番茄皮渣与高粱秸秆混贮的发酵品质、瘤胃降解率及有氧稳定性

2022-03-30王旭哲马春晖杜保军海拉提张凡凡

动物营养学报 2022年3期

王挺宋磊,2 王旭哲马春晖杜保军海拉提张凡凡*

(1.石河子大学动物科技学院，石河子832000；2.天康生物股份有限公司，乌鲁木齐830000；3.新疆维吾尔自治区畜牧总站，乌鲁木齐830000)

酿饲兼用型高粱是籽粒作为酿造原料，秸秆作为饲料用途的两用型新概念高粱[1-2]，然而其籽粒收获后，秸秆中仅含糖量高，其他营养物质含量较低，单独青饲或青贮难以满足家畜日常营养需求，因此选择适宜的原料与其混贮可有效弥补营养物质单一的缺陷。高粱秸秆与豆科牧草混贮可增加混贮体系底物浓度，降低pH及蛋白质损耗，提高干物质(DM)回收量及有氧稳定性[3-6]。此外，其与马铃薯茎叶[7]、作物秸秆[8]等诸多原料混贮均能显著改善发酵品质，而将高粱秸秆和番茄皮渣进行混贮是否能进一步改善发酵品质，目前尚不明确。番茄皮渣是番茄酱加工后产生的皮籽混合物，含糖量较低，但粗蛋白质(CP)含量高。以往研究表明，番茄皮渣代替苜蓿干草可显著提高绵羊的生产性能，改善瘤胃内环境[9]；促进肉牛生长，降低饲养成本[10-11]；提高育肥猪的平均日增重和肉品质[12]；提升肉兔胴体收益[13]。然而，番茄皮渣替代部分饲粮用量较小，无法将其饲用价值发挥到最大，因此诸多学者对番茄皮渣与不同原料混贮效果进行了大量探索。研究表明，番茄皮渣与棉籽壳(75∶25)混贮，可提升其感官品质及适口性[14]；与全株玉米(3∶7)混贮，可显著增加混贮体系的CP含量，减少发酵过程中有机物的损耗[15]；与玉米秸秆(6∶4)混贮，可改善牛奶品质，降低生产成本[16]；与小麦秸秆(9∶1)混贮，可调节混贮体系含水量，软化秸秆[17-18]。纵观以往研究发现，番茄皮渣与高粱秸秆均有各自优势，理论上将二者进行混贮，既可提高本地区番茄皮渣资源的利用率，还能丰富混贮体系内营养物质种类。鉴于此，本研究通过对番茄皮渣与高粱秸秆混贮后发酵品质、瘤胃降解率及有氧稳定性等的分析，明确最优混贮比例及含水量，为拓宽新型饲料途径、高效利用资源提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以新疆生产建设兵团第八师石河子市石河子大学牧草试验站(44°22′N，88°30′E，海拔420 m)种植的酿饲兼用型高粱平杂8号为试验材料，种植时间为2019年5月2日，条播，行距为40 cm，滴灌，生育期采用常规田间管理，定期除杂。收割时间为2019年9月26日，籽粒收获后，将高粱秸秆粉碎至1.5～2.0 cm的长度。番茄皮渣购自新疆泰昆饲料有限责任公司(新疆生产建设兵团第八师石河子市北泉镇)，购回检测黄曲霉毒素(6.22 μg/kg)和黄曲霉毒素B1(1.51 μg/kg)含量均未超过国家限量标准《饲料卫生标准》(GB 13078—2017)。试验材料营养品质概况见表1。

表1 番茄皮渣与高粱秸秆原料营养品质概况(干物质基础)

1.2 试验设计

试验采用真空袋法调制混合青贮，按照不同的番茄皮渣:高粱秸秆混贮比例(3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3)分为5个处理(T1、T2、T3、T4、T5)，含水量依次为67.85%、70.45%、73.31%、77.08%、81.22%，每个处理5个重复，每袋3 kg，实验室环境下(23～30 ℃)发酵90 d，90 d后开袋评定感官品质，测定营养品质、发酵品质、有氧暴露过程中第0、1、3、5、7、15天的pH及主要微生物数量变化。

