Effects of Different Treatment Conditions on Quality and Nutritional Value of Pepper Straw Silage

CHENG Zhize; AIBIBULA Yimamu; NAIBI Abulaiti; BAI Lisha; ZHOU Yuting; YU Qin; WANG Mengjie

doi:10.12418/CJAN2024.458

Chinese Journal of Animal Nutrition >

2024 , Vol. 36 >Issue 8: 5387 - 5398

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2024.458

RESEARCH PAPER

Effects of Different Treatment Conditions on Quality and Nutritional Value of Pepper Straw Silage

CHENG Zhize ,
AIBIBULA Yimamu ^,^* ,
NAIBI Abulaiti ,
BAI Lisha ,
ZHOU Yuting ,
YU Qin ,
WANG Mengjie

Expand

College of Prataculture, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830000, China

*professor, E-mail: aibibula@hotmail.com

Received date: 2023-12-11

Online published: 2024-08-12

Fold

Abstract

This experiment was conducted to study the effects of different moisture contents and additives on the quality and nutritional value of pepper straw silage.In this experiment, the straw of improved shaanzaohong pepper (Capsicum annuum L.) was used as raw material, and its moisture content was set to 73% (H), 65% (M) and 55% (L) by pre-drying. The additives were Bacillus subtilis (B), Bacillus subtilis+molasses (BM), Bacillus subtilis+cellulase (BC), and no additives were added as control group (C), a total of 12 treatments, each treatment had 3 replicates. After 60 days of silage at room temperature, the nutritional components, fermentation quality and relative feeding value (RFV) of each sample were determined. The comprehensive nutritional value of different treatments of pepper straw silage was evaluated by membership function.The top four comprehensive evaluation (MBM, MBC, LBM and LBC) of pepper straw silage were selected as raw materials, and alfalfa was used as control. The 48 h cumulative gas production, in vitro fermentation parameters and dry matter (DM) degradation rate were determined by in vitro test.The results showed as follows: 1) moisture content had extremely significant effects on pH, the contents of DM, crude protein (CP), neutral detergent fiber (NDF), acid detergent fiber (ADF), water soluble carbohydrates (WSC), ether extraction (EE), capsaicin, lactic acid (LA), acetic acid (AA), propionic acid (PA) and ammonia nitrogen/total nitrogen (NH₃-N/TN) of pepper straw silage (P<0.01); the additive had a significant effect on the AA content of pepper straw silage (P<0.05), and had a significant effect on pH, the contents of DM, CP, NDF, ADF, WSC, EE, capsaicin, LA, PA, RFA and NH₃-N/TN (P<0.01). 2) When the moisture content was 65%, the CP, EE, WSC, LA contents and RFV of pepper straw silage were the highest, while the pH, AA, PA contents and NH₃-N/TN were the lowest, and the silage quality was the best, followed by the pepper straw silage with 55% moisture content; when using BM additive, the contents of DM, CP, WSC, EE and LA were the highest, while pH, the contents of AA and PA and NH₃-N/TN were the lowest. 3) In the in vitro experiment, compared with the four pepper straw silages of MBM, MBC, LBM and LBC, the theoretical maximum gas production and DM degradation rate of MBM were the highest, the NH₃-N content was the lowest, and the related indexes were not significantly different from those of alfalfa treatment (P>0.05). At the same time, the 48 h cumulative gas production of MBM treatment was higher than that of MBC, LBM and LBC treatments. In summary, 65% moisture content is the best moisture content for making pepper straw silage, and Bacillus subtilis+molasses as an additive has the best effect and can be recommended in actual production.

Key words： pepper straw; fermentation quality; Bacillus subtilis; comprehensive nutritional value evaluation; in vitro test

Cite this article

CHENG Zhize , AIBIBULA Yimamu , NAIBI Abulaiti , BAI Lisha , ZHOU Yuting , YU Qin , WANG Mengjie . Effects of Different Treatment Conditions on Quality and Nutritional Value of Pepper Straw Silage[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2024 , 36(8) : 5387 -5398 . DOI: 10.12418/CJAN2024.458

近些年以来,青贮技术在农作物秸秆等非常规饲料资源开发方面越来越普遍,研究表明对非常规饲料资源进行青贮处理可提高其饲用价值和保存时限^[1-2]。而青贮饲料的品质受多方面因素的影响,如水分含量、使用的添加剂类型、原料的特性及发酵环境温度等^[3],但主要落脚于原料水分含量和使用添加剂类型上。原料水分含量影响青贮品质,适当的水分含量是乳酸菌生长和繁殖所必需的^[4],如果水分含量过高会促进梭菌的生长,不利于乳酸菌的繁殖^[5];而水分含量过低会抑制微生物的扩散,尤其是乳酸菌的扩散,也不利于青贮发酵^[6]。添加剂能改善原料自身的不足,提升青贮效果。如枯草芽孢杆菌能分泌纤维素酶^[7]、淀粉酶等系列酶^[8-9];糖蜜富含碳水化合物,可为乳酸菌的生长和繁殖提供额外的单糖来源^[10];纤维素酶可降解植物细胞壁的结构性糖类,为乳酸菌快速繁殖提供更多的可溶性碳水化合物(WSC)^[11]。

辣椒秸秆为辣椒采摘后的副产物,是一种蛋白质含量较高的非常规饲料资源^[12],在我国每年产量高达6.9×10⁷ t^[13],同时由于辣椒秸秆收获期集中且量大,一时难以处理,通过青贮技术将其开发为反刍动物饲料,不仅拓宽了饲料来源,还解决了冬春季新鲜饲草料紧缺现象和其被随意丢弃、焚烧等造成环境污染问题。目前,辣椒秸秆饲料开发的研究还处于初期阶段,其青贮调制技术的相关报道不足。因此,本试验通过研究不同水分含量和添加剂对辣椒秸秆青贮品质的影响,为调制品质优良的辣椒秸秆青贮提供理论依据和技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

