氨基酸副产物在青贮弯头高粱秸秆中的应用

乌斯满·依米提 努尔哈提·斯拉甫尔 杨兆岐 米日扎提·艾热提

（新疆大学生命科学与技术学院，新疆乌鲁木齐830046）

在我国北方地区冬季寒冷又冗长，就会出现饲料匮乏的现象[1]，对青贮饲料的需求日益增长。然而我国优质青贮饲料资源短缺，而青贮原料碳氮含量不足，满足不了发酵初期微生物对碳氮源的需求[2-3]，需要添加添加剂来提高青贮饲料的发酵品质。但这又提高了青贮饲料的成本，故寻求一种天然的、低成本的饲料添加剂成为必要。氨基酸副产物（Amino Acid By-products，ABP）是氨基酸发酵液经离交提取纯氨基酸后除菌体的高浓度废水[4]，由有机物和基本盐分构成[5]。氨基酸发酵是个巨大的产业，我国作为氨基酸生产大国，每年氨基酸总产量达400.0万吨[6]，而每生产1 t氨基酸纯产品就会产生约40.0 m3副产物[7]。ABP 具有pH 值低、碳含量和氮含量高、矿质元素丰富等优点[8]，作为一种富含氮的产品，可以提高青贮饲料的氨氮含量，抑制有害微生物的生长，降低乙醇产量[9]。其大量排放不仅对环境产生污染而且是有用资源的浪费。目前国内外将ABP直接添加到青贮饲料的研究较少[10]，对其利用局限在提取饲用酵母及菌体蛋白制造家禽饲料或制造有机肥料添加剂等[11-14]。前期进行的“ABP对饲用菌生长量的影响”研究表明适量的ABP对饲用菌生长繁殖具有促进作用[15]，本研究在此基础上将ABP直接添加到青贮弯头高粱秸秆中，通过补足可溶性碳和氮从而促进饲用菌生长繁殖并破坏秸秆表面蜡质层和横切面纤维结构，提高饲料的发酵品质和消化率。将ABP转化为可利用的资源，测定青贮饲料发酵品质及消化率，为生产优质青贮饲料并缓解饲料短缺现象提供科学依据，具有重大的经济效益与环境效益。

1 材料与方法

1.1 原料及试验设计

弯头高粱秸秆采自新疆托克逊地区，ABP由新疆某生物科技公司提供，于2018 年10 月进行收割取样。为调节水分含量新鲜秸秆于室温下放置24 h 后切割成2.0～3.0 cm 长度，采用瓶装发酵法发酵45 d。试验分无任何添加剂的对照组，添加2.0% ABP 的试验组Ⅰ和2.0% ABP+8.0%饲用菌（乳酸菌∶纤维素分解菌∶酵母菌=3∶3∶2）的试验组Ⅱ。

1.2 检测指标

1.2.1 ABP成分测定

由青岛科创质量检测公司采用电感耦合等离子体发射光谱仪及离子色谱仪测定。

1.2.2 营养成分分析

干物质基础上按照常规方法对饲料样品pH 值、干物质（DM）、粗蛋白（CP）、中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）、酸性洗涤木质素（ADL）、灰分（Ash）及挥发性脂肪酸进行测定，采用模拟瘤胃消化试验对各处理组及未发酵的弯头高粱秸秆进行体外消化率的测定。

1.2.3 ABP作用机制分析

通过扫描电子显微镜（SEM）观察饲料样品叶与茎表面及横切面结构，探讨ABP对弯头高粱秸秆青贮饲料发酵品质及消化率的作用机制。

1.3 数据统计分析

用Microsoft Excel 2010 统计数据并制表，用SPSS22.0 软件对数据进行单因素方差分析和多重比较，其中P＜0.01 表示差异极显著、P＜0.05 表示差异显著、P＞0.05 表示差异不显著，用Photoshop CS6对图片进行编辑。

2 结果

2.1 ABP成分分析

表1 ABP成分及含量

由表1 可知，ABP 总氮及总碳含量高，具有丰富的矿质元素。

2.2 弯头高粱秸秆原料营养成分

弯头高粱秸秆原料pH 值、干物质、粗蛋白、纤维素等成分测定结果如表2所示。

表2 弯头高粱秸秆营养成分及含量（干物质基础，%）

2.3 ABP对青贮弯头高粱秸秆感官评定的影响

依据国内青贮饲料感官评定标准对弯头高粱秸秆青贮饲料进行感官评定[16]，结果如表3所示。由表3可知，各试验组pH值显著低于对照组（P＜0.05）；试验组感官评定总分明显高于对照组，处于优质青贮饲料区间，表明青贮弯头高粱秸秆中直接添加2.0%的ABP可有效改善青贮饲料感官指标。

表3 ABP对青贮弯头高粱秸秆感官评定的影响

2.4 ABP 对青贮弯头高粱秸秆发酵品质的影响（见表4）

表4 ABP对青贮弯头高粱秸杆发酵品质的影响

由表4可知，试验组Ⅱ乳酸含量极显著高于对照组与试验组Ⅰ（P＜0.01），高出对照组113.95%；各试验组乙酸含量显著高于对照组（P＜0.05），丁酸含量显著低于对照组（P＜0.05），其中试验组Ⅱ丁酸含量比对照组低了31.78%；试验组Ⅱ乳酸/总酸、乳酸/乙酸都显著高于其他组（P＜0.05）。表明2.0%的ABP秸秆，可提高乳酸和乙酸含量、降低丁酸含量，对弯头高粱秸秆青贮饲料发酵品质具有明显的改善效果。

