添加槐花粉对白三叶青贮发酵品质的影响

2021-03-11何玉鹏叶文斌苏满春陈文东

草业科学 2021年1期

何玉鹏，叶文斌，苏满春，王华，陈文东

（陇南师范高等专科学校农林技术学院 / 陇南特色农业生物资源研究开发中心，甘肃成县 742500）

白三叶(Trifolium repens)是重要的豆科栽培牧草之一，含有较高的粗蛋白质、矿物质和维生素[1]，其利用方式主要是直接鲜喂或调制干草和青贮，其中调制青贮是长期保存营养价值的最好方式。但由于其水分含量高，水溶性碳水化合物含量低，缓冲能值高，单独青贮不易成功，需要萎蔫处理，或是添加添加剂、或与其他牧草混合青贮才能调制出优质青贮饲料[2]。槐树(Sophora japonica)在我国普遍种植，槐花含有丰富的糖类、蛋白质[3]，其提取物芦丁、槲皮素和槐花多糖有抗炎、抑菌、抗病毒、止血、抗氧化、增强免疫等作用，是一种很有潜力的非常规饲料资源[4-6]。槐花的开发利用是解决当前常规饲料资源短缺和饲料禁抗问题的途径之一。但由于槐花花期短，季节供应不均衡，而且鲜槐花水分含量高、糖分高，不易贮藏等原因，很少被用作饲料。如果经干制粉碎，可长期贮藏，而且因其含有较高的干物质和可溶性糖分，有作为青贮饲料添加剂的潜力。然而，目前国内外鲜见关于槐花粉作为添加剂的研究。本研究通过添加不同比例的槐花粉到白三叶中，研究两者混合青贮对白三叶发酵品质的影响，并探究白三叶与槐花粉青贮的最佳配比，为槐花应用于青贮饲料生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验采用单因子随机设计，共5 个处理，分别为：白三叶单独青贮(C)、95%白三叶 + 5%槐花粉青贮(T1)、90%白三叶 + 10%槐花粉青贮(T2)、85%白三叶 + 15%槐花粉青贮(T3)、80%白三叶 + 20%槐花粉青贮(T4)，每个处理3 个重复，每个重复300 g。

1.2 青贮饲料的调制

白三叶取自陇南师范高等专科学校牧草栽培试验基地，初花期刈割。槐花取自陇南师范高等专科学校附近槐树林，在开花期将总状花序采摘，65 ℃烘干至恒重后粉碎，过0.45 mm 分样筛待测。将白三叶切短至2～3 cm，与槐花粉按照设计比例混合均匀，逐层装入加厚聚乙烯真空包装袋(20 cm × 40 cm)中，用真空泵抽真空后密封，置于室温下避光保存。

1.3 样品处理

鲜白三叶和槐花粉保存在−20 ℃，测定原料中的干物质(dry matter, DM)、粗蛋白质(crude protein,CP)、中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)、pH、缓冲能值(buffering capacity, BC)和水溶性碳水化合物(water soluble carbohydrates, WSC)含量。在青贮的第60 天打开青贮袋，取出全部青贮饲料，混合均匀，进行感官评分后，四分法取样20 g，加180 m L 去离子水，用组织捣碎机捣碎，立即测定pH[7]。再用4 层纱布和定性滤纸过滤，得到浸提液，于−20 ℃冷冻保存测定氨态氮(ammonia nitrogen, NH3-N)、乳酸(lactic acid,LA)、乙酸(acetic acid, AA)、丁酸(butyric acid, BA)含量。剩余的青贮饲料在65 ℃烘干制成风干样品，用于测定DM、WSC、CP、NDF、ADF 含量。

