含水量和添加剂对饲用谷子青贮营养成分和发酵品质的影响

2022-05-25韩红燕赵启南贾淑萍张春华张永虎薛艳林

畜牧与饲料科学 2022年3期

韩红燕，赵启南，贾淑萍，张春华，张永虎，薛艳林，3，孙林，3，王超，3

（1.内蒙古大学/省部共建草原家畜生殖调控与繁育国家重点实验室，内蒙古呼和浩特 010070；2.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古呼和浩特 010031；3.牧草发酵饲料微生物资源开发与利用内蒙古自治区工程研究中心/内蒙古自治区青贮饲料微生物生态学重点实验室，内蒙古呼和浩特 010031）

谷子［Setaria itlica（L）P.Beauv］属于禾本科植物，可用作饲料和粮食［1］。内蒙古属于我国北方寒凉地区，很多地区年降雨量较少、积温低，玉米、小麦等作物不易丰产。由于谷子具有抗旱能力强、耐瘠薄等特点，而且生育期短，成为内蒙古一些地区的主要作物。内蒙古是我国重要的畜牧业生产基地，随着人们对肉、奶等动物源性食品消费水平的不断提高，牛羊等家畜饲养规模不断扩大，对饲料资源的需求不断增加。因此，内蒙古和河北坝上地区的农牧民自发种植谷子，生产饲草产品［2］。国家谷子高粱产业技术体系统计数据显示，内蒙古地区2020 年谷子种植面积达到21.048 万hm2，谷子在饲料体系中占有一定地位。

谷子于抽穗或乳熟前期刈割，柔嫩多汁，营养成分含量丰富，适口性和消化性都优于普通牧草，是草食家畜优质的饲草资源［3］。新鲜谷子水分含量较高，不易长期保存，一般加工成干草或者青贮饲料再利用。在干草的加工和贮存过程中，易受天气和存放环境的影响，导致品质下降或者发霉变质等，降低饲料的安全性。青贮技术在弥补青干草供应不足、改善饲草适口性、延长饲草保存期、提高饲草营养价值、减少饲草中寄生虫以及保障牲畜青饲料供应季节性平衡等方面具有优势［4-6］。研究表明，青贮调制过程中，刈割时期、水分含量、添加剂、粉碎长度等对青贮营养成分保存和发酵品质具有重要作用［7-8］。

原料水分含量是影响青贮品质的重要因素之一。当水分含量达到80%以上时，青贮容易发生丁酸发酵，造成营养物质损失，饲料适口性下降，而且水分含量高，干物质采食量太低，不能满足家畜生长的营养需要；再者就是容易发生排汁反应，造成营养物质的大量流失。因此，青贮加工时要求原料水分含量低一些［9］。郭天龙［10］研究表明，不使用添加剂、晾晒后甜菜叶青贮的干物质平均总损失13%～15%，相比之下，新鲜甜菜叶青贮的干物质损失17%～20%，而晾晒后再使用添加剂，青贮发酵效果更好。

糖蜜是制糖工业中产生的副产品，含有40%～46%的水溶性碳水化合物，主要成分为蔗糖［11］。在饲料发酵过程中糖蜜可以为乳酸菌提供更多的发酵底物，使其在发酵过程中迅速占据主导地位。目前，糖蜜已经作为一种绿色、安全的青贮发酵促进剂被广泛使用［12］。刘婷婷等［13］研究表明，谷子青贮中添加糖蜜（4%）和乳酸菌（1.5‰）可以改善发酵品质。

106 号和107 号饲用谷子是内蒙古地方培育品种，关于这2 种饲用谷子青贮加工技术还未见研究报道。添加4%的糖蜜在实际生产中成本较高。该研究采用降低原料水分、减少糖蜜添加量、添加糖蜜和乳酸菌混合制剂对106 号和107 号饲用谷子进行处理，探讨不同处理对2 种饲用谷子青贮营养成分和发酵品质的影响，以期为内蒙古地区饲用谷子青贮加工技术的开发与应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

