动物营养学报 >

2026 , Vol. 38 >Issue 4: 3131 - 3147

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2026.251

研究论文

复合酶与植物乳杆菌协同改善桑枝青贮发酵品质、营养价值及瘤胃降解特性

  • 原昊 ,
  • 武莹莲 ,
  • 马俊南 ,
  • 屠焰 , * ,
  • 刁其玉
展开
  • 中国农业科学院饲料研究所, 农业农村部饲料生物技术重点实验室, 北京 100081
*屠 焰,研究员,博士生导师,E-mail:

原 昊(2001—),男,河南新乡人,硕士研究生,动物营养与饲料科学专业。E-mail:

Office editor: 田艳明

收稿日期: 2025-09-16

  网络出版日期: 2026-04-14

基金资助

中国农业科学院创新工程专项——饲料粮减量替代技术体系创建与应用(CAAS-IFR-2023-01)

收起

Complex Enzymes and Lactobacillus plantarum in Synergy to Improve Fermentation Quality, Nutritional Value and Rumen Degradation Characteristics of Mulberry Branch Silage

  • YUAN Hao ,
  • WU Yinglian ,
  • MA Junnan ,
  • TU Yan , * ,
  • DIAO Qiyu
Expand
  • Key Laboratory of Feed Biotechnology, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Institute of Feed Research, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China
*professor, E-mail:

Received date: 2025-09-16

  Online published: 2026-04-14

Fold

摘要

本试验旨在探究复合酶和植物乳杆菌对桑枝青贮发酵品质、营养价值、康奈尔净碳水化合物-蛋白质体系(CNCPS)组分以及瘤胃降解特性的影响。试验设置4个组,分别为对照组(CON组)、酶制剂组(ME组)、菌制剂组(MB组)和菌酶制剂组(MEB组),每组3个重复。选择优化后的复合酶(纤维素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、果胶酶和漆酶)和植物乳杆菌对桑枝进行30 d青贮发酵,然后采用体外法、CNCPS法和尼龙袋法进行营养价值评定。结果表明:1)MEB组桑枝青贮粗蛋白质(CP)含量和体外发酵48 h产气量显著高于其他各组(P<0.05),中性洗涤纤维(NDF)含量和体外发酵pH显著低于其他各组(P<0.05)。2)与CON组相比,各添加剂处理组体外发酵总挥发性脂肪酸含量显著提高(P<0.05)。3)在CNCPS碳水化合物组分中,与CON组相比,各添加剂处理组CC和CB3含量显著降低(P<0.05),CB2含量显著提高(P<0.05);同时,MEB组非纤维性碳水化合物含量显著高于ME组和MB组(P<0.05),CB2含量显著高于ME组(P<0.05),CC和CB3含量显著低于ME组和MB组(P<0.05)。在CNCPS蛋白质组分中,MEB组PA2含量显著高于其他各组(P<0.05);MB组和MEB组PB1含量显著高于CON组和ME组(P<0.05),PB2含量显著高于ME组(P<0.05)。4)MEB组干物质、CP、NDF和酸性洗涤纤维瘤胃降解率和有效降解率在各组中较高。综上所述,添加复合酶和植物乳杆菌对桑枝进行青贮发酵,能有效改善其发酵品质、营养价值和瘤胃降解特性,且菌酶联合添加效果优于单一添加。

关键词： 菌酶协同; 桑枝青贮; 体外发酵; CNCPS; 瘤胃降解特性

本文引用格式

原昊 , 武莹莲 , 马俊南 , 屠焰 , 刁其玉 . 复合酶与植物乳杆菌协同改善桑枝青贮发酵品质、营养价值及瘤胃降解特性[J]. 动物营养学报, 2026 , 38(4) : 3131 -3147 . DOI: 10.12418/CJAN2026.251

Abstract

This experiment was conducted to explore the effects of complex enzymes and Lactobacillus plantarum on the fermentation quality, nutritional value, Cornell net carbohydrate-protein system (CNCPS) fractions, and rumen degradation characteristics of mulberry branch silage. Four groups were set up in the experiment, namely the control group (CON group), the enzyme preparation group (ME group), the bacterial preparation group (MB group), and the bacterial-enzyme preparation group (MEB group), with three replicates in each group. The optimized complex enzymes (cellulase, xylanase, β-glucanase, pectinase and laccase) and Lactobacillus plantarum were selected to carry out 30-day silage fermentation on mulberry branches. Then, the nutritional value was evaluated by in vitro method, CNCPS method and nylon bag method. The results showed as follows: 1) the crude protein (CP) content in mulberry branch silage and the gas production after 48 hours of in vitro fermentation in the MEB group were significantly higher than those in the other groups (P<0.05), while the neutral detergent fiber (NDF) content and the pH of in vitro fermentation were significantly lower than those in the other groups (P<0.05). 2) Compared with the CON group, the total volatile fatty acid content in vitro fermentation in each additive treatment group was significantly increased (P<0.05). 3) In the carbohydrate fractions of CNCPS, compared with the CON group, the contents of CC and CB3 in each additive treatment group were significantly decreased (P<0.05), and the CB2 content was significantly increased (P<0.05). Meanwhile, the non-fibrous carbohydrate content in the MEB group was significantly higher than that in the ME group and the MB group (P<0.05), the CB2 content was significantly higher than that in the ME group (P<0.05), and the CC and CB3 contents were significantly lower than those in the ME group and the MB group (P<0.05). In the protein fractions of CNCPS, the PA2 content in the MEB group was significantly higher than that in the other groups (P<0.05); the PB1 content in the MB group and the MEB group was significantly higher than that in the CON group and the ME group (P<0.05), and the PB2 content was significantly higher than that in the ME group (P<0.05). 4) The rumen degradation rates and effective degradation rates of dry matter, CP, NDF and acid detergent fiber in the MEB group were higher among all groups. In conclusion, the addition of complex enzymes and Lactobacillus plantarum can effectively improve the fermentation quality, nutritional value and rumen degradation characteristics of mulberry branch silage, and the combined addition of bacteria and enzymes is more effective than the single addition.

Key words： bacteria-enzyme synergy; mulberry branch silage; in vitro fermentation; CNCPS; rumen degradation characteristics

