不同处理方式对高寒地区燕麦青贮乳酸菌数量及pH值的影响

2022-01-24段娜宁王伟魏希杰魏晓丽徐成体

青海畜牧兽医杂志 2021年6期

段娜宁，王伟，魏希杰，魏晓丽，徐成体

(1.青海大学，西宁810013;2.青海大学畜牧兽医科学院，西宁810016)

高寒地区由于地理与气候条件特殊，牧草生长季节短，生长速度缓慢，产量较低，季节性不平衡问题较为突出。青贮因其营养好、损失小、耐储存等优点可作为高寒地区解决这个问题的一种重要手段。燕麦是一种优良的饲料作物，具有产草量高、营养丰富、适口性好等优点，是高寒地区草地畜牧业持续稳定发展中重要的饲草作物之一［1，2］，在青海的一年生人工草地种植面积较广，在粮改饲项目实施后，燕麦青贮逐渐成为研究热点［3］。

青贮是一个微生物活动与化学变化同时进行的复杂过程，在这个过程中，乳酸菌大量繁殖，当原料中的乳酸菌积累到一定的程度，不利于青贮的微生物(霉菌、酵母菌等)生长就会被抑制，从而提高青贮的品质、延长青贮的贮藏时间［4-6］。青贮发酵过程一般有有氧发酵、厌氧发酵、稳定期和取用4个阶段［7］，在经过前期较短时间的初始有氧发酵阶段，氧气耗尽后，进入厌氧发酵阶段，具有厌氧生长能力的乳酸菌开始大量繁殖，持续繁殖几周之后青贮的pH值降至4.2左右，发酵活性降低，进入稳定期，此时青贮中的微生物主要以乳酸菌为主导［8］。所以乳酸菌的发酵及pH值的范围在燕麦青贮中起着至关重要的作用。

目前针对燕麦青贮技术的研究，国内外已有许多研究成果，但在高寒地区，因青贮技术的研究开始较晚，针对燕麦青贮技术系统性的研究较少，特别是针对温度、压实密度、含水量等关键因素的研究仍不明确。故而本研究选择在不同含水量、温度、压实密度条件下对燕麦草进行青贮，利用微生物培养技术对青贮中产生的乳酸菌、霉菌酵母菌进行培养与检测，以期为高寒地区获得高品质的燕麦青贮饲料提供理论参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

燕麦种植于青海省德令哈市试验地，品种为加拿大栽培燕麦，于抽穗期刈割后切短至2～3 cm，按比例计算质量后装入青贮瓶。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计以影响燕麦青贮最主要的温度、压实密度、含水量3个条件作为影响因素，每个因素5个水平，应用三因子二次回归通用旋转组合设计试验，试验水平设计见表1，各因子的水平编码见表2。组合处理共23个，每个处理3个重复。

表1 试验水平设计表

表2 试验组合设计表

1.2.2 青贮饲料的制作通过晾晒或喷水的方式将燕麦草的含水量分别调至35%、44%、58%、71%、80%。再以压实密度分别为600 kg·m-3、520 kg·m-3、450 kg·m-3、、380 kg·m-3、300 kg·m-3装入青贮瓶中，分别保存于15℃、20℃、27.5℃、35℃、40℃的恒温培养箱中，在青贮的第50d取样分析微生物并测定pH值。

1.2.3 微生物分析及pH值测定乳酸菌、霉菌酵母菌的分离计数分别使用MRS(de Man，Rogosa and Sharpe，MRS)培养基、马铃薯葡萄糖琼脂(potato dextrose agar，PDA)培养基，分离计数采用梯度稀释平板涂布法测定，其中，乳酸菌使用MGC AnaeroPac C-43厌氧培养袋37℃培养2d，霉菌酵母菌在有氧条件30℃培养2d［9-12］。青贮饲料酸度测定，取400 mL的烧杯加半杯青贮料，加入蒸馏水浸没青贮料，不断地用玻璃棒搅拌，经15～20 min后，用滤纸过滤，取适量滤液，用酸度计测定其pH值。

1.2.4 数据分析试验所得数据利用DPS、Excel软件进行分析。试验数据采用平均值表示。

2 结果与分析

2.1 试验结果分析

2.1.1 不同处理下乳酸菌、霉菌酵母菌和pH值的变化情况

2.1.2 压实密度、温度、含水量对燕麦青贮乳酸菌发酵结果分析

由温度、压实密度、含水量3个因素对燕麦青贮相互作用所得的乳酸菌含量见表3。根据23个试验组合试验结果可以计算出所拟和的回归方程的各项系数，从而分别得到如下的二次回归模型:

