菌酶协同发酵对玉米秸秆青贮品质的影响

2023-02-14范秋苹董桂红何荣彦翟桂玉刘德娟

养殖与饲料 2023年1期

王诚，范秋苹，董桂红，何荣彦，翟桂玉，刘德娟

1.山东健源生物科技有限公司，山东泰安 271000；2.山东省畜牧总站，济南 250100；3.泰安市动物疫病预防控制中心，山东泰安 271000

玉米在我国种植面积广泛，每年产生大量的玉米秸秆，但多数玉米秸秆被焚烧、废弃或就地还田，造成了环境污染和资源浪费。因此，综合利用玉米秸秆资源不仅可以解决畜牧业粗饲料短缺的问题，而且还能促进农业废弃物的循环利用，对畜牧业和社会的可持续发展具有重要意义[1-2]。

由于玉米秸秆质地粗硬、适口性差，细胞壁特殊的纤维素复合结构较难分解，若直接饲喂牲畜，饲料的消化率较低。可采用玉米秸秆青贮的方法来改善玉米秸秆的适口性和营养成分，提高玉米秸秆饲料的利用率和储存时间，有利于畜牧产业集约化发展[2-4]。常见的青贮添加剂有益生菌、酶、有机酸、非蛋白氮等，主要作用为调节发酵过程，经发酵后可以降低青贮饲料中杂菌和粗纤维含量，提高粗蛋白含量，产生多种有机酸等[5]。本试验采用菌酶协同发酵玉米秸秆饲料，利用纤维素酶和木聚糖酶对玉米秸秆进行高效降解，通过植物乳杆菌与布氏乳杆菌产生多种有机酸和代谢产物，旨在降低青贮饲料的pH 值，抑制其中有害细菌和霉菌的繁殖，改善青贮饲料的发酵品质和营养品质。

1 材料与方法

1.1 试验材料

山东健源生物科技有限公司自主分离的布氏乳杆菌和植物乳杆菌，经发酵、冷冻干燥制得高活性菌粉，二者混合比例为1∶1，活菌数为2.0×1010cfu/g。纤维素酶与木聚糖酶均购于夏盛（北京）生物科技开发有限公司，酶活力分别为10 000 U 和30 000 U，纤维素酶与木聚糖酶按照质量比1∶1 混合备用。选取泰安市玉米收获后的新鲜秸秆，将其切碎至3～5 cm 备用。

1.2 试验方法

1）青贮饲料制备。本试验设4 个处理：CK 对照组（无添加剂）、E 组（添加0.1%复合酶）、L 组（添加106cfu/g 复合乳酸菌）、EL 组（添加0.1%复合酶+106cfu/g 复合乳酸菌），每组做3 次平行。将1 kg 玉米秸秆原料与上述添加剂混匀装入聚乙烯袋中，充分压实并抽真空后密封，室温下发酵60 d 后开封，检测玉米秸秆青贮的感官品质并测定发酵指标、营养成分和微生物数量。

2）青贮饲料感官评定。根据《青贮饲料质量评定标准》对玉米秸秆青贮的色泽、质地和气味进行评定[6]。

3）青贮饲料发酵指标测定。采用精密pH 计测定玉米秸秆青贮的pH，苯酚-次氯酸比色法测定氨态氮含量，计算氨态氮/总氮，采用蒽酮－硫酸比色法测定可溶性碳水化合物含量[7]，采用高效液相色谱仪检测乳酸、乙酸、丙酸和丁酸含量[8]。

4）青贮饲料营养成分测定。参照《饲料分析及饲料质量检测技术》，采用65 ℃烘干48 h 方法测定干物质含量，凯氏定氮法测定粗蛋白含量[9]。采用范氏法测定中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量[10]。

5）青贮饲料微生物数量测定。本试验采用平板计数法测定玉米秸秆青贮中微生物数量，乳酸菌、酵母菌、霉菌和好氧细菌分别采用MRS 培养基、马铃薯葡萄糖琼脂培养基、高盐察氏培养基和营养琼脂培养基进行培养[11-13]，微生物数量采用对数形式lg(cfu/g)表示。

6）数据统计分析。通过Excel 2010 初步整理数据，数据采用“平均值±标准差”表示，使用SPSS 26.0 对数据进行单因素方差分析，P<0.05 表示差异显著[14]。

