Effects of Different Lactic Acid Bacteria Preparations on Cyperus esculentus Stems and Leaves Silage Quality

ZHANG Yaning; YANG Yajie; JIA Shu’an; LI Shengyi; MA Chunhui; WANG Xuzhe

doi:10.12418/CJAN2026.186

Chinese Journal of Animal Nutrition >

2026 , Vol. 38 >Issue 3: 2331 - 2343

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2026.186

RESEARCH PAPER

Effects of Different Lactic Acid Bacteria Preparations on Cyperus esculentus Stems and Leaves Silage Quality

ZHANG Yaning ,
YANG Yajie ,
JIA Shu’an ,
LI Shengyi ,
MA Chunhui ,
WANG Xuzhe ^,^*

Expand

College of Animal Science and Technology, Shihezi University, Shihezi 832000, China

*associate professor, E-mail: 690953197@qq.com

Received date: 2025-09-12

Online published: 2026-03-16

Fold

Abstract

This experiment was conducted to investigate the effects of endogenous Pediococcus acidilactici and Enterococcus faecium isolated from the natural silage of Cyperus esculentus stems and leaves, as well as exogenous Lactiplantibacillus plantarum, on the silage quality of Cyperus esculentus stems and leaves. Five experimental groups were set up with 5 replicates per group and 10 silage bags prepared for each replicate: the control group (CK group) without lactic acid bacteria (LAB) inoculation, the Pediococcus acidilactici group (PA group) inoculated with 5×10⁷ CFU/g FM of Pediococcus acidilactici, the Enterococcus faecium group (EF group) inoculated with 5×10⁷ CFU/g FM of Enterococcus faecium, the Lactiplantibacillus plantarum group (LP group) inoculated with 5×10⁷ CFU/g FM of Lactiplantibacillus plantarum, and the Pediococcus acidilactici+Enterococcus faecium group (PE group) inoculated with 5×10⁷ CFU/g FM of Pediococcus acidilactici and Enterococcus faecium at a 1∶1 quantitative ratio. Samples were collected at 3, 7, 15, 30 and 60 days of fermentation to determine the silage quality. The results showed that: 1) at 60 day of fermentation, the contents of dry matter (DM) and water-soluble carbohydrate (WSC) in all LAB-inoculated groups were significantly higher than those in the CK group (P<0.05), with the PE group being the highest; the neutral detergent fiber (NDF) content in all LAB-inoculated groups was significantly lower than that in the CK group (P<0.05), with the PE group being the lowest; the crude protein (CP) content in the PE group was significantly higher than that in the PA group, LP group and CK group at 30 and 60 days of fermentation (P<0.05). 2) The pH of all LAB-inoculated groups was significantly lower than that of the CK group at 3, 7, 15, 30 and 60 days of fermentation (P<0.05), and the pH of the PE group reached the lowest level (4.87) at 60 days of fermentation; the ammonia nitrogen (NH₃-N) content in the PA group, EF group and PE group was significantly lower than that in the CK group at 60 days of fermentation (P<0.05); the contents of acetic acid and lactic acid in all LAB-inoculated groups were significantly higher than those in the CK group at 30 and 60 days of fermentation (P<0.05), with the PE group being the highest. 3) The number of LAB in all LAB-inoculated groups was significantly higher than that in the CK group at 3, 7, 15, 30 and 60 days of fermentation (P<0.05), with the PE group being the highest; the numbers of molds and aerobic bacteria in all LAB-inoculated groups were significantly lower than those in the CK group at 60 days of fermentation (P<0.05). 4) The aerobic stability time of all LAB-inoculated groups was significantly prolonged by 26 to 46 h compared with the CK group (P<0.05); the PE group had the longest aerobic stability time (119 h) and the highest 72 h in vitro cumulative gas production among all groups. In conclusion, the mixed inoculation of Pediococcus acidilactici and Enterococcus faecium has the best effect on improving the silage quality of Cyperus esculentus stems and leaves, which can effectively reduce the loss of nutritional components, promote high-quality fermentation and prolong the aerobic stability time.

