研究论文

尾菜-玉米芯型发酵全混合日粮发酵工艺优化及营养价值分析

  • 刘郦 ,
  • 周瑞 ,
  • 卢利平 ,
  • 李耀东 ,
  • 柳鑫昱 ,
  • 付雪 ,
  • 徐红伟 , * ,
  • 臧荣鑫 , *
展开
  • 西北民族大学生命科学与工程学院,兰州 730100
*徐红伟,副教授,硕士生导师,E-mail: ;
臧荣鑫,教授,博士生导师,E-mail:

刘郦(1999—),女,山西阳泉人,硕士研究生,研究方向为畜牧生物工程与畜产品品质控制。E-mail:

Copy editor: 菅景颖

收稿日期: 2024-01-01

  网络出版日期: 2024-07-09

基金资助

兰州市人才创新创业项目(2023-QN-13)

中央高校基本科研业务费项目(31920210004)

甘肃省科技计划项目(21JR1RA213)

Fermentation Process Optimization and Nutrient Value Analysis of Tail Vegetable-Corn Core Type Fermented Total Mixed Ration

  • LIU Li ,
  • ZHOU Rui ,
  • LU Liping ,
  • LI Yaodong ,
  • LIU Xinyu ,
  • FU Xue ,
  • XU Hongwei , * ,
  • ZANG Rongxin , *
Expand
  • College of Life Science and Engineering, Northwest University for Nationalities, Lanzhou 730100, China
*XU Hongwei, associate professor, E-mail: ;
ZANG Rongxin, professor, E-mail:

Received date: 2024-01-01

  Online published: 2024-07-09

摘要

本试验旨在优化复合益生菌发酵尾菜-玉米芯型发酵全混合日粮(FTMR)的生产工艺参数并探究发酵对其营养成分和发酵品质的影响。以玉米芯型全混合日粮(TMR)为试验对象:1)采用单因素试验设计,设产朊假丝酵母菌、酿酒酵母、粪肠球菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌5种益生菌的32个不同组合,筛选最优菌种组合;2)采用L16(34)正交试验,设计3种益生菌的4个不同添加比例,筛选出最优菌种比例;3)在确定最优菌种组合和比例的基础上,设计接种量、温度和干物质含量3个因素,每个因素4个水平,采用L16(34)正交试验对玉米芯型FTMR生产工艺参数进行优化;4)利用水和不同尾菜(白菜尾菜和西兰花尾菜)调整发酵底物干物质含量,进行对比验证试验。发酵9 d后对发酵产物的感官指标、pH及营养成分含量进行测定,利用隶属函数法对相关指标进行综合评判。结果表明:1)最优菌种组合与比例为产朊假丝酵母菌∶酿酒酵母∶枯草芽孢杆菌=3∶3∶1,在接种量为0.4%、温度为33 ℃、干物质含量为55%时隶属值、粗蛋白质(CP)增加率和酸性洗涤纤维(ADF)、中性洗涤纤维(NDF)降解率最高;2)验证对比试验结果显示,与发酵前相比,添加蒸馏水、白菜尾菜和西兰花尾菜的玉米芯型TMR发酵后CP含量分别提高了10.08%、22.02%、17.55%,酸溶蛋白(ASP)含量分别提高了59.69%、29.20%、34.34%,ADF含量分别降低了12.29%、11.36%、11.76%,NDF含量分别降低了6.27%、6.57%、6.13%,营养品质得到改善;3)与添加蒸馏水的对照相比,添加白菜尾菜和西兰花尾菜的玉米芯型TMR发酵后ASP和水溶性碳水化合物(WSC)含量分别提高了13.42%、14.06%和31.17%、40.43%,说明添加尾菜可以有效提升玉米芯型FTMR的营养价值。综上所述,优化复合益生菌组合及发酵工艺参数可以有效提升尾菜-玉米芯型FTMR的营养价值。

本文引用格式

刘郦 , 周瑞 , 卢利平 , 李耀东 , 柳鑫昱 , 付雪 , 徐红伟 , 臧荣鑫 . 尾菜-玉米芯型发酵全混合日粮发酵工艺优化及营养价值分析[J]. 动物营养学报, 2024 , 36(7) : 4725 -4738 . DOI: 10.12418/CJAN2024.405

