不同剂量糖蜜和复合菌酶制剂对鲜食玉米秸秆青贮品质的影响

姚美玲 李 伟 林秀蔚 刘 文 黄 萌 朱元芳 丁得利 李青莹 王艳菲 韩永胜

(黑龙江省农业科学院畜牧兽医分院,齐齐哈尔 161005)

鲜食玉米是一种兼水果、蔬菜、粮食、饲料等广泛用途的新型玉米品种,软糯香甜,果穗幼嫩,风味独特;其蛋白质、维生素、矿物质、氨基酸含量等都显著优于普通玉米,具有较高的营养成分和食用价值[1-3]。近年来,黑龙江省鲜食玉米产业发展迅速,优势突出。每年生产大量鲜食玉米的同时也产生了诸多秸秆,由于收获期早、含水量高等因素,造成秸秆有效利用起来十分困难。秸秆处理不当会加重环境污染,造成生物资源的浪费。因此,做好秸秆的合理化处理和规范化利用,不仅可以解决环境污染问题,还能实现资源的循环利用,保护生态,实现产业健康可持续发展[4]。

青贮是一项提高秸秆利用率并可高效解决北方冬春季节动物青绿饲料短缺问题的重要技术,也是提供反刍动物粗饲料的重要来源[5-6]。制作青贮时越来越多的青贮添加剂被广泛应用其中,糖蜜是常用的营养型添加剂,它能有效解决秸秆含糖量低的问题,促进乳酸发酵,快速降低青贮饲料pH,改善和提高青贮品质[7-9]。Cai等[10]、寇江涛等[11]研究表明,植物乳杆菌是一种很有潜力的青贮乳酸菌添加剂,可降低pH,促进乳酸生成,减少干物质(DM)、粗蛋白质(CP)的损失率。Cizeikiene等[12]研究发现,双歧杆菌的亚种假长双歧杆菌(B.pseudolongum)DSM 20099和动物双歧杆菌(B.animalis)DSM 20105菌株能在发酵过程中产生乳酸、乙酸和抗菌肽等化合物,可降低细胞质的pH,进而抑制病原微生物的生长。Chilson等[13]研究表明,青贮饲料中添加纤维素酶和乳酸菌可提高青贮品质,促进纤维降解。Cai等[14]研究发现,青贮过程中添加微生物制剂能改变微生物群落的丰富度和物种多样性,同时可以降低杂菌数量,改善青贮饲料质量。因此,本试验利用不同剂量糖蜜和复合菌酶制剂组合处理鲜食玉米秸秆,研究其对鲜食玉米秸秆青贮品质的影响,为实现鲜食玉米秸秆的有效利用以及新型饲料资源的开发利用提供基本参数和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 青贮原料

青贮原料取自黑龙江省农业科学院畜牧兽医分院科研基地试验田,鲜食玉米品种为金糯1913,2022年6月5日种植,2022年9月6日人工刈割采集,留茬高度约为30 cm,为采收果穗的乳熟期鲜食玉米秸秆。

1.1.2 青贮添加剂

糖蜜:桶装糖液。复合菌酶制剂:由植物乳杆菌、双歧杆菌、纤维素酶按照3∶1∶1的比例组成,其中植物乳杆菌活菌数≥1.0×109CFU/g,双歧杆菌活菌数≥1.0×109CFU/g,纤维素酶活性≥10 000 U/g。

1.1.3 主要仪器

电热恒温鼓风干燥箱、纯水机、分析天平、pH测定仪、离心机、高效液相色谱仪、FOSS半自动凯氏定氮仪、Ankom 200半自动纤维仪、1 000 μL移液枪、压力蒸汽灭菌锅、37 ℃恒温培养箱、厌氧培养箱、超净台、干燥器等。

1.2 试验设计

试验以鲜食玉米秸秆为原料,根据添加不同剂量的糖蜜和复合菌酶制剂,采取完全随机区组设计,共设置5个组,每组3个重复,每个时间点3个重复。对照组(CK组)不添加糖蜜和复合菌酶制剂,Ⅰ组添加20 g/kg糖蜜,Ⅱ组添加3 g/kg复合菌酶制剂,Ⅲ组添加20 g/kg糖蜜+3 g/kg复合菌酶制剂,Ⅳ组添加40 g/kg糖蜜+3 g/kg复合菌酶制剂。