1.4 指标测定

原料和青贮料的DM、CP 按照杨胜[8]的方法测定。NDF 和ADF 含量采用Van Soest 等的方法[9]测定。半纤维素含量 = NDF – ADF。取白三叶风干样品和槐花粉2.0 g，加入250 m L 蒸馏水浸提，边搅拌边测定pH，待数值稳定后记录原料的pH[10]。BC 采用滴定法[10]测定。WSC 含量采用苯酚−硫酸法[11]测定。pH 采用酸度计测定。按照青贮饲料质量评定标准[12]中紫花苜蓿(Medicago sativa)青贮饲料质量评定的方法进行感官评分，总评(满分100 分)分为以下4 个等级：优(76～100 分)、良(51～75 分)、一般(26～50 分)和劣(＜ 25 分)。NH3-N 含量采用冯宗慈和高民[13]改进的比色法测定。LA 含量采用对羟基联苯比色法[14]测定。AA 和BA 含量使用气相色谱仪(6890N，Agilent，美国)测定。相对饲喂价值(relative feeding value, RFV)[15]：RFV = DMI (%BW) × DDM(%DM)/1.29，DM I (%BW) = 120/NDF (%DM)，DDM(%DM) = 88.9 − 0.779ADF (%DM)。式中：DMI 为粗饲料干物质随意采食量，DDM 为可消化的干物质含量。发酵系数(fermentation coefficient, FC)[16]：FC =DM (%) ＋ 8 × WSC (%)/BC。

1.5 数据统计

采用SPSS 19.0 软件对不同混合比例处理的感官指标、发酵品质和营养成分进行单因素方差分析，以P ≤ 0.05 表示差异显著，以0.05 ＜ P ≤ 0.10 表示有显著变化趋势。当方差分析差异显著时用Duncan法进行多重比较。结果用“平均值 ± 标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 原料的营养成分与青贮特性

白三叶的CP、NDF、BC、半纤维素含量高于槐花粉，而槐花粉的DM、WSC、FC、RFV、pH、ADF 含量高于白三叶(表1)。与白三叶单独青贮相比，添加槐花粉后降低了青贮原料的BC，提高了青贮原料的DM、WSC 含量和FC (表2)。

表 1 原料的营养成分与青贮特性Table 1 Nutrient composition and fermentation characteristics of the original materials

2.2 添加槐花粉对白三叶青贮饲料感官指标的影响

白三叶单独青贮的气味、色泽、质地、水分、pH 评分均较低，添加槐花粉显著(P ＜ 0.001)提高了青贮饲料的感官评分(表3)。其中，T1和T2的气味评分显著(P ＜ 0.05)高于白三叶单独青贮，但显著低于T3和T4。T1的色泽评分显著高于白三叶单独青贮，显著低于T2、T3和T4。T1和T2的pH 评分显著高于白三叶单独青贮，T3和T4的pH 评分显著高于T1。T1的质地、水分和总评分显著高于白三叶单独青贮，T2的质地、水分和总评分显著高于T1，T3和T4显著高于T2，T3、T4的感官总评分差异不显著，T4的感官评分为优。

表 2 混合原料的青贮特性Table 2 Silage characteristics of the m ixtures

2.3 添加槐花粉对白三叶青贮饲料发酵品质的影响

白三叶单独青贮的pH、NH3-N ꞉ TN、AA、BA 含量高，LA 含量和LA ꞉ AA 低，青贮发酵品质差(表4)。随着槐花粉添加量的提高，T1、T2、T3和T4的pH 显著(P ＜ 0.001)低于对照组。T1的LA 含量显著高于对照组，T2的LA 含量显著高于T1，T3和T4显著高于T2，但T3和T4差异不显著(P = 0.123)。T1和T2的AA 含量显著低于对照组，T3和T4显著低于T1和T2。T1的BA 含量显著低于对照组，T2、T3和T4的BA 含量显著低于T1，T2、T3和T4的BA 含量差异不显著(P = 0.219)。T1和T2的LA ꞉ AA 显著高于对照组，T3的LA ꞉ AA 显著高于T1和T2，T4显著高于T3。T2、T3和T4的NH3-N ꞉ TN 显著低于T1和对照组，T4的NH3-N ꞉ TN 最低。