随着人口的增长和畜牧业规模的扩大,“人畜争粮”的现象日益严重,饲料资源供应面临巨大压力,传统饲料的紧缺问题更加突出。因此,开发和利用新型饲料资源势在必行。桑树,为荨麻目桑科桑属植物,属落叶乔木或灌木,是我国传统的药食两用植物资源。我国拥有极其丰富的桑种资源,2022年底我国桑园总面积约78.42万hm2[1],桑树栽培品种多样,品目繁多,桑种资源开发利用多元。桑枝具有粗蛋白质(CP)和氨基酸含量相对较高的特点,其含有多糖和黄酮等活性成分,作为饲料资源具有较大的开发利用潜力[2-3]。近年来,桑枝作为饲料应用效果逐渐展现。王嘉琦[4]通过用青贮桑枝叶替代5%和10%干物质(DM)的全混合日粮饲喂泌乳中期奶牛,显著提高了乳脂率以及乳脂和乳糖产量,并提高了免疫能力。周芳芳[5]研究发现,在断奶荷斯坦犊牛饲粮中添加桑枝,能够提高其免疫能力。尽管上述试验饲喂效果良好,但大多为桑枝和桑叶共同起效,桑枝的营养作用未能较好体现。
桑枝中的纤维含量是制约其青贮品质和营养价值的关键限制因素。添加酶制剂和菌制剂对桑枝进行青贮或可成为一种有效的解决方案。酶制剂在饲料青贮中被广泛研究并应用,其能够有效提升饲料青贮效果,提高饲喂价值[6-9]。添加特定菌剂也可以提高青贮饲料营养价值,在众多青贮用益生菌中,植物乳杆菌因其代谢特性和适用性而被广泛研究。已有多项研究证实,添加植物乳杆菌进行青贮,能够加快发酵进程,有效提高青贮品质[10-14]。一些研究显示,菌酶复合联用可进一步提升农作物秸秆青(黄)贮的饲用价值。司丙文等[15]研究表明,在杂交构树中添加菌酶复合制剂进行青贮发酵,对发酵品质和营养价值均有明显的改善作用。王玉荣等[16]报道,向水稻秸秆中添加菌酶复合制剂青贮,显著提升了其青贮的发酵品质并提高了瘤胃降解率,且效果要优于单酶或单菌添加进行青贮。这些研究均表明,相比于单独酶制剂或菌制剂应用效果来说,菌酶复合联用表现出协同增效作用,能够全面改善青贮饲料的综合品质,提升饲用价值。
桑枝具有作为新型饲料资源的潜力,能够作为缓解饲料资源短缺问题的一种解决方案,但目前桑枝资源大都未得到合理有效的利用,每年都有大量未利用的桑枝被丢弃和焚烧,这造成了资源的浪费及环境污染[17]。有研究者在桑枝饲料化应用方面做出了一定探索,但能否采用更有针对性的菌酶复合联用方式进一步提升桑枝的饲用价值,是值得关注的问题。基于此,本试验通过探究添加复合酶和菌制剂对桑枝青贮发酵品质、营养价值、康奈尔净碳水化合物-蛋白质体系(CNCPS)组分以及瘤胃降解特性的影响,旨在发掘菌酶制剂对发酵桑枝饲用价值的作用,为桑枝作为饲料资源的进一步开发和利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

桑枝原料来源于湖北省松滋市新江口镇。从桑枝原料中均匀取部分样品,风干后使用粉碎机粉碎至40目并混匀,用于测定常规营养成分含量。桑枝常规营养成分含量见表1。
表1 桑枝常规营养成分含量(风干基础)

Table 1 Common nutrient contents of mulberry branch (air-dry basis) %

项目Items 含量Content
干物质DM 91.12
粗蛋白质CP 6.20
粗灰分Ash 11.88
中性洗涤纤维NDF 57.01
酸性洗涤纤维ADF 16.86
粗脂肪EE 2.44
钙Ca 2.17
磷P 0.44

营养成分含量均为实测值。

Nutrient contents were measured values.

酶制剂由β-葡聚糖酶(≥50 000 U/g)、纤维素酶(≥10 000 U/g)、木聚糖酶(≥30 000 U/g)、漆酶(≥10 000 U/g)和果胶酶(≥30 000 U/g)组成,均为粉末状,袋装。其中,纤维素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶和果胶酶购自沧州夏盛酶生物技术有限公司,漆酶购自山东诺杰生物科技有限公司。菌制剂由植物乳杆菌GF103(由北京市大兴区一个动物养殖场的土壤样本中分离得到,GenBank登录号为JQ411248)制成,菌种保藏于中国农业科学院饲料研究所,菌制剂冻干粉于-20 ℃冰箱中保存。

1.2 试验设计

本试验分为2部分,第1部分为制定复合酶配比,根据本实验室王红梅等[18]的试验结果,纤维素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、果胶酶和漆酶在玉米秸秆中的添加量分别为1、4、0.8、0.17和1 g/kg时效果最佳,本试验基于此配比开展进一步研究。本试验在总酶活性一致的前提下,降低木聚糖酶的酶活性,提高β-葡聚糖酶的酶活性,以更好地分解利用桑枝,并通过分别改变β-葡聚糖酶和漆酶的单酶活性来得到新的酶组合,目的在于针对性地降解桑枝中较高的半纤维素和木质素成分,以提升桑枝饲料的可利用率。优化后的复合酶为:纤维素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、果胶酶和漆酶的添加量分别为1、3、1.4、0.17和1 g/kg,酶活性分别为10 000、90 000、70 000、5 000和10 000 U,与原复合酶活性一致。
第2部分将制定的复合酶与植物乳杆菌作为处理进行桑枝青贮,最后采用体外法、CNCPS法和尼龙袋法进行青贮的营养价值评定。试验分为4个组,分别为对照组(CON组)、酶制剂组(ME组)、菌制剂组(MB组)和菌酶制剂组(MEB组),各组处理情况见表2,每组设置3个重复。
表2 各组处理情况

Table 2 Treatment information in each group

组别
Groups		 处理
Treatments		 酶或菌添加量
Additive amounts of enzymes or bacteria
CON 桑枝
ME 复合酶+桑枝 1 g/kg纤维素酶+3 g/kg木聚糖酶+1.4 g/kg β-葡聚糖酶+
0.17 g/kg果胶酶+1 g/kg漆酶
MB 植物乳杆菌+桑枝 1 g/kg(106 CFU/g DM)植物乳杆菌
MEB 复合酶+植物乳杆菌+桑枝 1 g/kg纤维素酶+3 g/kg木聚糖酶+1.4 g/kg β-葡聚糖酶+0.17 g/kg
果胶酶+1 g/kg漆酶+1 g/kg(106 CFU/g DM)植物乳杆菌

1.3 试验方法

1.3.1 青贮制作

1)桑枝预处理。将桑枝剪切,并切短至1~2 cm,所得样品按四分法均分,依据试验设计进行分组。各组桑枝在发酵前进行水分含量调整,具体操作方式为以桑枝鲜样水分含量为基础计算出所需添加的水分量,并在持续搅拌的过程中使用手持式喷雾瓶将所需添加的水分均匀喷洒至桑枝原料上,将整体水分含量统一调整到65%~70%;随后按桑枝总重量的10%添加麸皮,重新调整水分含量为65%后进行青贮。
2)添加剂的应用。菌制剂在25 ℃常温环境下用少量无菌水进行活化后,按照1 g/kg(106 CFU/g)活性制成植物乳杆菌制剂;酶制剂按预定配比的重量称重后,充分溶解在10 mL蒸馏水中。采用喷壶将溶解后的添加剂喷洒在预处理的桑枝上。
3)青贮。准备若干个聚乙烯袋(28 cm×40 cm)用以密封青贮,将桑枝与添加剂混合均匀后装入袋中,每袋装入质量为500 g并用真空封口机密封,置于室温[(28±3) ℃]条件下避光发酵30 d。
4)取样。发酵完毕后打开聚乙烯袋进行取样,将取出的样品称重并置于65 ℃烘箱中烘干48 h,以测定初水分含量,而后粉碎过40目筛,封存于自封袋中,用于后续体外发酵和尼龙袋法分析。

1.3.2 营养成分含量测定

营养成分含量均按国家标准或行业标准进行测定,其中DM含量依据GB/T 6435—2014中方法测定,CP含量依据GB/T 6432—2018中方法测定,粗灰分(Ash)含量依据GB/T 6438—2007中方法测定,中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量分别依据GB/T 20806—2022与NY/T 1459—2022中方法测定,粗脂肪(EE)含量依据GB/T 6433—2006中方法测定,钙含量依据GB/T 6436—2018中方法测定,磷含量依据GB/T 6437—2018中方法测定。

