动物营养学报 >

2023 , Vol. 35 >Issue 5: 3390 - 3400

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2023.315

研究论文

没食子酸对全株玉米青贮品质的影响

  • 李玉萌 ,
  • 张志恒 ,
  • 朱亦朴 ,
  • 李湘 ,
  • 孙赛祎 ,
  • 李元晓 , * ,
  • 赵凌平 , *
展开
  • 河南科技大学动物科技学院,洛阳 471023
*李元晓,副教授,硕士生导师,E-mail: ;
赵凌平,副教授,硕士生导师,E-mail:

李玉萌(2001—),女,河南洛阳人,本科生,研究方向为动物营养与饲料科学。E-mail:

Copy editor: 田艳明

收稿日期: 2022-08-30

  网络出版日期: 2023-05-11

基金资助

青海省重点研发与转化计划(2019-NK-173)

收起

Effects of Gallic Acid on Silage Quality of Whole-Plant Corn Silage

  • LI Yumeng ,
  • ZHANG Zhiheng ,
  • ZHU Yipu ,
  • LI Xiang ,
  • SUN Saiyi ,
  • LI Yuanxiao , * ,
  • ZHAO Lingping , *
Expand
  • College of Animal Science and Technology, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471023, China
*LI Yuanxiao, associate professor, E-mail: ;
ZHAO Lingping, associate professor, E-mail:

Received date: 2022-08-30

  Online published: 2023-05-11

Fold

摘要

本试验旨在探究没食子酸对全株玉米营养成分和青贮品质的影响。将没食子酸分别以0(对照)、0.1%、0.3%、0.5%、0.7%和0.9%添加至粉碎后的全株玉米原料中,于青贮袋中密封保存110 d后检测青贮品质。经多重检验、主成分分析和聚类分析对青贮品质进行评价。结果表明:1)从营养成分来看,与对照组相比,没食子酸添加组全株玉米青贮干物质、粗蛋白质和可溶性碳水化合物含量显著提高(P<0.05),中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、酸性洗涤木质素、纤维素、半纤维和综纤维素含量显著降低(P<0.05)。从青贮品质来看,与对照组相比,0.5%、0.7%和0.9%没食子酸添加组全株玉米青贮pH显著降低(P<0.05);没食子酸添加组乳酸含量显著提高(P<0.05),氨态氮/总氮值显著降低(P<0.05),费氏评分显著提高(P<0.05)。2)与对照组相比,添加0.5%~0.9%没食子酸可显著降低全株玉米青贮饲料的生物降解潜力(P<0.05),并显著提高相对饲用价值(P<0.05)。3)主成分分析提取出3个主成分,累计贡献率为88.123%;主成分综合评定和单因素方差分析表明,0.5%、0.7%和0.9%没食子酸添加组排名较高,且显著高于其他组(P<0.05)。4)聚类分析将各组分为3类,其中第1类为0.5%、0.7%和0.9%没食子酸添加组,青贮饲料品质较好;第2类为0.1%和0.3%没食子酸添加组,青贮品质次之;第3类为对照组,青贮品质一般。聚类分析结果与主成分分析结果一致。综上可知,添加没食子酸可有效提高全株玉米青贮品质和相对饲用价值,从生产成本和青贮品质综合考量,没食子酸适宜添加浓度为0.5%。

关键词： 没食子酸; 全株玉米; 青贮品质; 主成分分析; 聚类分析

本文引用格式

李玉萌 , 张志恒 , 朱亦朴 , 李湘 , 孙赛祎 , 李元晓 , 赵凌平 . 没食子酸对全株玉米青贮品质的影响[J]. 动物营养学报, 2023 , 35(5) : 3390 -3400 . DOI: 10.12418/CJAN2023.315