2.4 添加槐花粉对白三叶青贮饲料营养成分的影响

白三叶单独青贮的DM 和残余WSC 含量低(表5)。随着槐花粉添加量的提高，T1、T2、T3和T4的DM 含量显著(P ＜ 0.001)提高，且T1、T2、T3、T4之间差异显著。T1和T2的残余WSC 含量显著高于白三叶单独青贮，T3和T4的残余WSC 含量显著高于T1和T2。白三叶单独青贮和T2的CP 含量显著(P =0.002)高于T1，T3和T4的CP 含量显著(P = 0.002)高于白三叶单独青贮和T2。T1、T2、T3和T4之间的NDF、ADF、半纤维素含量和RFV 差异不显著(P ＞ 0.1)。

表 3 添加槐花粉对白三叶青贮饲料感官评分的影响Table 3 Effects of adding Sophora japonica flower powder on the sensory evaluation of Trifolium repens silage

表 4 添加槐花粉对白三叶青贮发酵品质的影响Table 4 Effect of adding Sophora japonica flower powder on the fermentation quality of Trifolium repens silage

表 5 添加槐花粉对白三叶青贮饲料营养成分的影响Table 5 Effect of adding Sophora japonica flower powder on the nutrient content of Trifolium repens silage

3 讨论

牧草在刈割时的成熟度、化学成分、附生微生物及其生长环境等因素对青贮过程和青贮发酵品质具有重要影响[17]，这些因素决定了青贮能否成功。调制优质青贮饲料，其原料应同时具备有适宜的含水量、适当的含糖量和较低的缓冲能值[18]。发酵系数是依据青贮原料的干物质含量、水溶性碳水化合物含量和缓冲能值综合评价青贮特性的指标。Weissbach 和Honig[16]研究表明，当附生乳酸菌数量超过105cfu·g−1时，发酵系数达到35 就可以获得高品质的青贮饲料。本研究中白三叶的青贮发酵系数为15.12，添加20%槐花粉后使得混合原料的发酵系数提高至30.74，表明添加槐花粉改善了白三叶的青贮发酵特性。

3.1 添加槐花粉对白三叶青贮饲料干物质含量和发酵品质的影响

适宜的含水量能使得青贮原料足够压实，快速创造厌氧环境，乳酸菌大量繁殖并产乳酸，抑制养分被其他有害微生物分解产生不良代谢产物。一般最适宜的含水量为65%～75%，而豆科牧草的含水量以60%～70%为好[18]。本研究中白三叶的水分含量为85.29%，当青贮饲料水分含量高于85%时，即使pH 低于4.0 也不能限制梭菌的活动，梭菌能利用乳酸、水溶性碳水化合物和氨基酸产生丁酸、胺、氨，从而导致青贮饲料pH 升高，产生腐烂味[19]。本研究中白三叶单独青贮的感官评分等级为劣，pH、氨态氮 ꞉ 总氮、乙酸、丁酸含量高，乳酸含量和乳酸 ꞉乙酸低，表明白三叶单独青贮感官评分和发酵品质差，与柳茜等[20]对白三叶青贮的研究结果一致。当添加20%的槐花粉后，青贮原料的水分含量下降至70%，满足了豆科牧草适宜青贮的水分条件，青贮饲料的感官评分等级达到优，pH、氨态氮 ꞉ 总氮、乙酸、丁酸含量显著降低，乳酸含量和乳酸 ꞉ 乙酸显著提高，青贮发酵品质提高。魏春秋和王明玖[21]研究表明，含水量70%的高加索三叶草可以调制出优质青贮饲料，与本研究结果一致。因此，添加槐花粉显著降低了白三叶的含水量，改善了青贮饲料发酵品质。

