发酵条件和青贮时间对黑麦草色素和植物醇含量的影响

陈秉龙

（青海省海北州草原工作站，青海海北 810299）

叶绿素、类胡萝卜素等饲料中的光合色素对动物健康有重要作用，可以影响乳制品的质量（Che等，2013）。饲粮中的叶黄素在奶牛体内具有抗氧化特性，叶绿素在瘤胃中被微生物降解释放出叶绿醇，对人体健康有益，有助于预防代谢综合征（Roca-Saavedra等，2017）。但过量摄入叶绿醇（尤其是患有叶绿醇氧化障碍人群）会导致血浆叶绿醇水平升高，导致一种称为Refsum病的神经皮肤综合征（Wanders等，2011）。一般情况下，在酸性条件下，叶绿素释放出中心镁离子并转化为脱镁叶绿素，脱镁叶绿素在释放出叶绿醇后进一步转化为脱镁叶绿酸。通过另一条途径，叶绿素酶的作用首先将叶绿素转化为叶绿醇和叶绿素酸酯，叶绿素随后形成脱酶叶绿酸并释放镁离子（Lv等，2017）。因此，在青贮饲料中，叶绿素及其衍生物的含量可能取决于青贮饲料的酸化作用和酶活性。这些结果表明，降低青贮饲料pH可能通过改变叶绿素降解速率来影响青贮饲料中光敏素的残留程度。乳酸菌常用作青贮饲料添加剂，通过增加乳酸产量、降低青贮pH来提高青贮饲料品质。但在不同青贮条件下，青贮过程中光合色素和叶绿醇的含量变化仍不清楚。因此，本研究旨在研究不同青贮时间对黑麦草光合色素含量的影响，同时研究乳酸菌对青贮黑麦草化学成分及光合色素变化的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料与青贮方法 试验1：将用塑料袋包装的黑麦草进行为期5周的青贮，测定化学成分及色素含量变化。试验2：将不添加任何添加剂青贮的黑麦草作为对照组，处理组在青贮过程添加乳酸菌（5 mg/kg），两组黑麦草共青贮60 d。取萎蔫的预青贮黑麦草400 g，用切割机制成2 cm的长条，装入塑料薄膜袋中，用真空封口机封口。袋装青贮饲料储存在自然室温下，无照明控制。在青贮过程中，分别在1、2、3和5周取样3袋。打开袋子后取样进行pH分析。提取液保存在-30℃以便进一步分析。

1.2 样品测定 样品用于测定水分、粗灰分、粗蛋白质、粗脂肪、中性洗涤纤维和非纤维碳水化合物。参考Lv等（2017）的研究方法测定样品中色素含量，采用高效液相色谱法测定乳酸及短链脂肪酸含量。

1.3 统计分析 采用SAS软件GLM程序进行统计分析采用Tukey's法进行多重比较，P＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同青贮时间对黑麦草发酵特性的影响由表1可知，青贮饲料的水分含量直到第5周才发生变化，即使在第一周，青贮饲料中也能检测到乳酸、乙酸、异丁酸和丁酸，但有机酸中乙酸含量最高，从第3周到第5周呈上升趋势。青贮第5周时，黑麦草的pH最低（P＜0.05），乳酸、乙酸和丁酸含量最高（P＜0.05）。

表1 青贮期间黑麦草发酵特性变化

2.2 不同青贮时间对黑麦草化学成分及色素含量的影响 由表2可知，黑麦草在青贮0～3周时粗蛋白质含量无显著差异（P＞0.05），但到第5周时，粗蛋白质含量显著提高（P＜0.05），粗脂肪含量在青贮0～2周时随青贮时间的延长显著升高（P＜ 0.05），之后无显著增加（P＞ 0.05）。黑麦草青贮时间对中性洗涤纤维和非纤维碳水化合物含量无显著影响（P＞0.05）。黑麦草青贮前，叶绿素a、叶绿素b及叶绿素a+b含量最高，之后随青贮时间的延长显著降低（P＜0.05）。但脱镁叶绿素a在青贮前最低，之后随青贮时间的延长显著升高（P＜0.05）。青贮前黑麦草中未检测到脱镁叶绿素b和脱镁叶绿酸，但随着青贮时间的延长，这两种色素显著升高，其中在青贮第5周时达到最大值（P＜0.05）。黑麦草青贮前后对叶黄素和叶绿醇含量的影响无显著差异（P＞0.05），同时青贮前与青贮1周后对β-胡萝卜素含量也无显著差异（P＞0.05），但青贮2～5周后，β-胡萝卜素含量显著降低（P＜0.05）。