辣椒秸秆为改良陕早红辣椒品种的秸秆,取自新疆玛纳斯县农户大田,秸秆是在末次辣椒采摘后进行刈割。原料营养成分含量见表1。枯草芽孢杆菌(1×10¹¹ CFU/g)、纤维素酶(20 000 U/g)、糖蜜(总糖含量≥40%)均为购买的产品。

表1 原料营养成分含量

Table 1 Nutrient contents of raw material

项目 Item	干物质 DM/ % FM	粗蛋白质 CP/ % DM	中性洗涤纤维 NDF/ % DM	酸性洗涤纤维 ADF/ % DM	粗脂肪 EE/ % DM	可溶性碳水化合物 WSC/ % DM	辣椒素 Capsaicin/ (μg/g)
辣椒秸秆 Pepper straw	26.32±0.31	15.90±0.11	34.97±1.31	29.30±0.91	2.90±0.37	9.57±0.12	82.29±0.14

1.2 试验设计

试验为2因素随机设计,2因素分别为水分含量和添加剂。辣椒采摘结束后刈割秸秆并运送至晒场晾晒,结合微波炉法^[14]和感官评定法测定辣椒秸秆水分含量,当秸秆水分含量为73%(刚采摘完辣椒,H)、65%(M)和55%(L)时,将其粉碎,分别将枯草芽孢杆菌(B)、枯草芽孢杆菌+糖蜜(BM)和枯草芽孢杆菌+纤维素酶(BC)溶于蒸馏水中,使用喷壶均匀喷洒在粉碎的辣椒秸秆上,对照(C)喷洒等量蒸馏水,将不同处理辣椒秸秆均匀搅拌后进行真空包装,并放置室内发酵60 d后进行相关指标测定。试验样品共12个处理,每个处理3个重复。辣椒秸秆青贮试验设计见表2。

表2 辣椒秸秆青贮试验设计

Table 2 Design of pepper straw silage experiment

水分含量 Moisture content/%	添加剂及添加量(鲜重基础) Additives and addition amount(FM basis)
水分含量 Moisture content/%	对照 Control (C)	枯草芽孢杆菌 Bacillus subtilis (1.0×10⁶ CFU/g) (B)	枯草芽孢杆菌+纤维素酶 Bacillus subtilis+cellulase (1.0×10⁶ CFU/g+3 000 U/kg) (BC)	枯草芽孢杆菌+糖蜜 Bacillus subtilis+molasses (1.0×10⁶ CFU/g+4%) (BM)
73 (H)	HC	HB	HBC	HBM
65 (M)	MC	MB	MBC	MBM
55 (L)	LC	LB	LBC	LBM

1.3 测定指标与方法

1.3.1 营养成分测定

干物质(DM)、粗蛋白质(CP)和粗脂肪(EE)含量分别参考GB/T 6435—2014、GB/T 6432—2018和GB/T 6433—2006测定,中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量分别参考GB/T 20806—2006和NY/T 1459—2007测定,WSC和辣椒素含量的测定分别参考硫酸—蒽酮比色法^[15]和高效液相色谱法^[16]。

1.3.2 发酵品质测定

辣椒秸秆青贮60 d后开袋并混合均匀,称取20 g样品放入三角瓶中,再加入180 mL无菌蒸馏水,用保鲜膜封口后浸泡30 min,先后用4层纱布和定量滤纸过滤得滤液。pH使用25型酸度计测量。取部分滤液经高速冷冻离心机(6 500×g,4 ℃)离心5 min,再经0.22 μm滤膜过滤。参照Cao等^[17]的方法,采用高效液相色谱仪测定乳酸(LA)、乙酸(AA)、丙酸(PA)及丁酸(BA)含量。氨态氮(NH₃-N)含量测定使用苯酚-次氯酸钠比色法^[18]。总氮(TN)含量计算公式为TN=CP/6.25。

1.3.3 相对饲用价值(RFV)计算

RFV参照王旭哲^[19]方法计算:

RFV=DMI×DDM/1.29;

DMI=120/NDF;

DDM=88.9-0.779×ADF。

式中:DMI为干物质采食量,单位为占体质量的百分比(% BW);DDM为可消化干物质,单位为占干物质百分比(% DM)。

1.3.4 综合价值评价

综合价值评价利用模糊数学中的隶属函数法,首先计算各指标的隶属函数值,与青贮品质呈正相关的指标(CP、DM、WSC、LA含量和RFV)采用公式(1)计算,其余指标(NDF、ADF、AA、PA和BA含量,pH及NH₃-N/TN)均呈负相关,用公式(2)计算。最后相加各指标的隶属函数值,根据值大小排名,值越大表明青贮综合价值越高^[19]。

(1)R(X_i)=(X_i-X_mim)/(X_max-X_min);

(2)R(X_i)=1-(X_i-X_mim)/(X_max-X_min)。

式中:R(X_i)为某指标隶属函数值;X_i为该指标的测定值;X_max为该指标最大值;X_min为该指标最小值。

1.4 体外产气试验

1.4.1 瘤胃液的采集

选用体重为(45.00±1.52) kg的3只12月龄健康绵羊提供瘤胃液。试验时屠宰绵羊并取出瘤胃内容物,经4层纱布过滤后混合装入预热39 ℃保温瓶内,并通入CO₂确保厌氧环境。

1.4.2 混合培养液配制方法

培养液配制参照Menke等^[20]。A液:将13.2 g CaCl₂·2H₂O、1.0 g CoCl₂·6H₂O、10.0 g MnCl₂·4H₂O和8.0 g FeCl₃·6H₂O混合并用蒸馏水定容至100 mL。B液:将5.0 g NaHCO₃和4.0 g NH₄HCO₃混合后定容至1 000 mL。C液:将6.2 g KH₂PO₄、5.7 g Na₂HPO₄和0.6 g MgSO₄·7H₂O混合后定容至1 000 mL。D液:将4.0 mL 1 mol/L NaOH与0.625 g Na₂S·9H₂O混合后定容至100 mL。培养液:取400 mL蒸馏水,分别加入A液、B液、C液、D液各0.1、200、200、40 mL及1 mL刃天青溶液。混合培养液由培养液与瘤胃液按体积比5∶1混合配制而成。

