不同含水量及原料组合对薯渣混贮效果的影响

2023-03-07邹松岩申瑞瑞李秋凤王明亚吴春会孙晓玉曹玉凤高艳霞李建国

动物营养学报 2023年2期

邹松岩申瑞瑞李秋凤* 王明亚吴春会孙晓玉曹玉凤* 高艳霞李建国

(1.河北农业大学动物科技学院，保定071000；2.黑龙江省农垦科学院畜牧研究所，哈尔滨154007)

中国作为一个马铃薯大国，马铃薯产业在食品供应体系中占有极其重要的地位。在我国，对马铃薯的深加工主要是制取淀粉和粉条，其加工过程中会产生大量的薯渣，它是一种含有水、细胞碎片、残余淀粉颗粒和薯皮细胞或细胞结合物的加工副产品，含有淀粉、纤维素、果胶等丰富的碳水化合物，是一种廉价而来源丰富的饲料资源。王林[1]将薯渣与苜蓿进行混贮，pH和氨态氮(AN)含量显著下降，乳酸(LA)含量显著升高，纤维含量与薯渣混贮比例呈负相关；马小强[2]将薯渣与玉米秸秆按照1∶4的比例进行混贮，结果表明pH、总挥发性脂肪酸含量最佳；张微微等[3]将薯渣与稻草秸混合经过混菌固态发酵处理后，提高了饲料中营养物质的降解率，明显改善了饲料的利用率；闫晓波[4]将薯渣与能量饲料(玉米秸秆)进行混贮，其混贮效果较好，可替代全株玉米青贮饲喂奶牛；夏宇[5]将薯渣与秸秆进行混贮取得了较好的效果，可以增加LA含量，降低AN/总氮(TN)的比值。有研究表明，通过微生物菌株发酵薯渣，产物含有大量的菌体蛋白，使薯渣中纤维、淀粉被微生物菌群分解利用转化成蛋白质或者含氮物质，不仅可以提高发酵后薯渣的粗蛋白质(CP)含量，发酵后薯渣中的氨基酸含量、微生物数量和各种生物酶活性也会相应提高，因此被广泛应用于蛋白质饲料的生产中[6]。从上述研究中不难看出，当前对薯渣饲料的研究主要以替代秸秆比例以及通过菌种发酵与蛋白质饲料结合的研究较多，但不同含水量和不同蛋白质原料的交互作用及其对薯渣混贮饲料发酵方面影响的研究较少。菜籽粕、棉籽粕分别为菜籽、棉籽经压榨、浸出等工艺处理后获得的副产品，其CP含量高，营养价值接近于豆粕，是优良易得的蛋白质饲料资源。薯渣含水量高，不易运输，极易变质腐臭且CP含量较低，若直接作为动物饲料，存在营养价值低、不易储存、利用率差等缺点，在发酵中添加蛋白质饲料如菜籽粕、棉籽粕并调节含水量可以提高薯渣发酵后的CP含量并延长贮存时间，提高薯渣利用效率。因此，本试验将薯渣与棉籽粕、菜籽粕进行混贮并调节含水量分别至45%、55%和65%，探究不同含水量及原料组合对薯渣混贮饲料发酵品质、营养品质、有氧稳定性以及瘤胃降解率的影响，为薯渣在饲料生产上的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

薯渣由黑龙江省某农场提供，菜籽粕和棉籽粕由北京某生物科技有限公司提供，薯渣、菜籽粕和棉籽粕的营养成分含量见表1。将上述原料按一定比例进行混贮后制成风干样品后过40、10目筛后备用。

表1 薯渣、菜籽粕和棉籽粕的营养成分含量(干物质基础)

1.2 试验设计

本试验采用双因素试验设计，根据薯渣、棉籽粕以及菜籽粕的营养成分特点，将薯渣与棉籽粕和/或菜籽粕按一定的比例混合并搅拌均匀，原料组合分别为薯渣+菜籽粕(SC)组合(薯渣与菜籽粕的鲜重比例为1∶1)、薯渣+棉籽粕(SM)组合(薯渣与棉籽粕的鲜重比例为1∶1)、薯渣+菜籽粕+棉籽粕(SCM)组合(薯渣、菜籽粕和棉籽粕鲜重比例为2∶1∶1)，并调节含水量分别为45%、50%、55%。将混合后的具有不同含水量的混贮原料分别装入5 L密封塑料桶并压实进行混贮发酵，室温下保存70 d。共9个处理，每个处理设3个重复。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 营养成分含量的测定

