ 0.01)，但对Ash和RFV含量影响不显著(P＞ 0.05)；混合处理及添加剂的互作对青贮饲料的NDF、ADF和RFV有极显著的影响(P＜ 0.01)。对照处理PP的含水量显著高于PG和PC混合处理(P＜ 0.05)，而PG与PC之间没有显著差异。与对照不添加相比，添加乳酸菌后没有显著差异。对照和添加乳酸菌处理下，PP和PC混合处理青贮的CP含量显著高于PG处理，而PP与PC之间没有显著差异。与对照相比，添加乳酸菌显著增加了PP处理的CP含量，对PC和PG处理没有显著影响。PG混合处理的Ash含量显著高于PP和PC处理，而PC混合处理含量最低。PG混合处理NDF和ADF含量显著高于其他两个处理。PC混合处理的ADF含量最低。相比于未添加使用乳酸菌的处理，添加乳酸菌后PG处理的NDF和ADF含量显著提高，PP和PC处理NDF含量及PP处理的ADF含量显著降低，而乳酸菌添加剂对PC处理ADF含量没有显著影响。3个混合处理中，相比于未添加，使用乳酸菌处理PG的RFV最低，添加乳酸菌对各个处理组的RFV没有显著影响。混合处理组内对比，乳酸菌添加降低了PG处理RFV值，但提高了PP和PC组的RFV值。

表2 不同处理对马铃薯淀粉渣青贮化学成分的影响Table 2 Effect of different treatments on the chemical contents of silage

2.3 不同处理对青贮发酵品质的影响

不同青贮混合处理对马铃薯淀粉渣青贮后pH、乳酸、乙酸均有显著影响(P＜ 0.05)，对丙酸和总酸无显著影响(P＞ 0.05)；而乳酸菌添加剂对丙酸和总酸含量有显著影响(P＜ 0.05)；混合处理与添加剂互作对pH、乳酸、总酸、乙酸和丙酸均有影响显著 (P＜ 0.05)(表3)。PG混合青贮处理pH最高，PC最低，而PP处理pH居中。乳酸菌添加仅对PC处理pH有显著效果，与对照相比，添加乳酸菌降低了pH。对照处理下，PG的乳酸含量显著低于PP和PC处理，PP和PC之间无显著差异；PG处理丙酸含量最低，PP处理和PC处理之间没有差异；PC处理乙酸含量最低，PP处理和PG处理之间没有差异。乳酸菌添加剂分别显著提高了PG处理的总酸含量，显著降低了PC处理丙酸的含量。

3 讨论

3.1 不同处理对青贮化学成分的影响

青贮时对样品的含水量要求很高，青贮原料适当的含水量不仅可以提高青贮饲料的发酵品质，还可以减少青贮饲料渗透液的损失。有研究表明，当青贮原料水分超过75%时，会产生大量渗透液，不仅造成营养损失，而且会影响青贮发酵品质[22]，青贮饲料的含水量在65%～70%，青贮效果最佳[23]。若只以马铃薯淀粉渣作为青贮原料，经过晾晒其水分可达到适宜的水分，但马铃薯淀粉渣富含胶质，晾晒失水慢，气温高时容易腐败变质。本研究对马铃薯淀粉渣原料做了3种处理，在马铃薯淀粉渣的基础上加入玉米粉或草粉迅速降低至适宜青贮的水分含量。研究发现，将马铃薯淀粉渣和玉米秸秆混合青贮可提高肉牛采食量[24]。

表3 不同处理青贮的发酵品质Table 3 Effect of different treatments on fermentation quality of silage

粗蛋白是评价饲料的一项重要指标。本研究表明，青贮后的饲料粗蛋白含量在5.89%～8.51%，与常规的青贮饲料相比含量较低，这可能与马铃薯淀粉渣原样本身的粗蛋白含量较低有关。淀粉渣单独青贮及与玉米粉做青贮处理后CP含量显著高于淀粉渣和草粉混合青贮。淀粉渣和草粉做青贮处理的粗灰分含量最高，而淀粉渣和玉米粉做青贮处理的灰分含量最低，这可能是由于草粉本身的灰分含量较高所引起的。青贮后饲料的NDF含量相对于淀粉渣青贮前原样均有所提高，这是由于青贮过程中可消化营养物质的降解损失而纤维降解率低导致的[25]，淀粉渣和草粉做青贮处理后NDF最高，淀粉渣单独青贮处理的NDF含量最低；淀粉渣与玉米粉做青贮处理的ADF含量相对于淀粉渣青贮前原样有所降低，且显著低于其他两种青贮，这是由于玉米粉纤维含量低，导致马铃薯淀粉渣与玉米粉混合青贮的ADF含量较低。在添加乳酸菌后，淀粉渣单独青贮及与玉米粉做青贮处理的NDF含量显著降低，而淀粉渣和草粉做青贮处理的NDF含量显著升高，淀粉渣单独青贮及与草粉做青贮处理的ADF含量显著升高，淀粉渣与玉米粉做青贮处理的ADF含量无显著差异。