1.3.3 体外发酵试验

1)瘤胃液采集。选取6只体况健康、体重(48±5) kg、装有瘤胃瘘管的“杜×寒”杂交羊,单笼独饲。饲粮精粗比为56∶44,参照《肉羊营养需要量》(NY/T 816—2021)进行配制,其组成及营养水平见表3。试验羊每天07:00和19:00各饲喂1次,预试期7 d,正试期8 d。瘤胃内容物通过瘤胃瘘管采集,采集时间统一为试验羊晨饲前。得到瘤胃内容物后立刻用4层纱布过滤得到瘤胃液,将来自不同试验羊过滤后的瘤胃液充分混合,置于已预先通入二氧化碳(CO2)排除空气并预热至39 ℃的保温瓶内密封。完成上述步骤后,迅速将装有新鲜瘤胃液的保温瓶带回实验室进行后续试验。
表3 饲粮组成及营养水平(风干基础)

Table 3 Composition and nutrient levels of the diet (air-dry basis) %

原料Ingredients 含量Content 营养水平Nutrient levels2) 含量Content
玉米Corn 42.0 干物质DM 86.08
玉米秸秆Corn straw 20.0 粗蛋白质CP 12.88
柠条Caragana microphylla 20.0 粗灰分Ash 4.96
麦麸Wheat bran 8.0 中性洗涤纤维NDF 39.69
豆粕Soybean meal 3.0 酸性洗涤纤维ADF 23.92
棉籽粕Cottonseed meal 3.0 粗脂肪EE 3.35
磷酸氢钙CaHPO4 1.0 钙Ca 1.31
食盐NaCl 1.0 磷P 0.56
预混料Premix1) 1.0
石粉Limestone 1.0
合计Total 100.0

1)每千克预混料含有 One kilogram of the premix contained the following:VA 800 000 IU,VD 130 000 IU,VE 6 000 IU,Fe (as ferrous sulfate) 3 340 mg,Zn (as zinc sulfate) 6 130 mg,Cu (as copper sulfate) 800 mg,Mn (as manganese sulfate) 2 510 mg,I (as potassium iodide) 146 mg,Se (as sodium selenite) 44 mg,Co 55 mg。
2)营养水平均为实测值。Nutrient levels were measured values.

2)人工唾液制备。本试验使用的人工唾液参照Cone等[19]的方法配制,将8.75 g碳酸氢钠(NaHCO3)、1 g碳酸氢铵(NH4HCO3)、1.43 g磷酸氢二钠(Na2HPO4)、1.55 g磷酸二氢钾(KH2PO4)、0.15 g七水合硫酸锰(MgSO4·7H2O)、0.52 g硫化钠(Na2S)、0.015 g四水合氯化锰(MnCl2·4H2O)、0.002 g六水合氯化钴(CoCl2·6H2O)、0.012 g六水合氯化铁(FeCl3·6H2O)、0.017 g二水合氯化钙(CaCl2·2H2O)和1.25 mg刃天青溶解在1 L蒸馏水中,在39 ℃水浴锅中预热并持续缓慢通入CO2,持续观察pH的变化至6.8为止。
3)体外发酵。青贮完毕后,各组称取10 g青贮饲料作为发酵原料,置于500 mL发酵瓶中,将100 mL人工唾液和50 mL瘤胃液完全混合后迅速加入发酵瓶中,将CO2通入瓶内若干秒以排除瓶内空气,待火焰靠近瓶口附近立即熄灭可认为已完全排气,此时立即旋紧橡皮塞,并及时将培养瓶与体外发酵产气记录装置相连接。发酵瓶在恒温水浴锅中39 ℃进行连续发酵培养48 h,期间由发酵瓶配套的旋转电机进行搅拌以模拟瘤胃运动,搅拌和静止时长分别为60和40 s,交替进行搅拌和静止直到发酵结束。每组设3个重复进行发酵,并分别在0、2、4、8、12、24、36和48 h时记录产气量。体外发酵结束后立即测定发酵液pH并记录,随后将发酵液使用4层纱布进行过滤,取过滤后的发酵液20 mL平均分至2个10 mL离心管中,迅速置于-20 ℃条件下保存,用于后续挥发性脂肪酸(VFA)的测定。

1.3.4 CNCPS组分分析

依据CNCPS 6.5[20],将饲粮中的碳水化合物(CHO)分为3部分,分别为CA、CB和CC。CA包含CA1(乙酸、丙酸和丁酸)、CA2(乳酸)、CA3(其他有机酸)和CA4(糖类);CB包含CB1(淀粉)、CB2(可溶性纤维)和CB3(可利用NDF)。CA和CB共同组成可降解CHO组分,CC为不可利用CHO组分。其中,CA、CB1和CB2为非纤维性碳水化合物(NFC),CB3和CC共称为纤维性碳水化合物(FC)。淀粉含量采用试剂盒测定,试剂盒购自北京盒子生工科技有限公司。
CHO组分计算公式如下:
CHO(% DM)=100-CP(% DM)-EE(% DM)-Ash(% DM);
CC(% DM)=NDF(% DM)×[酸性洗涤木质素(ADL,% DM)×NDF(% DM)×2.4]/100;
CB3(% DM)=NDF(% DM)-CC(% DM);
NFC(% DM)=CHO(% DM)-NDF(% DM);
CB2(% DM)=NFC(% DM)-CA1(% DM)-CA2(% DM)-CA3(% DM)-CA4(% DM)-CB1(% DM);
CB1(% DM)=淀粉(% DM)。
CNCPS 6.5将饲粮中蛋白质分为非蛋白氮(NPN)、真蛋白质和非降解蛋白质3部分,分别用PA、PB和PC表示。其中,PA分为PA1(氨)和PA2(可溶性真蛋白质),PB分为PB1(中等可降解蛋白质)和PB2(结合在NDF中的慢速可降解蛋白质),PC为难以消化的蛋白质。中性洗涤不溶蛋白质(NDIP)、酸性洗涤不溶蛋白质(ADIP)、可溶性蛋白质(SP)和NPN含量参照Licitra等[21]的方法进行测定。
蛋白质组分计算公式如下:
PA1(% DM)=氨(% SP)×[SP(% CP)/100]×[CP(% DM)/100];
PA2(% DM)=[SP(% CP)×CP(% DM)]/100-PA1(% DM);
PB1(% DM)=CP(% DM)-PA1(% DM)-PA2(% DM)-PB2(% DM)-PC(% DM);
PB2(% DM)=[NDIP(% CP)-ADIP(% CP)]×CP(% DM)/100;
PC(% DM)=[ADIP(% CP)×CP(% DM)]/100。