Abstract

This experiment was conducted to investigate the effects of gallic acid on nutrient composition and silage quality of whole-plant corn silage. Gallic acid was supplemented to the crushed whole-plant corn material with 0 (control), 0.1%, 0.3%, 0.5%, 0.7% and 0.9%, and stored in silage bag sealed for 110 days to evaluate the silage quality by multiple test, principal component analysis and cluster analysis. The results showed as follows: 1) in terms of nutrient composition, compared with the control group, the contents of dry matter, crude protein and water-soluble carbohydrate of whole-plant corn silage in gallic acid supplemental groups were significantly increased (P<0.05), while the contents of neutral detergent fiber, acid detergent fiber, acid detergent lignin, cellulose, hemicellulose and holocellulose were significantly decreased (P<0.05). In terms of silage quality, compared with the control group, the pH of whole-plant corn silage in 0.5%, 0.7% and 0.9% gallic acid supplemental groups was significantly decreased (P<0.05). The lactic acid content in all gallic acid supplemental groups was significantly increased (P<0.05), the ammonia nitrogen to total nitrogen ratio was significantly decreased (P<0.05), and Fisher score was significantly increased (P<0.05). 2) Compared with the control group, the supplementation of 0.5% to 0.9% gallic acid significantly decreased the biodegradation potential of whole-plant corn silage (P<0.05), and significantly increased the relative feeding value (P<0.05). 3) Three principal components were extracted from the principal component analysis, and the cumulative contribution rate was 88.123%; the principal component comprehensive evaluation and one-way analysis of variance showed that 0.5%, 0.7% and 0.9% gallic acid supplemental groups ranked higher than the other groups, and were significantly higher than the other groups (P<0.05). 4) The groups were divided into three groups by cluster analysis, among which the first group was 0.5%, 0.7% and 0.9% gallic acid supplemental groups, and the silage quality was better; the second group was 0.1% and 0.3% gallic acid supplemental groups, followed by silage quality; and the third group was the control group, the silage quality was average. The results of cluster analysis were consistent with those of principal component analysis. In conclusion, the supplementation of gallic acid can effectively improve the silage quality and relative feeding value of whole-plant corn silage. From the comprehensive consideration of production cost and silage quality, the optimal supplemental concentration of gallic acid is 0.5%.

Key words： gallic acid; whole-plant corn; silage quality; principal component analysis; cluster analysis

全株玉米含有相对较高的淀粉和可消化纤维,是一种重要的粗饲料。玉米青贮后营养成分保存较好,青绿多汁,适口性好,且能长期保存,一年四季可均衡供应,是解决冬春季节草食动物粗饲料相对不足的有效方法[1]。赵亚星等[2]报道,在全混合日粮中以全株青贮玉米作为唯一粗饲料可以提高肉羊生长性能和肉品质。但全株玉米青贮从封窖到稳定期,需要乳酸菌发酵产酸并在青贮中积累,pH下降到一定水平后制成青贮饲料。这个过程一般时间较长,易造成腐败微生物的繁殖,使青贮后营养物质损失,影响青贮效果。因此,如何提高全株玉米青贮品质成为主要研究内容。在青贮过程中添加乳酸菌、纤维素酶等可抑制有害细菌繁殖,促进植物细胞壁分解和乳酸菌发酵,进而改善青贮饲料品质[1]。甲酸主要通过抑制发酵过程中有害菌群活性,作为抑制性添加剂运用到青贮中,能使青贮饲料干物质消化率、采食量显著提高[3]。Chen等[4]提到,添加丙酸可进一步改善全混合日粮青贮饲料品质,提高乳酸含量。但甲酸、丙酸在添加时具有刺激性气味和腐蚀作用,易影响饲料饲用效果。
没食子酸(gallic acid)学名为3,4,5-三羟基苯甲酸,是一种天然有机酚酸,与蛋白质的结合能力很强,可以防止蛋白质被降解,且具有抑菌、抗氧化和抗炎等多种生物学功能。添加没食子酸不仅可以增加青贮饲料的能量值,使其容易被瘤胃微生物利用[5];还可以减少反刍动物生产中的甲烷和氮排放[6-7]。Wang等[8]指出,在青贮饲料中添加没食子酸是提高和保护饲料品质及营养的有效策略。因此,通过添加没食子酸抑制发酵初期的需氧性微生物如酵母菌和霉菌的生长以及蛋白质的水解,可以达到提高青贮品质并使饲料长期保存的目的。基于此,本试验以“渝青386”全株玉米为研究对象,用不同浓度的没食子酸进行处理,分析没食子酸处理后的全株玉米发酵产物的营养品质和发酵效果,探讨不同浓度没食子酸对全株玉米青贮品质的影响,并筛选出发酵效果最优的没食子酸浓度。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以“渝青386”玉米(由郑州华丰草业科技有限公司提供)为试验原料,其营养成分见表1。没食子酸(CAS:149-91-7,纯度≥98.5%)由上海某生物科技有限公司提供。
表1 全株玉米营养成分(干物质基础)