开桶后，取混贮饲料于65 ℃下烘48 h，用粉碎机粉碎分别过20、40目筛后，收集保存，参照张丽英[7]的方法，测定混贮饲料的干物质(DM)、CP、粗灰分(Ash)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)含量，采用硫酸蒽铜法[8]测定淀粉含量。

1.3.2 发酵品质测定

1.3.2.1 pH测定

开桶后，将混贮饲料混合均匀，用“四分法”取样，称取20 g样品放入三角瓶中，加入180 mL蒸馏水搅拌均匀，然后在4 ℃恒温冰箱中浸泡24 h，摇匀后依次用4层纱布和定性滤纸过滤，所得浸提液一部分用UB-7 pH计测定pH，另一部分于-20 ℃冷冻保存，用于有机酸和AN含量的测定。

1.3.2.2 AN含量测定

取1 mL浸提液于离心管中，采用苯酚-次氯酸钠比色法[9]测定AN含量，并计算AN占TN的比例(AN/TN)。

1.3.2.3 有机酸含量测定

LA、乙酸(AA)、丙酸(PA)和丁酸(BA)含量采用安捷伦7890A气相色谱分析仪测定[10]。

测定步骤：取5 mL浸提液于10 mL离心管中，上离心机，先在10 000×g下离心10 min，取1.5 mL上清液加0.5 mL 25%偏磷酸于2 mL离心管中，摇匀，静置30 min再上冷冻离心机，10 000 r/min离心15 min，取上清液上机；取1.5 mL挥发性脂肪酸(VFA)标液加0.15 mL 25%偏磷酸摇匀，上机。

1.3.2.4 有氧稳定性测定

开桶后，将混贮饲料混合均匀，用“四分法”称取样品至塑料密封袋并压实，连续10 d用温度计测定混贮饲料温度变化，将各温度计的底端置于混贮饲料中心处，放入恒温培养箱(25 ℃)，每隔2 h记录1次样品的温度，直至温度超过环境温度2 ℃时为止，所记录的时间即可反映有氧稳定性[11]。

1.3.2.5 营养物质瘤胃降解率测定

选择5头年龄相近、体重620 kg左右的安装永久瘤胃瘘管的荷斯坦阉牛，每天饲喂2次全混合日粮(TMR)，自由饮水，基础饲粮组成及营养水平见表2。将已称重且标号的尼龙袋(120 mm×170 mm)放入已称重的混贮饲料样品，每个样品每头牛做3个平行，投入48 h后取出，用自来水清洗尼龙袋表面食糜至水澄清为止，于65 ℃恒温干燥箱中烘48 h，回潮后用分析天平称重，备测。参照申瑞瑞等[10]的方法计算各营养物质的48 h瘤胃降解率：

A=[(B-C)/B]×100。

式中：A为待测样品中某种营养成分的48 h瘤胃降解率(%)；B为待测样品中某种营养成分含量(g)；C为待测样品尼龙袋残渣中某种营养成分含量(g)。

表2 基础饲粮组成及营养水平(干物质基础)

续表2项目 Items含量 Content营养水平 Nutrient levels2)综合净能 NEmf/(MJ/kg)6.65粗蛋白质 CP13.00中性洗涤纤维 NDF38.40酸性洗涤纤维 ADF17.11钙 Ca0.60磷 P0.40

1.4 数据处理与分析

用Excel 2013对混贮饲料的发酵品质和营养品质等数据进行整理与分析，采用SPSS 22.0统计软件中的一般线性模型进行多因素方差分析，试验结果用“平均值±标准差”表示。以P<0.05为差异显著标准，P<0.01为差异极显著标准。