当鲜食玉米秸秆含水量在65%～75%时进行收割,用粉碎机将其粉碎成2～3 cm长度,将糖蜜按照不同组别、剂量(20、40 g/kg)添加,复合菌酶制剂按照不同组别、剂量(植物乳杆菌∶双歧杆菌∶纤维素酶=1.8 g∶0.6 g∶0.6 g)添加。将复合菌酶制剂溶于去离子水中,混合均匀后用喷雾器喷洒在粉碎的原料上,搅拌均匀后将原料迅速装填于28 cm×40 cm聚乙烯袋中,0.75 kg/袋压实,使用真空封口机(型号YW-ZKJ-02)抽气真空密封,记号笔标记编号,室温25～30 ℃避光保存,共青贮75袋,在第0天(青贮前,即鲜食玉米秸秆鲜样)、第15天、第30天、第45天、第60天时分别重新开袋进行相关指标测定。鲜食玉米秸秆的营养成分含量、发酵品质及微生物数量见表1。

1.3 指标测定及方法

1.3.1 营养成分含量

在第60天重新开袋取青贮样品进行营养成分含量测定。DM含量以鲜样为基础,采用GB/T 6435—2006中的干燥法测定[15]。依次取每组样品放入托盘中平铺展开,置于60 ℃电热恒温鼓风干燥箱中72 h,常温下回潮24 h后准确称重,计算风干基础含量[16],粉碎过筛后进行常规成分分析。CP、EE含量采用凯氏定氮法[(AOAC)(2012)[17]]测定,NDF、ADF含量采用Van Soest等[18]的分析方法测定。

1.3.2 发酵品质

在第15天、第30天、第45天、第60天4个时间点分别开袋取青贮样品进行发酵品质测定。分析天平准确称取样品20 g于250 mL三角瓶内,加入180 mL蒸馏水,摇晃并搅拌均匀,三角瓶口覆盖滤膜,4 ℃冰箱冷藏,制成浸提液放置24 h,4层纱布过滤1次,11 cm快速定性滤纸2次过滤,pH Meter pH-220测定pH。滤液进行离心,0.22 μm一次性滤器抽取上清液,用于测定氨态氮(NH3-N)、乳酸(LA)、乙酸(AA)、丙酸(PA)、丁酸(BA)含量。乳酸、NH3-N含量采用水蒸气蒸馏法测定[19]。乙酸、丙酸、丁酸含量采用高效液相色谱法[20]测定;色谱柱:RP-18 End Capped Gel Column(5 μm,4.6 mm×25 mm);检测器:HITACHI-Primaide型紫外检测器;流动相:体积比为1∶4的纯甲醇与0.1 mol/L的磷酸二氢铵溶液;流速:1 mL/min;检测波长:210 nm;进样量:10 μL。

1.3.3 主要微生物数量

在第15天、第30天、第45天、第60天4个时间点分别开袋取青贮样品进行主要微生物数量测定。主要微生物包括乳酸菌、好氧性细菌、酵母菌、霉菌。采用四分法,分析天平准确称取样品25 g,置于500 mL三角瓶内,加入225 mL 0.9%氯化钠(NaCl),充分振荡摇匀,0.9% NaCl进行梯度稀释,每个稀释度取100 μL,选择3个合适连续的梯度涂板,每个梯度设2个重复。乳酸菌培养使用MRS培养基,好氧性细菌培养使用营养琼脂培养基(NA),二者分别将接种好的培养皿放入2个干燥器中,四周点燃蜡烛密封好,待氧气耗尽蜡烛熄灭后,放置于37 ℃恒温培养箱中,培养72 h后统计菌落数;霉菌和酵母菌培养使用马铃薯葡萄糖琼脂培养基(PDA),将接种好的培养皿置于28 ℃厌氧培养箱中培养120 h后计数。记录稀释倍数和相应的菌落数,每个平板上的菌落数量在30～300个为有效计数,以菌落形成单位(CFU)表示[21-22]。

