饲用复合菌剂对玉米秸秆青贮品质的影响

2019-10-17经争辉娄宇飞张梦瑶徐养滨郭萌萌杨雨鑫陈玉林

中国畜牧杂志 2019年10期

经争辉，娄宇飞，张梦瑶，徐养滨，郭萌萌，张科，杨雨鑫，陈玉林

（西北农林科技大学动物科技学院，陕西杨凌 712100）

据统计，2013 年我国可利用的玉米秸秆总量达2.2 亿t[1]，但50%左右的玉米秸秆通过就地粉碎还田或焚烧，不仅利用效率较低，而且会造成空气污染。近年来，玉米秸秆作为反刍动物饲料成为新的研究趋势，但玉米秸秆中粗纤维含量高，体积大，质地粗硬，可利用的养分较少，适口性差，因此必须对其进行加工处理，以提高消化率，降低粗纤维含量[2]。青贮便是玉米秸秆常见的处理方法之一。玉米秸秆青贮是在厌氧条件下利用乳酸菌产生有机酸使秸秆pH 下降，抑制腐败菌生长繁殖，使饲料达到长期保存的一种饲料调制方法[3]。在玉米秸秆青贮过程中添加饲用复合菌剂一方面能够加速降低发酵pH，减少营养物质的损失，且可显著降低粗纤维、木聚糖等动物难以降解的物质，提高玉米秸秆的营养价值；另一方面可充分利用玉米秸秆资源，减少环境污染。

国内学者利用益生菌添加剂调制青贮饲料进行了大量研究。王凤林等[4]、靳会珍等[5]、权金鹏等[6]研究发现，添加复合菌剂可以有效提高青贮玉米秸秆的营养品质，但只关注了玉米秸秆添加复合菌剂发酵前和发酵后营养物质的差异，没有对青贮期间的pH 和复合菌数量的变化规律进行动态监测。本试验旨在探讨添加复合菌剂对玉米秸秆青贮品质的影响，并对青贮期间乳酸菌、酵母菌和pH 等指标的变化规律进行动态分析，以期利用复合菌剂改善玉米秸秆青贮品质，为青贮玉米秸秆制作提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料菌种为实验室储藏备用的优势菌种。3株乳酸菌分别为L.plantarum NBRC 15891、L.brevis ATCC14869、L.plantarum CIP 103151，菌株从山羊皱胃和青贮玉米中分离。2 株芽孢杆菌分别为B.subtilis DSM 10和B.cereus CCM 2010，菌株从青贮玉米中分离。3 株酵母菌分别为S.cerevisiae X55、S.sp.WW-W23、S.cerevisiae ySR 128，菌株从青贮玉米和青贮剂中分离。1 株黑曲霉菌为Ascomycota sp.ARIZ CVAsh-10，由西北农林科技大学资源环境学院馈赠。玉米秸秆取自陕西杨凌西北农林科技大学试验站。

1.2 菌液制备 3 株乳酸菌等比例混合接种到MRS 液体培养基；2 株芽孢杆菌等比例混合接种到LB 液体培养基；3 株酵母菌等比例混合接种到PDA 液体培养基；1 株黑曲霉菌接种到PDA 液体培养基。37℃震荡培养24 h，经测定活菌数大于1.0×108CFU/g。

1.3 试验设计试验采用随机区组设计分为对照组（CK）和试验组（G1、G2、G3），每组在每个时间点设置3 个重复，在0、3、7、14、21、28、42、60 d采样，共计96 个样品。其中3 个试验组（G1、G2 和G3 组）按照原料的干物质重量均添加3%乳酸菌、2%酵母菌和3%黑曲霉菌液，分别添加3%、2%和1%芽孢杆菌菌液，液体复合菌的总添加量为秸秆重量的5%，CK 组不添加菌液，将等体积水均匀地喷洒在秸秆上，装入10 kg 的密封发酵桶中。

1.4 秸秆的加工调制在玉米乳熟期，分离玉米棒和玉米秸秆，采用玉米秸秆进行发酵试验。经测定，玉米秸秆原料中干物质含量为26.42%，酸性洗涤纤维（ADF）含量为7.58%，中性洗涤纤维（NDF）含量为13.17%，粗蛋白质（CP）含量为5.67%。将玉米秸秆刈割后置于铡草机内切成1～2 cm 小段，按照试验设计添加复合菌培养液后，立即装入发酵桶中，压实排出空气后密封，置于常温下发酵，每组24 个发酵桶，各组分别于0、3、7、14、21、28、42、60 d 开启3 个发酵桶检测，去除发酵桶上表面5.0 cm 左右的青贮秸秆，混匀后采用四分法进行取样。取样后，立即带回实验室进行各项指标测定。开封后的发酵桶不再用于后期试验采样。

1.5 测定指标及方法

1.5.1 青贮感官评定按照《青贮饲料质量评定标准》[7]，开封时对青贮玉米秸秆中的水分含量、色泽、气味和质地等感官指标评定，并测定pH，进行评分。采用百分制评分，具体评分对象为pH（25）、水分（20）、气味（25）、色泽（20）、质地（10），并规定100～76为优、75～51 为良。