Table 1 Nutrient composition of whole-plant corn (DM basis) %

项目Items 含量Content
干物质DM/% FM 31.36±3.34
粗蛋白质CP 8.07±0.57
粗脂肪EE 3.75±0.68
粗灰分Ash 4.88±0.63
中性洗涤纤维NDF 56.24±2.11
酸性洗涤纤维ADF 19.59±1.48
可溶性碳水化合物WSC 11.06±1.69

1.2 试验设计

将蜡熟中期长势一致的“渝青386”全株玉米刈割后用铡草机铡短至2~3 cm,每1 kg分为1组,共设立6组,每组3个重复。试验组分别按照新鲜原料的0.1%、0.3%、0.5%、0.7%和0.9%的比例称取没食子酸,并溶于30 mL无菌蒸馏水中,然后均匀喷洒在粉碎后的玉米原料中;对照组添加等量的无菌蒸馏水。充分混合均匀后采用四分法从每个重复中称取500 g全株玉米装入青贮袋中,充分压实排气后用热封机封口,常温避光保存110 d后。取3个重复的全株玉米原料带回实验室检测原料的营养成分,并使用费氏评分评价青贮品质。

1.3 指标测定

青贮完成后,每个组的3个重复各称取200 g左右样品于牛皮纸袋中65 ℃烘48 h,烘干完成并称重后用粉碎机粉碎并用40目筛过滤,于自封袋中密封保存,用于常规品质的测定。采用张丽英[9]的方法测定干物质含量;参考AOAC(2000)[10]的方法测定粗灰分、粗脂肪和粗蛋白质含量;用ANKOM A200i型全自动纤维分析仪分析中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和酸性洗涤木质素含量;采用蒽酮法测定可溶性碳水化合物含量[11]。木质纤维组分[12]、费氏评分[13]、生物降解潜力(BDP)[14]和相对饲用价值(RFV)[15]计算公式如下:
纤维素=酸性洗涤纤维-酸性洗涤木质素;
半纤维素=中性洗涤纤维-酸性洗涤纤维;
综纤维素=纤维素+半纤维素;
费氏评分=220+(2×干物质含量%-15)-(40×pH);
BDP=综纤维素/酸性洗涤木质素;
RFV=饲料干物质采食量(% BW)×可消化的干物质(% DM)/1.29(以绵羊为基础)。
另外,每个重复准确称取20.00 g样品置于250 mL锥形瓶中,加入180 mL蒸馏水并摇匀,放入4 ℃冰箱中浸提24 h,充分浸提后先用4层纱布粗过滤,再用2层定性滤纸过滤得到浸提液。取10 mL左右浸提液于-20 ℃条件下冷冻保存,用于后续乳酸和氨态氮含量的测定;其余浸提液用于测定pH。采用pH计测定pH,采用对羟基联苯比色法测定乳酸含量[16],采用苯酚-次氯酸盐比色法测定氨态氮含量[17]。

1.4 数据统计分析

采用Excel 2016对数据进行处理,采用SPSS 22.0软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)和主成分分析(principal component analysis,PCA),并采用Duncan氏法进行多重比较检验,结果用“平均值±标准差”表示,P<0.05表示差异显著。
利用相关性分析和主成分分析,对6个浓度没食子酸处理下的14个指标进行降维处理,转化为1组能反映原多个指标变量中主要信息的新简化指标即主成分,通过计算公式对各组进行评分,由聚类分析验证主成分分析降维简化计算得到主成分评分的准确性。各组主成分评分结果求和后取平均值进行排名。采用Origin 2022绘制主成分分析和聚类分析图。