1.3.5 尼龙袋试验

尼龙袋试验于2023年11月至2024年1月在中国农业科学院南口中试基地开展,试验严格遵循中国农业科学院饲料研究所动物伦理委员会的指导要求开展,批准编号为IFR-CAAS20231102。选择300目(孔径48 μm)的尼龙布制成6 cm×10 cm的尼龙袋,并对各尼龙袋进行编号及称重。将饲料样品烘干粉碎过10目(2 mm)筛后混合均匀,准确称取3 g样品置入准备好的尼龙袋底,将装好的尼龙袋夹在塑料管缝中并使用橡皮筋进行绑定,以防其脱落或漏出。
选用3只健康、体重(48±3) kg以及装有瘤胃瘘管的“杜×寒”杂交羊进行单笼独饲,饲粮同1.3.3中的饲粮。每天07:00和19:00各饲喂1次。每只羊为1个重复,每个重复做2个平行。采用分时放入同时取出的方式进行瘘管投袋,分别放置6、12、24、36、48和72 h时统一取出。取出的尼龙袋及时使用清水冲洗,直至洗过的水澄清。洗净后的样品袋放入恒温干燥箱65 ℃条件下烘干48 h,烘干后静置回潮24 h,收集残余物用以测定瘤胃降解率。利用SAS 9.4软件对瘤胃降解率和降解参数进行计算,其中计算各时间点的降解率使用的公式如下:
A=[(B-C)/B]×100。
式中:A为某时间点的降解率(%);B为样品中DM或CP含量(%);C为残渣中DM或CP含量(%)。
根据Ørskov等[22]提出的瘤胃动力学模型,用以计算瘤胃降解参数,公式如下:
P=a+b(1-e-ct);
有效降解率(ED)=a+bc/(k+c)。
式中:P为降解率(%);a为快速降解部分(%);b为慢速降解部分(%);c为慢速降解部分的降解速率(%/h);t为样品在瘤胃中的滞留时间(h);k为样品在瘤胃中的流通速率,取0.034%/h作为本试验的流通速率。

1.4 数据统计分析

试验数据采用Excel 2019进行初步整理,然后采用SAS 9.4软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)和Duncan氏多重比较,结果数据采用平均值和均值标准误(SEM)表示,P<0.05为差异显著,0.05≤P<0.10为差异有显著趋势。

2 结果

2.1 复合酶和植物乳杆菌对桑枝青贮营养成分含量和pH的影响

由表4可知,各添加剂处理组桑枝青贮DM含量均显著高于CON组(P<0.05);在CP含量上,MEB组显著高于其他各组(P<0.05);在EE含量上,CON组和ME组显著高于其他2组(P<0.05);在NDF含量上,MEB组显著低于其他各组(P<0.05);在ADF含量和pH上,MB组和MEB组显著低于CON组和ME组(P<0.05);在ADL含量上,MB组和MEB组显著低于CON组(P<0.05)。
表4 复合酶和植物乳杆菌对桑枝青贮营养成分含量和pH的影响(风干基础)

Table 4 Effects of complex enzymes and Lactobacillus plantarum on nutrient contents and pH of mulberry branch silage (air-dry basis)

项目
Items		 组别Groups 均值标准误
SEM		 P值
P-value
CON ME MB MEB
干物质(鲜样基础) DM (fresh sample basis)/% 29.72b 30.38a 33.31a 34.88a 0.799 <0.001
粗蛋白质CP/% 7.25c 7.42c 8.46b 9.40a 0.262 <0.001
粗脂肪EE/% 1.98a 2.19a 1.04b 0.95b 0.173 0.002
中性洗涤纤维NDF/% 54.83a 49.07b 44.90c 42.31d 1.450 <0.001
酸性洗涤纤维ADF/% 33.35a 31.14a 27.34b 25.43b 1.004 0.001
酸性洗涤木质素ADL/% 12.52a 10.83ab 10.15b 9.19b 0.432 0.014
粗灰分Ash/% 11.46 11.66 11.53 11.75 0.184 0.160
pH 4.49a 4.33b 4.24c 4.17c 0.046 0.001

同行数据肩标不同字母表示差异显著(P<0.05)。下表同。

The data in the same row with different letter superscripts indicated significant differences (P<0.05). The same as below.

2.2 复合酶和植物乳杆菌对桑枝青贮体外发酵产气量和发酵参数的影响

由表5可知,随着发酵时间的延长,各组桑枝青贮体外发酵产气量均不断提升,并在36 h时产气基本完全。2~8h,MEB组产气量均显著高于其他各组(P<0.05),同时ME组产气量显著高于MB组(P<0.05);12 h时,MEB组产气量显著高于CON组和MB组(P<0.05);24~48 h,MEB组产气量最高,显著高于其他各组(P<0.05)。
表5 复合酶和植物乳杆菌对桑枝青贮体外发酵产气量的影响

Table 5 Effects of complex enzymes and Lactobacillus plantarum on gas production in vitro fermentation of mulberry branch silage mL/g DM

项目
Items		 组别Groups 均值标准误
SEM		 P值
P-value
CON ME MB MEB
0 h 0 0 0 0 0
2 h 27.22c 34.27b 27.77c 36.87a 1.576 <0.001
4 h 44.92c 52.33b 42.07c 56.05a 2.135 0.001
8 h 68.07c 71.44b 61.26d 75.49a 1.993 0.001
12 h 78.75b 79.33ab 73.22c 82.30a 1.275 0.006
24 h 81.12c 83.87b 84.32b 86.71a 0.774 0.007
36 h 81.20c 83.89b 84.45b 87.22a 0.815 0.001
48 h 81.20c 83.89b 84.45b 87.22a 0.815 0.001

36 h时产气基本完全,再往后未检测到气体产出。

The gas production was basically complete at 36 h, and no gas output was detected thereafter.

由表6可知,与CON组相比,各添加剂处理组桑枝青贮体外发酵pH均显著降低(P<0.05);同时,MEB组pH最低,显著低于其他各组(P<0.05)。与CON组相比,各添加剂处理组总挥发性脂肪酸(TVFA)含量和戊酸百分比显著提高(P<0.05),乙酸百分比显著降低(P<0.05);同时,MEB组戊酸百分比显著低于ME组和MB组(P<0.05),MB组戊酸百分比显著低于ME组(P<0.05)。与CON组相比,ME组和MB组异戊酸百分比显著提高(P<0.05),MEB组异戊酸百分比显著降低(P<0.05)。各组间丙酸、丁酸、异丁酸百分比及乙酸/丙酸值无显著差异(P>0.05)。
表6 复合酶和植物乳杆菌对桑枝青贮体外发酵参数的影响

Table 6 Effects of complex enzymes and Lactobacillus plantarum on in vitro fermentation parameters of mulberry branch silage

项目
Items		 组别Groups 均值标准误
SEM		 P值
P-value
CON ME MB MEB
pH 5.46a 5.38b 5.27c 5.13d 0.047 0.001
总挥发性脂肪酸TVFA/(mg/g DM) 134.3b 144.7a 146.1a 146.4a 1.90 <0.001
乙酸Acetic acid/% 55.84a 54.06b 53.81b 54.33b 0.311 0.015
丙酸Propionic acid/% 26.49 26.91 27.37 27.40 0.176 0.220
丁酸Butyric acid/% 11.52 11.98 11.69 11.98 0.082 0.068
戊酸Valeric acid/% 4.24d 5.07a 4.94b 4.50c 0.127 <0.001
异丁酸Isobutyric acid/% 0.49 0.50 0.64 0.43 0.041 0.336
异戊酸Isovaleric acid/% 1.42c 1.50b 1.57a 1.37d 0.029 <0.001
乙酸/丙酸Acetic acid/propionic acid 2.11 2.01 1.97 1.98 0.024 0.103

