燕麦和全株玉米不同配比对TMR发酵品质及有氧稳定性的影响

■徐春城 张鑫垚 江 迪 李荣荣 杨富裕

（1.中国农业大学工学院，北京100083；2.中国农业大学草业科学与技术学院，北京100193）

燕麦（Avena sativa L.）是禾本科燕麦属一年生草本植物，既是重要的粮食作物，也是优质禾本科饲草[1]。燕麦不仅可以在土壤贫瘠、盐碱程度高的环境下生存，而且对于寒冷、干旱的极端天气也具有很强的适应能力。我国燕麦种植广泛，华北、西北、西南及华南等地均有分布。燕麦作为国家“粮改饲”和“草牧业”实施的重要作物，其粮饲兼用的双重价值与农业绿色发展需求相契合。目前，我国燕麦年种植面积约70 万hm2，其中饲用燕麦年种植面积约33 万hm2[2]。长期以来，饲用燕麦主要用于制备干草，在干燥过程中常因淋雨导致干草品质下降，而且也会因落叶等造成一定的营养损失。通过青贮的方式贮藏饲料作物，能够有效保存原料的营养成分[3]。近年来，国内外学者开展了大量的燕麦青贮调制与利用试验，取得了令人满意的效果[4-6]。

发酵TMR，是根据家畜不同生产阶段的营养需要和饲料原料的营养价值，设计科学合理的日粮配方，采用高密度成型、拉伸膜裹包技术，经过乳酸菌发酵而调制成的一种营养平衡的日粮[3]。发酵TMR 饲料品质稳定，有氧稳定性好，便于商品化流通，而且，通过发酵产生的生物活性物质能够提高家畜的免疫力，从而减少抗生素的使用。该技术在中国、日本、以色列等亚洲国家被积极推广应用，对奶业的健康发展起到了良好的促进作用[7-9]。目前，以新鲜全株玉米、苜蓿为主要原料的发酵TMR研究较多[10-12]，但利用新鲜燕麦调制发酵TMR 的研究鲜有报道。因此，有必要对以全株燕麦为主要材料的TMR 的发酵品质、营养特性以及有氧稳定性等进行深入研究，为饲用燕麦的高效利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

全株燕麦和全株玉米于2018 年9 月1 日由秋实草业有限公司（河北张家口）提供，其生育期分别为抽穗初期和乳熟初期，营养成分见表1。

表1 全株燕麦和全株玉米的营养成分

1.2 试验设计

将新鲜全株燕麦和/或全株玉米与玉米粉、豆粕、豆腐渣、苜蓿、麸皮、维生素-矿物质预混料、食盐，按照干物质30:34.5:10.5:10.5:10:3:1:0.5 的比例混合调制TMR，其中，全株鲜燕麦和全株玉米的比例分别为0:30、10:20、20:10 和30:0。共设4 个处理，每个处理3个重复（见表2）。

1.3 发酵TMR调制

分别将收获后的全株燕麦和全株玉米切短至1～2 cm，按所定的配合比例充分混合均匀，装入青贮袋内，每袋约500 g，用真空包装机抽成真空并封口，室温（15～28 ℃）条件下发酵7、14、28、56 d后开封。

1.4 微生物、发酵品质及化学成分分析

每袋发酵TMR样品开封后充分混匀并分成两个子样品。准确称取第一份样品20 g 装入灭菌自封袋中，加入180 ml灭菌去离子水，用无菌均质器处理30 s，制得浸提液。将浸提液分成两部分，一部分进行微生物的稀释平板菌落计数和pH值测定（Mettler Toledo-S20, Switzerland）。另一部分通过4 层纱布及定性滤纸过滤后置于-20 ℃冰箱中冷冻存放，用于有机酸和氨态氮（NH3-N）测定。准确称取第二份样品约150 g（精确到0.01 g），置于65 ℃鼓风干燥箱中干燥48 h，测定干物质（DM），并粉碎过1 mm筛备用。粗蛋白质（CP）采用凯氏定氮法（KDY-9830 型凯氏定氮仪），WSC 采用蒽酮-硫酸比色法，中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维采用范氏纤维洗涤法，有机酸含量采用HPLC法（日本岛津LC-20A 型；色谱柱：Shodex KC-811；流动相：3 mmol/l 高氯酸溶液；流速：1 ml/min；进样量：5 μl；柱温：50 ℃；检测波长：210 nm）[10]。NH3-N采用苯酚-次氯酸钠比色法[13]。乳酸菌（LAB）采用MRS培养基（Difco，美国）置于厌氧培养箱中（30 ℃），培养48 h 后计数。好氧细菌采用NA 培养基（Nissui，日本），酵母菌采用PDA 培养基（Nissui，日本），置于28 ℃恒温培养箱中，培养48 h后计数。

