乳酸菌制剂对饲用油菜与全株玉米或玉米秸秆混合青贮品质的影响

2021-06-05翁玉楠韦庆旭张建鹏边会龙张康柱

动物营养学报 2021年5期

翁玉楠韦庆旭张建鹏边会龙张康柱李聪罗军王平*

(1.西北农林科技大学动物科技学院，杨凌 712100；2.陕西省陇县畜牧工作站，陇县 721200；3.陕西省畜牧产业试验示范中心，泾阳 713702)

饲用油菜具有季节性强、流通成本高、不易于保存等特点，开发利用不足限制了其在养殖业中的广泛应用。开发一种保存效果好、适用于流通的饲用油菜利用方式，对扩大饲料资源具有重要意义。饲用油菜生物量大、适口性好，粗蛋白质(CP)含量可达15%[干物质(DM)基础]以上，粗纤维含量较低，是一种营养价值相对较高的地方性饲料资源[1]。青贮可减少天气变化等季节性因素造成的养分损失，能较大程度地保存饲料中养分，是饲草料开发利用的重要方式。但是，高水分含量是农作物青贮时的不利因素之一[2]。而且，饲用油菜具有高CP含量、高缓冲能值、低碳水化合物含量的特点，不适合单独青贮利用[3]。已有研究显示，通过向CP含量高的饲料原料中加入碳水化合物含量高的饲料原料可改善其青贮品质[4]。赵娜等[5]研究表明，饲用油菜与易降解的非结构碳水化合物，如玉米粉、玉米淀粉等混合青贮能够收获较高品质的青贮饲料。此外，阴法庭等[1]研究表明，当饲用油菜与玉米秸秆以7∶3的比例进行混合青贮时，能够明显改善饲用油菜青贮的感官品质和乳酸含量。近年来的研究表明，在调制青贮饲料的过程中通过添加乳酸菌制剂能够迅速增加乳酸菌数量，降低pH，达到降低养分损失的效果。已有研究显示，向玉米青贮[6]、苜蓿青贮[7]、构树与稻草混合青贮[8]中添加乳酸菌制剂后明显减少了青贮饲料的营养损失，改善了发酵品质和有氧稳定性。但是，由于菌株差异、饲料原料来源和质量等因素的影响[9]，使得添加乳酸菌制剂的实际效果并不完全一致。目前，饲用油菜混合青贮中添加乳酸菌制剂的研究尚不多见。因此，本试验旨在评价青贮中添加乳酸菌制剂对饲用油菜和全株玉米或玉米秸秆混合青贮的营养价值、发酵品质和有氧稳定性的影响，为乳酸菌制剂在饲用油菜混合青贮中的开发利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

青贮原料为陕西省陇县种植的盛花期的饲用油菜、乳熟期收割的全株玉米和收获籽实后的玉米秸秆。玉米留茬高度10～15 cm，切短长度2～3 cm。其中，饲用油菜的水分含量为84%，全株玉米的水分含量为65%，玉米秸秆的水分含量为54%。乳酸菌制剂为商品化制剂，其中，植物乳杆菌数量≥1.6×1010CFU/g，布氏乳杆菌数量≥4.0×109CFU/g。

1.2 试验设计与青贮方法

试验设4个组，每组3个重复。4个组分别为饲用油菜+全株玉米混合青贮组(CR组)、饲用油菜+全株玉米+乳酸菌制剂混合青贮组(CR+LAB组)、饲用油菜+玉米秸秆混合青贮组(SR组)、饲用油菜+玉米秸秆+乳酸菌制剂混合青贮组(SR+LAB组)。饲用油菜与全株玉米的混合比例为5∶5(DM基础)，饲用油菜与玉米秸秆的混合比例为7∶3(DM基础)。CR+LAB组和SR+LAB组中乳酸菌制剂添加量为5 g/t(溶于2 kg蒸馏水中)，CR组和SR组添加等量的蒸馏水。取1 kg混合好的原料，切短为2～3 cm，装入聚乙烯袋(24 cm×40 cm)中抽真空后密封，室温(平均25 ℃)贮藏60 d后开封取样。