2.3 复合酶和植物乳杆菌对桑枝青贮CNCPS组分的影响

由表7可知,在CHO组分中,与CON组相比,各添加剂处理组桑枝青贮CC和CB3含量显著降低(P<0.05),CB2含量显著提高(P<0.05);MB组和MEB组CB1含量显著降低(P<0.05),NFC含量显著提高(P<0.05)。同时,MEB组NFC含量显著高于ME组和MB组(P<0.05),CB2含量显著高于ME组(P<0.05),CC和CB3含量显著低于ME组和MB组(P<0.05)。
表7 复合酶和植物乳杆菌对桑枝青贮CNCPS CHO组分的影响

Table 7 Effects of complex enzymes and Lactobacillus plantarum on CNCPS CHO fractions of mulberry branch silage % DM

项目
Items		 组别Groups 均值标准误
SEM		 P值
P-value
CON ME MB MEB
CHO 73.66 74.26 75.35 72.66 0.465 0.230
CC 16.79a 12.61b 11.03b 9.13c 1.081 0.001
CB3 38.56a 36.18b 34.05c 32.71d 0.847 0.001
NFC 18.31c 25.47c 30.27b 30.82a 1.921 0.001
CB2 1.27c 7.86b 12.17a 13.43a 1.823 0.002
CB1 5.40a 5.30a 4.67b 4.59b 0.141 0.006

CHO:碳水化合物 carbohydrate;CC:不可利用CHO组分 unavailable CHO fractions;CB3:可利用NDF available NDF;NFC:非纤维性碳水化合物 non-fibrous carbohydrate;CB2:可溶性纤维 soluble fiber;CB1:淀粉 starch。

由表8可知,在蛋白质组分中,MEB组桑枝青贮PA2含量显著高于其他各组(P<0.05);MB组和MEB组PB1含量显著高于CON组和ME组(P<0.05),PB2含量显著高于ME组(P<0.05)。
表8 复合酶和植物乳杆菌对桑枝青贮CNCPS蛋白质组分的影响

Table 8 Effects of complex enzymes and Lactobacillus plantarum on CNCPS protein fractions of mulberry branch silage % DM

项目
Items		 组别Groups 均值标准误
SEM		 P值
P-value
CON ME MB MEB
PA1 12.45 12.32 11.27 11.14 0.272 0.173
PA2 0.47b 0.32b 0.66b 2.47a 0.357 0.042
PB1 9.47b 9.09b 13.45a 14.86a 0.998 0.022
PB2 5.61ab 5.01b 6.31a 5.97a 0.194 0.028
PC 4.37 4.31 4.29 4.24 0.055 0.913

PA1:氨 ammonia;PA2:可溶性真蛋白质 soluble true protein;PB1:中等可降解蛋白质 moderately degradable protein;PB2:结合在NDF中的慢速可降解蛋白质 slowly degradable protein, bound in NDF;PC:难以消化的蛋白质 indigestible protein。

2.4 复合酶和植物乳杆菌对桑枝青贮瘤胃降解特性的影响

由表9可知,各组桑枝青贮DM瘤胃降解率随着发酵时间的延长不断提高。与CON组相比,各添加剂处理组各时间点DM瘤胃降解率均显著提高(P<0.05)。6 h时,MB组DM瘤胃降解率显著高于其他各组(P<0.05);12 h时,ME组DM瘤胃降解率显著高于其他各组(P<0.05);24~36 h,MEB组DM瘤胃降解率显著高于其他各组(P<0.05);48 h时,MEB组DM瘤胃降解率显著高于除MB组外的其他组(P<0.05)。在瘤胃降解参数方面,MB组DM的快速降解部分(a值)显著高于其他各组(P<0.05);MEB组DM的a值显著低于其他各组(P<0.05),DM的慢速降解部分(b值)显著高于其他各组(P<0.05);与CON组相比,各添加剂处理组DM的ED均显著提高(P<0.05)。
表9 复合酶和植物乳杆菌对桑枝青贮DM瘤胃降解率及降解参数的影响(风干基础)

Table 9 Effects of complex enzymes and Lactobacillus plantarum on DM rumen degradation rate and degradation parameters of mulberry branch silage (air-dry basis)

项目
Items		 组别Groups 均值标准误
SEM		 P值
P-value
CON ME MB MEB
瘤胃降解率Rumen degradation rate/%
6 h 23.09c 28.75b 30.19a 28.56b 0.949 <0.001
12 h 26.55c 36.99a 33.71b 31.55b 0.859 <0.001
24 h 35.99c 43.09b 42.26b 48.78a 1.442 <0.001
36 h 37.72c 48.06b 49.03b 55.52a 1.482 <0.001
48 h 40.53c 51.33b 53.67ab 57.99a 1.509 <0.001
72 h 43.03b 53.46a 54.88a 59.04a 1.646 <0.001
瘤胃降解参数Rumen degradation parameters
a/% 15.24c 21.18b 22.27a 13.73d 1.514 <0.001
b/% 29.66b 33.27b 36.54b 47.87a 2.624 0.035
c/(%/h) 0.04 0.05 0.04 0.05 0.004 0.089
ED/% 44.67b 54.23a 58.50a 61.31a 2.803 0.010

a为快速降解部分,b为慢速降解部分,c为慢速降解部分的降解速率,ED为有效降解率。下表同。

a was rapid degradation part, b was slow degradation part, c was degradation rate of slow degradation part, and ED was effective degradation rate. The same as below.

由表10可知,12 h时及36~72 h,与CON组相比,各添加剂处理组CP瘤胃降解率均显著提高(P<0.05)。6~24 h及48 h时,MEB组CP瘤胃降解率均显著高于其他各组(P<0.05);36~72 h,MB组和MEB组CP瘤胃降解率显著高于CON组和ME组(P<0.05)。在瘤胃降解参数方面,MB组CP的b值显著高于其他各组(P<0.05),MEB组CP的ED显著高于其他各组(P<0.05)。
表10 复合酶和植物乳杆菌对桑枝青贮CP瘤胃降解率及降解参数的影响(风干基础)

Table 10 Effects of complex enzymes and Lactobacillus plantarum on CP rumen degradation rate and degradation parameters of mulberry branch silage (air-dry basis)

项目
Items		 组别Groups 均值标准误
SEM		 P值
P-value
CON ME MB MEB
瘤胃降解率Rumen degradation rate/%
6 h 26.49b 30.86b 29.90b 39.90a 1.635 0.002
12 h 35.10c 38.87b 39.58b 50.08a 1.715 <0.001
24 h 40.75c 43.89bc 48.41b 54.66a 1.653 <0.001
36 h 43.03c 49.68b 56.92a 59.46a 2.025 <0.001
48 h 47.26d 51.22c 57.40b 63.70a 1.928 <0.001
72 h 50.72c 53.32b 63.25a 64.86a 1.982 <0.001
瘤胃降解参数Rumen degradation parameters
a/% 18.05 22.02 19.93 33.03 2.442 0.106
b/% 34.82b 31.82b 44.28a 33.06b 1.844 0.034
c/(%/h) 0.07 0.06 0.05 0.05 0.006 0.435
ED/% 42.62b 42.53b 46.21b 53.35a 1.572 0.007
由表11可知,24~72 h,与CON组相比,各添加剂处理组NDF瘤胃降解率均显著提高(P<0.05);24 h时,ME组NDF瘤胃降解率显著高于MB组(P<0.05)。在瘤胃降解参数方面,MEB组NDF的a值显著高于MB组(P<0.05),NDF的慢速降解部分的降解速率(c值)显著低于ME组和MB组(P<0.05),NDF的ED有高于其他组的趋势(P=0.050)。
表11 复合酶和植物乳杆菌对桑枝青贮NDF瘤胃降解率及降解参数的影响(风干基础)