2 结果与分析

2.1 不同浓度没食子酸对全株玉米青贮营养成分和青贮品质的影响

由表2可知,添加不同浓度的没食子酸对全株玉米青贮后的粗脂肪和粗灰分含量无显著影响(P>0.05),但对干物质、粗蛋白质、可溶性碳水化合物、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、酸性洗涤木质素、纤维素、半纤维和综纤维素含量均有显著影响(P<0.05)。其中,与对照组相比,试验组干物质、粗蛋白质和可溶性碳水化合物含量显著提高(P<0.05),并且随着没食子酸添加浓度的提高呈升高趋势;试验组中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、酸性洗涤木质素、纤维素、半纤维和综纤维素含量显著降低(P<0.05),并且随着没食子酸添加浓度的提高呈降低趋势。从青贮品质来看,与对照组相比,0.5%、0.7%和0.9%没食子酸添加组pH显著降低(P<0.05);试验组乳酸含量显著提高(P<0.05),氨态氮/总氮值显著降低(P<0.05),费氏评分显著提高(P<0.05)。经对青贮品质进行综合评定,结果显示添加没食子酸显著提高全株玉米青贮饲料的综合发酵品质,且在本试验浓度范围内青贮品质随没食子酸添加浓度的提高而升高。
表2 不同浓度没食子酸对全株玉米青贮营养成分和青贮品质的影响

Table 2 Effects of different concentrations of gallic acid on nutrient composition and silage quality of whole-plant corn silage

项目
Items		 对照组
Control group		 没食子酸添加浓度Gallic acid supplemental concentration/%
0.1 0.3 0.5 0.7 0.9
营养成分(干物质基础) Nutrient composition (DM basis)/%
干物质DM 27.70±0.07e 30.23±0.11d 30.40±0.16d 30.86±0.10c 31.08±0.14b 31.55±0.07a
粗蛋白质CP 7.12±0.16d 7.85±0.13c 8.42±0.12b 8.90±0.10a 8.85±0.11a 8.87±0.13a
粗脂肪EE 3.81±0.05 3.75±0.06 3.76±0.06 3.78±0.08 3.77±0.08 3.76±0.06
粗灰分Ash 5.15±0.11 5.15±0.12 5.22±0.12 5.21±0.12 5.13±0.11 5.05±0.10
可溶性碳水化合物WSC 4.51±0.08d 5.15±0.03c 6.48±0.03a 5.78±0.06b 5.82±0.04b 6.41±0.05a
中性洗涤纤维NDF 52.12±1.23a 48.20±0.99b 45.02±0.96c 41.79±0.97d 41.82±0.96d 41.88±0.96d
酸性洗涤纤维ADF 18.95±0.47a 17.95±0.38b 17.01±0.37c 15.94±0.37d 15.84±0.38d 15.86±0.37d
酸性洗涤木质素ADL 2.95±0.24a 2.66±0.06b 2.63±0.05b 2.65±0.04b 2.66±0.03b 2.67±0.05b
纤维素CL 16.00±0.37a 15.29±0.21b 14.39±0.40c 13.29±0.40d 13.18±0.36d 13.20±0.40d
半纤维素HCL 33.17±0.76a 30.25±1.29b 28.00±1.32c 25.85±1.08cd 25.98±0.82cd 26.02±1.24cd
综纤维素HoC 49.17±1.09a 45.54±0.96b 42.39±0.94c 39.14±0.94d 39.16±0.97d 39.21±0.92d
青贮品质Silage quality
pH 3.72±0.04a 3.69±0.02ab 3.67±0.02ab 3.65±0.03bc 3.65±0.02bc 3.62±0.01c
乳酸LA/(μg/g) 67.16±0.30d 68.16±0.26c 69.32±0.29b 71.87±0.24a 71.75±0.26a 68.96±0.26b
氨态氮/总氮NH3-N/TN/% 5.74±0.27a 4.71±0.20b 4.13±0.19c 3.58±0.20d 3.67±0.22d 3.64±0.25d
费氏评分FS 111.73±1.48d 117.99±0.70c 118.99±0.72c 120.85±0.90b 121.30±0.54b 123.31±0.54a

同行数据标注不同字母表示差异显著(P<0.05)。

Values in the same row with different letter superscripts mean significant difference (P<0.05).