1.3 样品采集与测定指标

分别于青贮前和青贮的第60天采集青贮饲料样品，用于分析青贮饲料样品的营养物质含量、发酵品质和有氧稳定性。

1.3.1 青贮饲料中营养物质含量的测定

将采集到的青贮饲料样品于65 ℃烘干48 h，过1 mm粉碎筛，于室温保存待测。采用GB/T 6435—2006的方法测定水分含量，计算DM含量；CP含量采用凯氏定氮法(GB/T 6432—1994)进行测定；粗脂肪(EE)含量采用索氏浸提法(GB/T 6433—2006)进行测定；采用GB/T 20806—2006的方法测定中性洗涤纤维(NDF)含量；采用NY/T 1459—2007的方法测定酸性洗涤纤维(ADF)含量。

1.3.2 青贮饲料pH和有机酸含量的测定

取25 g青贮饲料样品与225 mL磷酸盐缓冲液混合匀质1 min，过滤浸出液后立即用便携式pH计(FE 20，Mettler Toledo公司，瑞士)测定pH。参考曹雨莉等[10]的方法使用高效液相色谱仪(Agilent 1260，安捷伦科技有限公司，美国)测定浸出液中乳酸含量。参考和立文[11]的方法使用气相色谱仪(Agilent 7890A，安捷伦科技有限公司，美国)测定浸出液中乙酸、丙酸和丁酸含量。

1.3.3 青贮饲料有氧稳定性的评价

青贮饲料有氧稳定性定义为使青贮饲料温度升高2 ℃所需要的时间[12]。于青贮第60天打开饲料包装，将700 g青贮饲料样品放入泡沫容器中，用灭菌后的2层纱布覆盖表面，防止水分散失和污染。将数显温度计(TP-101，霍尼韦尔国际公司，美国)插入青贮饲料样品的几何中心，于室温下每隔2 h记录1次温度。

1.4 统计分析

试验数据采用SPSS 18.0软件进行单因素方差分析，采用Duncan氏法多重比较检验进行组间差异显著性分析，数据采用平均值±标准差表示，P<0.05代表差异显著。

2 结果与分析

2.1 乳酸菌制剂对饲用油菜与全株玉米或玉米秸秆混合青贮的营养物质含量的影响

由表1可见，在青贮前，各组之间DM含量无显著差异(P>0.05)。含全株玉米的CR组和CR+LAB组的CP含量显著高于含玉米秸秆的SR组和SR+LAB组(P<0.05)，而含全株玉米的CR组和CR+LAB组的NDF和ADF含量则显著低于含玉米秸秆的SR组和SR+LAB组(P<0.05)。青贮60 d后，添加乳酸菌制剂的CR+LAB组和SR+LAB组的DM含量显著高于未添加乳酸菌制剂的CR组和SR组(P<0.05)，提示添加乳酸菌制剂能够减少青贮饲料中营养物质的损失；CR+LAB组的CP含量显著高于其他3组(P<0.05)，SR组的CP含量显著低于其他3组(P<0.05)；含玉米秸秆的SR组和SR+LAB组的NDF和ADF含量显著高于含全株玉米的CR组和CR+LAB组(P<0.05)。

表1 乳酸菌制剂对饲用油菜与全株玉米或玉米秸秆混合青贮的营养物质含量的影响(DM基础)

2.2 乳酸菌制剂对饲用油菜与全株玉米或玉米秸秆混合青贮的发酵品质的影响

由表2可见，各组之间pH无显著差异(P>0.05)，在3.70～4.25。含全株玉米的CR组和CR+LAB组的乳酸和丙酸含量显著高于含玉米秸秆的SR组和SR+LAB组(P<0.05)。各组之间乙酸含量无显著差异(P>0.05)。此外，各组中均未检测到丁酸。以上结果提示，青贮中添加乳酸菌制剂未改变各混合青贮饲料的有机酸含量，青贮原料是影响青贮饲料中有机酸含量的主要因素。

表2 乳酸菌制剂对饲用油菜与全株玉米或玉米秸秆混合青贮的发酵品质的影响(DM基础)

2.3 乳酸菌制剂对饲用油菜与全株玉米或玉米秸秆混合青贮的有氧稳定性的影响

由表3可见，未添加乳酸菌制剂的CR组和SR组的有氧稳定性显著低于添加乳酸菌制剂的CR+LAB组和SR+LAB组(P<0.05)。以上结果提示，不添加乳酸菌更容易使饲用油菜与全株玉米或玉米秸秆的青贮饲料变质，特别是饲用油菜与全株玉米混合青贮。