Table 11 Effects of complex enzymes and Lactobacillus plantarum on NDF rumen degradation rate and degradation parameters of mulberry branch silage (air-dry basis)

项目
Items		 组别Groups 均值标准误
SEM		 P值
P-value
CON ME MB MEB
瘤胃降解率Rumen degradation rate/%
6 h 11.89 13.37 10.56 14.41 0.465 0.230
12 h 14.11 19.03 16.44 18.93 0.547 0.078
24 h 18.15c 23.79a 20.81b 21.57ab 0.452 0.003
36 h 20.33b 27.52a 25.47a 24.48a 0.613 0.010
48 h 21.86b 29.12a 28.31a 29.67a 0.684 0.001
72 h 23.19b 29.73a 28.89a 31.69a 0.402 0.024
瘤胃降解参数Rumen degradation parameters
a/% 6.57a 4.13ab 2.89b 7.27a 0.690 0.003
b/% 15.41 16.10 17.15 16.77 0.477 0.265
c/(%/h) 0.02b 0.06a 0.05a 0.03b 0.006 <0.001
ED/% 19.32 19.34 18.87 22.07 0.560 0.050
由表12可知,各组间ADF瘤胃降解率在各时间点均无显著差异(P>0.05),MEB组ADF瘤胃降解率在72 h时有高于其他组的趋势(P=0.087)。在瘤胃降解参数方面,MEB组ADF的b值和ED显著高于其他各组(P<0.05),MB组ADF的ED显著高于CON组和ME组(P<0.05)。
表12 复合酶和植物乳杆菌对桑枝青贮ADF瘤胃降解率及降解参数的影响(风干基础)

Table 12 Effects of complex enzymes and Lactobacillus plantarum on ADF rumen degradation rate and degradation parameters of mulberry branch silage (air-dry basis)

项目
Items		 组别Groups 均值标准误
SEM		 P值
P-value
CON ME MB MEB
瘤胃降解率Rumen degradation rate/%
6 h 7.28 6.84 8.53 10.02 0.595 0.653
12 h 10.67 11.81 11.44 10.56 0.499 0.943
24 h 14.59 15.10 17.47 17.11 0.460 0.401
36 h 16.51 17.35 18.59 19.19 0.379 0.375
48 h 19.27 19.94 20.03 22.86 0.465 0.292
72 h 20.29 21.44 19.81 24.05 0.579 0.087
瘤胃降解参数Rumen degradation parameters
a/% 3.31 3.06 3.14 4.07 0.494 0.871
b/% 12.14b 12.31b 14.42b 17.72a 0.428 0.005
c/(%/h) 0.04 0.04 0.04 0.02 0.004 0.229
ED/% 14.31c 14.40c 16.05b 19.03a 0.508 0.042

3 讨论

3.1 复合酶和植物乳杆菌对桑枝青贮发酵品质的影响

研究表明,桑枝的主要三大化学组成成分为纤维素、戊聚糖和木质素[23],其中戊聚糖是一种半纤维素。酶制剂和菌制剂可以通过降解植物细胞壁中的纤维素、半纤维素、果胶和木质素等成分来显著提高处理饲料的营养成分含量和发酵品质[16,18,24]。本试验所使用的5种酶制剂中,纤维素酶主要用于分解纤维素,纤维素是植物细胞壁中的一种主要结构成分,在纤维素酶的作用下,纤维素被分解成较小的分子,如寡糖或单糖。木聚糖酶主要降解木聚糖产生单糖,如木糖。而当木聚糖吸附于纤维素表面时,纤维素酶与底物结合受阻,进而抑制纤维素水解,因此木聚糖酶和纤维素酶共同使用能够发挥更好的效果。β-葡聚糖酶则作用于半纤维素,主要分解半纤维素中的β-葡聚糖,β-葡聚糖与纤维素、木聚糖等作为细胞壁骨架的主要成分,共同维持细胞壁的组织机械结构强度。果胶酶主要降解果胶,果胶是一种连接植物细胞的物质。漆酶则参与木质素的降解,木质素是植物细胞壁坚硬的结构成分,在瘤胃中几乎不能被微生物降解和利用[25]。本试验在前人研究[18]的基础上,通过分别改变β-葡聚糖酶和漆酶的单酶活性来得到新的酶组合,目的在于针对性地降解桑枝中较高的半纤维素和木质素成分,以提升桑枝饲料的可利用率。
本试验结果发现,各添加剂处理组桑枝青贮DM含量均显著高于CON组,MEB组CP含量显著高于其他各组。DM含量升高可能是因为添加菌酶后迅速建立起了乳酸环境,pH降低,切碎的桑枝残留的呼吸酶被抑制,减少了呼吸损耗;同时,迅速建立的乳酸环境有利于植物乳杆菌的繁殖,压缩梭菌、酵母菌等杂菌空间来减少腐败消耗,二者共同减少了青贮的损耗,最终表现为DM含量提高。刘蓓一等[26]研究表明,菌酶协同发酵显著提高了奶牛全混合日粮CP含量,这与本研究的结果一致。CP含量的升高可能是因为菌酶协同导致快速酸化,减少了CP的损耗。由于酶对纤维物质的降解,使得植物乳杆菌得到了充分的发酵底物,其在迅速生长的同时产生大量乳酸降低了发酵环境的pH,进而抑制了蛋白质水解菌的活性,减少了真蛋白质的降解损失。而单一添加菌或复合酶处理的底物pH降低的速度相对较慢,被降解的蛋白质易迅速挥发散失,最终表现为MEB组CP含量较其他组高。在EE含量上,CON组和ME组显著高于其他2组。EE为重要的能量来源之一,发酵过程中各种生物活动都会消耗能量,尤其是细菌。喻滨鸿等[27]研究发现,在将水分含量控制在50%的情况下向高冰草添加乳酸菌进行青贮会显著降低EE含量,本研究所使用的植物乳杆菌属于乳酸菌,除ME组外,其余添加剂处理组均添加了植物乳杆菌。因此推测,青贮过程中植物乳杆菌的代谢活动可能消耗了较多的EE,最终导致其含量显著降低。NDF含量代表了粗饲料的总纤维水平,同时也作为奶牛营养来源中组成CHO的重要成分,而ADF很难被家畜有效利用[28]。本试验中,MEB组NDF和ADF含量较其他2个添加剂处理组低,这与朱新强等[29]和王彦[30]的研究结果一致。复合酶与植物乳杆菌的共同作用使得桑枝青贮NDF和ADF被降解,这有利于其在为瘤胃提供可利用CHO的同时,也保障瘤胃正常发酵过程的进行,从而提高饲料的整体营养价值。此外,MEB组pH在4组中最低,表明菌酶协同发酵提高了桑枝青贮的酸度,青贮效果较佳。植物乳杆菌发酵会产生大量乳酸,这是pH降低的主要因素。植物乳杆菌具有产细菌素的能力,而细菌素是一种抗菌肽,能够抑制其他菌种的生长[14],这亦有利于植物乳杆菌的生长。低pH和细菌素环境抑制了绝大部分杂菌的生长,而复合酶通过降解作用产生的葡萄糖等单糖可以直接为菌所用,为植物乳杆菌提供了良好的生长繁殖条件。