Abstract

The purpose of this experiment was to study the production process parameters of composite probiotics fermented tail vegetable-corn core type fermented total mixed ration (FTMR), and to explore the effects of fermentation on its nutritional composition and fermentation quality. The corn core type total mixed ration (TMR) was used as the experiment object, and 32 different combinations of 5 probiotics, including Candida utilis, Saccharomyces cerevisiae, Enterococcus faecalis, Bacillus subtilis and Lactobacillus plantarum, were designed using a single-factor experiment to explore the optimal strain combination. Subsequently, an L16(34) orthogonal experiment was employed to determine the optimal strain ratio by testing 4 different adding ratios of 3 kinds of probiotics. Following this, using the optimized strain combination and ratio, an L16(34) orthogonal experiment was conducted to optimize the production process parameters of the corn core type FTMR by 3 considering factors such as inoculation amount, temperature and dry matter content, each with 4 levels. Finally, the dry matter content was adjusted using water and different tail vegetables (tail cabbage and tail broccoli), and a comparative verification experiment was conducted. After 9 days of fermentation, sensory indexes, pH, and nutrient contents of the fermentation products were determined and evaluated comprehensively using the membership function method. The results showed as follows: 1) the optimal strain combination and ratio was Candida utilisSaccharomyces cerevisiaeBacillus subtilis=3∶3∶1. Fermentation parameters such as the membership value, crude protein (CP) increasing rate, and the degradation rates of acid detergent fiber (ADF) and neutral detergent fiber (NDF) were the highest when the inoculation amount was 0.4%, temperature was 33 ℃, and dry matter content was 55%. 2) The verification and comparison experiment results indicated that the contents of CP and acid soluble protein (ASP) increased by 10.08%, 22.02%, 17.55% and 59.69%, 29.20%, 34.34% before and after fermentation in the corn core type TMR supplemented with distilled water, tail cabbage and tail broccoli, the ADF and NDF contents decreased by 12.29%, 11.36%, 11.76% and 6.27%, 6.57%, 6.13% compared with those before fermentation, respectively, and the feed nutritional quality was improved. 3) Compared with the control which added distilled water, the ASP and water soluble carbohydrates (WSC) contents increased by 13.42%, 14.06% and 31.17%, 40.43%, respectively, in the corn core type TMR supplemented with tail cabbage and tail broccoli, those indicated that the nutritional value and fermentation quality of fermented feed could be improved by adding tail vegetables. In summary, optimization of complex probiotics combination and fermentation process parameters can effectively improve the nutritional value of tail vegetable-corn core type FTMR.

发酵型全混合日粮(FTMR)融合青贮技术与全混合日粮(TMR)技术,能够有效地保存TMR中的营养成分,扩大饲料来源,弥补饲草资源短缺问题,因此,FTMR技术已成为近年来畜牧业的发展方向[1-3]。为充分利用和发掘非常规粗饲料资源,发展节粮型畜牧业己成为畜牧业可持续发展的关键[4]
大量研究表明,玉米芯作为农业生产中的一种可再生资源,当前利用率较低,在农业生产中大部分被用作燃料,这不仅会造成资源浪费,还对周围环境产生污染[5-6]。何香凝等[7]研究发现,玉米芯含2.42%粗蛋白质(CP)、0.36%粗脂肪(EE)、35.42%粗纤维(CF)、0.12%钙(Ca)、0.04%磷(P)、79.13%中性洗涤纤维(NDF)、42.49%酸性洗涤纤维(ADF)、5.77%酸性洗涤木质素(ADL),无毒性而且营养价值丰富。但玉米芯中的主要营养成分如纤维素、半纤维素和复杂多糖等导致其不能很好地被降解并被家畜所利用,实际饲喂效果并不理想[8]。玉米芯在经过微生物发酵后,其中有效成分被充分利用并产生新的代谢产物和营养成分,发酵后的玉米芯中菌体蛋白含量丰富,能有效提高玉米芯中CP含量,改善玉米芯营养品质[9]。同时,我国废弃的农业副产品产量高达23亿t,其中蔬菜生产的副产物占比约为9%,约为2.07亿t。然而,由于处理方式上的欠缺和不完善,大部分尾菜都被当作垃圾处理并掩埋,这种处理方式不仅会浪费资源,还会污染环境[10-12]。尾菜含水率高,如果将其烘干,其中CP、EE和可溶性碳水化合物(WSC)等有机物含量较高。例如,我国白菜的CP含量为14.65%~28.41%,还原糖含量以鲜重基础计算为1.34%~3.09%,且含有20.89~33.94 mg/100 g的维生素C[13]。本课题组前期利用尾菜生产青贮饲料和发酵浓缩饲料,显示其能提高绵羊[14]和猪[15]的生长性能、营养物质表观消化率、抗氧化能力及免疫能力,提高经济效益。尾菜饲料化利用已成为其资源化利用的主要方式之一[16]。非常规饲料资源的开发,既能缓解饲料紧张的问题,又能够通过资源化、无害化处理减轻环境污染,具有可观的经济效益、生态效益和社会效益[17]。然而,国内关于尾菜-玉米芯型TMR发酵制作FTMR的生产工艺及其发酵效果的研究鲜有报道。因此,本试验拟通过研究菌种组合、菌种比例和发酵参数对玉米芯型FTMR发酵品质的影响,并对添加尾菜的尾菜-玉米芯型FTMR的营养成分进行系统性评价,旨在确定玉米芯型FTMR的最优菌种组合、最佳菌种比例和最适发酵参数,为尾菜-玉米芯型FTMR生产提供技术参数,也为尾菜等非常规饲料资源的开发利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

