添加纤维素酶与藜麦麸皮及小麦麸皮对台湾红藜青贮的影响

2022-03-28赵小雪郭凤根罗富成

草地学报 2022年3期

赵小雪, 郭凤根, 罗富成

(云南农业大学动物科学技术学院，云南昆明 650000)

藜麦(ChenopodiumquinoaWilld.)是藜科藜属一年生双子叶草本植物[1]。藜麦籽粒富含蛋白质、矿物质、维生素、人体必需氨基酸等多种营养物质，被联合国粮农组织称为“唯一一种单体植物即可满足人体基本营养需求的食物”[2]。台湾红藜(C.formosanumKoidz.)是生长在台湾省的原生植物，与藜麦同为藜科藜属植物，具有与藜麦相似的生物学特性[3-4]；成熟期茎秆呈紫红色，叶片及花穗有红、黄、橘、紫等不同颜色，观赏价值较高。台湾红藜在香格里拉等地长势好，植株高度可达3 m，生物量大，但只开花不结籽，饲用潜力大；与其它饲草作物相比，台湾红藜具有耐旱、耐寒、耐盐碱、耐瘠薄等特性[5]，在逆境下均表现出较强的抗性，因此可为高海拔地区提供大量的优质饲草。

青贮是能将青饲料长期保存并降低营养物质损失的有效方法[6-7]。台湾红藜作为一种潜在的新型饲草资源，其加工利用方面的研究相对较少。藜麦秸秆的含糖量相对较低，纤维素含量高，质地粗糙坚硬，不利于有效微生物的生长，粗饲料中纤维与有机物的消化呈负相关，纤维含量越高，饲料品质越低，因此其直接青贮成功率较低且品质不佳[8-9]，青贮过程中添加纤维素酶制剂，可以降解木质纤维素含量，促进乳酸菌发酵，从而改善青贮品质，提高饲料利用效率[10]。魏玉明等[9]比较了多种添加剂对藜麦秸秆青贮的影响，认为纤维素酶能够很好的改善藜麦秸秆的发酵品质，有利于青贮饲料的保存。青贮过程中，除了使用酶制剂外，添加适量的小麦(TriticumaestivumL.)麸皮可加快青贮发酵速度[11]。吕建敏等[12]，吴跃明等[13]认为纤维素酶制剂与小麦麸皮同时使用，能更好地提高青贮的发酵品质。

藜麦籽粒加工过程中会产生大量的麸皮，但多数麸皮被丢弃，既浪费资源，也污染环境。藜麦麸皮中含有较多营养物质，将其合理用于反刍动物饲养，有利于我国养殖业的发展[14]，也为藜麦麸皮利用提供新思路。藜麦麸皮含水量低，皂苷含量较高，适口性差，不宜直接饲喂，需经过适当的加工调制，才能提高动物的采食率。藜麦麸皮及小麦麸皮均为籽粒加工生产时的副产物，二者营养成分相当，后者被广泛应用到青贮饲料的生产中[15-17]，但藜麦麸皮的研究较少。因此，本研究为提高台湾红藜青贮发酵品质，增加青贮饲料营养价值，提高农副产品利用率，以纤维素酶作为青贮添加剂，比较藜麦麸皮、小麦麸皮对台湾红藜青贮品质的影响，为藜麦青贮饲料的生产提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为开花期台湾红藜，采自云南省迪庆州香格里拉市小中甸镇藜麦科技试验示范基地。供试添加物：纤维素酶、藜麦麸皮、小麦麸皮，营养成分见表1。纤维素酶(绿色木酶，活性为50 U·mg-1)购自上海源叶生物科技有限公司，藜麦麸皮、小麦麸皮均在市场上购买。

表1 藜麦麸皮、小麦麸皮营养成分(DM)Table 1 Nutritive compositions of Quinoa Bran and Wheat bran 单位：%

1.2 试验设计

试验设置4个处理组，对照组(CK)：直接青贮；A1：纤维素酶组(0.5 g·kg-1鲜草);A2：纤维素酶(0.5 g·kg-1鲜草)+5%藜麦麸皮组；A3：纤维素酶(0.5 g·kg-1鲜草)+5%小麦麸皮组。

1.3 试验方法

用动力铡草机将台湾红藜秸秆铡碎至0.5～1 cm，按试验设计分别加入纤维素酶、小麦麸皮、藜麦麸皮混匀，对照组添加相应体积的去离子水。人工装入5 L的青贮桶中，压实排尽空气，每桶青贮材料6 kg，避光室温(15～25℃)保存，各处理重复3次。