3.2 复合酶和植物乳杆菌对桑枝青贮体外发酵产气量和发酵参数的影响

产气量是一项重要指标,与饲料中可利用的有机物含量相关。产气量在一定程度上能够反映饲料的可利用程度。Menke等[31]研究发现,在反刍动物瘤胃发酵中,产气量与有机物利用率存在正相关关系。本试验中,各组桑枝青贮体外发酵产气量先快速升高,在24 h后增长趋缓,可能是因为底物逐渐被消耗殆尽导致产气速率降低。各添加剂处理组产气量较CON组有所提高,说明经添加菌或酶的青贮处理,饲料中更多的有机物得到了固定和保存,减少了发酵过程中的损失。MEB组在各时间点的产气量和最终产气量均高于ME组和MB组,这表明酶菌联合添加进行桑枝青贮较酶或菌单一添加更有利于有机物的固定。VFA是厌氧发酵期间由各种有机化合物的酸化转化而来[32],这些脂肪酸可为反刍动物提供其能量需要量的70%~80%。黄右琴等[33]研究表明,向玉米小麦秸秆添加外源性复合酶制剂显著提高了瘤胃中TVFA含量。刘心仪等[34]研究也证明,添加外源性植物乳杆菌进行藜麦膳食纤维体外发酵显著提高了VFA含量。与上述结果相似,本研究中各添加剂处理组TVFA含量较CON组均显著提高,这表明菌酶协同处理能够提高桑枝青贮中可发酵CHO的利用效率,发酵更为充分。各添加剂处理组pH的降低也与TVFA含量的升高相对应。推测是因为在青贮过程中,复合酶通过降解桑枝中的结构性碳水化合物释放出大量可发酵糖,而植物乳杆菌能够迅速利用这些底物进行发酵,产生乳酸并快速降低pH,而酸性环境会对如甲烷生成、CO2生成和微生物合成等途径产生抑制,使得更多的碳流导向TVFA合成。正常的瘤胃液pH为5.5~7.5[35],本研究体外产气试验结束时的pH最低为5.13,最高为5.46,略低于上述正常范围,可能是由于TVFA含量的升高以及缓冲液不足所致。在正常瘤胃环境中,缓冲液充足且VFA处于动态消耗的情况下,饲喂经本菌酶复合制剂处理的青贮桑枝,预计不会造成瘤胃内pH显著下降或出现过酸情况,具体影响有待进一步试验验证。
本试验中,各添加剂处理组乙酸百分比均显著低于CON组。韦子海等[36]研究认为,瘤胃发酵中的乙酸产生量和粗饲料中的NDF含量呈正相关。本试验中各添加剂处理组NDF含量均较低,乙酸在TVFA中的占比也较低,与该研究结论相符。除NDF含量的影响外,pH也是影响乙酸产生的重要因素,当pH降至6.0以下时,来自环境中的纤维分解菌会受到抑制,乙酸生成量降低[37]。本试验通过体外法测得各组pH均小于6.0,足以影响乙酸的生成,且随着pH的降低,乙酸生成量有降低的趋势。本试验中MEB组pH最低,同时其乙酸百分比也较低,这与上述研究结论相符。此外,MEB组乙酸/丙酸值较低,表明菌酶协同处理桑枝青贮在提高TVFA产量的同时,没有破坏乙酸与丙酸的平衡。这可能是由于该处理通过促进其他发酵途径(如丙酸生成等)来补偿乙酸比例的下降,进而维持瘤胃发酵的整体稳定,具体原因有待进一步验证。MEB组TVFA含量在各组中最高,其戊酸百分比却在各添加剂处理组中最低。这可能是因为在添加复合酶和菌进行青贮发酵过程中,菌酶协同发酵促进了植物乳杆菌产生大量乳酸降低了pH,低pH条件使得戊酸的产生途径受到了抑制。研究表明,瘤胃环境下产戊酸的重要生物途径之一是将丙酸用克氏梭状芽孢杆菌(Clostridium kluyveri)进行混合培养,利用乙醇进行链伸长来生成戊酸[38],而克氏梭状芽孢杆菌在pH低于6.2的环境中受到抑制,且抑制程度随pH降低而增强[39]。MEB组pH低于该菌的最低适宜条件,且在所有组中最低,说明该组产戊酸的生物途径受抑制程度最大。其他产戊酸的生物途径也易受到环境pH的制约,如特定梭菌氨基酸发酵(如脯氨酸还原)途径,其功能菌多为中性pH偏好型微生物,当青贮或发酵环境因乳酸积累而使pH显著下降时,这些微生物的活性会受到抑制,这也可能是低pH条件下戊酸产量下降的原因。

3.3 复合酶和植物乳杆菌对桑枝青贮CNCPS组分的影响

CNCPS法是一种综合评价饲料价值和营养需求的饲料分析方法,在反刍动物饲料方面应用广泛。在本试验桑枝青贮CHO组分中,ME组CB1含量较高。CB1主要是淀粉,为中速降解部分,其能够促进生糖发酵,进而提高瘤胃微生物对氮的利用率[40]。相较于CON组,各添加剂处理组CB2和NFC含量均提高,其中MEB组CB2和NFC含量最高。CB2为可溶性纤维,为中速降解部分;NFC在瘤胃中会被迅速降解。NFC含量的提高可以提高DM、有机物、CP和NDF消化率,从而提高能量利用效率。相较于CON组,各添加剂处理组CC和CB3含量均显著降低,其中MEB组CC和CB3含量最低。CC为不可利用CHO组分,在反刍动物瘤胃内的利用效率较低;CB3为可消化纤维,CC和CB3二者共同组成FC。FC在瘤胃中消化时间较长,发酵速度较慢,有助于促进瘤胃蠕动和唾液分泌。NFC和FC均为瘤胃VFA的重要来源,而随着菌和酶的添加,可被快速消化的NFC含量升高,慢速消化的FC含量降低,有利于牲畜采食后的消化与前胃降解。这可能是因为复合酶制剂直接降解了桑枝细胞壁中的纤维素和半纤维素,转化为可溶性糖,使得CB3和CC含量降低;同时,植物乳杆菌的活跃使得发酵环境pH降低,抑制了NFC和CB2的消耗,提高了其留存率。这些组分的变化表明,菌酶协同处理桑枝青贮发酵显著改变了桑枝青贮的CHO结构,相较于CON组,各添加剂处理组尤其是MEB组快速降解部分和中速降解部分含量显著提升,有利于青贮饲料进入瘤胃后促进微生物增殖和产酸,进而建立稳定的发酵环境;而慢速降解部分CB3和不可利用部分CC含量则相应降低,减少了发酵的阻力。这种组分结构的变化有利于促进其在瘤胃内生糖发酵,提高养分消化率和微生物蛋白合成效率,进而提升桑枝在反刍动物瘤胃中的可利用效率和营养价值。不过,结合体外发酵产气量数据来看,与CON组相比,MEB组4 h时产气量提高了约25%,24 h时产气量提高了约7%,这提示添加菌酶发酵桑枝会使青贮过程中快速发酵的比例增加,可能会出现快速降解导致的瘤胃酸中毒。本试验结果显示,体外发酵pH低至5.13,仍处于人工唾液缓冲的可接受范围。在实际应用时,体内是否出现瞬时pH下降及瘤胃缓冲失衡的情况仍需进一步试验验证。
在蛋白质部分中,PA2为可溶性真蛋白质,PB1为中等可降解蛋白质,PB2为结合在NDF中的慢速可降解蛋白质,三者均归类于瘤胃可降解蛋白(RDP),在瘤胃中易被降解。本试验测得MEB组PA2含量较其他组显著升高,这说明经过菌酶协同处理后的桑枝青贮真蛋白质含量提高,营养物质丰富;MB组和MEB组PB1和PB2含量高于其他组,说明添加菌或菌酶青贮桑枝能够为瘤胃提供大量微生物蛋白合成所需氮源,有益于提升微生物蛋白的合成效率。PA2、PB1和PB2含量的升高可能是因为纤维素酶和半纤维素酶降解了植物细胞壁,直接释放PB2导致含量上升,同时酶解促进植物乳杆菌的活动,产生的大量乳酸降低了环境pH,抑制了蛋白酶的水解活性,减少了PA2的降解,PB1和PB2也得以大量留存,表现为含量提高。不过,瘤胃微生物蛋白的合成效率并不单纯依赖某一类氮源,而是取决于可发酵能量与可获取氮(如PA2、氨基酸和肽等)是否同步且足量地补充。MEB组NFC含量较高,其在摄入瘤胃后被迅速消化和释放,能够为微生物蛋白的合成提供大量可发酵能量。本试验MEB组PA2、PB1和PB2含量较高,能够在可发酵能量充足的条件下为微生物提供充足的氮源,与随着NFC降解而快速释放的可发酵能量协同,促进微生物蛋白合成,有助于提高瘤胃微生物蛋白的合成效率,进而改善宿主氮利用率以及生产性能。PC主要是饲料中难以消化的蛋白质,其成分主要是ADIP,基本不能被瘤胃微生物或者反刍动物消化利用[41],但少量的PC所产生的美拉德产物能够提高饲料的适口性[42],进而提高家畜的摄入量,表明适量PC对饲料的营养价值无负面影响。本试验中,各组间PC含量均无显著差异,这表明添加菌或酶均会在不对饲料口感造成负面影响的情况下提高其营养价值,有利于保障牲畜的正常饲粮摄入水平,提高其营养吸收和饲料利用效率。