表2 TMR原料的营养成分与微生物组成

1.5 有氧稳定性

将经过发酵56 d 的TMR 开封混合均匀，在样品中心插入温度传感器，利用data Taker DT 85 数据采集装置对温度数据进行监测和采集，采集时间设置为每30 min 记录一次。当样品中心温度高于环境温度2 ℃时视为发生好氧变质。

1.6 数据分析

发酵品质、微生物、化学成分、有氧稳定性采用IBM SPSS Statistics for Windows（Version 19.0）软件分析，利用一般线性模型作二因素方差分析，并作Dun⁃can's多重比较，显著水平设置为P＜0.05。

2 结果

2.1 全株燕麦和全株玉米的化学成分

新鲜的全株燕麦和全株玉米的水分含量较高，分别达到77.5%和80.5%。全株玉米的WSC含量约为全株燕麦的1.7倍达到21.4% DM，而全株燕麦的粗蛋白质含量约为全株玉米的1.3 倍，NDF 和ADF 含量两者间无差异（表1）。

2.2 TMR原料的化学成分与微生物组成

未发酵的四组TMR，其DM、CP、NDF 和ADF 含量随着全株燕麦配合比例的增加而增加，而WSC 含量则显著降低（P＜0.05）（表2）。乳酸菌、好氧细菌和酵母的数量分别为107、106～107CFU/g FM 和102～103CFU/g FM，各组TMR间无显著性差异（P＞0.05）。

2.3 TMR发酵过程中发酵品质和微生物组成的动态变化

发酵过程中，四组TMR 的pH 值均极显著降低（P＜0.01）（表3），发酵7 d 后pH 值降至4.2 以下，发酵28 d降至最低，之后基本保持不变。随着发酵时间的延长，乙酸含量极显著降低（P＜0.01），乳酸和NH3-N含量极显著升高（P＜0.01），但各组NH3-N占总N的比例始终保持在5%以下。随全株燕麦比例的增加，pH 值、乳酸和NH3-N 含量呈升高趋势，其中，T4处理组极显著高于T1处理组（P＜0.01）；而乙酸含量极显著降低（P＜0.01），T4 处理组极显著低于T1 处理组（P＜0.01）；在整个发酵过程中所有处理组均未检出丁酸。

随着发酵时间的延长，乳酸菌的数量先增加后降低，发酵56 d 的乳酸菌数量显著低于其他时间（P＜0.05）；好氧细菌的数量在发酵7 d 后降低到103CFU/g FM，之后持续下降，到56 d 时好氧细菌的数量显著低于其他时间（P＜0.05）；全株燕麦的配合比例对乳酸菌和好氧细菌的数量均无显著影响（P＞0.05）。发酵7 d后酵母菌的数量下降至检测限以下。

表3 TMR发酵品质和微生物组成的变化

2.4 TMR发酵过程中化学组成的动态变化(见表4)

随着发酵时间的延长，DM、NDF、WSC 含量极显著降低（P＜0.01），而CP 含量无显著性差异。经过56 d 发酵后，WSC 被大量分解，尤其在前14 d，WSC含量迅速降低。随全株燕麦比例的增加，DM、CP、NDF、ADF 均极显著升高（P＜0.01），而除WSC 含量极显著降低（P＜0.01）。

2.5 发酵TMR在有氧暴露过程中的温度变化(见图1)