2.5 ABP 对青贮弯头高粱秸秆营养成分的影响（见表5）

表5 ABP对青贮弯头高粱秸秆营养成分的影响（%）

由表5知，试验组DM含量低于对照组，其中试验组Ⅰ含量最低为28.42%，试验组Ⅱ与对照组相比差异不显著（P＞0.05）；各试验组CP含量极显著高于对照组（P＜0.01），试验组ⅠCP 是高粱秸秆原料的134.47%、试验组Ⅱ为高粱秸秆原料的165.66%；试验组NDF和ADL含量极显著低于对照组（P＜0.01），各试验组之间差异不显著（P＞0.05），其中试验组ⅠNDF比高粱秸秆原料降低了20.59个百分点、试验组Ⅱ比高粱秸秆原料降低了21.26个百分点；ADF含量显著低于对照组（P＜0.05），试验组Ⅰ比高粱秸秆原料降低了20.21个百分点、试验组Ⅱ比高粱秸秆原料降低了21.13个百分点；HC 与Ash 各处理组之间差异不显著（P＞0.05）。表明将2.0%的ABP直接添加到青贮弯头高粱秸秆中促进微生物的生长繁殖从而可提高粗蛋白含量、降低纤维含量，明显提高青贮弯头高粱的营养成分。

2.6 ABP对青贮弯头高粱秸秆消化率的影响(见表6)

表6 ABP对青贮弯头高粱秸秆消化率的影响（%）

由表6 可知，试验组DM 消化率极显著高于对照组和未发酵秸秆（P＜0.01），其中试验组ⅡDM 消化率最佳为47.67%，高出对照组18.67 个百分点；NDF 和ADF 消化率各试验组显著高于对照组和未发酵秸秆（P＜0.05），都是试验组Ⅱ效果最佳，其中试验组ⅡNDF 消化率高出对照组21.30 个百分点，试验组ⅡADF消化率高出9.93个百分点，表明弯头高粱秸秆添加2.0%的ABP后，可显著提高其消化率，若ABP与饲用菌混合添加则消化率更高。

图1 青贮弯头高粱秸秆扫描电镜结构

2.7 ABP对青贮弯头高粱秸秆的作用机制

由图1 可知，对照组饲料表面蜡质层结构完整，黏附着少量饲用菌，横切面纤维结构完整，无饲用菌；试验组Ⅰ饲料表面蜡质层被破坏并黏附着大量饲用菌，横切面纤维结构被破坏，也黏附着少量饲用菌；试验组Ⅱ表面蜡质层被破坏黏附着较多的饲用菌，横切面纤维结构被破坏并有饲用菌黏附于其上。表明ABP通过破坏饲料表面蜡质层和横切面纤维结构，促进饲用菌黏附，从而提高青贮弯头高粱秸秆发酵品质及消化率。

3 讨论

本研究意在探讨青贮弯头高粱秸秆中添加适量的ABP 能否改善饲料发酵品质及提高消化率。试验从青贮饲料感官评定、发酵品质、体外消化率及青贮饲料表面与横切面结构变化等方面对各处理组进行比较，弯头高粱秸秆青贮时pH值、干物质及营养成分变化情况符合青贮饲料发酵后物质变化规律[17]，即发酵初期饲料细胞进行有氧呼吸，消耗发酵瓶内的氧气并产生热，使干物质损失；随着发酵的进行，饲用菌成为优势菌体，将ABP中的碳氮源转换为有机酸，使pH值下降、减缓干物质与营养成分的损失、提高酸含量。

本研究中添加2.0%的ABP后弯头高粱秸秆发酵品质得到明显改善，感官评定属于优质青贮饲料区间；粗蛋白含量极显著提高，其中试验组Ⅰ与试验组Ⅱ含量分别为10.22%、12.59%；NDF、ADF 和ADL 含量显著降低；乳酸和乙酸含量得到提高，丁酸含量降低。弯头高粱秸秆中的碳氮含量满足不了乳酸菌与纤维素分解菌的需求，添加ABP 后补足了碳氮源，使乳酸菌与纤维素分解菌处于理想的发酵环境中，促进乳酸菌与纤维素分解菌的生长繁殖，提高了弯头高粱秸秆青贮过程中的生化反应效率，从而改善了青贮弯头高粱秸秆的发酵品质。

添加ABP 后青贮弯头高粱秸秆DM 消化率、NDF消化率与ADF 消化率都得到提高，其中ABP 与饲用菌混合添加后各种消化率都最高，表明ABP单独添加亦可提高青贮弯头高粱秸秆消化率，但与饲用菌混合添加效果最佳。Yimiti等[10]和Yamamoto等[18]的研究表明氨基酸发酵副产液中硫酸根和氯离子等无机酸直接影响饲料秸秆细胞壁的酸性水解，从而破坏细胞壁与蜡质层结构；本试验所用的ABP 碳氮含量高，为乳酸菌和纤维素分解菌等饲用菌提供充足的能源，促进其对饲料细胞壁的破坏，降解纤维成分，而ABP 丰富的硫酸根离子和氯离子影响饲料细胞壁的酸性水解，进一步破坏表面蜡质层与横切面纤维结构，促使益生菌的黏附，从而提高青贮弯头高粱秸秆的消化率。

4 结论

弯头高粱秸秆添加2.0%的ABP 后，ABP 中的可溶性碳和氮被饲用菌利用，从而可降低饲料pH值，感官评定属于优质青贮饲料区间；乳酸、乙酸含量显著提高，丁酸含量降低；粗蛋白含量极显著提高，NDF、ADF 及ADL 含量降低；DM 消化率、NDF 消化率及ADF消化率明显提高；扫描电镜结果证实ABP促进饲用菌的生长繁殖并通过破坏叶表面蜡质层促进纤维素分解菌降解细胞壁纤维成分从而改善青贮饲料发酵品质并提高消化率。