2.2 不同浓度没食子酸对全株玉米青贮BDP和RFV的影响

如图1所示,0.5%、0.7%和0.9%没食子酸添加组BDP显著低于对照组和0.1%、0.3%没食子酸添加组(P<0.05);而0.5%、0.7%和0.9%没食子酸添加组RFV显著高于对照组和0.1%、0.3%没食子酸添加组(P<0.05),且0.1%和0.3%没食子酸添加组RFV显著高于对照组(P<0.05)。由此可见,全株玉米青贮时,添加0.5%~0.9%没食子酸可显著降低饲料的BDP,并显著提高RFV。
图1 不同浓度没食子酸对全株玉米青贮BDP和RFV的影响

数据柱标记不同字母表示差异显著(P<0.05)。

Fig.1 Effects of different concentrations of gallic acid on BDP and RFV of whole-plant corn silage

Values columns with different letters mean significant difference (P<0.05).

2.3 全株玉米青贮品质指标间的相关性分析

对全株玉米青贮饲料的14个品质指标进行相关性分析,结果如图2所示。干物质和粗蛋白质含量与可溶性碳水化合物和乳酸含量均呈极显著正相关(P<0.01),与中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、酸性洗涤木质素、纤维素、半纤维素、综纤维素含量以及pH和氨态氮/总氮值呈极显著负相关(P<0.01),同时干物质含量和粗蛋白质含量之间也呈极显著正相关(P<0.01);可溶性碳水化合物含量与乳酸含量呈显著正相关(P<0.05),与中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、酸性洗涤木质素、纤维素、半纤维素、综纤维素含量以及pH和氨态氮/总氮值呈极显著负相关(P<0.01);木质纤维组分中,除酸性洗涤木质素外,其余均与pH和氨态氮/总氮值呈极显著正相关(P<0.01),与乳酸含量呈极显著负相关(P<0.01);pH与乳酸含量呈显著负相关(P<0.05),与氨态氮/总氮值呈极显著正相关(P<0.01);乳酸含量与氨态氮/总氮值呈极显著负相关(P<0.01);此外,木质纤维组分间彼此呈显著或极显著正相关(P<0.05或P<0.01)。
图2 全株玉米青贮品质指标间相关性分析

DM:干物质 dry matter;CP:粗蛋白质 crude protein;EE:粗脂肪 ether extract;Ash:粗灰分 crude ash;WSC:可溶性碳水化合物 water soluble carbohydrate;NDF:中性洗涤纤维 neutral detergent fiber;ADF:酸性洗涤纤维 acid detergent fiber;ADL:酸性洗涤木质素 acid detergent lignin;CL:纤维素 cellulose;HCL:半纤维素 hemicellulose;HoC:综纤维素 holocellulose;LA:乳酸 lactic acid;NH3-N/TN:氨态氮/总氮 ammonia nitrogen/total nitrogen。

*表示P<0.05,**表示P<0.01。* mean P<0.05, and ** mean P<0.01.

Fig.2 Correlation analysis of quality indices of whole-plant corn silage

2.4 全株玉米青贮品质的PCA

对全株玉米青贮品质进行PCA,得到主成分的特征值和贡献率如表3所示。前3个主成分特征值(λ)≥1,累计贡献率为88.123%,即原有指标88.123%的信息被保留,因此只提取对玉米青贮品质影响较大的前3个综合因子进行分析已足以对青贮品质特性进行评价。
表3 主成分的特征值和贡献率