2 结果与分析

2.1 不同含水量及原料组合对薯渣混贮饲料营养品质的影响

含水量、原料组合及两者的交互作用对薯渣混贮饲料各营养成分含量的影响见表3。含水量极显著影响薯渣混贮饲料的DM、CP、NDF、ADF、Ash以及淀粉含量(P<0.01)，原料组合极显著影响薯渣混贮饲料的DM、CP以及ADF含量(P<0.01)，且二者对薯渣混贮饲料的DM、CP、NDF和ADF含量的影响存在显著或极显著的交互作用(P<0.05或P<0.01)。

同一原料组合条件下，随着含水量的升高，CP、淀粉含量呈现降低趋势，NDF、ADF含量呈现升高趋势，DM和Ash含量的变化趋势无明显规律。各原料组合在低含水量(45%)条件下，DM、CP和淀粉含量较高，NDF、ADF和Ash含量较低，其中以SCM组合的DM含量最高，为55.79%；SM组合的CP含量最高，为43.78%；SC组合的淀粉含量最高，为16.05%，同时该组合的NDF和ADF含量均达到最低值，分别为23.82%和23.04%；SM组合的Ash含量最低，为6.15%。各原料组合在高含水量(55%)条件下，DM、CP、淀粉含量较低，NDF、ADF和Ash含量较高，其中以SC组合的DM和CP含量最低，分别为44.04%和40.18%；SM组合的NDF和ADF含量最高，分别为3.30%和26.93%，淀粉含量最低，为12.19%；SC组合的Ash含量最高，为6.80%。

同一含水量条件下，不同原料组合间各营养成分含量也存在差异。在低含水量(45%)条件下，DM含量高低表现为SCM组合>SM组合>SC组合，SCM组合极显著高于SM组合和SC组合(P<0.01)，但SC组合和SM组合之间差异不显著(P>0.05)；CP含量表现为SM组合最高，为43.78%，极显著高于SC组合(P<0.01)，显著高于SCM组合(P<0.05)；NDF和ADF含量表现为SM组合>SCM组合>SC组合，且各原料组合之间NDF和ADF含量的差异均达到显著或极显著水平(P<0.05或P<0.01)；淀粉含量表现为SC组合>SCM组合>SM组合，其中SC组合极显著高于SCM组合和SM组合(P<0.01)；各原料组合之间Ash含量的差异均达到显著或极显著水平(P<0.05或P<0.01)。中含水量(50%)和高含水量(55%)条件下，不同原料组合极显著影响着DM、CP和ADF含量(P<0.01)，其中55%含水量时SM组合的NDF和ADF含量达最高值，分别为35.30%和26.93%，各原料组合之间的差异均达显著或极显著水平(P<0.05或P<0.01)。

表3 不同含水量及原料组合对薯渣混贮饲料营养品质的影响(干物质基础)

2.2 不同含水量及原料组合对薯渣混贮饲料发酵品质的影响

含水量、原料组合及两者的交互作用对薯渣混贮饲料发酵品质的影响见表4。含水量和原料组合均对薯渣混贮饲料的pH、AN/TN、LA和AA含量有显著或极显著影响(P<0.05或P<0.01)，原料组合还对PA含量有显著影响(P<0.05)；此外，含水量和原料组合的交互作用极显著影响pH、AN/TN和LA含量(P<0.01)，但对AA和PA含量无显著影响(P>0.05)。

同一原料组合条件下，随着含水量的升高，pH和AN含量逐渐升高，LA含量逐渐降低。各原料组合在低含水量(45%)条件下，pH、AN/TN最低，LA含量最高，其中以SC组合的pH和AN/TN最低，分别为4.10和1.19，LA含量达到最高；各原料组合在高含水量(55%)条件下，pH、AN/TN最高，LA含量最低，其中以SM组合的pH和AN/TN最高，分别为4.56和2.34，LA含量最低，发酵质量相对于其他组合最差。AA和PA含量随含水量的变化无明显规律。各原料组合均未检测到BA。

