高寒地区燕麦青贮发酵影响因素的研究进展

2022-07-13段娜宁王伟魏晓丽徐成体

青海畜牧兽医杂志 2022年2期

段娜宁，王伟，魏晓丽，徐成体

(1.青海大学农牧学院，西宁 810016； 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。青贮技术因其营养好、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]，在青海的一年生人工草地种植面积中占70%左右。粮改饲项目实施后，燕麦青贮逐渐成为研究热点[2]。高寒地区因青贮技术研究开始较晚，特别是针对燕麦青贮技术系统性的研究较少，本文对高寒地区燕麦青贮技术进行归纳总结，为高寒地区的燕麦青贮技术提供理论基础[3,4]。

1 青贮的原理

青贮是一个复杂的过程，这个过程中包含微生物活动与化学变化的过程，在此过程中，青贮原料中的乳酸菌会大量的繁殖，原料中的可溶性糖变成乳酸，当原料中乳酸量积累到一定程度，不利于青贮的微生物的生长就会被抑制，从而延长饲料的贮藏时间[5]，该过程中，乳酸菌在发酵之后会产生大量的乳酸、乙醇和二氧化碳等，以保证青贮的效果[6]。现阶段在高寒地区，常用作青贮的人工饲草主要有燕麦、玉米、小黑麦等，其中燕麦约占40%、小黑麦占20%、玉米占15%，其他饲草如苜蓿、甜高粱等占比25%(图1)。

图1 高寒地区常用青贮牧草种类

2 燕麦青贮过程的影响因素

2.1 青贮原料含水量对燕麦青贮品质的影响

燕麦青贮发酵受到多种因素的影响，含水量是影响青贮品质的重要因素之一，含水量过高或过低都不利于青贮发酵。刘秦华等[7]研究报道，燕麦青贮含水量太高会使营养成分外渗，甚至引起霉变，从而导致大量损失，使青贮成功率降低。万里强等[8,9]研究发现，含水量太低不仅使燕麦中的营养物质大量流失，而且不利于压实，使其中存有空气，进而引起霉变。Touqir等[10]的研究认为，当青贮原料中含水量较高时，有大量的梭菌不断繁殖，丁酸和氨态氮等一些有害物质也会大量生成，而当含水量较低时，厌氧微生物的生长得到了抑制，进而降低了糖分向有机酸转化的能力和速度。Weinberg等[11]研究认为青贮原料含水量较低时，对乳酸菌等微生物活性的抑制作用有了明显提升，从而导致青贮无法快速达到稳定状态，进而影响了青贮质量。

一般含水量在50%～75%皆可进行燕麦青贮，但不同地区因气候、海拔等差异，所以最适宜的青贮含水量也有不同。张一为、李向林等[12-16]在天津等地通过含水量对燕麦青贮品质的影响研究发现，青贮原料的含水量在65%～70%为宜。白春生等[17]在内蒙地区通过研究贮藏时间及低含水量下裹包层数对苜蓿青贮品质的影响后报道，调制裹包青贮时,青贮原料适宜含水区间为50%～65%，当含水量降至 20%～50%时，因青贮原料物理特性，裹包后难于保持气密性，易发霉。李蕾蕾[18]等在青南牧区开展的研究表明，有利于乳酸菌繁殖的原料含水量为65%～70%，但在海拔高度超过3 500 m的高寒牧区反而容易导致青贮包内结冰，使乳酸菌的活性受到抑制，而50%～60%的燕麦草原料含水量的乳酸菌活性优于60%～70%时。因此，在燕麦草青贮过程中，不同地区的原料含水量要根据实际情况选择较合适的范围才能提高青贮成功率。

程云辉[19]报道，含水量的控制需要通过晾晒来实现，但在晾晒过程中，植物呼吸作用增强、WSC含量降低，发酵底物量减少、蛋白质分解酶活性升高、大量的蛋白质被分解成游离的氨基酸，会影响青贮饲料发酵品质。关皓、王益[20,21]等研究表明，在水分调节过程中，若原料含水量过高，应晾晒或添加低水分的原料进行调制，若原料含水量不足，则采用喷水的方法进行调整。