青贮发酵60天后，将青贮桶打开，按上部、中部、下部随机取样，之后将样品进行充分混合，实验室测定其营养成分。

1.4 青贮饲草的质量评定

1.4.1感官评定感官评定参照德国农业协会(Deutche Lan Dwirtschafts Geseutschaft)推荐的评分法[18]，从气味、结构及色泽3个方面进行评定，16～20分为1级(优良)，10～15分为2级(尚好)，5～9分为3级(中等)，0～4分为4级(腐败)。

1.4.2营养成分的测定 (1)常规营养成分分析法测定干物质(Dry matter，DM)、灰分(Ash)、粗脂肪(Ether extract，EE)、中性洗涤纤维(Neutral detergent fiber，NDF)、酸性洗涤纤维(Acid detergent fiber，ADF)、粗蛋白(Crude protein，CP)，分析方法参照张丽英《饲料分析及饲料质量检测技术》[19]；水溶性碳水化合物(Water soluble carbohydrates，WSC)采用蒽酮-硫酸比色法进行测定[20]。

(2)氨态氮(NH3-N)含量采用苯酚-次氯酸钠比色法测定[21]；pH值采用pH计(奥豪斯-ST2100/B)测定；乳酸(Lactic acid，LA)、乙酸(Acetic acid，AA)、丙酸(Propionic acid，PA)、丁酸(Butyric acid，BA)采用气相色谱法测定(委托西安国联质量检测技术有限公司测定，高效气相色谱仪安捷伦7890A，色谱柱：C18柱4.6 mm×250 nm；柱温：40℃；流速：1.0 mL·min-1；检测波长：210 nm；进样体积：20 μL；流动相：0.1%磷酸溶液-甲醇=75+25(体积比)比例的流动相等度洗脱25 min)；等级评定参照费氏评分法，根据乳酸、乙酸、丁酸占总酸的百分比进行评分，详见表2[22]，评分结果分为5个等级，80～100分为优，61～80分为良，41～60分为可，21～40分为中，0～20分为劣[23]。

表2 弗氏青贮饲料评分方法Table 2 The Fliegh evaluation of silage

(3)相对饲喂价值(Relative feed value，RFV)、粗饲料分级指数(Grading index，GI)的计算如下[24-25]，分级标准见表3[26]。

表3 粗饲料分级标准Table 3 Roughage grading standard

相对饲喂价值RFV=(DDM×DMI)/1.29(%DM)；

可消化干物质DDM=88.9-0.779ADF(%DM)；

粗饲料干物质随意采食量； DMI=120/NDF(%DM)；

GI2001(MJ·d-1)=NEL(MJ·kg-1)×VDMI(kg·d-1)×CP(%)/NDF(%)；

粗饲料产乳净能NEL(MJ·kg-1)=(1.085-0.015×ADF)×9.29；

粗饲料随意采食量VDMI(kg·d-1)=120/NDF(%DM)×BW(kg)(体重以600 kg计)。

1.5 数据统计与分析

采用Excel 2010和SPSS 20.0软件进行数据处理和统计分析；差异显著性标准采用Duncan's法，数据用平均值表示，P<0.05为差异显著；采用隶属函数法对青贮饲料营养水平进行综合评价[27-29]，如果测定的指标与青贮饲料的营养水平成正相关则用(1)计算，如果是负相关，则用式(2)进行计算，计算公式为[30]：

R(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(1)

R(Xi)= (Xmax-Xi)/(Xmax-Xmin)

(2)

式中，R(Xi)为某指标隶属函数值，Xi为该指标的测定值；Xmax为该指标最大值；Xmin为该指标最小值。然后对所有指标隶属函数值进行相加，求其均值，值越大，综合性能越好，以均值大小进行排名。

2 结果与分析

2.1 不同青贮处理对台湾红藜青贮感官品质的影响

根据青贮料的气味、颜色、质地结构等指标进行感官评价。由表4可知，台湾红藜不同青贮处理后的感官评分等级均在中等以上。A1，A2，A3组颜色呈黄绿色，质地松散不粘手，有浓烈的酸香味，得分均为19分，青贮饲料品质较好，为优良品级；CK组无丁酸臭味，芳香味较弱，色泽略变色，结构保持较好，得分15分，为尚好等级。