1.4.3 试验方法

分别称取0.2 g辣椒秸秆青贮和苜蓿样品,每个样品设置3个重复,精确至0.002 g,将称好的样品装入面积2.0 cm×2.0 cm纤维袋(孔径37 μm)并放入注射器底部(100 mL),抽取30 mL混合培养液(设3个空白),排尽注射器管内空气,封闭注射口后竖直放置39 ℃水浴摇床上,确保混合培养液浸没纤维袋,分别记录3、6、9、24、33、48 h的体外发酵产气量(GP)。48 h后将注射器分别取下放入冰水中使其停止发酵,分别测定发酵液NH₃-N含量,pH和DM降解率。

1.4.4 体外试验测定指标和方法

pH和NH₃-N含量的测定同1.3.2。

DM降解率计算公式如下:

DM降解率(%)=100×(放入注射器底物的DM含量-发酵残留的DM含量)/放入注射器底物的DM含量。

GP计算公式如下:

某时间点GP(mL)=该段时间样品GP(mL)-该段时间空白样GP(mL)。

GP数据拟合方程为指数方程^[21]:

GP_t=a×{1-exp^[-c×(^t^-lag)]}。

式中:GP_t为t时刻累积产气量(mL);a为理论最大产气量(mL);c为产气速率常数(mL/h);lag为产气延滞时间(h);t为读数时间点。

1.5 统计分析

数据使用SPSS 20.0软件进行双因素方差分析,采用Duncan氏法进行多重比较,P<0.01表示差异极显著,P<0.05表示差异显著,P>0.05表示差异不显著。

2 结果与分析

2.1 辣椒秸秆青贮品质

由表3可见,水分含量或添加剂对辣椒秸秆青贮pH,LA、AA、PA含量和NH₃-N/TN影响极显著(P<0.01),对pH,LA含量和NH₃-N/TN有极显著交互效应(P<0.01),对AA含量有显著交互效应(P<0.05)。水分含量方面,M水分含量的辣椒秸杆青贮LA含量最高,pH,PA含量和NH₃-N/TN低于其他2个水分含量。相较于H水分含量,L水分含量的辣椒秸杆青贮pH,PA含量和NH₃-N/TN均较低,而其LA和AA含量高于H水分含量,另外除HC处理检测到少量BA外,其余处理均未检测到。添加剂方面,使用添加剂处理的辣椒秸秆青贮LA含量高于C处理,pH、PA含量和NH₃-N/TN低于C处理。LA含量依次为BM>BC>B>C,其中MBM处理的LA含量高于其余各处理。

表3 水分含量和添加剂对辣椒秸秆青贮品质的影响

Table 3 Effects of moisture content and additives on quality of pepper straw silage

项目 Items	添加剂 Additives	水分含量Moisture content			平均值 Average	SEM	P值P-value
项目 Items	添加剂 Additives	H	M	L	平均值 Average	SEM	水分含量 Moisture content	添加剂 Additive	水分含量× 添加剂 Moisture content× additive
pH	C	4.65^a	4.27^a	4.22^a	4.38	0.15	<0.001	<0.001	<0.001
	B	4.17^b	4.15^ab	4.17^ab	4.16
	BC	4.14^b	4.12^b	4.16^ab	4.14
	BM	4.13^b	4.11^b	4.14^b	4.13
平均值Average		4.27	4.16	4.17
乳酸 LA/% DM	C	1.71^c	2.10^c	3.23^b	2.35	0.97	<0.001	<0.001	<0.001
	B	2.51^b	3.69^b	3.12^b	3.11
	BC	2.52^b	4.68^a	3.99^a	3.73
	BM	2.71^a	4.77^a	4.01^a	3.83
平均值Average		2.36	3.81	3.59
乙酸 AA/% DM	C	0.60^b	0.64^ab	0.64^b	0.63	0.04	0.009	0.027	0.039
	B	0.62^ab	0.65^a	0.67^ab	0.65
	BC	0.65^a	0.61^ab	0.71^a	0.66
	BM	0.61^ab	0.59^b	0.66^ab	0.62
平均值Average		0.62	0.62	0.67
丙酸 PA/% DM	C	0.18^a	0.10^a	0.12^a	0.13	0.04	<0.001	<0.001	0.238
	B	0.08^b	0.06^b	0.07^ab	0.07
	BC	0.06^b	0.05^b	0.06^b	0.06
	BM	0.06^b	0.04^b	0.06^b	0.05
平均值Average		0.10	0.06	0.08
丁酸 BA/% DM	C	0.11	ND	ND	0.11
	B	ND	ND	ND
	BC	ND	ND	ND
	BM	ND	ND	ND
平均值Average		0.10	0.00	0.00
氨态氮/总氮 NH₃-N/TN	C	11.90^a	9.92^a	9.92^a	10.58	3.10	<0.001	<0.001	<0.001
	B	5.11^c	3.74^b	4.01^b	4.29
	BC	5.42^b	3.12^c	3.66^c	4.07
	BM	4.23^d	2.57^d	3.06^d	3.29
平均值Average		6.67	4.84	5.16

同一水分含量不同添加剂处理间不同小写字母表示差异显著(P<0.05),相同或无字母表示差异不显著(P>0.05)。“ND”表示未检测到。表4同。H、M和L代表辣椒秸秆水分含量分别为73%、65%和55%。C:对照(无添加剂);B:枯草芽孢杆菌(1.0×10⁶ CFU/g);BC:枯草芽孢杆菌+纤维素酶(1.0×10⁶ CFU/g+3 000 U/kg);BM:枯草芽孢杆菌+糖蜜(1.0×10⁶ CFU/g+4%)。下同。

In the same moisture content, values with different lowercase letter superscripts among different additive treatments indicated significant difference (P<0.05), while with the same or no letter superscripts indicated no significant difference (P>0.05). “ND” mean none detected. The same as Table 4. H, M and L represented that the moisture contents of pepper straw were 73%, 65% and 55%, respectively. C: control (no additives); B: Bacillus subtilis (1.0×10⁶ CFU/g); BC: Bacillus subtilis+cellulase (1.0×10⁶ CFU/g+3 000 U/kg); BM: Bacillus subtilis+molasses (1.0×10⁶ CFU/g+4%). The same as below.