Table 3 Eigenvalues and contribution rates of principal components

项目
Items		 初始特征值方差
Variance of initial eigenvalues		 提取平方和载入方差
Extract square sum load variance
特征值
Eigenvalue		 方差贡献率
Variance
contribution
rate/%		 累积贡献率
Accumulative
contribution
rate/%		 特征值
Eigenvalue		 方差贡献率
Variance
contribution
rate/%		 累积贡献率
Accumulative
contribution
rate/%
第1主成分
Principal component 1		 9.921 70.866 70.866 9.921 70.866 70.866
第2主成分
Principal component 2		 1.360 9.716 80.582 1.360 9.716 80.582
第3主成分
Principal component 3		 1.056 7.541 88.123 1.056 7.541 88.123
主成分对应的各特征向量和载荷矩阵见表4,第1主成分在干物质(x1)、粗蛋白质(x2)、中性洗涤纤维(x6)、酸性洗涤纤维(x7)、纤维素(x9)、半纤维素(x10)、综纤维素(x11)和氨态氮/总氮(x14)上载荷值较大,权重系数分别为-0.945、-0.983、0.984、0.956、0.938、0.960、0.983和0.965;第2主成分在粗灰分(x4)上载荷值较大,权重系数为0.916;第3主成分在粗脂肪(x3)上载荷值较大,权重系数为0.838。这进一步解释了提取的前3个主成分与各营养成分之间的关系及其主要凝练包含的指标,为得出全株玉米青贮品质综合评价的计算方式提供了依据。
表4 主成分对应的各特征向量和载荷矩阵

Table 4 Eigenvectors and load matrices corresponding to principal components

项目
Items		 第1主成分
Principal component 1		 第2主成分
Principal component 2		 第3主成分
Principal component 3
干物质DM (x1) -0.945 -0.050 -0.103
粗蛋白质CP (x2) -0.983 -0.030 0.080
粗脂肪EE (x3) 0.168 0.443 0.838
粗灰分Ash (x4) 0.072 0.916 -0.213
可溶性碳水化合物WSC (x5) -0.838 0.006 -0.109
中性洗涤纤维NDF (x6) 0.984 -0.053 -0.057
酸性洗涤纤维ADF (x7) 0.956 0.022 0.061
酸性洗涤木质素ADL (x8) 0.677 -0.381 0.433
纤维素CL (x9) 0.938 0.070 0.012
半纤维素HCL (x10) 0.960 -0.083 -0.105
综纤维素HoC (x11) 0.983 -0.040 -0.074
pH (x12) 0.800 0.359 -0.172
乳酸LA (x13) -0.800 0.178 0.169
氨态氮/总氮NH3-N/TN (x14) 0.965 -0.015 -0.100
通过前3个主成分的特征向量矩阵,以14种营养成分指标为初始自变量得出主成分综合评价方程表达式:
y1=-0.300 02x1-0.312 08x2+0.053 337x3+0.022 859x4-0.266 05x5+0.312 401x6+0.303 511x7+0.214 934x8+0.297 797x9+0.304 781 049x10+0.312 083x11+0.253 984x12-0.253 98x13+0.307 321x14;
y2=-0.042 87x1-0.025 72x2+0.379 866x3+0.785 457x4+0.005 145x5-0.045 45x6+0.018 865x7-0.326 7x8+0.060 024x9-0.071 17x10-0.034 3x11+0.307 837x12+0.152 632x13-0.012 86x14;
y3=-0.100 23x1+0.078 51x2+0.815 492x3-0.207 28x4-0.106 07x5-0.055 47x6+0.059 362x7+0.421 37x8+0.011 678x9-0.102 18x10-0.072 01x11-0.167 38x12+0.164 461x13-0.097 31x14;
y=0.708 66y1+0.097 16y2+0.075 41y3。
根据主成分综合评价方程,得出综合得分排在前3位的是0.5%、0.7%和0.9%没食子酸添加组(表5)。将各组综合得分进行单因素方差分析,得出0.5%、0.7%和0.9%没食子酸添加组综合得分显著低于其他组(P<0.05),这也说明这3个组的综合排名较高。
表5 各主成分得分和综合得分

Table 5 Scores of each principal component and comprehensive score

项目
Items		 第1主成分得分
Principal
component 1
score (y1)		 第2主成分得分
Principal
component 2
score (y2)		 第3主成分得分
Principal
component 3
score (y3)		 综合得分
Comprehensive
score (y)		 排序
Ranking
对照组Control group 5.76 -0.14 0.56 4.10±0.28a 6
没食子酸添加浓度
Gallic acid
supplemental
concentration/%		 0.1 2.07 -0.02 -0.84 1.40±0.19b 5
0.3 -0.41 0.61 0.64 -0.28±0.28c 4
0.5 -2.41 0.65 0.36 -1.61±0.18d 3
0.7 -2.44 -0.02 0.42± -1.69±0.33d 2
0.9 -2.57 -1.09 0.15 -1.91±0.23d 1

综合得分数据标注不同字母表示差异显著(P<0.05)。

Values of comprehensive score with different letter superscripts mean significant difference (P<0.05).