糖蜜、植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum，L.plantarum，活菌数1011CFU/g）均为市售产品，饲用谷子106 号和107 号由内蒙古自治区农牧业科学院提供。主要仪器设备：粉碎机（FZ102，北京中兴伟业有限公司）；SQP 分析天平（Sarlorius，德国赛得利斯）；多功能食物搅拌机（澳柯玛，青岛）；pH计（PB-10Sartorius，上海摩速科学器材有限公司）；恒温干燥箱（DHG-9000，上海一恒科学仪器有限公司）；美吉斯真空封口机（PR4257，东莞市凯仕电器有限公司）；全自动凯式定氮仪（KT8000，FOSS 公司）；纤维分析仪（ANKOM A200，美国安卡姆）；高效液相色谱仪（SHI-MADZE-10A，日本岛津）等［14］。

1.2 试验方法

1.2.1 糖蜜和乳酸菌制剂的制备

按照糖蜜1.0%、植物乳杆菌2‰的添加比例，称取糖蜜10 g 和0.02 g 植物乳杆菌，加入10 mL蒸馏水充分溶解，于室温条件下活化2 h 备用［14］。

1.2.2 新鲜饲用谷子青贮的调制

2019 年5 月上旬种植于内蒙古自治区农牧业科学院试验地的106 号和107 号2 种谷子，于上浆期刈割，利用铡草机切为2～3 cm 的小段备用，添加糖蜜和乳酸菌制剂混合液作为试验组（ML），添加蒸馏水作为对照组（CK），混合均匀后，采用袋装青贮法，每个袋中装入300 g 原料抽真空密封，每个处理设置3 个重复，袋装青贮存放于20～30 ℃的房间，45 d 后开封取样。

1.2.3 预干饲用谷子青贮的调制

将刈割后的2 种饲用谷子置于水泥地面，10：00—16：00 晾晒6 h（每隔1 h 翻晾1 遍），切断粉碎为2～3 cm 的小段，调制对照组（CK）和试验组（ML）青贮饲料。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 原料和青贮常规营养成分含量测定

粗蛋白质（CP）含量采用全自动凯氏定氮仪测定，干物质（DM）含量采用烘干法测定；可溶性糖分（WSC）含量采用蒽酮—硫酸法测定［15］，酸性洗涤纤维（ADF）、中性洗涤纤维（NDF）及酸性木质素（ADL）含量采用ANKOM A200 纤维分析仪测定［14］。

1.3.2 青贮pH 值以及乳酸、挥发性脂肪酸含量测定

开袋后充分混匀青贮，称取20.0 g 青贮加入多功能食物搅拌机，再添加180.0 g 蒸馏水搅碎1 min，用双层纱布过滤后滤液再用12 号滤纸过滤，取滤液，用于测定青贮pH 值以及乳酸（LA）、乙酸（AA）、丙酸（PA）、丁酸（BA）含量，计算乳酸/乙酸（LA/AA）值。pH 计测定pH 值，乳酸和挥发性脂肪酸含量采用薛艳林等［16］报道的方法测定。

1.4 数据处理

采用SPSS 17.0 统计学软件进行双因素方差分析（Two-Way ANOVA），2 个因素互作显著时利用Duncan 氏法对各组进行多重比较，以P＜0.05为差异显著，P＜0.01 为差异极显著。试验数据采用“平均数±标准差”的形式表示。

2 结果与分析

2.1 谷子原料DM 和常规营养成分含量

106 号和107 号新鲜和预干谷子的DM 及营养成分含量测定结果见表1。由表1 可知，晾晒前后，2 种谷子的DM 含量分别由26.96%和32.39%提高到42.93%和52.59%；2 种谷子晾晒后的CP、WSC、ADF 和ADL 含量稍低于新鲜原料，而NDF含量差异不大。

表1 106 号和107 号饲用谷子原料的干物质以及常规营养成分含量（干物质基础）单位：%

2.2 谷子青贮DM 含量、常规营养成分含量、pH值和发酵产物

2.2.1 新鲜和预干青贮DM 含量、常规营养成分含量、pH 值和发酵产物

由表2 可知，106 号谷子预干处理后，DM 含量极显著（P＜0.01）升高，NDF 含量显著（P＜0.05）升高，而CP、ADF 和ADL 含量没有显著（P>0.05）变化；新鲜谷子青贮的pH 值（4.94）极显著（P＜0.01）低于预干谷子青贮（5.58）；新鲜谷子青贮的LA、AA 含量分别为20.13、22.83 g/kg DM，预干谷子青贮分别为14.97、8.59 g/kg DM，新鲜组极显著（P＜0.01）高于预干组；新鲜谷子和预干谷子青贮的LA/AA 值分别为0.89 和1.74，新鲜组极显著（P＜0.01）低于预干组；106 号谷子的所有青贮中均未检出PA 和BA。

