高湿玉米青贮制作关键点分析

戴志翔， 李 征， 廖晨星， 胡婷婷， 梁 怡，赵 茜， 李 杨， 窦金焕， 郭凯军*

（1.北京农学院动物科学技术学院，北京 102206；2.北京市饲料监察所，北京 100029；3.北京三元种业科技股份有限公司，北京大兴 100029）

玉米作为畜牧业的主要饲料原料之一，广泛运用于各种家畜的生产中。刚收割的玉米水分含量较高，但一般干贮玉米的安全水分要求在14%以下（赵旭等，2020）。Abdoli等（2018）报道，使谷物干燥到含水量14%以下时，高温干燥过程消耗的大量能量显著增加了与饲料制备相关的成本。如果保存不当，玉米还容易发霉变质，家畜食用后会产生中毒现象。因此急需找到一种解决干贮玉米保存的替代方案。

高湿玉米（high-moisture corn）青贮，是指当玉米籽实含水量为28%～33%时收获并在密闭环境中进行处理保存，从而生产出高淀粉能量饲料的技术（Canizares，2011）。根据所含玉米成分的不同，可以将高湿玉米青贮划分为纯籽实青贮、含轴青贮和含轴带苞叶青贮三种。玉米籽粒在密闭环境中经过轻度厌氧发酵产生少量有机酸，可以抑制霉菌和细菌的繁殖，防止玉米籽粒变质发霉（杨胜，1987）。自20世纪50年代以来，谷物湿贮的方法已在欧美等大多数国家广泛推广，被公认是长时间保存饲料的一种有效方法。我国东北长期存在玉米收获水分过高而烘晒条件又不足的矛盾。20世纪90年代，我国技术人员在东北地区开始引进该项技术，储藏试验也取得成功（刘瑞征，1992）。但是该项技术并未在我国大面积推广，因为高湿玉米青贮对基础设施及密封条件要求严格，密封不严易导致青贮腐败变质，并且对收获时间和原料处理也有较高的要求。所以本文以收获时间、籽粒破碎和青贮添加剂的使用这三个方面作为关键点对高湿玉米青贮的制作进行分析，为该技术在我国的广泛推广奠定基础。

1 收获时间

当玉米籽粒顶端的黑色离层形成、籽粒中的淀粉停止积累及水分含量开始下降，即玉米达到生理成熟时收获（荷斯坦奶农俱乐部网，2018）。在此过程中要注意玉米籽粒的含水量，收获太早籽粒太湿，不但会影响发酵质量，并且玉米成熟度不够，也会影响其营养物质的含量（如淀粉含量低、糖分高等），从而在收割及存贮过程中造成巨大的能量损失。另一方面，收获期过晚，受气候条件影响，营养物质不能继续产生，水分开始流失，导致玉米产量和品质降低。而且籽粒太干也会增加压窖及发酵难度。不同原料类型的高湿玉米青贮制作，也导致了收获目的和收获时间的不同。

焦蓓蕾等（2019）报道，高湿玉米籽粒青贮的原料收获时水分一般控制在28%～32%。研究表明，当黑色离层开始出现后，玉米籽粒的水分含量一般为25%～40%，平均水分含量大约30%，具体含水量还要根据当地实际情况进行把握，最好在接近收获期时进行连续的水分含量检测。在推荐含水量范围内收获，可以提高收获效率，增加产量，降低玉米穗加工难度，并且在推荐范围内收获的玉米轴的消化率较高。

2 籽粒破碎

高湿玉米青贮作为一种储存饲料的方法，在压窖或裹包密封前，要进行籽粒破碎。一是完整的玉米籽粒有种皮包裹，影响青贮的发酵进程，使青贮时间延长，并且容易导致青贮腐败；二是高湿玉米青贮是一种提高玉米籽粒淀粉消化率的饲料储存方法（Ferraretto等，2013）。淀粉是瘤胃微生物发酵能量的重要来源（Koenig等，2003）。将种皮及籽粒破碎成颗粒后，瘤胃微生物可以更大范围地接触到玉米籽粒中的淀粉，从而提高玉米籽粒淀粉的利用率，未破碎的籽粒很难被瘤胃微生物消化，会造成大量营养物质的损失（苏强，2019）。