表3 乳酸菌、霉菌酵母菌、pH值结果

表4为试验结果的方差分析和各项回归系数的显著性检验结果，由表4可知，回归方程显著性检验F2=6.21＞F0.01(14，16)=3.62，说明得到的回归方程显著;单因素的显著性检验中，压实密度的分析达到显著水平。剔出α=0.10的不显著项后，建立燕麦青贮乳酸菌产量对实验因子的回归方程为:Y=-22.13X2X3

表4 乳酸菌试验结果方差分析表

2.1.3 压实密度、温度、含水量对燕麦青贮霉菌酵母菌发酵结果分析

由温度、压实密度、含水量3个因素对燕麦青贮相互作用所得的霉菌酵母菌含量结果见表5。

表5 霉菌酵母菌试验结果方差分析表

表5为试验结果的方差分析和各项回归系数的显著性检验结果，由表5可知，回归方程显著性检验F2=1.70＜F0.01(14，16)=3.62，说明得到的回归方程不显著。

2.1.4 压实密度、温度、含水量对燕麦青贮pH值的结果分析

由温度、压实密度、含水量3个因素对燕麦青贮相互作用所得的pH值见表6。

表6 pH值试验结果方差分析表

表6为试验结果的方差分析和各项回归系数的显著性检验结果，由表6可知，回归方程显著性检验F2=5.04＞F0.01(14，16)=3.62，说明得到的回归方程显著;单因素的显著性检验中，压实密度与温度的分析均达到显著水平。剔出α=0.10的不显著项后，建立燕麦青贮pH值对实验因子的回归方程为:

2.2 试验因子分析

2.2.1 主因子效应分析

由于各因素处理均经无量纲线性编码代换，偏回归系数已经不受因素取值的大小和单位的影响，即已标准化，其绝对值的大小直接反映了变量对响应值的影响程度。因此，压实密度、温度、含水量3个因素在试验取值范围内对燕麦青贮乳酸菌发酵的影响作用大小顺序依次为:X1(压实密度)＞X2(温度)＞X3(含水量)，且X1(压实密度)、X3(含水量)是正效应，X2(温度)是负效应。压实密度、温度、含水量3个因素在试验取值范围内对燕麦青贮pH值的影响作用大小顺序依次为:X1(压实密度)＞X2(温度)＞X3(含水量)，且X1(压实密度)、X2(含水量)是负效应，X3(温度)是正效应。

2.2.2 单因素效应分析

将3个因素中的2个固定在零水平，对数学模型进行降维分析，分别研究3个因素对燕麦青贮乳酸菌数量的影响，结果见图1、2、3。

图1 压实密度与乳酸菌数量的关系

图2 温度与乳酸菌数量的关系

图3 含水量与乳酸菌数量的关系

由图1、2、3可知随着压实密度、温度、含水量的增加，乳酸菌的数量都呈先上升后下降的趋势，压实密度与乳酸菌数量的关系的趋势线方程为y1=-4.19x2+57.94x-42.31，计算转化后可得，当压实密度为517 kg·m-3时，乳酸菌发酵相对最优;温度与乳酸菌数量的关系的趋势线方程为y=-3.52x2+35.17x+55.41，计算转化后可得，当温度为27.5℃时，乳酸菌发酵相对最优;温度与乳酸菌数量的关系的趋势线方程为y=-5.19x2+51.90x+12.03，计算转化后可得，当含水量为58%时，乳酸菌发酵相对最优。

图5 温度与pH值的关系

图6 含水量与pH值的关系

由图4、5、6可知，随着压实密度、温度、含水量的增加，pH值呈先减小后增大的趋势，压实密度与pH值关系的趋势线方程为y=23.27x2-24.80x+10.92，计算转化后可得，当压实密度为530 kg·m-3时，pH值最优;温度与pH值的关系的趋势线方程为y=0.003x2-0.195x+7.393，计算转化后可得，当温度为32.5℃时，pH值最优;温度与pH值的关系的趋势线方程为y=12.883x2-13.67x+7.8794，计算转化后可得，当含水量为53%时，pH值最优。

图4 压实密度与pH值的关系

2.3 试验因子间交互效应分析

2.3.1 从试验回归系数的显著性检验可以看出，温度(X2)与含水量(X3)的互作效应对乳酸菌的数量影响较明显，两因子互作效应分析见表7。

表7 温度(X2)与含水量(X3)两因子互作效应的乳酸菌含量

从表7可知，乳酸菌的含量都是随着温度和含水量的增大呈现先上升达到某一点后开始下降的趋势，当含水量处于35%～58%时，随着温度的增大乳酸菌的含量逐渐增大，当含水量处于58%～80%水平时，随着温度的增大，乳酸菌含量明显较少，在温度与含水量处于27.5℃、58%时，两因子交互作用的青贮乳酸菌发酵最优。