参考《肉羊营养需要量》(NY/T 816—2021)中绵羊的生长育肥阶段营养需要量配制玉米芯型TMR,其组成及营养水平见表1。枯草芽孢杆菌(CCTCC No.:2021528,1×1011 CFU/g)、植物乳杆菌(CCTCC No.:M2021527,1×1011 CFU/g)为西北民族大学生化与生物制药实验室保存菌种,产朊假丝酵母(CCTCC No.:1769,5×109 CFU/g)、酿酒酵母(CCTCC No.:263,2×1010 CFU/g)、粪肠球菌(CCTCC No.:10396,1×1011 CFU/g)购自中国工业微生物菌种保藏管理中心。
表1 玉米芯型TMR组成及营养水平(风干基础)

Table 1 Composition and nutrient levels of corn core type TMR (air-dry basis)%

项目 Items 含量 Content
原料 Ingredients
玉米芯 Corn core 40.14
玉米粉 Corn flour 18.13
小麦麸 Wheat bran 14.76
棉籽粕 Cottonseed meal 11.07
菜籽粕 Rapeseed meal 10.76
预混料 Premix1) 2.34
食盐 NaCl 1.05
石粉 Limestone 1.75
合计 Total 100.00
营养水平 Nutrient levels2)
干物质 DM 85.00
消化能 DE/(MJ/kg) 6.10
代谢能 ME/(MJ/kg) 4.86
粗蛋白质 CP 11.98
中性洗涤纤维 NDF 48.01
酸性洗涤纤维 ADF 24.59
总磷 TP 3.09
钙 Ca 7.52

1)预混料为每千克TMR提供 Premix supplied the following for per kg of TMR:VA 1 367 IU,VD 194 IU,VE 15 IU,Fe (as ferrous sulfate) 74 mg,Zn (as zinc sulfate) 46.3 mg,Mn (as manganese sulfate) 36.5 mg,Cu (as copper sulfate) 17.0 mg,I (as potassium iodide) 1.5 mg,Co (as cobalt chloride) 0.3 mg,Se (as sodium selenite) 0.3 mg。

2)消化能、代谢能为计算值,其他为实测值。DE and ME were calculated values, while the others were measured values.

1.2 试验方法

1.2.1 菌种组合单因素试验

根据益生菌的添加种类,分为空白对照、单菌、双菌、三菌、四菌、五菌(多个菌种添加时以等比例添加)处理,共32个试验组。将玉米芯型TMR与不同菌种的冻干菌粉在加入蒸馏水充分混合后放到密封发酵袋中,通过封口器进行热封,每袋重量为250 g。在30 ℃、50%干物质含量、0.1%接种量条件下发酵1周,通过感官评价初步筛选,对评分在良以上的试验组进行营养指标检测。每个试验组设3个平行,每个平行重复测定3次。对发酵饲料中总水分含量(%)、pH、总损耗率(%)、感官评分(分)、CP含量(%)、EE含量(%)、ADF含量(%)、NDF含量(%)、WCS含量(%)、酸溶蛋白(ASP)含量(%)、有益菌活菌数(CFU/g)进行检测,利用隶属函数分析得到各组的隶属值,对各组的隶属值进行多重比较,筛选出最优菌种组合。

1.2.2 正交试验筛选最优菌种比例

将2.1中筛选出的最优菌种组合中的产朊假丝酵母、酿酒酵母、枯草芽孢杆菌的添加比例作为因素,每种菌各设4个添加比例(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%)作为水平,设计3因素4水平的L16(34)正交试验,其因素水平编码表见表2。其他试验操作同1.2.1,利用隶属值、ADF降解率(%)、NDF降解率(%)和CP增加率(%)来进行正交试验的极差和方差分析,筛选出最优菌种比例。
表2 最优菌种比例筛选试验因素水平编码表

Table 2 Coding table of factors and levels for optimal strain ratio screening test%

水平
Levels
因素 Factors
产朊假丝酵母
Candida utili (A)
酿酒酵母
Saccharomyces cerevisiae (B)
枯草芽孢杆菌
Bacillus subtilis (C)
1 0.1 0.1 0.1
2 0.2 0.2 0.2
3 0.3 0.3 0.3
4 0.4 0.4 0.4

1.2.3 正交试验筛选最优发酵参数

将温度、接种量和干物质含量作为因素,每个因素各设4个水平(接种量:0.1%、0.2%、0.3%、0.4%;温度:25、29、33、37 ℃;干物质含量:60%、55%、50%、45%),设计3因素4水平的L16(34)正交试验,其因素水平编码表见表3。其他试验操作和数据分析同1.2.2,筛选出最优的发酵参数。
表3 最优发酵参数筛选试验因素水平编码表

