杂交构树裹包青贮不同深度发酵品质变化规律研究

2021-07-13张玉琳付东青李超程黄星宇张凡凡

绿洲农业科学与工程 2021年1期

张玉琳，付东青，李超程，2，黄星宇，张凡凡

（1石河子大学动物科技学院，新疆石河子 832000；2新疆科构生物科技有限公司，新疆石河子 832000）

0 前言

畜牧业在国民经济中占有重要地位，随着我国“粮改饲”政策的实施，建设节粮型畜牧养殖业逐步成为我国畜牧产业发展的重点。随着我国大部分地区饲料短缺问题的加重，开发高产优质饲料被提上日程。杂交构树（Broussonetia papyrifera（L.）L'Hér.ex Vent.）具有高抗、速生、丰产和蛋白含量高等优点；此外，其兼具耐贫瘠、耐刈割、粗蛋白质（CP）含量高等特点[1]。因此大力发展杂交构树规模化种植和科学养殖应用，既能获得优质蛋白饲料，解决农牧争地矛盾，又能有效提高畜产品品质，改善生态环境，对实现“经济-社会-生态”三统一具有重要意义。杂交构树是中国科学院培育的速生丰产树种，具有抗逆性突出、饲用价值高等特性[2]。构树叶的营养成分丰富，其蛋白质、赖氨酸、蛋氨酸含量明显高于玉米，钙、磷和铁等矿物质元素含量比一般牧草高，可作为优质的饲料原料。其树叶含CP超过20%，高于苜蓿草粉但低于豆粕，中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）都比豆粕高[3]。然而，构树叶直接作为饲料时，动物难以消化吸收其蛋白，80%以上蛋白会从粪便中排出，饲养效率不高[4]。此外，与普通饲料比较，发酵的构树叶饲料有利于猪的日增重和料肉比，而未发酵的构树叶则相反[5]。大量研究证实，构树经过发酵处理可有效改善其营养价值[6-7]。目前，国内常用的青贮方式有青贮窖、地面堆贮、裹包青贮和塑料袋青贮等，而拉伸膜裹包青贮是一种调制优良青贮饲料的新型生产工艺，主要适用于甜高粱、玉米和苜蓿等草料或秸秆的青贮，具有机械化作业程度高、机动性强，综合效益高，青贮质量好，能应对突发天气变化，储存和取饲方便，产品可实现商品化等特点[8]。有研究表明，苜蓿在拉伸膜裹包青贮后基本保持鲜草的营养成分，CP 损失很少，NDF 和ADF 含量与鲜草基本接近[9]。关于不同原料裹包青贮的研究报道很多，但主要集中在对裹包青贮营养品质、青贮品质、拉膜层数和微生物特征的研究[10-11]，本研究以裹包青贮不同深度作为切入点，探究杂交构树裹包青贮不同深度营养成分和品质变化规律，为促进杂交构树的大规模种植和综合利用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料

青贮原料：2019 年9 月采自新疆维吾尔自治区塔城地区沙湾县人工种植的杂交构树。沙湾县（85°30E，44°31′N）属大陆性中温带干旱气候，平均气温6.3～6.9℃，全年太阳实照时数2800～2870h，无霜期 170～190d，年降水量 140～350mm，年蒸发量1500～2000mm。待杂交构树长至1.5m 左右，利用青饲料收获机进行全株收割粉碎，留茬高度为15～20cm，粉碎长度1～2cm。

1.2 青贮方法

取收割后鲜样500g左右，于实验室进行营养成分检测，其结果如表1所列。其余用裹包机（CLAAS克拉斯）裹包青贮，杂交构树裹包青贮密度500kg·m-3，裹包规格：半径50cm，高100cm，裹包膜厚度0.1mm，裹包层数8～10层，裹包完成于室外发酵60d后，开包取样分析。按照裹包的圆柱体对角线从上到下分别于最外层（半径50cm，高100cm）、中间层（半径25cm，高75cm）和中心层（半径0cm，高50cm）取样。

表1 青贮前杂交构树营养成分（干物质基础）Table 1 Nutrients of Broussonetia papyrifera（L.）L'Hér.ex Vent.before silage（dry matter basis）