Key words： Cyperus esculentus stems and leaves; silage; lactic acid bacteria; fermentation quality; aerobic stability

Cite this article

ZHANG Yaning , YANG Yajie , JIA Shu’an , LI Shengyi , MA Chunhui , WANG Xuzhe . Effects of Different Lactic Acid Bacteria Preparations on Cyperus esculentus Stems and Leaves Silage Quality[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2026 , 38(3) : 2331 -2343 . DOI: 10.12418/CJAN2026.186

当前,国内外研究人员常通过外源添加乳酸菌制剂的方式,实现青贮饲料品质的有效提升^[1-2]。在实际应用中,乳酸菌制剂的添加方式与用量需根据青贮原料特性、贮存条件等因素综合确定,同时还需依据实际青贮效果进行动态调整与优化,以确保青贮品质达到预期目标^[3]。油莎豆茎叶是一种优质青贮原料,其富含的可溶性糖与粗蛋白质(CP)可为乳酸菌发酵提供良好基质,有助于保障青贮品质;对其进行青贮还能实现农业废弃物资源化利用,为畜牧业提供低成本饲料并缓解环境负担。目前,应用于油莎豆茎叶青贮的乳酸菌制剂多以同质型乳酸菌为核心成分,并搭配糖源或纤维素酶共同使用,以保障其发酵品质^[4-5]。然而,关于添加油莎豆茎叶表面天然附着的优良乳酸菌的相关研究却较为匮乏,内源菌与外源菌发酵效果的系统比较缺失。从理论层面分析,发酵原料自身会携带一定数量的自然乳酸菌菌株,这些菌株对植物生长环境具有更强的适应性,因而更易在青贮体系中稳定存活^[6]。在青贮发酵过程中,这些自然存在的菌株会参与菌群结构的构建与动态演变,可能对最终发酵产物的品质及功能特性产生积极影响^[7]。而外源性乳酸菌制剂,是指通过人工筛选并培育目标乳酸菌菌株后,再将其添加至发酵原料中的一类微生物制剂。尽管此类外源制剂同样能在发酵阶段发挥乳酸菌的生理功能,但其对植物自身生存环境的适应能力往往弱于原料表面自然附着的内源性乳酸菌菌株。此外,油莎豆茎叶自身所含的天然抑菌物质,会对部分外源性乳酸菌的生长繁殖产生抑制作用,进而导致青贮体系难以降至适宜的pH,影响青贮效果^[8]。

因此,本研究将实验室前期从油莎豆茎叶自然青贮中分离获得的2种可耐受其抑菌物质的乳酸菌[乳酸片球菌(Pediococcus acidilactici)和屎肠球菌(Enterococcus faecium)]制备为专用菌剂,同时引入外源性植物乳杆菌(Lactiplantibacillus plantarum),将2类乳酸菌制剂分别接种至油莎豆茎叶青贮原料中。通过系统分析青贮饲料的营养成分、发酵品质、有氧稳定性及体外产气量等,探究不同乳酸菌制剂对油莎豆茎叶青贮效果的影响,以期为提升油莎豆茎叶青贮品质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验所用油莎豆茎叶原料来源于新疆生产建设兵团第三师54团的6号种植区(38°60'N、77°09'E,海拔1 231 m),油莎豆生长期为2024年5月27日至2024年10月7日。于2024年10月4日对油莎豆茎叶进行刈割,留茬高度控制在3~4 cm,随后使用具有揉丝功能的粉碎机将原料切短至2~3 cm用于调制青贮。油莎豆茎叶原料pH及营养成分见表1。

表1 油莎豆茎叶原料pH及营养成分

Table 1 pH and nutrient components of Cyperus esculentus stems and leaves raw material

项目 Items	pH	干物质 DM/% FM	粗蛋白质 CP/% DM	粗脂肪 EE/% DM	粗灰分 Ash/% DM	可溶性碳水化合物 WSC/% DM	中性洗涤纤维 NDF/% DM	酸性洗涤纤维 ADF/% DM
含量 Content	6.75	37.16	11.98	3.13	13.27	17.96	49.37	27.61

本试验所用乳酸菌制剂包括2类:一类为从油莎豆茎叶自然青贮样本中分离鉴定并筛选得到的2株油莎豆抑菌物质耐受菌株,分别为乳酸片球菌(GenBank登录号:OQ630001)与屎肠球菌(GenBank登录号:OQ629997);另一类为市售植物乳杆菌制剂,其活菌数为3×10⁹ CFU/g。