3.4 复合酶和植物乳杆菌对桑枝青贮瘤胃降解特性的影响

DM瘤胃降解率是指饲料中的DM在瘤胃中被降解的速率,是评估饲料营养价值和消化特性的重要指标,其主要受饲料原料纤维素的含量和木质化程度的影响,能够反映饲料被消化的难易程度[43],较高的DM降解率有利于提升动物生产性能。本试验中,MEB组DM瘤胃降解率和ED较高,表明菌酶协同处理可以使发酵更加完全。这可能是因为菌酶协同处理破坏了桑枝的纤维结构,使得瘤胃微生物对桑枝的利用程度提高,同时植物乳杆菌利用酶解产物快速产酸,形成酸性环境对纤维起到进一步软化和保存的作用,使得DM在摄入进瘤胃后降解率提升。MEB组DM的ED与ADL含量较低相对应,说明菌酶协同处理可能有助于降解桑枝青贮木质纤维素,提高桑枝利用程度。
在CP瘤胃降解参数中,快速降解部分主要为NPN,其是瘤胃微生物蛋白合成的重要来源,a值升高代表饲料对反刍动物的利用价值升高;ED反映饲料被瘤胃降解的程度。影响CP瘤胃降解率的因素众多,主要有蛋白质的保护作用、真蛋白质和NPN含量以及CP的物理和化学组成等[44]。本试验发现,除36和72 h时外,MEB组CP瘤胃降解率均高于其他组,CP的a值和ED也较高,表明菌酶协同青贮能够有效提升桑枝的营养价值。菌酶协同青贮使得CP的快速降解部分提高,这可能是菌酶协同破坏了植物细胞对CP的保护作用。饲料植物中的CP多存在于细胞内容物中被细胞壁所保护,添加菌或酶能够作用于植物细胞壁使其加速分解,进而推动CP的释放,表现为CP快速降解部分的增多。
饲料中的粗纤维可以充实瘤胃,同时能够提供瘤胃微生物发酵底物,对瘤胃的正常发酵具有重要的意义。本研究中,各组桑枝青贮NDF和ADF瘤胃降解率均随发酵时间的增长而逐渐趋缓,这可能是因为DM中的可消化CHO被快速降解,导致总DM含量降低,NDF和ADF含量相对提升,表现为前中期的瘤胃降解率较低,后期随着消化的进行,降解率逐渐升高,这与NDF和ADF瘤胃降解率均随发酵时间的增长而逐渐趋缓所对应。本研究中,12 h前各组间NDF和ADF瘤胃降解率未出现显著差异,尽管在12 h时MEB组和ME组已有明显升高的趋势。24~72 h,各添加剂处理组NDF瘤胃降解率显著高于CON组,且MEB组较高。这表明菌和酶青贮均有利于提高NDF瘤胃降解率,且随着瘤胃降解时间的延长提高程度越明显,这提示菌酶发酵处理有利于慢速降解部分的消化。MEB组ADF瘤胃发酵参数中的b值显著升高也印证了这一点。不过,虽然MEB组NDF瘤胃降解率较CON组显著提高,但ED仅有提高趋势。这可能是被DM降解率所影响,MEB组DM瘤胃降解率高于其他组,导致该组DM的消化相对较快,NDF含量相对上升,发酵前期NDF瘤胃降解率差异不显著的原因可能是NDF的快速降解部分与DM降解速率相匹配,MEB组NDF a值的显著升高也印证了这一点。随着消化的进行,NDF慢速降解部分的降解速率降低,二者之间的差距导致即使最终瘤胃降解率出现了显著差异,ED也并未表现出显著差异,各组间NDF的b值差异不显著也印证了这一状况。此外,MEB组ADF的ED显著高于其他组,这可能是纤维素酶直接作用的结果,同时植物乳杆菌发酵形成的酸性环境也可能间接改变了纤维的物理结构或促进了相关微生物的活性,二者的协同作用共同降低了ADF在瘤胃中的降解阻力,最终表现为ED的升高。
值得注意的是,菌酶协同处理提高了桑枝青贮NDF的快速降解部分,为瘤胃微生物提供了可利用底物,有利于瘤胃微生物中纤维分解菌等有益微生物的快速增殖,改善瘤胃内环境。但同时NDF短时间内迅速降解也可能导致瘤胃中VFA的生成速度加快,瘤胃的缓冲能力不足则易导致VFA在瘤胃内的积累,更甚者出现瘤胃酸中毒,影响机体消化和胃肠道健康。尽管本试验并未出现pH大幅降低以及VFA过多生成的情况,但仍需要进一步研究来确定其饲喂的合适用量。
综上所述,菌酶协同处理提高了桑枝青贮的瘤胃降解率,其核心机制在于外源酶有效破解了桑枝的纤维结构,降低了ADL含量,提高了DM和纤维组分的ED;同时,菌酶协同作用优化了有机物(CP、NFC和FC)的组成和降解动力学,提高了快速降解部分含量,为瘤胃微生物提供了更充裕、更易利用的底物。这不仅提升了桑枝饲料的即时营养价值,同时也通过促进瘤胃微生物的快速增殖和高效发酵,从动力学层面改善了桑枝青贮在瘤胃内的整体消化和利用效率。

4 结论

添加复合酶和植物乳杆菌对桑枝进行青贮发酵,能有效改善其发酵品质、营养价值和瘤胃降解特性,且菌酶联合添加效果优于单一添加。

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