Table 3 Coding table of factors and levels for optimal fermentation parameter test

水平
Levels
因素 Factors
接种量
Inoculum amount (D)/%
温度
Temperature (E)/℃
干物质含量
Dry matter content (F)/%
1 0.1 25 60
2 0.2 29 55
3 0.3 33 50
4 0.4 37 45

1.2.4 尾菜-玉米芯型FTMR验证对比试验

以玉米芯型TMR为发酵底物,利用蒸馏水(作为对照)和不同尾菜(白菜尾菜和西兰花尾菜,尾菜水分含量为95%)调整发酵底物干物质含量,进行对比验证试验。在最优发酵条件下发酵9 d,对各营养指标进行检测,并计算隶属值,研究添加尾菜对发酵饲料营养价值的影响。

1.3 指标检测方法

pH使用pH计进行测定,总水分、CP、EE含量参照AOAC(1990)[18]的方法检测,ADF、NDF含量采用Van Soest等[19]的方法测定,WSC含量采用蒽酮-硫酸法[20]测定,ASP含量参照GB/T 22492—2008测定,微生物指标参考GB 4789.2—2016测定。感官评分按照德国农业协会(DLG)感官青贮评分标准及等级评定标准[21],从气味(2~14分)、结构(0~4分)和色泽(0~2分)3个方面进行评定并判定发酵饲料的发酵品质。
利用隶属函数分析对发酵饲料的营养指标进行综合评价,设计与饲料发酵品质呈正相关的指标(CP含量、感官评分、产朊假丝酵母活菌数、酿酒酵母活菌数、粪肠球菌活菌数、枯草芽孢杆菌活菌数、植物乳杆菌活菌数、乳酸菌活菌数、WSC含量、ASP含量),并利用公式(1)计算其隶属值;设计与饲料发酵品质呈负相关的指标(总水分含量、pH、总损耗率、EE含量、ADF含量、NDF含量),并利用公式(2)计算其隶属值;最后计算出各项发酵指标所得隶属值的平均值,作为该组的隶属值。
Fij+=(Xij-Xmin)/(Xmax-Xmin);
Fij-=1-(Xij-Xmin)/(Xmax-Xmin)。
式中:Fij为在第i个处理第j个指标的隶属值;Xij为第i个处理第j个指标的测定值;Xmax为每个试验处理中第j个单项指标的测定最大值;Xmin为每个试验处理中第j个单项指标的测定最小值。
ADF降解率、NDF降解率、CP增加率和总损耗率按照如下公式计算:
ADF或NDF降解率(%)=[(发酵饲料原料ADF或NDF含量检测值-发酵后ADF或NDF含量检测值)/发酵饲料原料ADF或NDF含量检测值]×100;
CP增加率(%)=[(发酵后CP含量检测值-发酵饲料原料CP含量检测值)/发酵饲料原料CP含量检测值]×100;
总损耗率(%)=[(发酵前饲料质量检测值-发酵后饲料质量检测值)/发酵前饲料质量检测值]×100。

1.4 数据统计与分析

采用Excel 2021软件进行检测指标统计、检测指标平均值和隶属值的计算,采用SPSS 25.0软件对检测数据进行单因素方差分析(one-way ANOVA)以及正交试验方差分析(orthogonal experimental analysis of variance),采用Duncan氏法进行组间多重比较,P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 最优菌种组合的确定

图1可知,适量地添加益生菌能够有效提高玉米芯型FTMR的隶属值,改善其发酵品质,其中以产朊假丝酵母+酿酒酵母+枯草芽孢杆菌这一菌种组合的隶属值最为突出,确定该组合为最优菌种组合。
图1 不同菌种组合隶属值

C为产朊假丝酵母菌,S为酿酒酵母菌,E为粪肠球菌,B为枯草芽孢杆菌,L为植物乳杆菌。图中数据柱标注不同小写字母表示差异显著(P<0.05),相同小写字母表示差异不显著(P>0.05)。下表同。

Fig.1 Membership value of different strain combinations

The C is Candida utilis, the S is Saccharomyces cerevisiae, the E is Enterococcus faecalis, the B is Bacillus subtilis, and the L is Lactobacillus plantarum. Data columns in the figure with different small letters indicate significant difference (P<0.05), while with the same letters indicate no significant difference (P>0.05). The same as below.