高湿玉米含轴青贮是由于玉米轴包含的结构组分较多，与高湿玉米籽粒相比，压窖难度稍大，因此标准统一的破碎加工流程对该类青贮的成功制作非常关键。青贮玉米原料的籽粒破碎程度与奶牛的采食量和消化率密切相关，一般要求籽粒破碎率达到90%以上 （王景山等，2018）。Ferraretto和Shaver（2012）在对2000—2011年间发表的24篇文章中的106种青贮处理方法的数据与奶牛的生产性能进行了荟萃分析，当全株玉米青贮的玉米籽粒加工破碎为1～3 mm和4～8 mm时，与未加工的玉米籽粒相比，加工为1～3 mm的饲粮淀粉消化率增加，奶牛的产奶量提高。孔庆斌和张晓明（2017）的研究结果显示，当高湿玉米籽粒的破碎度为1～4 mm时，玉米籽粒的淀粉消化率最高。在合理粒度范围内，青贮原料的干物质含量越高则粉碎的越细，干物质含量越低则应适当增加粉碎粒度。

3 青贮添加剂的使用

青贮添加剂一般包含有机酸及其盐类、酶类、乳酸菌类、非乳酸菌类及复合添加剂类等。这些青贮添加剂可以促进乳酸菌的发酵，改善牲畜健康，增加青贮的有氧稳定性，抑制腐败菌的增殖，并能提高青贮饲料的营养价值（Muck等，2018）。目前，有机酸及其盐类和乳酸菌类添加剂是应用较广泛的青贮添加剂（Li等，2019）。

对于大多数家畜而言，玉米是重要的饲料来源，而玉米青贮是一种重要的饲料储存加工方式。但是青贮的发酵过程难以控制，尤其是在开窖使用时，青贮饲料的好氧性腐败是由开封后青贮原料原本附着的酵母菌、丝状菌和好氧性细菌在有氧的条件下发酵青贮饲料中的碳水化合物、含氮化合物所造成的（张增欣和邵涛，2006）。酵母菌等需氧微生物大量繁殖影响青贮的整体发酵过程，降低全株玉米青贮的品质（尉小罗等，2018）。并且因为提前收获的玉米籽粒含水量较高，含糖量相对较低，导致高湿玉米青贮发酵速度较慢，尤其是当环境温度较高时，高湿玉米青贮的有氧稳定性较差（Kung等，2004）。为了确保青贮高质量发酵，保持饲喂阶段青贮质量的有氧稳定性，在青贮过程中采用青贮添加剂是非常有必要的。合适的青贮添加剂可以使青贮温度降低，即使在一年中较热的阶段，也可使饲料在青贮窖中保存很长时间。

3.1 有机酸及其盐类Zheng等（2009）认为，较高的含水量可能有利于化学处理 （酸化或碱化），因为其会促进药剂扩散和产品释放。青贮中氨态氮的含量是评价青贮蛋白质水解程度的常用指标，反映了氨基酸或肽脱氨作用的严重程度，这种脱氨作用主要是由微生物引起的（Li等，2018），这通常会降低饲料的营养价值和青贮的品质 （Phuntsok等，1998）。布氏乳杆菌虽然可以将乳酸转化为乙酸，产生良好的抗真菌效果，但是其增殖速度慢，乳酸转化为乙酸的过程通常不会发生在青贮的早期阶段（Schmidt等，2009）， 约50～60 d以上才能在高水分玉米青贮中产生明显的效果 （Taylor和Kung，2002）。各种具有抗真菌效果的有机酸及其盐类（Sebastian等，1996）和氨水（Diaz等，2013）可以极大地改善高水分玉米青贮早期的有氧稳定性。