2 结果与分析

2.1 玉米秸秆青贮饲料感官评价

经感官评定，各组玉米秸秆青贮饲料的色泽为黄褐色，质地松软不粘手，茎叶结构保持良好，无霉变腐烂，酸香味浓郁，均为优质青贮饲料。

2.2 玉米秸秆青贮饲料的发酵指标

由表1 可知，与CK 组相比，E 组、L 组和EL 组青贮饲料的pH 降低，丁酸、氨态氮/总氮、可溶性碳水化合物的含量显著下降，乳酸、乙酸、丙酸含量显著提高，EL 组青贮饲料的pH、氨态氮/总氮含量显著低于另外3 组，E 组和L 组的乳酸、丙酸、可溶性碳水化合物含量无显著性差异。表明菌酶协同发酵玉米秸秆青贮饲料的发酵品质优于其他组。

表1 玉米秸秆青贮的发酵指标测定结果

2.3 玉米秸秆青贮饲料的营养成分

由表2 可知，4 组青贮饲料的干物质含量无显著性差异，CK 组、E 组与L 组的粗蛋白、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量无显著性差异，但EL 组与其他组相比，粗蛋白含量显著升高，中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量显著降低。表明菌酶协同发酵改善了玉米秸秆青贮的营养成分，其营养品质优于其他组。

表2 玉米秸秆青贮的营养成分测定结果 %

2.4 玉米秸秆青贮饲料的微生物数量

由表3 可知，与CK 组相比，E 组、L 组与EL 组青贮饲料的乳酸菌数量均明显升高，霉菌与好氧细菌的数量明显下降。EL 组的乳酸菌数量显著高于CK 组和E 组，酵母菌数量显著低于CK 组和L 组。

表3 玉米秸秆青贮的微生物数量测定结果 lg(cfu/g)

3 讨论

3.1 菌酶协同发酵对青贮饲料发酵品质的影响

在青贮饲料制备中将pH 作为重要判断指标，本试验中4 组青贮饲料的pH 均在4.2 以下，表明发酵品质良好。各试验组的pH 均低于对照组，主要原因是添加复合酶加速玉米秸秆降解，为乳酸菌提供充足底物，添加复合乳酸菌提高优势菌群数量，提高发酵过程产酸能力，快速降低pH；各试验组乳酸、乙酸、丙酸含量均显著高于对照组，丁酸、氨态氮/总氮含量显著低于对照组，这与尹珺伊等[15]、谭树义等[16]的研究结果基本一致。由于本试验采用了植物乳杆菌和布氏乳杆菌，产生了较高水平的乳酸和乙酸，另外复合酶的降解作用为乳酸菌提供更多底物，促使发酵过程快速产生乳酸，降低青贮饲料的pH，有效抑制杂菌对粗蛋白的分解，降低了氨态氮的产生；各试验组的可溶性碳水化合物含量均低于对照组，这与万江春等[17]的研究结果一致，可能原因是在青贮过程中添加复合酶与复合乳酸菌提高了乳酸菌对底物的利用[2-4]。

3.2 菌酶协同发酵对青贮饲料营养成分的影响

4 组青贮饲料的干物质含量差异不显著，但各试验组的粗蛋白含量明显高于对照组，这与冯鹏等[8]、张适等[18]的研究结果一致，主要原因是复合酶和复合乳酸菌的添加促进了发酵过程快速产生乳酸，降低了青贮饲料的pH，抑制了酪酸梭菌和霉菌等对蛋白的分解。菌酶协同发酵能够显著降低青贮饲料的中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量，这与尹珺伊等[15]、谭树义等[16]研究结果一致，可能原因有2个：一是纤维素酶与木聚糖酶的作用是降解玉米秸秆中的纤维素和木质素，能够破坏玉米秸秆的细胞壁结构；二是适宜的乳酸菌能够调节青贮饲料内的微生物变化，调控发酵过程，促进多糖与粗纤维的转化[19]。

3.3 菌酶协同发酵对青贮饲料中微生物数量的影响

在本试验中，菌酶协同发酵青贮饲料的乳酸菌数量显著高于对照组，酵母菌、霉菌和好氧细菌数量显著低于对照组，这与孙贵宾等[7]、王啸林等[20]的研究结果一致。由于在青贮过程中添加复合酶和复合乳酸菌能为乳酸菌提供更多底物，使乳酸菌在发酵前期快速建立优势，产生大量乳酸以降低青贮饲料的pH，抑制了青贮饲料中酵母菌、霉菌和好氧细菌的繁殖代谢活动，另外布氏乳杆菌还能产生乙酸等挥发性短链脂肪酸，具有一定的防腐效果，有助于提高青贮饲料的安全性和有氧稳定性。