由表3 可知，107 号谷子预干处理后，青贮DM 含量极显著（P＜0.01）升高，而CP、NDF、ADF和ADL 含量没有显著（P>0.05）变化；新鲜谷子和预干谷子青贮的pH 值分别为6.45 和6.78，新鲜组极显著（P＜0.01）低于预干组；新鲜谷子青贮的LA、AA 含量分别为4.18、12.09 g/kg DM，预干谷子青贮分别为1.60、4.33 g/kg DM，新鲜组极显著（P＜0.01）高于预干组；新鲜谷子和预干谷子青贮的LA/AA 值分别为0.35 和0.37，无显著（P>0.05）差异；107 号谷子的所有青贮中均未检出PA 和BA。

2.2.2 糖蜜和植物乳杆菌添加青贮的干物质和常规营养成分含量、pH 值及发酵产物

由表2 可知，106 号新鲜谷子青贮中，糖蜜和植物乳杆菌的添加，对于DM 含量没有显著（P>0.05）影响，而预干谷子青贮ML 组的DM 含量显著（P＜0.05）高于CK 组。新鲜谷子和预干谷子青贮中，ML 组的CP、NDF、ADF、ADL 含量与CK 组相比差异均不显著（P>0.05）；CK 组的pH 值分别为4.94 和5.58，而ML 组的pH 值分别为4.15 和5.41，CK 组极显著（P＜0.01）高于ML 组；CK 组的LA 含量分别为20.13、14.97 g/kg DM，ML 组分别为35.09、20.04 g/kg DM，CK 组极显著（P＜0.01）低于ML 组；CK 组的AA 含量分别为22.83、8.59 g/kg DM，ML 组分别为24.99、13.93 g/kg DM，预干谷子青贮CK 组显著（P＜0.05）低于ML 组；CK 组的LA/AA 值分别为0.89 和1.74，ML 组分别为1.40和1.44，新鲜谷子青贮CK 组极显著（P＜0.01）低于ML 组，预干谷子青贮CK 组极显著（P＜0.01）高于ML 组。

表2 106 号饲用谷子青贮的DM、常规营养成分含量以及发酵指标（干物质基础）

由表3 可知，107 号新鲜谷子和预干谷子青贮中，糖蜜和植物乳杆菌的添加，对于2 种青贮的DM、CP、NDF、ADF、ADL 含量均没有显著（P>0.05）影响。新鲜谷子和预干谷子青贮中，CK 组的pH 值分别为6.45 和6.78，ML 组分别为5.46 和6.14，2 种青贮的CK 组都极显著（P＜0.01）高于ML组；CK 组的LA 含量分别为4.18、1.60 g/kg DM，ML 组分别为13.50、6.17 g/kg DM，CK 组极显著（P＜0.01）低于ML 组；CK 组的AA 含量分别为12.09、4.33 g/kg DM，ML 组分别为11.60、9.30 g/kg DM，预干谷子青贮CK 组显著（P＜0.05）低于ML组，新鲜谷子青贮CK 组与ML 组无显著（P>0.05）差异；CK 组的LA/AA 值分别为0.35 和0.37，ML组分别为1.16 和0.67，CK 组极显著（P＜0.01）低于ML 组。

表3 107 号饲用谷子青贮的DM、常规营养成分含量以及发酵指标（干物质基础）

3 讨论

3.1 预干对饲用谷子青贮营养成分和发酵品质的影响

106 号谷子预干青贮的NDF 含量显著高于新鲜青贮。反刍家畜饲料中含有一定比例的NDF，能够调节瘤胃内环境，刺激瘤胃蠕动，提高饲料的消化吸收水平，以及提升生产性能［17］，因此，谷子预干后青贮对于提高家畜采食量、改善瘤胃内环境是否有作用，还需要观察验证。 106 号和107 号预干青贮中的CP 含量与新鲜青贮相比均有下降趋势，可能是在晾晒过程中，温度较高，蛋白性物质成分、酶等损失引起的［18］，这与李茂等［19］的研究结果一致；预干和新鲜青贮的ADF 和ADL 含量均无显著差异，说明预干处理对于青贮饲料营养成分的影响很小。