相对饲用价值是近几年来人们利用中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维建立的一种用于牧草品质评定和比较的相对简单的指数[26]，是衡量牧草采食量和能量价值的重要指标，其值越高，说明牧草营养价值越高。本研究中，马铃薯淀粉渣与玉米粉混合青贮后相对饲用价值较高，与草粉混合最低。而添加乳酸菌提高了马铃薯淀粉渣与玉米粉混合青贮的相对饲用价值。

3.2 不同处理对青贮发酵品质的影响

pH和有机酸含量是评价青贮发酵品质的重要指标[27]。马春晖等[28]指出，pH在3.9～4.2时，发酵质量良好；pH在4.4～4.7时，发酵质量一般；pH在4.7以上，质量劣等。由此说明淀粉渣单独青贮和与玉米粉青贮发酵质量良好；淀粉渣和草粉混合青贮的发酵品质一般。饲料的缓冲能值是植物抗御pH改变的能力，即每公斤干物质在浸软时pH由4上升到6时所需碱的毫克当量数[29]。有报道指出，饲料蛋白缓冲作用占10%～20%，这可能是豆科植物缓冲能值高于禾本科的主要原因[30]。玉米作为一种禾本科一年生草本植物，其缓冲能值比较低，从而降低了对pH的抗御能力。本研究中，马铃薯淀粉渣和玉米粉的混合青贮与其余两种处理相比，pH显著降低，抑制了好氧微生物对青贮饲料养分的降解，从而有利于青贮饲料的保存，这与韩海珠[31]的研究结果一致。

有机酸是青贮过程中微生物的代谢产物。乳酸是青贮过程中重要的有机酸，如果青贮发酵比较差则会产生较多的丁酸[32]。乳酸菌作为发酵促进剂，是青贮成功的关键因素之一，能促进发酵初期尽快进入发酵阶段，促进葡萄糖等单糖向乳酸转化，使有害生物活动受到限制，减少营养物质消耗、分散和流失，保证青贮料的质量[4]。淀粉渣与玉米粉青贮处理的乳酸含量最高，但是在加入乳酸菌后的乳酸含量并未发生显著变化，可能是由于添加乳酸菌后导致产生乳酸脱氢酶，从而阻碍了糖向乳酸的转化途径[33]；另外可能原因是马铃薯淀粉渣含糖量较低，也从一定程度上阻碍了其向乳酸的转化。3种青贮处理，淀粉渣与草粉的青贮处理乙酸含量最高，淀粉渣和玉米粉做青贮处理的乙酸含量最低。本研究所添加的植物乳杆菌属于同型发酵乳酸菌，同型发酵营养损失较少，以产生少的乙酸作为相对优质青贮发酵的评判[34]，这说明了淀粉渣和玉米粉青贮处理的青贮效果最好。CK处理的淀粉渣单独青贮及淀粉渣和玉米粉的混合青贮丙酸含量显著高于淀粉渣和草粉的混合青贮，添加LAB的淀粉渣和玉米粉做青贮处理显著降低了丙酸含量。说明在添加LAB后抑制了微生物的生长[35]，从而降低了丙酸的含量。

4 结论

综合感官评价和各项发酵指标，与马铃薯淀粉渣添加草粉青贮相比，马铃薯淀粉渣单独青贮以及马铃薯淀粉渣添加玉米粉混合青贮可使pH、Ash、NDF和ADF含量显著降低，显著增加了CP、RFV、乳酸和总酸的含量，且在青贮基础上加入乳酸菌添加剂后能够降低青贮料NDF和ADF含量，增加青贮料的RFV值。本研究结果表明，在实际生产中为获得最好的青贮效果可以在马铃薯淀粉渣中添加玉米粉进行混合青贮，并可以通过添加乳酸菌剂提高饲喂价值。