瘤胃降解采用瘤胃瘘管尼龙袋法[19]。选用3只体重[(50.0±2.50) kg]相近、体形相似、生长状况良好的哈萨克羊，安装永久性瘤胃瘘管，正常饲喂1周(苜蓿干草及配合饲粮)。试验前采用番茄皮渣和高粱秸秆混贮预饲1周(每只羊每天饲喂0.2 kg精料，精料成分为玉米52%、麸皮24%、豆粕17%、尿素1.5%、食盐1%、碳酸氢钙2.5%、添加剂2%，混贮1.8 kg)，自由饮水。试验开始后将各混贮处理样品干燥(65 ℃)至恒定过筛(40目)，精确称取3.00 g样品放入尼龙袋中(孔径40～50 μm，尺寸6 cm×9 cm)，每只羊均做3次平行，于晨饲前(08:00)进行投放，共设置2个时间点(12、24 h)，到达相应时间后将尼龙袋取出迅速洗净，待测。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 营养品质的测定

营养品质指标包含DM、CP、中性洗涤纤维(neutral detergent fiber，NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber，ADF)、水溶性碳水化合物(water-soluble carbohydrates，WSC)含量，均使用国标法[20]测定。采用烘干法测定DM含量，采用凯氏定氮法测定CP含量，采用范式纤维洗涤法(Van Soest)测定NDF、ADF含量，采用蒽酮-硫酸比色法测定WSC含量。

1.3.2 发酵品质的测定

感官评定按照《青贮饲料的合理调制与质量评定标准》，主要观察色泽、气味和质地[21]。发酵品质指标包含pH及氨态氮(NH3-N)、乳酸(lactic acid，LA)、乙酸(acetic acid，AA)、丙酸(propionic acid，PA)、丁酸(butyric acid，BA)含量。采用酸度计测定pH，采用苯酚-次氯酸钠比色法测定NH3-N含量[22]，采用高效液相色谱法测定LA、AA、PA、BA的含量[23]。

1.3.3 瘤胃降解率的测定

瘤胃降解率主要测定干物质降解率(dry matter degradation，DMD)、中性洗涤纤维降解率(neutral detergent fiber degradation，NDFD)、酸性洗涤纤维降解率(acid detergent fiber degradation，ADFD)、有机物降解率(organic matter degradation，OMD)、DMD、NDFD、ADFD的测定方法与DM、NDF、ADF含量的测定方法一致。采用灰化法测定OMD[OMD(%)=1-粗灰分(%)]。

1.3.4 有氧暴露过程pH及主要微生物数量的测定

测定pH及乳酸菌(lactic acid bacteria，LAB)、酵母菌(yeast)和霉菌(mold)数量。微生物数量采用平板计数法[24]，将20 g混贮置于180 mL灭菌水，37 ℃下培养30 min，稀释梯度为105、106、107，每个梯度3个重复，使用MRS培养基培养LAB，平板计数琼脂培养基(PCA)培养酵母菌，高盐察氏培养基培养霉菌，于37 ℃恒温培养箱中培养36 h后计数。

1.4 数据处理

使用Excel 2019对所得数据进行整理，使用SPSS 22.0软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)，采用Duncan氏法进行多重比较。P<0.05为差异显著。

1.4.1 瘤胃降解率的计算

各指标瘤胃降解率计算公式[25]如下：

Dx=[(MA-MB)/MA]×100。

式中：Dx为待测样品某成分的瘤胃降解率(%)；MA为待测样品某成分含量(g)；MB为过瘤胃残留物中某成分含量(g)。

1.4.2 隶属函数分析

选择18项核心指标(pH，DM、CP、WSC、NDF、ADF、LA、AA、PA、BA含量，NH3-N/TN，LAB、酵母菌、霉菌数量，24 h DMD、24 h NDFD、24 h ADFD和24 h OMD)进行隶属函数分析，其中DM、WSC、CP含量，LA、LAB数量，24 h DMD、24 h NDFD、24 h ADFD和24 h OMD为正向指标，pH，NDF、ADF、AA、PA、BA含量，NH3-N/TN，酵母菌和霉菌数量为负向指标，得出各指标的隶属度，从而计算各混贮处理的总隶属度，以总隶属度的数值大小为依据对各混贮处理的综合价值进行排序(总隶属度数值越大，综合价值越高)。计算公式[26]如下：