2.2 辣椒秸秆青贮营养成分和RFV

由表4可知,水分含量对辣椒秸秆青贮的CP、DM、ADF、NDF、WSC、EE及辣椒素含量影响极显著(P<0.01)。水分含量方面,除DM含量随水分含量降低而增加外,M水分含量的辣椒秸秆青贮ADF和NDF含量最低,CP、WSC、EE、辣椒素含量和RFV最高。L水分含量的辣椒秸秆青贮CP、DM、ADF、WSC、EE、辣椒素含量和RFV高于H水分含量;添加剂对辣椒秸秆青贮CP、DM、ADF、NDF、WSC、EE、辣椒素含量和RFV影响极显著(P<0.01)。添加剂方面,CP含量由高到低依次为BM>BC>B>C,RFV由高到低依次为BC>BM>B>C。另外,水分含量和添加剂的交互效应对辣椒秸秆青贮的DM、ADF、NDF、WSC、EE和辣椒素含量也影响极显著(P<0.01)。

表4 水分含量和添加剂对辣椒秸秆青贮营养成分和RFV影响

Table 4 Effects of moisture content and additives on nutritional components and RFV of pepper straw silage

项目 Items	添加剂 Additives	水分含量Moisture content			平均值 Average	SEM	P值P-value
项目 Items	添加剂 Additives	H	M	L	平均值 Average	SEM	水分含量 Moisture content	添加剂 Additive	水分含量× 添加剂 Moisture content× additive
干物质 DM/% FM	C	25.91^a	37.52^c	38.11^d	33.85	6.23	<0.001	<0.001	<0.001
	B	25.19^b	37.71^b	38.33^c	33.74
	BC	25.16^b	37.81^b	39.08^b	34.02
	BM	25.36^b	38.06^a	39.61^a	34.34
平均值Average		25.41	37.78	38.78
粗蛋白质 CP/% DM	C	13.22^c	13.97^c	13.51^c	13.57	0.76	<0.001	<0.001	0.143
	B	14.57^b	15.17^b	14.77^b	14.84
	BC	15.06^a	15.46^ab	15.12^a	15.21
	BM	15.11^a	15.66^a	15.23^a	15.33
平均值Average		14.49	15.07	14.66
中性洗涤纤维 NDF/% DM	C	35.48^a	35.21^a	35.91^a	35.53	2.15	<0.001	<0.001	<0.001
	B	32.65^b	32.10^b	32.37^b	32.37
	BC	30.28^d	29.77^d	30.12^d	30.06
	BM	31.42^c	30.55^c	30.72^c	30.90
平均值Average		32.46	31.91	32.28
酸性洗涤纤维 ADF/% DM	C	29.09^a	29.14^a	29.33^a	29.19	1.47	<0.001	<0.001	<0.001
	B	26.44^b	26.12^b	26.47^b	26.34
	BC	25.61^d	25.21^c	25.44^d	25.42
	BM	26.23^c	26.02^b	26.17^c	26.14
平均值Average		26.84	26.62	26.85
可溶性碳水化合物 WSC/% DM	C	3.12^d	4.84^c	4.44^c	4.13	0.60	<0.001	<0.001	<0.001
	B	4.17^c	5.12^b	4.66^b	4.65
	BC	4.66^b	5.19^ab	5.14^a	5.00
	BM	4.79^a	5.33^a	5.21^a	5.11
平均值Average		4.19	5.12	4.86
粗脂肪 EE/% DM	C	2.41	2.52^d	2.48	2.47	0.21	<0.001	<0.001	<0.001
	B	2.44	2.73^c	2.52	2.56
	BC	2.49	2.88^b	2.46	2.61
	BM	2.51	3.09^a	2.59	2.73
平均值Average		2.46	2.81	2.51
辣椒素 Capsaicin/(μg/g)	C	53.39^d	61.99^c	60.21^d	58.53	3.95	<0.001	<0.001	<0.001
	B	54.69^b	63.21^b	63.79^a	60.56
	BC	57.16^a	64.51^a	62.31^b	61.33
	BM	54.31^c	63.27^b	61.29^c	59.62
平均值Average		54.89	63.25	61.90	60.01
相对饲用价值 RFV	C	173.70^c	174.90^c	171.13^c	173.24	16.13	0.087	<0.001	0.106
	B	194.60^b	198.66^b	196.22^b	196.49
	BC	211.82^a	216.42^a	213.36^a	213.87
	BM	202.71^ab	208.98^ab	207.47^ab	206.38
平均值Average		195.71	199.74	197.04

2.3 辣椒秸秆青贮综合价值评价

将不同处理辣椒秸秆青贮的12项重要指标进行隶属函数分析,结果如表5所示,MBM处理为最优辣椒秸秆青贮条件,即辣椒秸秆在水分含量为M条件下,添加剂使用BM青贮的综合价值最高。不同处理辣椒秸秆青贮综合价值排序为:MBM>MBC>LBM>LBC>MB>HBM>HBC>LB>HB>MC>LC>HC。

表5 不同水分含量和添加剂对辣椒秸秆青贮效果的综合价值评价

Table 5 Comprehensive value evaluation of different moisture content and additives on effect of pepper straw silage