水分是所有生物活动的必要条件，原料的水分含量会影响青贮发酵速度和细菌数量。有研究认为，对原料进行预干处理，实现了可溶性碳水化合物和营养物质的浓缩，利于乳酸菌的增殖，促进乳酸发酵从而提高青贮发酵品质［20-21］。该试验中，预干的106 号和107 号谷子青贮pH 值极显著上升，LA 和AA 含量下降，与李茂等［20］、Kim等［22］、Manyawu 等［23］的研究结果一致。这可能是因为谷子原料预干后青贮中干物质含量增加，减少植物细胞液渗出，发酵底物也随之减少，抑制了乳酸发酵［10］；也可能是预干处理后，青贮中包括乳酸菌在内的细菌对低水分环境耐受力不足，微生物活性受到一定的抑制，导致LA 和AA 生成量较低。因为LA 和AA 是pH 值下降的主要原因［24］，该试验中2 个品种谷子预干组青贮均表现为较高的pH 值。另有研究表明，适宜青贮的牧草DM 含量是30%～40%［25］，而该试验中106 号和107 号饲用谷子预干后青贮的DM 含量分别是40%左右和50%左右，106 号谷子预干青贮pH 值低于107 号谷子，并且106 号谷子新鲜和预干青贮的DM 含量分别为30%左右和40%左右，新鲜谷子青贮的pH 值显著低于预干谷子，提示饲用谷子的DM 含量在30%～40%时青贮效果可能会更好。

3.2 糖蜜和植物乳杆菌混合添加对饲用谷子青贮发酵品质的影响

pH 值是评价青贮发酵品质的一项重要指标，一般认为青贮发酵品质越好，pH 值越低。在青贮调制过程中，pH 值的快速下降可以抑制有害微生物和植物酶的活性，从而抑制营养物质的损失。为了实现pH 值的快速下降，需要保证新鲜原料中乳酸菌的数量达到105～106CFU/g。而一般新鲜植物附着的乳酸菌数量在103～104CFU/g，因此，很多人在加工青贮时添加乳酸菌。刘辉等［26］、李君临等［27］、赵苗苗等［28］研究表明，乳酸菌制剂的添加，可以提高青贮发酵品质。可溶性糖（WSC）是青贮中乳酸菌增殖的基质，对于一些WSC 含量低的青贮材料，在调制青贮时补充添加一些WSC，可以提高发酵的基质物质含量，促进乳酸发酵。该试验中，添加糖蜜和植物乳酸菌混合制剂后，2 种谷子的新鲜和预干青贮pH 值极显著低于CK 组，说明糖蜜和植物乳杆菌的混合添加有利于谷子青贮pH 值的下降，这与刘婷婷等［13］和王超等［14］的研究结果一致。

青贮发酵产物中，LA、AA、PA 和BA 等的含量以及LA/AA 值是评价青贮发酵品质的重要指标。青贮的发酵分为同型发酵和异型发酵，同型发酵过程中WSC 都降解为LA，营养成分损失小；异型发酵过程中WSC 降解为LA、AA、酒精和CO2等，发生营养物质的损失，因此，在制作青贮时，人们更愿意添加促进同型发酵的乳酸菌，如植物乳杆菌和干酪乳杆菌等［14］，希望实现青贮的同型发酵。所以，判断青贮发酵品质时，LA 和AA 比例也成为一个标准［29］。该试验中添加糖蜜和植物乳杆菌混合制剂的106 号和107 号饲用谷子青贮中LA 含量极显著高于CK 组，pH 值极显著低于CK组，而且LA/AA 值均大于1，这与司华哲等［30］和关皓等［31］的研究结果一致，说明添加植物乳杆菌有助于促进同型发酵，利于生成LA，可以改善谷子青贮发酵品质。该试验中107 号新鲜谷子青贮CK组和ML 组的AA 含量无显著差异，说明糖蜜和植物乳杆菌的混合添加处理，在新鲜谷子青贮发酵过程中对抑制乙酸发酵的作用较弱。