2.3.2 从试验回归系数的显著性检验可以看出，压实密度(X1)与温度(X2)、温度(X2)与含水量(X3)的互作效应对pH值的数值影响较明显，两因子互作效应分析见表8;

表8 压实密度(X1)与温度(X2)两因子互作效应对pH值关系

从表8可知，pH值随着温度和压实密度的增减小呈现先减小后增大的趋势，当温度为20℃～27.5℃范围时，pH值较低，当压实密度为450 kg·m-3～490 kg·m-3时，pH值较低。

从表9可知，pH值随着温度和压实密度的增减小呈现先减小后增大的趋势，当温度为20℃～27.5℃范围时，pH值最优，当压实密度为450 kg·m-3～490 kg·m-3时，pH值最优。

表9 温度(X2)与含水量(X3)两因子互作效应对pH值关系

2.4 试验结果的验证及优化

本试验采用频率分析法分析回归模型以找到最佳结果。通过DPS软件分析可知，乳酸菌数量大于102.09的方案有23个，对数学回归模型分析的结果列于表10。

表10 青贮优化方案中乳酸菌各变量取值的频率分布

从表10可知，在95%的置信区间内燕麦青贮乳酸菌发酵产量大于102.09的优化方案为:压实密度520 kg·m-3，温度27.5℃，含水量58%。

3 讨论

本研究中，压实密度、温度、含水量3个因素在试验取值范围内对燕麦青贮乳酸菌发酵及pH值的影响作用最大的是压实密度，其次是温度，相对影响较小的是含水量。且对燕麦青贮乳酸菌发酵压实密度与含水量是正效应，温度是负效应;对pH值的影响压实密度、含水量是负效应，温度是正效应。

3.1 不同压实密度对高寒地区燕麦青贮微生物发酵及pH值的影响

压实密度是青贮的重要参数之一，密度太低会使青贮环境中的空气过多，氧气流动速度较高，不利于青贮的微生物会大量繁殖，从而影响了乳酸菌的发酵，使青贮发霉变质，营养物质大量流失［13，14］。理论上，压实密度越高越有益于青贮，但李海［15］、Muck RE［16］对内蒙古草原天然牧草青贮研究后发现，将青贮密度控制在350 kg·m-3～400 kg·m-3范围内青贮，青贮料的感官品质、营养品质、发酵品质、贮成率及饲喂价值均显著高于其它处理。所以，燕麦青贮最佳压实密度可能因为不同条件而存在差异，本研究中，随着压实密度的增加，乳酸菌的数量呈先上升后下降的趋势，pH值呈现先减小后增大的趋势，当压实密度为530 kg·m-3时乳酸菌发酵最优，大于李海［15］的研究结果，这可能是因为地域、温度、早晚温差、海拔等原因不同，乳酸菌最适压实密度有较大差异，当压实密度在500 kg·m-3～550 kg·m-3范围时，pH值均为4.29，均为优。

3.2 不同温度对高寒地区燕麦青贮微生物发酵及pH值的影响

温度变化能够改变附生乳酸菌菌群，因此温度过高或者过低都不利用燕麦青贮发酵的进行［17］。本研究中，随着温度的上升，乳酸菌的含量呈先上升后下降的趋势，当温度为27.5℃时，乳酸菌含量最大，此时pH值也较低为4.28，这与Prochnow［18，19］等研究表明的燕麦青贮最适青贮温度为25℃～30℃的结果大致一致。表明在高寒地区，最适宜燕麦青贮乳酸菌发酵的温度为27.5℃左右。

3.3 不同含水量对高寒地区燕麦青贮微生物发酵及pH的影响

在厌氧发酵开始之前，除了青贮原料的特性、空气、存储时间、添加剂等因素外，水分也是影响青贮发酵的关键因素［20］，最终pH值和微生物等特性与材料的初始含水量直接相关［21］，含水量过高或过低都不利于青贮发酵［22］。本研究中，随着含水量的上升，乳酸菌的含量同样呈先上升后下降的趋势，当含水量为58%时，乳酸菌含量达到最大值，据李蕾蕾［23］等在青南牧区开展的研究表明，在高海拔地区，有利于乳酸菌活动繁殖的含水量在50%～60%之间，低于其它研究中的65%～70%，这与本研究的结果较为一致，表明在高海拔地区，报道较多的65%～70%之间的含水量并不适合青贮的乳酸菌发酵;在含水量为50%～60%之间时，pH值为4.27～4.29之间，均为优。综合表明在高海拔地区，含水量在55%～60%时最适宜燕麦青贮微生物发酵与pH值的降低。