项目 Items	处理Treatments
项目 Items	HC	HB	HBC	HBM	MC	MB	MBC	MBM	LC	LB	LBC	LBM
干物质DM/% FM	0.05	0.00	0.00	0.01	0.86	0.87	0.88	0.89	0.90	0.91	0.96	1.00
粗蛋白质CP/% DM	0.00	0.55	0.75	0.77	0.31	0.80	0.92	1.00	0.12	0.64	0.78	0.82
可溶性碳水化合物WSC/% DM	0.00	0.48	0.70	0.76	0.78	0.90	0.94	1.00	0.60	0.70	0.91	0.95
相对饲用价值RFV	0.06	0.52	0.90	0.70	0.08	0.61	1.00	0.84	0.00	0.55	0.93	0.80
中性洗涤纤维NDF/% DM	0.07	0.53	0.92	0.73	0.11	0.62	1.00	0.87	0.00	0.58	0.94	0.85
酸性洗涤纤维ADF/% DM	0.06	0.70	0.90	0.75	0.05	0.78	1.00	0.80	0.00	0.69	0.94	0.77
pH	0.00	0.89	0.94	0.96	0.70	0.93	0.98	1.00	0.80	0.89	0.91	0.94
乳酸LA/% FM	0.00	0.26	0.26	0.33	0.13	0.65	0.97	1.00	0.50	0.46	0.75	0.75
乙酸AA/% FM	0.92	0.75	0.50	0.83	0.58	0.50	0.83	1.00	0.58	0.33	0.00	0.42
丙酸PA/% FM	0.00	0.71	0.86	0.86	0.57	0.86	0.93	1.00	0.43	0.79	0.86	0.86
丁酸BA/% FM	0.00	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00
氨态氮/总氮NH₃-N/TN	0.00	0.71	0.68	0.81	0.17	0.87	0.94	1.00	0.17	0.84	0.88	0.94
总隶属度Total membership	1.15	7.11	8.41	8.52	5.34	9.38	11.39	11.40	5.09	8.37	9.86	10.10
排序Rank	12	9	7	6	10	5	2	1	11	8	4	3

2.4 辣椒秸秆青贮和苜蓿体外产气及消化特性

2.4.1 体外产气特性

由图1可知,随发酵时间延长,4个综合营养价值评价前4位的辣椒秸秆青贮(MBM、MBC、LBM和LBC)和苜蓿的产气量都在增加,均在20 h内产气量增加较快,即产气速率最大,该时间段产气速率由高到低依次为苜蓿>MBM>MBC>LBM>LBC,20 h后产气速率趋于平稳。48 h产气量由高到低依次为苜蓿>MBM>MBC>LBM>LBC,且苜蓿和MBM处理相近。

显示原图|下载原图ZIP|生成PPT

图1 不同处理辣椒秸秆青贮和苜蓿的体外产气量

Fig.1 In vitro gas production of pepper straw silage and alfalfa under different treatments

2.4.2 体外发酵参数及DM降解率

由表6可知,不同处理辣椒秸秆青贮及苜蓿间相互比较,苜蓿理论最大产气量与MBM处理差异不显著(P>0.05),但显著高于MBC、LBM和LBC处理(P<0.05),而MBM处理显著高于LBM和LBC处理(P<0.05),与MBC处理差异不显著(P>0.05)。不同处理辣椒秸秆青贮之间产气延滞时间差异不显著(P>0.05),但均显著低于苜蓿处理(P<0.05)。苜蓿发酵液NH₃-N含量显著低于MBC、LBM和LBC处理(P<0.05),与MBM处理差异不显著(P>0.05)。苜蓿处理DM降解率与MBM、MBC处理差异不显著(P>0.05),却显著高于LBM和LBC处理(P<0.05)。苜蓿及4个不同处理辣椒秸秆青贮之间发酵液pH和产气速率均差异不显著(P>0.05)。

表6 不同处理辣椒秸秆青贮和苜蓿体外发酵参数及DM降解率

Table 6 In vitro fermentation parameters and dry matter digestibility degradation rate of pepper straw silage and alfalfa under different treatments

处理 Treatments	产气参数 Gas production parameters			pH	氨态氮 NH₃-N/(mg/L)	干物质降解率 Dry matter degradation rate/%
处理 Treatments	a/mL	c/(mL/h)	lag/h	pH	氨态氮 NH₃-N/(mg/L)	干物质降解率 Dry matter degradation rate/%
MBM	24.33±0.31^ab	0.11±0.02	0.59±0.03^b	6.87±0.17	0.026±0.00^bc	53.16±1.37^ab
MBC	23.76±0.42^b	0.10±0.03	0.56±0.05^b	6.79±0.22	0.028±0.00^b	53.01±1.34^ab
LBM	22.48±0.52^c	0.08±0.03	0.60±0.04^b	6.85±0.16	0.031±0.01^ab	51.06±2.03^b
LBC	21.29±0.41^d	0.10±0.01	0.57±0.05^b	6.86±0.23	0.033±0.01^a	51.05±2.34^b
苜蓿Alfalfa	24.73±0.26^a	0.12±0.02	0.65±0.03^a	6.89±0.18	0.025±0.01^c	54.06±1.47^a
P值P-value	<0.001	0.148	0.025	0.891	0.001	0.007

	a:理论最大产气量;c:产气速率;lag:产气延滞时间。同列数据肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.05),相同或无字母表示差异不显著(P>0.05)。
	a: theoretical maximum gas production; c: gas production rate; lag: delay time of gas production. In the same column, values with different lowercase letter superscripts indicated significant difference (P<0.05), while with the same or no letter superscripts indicated no significant difference (P>0.05).