Ux正=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)；
Ux负=1-Ux正；
Ux总=Ux正+Ux负。

式中：Ux正为各混贮处理中某一正向指标的隶属度；X为该指标的检测结果；Xmin为各混贮处理中该指标的最小值；Xmax为各混贮处理中该指标的最大值；Ux负为某一负向指标的隶属度；Ux总为各混贮处理的总隶属度，即各混贮处理所有正向指标的隶属度与所有负向指标的隶属度之和。

2 结果与分析

2.1 番茄皮渣与高粱秸秆混合青贮感官评定

通过对番茄皮渣与高粱秸秆混贮发酵90 d开袋时感官评定，结果表明，除T5处理为黄褐色，其他处理均为黄绿色。除T5处理有轻微丁酸气味以外，其他处理均为乳酸气味；其中T1、T2处理酸味浓郁，T3、T4处理酸味中等，T5处理仅有轻微酸味。T1、T2及T3处理松散不黏手，无霉变，T4处理轻微黏手，无霉变，T5处理轻微黏手，轻微霉变。感官综合评定，T1、T2处理优等，T3、T4处理良好，T5处理一般(表2)。

表2 番茄皮渣与高粱秸秆混合青贮的感官评定

2.2 番茄皮渣与高粱秸秆混贮的营养品质及发酵品质

通过对番茄皮渣与高粱秸秆混贮营养指标与发酵品质的分析，结果表明，随着番茄皮渣添加量的不断增加，混贮体系的DM、WSC、CP及LA含量不断减少，NDF、ADF、AA、PA、BA含量及NH3-N/TN不断增加，pH不断升高。T1处理的DM、WSC、CP及LA含量显著高于其他处理(P<0.05)；T1、T2处理的pH，NH3-N/TN及NDF、ADF、PA、BA、AA含量显著低于其他处理(P<0.05)(表3)。

表3 番茄皮渣与高粱秸秆混贮的营养品质及发酵品质

2.3 番茄皮渣与高粱秸秆混贮有氧暴露过程中pH和主要微生物数量变化

通过对番茄皮渣与高粱秸秆混贮有氧暴露过程中pH和主要微生物数量变化的分析，结果表明，随着有氧暴露时间的延长，混贮体系的pH不断升高，LAB数量不断减少，酵母菌及霉菌数量不断增加。T1、T2处理的pH始终显著低于其他处理(P<0.05)，LAB数量始终显著高于其他处理(P<0.05)，酵母菌数量始终显著低于其他处理(P<0.05)；霉菌数量始终显著低于其他处理(P<0.05)，且有氧暴露3 d内，T1、T2处理霉菌数量均低于2 lg(CFU/g) FM(表4)。

表4 番茄皮渣与高粱秸秆混贮有氧暴露过程中pH和主要微生物数量变化

2.4 番茄皮渣与高粱秸秆混贮的瘤胃降解率

通过对番茄皮渣与高粱秸秆混贮瘤胃降解率的分析，结果表明，随着瘤胃降解时间的延长，混贮体系的DMD、NDFD、ADFD及OMD不断升高。瘤胃降解12 h时，T1、T2处理的DMD、NDFD显著高于其他处理(P<0.05)，T2处理的ADFD、OMD显著高于其他处理(P<0.05)；瘤胃降解24 h时，T1、T2处理的DMD、OMD显著高于其他处理(P<0.05)，T1处理的NDFD显著高于其他处理(P<0.05)，T2处理的ADFD显著高于其他处理(P<0.05)(表5)。

表5 番茄皮渣与高粱秸秆混贮的瘤胃降解率

2.5 番茄皮渣与高粱秸秆混贮的隶属函数分析及综合价值排序

将番茄皮渣与高粱秸秆混贮的18项核心指标进行隶属函数分析，结果表明，各混贮处理综合价值排序为：T1处理(17.77)>T2处理(16.11)>T3处理(9.36)>T4处理(5.00)>T5处理(0.03)。即当番茄皮渣添加量为30%(番茄皮渣∶高粱=3∶7，水分含量67.85%)，番茄皮渣与高粱秸秆混贮的综合价值最高(表6)。