1.4 数据处理

采用Excel 2010对数据进行整理,并采用SPSS 26.0软件对数据进行统计分析,结果以“平均值±标准差”表示,P<0.05表示差异显著,P<0.01表示差异极显著,P>0.05表示差异不显著。

2 结果与分析

2.1 不同剂量糖蜜和复合菌酶制剂对鲜食玉米秸秆青贮营养成分含量的影响

由表2可知,各组之间DM含量差异不显著(P>0.05);Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组的CP、EE含量均显著高于CK组(P<0.05),且Ⅲ、Ⅳ组之间差异不显著(P>0.05);Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组的NDF含量均显著低于CK组(P<0.05),且Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组之间差异不显著(P>0.05);Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组的ADF含量均显著低于CK组(P<0.05),且Ⅲ、Ⅳ组之间差异不显著(P>0.05)。

表2 不同剂量糖蜜和复合菌酶制剂对鲜食玉米秸秆青贮营养成分含量的影响

与青贮前(表1)相比,Ⅲ、Ⅳ组的CP含量分别提高了23.83%、22.03%,EE含量分别提高了64.5%、60.2%;CK、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组的NDF含量分别降低了11.55%、19.06%、19.75%、23.09%、22.40%,ADF含量分别降低了8.47%、19.82%、23.11%、28.08%、27.59%。

2.2 不同剂量糖蜜和复合菌酶制剂对鲜食玉米秸秆青贮发酵品质的影响

由表3可知,pH随着青贮时间的增长呈现先下降,后逐渐趋于平稳趋势。在青贮第15天、第30天、第45天、第60天时,与CK组相比,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组pH和丙酸含量均显著降低(P<0.05),乙酸含量均显著升高(P<0.05);其中Ⅲ组青贮第60天时pH达到最低,为3.42。与CK组相比,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组在青贮第15天时乳酸含量显著升高(P<0.05),Ⅲ、Ⅳ组在青贮第30天和第45天时乳酸含量显著升高(P<0.05),Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组在青贮第第60天乳酸含量显著升高(P<0.05)。各组均未检测到丁酸。NH3-N含量变化幅度较小,各组之间无显著差异(P>0.05)

表3 不同剂量糖蜜和复合菌酶制剂对鲜食玉米秸秆青贮发酵品质的影响

2.3 不同剂量糖蜜和复合菌酶制剂对鲜食玉米秸秆青贮微生物数量的影响

由表4可知,各组乳酸菌数量均高于青贮前,好氧性细菌、酵母菌数量低于青贮前。青贮第60天时,Ⅲ组的乳酸菌数量最高,达到9.44 lg(CFU/g),显著高于CK组(P<0.05)。青贮第30天时,Ⅲ组的好氧性细菌和酵母菌数量最低,分别为3.88、2.31 lg(CFU/g),显著低于CK组(P<0.05)。从青贮第45天起,测定的好氧性细菌、酵母菌数量<102(CFU/g),故不计其含量,标注为未检测到。随着青贮时间增长,各组青贮饲料中乳酸菌数量增加,好氧性细菌、酵母菌数量降低,表明不同水平糖蜜和复合菌酶制剂均可以有效提高鲜食玉米秸秆青贮乳酸菌数量,降低好氧性细菌、酵母菌数量,主要原因是pH下降,青贮的酸性环境抑制其他杂菌生长,青贮饲料品质良好。