2.2 最优菌种比例的确定

2.2.1 不同菌种比例发酵玉米芯型FTMR的正交极差分析

通过直观分析方法比较表4中极差大小,影响CP增加率的因素(产朊假丝酵母、酿酒酵母、枯草芽孢杆菌分别用A、B、C表示)的大小排序为A>C>B,最优组合为A3B3C1;影响ADF降解率的因素的大小排序为C>B>A,最优组合为A3B3C1;影响NDF降解率的因素的大小排序为C>B>A,最优组合为A3B3C1;影响隶属值的因素的大小排序为A>C>B,最佳组合为A3B3C1。因此,确定最优菌种比例为产朊假丝酵母∶酿酒酵母∶枯草芽孢杆菌为3∶3∶1。
表4 不同菌种比例发酵玉米芯型FTMR的正交极差分析

Table 4 Orthogonal range analysis of corn cob type FTMR fermented with different strain ratios

编号
Numbers
因素 Factors 结果 Results
产朊假丝
酵母
Candida
utili
(A)/%
酿酒酵母
Saccharomyces
cerevisiae
(B)/%
枯草芽孢杆菌
Bacillus
subtilis
(C)/%
ADF降解率
Degradation
rate of
ADF/%
NDF降解率
Degradation
rate of
NDF/%
CP增加率
Increasing
rate of
CP/%
隶属值
Membership
value
1 1 1 1 0.143 0.111 0.180 0.292
2 1 2 2 0.143 0.144 0.494 0.270
3 1 3 3 0.143 0.141 0.696 0.331
4 1 4 4 0.143 0.151 0.880 0.463
5 2 1 2 0.143 0.161 1.200 0.464
6 2 2 1 0.143 0.171 1.233 0.430
7 2 3 4 0.143 0.181 1.258 0.433
8 2 4 3 0.143 0.191 1.231 0.579
9 3 1 3 0.143 0.241 1.581 0.600
10 3 2 4 0.143 0.291 1.484 0.623
11 3 3 1 0.163 0.432 1.720 0.671
12 3 4 2 0.143 0.411 1.710 0.601
13 4 1 4 0.147 0.411 1.608 0.624
14 4 2 3 0.143 0.411 1.710 0.641
15 4 3 2 0.143 0.403 1.511 0.656
16 4 4 1 0.143 0.311 1.468 0.638




隶属值
Membership
value
k1 0.339 0.495 0.624
k2 0.477 0.491 0.382
k3 0.640 0.570 0.538
k4 0.624 0.523 0.536
极差 RJ 0.301 0.079 0.242
最佳组合Optimal combination A3B3C1
排序 Rank A>C>B




ADF降解率
Degradation
rate of ADF
k1 0.287 0.432 0.575
k2 0.430 0.573 0.573
k3 0.573 0.584 0.573
k4 0.143 0.430 0.430
极差 RJ 0.072 0.108 0.144
最佳组合Optimal combination A3B3C1
排序 Rank C>B>A




NDF降解率
Degradation
rate of NDF
k1 0.293 0.874 0.985
k2 0.437 1.012 0.972
k3 0.548 1.018 0.975
k4 0.151 0.875 0.844
极差 RJ 0.073 0.218 0.246
最佳组合Optimal combination A3B3C1
排序 Rank C>B>A




CP增加率
Increasing
rate of CP
k1 0.394 1.106 1.305
k2 0.518 1.230 1.280
k3 0.563 1.231 1.255
k4 0.220 1.107 1.131
极差 RJ 0.343 0.125 0.174
最佳组合Optimal combination A3B3C1
排序 Rank A>C>B

2.2.2 不同菌种比例发酵玉米芯型FTMR的正交方差分析

表5可知,隶属值的校正模型P<0.05,说明校正模型对试验结果有显著影响,正交试验结果具有可信度。A、B、C皆显著影响玉米芯型FTMR的隶属值、NDF降解率和CP增加率,说明三者皆是影响玉米芯型FTMR发酵品质的主要因素。根据F值可得,影响隶属值的因素的大小排序为A>B>C。
表5 不同菌种比例发酵玉米芯型FTMR的正交方差分析

Table 5 Orthogonal variance analysis of corn core type FTMR fermented with different strain ratios

项目
Items
方差来源
Source
平方和
Sum of
squares
自由度
df
均方
Mean square
F
F-value
P
P-value
显著性
Significance





隶属值
Membership
value
校正模型
Correction model
0.813 9 0.090 110.661 <0.001 ***
截距 Intercept 12.817 1 12.817 15 705.634 <0.001 ***
A 0.689 3 0.230 281.582 <0.001 ***
B 0.078 3 0.026 31.681 <0.001 ***
C 0.048 3 0.016 19.490 <0.001 ***
误差 Error 0.031 38 0.001





ADF降解率
Degradation
rate of ADF
校正模型
Correction model
0.001 9 0.000 1.461 0.198
截距 Intercept 27 535.470 1 27 535.470 389 855.900 <0.001 ***
A 0.001 3 0.000 2.819 0.052
B 0.000 3 0.603 0.853 0.474
C 0.864 3 0.288 0.408 0.748
误差 Error 0.003 38 0.706