3 讨论

3.1 辣椒秸秆作为青贮原料特点

本研究中,辣椒秸秆原料的NDF含量为34.97%,ADF含量为29.30%,均低于苜蓿(NDF为48.14%,ADF为35.54%),而其CP含量为15.90%,与苜蓿(18.59%)相近,这说明辣椒秸秆本身饲料开发潜力和营养价值较高。同时相关研究认为,原料在WSC含量高于5%,水分含量适宜且缓冲能较低的条件下,才可以制作出优质的青贮饲料^[22]。在本试验中,发现辣椒秸秆原料含有9.57%的WSC,其含量虽低于全株玉米(11.06%)^[23],但达到了调制优质青贮的水平。另外,刚收获完辣椒后的秸秆含水量约73%,相对鲜嫩且满足青贮水分需求条件,同时在辣椒秸秆上留有约占全株质量10%的残次辣椒,加之秸秆本身含有82.29 μg/g的辣椒素,因此相较常规饲料具有不同的特性。另外本研究发现,辣椒秸秆在未加添加剂条件下进行青贮处理后,其NH₃-N/TN为9.92%~11.90%,pH为4.22~4.65,青贮品质低于使用添加剂的青贮品质,另外还在73%水分含量条件下产生少量BA,说明辣椒秸秆直接青贮效果不佳,使用添加剂可改善其青贮品质,原因可能是辣椒秸秆CP含量高导致其缓冲力也较高或者是自身携带乳酸菌数量不足。

3.2 水分含量对辣椒秸秆青贮品质的影响

原料水分含量对青贮品质起着决定性作用^[4⇓-6]。本研究发现,水分含量显著或极显著的影响着辣椒秸秆青贮的品质,在73%、65%和55%(H、M和L)3个水分含量条件下,M水分含量的辣椒秸秆青贮CP、EE、WSC、LA、辣椒素含量和RFV最高,其次是L和H水分含量的辣椒秸秆青贮,M水分含量的辣椒秸秆青贮pH,ADF、NDF、PA含量及NH₃-N/TN最低,L水分含量的辣椒秸杆青贮除ADF含量高于H水分含量外,其余指标均低于H水分含量。而辣椒秸秆青贮DM含量随水分含量的降低呈增加趋势。另外,除HC处理辣椒秸秆青贮含有少量丁酸外,其余处理的辣椒秸秆青贮均未发现,说明M水分含量最适合辣椒秸秆青贮,该研究结果与刘辉^[24]结果相似,却与周娟娟等^[25]结果存在不同,原因是在制作辣椒秸秆青贮时使用的添加剂完全不同,辣椒秸秆品种也不相同。而在L水分含量条件下,不同添加剂处理的辣椒秸秆青贮AA含量最低,ADF和DM含量最高,可能由于秸秆低水分含量使其细胞液浓度增大,导致渗透压升高,从而抑制了酶的活性以及不良发酵和辣椒秸秆自身细胞呼吸作用所致^[25]。

3.3 添加剂对辣椒秸秆青贮品质的影响

青贮饲料制作原理是借助厌氧乳酸菌增殖发酵机制,通过产生大量乳酸快速降低环境pH以抑制各种杂菌繁殖,从而减少原料养分损失并改善原料品质,整个过程是在密闭缺氧条件下进行的。在实际生产中,一些原料因无法满足青贮条件或为能进一步提升原料青贮品质,通常会使用一些添加剂为乳酸菌发酵创造理想条件。本试验表明,添加剂极显著影响辣椒秸秆青贮品质。与C处理相比,添加剂处理辣椒秸秆青贮的NH₃-N/TN均低于10%,pH低于4.20,该指标符合优质青贮饲料相关标准^[26-27]。在同一水分含量不同添加剂处理的辣椒秸秆青贮之间相比,BM添加剂处理的LA、DM、CP、WSC和EE含量最高,而AA、PA含量和pH最低,同时其综合价值评价最高且未检测到BA,说明在辣椒秸秆青贮中混合添加BM青贮效果最好。这可能是BM中枯草芽孢杆菌能够分泌纤维素酶,将辣椒秸秆中纤维素分解为WSC,既为青贮过程中乳酸菌增殖提供了底物,也起到降解辣椒秸秆原料中NDF和ADF目的^[28],同时枯草芽孢杆菌可以产生抗菌物质,抑制好氧微生物和腐败微生物的增殖,从而为乳酸菌的生长创造环境^[29-30]。而糖蜜含有大量WSC,为乳酸菌短期内迅速增殖提供充足底物^[31]。相比BM,BC的青贮NDF和ADF含量降低,而RFV增加,原因除了枯草芽孢杆菌作用外,还因为其所含的纤维素酶将构成原料的结构性多糖降解为WSC,补充了乳酸发酵底物^[32],同时使NDF和ADF含量降低,这与文献[33-34]研究结果相同。而RFV与NDF和ADF含量呈负相关,是粗饲料中NDF和ADF含量的综合反映^[35-36],由于BC处理中NDF和ADF含量低于BM处理,所以RFV会高于BM处理。

3.4 不同处理辣椒秸秆青贮和苜蓿体外产气特性及发酵参数

研究表明,如果饲草料易发酵有机物的含量越高,则其体外产气量也越高,同时体外产气量还能够反映出饲料有机物被微生物利用的情况^[37]。在本试验中,4个不同处理的辣椒秸秆青贮和苜蓿体外产气量由高到低依次为苜蓿>MBM>MBC>LBM>LBC,但苜蓿与MBM处理结果接近,说明苜蓿与MBM处理易发酵有机物含量相近,均高于其余3个处理。

研究发现,理论最大产气量与CP含量呈正相关,与NDF和ADF含量呈负相关;产气速率与CP含量呈极显著正相关,与NDF和ADF含量呈极显著负相关^[38];产气延滞时间与NDF和ADF含量呈显著或极显著正相关,而与CP含量呈显著负相关^[39-40]。本研究中,苜蓿与MBM处理理论最大产气量差异不显著,且高于其他处理,苜蓿产气延滞时间显著高于4个不同处理辣椒秸秆青贮,说明苜蓿和MBM处理的CP含量接近,但均高于其余3个不同处理的辣椒秸秆青贮,同时苜蓿NDF和ADF含量高于4个不同处理辣椒秸秆青贮,这与以上研究结果相同。

pH能维持反刍动物瘤胃微生物的正常发酵,是反映瘤胃健康状况最直观的一项指标,健康的反刍动物瘤胃pH为6~7。如果瘤胃pH过低,会造成瘤胃中的蛋白质和氨基酸等含氮化合物含量降解,导致瘤胃微生物所需氮源不足影响其增殖和微生物蛋白的合成,进而对反刍动物健康产生影响^[41]。本研究中,辣椒秸秆青贮的体外发酵液pH均在正常值范围,从而说明辣椒秸秆青贮体外发酵正常。