表3 乳酸菌制剂对饲用油菜与全株玉米或玉米秸秆混合青贮的有氧稳定性的影响

3 讨论

3.1 乳酸菌制剂对饲用油菜与全株玉米或玉米秸秆混合青贮的营养物质含量的影响

饲用油菜中CP含量高，可达15%左右[1]，可用于缓解动物饲料原料中CP含量不足的状况，是近年来新开发利用的一种重要饲草资源。已有研究显示，用饲用油菜制作成全混合日粮饲喂湖羊可显著降低饲养成本，可达到与传统全株玉米青贮相近的效果，对湖羊的屠宰性能和肉品质无不利影响[12-13]。青贮饲料是反刍家畜的主要粗饲料。在规模化养殖模式下，青贮是解决牧草季节性供应不均、饲草产品加工工艺落后等问题的一种有效贮存青绿饲料的方式[9]。但是，新鲜的饲用油菜水分含量高达80%以上，且水溶性碳水化合物含量相对不足，直接青贮较难成功，而且会影响青贮品质。近年来的研究显示，混合青贮和添加乳酸菌制剂可改善饲料原料水分含量高、碳水化合物含量不足对青贮带来的限制，有望成为改进饲用油菜青贮质量的有效措施[14-15]。

青贮饲料营养价值的主要评价指标包括DM、CP、NDF、ADF含量[16]。大多数研究显示，青贮中添加乳酸菌制剂可提高青贮饲料的CP含量，不影响青贮后的DM、NDF和ADF含量。研究发现，在羊草青贮过程中添加乳酸菌制剂不影响青贮羊草的DM、NDF、ADF含量，但可使青贮羊草的CP含量提高14.6%[17]。此外，在王草青贮[18]和柑橘肉与小麦壳混合青贮[15]时添加乳酸菌制剂也分别获得类似的效果。与以上研究结果一致，在本试验中，青贮60 d后，饲用油菜混合青贮中添加乳酸菌制剂，可使饲用油菜与全株玉米混合青贮和饲用油菜与玉米秸秆混合青贮的CP含量分别提高22.0%和21.4%。混合青贮饲料中添加乳酸菌制剂提高饲料CP含量的主要原因是由于乳酸菌等微生物的增殖，增加了其中的菌体蛋白含量，以及添加乳酸菌制剂后减少了蛋白质的损失。而且，青贮60 d后，添加乳酸菌制剂的CR+LAB组和SR+LAB组的DM含量损失分别低于对应的未添加乳酸菌制剂的CR组和SR组。这可能是添加乳酸菌制剂后能够在较短的时间内加速乳酸菌的增殖，降低pH，减少了养分的损失。但需要注意的是，未添加乳酸菌制剂的CR组的DM含量低于SR组。这一结果提示，在不添加乳酸菌制剂的情况下，营养价值相对较高的CR组比营养价值相对低的SR组的养分损失更大。由此推测，与低质饲料青贮相比，优质饲料青贮过程添加乳酸菌制剂能够更有效地减少养分损失。在本研究中，添加乳酸菌制剂未能降低青贮饲料NDF和ADF含量的结果提示，单一使用乳酸菌制剂不能提高青贮饲料的NDF和ADF利用率。但已有研究报道，同时添加乳酸菌和纤维素酶可以在提高苜蓿青贮[19]、王草青贮[18]和玉米秸秆青贮[20]中CP含量的同时，降低NDF和ADF含量。在饲用油菜混合青贮开发利用的后续研究中，我们将开展与纤维素酶菌酶互作的相关研究，以进一步改善饲用油菜混合青贮的营养价值。