NDF降解率
Degradation
rate of NDF
校正模型
Correction model
0.173 9 0.019 5.382 <0.001 ***
截距 Intercept 106 118.600 1 106 118.600 296 583.860 <0.001 ***
A 0.094 3 0.031 8.723 <0.001 ***
B 0.051 3 0.017 4.793 0.006 **
C 0.047 3 0.016 4.381 0.010 *
误差 Error 0.136 38 0.004





CP增加率
Increasing
rate of CP
校正模型
Correction model
59.201 9 6.578 443.583 <0.001 ***
截距 Intercept 7 567.493 1 7 567.493 51 032.238 <0.001 ***
A 58.778 3 19.593 1 321.237 <0.001 ***
B 0.196 3 0.065 4.398 0.009 **
C 0.305 3 0.102 6.849 0.001 **
误差 Error 0.563 38 0.015

“*”表示P<0.05,“**”表示P<0.01,“***”表示P<0.001。下表同。

“*” mean P<0.05, “**” mean P<0.01, and “***” mean P<0.001. The same as below.

2.3 不同发酵参数发酵玉米芯型FTMR的正交试验结果

2.3.1 不同发酵参数发酵玉米芯型FTMR的正交极差分析

通过直观分析方法比较表6中极差大小,影响CP增加率的因素(接种量、温度和干物质含量分别用D、E、F表示)的大小排序为D>F>E,最优组合为D4E3F2;同理,影响ADF降解率的因素的大小排序为D>E>F,最优组合为D4E3F2;影响NDF降解率的因素的大小排序为D>E>F,最优组合为D4E3F2;影响隶属值的因素的大小排序为D>F>E,最佳组合为D4E3F2。因此,确定最优发酵参数为接种量0.4%,温度33 ℃,干物质含量55%。
表6 不同发酵参数发酵玉米芯型FTMR的正交极差分析

Table 6 Orthogonal range analysis of corn core type FTMR fermented with different fermentation parameters

编号
Numbers
因素 Factors 结果 Results
接种量
Inoculum
amount
(D)/%
温度
Temperature
(E)/℃
干物质含量
Dry matter
content
(F)/%
ADF降解率
Degradation
rate of
ADF/%
NDF降解率
Degradation
rate of
NDF/%
CP增加率
Increasing
rate of
CP/%
隶属值
Membership
value
1 1 1 1 0.718 0.515 0.046 0.269
2 1 2 2 0.718 0.523 0.244 0.246
3 1 3 3 0.719 0.525 0.343 0.344
4 1 4 4 0.720 0.529 0.326 0.284
5 2 1 2 0.721 0.533 1.080 0.464
6 2 2 1 0.720 0.535 1.003 0.420
7 2 3 4 0.721 0.537 0.973 0.475
8 2 4 3 0.722 0.544 1.085 0.459
9 3 1 3 0.720 0.549 0.958 0.567
10 3 2 4 0.721 0.552 0.975 0.653
11 3 3 1 0.724 0.551 1.162 0.651
12 3 4 2 0.725 0.554 1.149 0.650
13 4 1 4 0.726 0.556 1.016 0.689
14 4 2 3 0.735 0.557 1.019 0.683
15 4 3 2 0.740 0.559 1.169 0.691
16 4 4 1 0.738 0.556 1.093 0.688



隶属值
Membership
value
k1 0.286 0.497 0.397
k2 0.455 0.501 0.623
k3 0.630 0.540 0.513
k4 0.688 0.520 0.525
极差 RJ 0.402 0.043 0.226
最佳组合 Optimal combination D4E3F2
排序 Rank D>F>E



ADF降解率
Degradation
rate of ADF
k1 0.180 0.543 0.723
k2 0.539 0.724 0.724
k3 0.360 0.725 0.722
k4 0.719 0.544 0.544
极差 RJ 0.539 0.182 0.180
最佳组合 Optimal combination D4E3F2
排序 Rank D>E>F



NDF降解率
Degradation
rate of NDF
k1 0.132 0.408 0.543
k2 0.394 0.542 0.545
k3 0.264 0.544 0.544
k4 0.523 0.411 0.412
极差 RJ 0.391 0.136 0.132
最佳组合 Optimal combination D4E3F2
排序 Rank D>E>F



CP增加率
Increasing
rate of CP
k1 0.081 0.747 0.851
k2 0.228 0.810 0.853
k3 0.167 0.811 0.850
k4 0.240 0.749 0.765
极差 RJ 0.158 0.064 0.088
最佳组合 Optimal combination D4E3F2
排序 Rank D>F>E