3 讨论

3.1 番茄皮渣与高粱秸秆混贮的营养品质及发酵品质

青贮发酵是一个复杂的动态体系，伴随着各类物质的转化和积累，营养品质和发酵品质是评价青贮饲用价值的重要指标[27-28]。本研究中，当番茄皮渣添加量为30%，番茄皮渣与高粱秸秆混贮的营养品质最优，表明此时混贮体系中的营养结构及含水量达到最适发酵基础，能够保证发酵正常进行，这与紫花苜蓿与高粱秸秆混贮的研究结果[3]相似，而与该研究不同的是，本研究中较高的DM含量(即较优的水分含量)可有效减少有害微生物的活动，更利于营养物质的保存[29]。针对LA及AA含量的分析也表现出相似的规律，当番茄皮渣添加量在30%～40%，混贮体系能为LAB繁殖提供良好的底物环境，进而产生适量LA和AA，不仅能够确保发酵体系酸度的降低，且可维持混贮体系的有氧稳定性[30]。当番茄皮渣添加量大于50%，混贮体系的CP、WSC等营养物质含量显著降低，其主要由于混贮体系的水分含量过高，潮湿的发酵环境导致丁酸梭菌(Clostridiumbutyricum)等腐败菌大量繁殖，竞争性抑制LAB的活动，阻碍正常发酵，其代谢产物还会影响发酵品质，进而危害动物身体机能，影响生产性能[17，31]。此外，随着番茄皮渣添加量的不断增加，各混贮处理NDF及ADF的含量呈上升趋势，其主要为番茄皮渣纤维含量高于高粱秸秆所致。

3.2 番茄皮渣与高粱秸秆混贮有氧暴露过程中pH和微生物数量变化规律

青贮饲料在有氧条件下滋生大量微生物，导致青贮品质发生明显变化，青贮体系的pH、LAB、酵母菌及霉菌数量变化可直接反映青贮饲料的有氧稳定性[26,32-33]，其中LAB是维持青贮环境稳定的关键微生物[34]，酵母菌及霉菌是引起青贮变质的主要微生物[35]。本研究发现，随着有氧暴露时间的延长，当番茄皮渣添加量为30%～40%，混贮体系pH更低，LAB含量较其他混贮处理相比始终维持在较优水平，有效抑制了酵母菌及霉菌的生长，其中在有氧暴露3 d内，LAB数量虽有小幅度变化，但仍能使pH(4.20)维持在优质青贮的范围以内，同时能够有效抑制霉菌和酵母菌繁殖；而在有氧暴露3 d后，酵母菌及霉菌数量明显增加，其主要由于开袋后，一方面发酵环境发生了较大变化(厌氧转变成好氧)，另一方面大量发酵底物的营养为各类微生物的繁殖创造了便利条件，使得混贮发生一定程度的二次发酵[36]。

3.3 番茄皮渣与高粱秸秆混贮的瘤胃降解率

瘤胃半体外消化是衡量饲料消化利用效率的主要方法，直接反映瘤胃微生物对饲料的降解程度[32]。DMD是影响反刍动物DM采食量的重要因素。本研究中，瘤胃降解24 h后，当番茄皮渣添加量为30%～40%时，混贮体系内高水平的DM含量有助于刺激瘤胃蠕动，促进瘤胃降解，从而提升混贮的DMD[37]。随着番茄皮渣添加量不断增加，混贮体系的DMD呈下降趋势，说明高水平的番茄皮渣不利于瘤胃降解。NDFD和ADFD是用于衡量结构性碳水化合物分解程度的关键指标[38]，其分析结果同样说明，番茄皮渣添加量高于40%后，混贮体系的NDFD及ADFD不断降低，其可能是由于混贮体系的木质素含量随番茄皮渣添加量的上升不断增加，瘤胃微生物降解木质素的能力较低，从而制约了反刍家畜对粗纤维的降解效率[39]。OMD可用于衡量饲料总利用率，本研究中，番茄皮渣添加量为30%～40%时，混贮饲料发酵良好，利于消化，因此OMD较高；而当番茄皮渣添加量高于40%后，由于含水量及营养结构的不均衡，混贮发酵过程中大量有机物流失，体系内总有机物比例降低，进而造成OMD的降低。