2.5 不同浓度没食子酸对全株玉米青贮品质的聚类分析

采用Origin 2022对18个样品的营养成分和青贮品质进行聚类分析,得到聚类热图如图3所示。添加不同浓度没食子酸的全株玉米青贮饲料,在营养成分和青贮品质间存在差异。图3左侧树状图表示不同浓度和组别间的聚类,中间方块颜色为相应指标的表达量。
图3 全株玉米青贮品质指标间聚类分析

CK1~CK3为对照组样品,0.1%1~0.1%3为0.1%没食子酸添加组样品,0.3%1~0.3%3为0.3%没食子酸添加组样品,0.5%1~0.5%3为0.5%没食子酸添加组样品,0.7%1~0.7%3为0.7%没食子酸添加组样品,0.9%1~0.9%3为0.9%没食子酸添加组样品。

Fig.3 Cluster analysis of quality indices of whole-plant corn silage

CK1 to CK3 were samples in the control group, 0.1%1 to 0.1%3 were samples in 0.1% gallic acid supplemental group, 0.3%1 to 0.3%3 were samples in 0.3% gallic acid supplemental group, 0.5%1 to 0.5%3 were samples in 0.5% gallic acid supplemental group, 0.7%1 to 0.7%3 were samples in 0.7% gallic acid supplemental group, and 0.9%1 to 0.9%3 were samples in 0.9% gallic acid supplemental group.

从左侧聚类情况来看添加没食子酸的全株玉米青贮饲料被聚为3类。第1类为0.5%、0.7%和0.9%没食子酸添加组,其粗蛋白质含量、RFV和粗饲料干物质采食量较高,氨态氮/总氮值及酸性洗涤纤维和纤维素含量较低;第2类为0.1%和0.3%没食子酸添加组,其粗蛋白质含量、RFV、费氏评分及纤维组分含量与其他2类相比处于中间水平,粗脂肪和粗灰分含量差异不大;第3类为对照组,其与第1类相比干物质和粗蛋白质含量、RFV和费氏评分等较低,而木质纤维组分含量较高。相比较之下,第1类青贮饲料品质较好,第2类次之,第3类青贮品质一般。

3 讨论

3.1 没食子酸对全株玉米青贮营养成分和青贮品质的影响

青贮初期梭菌和酵母等一些有害微生物的有氧活动,或异源发酵产生的挥发物的作用,会使青贮过程中干物质等营养物质损失,从而增加动物养殖成本[7];而在青贮时使用没食子酸等添加剂,则可有效提高青贮发酵品质,并减少干物质损失[18]。本研究中,随着没食子酸添加浓度的提高,全株玉米青贮饲料发酵品质得到显著改善。一方面,没食子酸的酸性特质使发酵环境的pH下降,为乳酸菌的生长提供了有利环境;另一方面,与没食子酸的体外抑菌作用相关,青贮中的霉菌会利用糖和乳酸分解纤维素等细胞壁的成分从而使青贮腐败变质,而没食子酸则能抑制饲料中的霉菌和食源性致病菌生长,杀灭部分杂菌从而减少营养物质的损失[19-20]。He等[21]在没食子酸对辣木叶青贮的研究中也证实,没食子酸作为青贮添加剂与普通青贮相比,更有利于蛋白质的保存,可以提高青贮饲料的营养价值和青贮质量。
木质纤维组分是评价饲料纤维品质的重要指标。一般情况下,酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维与动物的消化吸收率以及饲料价值呈负相关。没食子酸浓度高的添加组纤维组分含量更低,说明添加没食子酸后全株玉米青贮饲料的RFV更高,这与本研究中RFV的计算结果相一致,即添加没食子酸后全株玉米青贮RFV显著提高,且没食子酸浓度高的添加组RFV更高。
本研究中,全株玉米青贮干物质、粗蛋白质、可溶性碳水化合物、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、酸性洗涤木质素、纤维素、半纤维素、综纤维素、乳酸含量以及pH和氨态氮/总氮值之间,存在不同程度的相关性,且多数表现为极显著相关,这与任丽娟等[22]的研究结果相类似。本试验发现,全株玉米青贮的可溶性碳水化合物含量与粗蛋白质含量呈极显著正相关,酸性洗涤木质素含量与粗灰分含量呈负相关;而张志恒等[23]研究发现,可溶性碳水化合物含量与粗蛋白质含量呈显著负相关,酸性洗涤木质素含量与粗灰分含量呈显著正相关。由此可见,仅以各营养成分的相关性来评价全株玉米的青贮品质并不客观,评价的结果会因指标所反映的信息重叠而造成不确定性,因此不能直接作为青贮品质的综合评价方法[24],这就需要对各营养成分进行分类、加权,从而提高综合评价的合理和准确性。

