甘蔗梢自然青贮过程中干物质含量和微生物数量的动态变化研究

2024-01-17杨金梅朱全丽刘鹏钟倩张娅唐国建

六盘水师范学院学报 2023年6期

杨金梅，朱全丽，刘鹏，钟倩，张娅，唐国建,3

（1.六盘水师范学院土木与规划学院，贵州六盘水 553004；2.六盘水师范学院生物科学与技术学院，贵州六盘水 553004；3.文山学院三七医药学院，云南文山 663000）

甘蔗梢是蔗糖产业的副产物之一，是指甘蔗顶部2～3个嫩节及其附带的整个叶片的部分，约占甘蔗重量的20%，其产量不容小觑［1］。李标等［2］综述前人的研究结果表明，甘蔗梢的消化能约5.60 MJ/kg DM，含有20 多种氨基酸、多酚化合物以及叶酸、烟酸等维生素。因此，甘蔗梢可作为反刍动物的粗饲料来源，以解决越冬期饲料短缺的问题。

然而，实践生产中，我国甘蔗梢用作饲料的利用率不足10%，大量甘蔗梢被自然丢弃野外、任其腐烂变质，或被焚烧［3］，不仅浪费了大量的饲料资源，还加重了环境污染。随着反刍动物养殖规模的不断扩大，对优质粗饲料的需求量也逐年增加，因此，将甘蔗梢加工处理作为反刍动物的粗饲料，具有广阔的市场前景和深远意义。

青贮是保存青绿多汁饲料营养成分最为经济、简便的技术，是多种微生物竞争营养，最后乳酸菌占优势的过程。研究表明，青贮可作为甘蔗尾梢保存营养成分的有效手段之一，青贮甘蔗梢可解决我国南方热带、亚热带地区冬春季节牧草资源短缺的问题［2］。然而，由于甘蔗梢粗纤维含量高、表面微生物种类繁多等问题，甘蔗梢的饲料化利用率不高［1］。目前，甘蔗梢自然青贮过程中干物质回收率和微生物数量动态变化的相关研究较为欠缺，甘蔗梢自然青贮的最佳贮藏时间也暂无相关报道。因此，本研究以甘蔗梢为试验材料，通过监测甘蔗梢自然青贮过程中微生物数量和干物质损失的动态变化，以期为甘蔗梢的青贮加工利用提供数据支撑，助力草食畜牧业的健康、可持续发展。

1 材料与方法

1.1 试验材料、仪器

材料：2022 年4 月在云南省文山市郊区收割甘蔗，收集新鲜的甘蔗梢为本研究试验材料，品种为新台糖26号。德曼、罗戈萨和夏普（de Man，Rogosa and Sharp，MRS）琼脂培养基、营养琼脂培养基和孟加拉红培养基。

仪器：真空密封机（青叶P-290，中国东莞）、凯氏定氮分析仪（K-9860，中国北京）、马弗炉（MFLXD321-12，中国上海）、便携式pH 计（Mettler Toledo FE28，瑞士）、微型粉碎机。

1.1.1 青贮饲料调制与试验设计

将上述收集的新鲜甘蔗梢用铡刀切短，长度为1～4 cm，混合均匀备用。取200 g 左右的材料装入30 cm×20 cm的聚乙烯青贮袋中，用真空密封机抽真空、密封，避光室温贮藏，分别于青贮后的第1 d、3 d、5 d、7 d、15 d、30 d、45 d、60 d、90 d开袋取样，测定相关指标，每个开袋时间设置4 个重复。

1.1.2 主要指标测定及方法

参考唐（Tang）等［4］描述的方法测定样品中微生物数量，即无菌条件下称取10 g 材料，加入90 mL 无菌水，振荡混匀后稀释至不同浓度，分别采用MRS琼脂培养基、营养琼脂培养基和孟加拉红培养基，对乳酸菌、好氧细菌、酵母菌和霉菌进行平板培养计数。在37 ℃恒温箱中厌氧培养乳酸菌48 h，30 ℃好氧条件培养好氧细菌48 h，30 ℃好氧条件培养酵母菌和霉菌3~5 d。以每克鲜样含有的菌落数表示。