3.2 添加槐花粉对白三叶青贮饲料水溶性碳水化合物含量和发酵品质的影响

适当的含糖量能够为乳酸菌的快速生长和繁殖创造良好的条件，乳酸菌利用青贮原料中的水溶性碳水化合物产生乳酸、中和碱性元素、降低pH，从而抑制不良微生物的活动[19]。一般认为牧草鲜样中的水溶性碳水化合物含量在20～25 g·kg−1时才会产生优良的发酵品质[22]。另有研究表明，青贮料的干物质含量较低且同时有较低的水溶性碳水化合物时，梭菌会竞争性地利用水溶性碳水化合物和乳酸，导致青贮饲料品质较差[23]。本研究中白三叶干物质中水溶性碳水化合物的含量为69.1 g·kg−1(鲜样基础为10.2 g·kg−1)，同时有很低的干物质含量，白三叶单独青贮后丁酸含量、氨态氮含量、pH 高，乳酸含量低，青贮发酵品质差。玉柱等[24]也报道了白三叶单独青贮发酵品质差，与本研究结果一致。

添加5%、10%、15%和20%的槐花粉后，混合青贮原料干物质中水溶性碳水化合物含量分别提高至70.2、71.3、72.4 和73.5 g·kg−1(鲜样基础分别为13.0、15.9、18.9 和22.0 g·kg−1)。当添加20%槐花粉时，青贮饲料水溶性碳水化合物含量达到了优质青贮饲料所需条件，青贮饲料的乙酸含量显著降低，感官评分、乳酸含量和乳酸 ꞉ 乙酸显著升高，但pH、氨态氮 ꞉ 总氮、丁酸没有随着比例的提高而进一步降低，可能是由于青贮原料中较少的乳酸菌数量和较高的缓冲能值[25]。因此，可以再添加乳酸菌制剂、酶制剂、糖蜜[26]等来进一步提高青贮发酵品质。青贮饲料中残余水溶性碳水化合物含量占青贮前水溶性碳水化合物含量的比值从对照组的20%升高至添加20%槐花粉后的35%，表明随着槐花粉添加量的提高，青贮饲料发酵品质和营养价值均提高。

3.3 添加槐花粉对白三叶青贮饲料缓冲能值和发酵品质的影响

Playne 和McDonald[10]研究发现，缓冲能值的高低与牧草的阴离子(磷酸根离子、硫酸根离子、硝酸根离子和氯离子)含量、粗蛋白质含量、有机酸含量有很大关系。豆科牧草由于较高的阴离子和粗蛋白质含量，使其具有较高的缓冲能值而不利于青贮pH 的降低[2]。本研究白三叶的缓冲能值为770.35 mE·kg−1，比初花期白三叶的(486 mE·kg−1)高58.5%[24]，比营养生长期的研究结果(482.08 mE·kg−1)高59.8%[26]，这可能是本研究对照组白三叶单独青贮pH 较高、发酵品质差的原因。

本研究添加5%、10%、15%和20%的槐花粉后，混合原料的缓冲能值分别降低至749.27、728.20、707.12 和686.05 mE·kg−1。然而，通常青贮饲料的缓冲能值低于350 mE·kg−1才可以调制出优质的青贮饲料[2]，较高的缓冲能值限制了pH 的进一步降低。这可能是本研究中添加20%槐花粉后混合青贮料的pH 较高的原因。因此，白三叶较高的缓冲能值是在干物质、水溶性碳水化合物满足适宜青贮条件后的主要限制因素。研究表明，对红三叶(T. pratense)萎蔫处理能使其缓冲能值降低18%[10]，添加甲酸、甲酸钠等显著降低了苜蓿和白三叶混合青贮饲料的pH[2]。所以，白三叶在青贮时可经过萎蔫、酸制剂处理，从而避免较高的缓冲能值对pH 降低和青贮发酵的限制，获得更好的青贮发酵品质。