Nsereko和Rooke（2000）的研究发现，甲酸和甲酸与甲醛的混合物能有效降低多年生黑麦草青贮饲料中可溶性非蛋白氮和氨氮的浓度。甲酸、乙酸及丙酸等有机酸能够直接酸化青贮饲料，使青贮的pH迅速降低，抑制好氧微生物的活力和有害微生物的增殖，防止青贮饲料的腐败和利于保存青贮饲料的营养价值（陈勇等，2018）。苯甲酸、山梨酸及其盐类可抑制青贮中梭菌和酵母菌的生长，降低pH及氨态氮和丁酸浓度，提升青贮发酵品质（Keles和Demirci，2011）。王亚芳等（2020）的试验表明，有机酸盐组和有机酸组氨态氮含量较不添加任何青贮添加剂的对照组显著降低。Silva等（2015）研究结果也表明，有机酸及其盐对青贮饲料蛋白质具有较强的保护能力，与未处理的对照组相比，用添加剂处理的高湿玉米青贮在21 d和90 d后的乙醇浓度显著降低。李晓红等（2018）测定了有机酸盐不同复配比对牧草青贮发酵有害菌的抑制效果，结果表明双乙酸钠处理显著抑制了大肠杆菌、青霉菌和酵母菌3种有害菌的生长。

3.2 乳酸菌添加剂 在田间自然干燥玉米籽粒可能会对原料上附着的微生物群造成伤害，降低乳酸菌的比例（Carvalho等，2015）。自然状态下乳酸菌一般附着在青贮原料的表面上，是促进青贮饲料发酵的主要微生物种群，只有当其数量≥105cfu/g青贮原料鲜重时，才能制作出优质的青贮饲料（孙茜等，2020）。一般自然干燥的玉米青贮原料中的乳酸菌含量低于105cfu/g，所以添加含有乳酸菌为主的微生物添加剂能够有效提升高湿玉米青贮的发酵速度和品质（Cai，1994；Lin等，1992），抑制不良微生物的繁殖（辛亚芬等，2021）。乳酸菌按照代谢己糖（如葡萄糖）产物的不同可划分为两种发酵型，其中，代谢只产生乳酸的菌株为同型发酵乳酸菌，而产生多种产物的菌株为异型发酵乳酸菌。

3.2.1 同型发酵乳酸菌添加剂 植物自身附着的乳酸菌主要为异型发酵型乳酸菌，因此，添加含有能够快速降低pH的同型发酵乳酸菌的发酵剂有利于青贮发酵的快速启动 （Torriani等，1992）。Buxton等（2003）研究发现，使用同型发酵乳酸菌通常能够加快发酵速度，减少蛋白质降解，提高乳酸含量，降低乙酸、丁酸、乙醇含量，青贮饲料的能量和干物质的理论回收率分别达到100%和99%。植物乳杆菌是目前最常用的一种同型发酵乳酸菌（Muck，2010）。Filya（2003）研究发现，在青贮发酵的前期接种植物乳杆菌可以加快青贮的pH下降和加速乳酸的积累。Fellner等（2001）试验表明，使用含有植物乳杆菌等同型发酵乳酸菌的高湿玉米青贮的pH和乙酸浓度显著低于对照组。但是同型发酵乳酸菌会降低青贮饲料的有氧稳定性，导致饲喂时青贮饲料的有氧降解增加（Mceniry等，2007）。

3.2.2 异型发酵乳酸菌添加剂 使用含有异型发酵乳酸菌的接种剂，如布氏乳杆菌，能提高高湿玉米青贮的有氧稳定性（Basso等，2012）。Rooke和Hatfield（2003）观察到，在高湿玉米青贮中添加异型乳酸菌添加剂可以使丁酸和丙酸等梭菌的典型代谢物浓度处于较低的水平，表明高湿玉米青贮中不良微生物的生长受到了抑制。Kleinschmit和Kung（2006）发现，在高湿玉米青贮中添加布氏乳杆菌会增加乙酸的浓度，并降低乳酸的浓度。