称取青贮原料100 g 左右，105 ℃杀青30 min后，75 ℃烘干至恒重，测定干物质（Dry matter，DM）含量[5]1-10。用微型粉碎机粉碎烘干后的样品，过40目标准筛，密封保存。采用硫酸蒽酮法测定样品中水溶性碳水化合物（Water-soluble Carbohydrates，WSC）含量［6］。采用凯氏定氮分析仪测定原材料中粗蛋白含量[7]47-89。采用马弗炉测定原材料中粗灰分含量[7]47-89。参考穆胜龙等［8］的方法计算青贮过程中干物质的回收率，即：

称取青贮饲料20 g，加入去离子水180 mL，并置于4 ℃冰箱中浸泡18 h 后，用定性滤纸过滤至250 mL 三角瓶中，用便携式pH 计测定滤液的pH值［9］。采用苯酚-次氯酸钠比色法测定滤液的氨态氮含量［10］。

1.1.3 数据处理与分析

将微生物数量菌落形成单位（Colony-forming unit，CFU）的计数结果转化为log10形式表示。采用Excel 2019 整理数据，使用SPSS 25.0 软件对数据进行单因素方差分析，采用邓肯（Duncan’s）法对均值进行多重比较。结果以均值±标准误表示。显著水平设为0.05。

2 结果与分析

2.1 甘蔗梢原材料主要营养成分和微生物数量

新鲜甘蔗梢主要营养成分及微生物数量结果如表1所示。

表1 新鲜甘蔗梢主要营养成分及微生物数量

由表1可知，本研究中，新鲜甘蔗梢的干物质含量为32.14%，粗蛋白含量为5.56%，水溶性碳水化合物含量为7.17%，粗灰分为7.60%。经测定新鲜甘蔗梢表面微生物数量较多，即乳酸菌数量为5.51 log10CFUg-1鲜重（Fresh weight，FW），好氧细菌数量为5.93 log10CFUg-1FW，酵母菌数量为4.24 log10CFUg-1FW，霉菌为3.42 log10CFUg-1FW。

2.2 甘蔗梢自然青贮过程中干物质回收率的动态变化

随着青贮时间的延长，甘蔗梢青贮料的干物质回收率先呈“W”型，后趋于平缓的趋势。动态变化如图1所示。

图1 甘蔗梢青贮过程中干物质回收率的动态变化

由图1可知，在青贮第7 d和第45 d，干物质回收率下降尤为明显，显著低于青贮前5 d（P<0.05），而青贮第60 d 后，青贮料的干物质回收率与青贮第15 d、30 d 的差异不显著（P>0.05），且干物质回收率均高于90%以上，说明自然青贮发酵处理对甘蔗梢干物质的保存效果较为良好。

2.3 甘蔗梢自然青贮过程中pH值和氨态氮含量的动态变化

甘蔗梢青贮过程中pH 和氨态氮的动态变化如图2所示。

图2 甘蔗梢青贮过程中pH和氨态氮的动态变化

从图2可以看出，随着青贮时间的延长，甘蔗梢自然青贮体系的pH值呈下降趋势，而氨态氮呈增加趋势。其中，甘蔗梢青贮料的pH值在青贮第3 d 开始显著下降（P<0.05），第7 d 下降到第一个谷底，而后在第15 d开始略微上升至5.1。第15 d后青贮体系的pH值又开始略微下降，到第60 d时体系pH值又出现显著下降（P<0.05），第90 d时青贮体系pH 值最低，为4.6，显著低于其他时段的pH 值（P<0.05）。而整个发酵过程中甘蔗梢青贮料的氨态氮含量一直呈波浪线上升的趋势，在第90 d时达到6.7 g kg-1DM。

2.4 甘蔗梢自然青贮过程中微生物数量的动态变化

随着青贮时间的延长，总体上，甘蔗梢青贮过程中4 类微生物的数量均呈先上升后下降，最后趋于稳定的趋势，动态变化如图3所示。

图3 甘蔗梢青贮过程中微生物数量的动态变化

由图3可知，在青贮第1 d时乳酸菌数量大于其他3 类微生物的数量，之后开始显著升高（P<0.05），在青贮第5 d 时达到最大值，而好氧细菌、酵母菌和霉菌的数量均在第3 d时达到最大值。4类微生物的数量达到最大值后均呈现不同程度的下降，好氧细菌和酵母菌的下降程度较乳酸菌和霉菌的剧烈。乳酸菌在整个青贮过程中数量均在5.0 log10CFUg-1FW 以上，而好氧细菌和酵母菌的数量分别在青贮的第30 d 和第5 d 降至5.0 log10CFUg-1FW以下。此外，霉菌的数量在整个青贮过程中均未达到3.0 log10CFUg-1FW，说明青贮处理可能较好地抑制了甘蔗梢表面霉菌的生长繁殖。