NH₃-N是反刍动物瘤胃细菌合成微生物蛋白的原料,也是瘤胃对含氮化合物降解的最终产物,NH₃-N含量由两者共同决定。对健康机体而言,瘤胃内微生物活性越高,利用NH₃-N合成微生物蛋白能力也越强,从而会造成瘤胃液NH₃-N的含量降低。在本研究中,4个不同处理的辣椒秸秆青贮和苜蓿48 h体外发酵后,MBM处理辣椒秸秆青贮和苜蓿发酵液的NH₃-N含量差异不显著,但显著低于MBC、LBM和LBC处理的辣椒秸秆青贮,而发酵液pH在正常值范围,说明该发酵试验无异常,进而说明MBM处理的辣椒秸秆青贮和苜蓿提高了微生物蛋白质合成速率,促进了NH₃-N的利用,从而导致体外发酵液NH₃-N含量降低。

饲草料消化性能的好坏与其体外DM降解率呈正相关,即饲草料消化性能越好其体外DM降解率越高,本试验中,不同处理辣椒秸秆青贮与苜蓿的体外DM降解率由高到低依次为苜蓿>MBM>MBC>LBM>LBC,且苜蓿、MBM和MBC处理之间DM降解率差异不显著,但显著高于LBM和LBC处理,说明苜蓿、MBM和MBC处理的辣椒秸秆青贮消化性能显著优于LBM和LBC处理的辣椒秸秆青贮,饲喂更有利于反刍动物的健康及稳定生产。

4 结论

秸秆水分含量、添加剂及其交互作用影响着辣椒秸秆青贮品质,辣椒秸秆水分含量为65%、添加剂为枯草芽孢杆菌+糖蜜时青贮品质最好,其次为使用枯草芽孢杆菌+纤维素酶添加剂。另外,辣椒秸秆青贮含有少量辣椒素,与常规饲料特性存在差异。

References

Publishing order | Descend order by publishing year | Descend order by cited within

[1]	XIAO Y, SUN L, XIN X, et al. Physicochemical characteristics and microbial community succession during oat silage prepared without or with Lactiplantibacillus plantarum or Lentilactobacillus buchneri[J]. Microbiol Spectr, 2023, 11(6):e222823.

[2]	DU Z, YANG F, FANG J, et al. Silage preparation and sustainable livestock production of natural woody plant[J]. Frontiers in Plant Science, 2023,14:1253178.

[3]	ZHANG Q, YU Z, WANG X G, et al. Effects of inoculants and environmental temperature on fermentation quality and bacterial diversity of alfalfa silage[J]. Animal Science Journal, 2018, 89(8):1085-1092. DOI PMID

[4]	TROLLER J A, STINSON J V. Moisture requirements for growth and metabolite production by lactic acid bacteria[J]. Applied and Environmental Microbiology, 1981, 42(4):682-687. DOI PMID

[5]	ZHENG M L, NIU D Z, ZUO S S, et al. The effect of cultivar,wilting and storage period on fermentation and the clostridial community of alfalfa silage[J]. Italian Journal of Animal Science, 2018, 17(2):336-346.

[6]	HAN K J, PITMAN W J, CHAPPLE A. Moisture concentration variation of silages produced on commercial farms in the south-central USA[J]. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences, 2014, 27(10):1436-1442. DOI PMID

[7]	LAN THANH BIEN T, TSUJI S, TANAKA K, et al. Secretion of heterologous thermostable cellulases in Bacillus subtilis[J]. The Journal of General and Applied Microbiology, 2014, 60(5):175-182.

[8]	WATZLAWICK H, ALTENBUCHNER J. Multiple integration of the gene ganA into the Bacillus subtilis chromosome for enhanced β-galactosidase production using the CRISPR/Cas9 system[J]. AMB Express, 2019, 9(1):158.

[9]	WANG J P, YEH C M, TSAI Y C. Improved subtilisin YaB production in Bacillus subtilis using engineered synthetic expression control sequences[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2006, 54(25):9405-9410.

[10]	MCDONALD P, HENDERSON N, HERON S. The biochemistry of silage[M]. 2nd ed.Marlow: Chalcombe,1991.

[11]	LI M, ZI X J, ZHOU H L, et al. Silage fermentation and ruminal degradation of cassava foliage prepared with microbial additive[J]. AMB Express, 2019, 9(1):180. DOI PMID

[12]	陆相龙, 董青, 邵涛, 等. 辣椒秸秆辣椒素和营养成分含量测定[J]. 中国草食动物科学, 2012, 32(5):24-27. LU X L, DONG Q, SHAO T, et al. Determination of capsaicin content and nutrients in pepper straw[J]. China Herbivore Science, 2012, 32(5):24-27. (in Chinese)

[13]	汪微, 韩睿. 酸碱预处理对辣椒秸秆厌氧消化性能的影响[J]. 青海大学学报, 2023, 41(1):15-20,27. WANG W, HAN R. Effects of acid and alkali pretreatment on the anaerobic digestion performance of pepper stalk[J]. Journal of Qinghai University, 2023, 41(1):15-20,27. (in Chinese)

[14]	陈鹏飞, 戎郁萍, 玉柱, 等. 微波炉测定紫花苜蓿含水量的初步研究[J]. 中国草地学报, 2006, 28(3):53-55,61. CHEN P F, RONG Y P, YU Z, et al. Determination of moisture in alfalfa by microwave oven[J]. Chinese Journal of Grassland, 2006, 28(3):53-55,61. (in Chinese)

[15]	ARTHUR THOMAS T. An automated procedure for the determination of soluble carbohydrates in herbage[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 1977, 28(7):639-642.