同一含水量条件下，不同原料组合对薯渣混贮饲料的发酵品质也有影响。低含水量(45%)条件下，pH的高低表现为SM组合>SCM组合>SC组合，各原料组合之间差异极显著(P<0.01)；AN/TN的高低表现为SM组合>SCM组合>SC组合，各原料组合之间差异极显著(P<0.01)；LA含量以SC组合最高，为2.87，极显著高于SM组合和SCM组合(P<0.01)；各原料组合之间的AA和PA含量无显著差异(P>0.05)。中含水量(50%)条件下，pH和AN/TN的变化同低含水量(45%)条件下，各原料组合之间差异极显著(P<0.01)；LA含量表现为SC组合>SCM组合>SM组合，SC组合极显著高于SM组合和SCM组合(P<0.01)，而SM组合和SCM组合之间差异不显著(P>0.05)；AA含量表现为SC组合>SCM组合>SM组合；PA含量表现为SM组合>SC组合>SCM组合。高含水量(55%)条件下，pH要高于低含水量(45%)和中含水量(50%)条件下；AN/TN在各原料组合之间差异极显著(P<0.01)；LA含量的变化同低含水量(45%)和中含水量(50%)条件下，SC组合的LA含量较SM组合提高23.68%(P<0.01)，而与SCM组合差异不显著(P>0.05)；各原料组合之间AA和PA含量差异均不显著(P>0.05)。

表4 不同含水量及原料组合对薯渣混贮饲料发酵品质的影响

2.3 不同含水量及原料组合对薯渣混贮饲料有氧稳定性的影响

有氧稳定性定义为当薯渣混贮饲料暴露于空气中温度高于环境温度2 ℃时所记录的时间(h)。不同含水量及原料组合对薯渣混贮饲料有氧稳定性的影响如图1所示。各处理制备的薯渣混贮饲料有氧暴露12 d内温度未超过环境温度2 ℃，未发生有氧腐败，说明不同含水量及原料组合制备的薯渣混贮饲料有氧暴露后稳定的时间均超过240 h。

SM：薯渣+棉籽粕；SC：薯渣+菜籽粕；SCM：薯渣+菜籽粕+棉籽粕。数据柱未标注字母表示差异不显著(P>0.05)。

2.4 不同含水量及原料组合对薯渣混贮饲料营养物质瘤胃降解率的影响

含水量、原料组合及两者的交互作用对薯渣混贮饲料营养物质瘤胃降解率的影响见表5。含水量对薯渣混贮饲料的DM、CP、NDF、ADF和淀粉瘤胃降解率有极显著影响(P<0.01)，原料组合显著或极显著影响着除淀粉外的其他营养物质的瘤胃降解率(P<0.05或P<0.01)，含水量和原料组合的交互作用对淀粉瘤胃降解率有显著影响(P<0.05)，对其他营养物质瘤胃降解率的影响较小，未达到显著水平(P>0.05)。

同一原料组合条件下，随着含水量的升高，各营养物质的瘤胃降解率均没有明显的变化规律，但CP瘤胃降解率普遍高于DM瘤胃降解率，这说明瘤胃微生物对薯渣混贮饲料中蛋白质的降解作用高于其他常规营养物质。

同一含水量条件下，不同原料组合对各营养物质的瘤胃降解率也有影响。低含水量(45%)条件下，DM瘤胃降解率均在70%以上，最高达87.49%，具体表现为SC组合>SCM组合>SM组合，各原料组合之间差异极显著(P<0.01)；CP瘤胃降解率均在94%以上，由高到低为SC组合>SCM组合>SM组合，SC组合和SM组合差异显著(P<0.05)，但SC组合和SCM组合差异不显著(P>0.05)；NDF、ADF以及淀粉瘤胃降解率的变化一致，表现为SC组合>SCM组合>SM组合。中含水量(50%)条件下，DM、CP、NDF、ADF瘤胃降解率的变化规律同低含水量(45%)条件下，但各原料组合之间CP瘤胃降解率的差异均不显著(P>0.05)；淀粉瘤胃降解率表现为SC组合>SM组合>SMC组合。高含水量(55%)条件下，各营养物质的瘤胃降解率的变化规律同低含水量(45%)条件下相同。