2.2 原料密度对燕麦青贮品质的影响

青贮密度是干物质保存的重要参数之一，可直接影响有机物质的氧化。密度越高则空隙率越低，混入空气越少，青贮过程中氧气流动就越缓慢，能够有效促进乳酸菌发酵和酶消化率，减少有氧腐败带来的糖损失，还能够提高料仓容量利用率[22]。李海、Muck RE[23,24]在内蒙古天然草原进行了天然牧草青贮研究后报道，将青贮密度控制在350～400 kg·m-3范围内，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。Cheng X等[25]研究表明，大规模青贮制作时青贮密度需要机械压实，且比较耗时，会在一定程度增加青贮成本。

理论上，压实密度越高越有益于青贮，因为可以最大限度的排除空气，创造厌氧环境，减小营养损失，从而提高青贮饲料品质，青贮密度一般的经验数据为600 kg·m-3,但在高寒地区最适宜燕麦青贮的压实密度还不确定。在青贮时若达不到合理密度，可利用纤维素酶等酶制剂使青贮快速形成发酵所需的厌氧坏境。

2.3 青贮温度对燕麦青贮品质的影响

温度也是影响燕麦青贮品质的重要因素，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于燕麦青贮发酵的进行[26]。

Prochnow等[27,28]研究表明，通常燕麦青贮最适青贮温度为 25 ℃～30 ℃，高于37 ℃有损青贮饲料的保存，会导致品质下降，有氧稳定性降低，梭菌发酵以及热损伤导致碳水化合物和蛋白质等营养物质降解等一系列问题。Hirakubo T等[29-31]研究表明，温度过低也不利于发酵的进行，在低温发酵条件下，发酵速度远远低于高温发酵，青贮产生乳酸不足，致使发酵品质不佳。

青贮发酵是多种因素共同作用的结果，刘博群等[32]研究表明，在同一温度下，不同含水量的青贮品质差异较大，因此，合适的发酵条件除考虑温度外，需兼顾多种因素影响。高温或者低温条件下需要对发酵进行干预，比如添加相应的目的乳酸菌发酵剂。

2.4 添加剂在燕麦青贮中的作用与影响

青贮添加剂对改善青贮饲料品质具有显著作用，青贮添加剂主要有营养型添加剂、化学防腐型添加剂(或发酵抑制型添加剂)和发酵促进型添加剂3种类型。营养型添加剂主要物质有糖蜜、葡萄糖、乳糖、尿素等；化学防腐型添加剂主要物质有盐酸、硫酸、甲酸等；发酵促进型添加剂主要物质有以乳酸菌为主的菌类微生物和纤维素酶等各种酶制剂。乳酸菌、纤维素酶、甲酸等是目前最常用的青贮添加剂[33-35]。

2.4.1乳酸菌乳酸菌可以在发酵初期为青贮饲料提供充足的乳酸菌种，使青贮料快速进入到乳酸发酵阶段，进而使pH值快速下降，减少梭菌、腐败菌的发酵，降低蛋白质的损耗，对于生产优质青贮饲料意义重大。关于添加乳酸菌制剂对青贮饲料营养价值和发酵品质影响的报道较多，乳酸菌接种对青贮饲料品质的影响结论不一致[36-38]。热杰等[39]按0.005 g·kg-1添加量对燕麦添加乳酸菌青贮，结果添加乳酸菌的青贮组气味、色泽及手感好于对照组，干物质、粗蛋白含量上升，酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量下降，乳酸含量增加显著，并显著减少青贮料氨态氮含量，从而获得优质的燕麦青贮料。王昆昆等[40]在青贮时分别加入0.0025%和0.005%两种浓度的乳酸菌制剂，结果表明添加剂对青贮料的品质影响显著且结果有差异。万里强等[41]在苜蓿中添加乳酸菌粉剂获得了良好的青贮饲料，和对照组相比，添加剂组在粗蛋白含量、乳酸含量等指标上均有一定的优势。