1.3 测定项目及其方法

1.3.1 营养成分测定

鲜样及青贮营养成分主要测定干物质（DM）、CP、可溶性碳水化合物（WSC）、NDF、ADF、粗脂肪（EE）和粗灰分（Ash），均采用国标法[12]：DM 含量采用105℃烘干法；CP 含量采用凯氏定氮法（Kjeltec 8400 FOSS 全自动凯氏定氮仪，美国福斯）；WSC 采用蒽酮比色法（722 可见分光光度计，上海精科）；NDF和ADF含量采用范氏纤维测定法（纤维袋）；EE含量采用索氏提取法（玻璃索氏提取器）；Ash 含量采用550℃灼烧法（XL-3000型高效节能智能一体马弗炉，上海合恒）。

1.3.2 感官评定

依照农业部颁发《青贮饲料质量评定标准（试行）》对杂交构树裹包青贮进行感观评定[13]，划分优等、良好、一般和劣质四个级别。

1.3.3 发酵品质测定

pH 值及氨态氮（NH3-N）的测定：取20g 青贮鲜样，浸入提前备好的180mL去离子水中，入4℃冰箱浸提24h 后用雷磁PHS-3C 精密pH 计测定浸提液pH 值[14]。利用注射器把浸提液滤液吸入5mL 离心管中，NH3-N 测定备用；用密粒超强微孔滤膜将浸提液过滤到5mL 离心管中，测定有机酸及备用。NH3-N采用苯酚-次氯酸钠比色法测定[15]。

有机酸含量的测定：乳酸（LA）含量用液相色谱法（Agilent1260 高效液相色谱仪HPLC，美国安捷伦）[16]，色谱条件为：色谱柱Agilent ZORBAX SB-C18（5μm，4.6mm×250mm）；流动相0.01mol·L-1磷酸氢二钠，用1mol·L-1的磷酸调至pH=2.70，临用前用超声波脱气；流速1.0mL·min-1；进样2μL；紫外检测器波长214nm。

1.4 数据处理与分析

采用SPSS20.0 统计软件对试验数据进行单因素方差分析，平均值间差异显著性用Duncan氏法进行多重比较，以P＜0.05 作为差异显著性判断标准。采用隶属函数评价法评选出最佳处理[17]，具体公式为：

式中 X 为样品各指标测定值，Ux（＋）为各指标呈正相关隶属函数值，Ux（－）为各指标呈负相关隶属函数值。Xij为某样品某指标测定值；Ximax为某样品某指标最大测定值；Ximin为某样品某指标最小测定值。

2 结果与分析

2.1 全株构树裹包青贮不同深度感官评价

构树裹包青贮最外层、中间层和中心层分别为黄绿色、黄绿色和青绿色；不同层均为乳酸气味，中心层乳酸味较其他层浓郁。整体评价中间层和中心层为优等，最外层良好，结果如表2所列。

表2 全株构树裹包青贮不同深度感官评价Table 2 Sensory evaluation of Broussonetia papyrifera（L.）L'Hér.ex Vent.Silage

2.2 全株构树裹包青贮不同深度化学成分含量比较

如表3 所列可知，全株构树青贮不同深度的DM、WSC，随深度的增加其含量逐渐下降，DM 含量在不同深度间差异显著（P＜0.05），WSC含量中心层显著低于最外层和中间层（P＜0.05）。CP含量中心层显著高于最外层和中间层（P＜0.05）。NDF 和ADF随深度的增加其含量没有明显的变化规律，且不同深度间差异不显著（P＞0.05）。EE随深度增加呈上升趋势，但上升幅度小，且不同深度间差异不显著（P＞0.05）。

表3 全株构树裹包青贮不同深度营养成分（干物质基础）%Table 3 Nutrient composition of whole Broussonetia papyrifera（L.）L' Hér. ex Vent. silage at different depth（dry mat⁃ter basis）

2.3 全株构树裹包青贮不同深度品质比较

如表4 所列可知，不同深度pH 呈下降趋势，且最外层显著高于中间层和中心层（P=0.02）；LA含量随深度的增加，呈现上升趋势，且最外层含量显著低于中间层和中心层（P=0.02）；NH3-N 含量随深度增加而下降，但不同深度间差异不显著（P＞0.05）；氨态氮/总氮（NH3-N/TN）从数值看呈现下降趋势，且中心层显著低于最外层和中间层（P＜0.05）。