3 讨论

3.1 不同含水量及原料组合对薯渣混贮饲料营养品质的影响

混贮过程中，水分是微生物生命活动最为重要的因素之一，原料的含水量适当，才能获得良好的LA发酵并减少营养物质损失，含水量过高或过低均会影响混贮效果[12]。有研究表明，含水量的下降可促进乳酸菌发酵，抑制酪酸菌、酵母菌等生长和酶的分解作用，减少植物细胞的呼吸作用，从而保留更多的营养物质，提高混贮品质[13]。本试验选择低(45%)、中(50%)和高(55%)3个含水量进行混贮，由结果可以看出，与中含水量(50%)和高含水量(55%)相比，低含水量(45%)条件下CP含量提高，NDF、ADF含量有明显的下降。这可能是因为在低含水量条件下混贮原料中DM含量较高，能够增加发酵底物，营养成分保存较好，得到较低的pH以及较高的LA含量[14]，这一点与发酵指标测定结果相一致。周娟娟[15]在对马铃薯秧进行青贮时发现，在低含水量处理的CP含量显著高于中、高含水量处理；玉柱等[16]对苜蓿进行袋贮后发现CP含量在低含水量时较高。本试验结果显示，薯渣混贮饲料在低含水量条件下CP含量较高，这与上述研究结果一致。究其原因可能是，低含水量条件下可能使得细胞中糖分浓缩，更有利于乳酸菌的发酵和蛋白酶活性的降低，致使蛋白质的分解受抑制，CP含量相对较高[17]。庄益芬等[18]研究表明，低水分青贮原料可以直接青贮并可改善青贮品质。徐生祥[19]对山毛豆和甜象草进行混贮，表明低水分组的混贮品质优于高水分组。本试验结果与前人研究结果一致。NDF和ADF是反映纤维质量好坏的有力指标，ADF不易被动物机体消化吸收，其含量越低，混贮效果越好。本试验中，在低含水量条件下薯渣混贮饲料的NDF和ADF含量最低，说明含水量的降低对于薯渣混贮饲料发酵品质的提高和营养品质的改善都有较好的效果。由于乳酸菌发酵不利用淀粉，所以快速降低pH，抑制有害微生物生长，可以有效地保存淀粉[20]。本试验中以低含水量条件下淀粉含量保存最好，这与刘玲等[21]对高冰草的青贮结果一致，说明低含水量条件下青贮时有机物的损失相对较少，改善了混贮饲料的质量。

表5 不同含水量及原料组合对薯渣混贮饲料营养物质瘤胃降解率的影响(干物质基础)

3.2 不同含水量及原料组合对薯渣混贮饲料发酵品质的影响

本试验将薯渣与棉籽粕、菜籽粕进行混贮，混贮原料的含水量较低，使得好气性霉菌和腐败菌的活动受到抑制；另外，在高度厌氧的条件下，喜高水分的丁酸梭菌的活动被阻止，可阻碍酪酸菌的产生和蛋白质的分解。SM组合在不同含水量条件下pH均高于4.50，可能是由于棉籽粕的ADF和淀粉含量较高，且含有大量的游离棉酚，棉酚有一定的毒性，限制了它的有效利用。一般认为pH和AN/TN低，有机酸特别是LA含量高，发酵品质好[23]。

AN/TN是评定混贮饲料品质的重要指标，其反映了氨基酸和蛋白质的分解程度，进而影响饲料的饲用性能[23]。本试验中，低含水量(45%)条件下各原料组合的AN/TN均较低，薯渣混贮饲料中的蛋白质消耗较少，是因为低含水量能抑制蛋白质降解，特别是抑制氨基酸进一步脱氨[24]。在低含水量混贮中几乎不存在酪酸，氨气含量极少，可避免高含水量混贮时发生的腐败现象，能获得品质优良的发酵饲料，这与周娟娟[15]的研究结果一致。