3 讨论

青贮是保存青绿多汁饲草作物营养成分的主要方法之一，主要依靠饲草作物表面乳酸菌将饲草料中的碳水化合物转化为乳酸，快速降低体系pH 值，有效抑制其他有害微生物繁殖，从而保存饲料作物的营养价值，此过程受许多因素的影响[11]1-165。其中，饲草作物表面微生物，尤其是乳酸菌在青贮饲料调制过程中起着主导作用[11]1-165。有研究表明，在碳水化合物含量充足的情况下，饲料作物表面乳酸菌数量在5.0 log10CFUg-1FW 以上，才能更好地促进青贮发酵成功[11]1-165；然而，通常情况下，饲料作物表面天然附着的乳酸菌数量小于5.0 log10CFUg-1FW［12］。本研究中，甘蔗梢表面乳酸菌数量为5.51 log10CFUg-1FW（表1），基本符合自然青贮的要求。此外，威金森（Wikinson）［13］的研究表明，青贮原材料的水溶性碳水化合物含量应在鲜重的3%以上或为干重的8%～10%，青贮饲料才能在其他条件满足的情况下调制成功。而本研究中，甘蔗梢的含糖量为7.17%DM（表1），显然不满足调制优质青贮饲料的条件。因此，在实际生产中，选择新鲜甘蔗梢调制优质青贮饲料时，可添加一定浓度的含糖化合物。

原材料中的干物质含量也是影响牧草青贮成败的关键因素之一，水分过高或过低都不利于乳酸菌发酵[11]1-165。原材料中水分含量过高，压实过程中营养物质容易随渗出液流失，造成养分损失，且水分过高易引发梭菌发酵，降低青贮发酵品质；而水分过低的原材料不易被压实，青贮体系中空气残留较多，易引起发霉变质[11]1-165。通常，水分含量在60%～75%的原材料较容易青贮成功。在本研究中，新鲜甘蔗梢的干物质含量为32.14%（表1），即水分含量约为68%，适合调制优质青贮饲料。此外，在对整个青贮过程的研究中，甘蔗梢的干物质含量变化不大，且其干物质回收率也高于90%以上（图1），说明自然青贮发酵处理可较好地保存甘蔗梢的干物质，降低营养损失。

pH值是评价青贮饲料品质最简单且最为直观的指标之一，pH值越低，酸度越大，青贮饲料越容易保存[11]1-165。通常，优质的青贮饲料pH值应在4.2 以下。本研究中，甘蔗梢整个青贮过程中的pH值均在4.5以上（图2），说明甘蔗梢乳酸发酵效果并不理想。从图2可知，甘蔗梢青贮料的pH值在第3 d 和第60、90 d 有显著下降外（P<0.05），第3 d~45 d 之间pH 值下降的差异并不显著（P>0.05）。青贮体系pH 值快速降低，有利于抑制微生物的繁殖。但pH 值过低也进一步抑制乳酸菌生长，其数量在第5 d 达到高峰后开始显著下降，最后稳定在5.0 log10CFUg-1FW左右（图3）。整个青贮过程中，霉菌数量都在3 log10CFUg-1FW以下，说明青贮处理抑制了甘蔗梢表面霉菌的生长繁殖。氨态氮含量的高低反映了青贮饲料中蛋白质降解情况，氨态氮含量高，表明青贮饲料蛋白质降解严重[11]1-165。在本研究中，随着青贮时间的延长，甘蔗梢青贮料的氨态氮呈波浪式上升趋势（图2），表明甘蔗梢青贮体系发酵不充分，其产生的乳酸量不足以迅速降低体系pH值，不能有效抑制有害微生物活动，部分蛋白质发生了降解。然而，因本研究未监测乳酸和粗蛋白质含量变化，其中的原因有待进一步研究。