1.5.2 营养成分 pH 采用pH 计测定。乳酸采用离子色谱仪[8]测定、挥发性脂肪酸采用气相色谱法[9]测定。取50 g 鲜样，置于65℃烘箱中48 h，冷却后称重为干物质含量，粉碎后盛于塑料封口袋中用于CP、NDF 和ADF 含量测定[12]。NDF 和ADF 采用范氏纤维测定法[10]测定；CP 采用凯氏定氮法[11]测定。

青贮袋开封后称取5 g 样品，装入45 mL 无菌水中，在转速为180 r/min 的摇床上震荡30 min 后成为10-1的稀释液，依次按10-3、10-5的倍数稀释，然后取20 μL 稀释液于MRS、PDA 培养基上滴加，并在对应的平板上分别均匀涂布后在37℃恒温培养箱中厌氧培养24 h，备测[13]。所用培养基采用本实验室优化的配方[14]：MRS培养基（乳酸菌）：10 g 蛋白胨、15 g 酵母提取物、20 g 葡萄糖、5 g 牛肉膏、5 g 乙酸钠、2 g 柠檬酸三铵、2 g KH2PO4、0.25 g MnSO4、0.58 g MgSO4、l mL 吐温-80溶于1 L 蒸馏水。PDA 培养基（酵母菌、黑曲霉）：30 g 蔗糖、2 g 蛋白胨、1 g NaNO3、2 g K2HPO4、0.5 g MgSO4、0.5 g KCl、0.01 g FeSO4溶于1 L 蒸馏水。LB培养基（芽孢杆菌）：10 g 蛋白胨、5 g 酵母提取物、10 g 氯化钠溶于1 L 蒸馏水。

1.6 统计分析采用SPSS 25.0 对各项数据F 值进行方差分析，差异显著时采用LSD 方法对各组间平均数进行多重比较，结果表示为平均值±标准差，显著性水平置于0.05。使用GraphPad.Prism.6.0 制作柱状图和趋势图。

2 结果与分析

2.1 青贮玉米秸秆感官评定如表1 所示，在不同的取样时间，试验组的玉米秸秆青贮感官评分均高于CK 组（P＜0.05），随着青贮时间的延长，CK 组的感官评分有逐渐下降的趋势，各试验组间的感官评分均差异不显著，说明添加复合菌可有效改善青贮玉米秸秆的感官品质。

2.2 复合菌剂对青贮玉米秸秆干物质含量的影响为进一步评定试验组在整个发酵期内干物质是否损失，测定了60 d 时青贮玉米秸秆的干物质损失率。依据图1 可得，G1 组与CK 组的干物质含量差异不显著，G2 组和G3组的干物质显著下降，G1、G2、G3 组干物质损失率分别为2.2%、5.2%、4.3%，表明复合菌剂中芽孢杆菌降低会增加青贮过程中干物质的损失。

图1 60 d 青贮玉米秸秆的干物质含量

2.3 玉米秸秆青贮期间pH 的变化趋势如图2 所示，随着青贮时间的延长，青贮玉米秸秆的pH 整体呈下降趋势，在前3 d 内pH 由5.71 降低到3.66，下降了35.9%，试验组pH 均低于CK 组（P＜0.05），可能因为添加的乳酸菌迅速繁殖，使得发酵饲料产生大量的乳酸导致饲料pH 迅速下降。3 d 后试验组pH 基本保持稳定，均小于3.8，同时在各个时间点均低于CK组，这表明添加复合菌剂可以有效降低青贮玉米秸秆的pH，从而延长青贮饲料的保存时间，提高饲料的贮存品质。

图2 玉米秸秆在青贮期间pH 动态变化

2.4 玉米秸秆青贮期间酵母菌、乳酸菌活菌数的变化趋势由图3 可见，3 d 时试验组和CK 组的酵母菌数量均快速上升，试验组酵母菌数量分别为CK 组的2.1、1.7、2.2 倍（P＜0.05）。3 d 后随着青贮时间的推移，各组酵母菌数量迅速下降；21 d 时对照组和试验组的酵母菌数量迅速下降至0，这是由于青贮饲料中产生大量乳酸，pH 迅速低于3.8，从而抑制酵母菌的生长繁殖。

图3 玉米秸秆青贮期间酵母菌数的动态变化趋势

依据图4 可得，与酵母菌的变化趋势相似，在3 d 内，各组乳酸菌数量均大幅度上升，试验组乳酸菌数量分别为CK 组的2.6、3.1、2.9 倍（P＜0.05），表明添加乳酸菌可以有效促进乳酸菌的生长繁殖。3～21 d 各试验组的乳酸菌数量逐渐下降，可能是因为试验组pH 快速下降抑制了乳酸菌生长。在7 d 后CK 组的乳酸菌数量逐渐下降。在60 d 时CK 组与试验组乳酸菌数量基本相同。