LA的发酵程度会受到微生物、含水量等因素的影响，其中前者对LA发酵的影响较为严重，在低含水量条件下LA发酵能在一定程度上进行，且LA含量在总酸中占较大比例。本试验中，SC组合在低含水量(45%)条件下产生的LA含量均高于中含水量(50%)、高含水量(55%)条件下，且pH最低，无BA产生，原因可能是：一方面，薯渣与菜籽粕混合后，降低了原料的水分，抑制了发酵初期好氧微生物的活动；另一方面，混贮增加了乳酸菌的发酵底物，降低了pH，抑制了有害菌的生长，降低了其对蛋白质的降解，保存了营养价值，这与关皓等[25]研究得出的低含水量抑制乳酸菌活性的结果不一致。有报道认为，乳酸菌在低含水量条件下耐酸能力更强，且低含水量条件下DM量相对较高，为乳酸菌的生长提供一定的有效能[26]。本试验所有处理均未检测到BA，表明薯渣与棉籽粕和/或菜籽粕混贮可以获得良好的发酵品质；另外，各处理均未检测出BA与试验点的低温也有关系[27]，乳酸菌发酵的适宜温度为19～37 ℃，而丁酸菌发酵则要求更高的温度。

3.3 不同含水量及原料组合对薯渣混贮饲料有氧稳定性的影响

开桶后，混贮饲料的生存条件由厌氧环境转变变成有氧环境。在这种情况下，由于氧气缺乏而休眠的微生物开始增殖(一些酵母菌可以耐受很低的pH)，从而导致混贮饲料品质的不稳定，温度及pH随之升高，造成其营养价值的损失[28]。有氧稳定性以数小时后混贮饲料的核心温度高于环境温度2 ℃来衡量，混贮饲料在有氧状态下的霉变速度往往通过有氧稳定性时间进行判断，所测有氧稳定性时间越短，说明混贮饲料在有氧暴露条件下发生霉变的速度越快[29]。本试验中，各处理制备的薯渣混贮饲料在有氧暴露12 d内温度均未超过环境温度2 ℃，说明各处理制备的薯渣混贮饲料在有氧暴露期间均具有较高的有氧稳定性。上述结果说明，将薯渣与菜籽粕、棉籽粕混贮发酵能有效地抑制LA、AA及可溶性碳水化合物的氧化和酵母及霉菌的生长，从而抑制混贮饲料的二次发酵。

3.4 不同含水量及原料组合对薯渣混贮饲料营养物质瘤胃降解率的影响

尼龙袋法是评定饲料营养物质在瘤胃内降解的有效方法，所得结果可反映饲料营养物质在瘤胃中的消化和降解情况，其中饲料的DM、CP、NDF以及ADF在瘤胃内的降解率是评定饲料营养品质的特定参数。本试验中，各处理所得薯渣混贮饲料在瘤胃内经过48 h之后，被微生物降解最高的营养物质是淀粉和CP，且均在90%以上，其次为DM，在同一含水量条件下，SC组合的营养物质瘤胃降解率要高于SCM组合和SM组合。本试验中所得DM瘤胃降解率结果与李振等[30]的试验结果有所差别，这可能与饲料原料收获时间以及加工贮藏方式等有关，同时也可能是由于试验所用基础饲粮和试验动物不同所造成的[31]。张金霞等[32]对黑麦草进行了研究，发现低水分青贮使干物质消化率显著增加，并提高了青贮饲料的营养品质和适口性，这与本试验结果一致。任莉等[33]对菜籽粕进行的研究显示，CP在瘤胃中的降解特性与DM在瘤胃中的降解特性表现出一致性，这与本试验结果一致。以往研究表明，在瘤胃发酵速度缓慢的NDF和ADF越高，则降解率越低，例如SCM组合和SM组合的NDF、ADF含量均高于SC组合，这与唐春梅[34]的研究结果类似。在测定饲料中淀粉瘤胃降解率的研究中尼龙袋法被广泛应用，在生产中经过瘤胃48 h降解后，饲料淀粉中的不可降解部分可以忽略不计。本试验中，各处理的淀粉瘤胃降解率均在94%～98%。本试验中，对营养物质瘤胃降解率结果进行综合比较，得出SC组合>SCM组合>SM组合，且低含水量(45%)条件下要优于高含水量(50%)和中含水量(55%)条件下，说明SC组合的DM、CP、NDF、ADF以及淀粉在瘤胃中比SCM组合和SM组合更易消化吸收。