3.2 全株玉米青贮品质的PCA和聚类分析综合评定

PCA是利用降维的思想在尽可能保留原有信息的基础上把多个指标转化为几个综合指标的一种统计方法。目前在饲料研究中广泛应用PCA对饲料质量进行综合评价[25]。王英成等[26]将16个玉米品种的13个农艺性状提取出5个主成分,为筛选高产且适宜该地区种植的全株青贮玉米品种提供了理论依据。本文应用PCA将添加有6种浓度没食子酸的全株玉米青贮的14个营养指标综合为3个独立的因子,保留了原有变量88.123%的信息。其中,第1主成分与中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量和氨态氮/总氮值等呈正相关,与干物质、粗蛋白质等含量呈负相关;第2主成分主要与粗灰分、粗脂肪等含量呈正相关;第3主成分与粗脂肪、酸性洗涤木质素等含量呈正相关。根据主成分综合评价方程式可知,主成分得分越低其青贮品质越高,即所有没食子酸添加组青贮特性和营养品质高于对照组,且0.5%、0.7%和0.9%的添加浓度青贮后品质较高,这一结果与营养成分分析的结果相一致。从经济效益和青贮发酵品质等综合方面考虑,在全株玉米青贮发酵过程中添加0.5%没食子酸发酵效果较好。
系统聚类是一种以相似性为基础对样本进行分层分类的方法,是最常用的无监督模式下的识别技术[27]。本试验中,0.5%、0.7%和0.9%没食子酸添加组聚为第1类;0.1%和0.3%没食子酸添加组聚为第2类;对照组单独聚为第3类。氨态氮/总氮值的大小表示了青贮中蛋白质的损失量,其值与蛋白质的分解量呈正相关[28],且数值小于5%被视为优质[29]。本试验中,与对照组相比,试验组氨态氮/总氮值均小于5%,且第1类的数值更低,这表明没食子酸能够在一定程度上保护蛋白质不被降解。这与熊乙等[18]报道的没食子酸可以提高构树青贮的发酵品质、减少非蛋白氮产生的结果相一致。结合PCA,没食子酸浓度越高的添加组综合排名越高,这与聚类分析结果的判定结果较为一致。从实际生产中的成本考虑,由于0.5%、0.7%和0.9%主成分综合得分间无显著差异,因此选择0.5%的没食子酸添加浓度为供试范围内最适浓度,该浓度下青贮品质较优、效益最好。

4 结论

① 全株玉米青贮饲料中添加0.5%~0.9%没食子酸可显著降低饲料的BDP,并提高RFV。
② 营养成分中干物质、粗蛋白质和pH与木质纤维组分呈负相关,而木质纤维组分间彼此呈正相关。
③ 经PCA提取3个主成分后进行综合评分得到对照组排名最低,而没食子酸浓度越高排名越靠前;结合聚类分析第1类即0.5%~0.9%没食子酸添加组青贮品质最优,且与PCA结果相一致。
④ 综上可知,添加没食子酸能够提高全株玉米青贮品质,综合考量,0.5%没食子酸为适宜添加浓度。

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