开封后，所有处理组的发酵TMR 的温度均在200 h 之后超过环境温度2 ℃，其发生好氧变质的时间为216～272 h，随燕麦比例的增加有氧稳定性显著降低（P＜0.05）。

3 讨论

3.1 燕麦和全株玉米不同配比对TMR发酵品质的影响

四组TMR在发酵7 d后pH值均降至4.2以下，发酵28 d后均降至最低。经过56 d的发酵后乳酸含量均达到了9% DM 以上，NH3-N 占总N 的比例均在5%以下，丁酸均未检出，发酵品质良好。这是因为TMR中含有较高的WSC 和乳酸菌，为乳酸菌发酵提供了良好的条件。发酵TMR 中，大量而且快速产生的乳酸使原料的pH值迅速降低，较低的pH值抑制梭菌等有害微生物的生长，因此在整个厌氧发酵过程中，均未检测到丁酸，而且，NH3-N含量较低，发酵良好。有机酸含量是评价发酵品质的重要指标，其中乳酸含量的多少直接影响发酵品质的好坏，随全株燕麦比例的增加乳酸含量显著升高，但pH 值并未随乳酸含量的增加而显著下降，这可能是由于全株燕麦富含蛋白质，导致缓冲能高于全株玉米阻碍了pH值的降低。

表4 TMR发酵过程中化学成分的动态变化

图1 发酵TMR在有氧暴露过程中的温度变化

3.2 燕麦和全株玉米不同配比对TMR 营养组分的影响

本试验为了使全株燕麦在收获适宜的时期收割，致使全株玉米收割过早（乳熟初期），从而导致水分含量超过了80%，较常规收割的全株玉米的CP 含量偏高而NDF 和ADF 含量偏低[14-15]。四组TMR 随着发酵时间的延长，DM显著降低，但在发酵56 d后DM损失均在3%左右。一般认为青贮中DM损失小于5%为发酵良好的条件之一。未发酵TMR 的WSC 含量达到8.3%～11.7% DM，为迅速发酵产酸提供了发酵底物。经过56 d 厌氧发酵后，WSC 含量显著降低，且均在2% DM 以下，这是因为在厌氧环境下大量的WSC 被乳酸菌为主的微生物利用产生以乳酸为主的有机酸。大量有机酸的产生，迅速降低了TMR 的pH 值，从而使四组TMR均获得了良好的发酵品质。在整个发酵过程中，随着全株燕麦比例的增加，DM、CP、NDF、ADF含量均显著增加，而WSC含量则显著减少，这是因为全株燕麦上述成分含量高于全株玉米，所以导致TMR 营养成分以及发酵过程中均呈现这一现象。

3.3 全株燕麦和玉米不同配比对TMR有氧稳定性的影响

本试验调制的四组TMR均具有良好的有氧稳定性，表现在开封200 h以后才发生好氧变质，这与之前的研究结果一致[10-12]。好氧变质是发酵TMR开封后，以酵母菌为主的好氧微生物，利用有机酸和WSC 生成二氧化碳和水，导致温度和pH 值升高，造成发酵TMR 营养物质损失的一个过程[10-12]。一般情况下，在乳酸含量高，乙酸、丙酸和丁酸等挥发性脂肪酸含量低的青贮饲料更容易发生好氧变质[16]。因为当乳酸含量高时，微生物在好氧条件下有充足的底物，而乙酸是青贮中第二高浓度的有机酸，它具有很强的抗真菌特性，抑制好氧变质的能力比乳酸更强，所以适宜浓度的乙酸可以提高青贮饲料的有氧稳定性。随着燕麦比例的增加，乳酸含量显著增加，乙酸和丙酸含量显著减少，从而导致发酵TMR 随燕麦比例的增加有氧稳定性显著降低。

4 结论

全株燕麦和全株玉米按不同配合比例调制的四组TMR，发酵品质均良好。随着全株燕麦配合比例增加，DM、CP、NDF、ADF 含量显著升高，WSC 含量显著降低，发酵TMR的有氧稳定性变差。