2.3.2 不同发酵参数发酵玉米芯型FTMR的正交方差分析

表7可知,隶属值校正模型P<0.05,说明校正模型对试验结果有显著影响,正交试验结果具有可信度。D、E、F三者皆显著影响玉米芯型FTMR的隶属值、NDF降解率和CP增加率,说明三者是影响玉米芯型FTMR发酵品质的主要因素。根据F值得到,影响隶属值的因素的大小排序为D>E>F。
表7 不同发酵参数发酵玉米芯型FTMR的正交方差分析

Table 7 Orthogonal variance analysis of corn core type FTMR fermented with different fermentation parameters

项目
Items
方差来源
Source
平方和
Sum of
squares
自由度
df
均方
Mean square
F
F-value
P
P-value
显著性
Significance





隶属值
Membership
value
校正模型
Correction model
1.234 9 0.137 238.597 <0.001 ***
截距 Intercept 12.113 1 12.113 21 082.149 <0.001 ***
D 1.214 3 0.405 704.552 <0.001 ***
E 0.014 3 0.005 8.289 <0.001 ***
F 0.002 3 0.001 1.311 0.285
误差 Error 0.022 38 0.001





ADF降解率
Degradation
rate of ADF
校正模型
Correction model
6.972 9 0.775 3.291 0.005 **
截距 Intercept 26 255.790 1 26 255.790 11 154.611 <0.001 ***
D 6.006 3 0.203 8.576 <0.001 ***
E 0.322 3 0.107 0.455 0.716
F 0.306 3 0.102 0.433 0.731
误差 Error 0.894 38 0.235





NDF降解率
Degradation
rate of NDF
校正模型
Correction model
3.353 9 0.373 21.971 <0.001 ***
截距 Intercept 10 383.510 1 10 383.510 612 083.110 <0.001 ***
D 2.615 3 0.870 51.322 <0.001 ***
E 0.417 3 0.139 8.202 <0.001 ***
F 0.574 3 0.191 11.288 <0.001 ***
误差 Error 0.644 38 0.170





CP增加率
Increasing
rate of CP
校正模型
Correction model
15.578 9 1.731 43.627 <0.001 ***
截距 Intercept 7 425.560 1 7 425.560 187 165.390 <0.001 ***
D 13.330 3 4.443 111.999 <0.001 ***
E 1.441 3 0.480 12.103 <0.001 ***
F 0.515 3 0.172 4.323 0.010 *
误差 Error 1.508 38 0.040

2.4 尾菜-玉米芯型FTMR验证对比试验结果

发酵饲料颜色呈黄绿色,有明显的酸味和芳香性气味。由表8可知,蒸馏水组、白菜组和西兰花组发酵饲料的CP和ASP含量分别比对应未发酵饲料提高10.08%、22.02%、17.55%和59.69%、29.20%、34.34%,ADF和NDF含量分别比对应未发酵饲料降低12.29%、11.36%、11.76%和6.27%、6.57%、6.13%;发酵饲料的EE和WSC含量均低于未发酵饲料,但其有益菌活菌数却明显增加;此外,发酵饲料的pH均低于未发酵饲料。
表8 尾菜-玉米芯型FTMR验证对比试验结果

Table 8 Experimental results of verification and comparison of FTMR with tail vegetable and corn core

项目
Items
未发酵饲料 Unfermented feed 发酵饲料 Fermented feed
蒸馏水组
Distilled
water group
白菜组
Cabbage
group
西兰花组
Broccoli
group
蒸馏水组
Distilled
water group
白菜组
Cabbage
group
西兰花组
Broccoli
group
总水分
Total moisture/%
45.53±0.02 46.67±0.06 46.56±0.04 50.76±0.04 51.11±0.05 51.07±0.04
总损耗率
Total attrition rate/%
0.00±0.00 0.00±0.00 0.00±0.00 1.66±0.03 1.65±0.02 1.62±0.04
感官评分
Sensory score/分
13.34±0.53 10.37±0.51 9.35±0.56 18.32±0.52 19.33±0.52 18.35±0.54
pH 5.22±0.01 5.51±0.02 5.44±0.02 4.52±0.02 4.51±0.01 4.50±0.01
酸溶蛋白
ASP/%
1.96±0.02 2.74±0.02 2.66±0.03 3.13±0.01 3.55±0.02 3.57±0.02
粗蛋白质
CP/%
11.93±0.02 12.09±0.07 12.65±0.08 13.11±0.02 14.74±0.05 14.87±0.06
粗脂肪
EE/%
0.02±0.00 0.13±0.01 0.14±0.01 0.01±0.00 0.03±0.01 0.03±0.01
酸性洗涤纤维
ADF/%
24.59±0.03 26.58±0.05 25.33±0.05 21.55±0.05 23.56±0.05 22.35±0.03
中性洗涤纤维
NDF/%
48.02±0.05 49.58±0.07 49.31±0.05 45.04±0.05 46.58±0.04 46.32±0.05
C/(CFU/g) 3.91×108 3.96×108 3.95×108 1.02×109 1.03×109 1.12×109
S/(CFU/g) 3.74×108 3.78×108 3.79×108 1.02×109 1.03×109 1.03×109
B/(CFU/g) 2.71×108 2.88×108 2.86×108 9.01×108 9.04×108 9.03×108
L/(CFU/g) 3.75×108 3.78×108 3.82×108 5.25×108 5.34×108 5.35×108
水溶性碳水化合物
WSC/%
3.53±0.04 4.56±0.04 5.22±0.04 3.24±0.03 4.25±0.04 4.55±0.03
隶属值
Membership value
0.413 0.435 0.443 0.646 0.655 0.662