表4 全株构树裹包青贮不同深度发酵品质（干物质基础）Table 4 Fermentation quality of Broussonetia papyrifera（L.）L' Hér. ex Vent.silage（dry matter basis）with different depth

2.4 全株构树裹包青贮不同深度各指标的综合价值评价

由于不同深度各指标均不相同，任何单一指标去评价青贮不同深度品质的好坏都是不全面的，将三个深度的不同指标进行隶属函数分析，其中DM、CP、WSC、LA、EE 为正向指标；pH、NH3-N、NDF、ADF、NH3-N/TN为负向指标，平均10项指标的隶属函数综合评价排序，平均值越大的综合评价值越好。由表5 所列可知，不同深度综合价值排序为中心层（0.866）＞中间层（0.548）＞最外层（0.136）。

表5 全株构树裹包青贮不同深度发酵品质隶属函数分析及综合评价排序Table 5 Analysis of affiliation function and comprehensive evaluation of silage quality of Broussonetia papyrifera（L.）L'Hér.ex Vent.with different depth

3 讨论

3.1 全株构树裹包青贮不同深度的化学成分比较

DM 是牧草营养成分的基础，DM 含量越高，其相对DM 采食量越高。本试验裹包青贮开包时DM含量最外层最高，中心层最低，且不同层次之间差异显著，主要原因可能是外界环境温度较高，外层水分散失；其次由于水分散失，导致外层发酵体系含水量较低，发酵效果较其他层差，底物消耗较少。WSC 是青贮过程中乳酸菌等微生物的主要能源物质。本试验开包时WSC 在不同层含量存在差异，最外层最高，中心层最低，主要原因可能是在前期有氧发酵过程中由于外层水分的散失，乳酸菌成为优势菌的时间较晚，导致霉菌活动较强，蛋白分解较多，CP 和NH3-N/TN 在不同层次的含量也证明了这一点。纤维是植物细胞壁的主要组成成分，微生物很难将其分解代谢，Colombatto D 等研究添加纤维素酶对微生物发酵的影响，其结果表明纤维素酶的增加有助于NDF 的降解[18]。本试验中，纤维物质NDF 和ADF 在不同深度间不存在明显的变化规律，这与高月娥等研究一致[10]。有研究者发现青贮过程中霉菌数量越多，EE 下降越快[19]，本试验开包时EE 含量最外层最低，这也进一步说明由于水分散失前期发酵过程中霉菌活动较强，影响乳酸菌的发酵进程。

3.2 青贮窖中全株构树裹包青贮不同深度品质的比较

pH 是青贮发酵好坏的决定性因素，pH 越低说明有机酸含量越高，发酵程度越好。NH3-N 是蛋白质变质的重要标志，青贮饲料中NH3-N主要是由植物蛋白酶和丁酸菌分解蛋白质产生，但是植物蛋白酶和丁酸菌的繁殖受pH 影响，酸性环境能抑制丁酸菌的繁殖[20-21]。本试验在开包时pH最外层为4.6，中间层为4.2，中心层是4.1，LA 含量也出现相同规律，说明中心层发酵程度较外层好，这更好的说明由于水分散失前期霉菌活动影响乳酸菌发酵进程，也有可能是因为外层长时间与空气接触，有少量空气通过裹包薄膜之间的缝隙进入到青贮裹包内，主要停留在青贮外层，随着深度的增加，空气渗入越少，空气的存在影响乳酸菌的繁殖，从而降低青贮发酵程度。此外，本试验中，NH3-N 含量在不同深度间不存在明显差异，然而NH3-N/TN 在中心层与中间层和最外层之间存在明显差异。结合pH和乳酸含量分析，这可能是在不同层间由于空气的存在有少量丁酸菌的滋生，中心层由于发酵程度好，pH较中间层和最外层低，有效抑制丁酸菌的繁殖，减少蛋白质的分解；NH3-N/TN 本身挥发性强，中心层产生的NH3-N经过长时间的挥发作用，导致各层次之间NH3-N含量存在差异，且最外层含量最高。