表4 不同处理后青贮饲料的感官评价Table 4 Sensory evaluation after different treatments of silage

2.2 不同处理后青贮饲料常规营养成分的变化

不同添加物处理后青贮饲料常规营养成分的变化见表5。鲜样DM与青贮处理的DM之间有显著差异(P<0.05)，CK，A1，A2间无显著差异，但均显著高于A3(P<0.05)；鲜样的CP含量显著高于CK，A1，A3(P<0.05)，是CK，A1，A3的1.12，1.09，1.04倍。青贮组中，A1，A2，A3的CP含量均显著高于CK(P<0.05)，分别是CK的1.02，1.20，1.08倍，CP含量排序为A2> A3>A1>CK；鲜样的EE含量和青贮后的变化不大，无显著差异；鲜样的WSC含量显著高于各青贮处理(P<0.05)，是CK，A1，A2，A3的16.87，18.8，9.97，3.12倍。青贮处理中，A3的WSC含量显著高于CK，A1(P<0.05)，与A2无显著差异；鲜样的Ash含量显著高于添加物的青贮处理(P<0.05)，各青贮处理间Ash含量无显著差异；鲜样的ADF含量显著高于青贮处理(P<0.05)，不同青贮处理间无显著性差异；各处理间NDF的差异与ADF稍有不同，鲜样与CK，A1的NDF含量无显著性差异，与A2，A3间有显著差异(P<0.05)。

表5 不同处理后青贮饲料常规营养成分的变化Table 5 Changes of nutritive compositions of silage after different treatments

2.3 不同处理后青贮饲料RFV及GI2001等级评定

DDM值与NEL值排序为A3>A2>A1>CK>鲜样，DMI与二者的排序略有不同，A2>A3>A1>CK>鲜样(表6)。根据RFV及GI2001对饲料进行分级评定，两种饲料评定方法的结果趋势一致。鲜样的RFV及GI2001最低，除GI2001与CK差异不显著外，RFV及GI2001与各青贮处理均有显著差异(P<0.05)。青贮处理中，A2，A3组RFV及GI2001显著高于CK，A1(P<0.05)，排序为A2>A3>A1>CK，参照RFV和GI的饲料分级标准，A2，A3品质为2级；鲜样，CK，A1为3级。

表6 饲料DDM，DMI，NEL值及RFV，GI2001等级评定Table 6 DDM,DMI,NEL value and RFV,GI2001 grade evaluation

2.4 不同处理后青贮饲料发酵参数的变化

pH值是评定青贮质量的重要指标，由表7可知，CK的pH值为4.1，显著高于其他处理组(P<0.05)，A1，A3的pH值显著低于其他处理(P<0.05)；CK，A3的NH3-N含量高于A1，A2，但各组分间无显著差异；CK的LA含量显著低于A2，A3(P<0.05)，与A1无显著差异；A3的AA含量最高，A1最低，除CK与A2间差异不显著外，其他各组间均有显著差异(P<0.05)；PA及BA在4种青贮处理中均未检测出。各处理的LA/TA值均大于60%，AA/TA的值均低于40%，根据弗氏(Fleigh)评分方法，CK，A1饲料品质为良好等级；A2，A3为优等青贮饲料。

表7 不同处理后青贮饲料发酵参数的变化Table 7 Changes of fermentation parameters of silage after different treatments

2.5 隶属函数法综合评价

以DM，CP，EE，WSC，LA/TA为品质优良指标，即品质正相关指标，以Ash，NDF，ADF，pH，NH3-N，AA/TA为负相关指标，采用隶属函数法对青贮饲料的品质进行评价(表8)。综合4种青贮的平均值发现：A2>A3>A1>CK，平均值越大综合价值越高，饲料品质越好，反之越差。

表8 不同青贮处理营养水平综合评价Table 8 Comprehensive evaluation of nutrient levels in different silage treatments

3 讨论

3.1 纤维素酶与藜麦麸皮及小麦麸皮对台湾红藜青贮感官评价的影响

优良的青贮饲料的颜色接近于原料颜色，气味芳香，质地柔软松散[31]。本研究中各处理颜色均呈黄绿色，质地松散不粘手，除CK芳香味较弱，品质为尚好等级外，其他处理均有强烈的酸香味，为优良等级，说明台湾红藜是良好的青贮材料，可以通过青贮方式保存，且添加纤维素酶与藜麦麸皮、小麦麸皮可以进一步提高台湾红藜的感官评价。