3.2 乳酸菌制剂对饲用油菜与全株玉米或玉米秸秆混合青贮的发酵品质的影响

青贮是在多种微生物参与下发酵饲料的过程。乳酸菌是一类能够利用饲料中碳水化合物发酵产生乳酸的细菌，在快速启动和控制青贮发酵过程中发挥积极作用。当乳酸菌的数量<105CFU/g鲜重时，乳酸菌无法在微生物菌群中占据优势地位，不能主导发酵，因此，难以获得良好的发酵效果[21]。酵母菌、醋酸杆菌、梭菌、霉菌等在青贮过程中发挥负面作用，是造成养分损失的主要原因。在各种微生物的共同作用下，饲料在青贮发酵的过程中可产生多种有机酸，主要为乳酸、乙酸、丙酸和丁酸，有机酸组成的不同可反映青贮饲料的发酵品质。优质玉米青贮的pH<4.2，乳酸含量>60%，乙酸、丙酸、丁酸含量分别<20%、<10%、<1%[22]。但是，青贮在实际操作过程中由于受到饲料原料组成、成熟程度、加工处理方式、DM含量、CP含量、表面附着微生物的种类和数量、环境温度和湿度等的影响[23-24]，导致饲喂动物的青贮饲料质量参差不齐。所以，使用乳酸菌制剂有助于青贮初期乳酸菌快速繁殖，确保青贮发酵过程中以乳酸菌为主导菌群，从而代谢产生足量的乳酸[11]，同时保证青贮品质，尽可能多地保留青贮的营养成分。已有研究发现，青贮中添加乳酸菌制剂能够明显提高燕麦青贮[25]、水稻秸秆青贮[26]、苜蓿青贮[19]、玉米秸秆青贮[27]中有机酸含量，特别是乳酸含量，在降低青贮pH的同时，改善青贮饲料的发酵品质。与大多数研究结果不同的是，在羊草青贮[17]和玉米秸秆青贮[28]中添加乳酸菌，虽然明显增加了乳酸菌数量，但是，并未影响青贮饲料中乳酸等有机酸的含量。在本研究中，饲用油菜与全株玉米混合青贮比饲用油菜与玉米秸秆混合青贮能够产生更多的乳酸，但是，乳酸菌制剂未对有机酸组成和pH产生明显影响。添加乳酸菌未能引起乳酸等有机酸组成明显改变的可能的原因在于以下3方面：1)青贮原料的不同。不同原料中可溶性碳水化合物和水分含量不同以及原料加工处理方式不同，均可能造成微生物代谢生成的产物不同。2)青贮添加剂组成不同。文献报道中除了使用益生菌以外，还使用了化学添加剂或酶制剂，部分化学添加剂的使用可能对微生物发酵产生不同的影响。3)乳酸菌制剂的组成和乳酸菌菌株不同。这也是引起乳酸菌代谢产物不同的重要因素。此外，本研究中乙酸含量远高于常规青贮中乙酸含量，分析原因有以下2个方面：1)青贮密封前的有氧呼吸时间长，导致过多乙酸产生；2)青贮原料切的过长而使原料压的不够紧实，存储容器内残留的空气多，延长有氧呼吸时间，造成较多的乙酸产生。所以，后续研究中还有待进一步改进青贮调制条件，例如原料处理时间、原料加工处理方法、压实程度和青贮发酵时间等，以便提高混合青贮饲料的品质。

3.3 乳酸菌制剂对饲用油菜与全株玉米或玉米秸秆混合青贮的有氧稳定性的影响

青贮饲料取用过程使青贮饲料重新暴露于空气，引起酵母菌、霉菌和一些好氧性细菌的复苏，并进一步分解饲料养分，造成营养损失，降低其饲用价值。与此同时，青贮饲料的温度及pH升高，加速青贮饲料的腐败变质，在影响其适口性的同时，进而影响草食家畜采食量和生产性能的下降。有氧稳定性是评价青贮饲料品质稳定性的一项重要指标，通过测定青贮饲料在空气中暴露后其核心温度比外界温度高出2 ℃所需时间来衡量。所需时间越短，则青贮饲料的有氧稳定性越差，在取用过程中就越容易变质[25]。在本研究中发现，青贮中添加乳酸菌制剂可提高饲用油菜与全株玉米混合青贮的有氧稳定性。此外，在不添加乳酸菌制剂的条件下，饲用油菜与全株玉米混合青贮较饲用油菜与玉米秸秆混合青贮更容易腐败变质。这与玉米青贮中添加乳酸菌制剂得到的结果[29-30]一致。以上结果提示，与营养价值低的混合青贮相比，向营养价值高的混合青贮中添加乳酸菌制剂有助于青贮饲料品质的稳定。