2.4.2纤维素酶纤维素酶属于细胞壁降解酶的一种，它作为添加剂在青贮中的应用较为广泛，十九世纪五六十年代就开始在青贮中添加纤维素酶来提高青贮饲料的营养价值和品质。添加纤维素酶主要作用是创造适合乳酸菌生长的厌氧环境，因为纤维素酶中含有较多氧化还原酶成分，这些氧化还原酶进行生化反应时需要消耗大量氧气，从而创造出更适合青贮发酵的厌氧环境[42,44]。侯殿明等[45]在构树叶青贮中加入纤维素酶，获得了优质的青贮料，其中青贮料的粗纤维含量和pH值显著降低，乳酸生成量和可溶性糖含量增加。杨富裕等[46]在黑麦草青贮试验中加入纤维素酶作为青贮添加剂，在30 d后对青贮料进行试验分析，和对照组相比，添加纤维素酶组青贮料的pH值、氨态氮含量、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量降低，而乳酸含量显著升高，可溶性糖含量也得到提高。史占全[47]在研究添加剂对燕麦-箭筈豌豆青贮的影响时，用0.12%、0.16%、0.20% 3个浓度的纤维素复合酶对混合青贮料进行处理，在青贮的不同阶段对其营养价值进行测定，结果表明，纤维素复合酶添加量为0.20%时，混合青贮料在不同青贮阶段(3 d、10 d、21 d)纤维素类物质的降解程度均表现最好。

但不同的酶对底物有一定的专一性，对不同的饲料作物的作用效果存在差异，而且酶对内环境的要求很高，没有达到合适的温度和pH值，不能满足纤维素酶发挥作用的条件，可能就发挥不了应有的作用。

2.4.3甲酸的研究现状甲酸又名蚁酸，作为一种青贮添加剂在国内外被广泛使用，尤其在北欧挪威、英国等国家，甲酸发挥着重要的作用。它不同于硫酸、盐酸等污染环境的强腐蚀性无机酸，甲酸属强的有机酸，具有较强的还原力，在青贮中作为添加剂效果较好[48-50]。许庆芳等[54]研究表明，添加甲酸的主要作用是利用甲酸的强酸性提高酸化效果，在青贮发酵初期快速减低青贮料的pH值，为乳酸菌等有益菌的发酵提供良好的生存环境。Nonaka K等[51]研究表明，甲酸的强酸性还可以抑制植物呼吸和发酵过程中不良微生物的发酵作用。Kaiser E[52]研究表明，甲酸的使用可以通过抑制梭菌和大肠杆菌等不良微生物的发酵作用，减少青贮饲料蛋白的分解，降低蛋白损失率，产生较少的氨态氮。朱慧森、董宽虎等[53]在苜蓿青贮中加入甲酸作为添加剂，结果表明5.5 mL·kg-1和6.0 mL·kg-1的甲酸对获得良好青贮料效果显著，这两个浓度的甲酸添加剂均能抑制青贮的自然发酵过程，所测得的乳酸含量显著低于对照。杨富裕等[54]在草木樨青贮中添加4.0 mL·kg-1的甲酸，发现青贮料的可溶性糖含量较多，可溶性碳水化合物得以保存，并降低了青贮料的氨态氮含量。朱慧森、董宽虎研究不同青贮添加剂对苜蓿青贮品质的影响时发现，紫花苜蓿添加甲酸(6.0 mL·kg-1)处理后青贮效果仅次于蔗糖(30 g·kg-1)。

大量的研究表明添加甲酸可使青贮发酵品质一定程度上得以改善，但也有一些研究发现它并不能很好的改善青贮品质，余国辉[54-56]研究表明甲酸对青贮饲料的发酵品质并没有明显的改善作用。