表2 青贮期间黑麦草化学成分及色素含量变化

2.3 乳酸菌对黑麦草发酵特性的影响 由表3可知，对照组与乳酸菌组对黑麦草发酵后乙酸、丙酸、异丁酸和丁酸含量的影响无显著差异（P＞0.05）。但乳酸菌组pH较对照组显著降低31.52%（P＜0.05），乳酸含量较对照组显著提高438.89%（P＜ 0.05）。

表3 乳酸菌对黑麦草发酵特性的影响 g/kg

2.4 乳酸菌对黑麦草青贮后化学成分及色素含量的影响 由表4可知，青贮前、青贮后及加乳酸菌青贮后对黑麦草水分、粗灰分、粗蛋白质和非纤维碳水化合物含量的影响无显著差异（P＞0.05），但青贮后（加或不加乳酸菌）较青贮前粗脂肪含量显著提高46.04%和40.59%（P＜0.05），中性洗涤纤维含量显著降低6.42%和5.17%（P＜0.05）。各组对脱镁叶绿素a、b及叶黄素和叶绿醇含量的影响无显著差异（P＞0.05）。黑麦草青贮后的叶绿素a、叶绿素a+b和β-胡萝卜素含量显著降低（P＜0.05），但在青贮黑麦草中加入乳酸菌的青贮组较对照组显著降低了脱镁叶绿酸含量（P＜0.05），显著提高了β-胡萝卜素含量（P ＜ 0.05）。

表4 乳酸菌对黑麦草青贮化学成分及色素的影响

3 讨论

青贮过程主要经历4个阶段：好氧、发酵、稳定和出料。在好氧阶段后，主动厌氧发酵持续7～30 d，这取决于饲料中的水分含量。因此，在试验1中，我们主要关注青贮前5周，因为青贮成分预计会在这一时期发生剧烈变化。在主要营养成分中，青贮黑麦草中粗蛋白质含量在前5周有所增加，这可能反映在非纤维碳水化合物含量数值减少上。太阳辐射、氧气、植物酶和微生物会影响青贮中类胡萝卜素含量（Noziere等，2006），暴露于空气与酸添加剂会对β-胡萝卜素在储存过程中造成相当大的破坏，尤其是紫花苜蓿草。尽管本研究中破坏程度不那么明显，但β-胡萝卜素在早期青贮阶段也出现了缓慢减少。

在试验2中，青贮添加乳酸菌提高了β-胡萝卜素含量，同时在乳酸菌青贮黑麦草中，与对照组相比pH下降，乳酸含量增加。由于牧草生长期相对较早，因此，预青贮牧草中叶黄素的含量远远高于Lv等（2017）的报道值。据报道，在热带牧草青贮中，青贮后叶黄素含量为初始值的63%，而这个值包括萎蔫过程中的损失（Barron等，2012）。在试验1的青贮过程前3周，叶绿素a和叶绿素b含量下降。由于叶绿素在酸性条件下分解为脱镁叶绿素，所以在青贮第1周脱镁叶绿素a的增加反映了有机酸的产生和pH在此期间的轻微降低。

少量叶绿素b在青贮第1周内被分解，而脱镁叶绿素b在青贮第1周未出现，且青贮第2周后叶绿素b含量开始增加。Horie等（2009）报道，在叶绿素分解过程中，叶绿素b可以被酶转化为叶绿素a。因此，在试验1青贮过程早期，部分叶绿素b可能转化为叶绿素a，然后通过叶绿素a分解途径被降解。与试验1相比，试验2使用了含水量更高的青贮饲料。在试验2中，对照组和乳酸菌组将水分含量保持在较高水平，导致在试验1中，与含水量较低的青贮饲料相比，在青贮5周时有机酸产量更高，pH更低。因此，青贮饲料含水量对叶绿素降解的影响在第5～8周可能有限。

4 结论

黑麦草在青贮后两周内，β-胡萝卜素和叶绿素发生了降解，而叶黄素和叶绿醇含量在青贮过程保持不变。乳酸菌发酵黑麦草降低了pH，提高了β-胡萝卜素含量，对叶绿醇含量无显著影响。无论何种发酵条件，青贮黑麦草中的叶黄素和叶绿醇含量均保持较好。