表中C表示产朊假丝酵母,S表示酿酒酵母,B表示枯草芽孢杆菌,L表示乳酸菌(饲料中自带)。

In the table, C represents Candida utili, S represents Saccharomyces cerevisiae, B represents Bacillus subtilis, and L represents lactic acid bacteria (from feed).

表8可知,与蒸馏水组相比,白菜组和西兰花组的发酵饲料CP含量分别提高12.43%、13.42%,ASP和WSC含量分别提高13.42%、14.06%和31.17%、40.43%,产朊假丝酵母活菌数分别提升0.98%、9.80%,酿酒酵母活菌数分别提升0.98%、0.98%,枯草芽孢杆菌活菌数分别提升0.33%、0.22%,乳酸菌活菌数分别提升1.71%、1.90%,说明添加尾菜可以有效提升发酵饲料的营养价值,改善其发酵品质。

3 讨论

本试验中,添加0.4%的复合益生菌(产朊假丝酵母菌∶酿酒酵母菌∶枯草芽孢杆菌=3∶3∶1),发酵温度为33 ℃,初始干物质含量为55%条件下,发酵1周后玉米芯型FTMR中NDF和ADF含量要低于其他发酵条件;对不同发酵温度比较,发酵温度为33 ℃时玉米芯型FTMR中CP含量高于其他发酵温度时,与宁婷婷[22]和陈雷[23]的试验结果一致。本试验中,随着发酵过程的进行,饲料中干物质被损耗,菌体蛋白含量增加,进而导致CP含量的上升,饲料中WSC含量下降促进益生菌的增殖,而益生菌的增殖促进饲料中大分子蛋白质的降解,从而导致ASP含量的提升;益生菌增殖的同时还产生了一些酶类来降解饲料中的纤维素、半纤维素、木质素等大分子物质,使得发酵饲料中NDF和ADF含量有所降低,从而改善发酵饲料的适口性,提升发酵品质[24-25]。此外,添加的外源益生菌与物料中所含的乳酸菌可形成协同效应,能够进一步加快发酵饲料发酵进程,促进发酵饲料的发酵程度[26-27]
李文浩等[28]研究发现,将白菜尾菜进行青贮后,其营养价值大幅增加,发酵品质达到青贮饲料的饲喂标准,可在反刍动物饲粮中添加。任海伟等[29]研究发现,利用干玉米秸秆与废弃白菜混合贮存比干玉米秸秆单一贮存时干物质损失率和木质素含量低,能够提升秸秆的饲用品质。张继等[30]以高山娃娃菜的尾菜作为底物,在添加麸皮和发酵混合菌后,发酵底物中蛋白质含量显著提升。田久东[31]通过酵母菌、尿肠球菌和芽孢杆菌等多菌种复合发酵西兰花渣,发酵后的西兰花渣中CP含量显著提升。在本试验中,添加尾菜可提升发酵饲料中CP和ASP含量,降低ADF、NDF、EE含量,增加有益菌活菌数并提升其隶属值,而发酵饲料中有益菌活菌数的增加代表在发酵过程中产朊假丝酵母、酿酒酵母和枯草芽孢杆菌迅速成为优势菌群,产生了大量有机酸,降低了pH,有效抑制了丁酸菌和其他有害微生物的活性,减少蛋白质分解和丁酸发酵[32],从而减少饲料中营养成分损失并改善发酵饲料品质。

4 结论

综上所述,复合益生菌发酵尾菜-玉米芯型FTMR的最优菌种组合及其比例为产朊假丝酵母∶酿酒酵母∶枯草芽孢杆菌=3∶3∶1,最优发酵参数为接种量0.4%、发酵温度33 ℃、干物质含量55%。在上述条件下发酵后,发酵饲料中CP、ASP含量提高,ADF、NDF、EE含量降低。玉米芯型TMR中添加白菜尾菜和西兰花尾菜在上述条件下进行发酵后,发酵饲料中ASP含量分别提高13.42%和14.06%,WSC含量分别提高31.17%和40.43%,说明添加尾菜可以有效提升发酵饲料的营养价值,改善发酵品质。
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