3.2 纤维素酶与藜麦麸皮及小麦麸皮对台湾红藜饲料营养品质的影响

粗蛋白是反映饲料饲用价值的重要指标[31]。本试验发现，与对照组相比，台湾红藜使用纤维素酶青贮可显著提高粗蛋白含量(P<0.05)，主要原因是纤维素酶能使原料的部分结构性多糖水解成单糖，促进乳酸发酵，抑制腐败菌和梭菌等有害微生物的活动，减少蛋白质和氨基酸的降解[32]，这与高海娟等[33]、徐炜等[34]的研究结果相似。A2，A3的粗蛋白含量显著高于其他处理，可能因为藜麦麸皮、小麦麸皮本身含有较高的粗蛋白，所以在青贮过程中增加了饲料粗蛋白含量，又因藜麦麸皮本身的粗蛋白含量高于小麦麸皮，所以A2的粗蛋白含量显著高于A3(P<0.05)。因此在实际青贮饲料生产中适当添加酶制剂与农副产品如藜麦麸皮等，可以提高饲料营养品质。

粗脂肪是饲料中重要的营养成分。本研究中，台湾红藜青贮后与原料相比，粗脂肪含量增加，与邓荟芬等[10]在不同添加剂对饲用苎麻(BoehmerianiveaL.)与麦麸混合青贮品质的影响研究中得出的结论不同，与高月娥等[35]、杨浩哲等[36]的研究结果相似。青贮后饲料粗脂肪含量增加，可能与青贮过程中参与活动和作用的微生物有关系，具体原因还有待进一步试验论证。

原料中水溶性碳水化合物含量决定了青贮饲料是否成功以及质量的优劣。本研究中台湾红藜的碳水化合物含量为6.58%，达到调制优质牧草青贮饲料的标准[37]。台湾红藜青贮处理的水溶性碳水化合物含量均显著低于鲜样(P<0.05)，其主要原因是青贮期间乳酸菌活动旺盛，消耗的水溶性碳水化合物较多[38]，A2，A3的含量高于CK，A1，可能是由于青贮发酵过程中纤维素酶等微生物分解藜麦麸皮、小麦麸皮中的纤维等物质而使水溶性碳水化合物含量升高。

粗饲料的品质评定中，不仅参考各种主要营养成分的含量，还要考虑动物对粗饲料的采食和利用状况[39]。中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维直接影响家畜对饲料的采食率和消化率。本试验中台湾红藜青贮后二者的含量均低于原料，这与魏玉明等[9]、郑明扬等[40]、徐然等[41]的研究结论相一致。通过中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维的含量，计算得出RFV，GI2001值，二者等级一致，A2，A3饲料品质优于鲜样、CK，A1，以二者试验结果作为参考标准进行了饲用价值评判，认为纤维素酶与藜麦麸皮混合的处理效果较好。

3.3 纤维素酶与藜麦麸皮及小麦麸皮对台湾红藜饲料发酵品质的影响

在青贮饲料中，有机酸总量及其构成可以反映青贮发酵过程的好坏，包括乙酸、丙酸、丁酸和乳酸等[22]，其中乳酸与青贮饲料青贮品质呈正相关，是引起青贮饲料pH值下降重要因素[38]，pH值是衡量青贮饲料品质好坏的重要指标之一。本研究中各青贮处理的pH值均小于4.2，达到了一般青贮饲料良好的标准[42]，表明台湾红藜为优质青贮材料。CK的乳酸含量均小于添加物青贮处理，且与A2，A3之间差异显著(P<0.05)，主要由于纤维素酶的添加加速了木质纤维素类的水解，藜麦麸皮与小麦麸皮增加了原料的碳水化合物含量，为乳酸菌的扩大繁殖提供了营养[23]，这一结论与马莹等[43]、花梅等[44]、王玉荣[45]的研究结果一致。根据费氏评分标准，A2，A3得分分别为82，83，可能因为藜麦麸皮的淀粉含量低于小麦麸皮，因此后者提供给乳酸菌的底物多于前者，但A2，A3饲料品质等级均为优，说明添加藜麦麸皮、小麦麸皮可以提高台湾红藜的青贮品质。

3.4 纤维素酶与藜麦麸皮及小麦麸皮对台湾红藜饲料品质的综合评价

单一指标并不能直接反映青贮饲料营养价值的高低，需要从多个角度对指标进行综合分析。本试验通过隶属函数法对不同青贮处理进行综合分析，结果表明，A2处理饲用价值最高，其次为A3，主要因为藜麦麸皮本身含有较高粗蛋白、粗脂肪、淀粉、纤维等，在增加青贮料的发酵底物促进乳酸发酵的同时又因其丰富的营养成分而提高了青贮饲料的营养价值。这一结论与吕建敏等[12]、吴跃明等[13]及杨洁等[11]得出的麸皮与酶制剂同时使用时能较好地提高青贮饲料品质的结论趋于一致。