表4 不同剂量糖蜜和复合菌酶制剂对鲜食玉米秸秆青贮微生物数量的影响

3 讨 论

3.1 不同剂量糖蜜和复合菌酶制剂对鲜食玉米秸秆青贮营养成分含量的影响

营养成分含量是判定青贮品质好坏的重要指标,玉米秸秆青贮后能很好地保存其营养[23]。研究证明,NDF和ADF含量越低,其青贮品质越好。本研究结果表明,青贮60 d后,添加不同剂量糖蜜和复合菌酶制剂显著降低了NDF和ADF含量,原因在于纤维素酶发挥主要作用,糖蜜和菌酶协同促进了青贮秸秆发酵过程中纤维的降解,与李龙兴等[24]在添加糖蜜与乳酸菌对玉米秸秆青贮发酵研究结果相一致。添加不同剂量糖蜜和复合菌酶制剂显著提高了CP、EE含量,CP含量升高是由于糖蜜中含有充足的糖类物质和少量的CP,在整个发酵过程中合成大量菌体蛋白;随着青贮时间的延长,EE含量逐渐提高,是由于微生物通过发酵将可溶性碳水化合物转化成了脂肪,这与Dönmez等[25]、吕文龙等[26]、Ni等[27]、王兴刚[28]在去穗玉米和稻秆青贮试验中研究结果一致。

3.2 不同剂量糖蜜和复合菌酶制剂对鲜食玉米秸秆青贮发酵品质的影响

发酵品质的好坏可直接影响青贮品质。pH是衡量青贮饲料发酵品质优良的重要的指标。有研究认为,品质优良的青贮饲料pH应该在3.5～4.2,而且在发酵时pH越低,饲料就越能较好的保存其营养品质[29]。由本研究结果可知,从青贮第15天开始,各试验组pH均小于4.2;在青贮第60天时,Ⅲ组pH最低达到3.42,说明青贮发酵品质较好。有机酸含量可以反映青贮秸秆发酵过程的好坏,其中重要的指标是乳酸、乙酸含量,乳酸所占比例越大,证明发酵品质越好。pH越低,乳酸含量越高,且乙酸含量也越高。原因在于糖蜜和复合菌酶制剂组合添加可以加速了乳酸、乙酸的产生,降低了好氧微生物的活力,从而抑制有害微生物的增殖,防止青贮饲料腐败霉变,与董志浩等[30]、张发强等[31]研究结果一致。NH3-N含量代表着青贮饲料中CP的降解程度,其含量越低,表明蛋白质的分解越少,说明青贮饲料的发酵效果越好[32]。本试验中NH3-N含量在0.14%～0.22%,含量较低,表明发酵品质较好。乙酸可以使青贮饲料有氧稳定性提高,它通常与DM含量成反比,丁酸是梭状芽孢杆菌及一些腐败菌分解营养的代谢产物,散发酸腐难闻的臭味[33-34],本试验开始至结束未检测到丁酸,说明发酵品质较好。

3.3 不同剂量糖蜜和复合菌酶制剂对鲜食玉米秸秆青贮微生物数量的影响

在青贮过程中,主要微生物组成有乳酸菌、酵母菌、好氧性细菌和霉菌[35]。本试验中,单独添加糖蜜、复合菌酶制剂或是糖蜜和复合菌酶制剂组合添加,在青贮过程中乳酸菌数量与CK组相比显著提高,是由于添加植物乳杆菌可以增加青贮饲料中乳酸菌数量,使青贮原料的pH迅速降低,防止腐败微生物的生长繁殖,减少发酵产物的腐败率。这与唐庆凤等[36]研究结果一致。酵母菌、好氧性细菌数量与对照组相比均显著降低,原因在于糖蜜、复合菌酶制剂可以有效抑制酵母菌和霉菌等有害菌的增殖,提高青贮营养成分和青贮品质,这与Chen等[37]、O’brien等[38]的研究结果一致。霉菌在青贮过程中存在是有害的,不利于发酵,如果没有良好的厌氧环境,霉菌就会大量增殖,产生有害毒素,降低青贮饲料品质,严重可危害反刍动物的性命。本试验中从原料到发酵过程中均未检测到霉菌,说明鲜食玉米秸秆品质优良,未发生霉变、腐败现象。

4 结 论

在本试验条件下,综合鲜食玉米秸秆青贮的营养成分含量、发酵品质、微生物数量,添加20 g/kg糖蜜+3 g/kg复合菌酶制剂和添加40 g/kg糖蜜+3 g/kg复合菌酶制剂组合效果较好,且二者之间差异不显著,但从生产实际和节约成本2方面考虑,以添加20 g/kg糖蜜+3 g/kg复合菌酶制剂较为适宜。