1.2 试验设计

试验共设置5个组:对照组(CK组),不接种乳酸菌;乳酸片球菌组(PA组),接种5×10⁷ CFU/g FM乳酸片球菌;屎肠球菌组(EF组),接种5×10⁷ CFU/g FM屎肠球菌;植物乳杆菌组(LP组),接种5×10⁷ CFU/g FM植物乳杆菌;乳酸片球菌+屎肠球菌组(PE组),接种5×10⁷ CFU/g FM乳酸片球菌+屎肠球菌(数量比1∶1),每组5个重复,每个重复调制10袋。采用MRS液体培养基培养植物乳杆菌和屎肠球菌,M17液体培养基培养乳酸片球菌,通过平板计数法测定各菌液活菌数^[9],根据原料鲜样重计算所需菌液量进行接种(CK组喷洒等量无菌水)。接种时,将菌液装入无菌喷壶,均匀喷洒于已粉碎的油莎豆茎叶原料上,充分混匀后,称取500 g原料装入带单向排气阀的聚乙烯袋(规格:40 cm×30 cm×0.24 mm)中,真空封口后,将所有青贮袋置于(20±3) ℃室温环境下自然发酵。在发酵3、7、15、30和60 d时进行取样,每次随机选取3袋,将袋内物料充分混匀后采集样本,用于测定青贮营养成分、发酵品质及微生物数量。青贮感官评价、有氧稳定性分析及体外产气量测定在发酵终点(发酵60 d时)开展,以综合评估接种不同乳酸菌的青贮效果。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 感官评价

为确保感官评价的标准化与可靠性,本研究采用德国农业协会(Deutsche Landwirtschafts-Gesellschaft,DLG)制定的评分方法,依据油莎豆茎叶青贮在气味特征、物理结构和外观色泽3个维度的表现,综合评定其品质等级。

1.3.2 营养成分

油莎豆茎叶原料及青贮的干物质(DM)含量采用105 ℃烘干法(GB/T 6435—2014)测定,CP含量采用凯氏定氮法(GB/T 6432—2018)测定,水溶性碳水化合物(WSC)含量采用蒽酮比色法测定,中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量采用Van Soest法^[10]测定,粗灰分(Ash)含量采用550 ℃灼烧法(GB/T 6438—2007)测定;原料粗脂肪含量采用索氏提取法(GB/T 6433—2025)测定。

1.3.3 发酵品质

油莎豆茎叶原料及青贮的pH通过雷磁pHs-3c酸度计(上海仪电科学仪器股份有限公司)进行检测;采用高效液相色谱法测定乳酸(lactic acid,LA)和乙酸(acetic acid,AA)含量;采用苯酚-次氯酸比色法^[11]测定氨态氮(NH₃-N)含量。

1.3.4 微生物数量

采用平板计数法测定油莎豆茎叶青贮的微生物数量。针对不同类型微生物,选用专用培养基并设置特定培养条件:好氧细菌采用营养琼脂培养基,于30 ℃好氧条件下培养;乳酸菌采用MRS培养基,于37 ℃厌氧条件下培养;酵母菌采用麦芽糖浸粉琼脂培养基,于27 ℃好氧条件下培养;霉菌采用高盐察氏培养基,于27 ℃好氧条件下培养。计数时,以形态完整的单菌落为识别标准,选取菌落数量在10~100之间的平板进行统计,以确保结果准确。每克青贮鲜样中目标微生物的数量以菌落形成单位(CFU)表示,通过以下公式^[12]计算:

微生物数量(CFU/g FM)=菌落数×菌液稀释倍数×1 000(μL)/涂布取样量(μL)。

1.3.5 有氧稳定性

于发酵60 d时测定青贮有氧稳定性。首先对青贮袋袋口进行严格清洁处理,以降低微生物与杂质污染风险,并减少青贮物料中水分的快速散失。测定过程中采用多点式温度记录仪监测样品温度变化,将3个温度探头置于发酵袋内样品的中心位置,同时在测定环境中放置3个探头以实时追踪环境温度,所有探头的温度测量时间间隔设定为10 min。当青贮样品温度高于环境温度2 ℃时,判定青贮开始发生腐败变质,此时记录的时间即为有氧稳定时间^[13]。

1.3.6 体外产气量

动物试验方案经石河子大学动物福利委员会审批(批准编号:A2023-226)。选取石河子大学动物科技学院教学试验站3只健康的装有瘤胃瘘管的羊只作为体外瘤胃液供体。羊只每天饲喂3次(08:00、14:00和20:00),自由饮水。在晨饲结束后2 h内,通过瘤胃瘘管采集3只羊的瘤胃液,充分混合后转移至保温容器带回实验室。在39 ℃恒温水浴条件下,迅速用4层纱布过滤混合瘤胃液,全程通入二氧化碳以维持严格厌氧环境。