Danner等（2003）通过研究青贮发酵过程中产生的多种化学物质发现，乙酸是稳定提高高湿玉米青贮有氧稳定性的最主要的青贮发酵产物。乙酸能有效地抑制真菌活性，并且能够有效抑制在开窖后青贮饲料中的酵母菌和霉菌等腐败菌的增殖，从而提高青贮饲料的有氧稳定性（Nancy，1983）。Ogunade等（2016）的研究表明，青贮中因异型发酵产生的有机酸的积累使pH下降，抑制了腐败微生物的增殖，从而保持了青贮饲料的营养价值。Rabelo等（2018）对干物质含量较低的全株玉米进行青贮时发现，添加布氏乳杆菌组体外瘤胃产气量显著高于未做处理的对照组，并且挥发性脂肪酸的含量也显著高于未添加异型发酵乳酸菌的对照组，说明布氏乳杆菌对瘤胃发酵具有积极的促进作用。Reis等（2017）的试验表明，接种希式乳杆菌显著提高了青贮第103天后的有氧稳定性。Ferrero等（2018）的两次独立试验分别表明，同时接种布氏乳杆菌和希氏乳杆菌的青贮，在第15天和第100天后的有氧稳定性都有显著改善，并且单独使用布氏乳杆菌的青贮在第100天和第250天的乳酸含量更高，pH更低。Silva等（2020）的研究表明，在青贮第92天之后，联合接种布氏乳杆菌和希氏乳杆菌的高湿玉米青贮的乙酸浓度比单独使用希氏乳杆菌的青贮更高。

3.2.3 复合乳酸菌添加剂 复合乳酸菌添加剂是将同型和异型发酵乳酸菌结合起来同时使用。同型发酵乳酸菌可以控制青贮的早期发酵过程，抑制有害微生物的活动，从而减少蛋白质和干物质的损失。在这个发酵阶段，使用复合乳酸菌添加剂的青贮比未经处理的青贮pH下降速率更快。复合使用的异型发酵乳酸菌一般为布氏乳杆菌，在植物乳杆菌的同型发酵之后，布氏杆菌会缓慢地将同型发酵产生的乳酸转化为乙酸和1，2-丙二醇（Elferink等，2001），改善青贮饲料的好氧稳定性，防止二次发酵（吕文龙，2011）。1，2-丙二醇还可以被附着的双歧乳杆菌转化为丙酸（Krooneman等，2002）。乙酸和丙酸都可以抑制引发需氧变质的酵母生长，从而提高青贮饲料的有氧稳定性（陈勇等，2018）。

孙志强等（2019）组合使用添加布氏乳杆菌和植物乳杆菌发现，京科516、海单9和强盛30三个品种的全株玉米青贮饲料的有氧稳定性均有提高，其中强盛30的有氧稳定性可达到100 h以上，显著高于对照处理组。Saylor等（2020）将高湿玉米粉碎后分为未处理的对照组，混合添加植物乳杆菌5×104cfu/g鲜重和屎肠球菌5×104cfu/g鲜重，混合添加7.5×104cfu/g布氏乳杆菌和7.5×104cfu/g乳酸乳球菌三组，结果显示，复合使用布氏杆菌和乳酸乳球菌的高湿玉米青贮比另外两组的瘤胃淀粉消化率更高，并且有氧稳定性也提升了5倍。

4 结论

高湿玉米青贮技术对我国畜牧业的发展有着非常重要的作用。当玉米籽粒所含水分达到约30%时收获可以降低田间损耗；籽粒破碎至1～4 mm可以有效提高其在动物体内的全肠道淀粉消化率；复合乳酸菌青贮添加剂的使用可以促进青贮的发酵过程，抑制有害微生物的繁殖，减少饲料的营养物质损耗以及提升高水分玉米青贮的品质。此外，高湿玉米的青贮技术可以进一步推广应用于其他谷实类饲料，使之能更好地保存饲料原料，防止发霉变质，保持营养成分，提高饲料的瘤胃消化率。因此在畜牧业中大力推广高湿玉米青贮技术，可以减少生产和营养管理成本，提升经济效益，加快畜牧业的发展。