图4 玉米秸秆青贮期间乳酸菌数的动态变化趋势

2.5 复合菌剂对青贮玉米秸秆CP 含量的影响如图5所示，在青贮60 d 时试验组和CK 组相比，CP 含量分别提高了13.2%、8.9%、7.4%（P＜0.05）。这表明添加复合菌可以产生大量的菌体蛋白，从而提高饲料中CP 含量，从而有效提高青贮玉米秸秆的营养价值。

图5 玉米秸秆在青贮60 d 时CP 含量

2.6 不同添加剂对青贮玉米秸秆纤维素含量的影响依据图6 可得，青贮60 d 时，3 个试验组与CK 组相比，NDF 有降低趋势（P＞0.05），可能是添加的复合菌在厌氧酸性环境中对降解NDF 能力较弱。如图7 所示，与CK 组相比，G1 和G3 组的ADF 分别降低14.8% 和19.4%（P＜0.05），其中G3 组降低比例最大，说明复合菌剂中芽孢杆菌含量为1%时降解ADF 的效果较佳，各试验组间无显著性差异。

图6 玉米秸秆在青贮60 d 时NDF 含量

图7 玉米秸秆在青贮60 d 时ADF 含量

2.7 玉米秸秆青贮期间挥发性脂肪酸的变化由表2 可得，试验组和CK 组在60 d 时均无丁酸产生，说明各组均可以有效抑制丁酸菌的生长繁殖。试验组的总酸、乳酸/ 总酸含量高于CK 组（P＞0.05）。各试验组的乳酸含量显著高于CK 组，特别是G3 组的乳酸含量较CK 组提高43.7%（P＜0.05），这表明添加复合菌促进了乳酸产生，提高青贮玉米秸秆的品质，这与pH 的降低结果一致。

表2 60 d 青贮秸秆的有机酸含量、各有机酸与总酸比值 %

3 讨论

青贮玉米秸秆具有很高的营养价值。陆伊奇[15]研究表明，采食青贮玉米秸秆可以显著提高奶牛的产奶量。但玉米秸秆中含有较高的粗纤维，大多数情况下玉米秸秆的青贮品质较低。本试验所使用的玉米秸秆收获时处于乳熟期，水分含量较高，干物质含量较低，但在青贮60 d 时，试验组的感官评分均为优等，说明在高水分下添加复合菌仍可以有效抑制腐败菌的生长繁殖，提高青贮玉米秸秆品质。发酵结束时，G2 和G3 组与CK 组干物质含量差异显著，这可能是因为试验组中添加的酵母菌前期大量繁殖，将玉米秸秆中的可溶性碳水化合物分解成了二氧化碳和乙醇。与CK 组相比，各试验组乳酸含量均显著增加，可能是由于添加复合菌一方面增加了可分解的碳水化合物含量，促进了乳酸发酵，另一方面复合菌中含有的乳酸菌也加快了乳酸菌繁殖速度，从而产生更多的乳酸[16]。青贮饲料中挥发性脂肪酸含量可以评价的饲料发酵品质，优质青贮饲料的乳酸含量占有机酸总量比值较大，丁酸含量占有机酸总量比值小，或不含丁酸。发酵品质差的青贮饲料中乳酸含量少，丁酸含量多。试验组和CK 组在发酵过程中均没有产生丁酸，这是因为发酵前期pH 快速下降，抑制了丁酸菌的生长繁殖，因此丁酸产量极少未能检出。一般情况下，乳酸/乙酸大于3.0 被认为是同型发酵乳酸菌发酵[17]。本试验中，发酵结束时，各试验组的乳酸/乙酸均小于3.0，说明发酵类型为乙酸发酵型。NDF 是反映饲料质量的最有效指标，其含量可以估测反刍动物日粮精粗比是否合适；ADF 的含量与饲料的饲用价值呈反比。与CK组相比，试验组ADF 显著下降，NDF 有所降低，可能是因为复合菌分泌降解NDF 的酶的能力较弱，其机理尚需进一步研究。与CK 组相比，60 d 时试验组CP 含量显著提高，这是因为添加复合菌抑制了梭菌、腐败菌的生长繁殖，减少了CP 分解损失。

随着青贮时间的延长，pH 有整体下降的趋势，0～3 d 大幅度下降之后逐渐稳定，这与闫峻等[18]的研究结果一致，且CK 组与试验组具有相似的变化规律，这可能是因为玉米秸秆表面附着的乳酸菌数量充足。0～3 d，各试验组与CK 组酵母菌和乳酸菌迅速繁殖，3 d 时均达到峰值，且各试验组的乳酸菌和酵母菌数量与CK 组相比成倍增加。3 d 后各组酵母菌数量整体呈下降趋势，酵母菌数量在21 d 时降至105/g 以下，这是由pH 快速下降引起的。试验组的乳酸菌数量在21 d 后小幅度上升，随后下降，而CK 组的乳酸菌数量3 d 后一直保持下降的趋势，这可能是因为复合菌剂中含有耐酸的菌种。