[16]	霍瑞春, 王国泽, 姚慧静, 等. 19种加工辣椒辣椒素提取、纯化及其含量测定[J]. 中国调味品, 2022, 47(4):167-172. HUO R C, WANG G Z, YAO H J, et al. Extraction,purification and content determination of capsaicins from 19 kinds of processed pepper[J]. China Condiment, 2022, 47(4):167-172. (in Chinese)

[17]	CAO Y, CAI Y M, HIRAKUBO T, et al. Fermentation characteristics and microorganism composition of total mixed ration silage with local food by-products in different seasons[J]. Animal Science Journal, 2011, 82(2):259-266. DOI PMID

[18]	罗颖洁, 穆麟, 胡龙兴, 等. 稻秸、玉米粉与紫花苜蓿混合青贮研究[J]. 中国草地学报, 2020, 42(4):139-144. LUO Y J, MU L, HU L X, et al. Study on mixed silage of rice straw with corn meal and alfalfa[J]. Chinese Journal of Grassland, 2020, 42(4):139-144. (in Chinese)

[19]	王旭哲. 紧实度及收获期对全株玉米青贮品质及霉菌毒素的影响研究[D]. 博士学位论文. 石河子: 石河子大学, 2019. WANG X Z. Effect of compaction and harvest stage on quality and mycotoxin of whole-plant corn silage[D]. Ph.D.Thesis. Shihezi: Shihezi University, 2019. (in Chinese)

[20]	MENKE K H, STEINGASS H, STEINGASS H, et al. Estimation of the energetic feed value obtained from chemical analysis and in vitro gas production using rumen fluid[J]. Animal Research Development, 1988,28:7-55.

[21]	FRANCE J, DHANOA M S, THEODOROU M K. A model to interpret gas accumulation profiles associated with in vitro degradation of ruminant feeds[J]. Journal of Theoretical Biology, 1993, 163(1):99-111.

[22]	NI K K, WANG F F, ZHU B G, et al. Effects of lactic acid bacteria and molasses additives on the microbial community and fermentation quality of soybean silage[J]. Bioresource Technology, 2017,238:706-715.

[23]	李玉萌, 张志恒, 朱亦朴, 等. 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 LI Y M, ZHANG Z H, ZHU Y P, et al. Effects of gallic acid on silage quality of whole-plant corn silage[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2023, 35(5):3390-3400. (in Chinese) DOI

[24]	刘辉. 优质紫花苜蓿青贮调制技术及其品质评定研究[D]. 博士学位论文. 兰州: 甘肃农业大学, 2015. LIU H. Study on modulation technology for ensiled high-quality alfalfa silage and the evaluation of nutritive value[D]. Ph.D.Thesis. Lanzhou: Gansu Agricultural University, 2015. (in Chinese)

[25]	周娟娟, 魏巍, 秦爱琼, 等. 水分和添加剂对辣椒秸秆青贮品质的影响[J]. 草业学报, 2016, 25(2):231-239. DOI ZHOU J J, WEI W, QIN A Q, et al. Effects of moisture and additives on the quality of pepper straw silage[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(2):231-239. (in Chinese)

[26]	REN H W, SUN W L, YAN Z H, et al. Bioaugmentation of sweet sorghum ensiling with rumen fluid:fermentation characteristics,chemical composition,microbial community,and enzymatic digestibility of silages[J]. Journal of Cleaner Production, 2021,294:126308.

[27]	MU L, XIE Z, HU L X, et al. Cellulase interacts with Lactobacillus plantarum to affect chemical composition,bacterial communities,and aerobic stability in mixed silage of high-moisture amaranth and rice straw[J]. Bioresource Technology, 2020,315:123772.

[28]	GUO X J, GUO W, YANG M, et al. Effect of Bacillus additives on fermentation quality and bacterial community during the ensiling process of whole-plant corn silage[J]. Processes, 2022, 10(5):978.

[29]	BONALDI D S, CARVALHO B F, ÁVILA C L D S, et al. Effects of Bacillus subtilis and its metabolites on corn silage quality[J]. Letters in Applied Microbiology, 2021, 73(1):46-53.

[30]	GANDRA J R, OLIVEIRA E R, DE SENA GANDRA E R, et al. Inoculation of Lactobacillus buchneri alone or with Bacillus subtilis and total losses,aerobic stability,and microbiological quality of sunflower silage[J]. Journal of Applied Animal Research, 2017, 45(1):609-614.

[31]	LI J, SHEN Y X, CAI Y M. Improvement of fermentation quality of rice straw silage by application of a bacterial inoculant and glucose[J]. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences, 2010, 23(7):901-906.

[32]	DONG M Y, LI Q Q, XU F Q, et al. Effects of microbial inoculants on the fermentation characteristics and microbial communities of sweet sorghum bagasse silage[J]. Scientific Reports, 2020, 10(1):837. DOI PMID

[33]	LI M, ZI X J, ZHOU H L, et al. Effects of sucrose,glucose,molasses and cellulase on fermentation quality and in vitro gas production of king grass silage[J]. Animal Feed Science and Technology, 2014,197:206-212.

[34]

万江春, 于辉, 张延辉, 等. 纤维素酶及乳酸菌对棉花秸秆青贮饲料发酵品质及体外消化率的影响[J]. 中国畜牧杂志, 2019, 55(4):101-106.

WAN

J C

, YU

, ZHANG

Y H

, et al. Effects of cellulase and lactic acid bacteriaon femmentation quality and in vitro digestibility of cotton straw silage[J]. Chinese Journal of Animal Science, 2019, 55(4):101-106. (in Chinese)

[35]	LITHOURGIDIS A S, VASILAKOGLOU I B, DHIMA K V, et al. Forage yield and quality of common vetch mixtures with oat and triticale in two seeding ratios[J]. Field Crops Research, 2006, 99(2/3):106-113.

[36]	SUN S N, SUN S L, CAO X F, et al. The role of pretreatment in improving the enzymatic hydrolysis of lignocellulosic materials[J]. Bioresource Technology, 2016,199:49-58.

[37]

芦岩, 张伶俐, 罗远琴, 等. 不同比例棉秆和甜菜渣混合发酵产物的体外产气特性及发酵参数的研究[J]. 草业学报, 2020, 29(5):58-66.

DOI