使用精密天平准确称取200 mg油莎豆茎叶原料及发酵60 d后的青贮样品,分别装入体外发酵注射器中,每个样品设6个重复,每批培养中同步设置6个空白样品(仅含培养液)。在注射器活塞前1/3处涂抹医用凡士林以保证气密性,装入样品后夹紧胶管防止溢出,随即置于39 ℃恒温水浴箱中预热30 min^[14]。

参照Menke等^[15]的方法模拟瘤胃发酵培养并测定体外产气量。将瘤胃液与人工培养液按1∶2的体积比混合制备人工瘤胃液,混合过程中持续搅拌并通入二氧化碳以维持厌氧环境。向每个已装样的注射器中注入30 mL人工瘤胃液,排净容器内剩余气体后记录初始刻度。分别于培养后2、4、6、8、10、12、18、24、30、36、42、48、60和72 h读取注射器刻度以记录产气量;每次记录后释放注射器内气体,并将刻度归零,以便后续测量。培养结束后,将72 h内各时间点的产气量累加,得到72 h累积产气量。

1.3.7 青贮品质综合评价

本研究采用隶属函数法对油莎豆茎叶青贮品质进行量化分析。其中,与青贮品质呈正相关的指标(包括DM、CP、WSC、乳酸、乙酸含量及有氧稳定时间),依据公式1)计算其隶属函数值;而与青贮品质呈负相关的指标(pH及Ash、NDF、ADF、NH₃-N含量),则依据公式2)计算其隶属函数值^[16]。在获取各项指标的隶属函数值后,结合各指标对应的权重系数,通过加权平均计算得出综合隶属度平均值。根据该平均值大小对不同组别的青贮效果进行排序,平均值越高,表明该组的青贮品质越好;反之,则品质越差。隶属函数值计算公式如下:

1)F_ij+=(X_ij-X_min)/(X_max-X_min);

2)F_ij-=1-(X_ij-X_min)/(X_max-X_min)。

式中:F_ij为第i个组别对应第j项指标的隶属度值;X_ij为第i个组别第j个指标测定值;X_max和X_min分别为所有组别中第j项指标测定值的最大值和最小值。

1.4 数据统计与分析

试验数据使用Excel 2024进行初步处理,采用SPSS 26.0软件对数据进行单因素方差分析(one-way ANOVA),利用Duncan氏法进行组间多重比较;采用Origin 2024软件绘图。结果以平均值和均值标准误(SEM)表示,P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同乳酸菌制剂对油莎豆茎叶青贮感官评价的影响

发酵60 d后各组青贮的感官评价结果如表2所示。其中,CK组青贮以黄绿色为主,仅少量呈褐色,气味呈现微弱酸味与淡淡草香交织,质地疏松且不黏手;LP组青贮呈黄褐色,酸味强度略高于CK组,质地柔软且不黏手;PA组青贮保持黄绿色外观,气味兼具淡淡香气与明显酸味,质地亦表现为柔软且不黏手;EF组青贮偏向黄褐色并夹杂部分绿色,酸香味浓郁度低于PA组,质地柔软、微湿润且不黏手;PE组青贮呈黄绿色,具有明显酸香味,质地柔软度适中且保持湿润状态,同样无黏手现象。5组青贮在感官评价过程中均未观察到霉变现象,表明各组均能满足青贮的基本贮藏要求。

表2 油莎豆茎叶青贮的感官评价

Table 2 Sensory evaluation of Cyperus esculentus stems and leaves silage

组别 Groups	色泽评分 Color score	质地评分 Texture score	气味评分 Smell score	总分 Total score	等级 Grade
CK	1	2	10	13	二级良好
PA	2	2	12	16	一级良好
EF	2	2	11	15	一级良好
LP	2	2	11	15	一级良好
PE	2	3	13	18	一级良好

2.2 不同乳酸菌制剂对油莎豆茎叶青贮营养成分的影响

发酵过程中各组青贮营养成分的变化如表3所示。在整个发酵周期内,油莎豆茎叶青贮的DM、CP、NDF、ADF、WSC及Ash含量均呈整体下降趋势。

表3 发酵过程中油莎豆茎叶青贮营养成分的变化

Table 3 Changes in nutrient components of Cyperus esculentus stems and leaves silage during fermentation

项目 Items	发酵天数 Fermentation days/d	组别 Groups					SEM	P值 P-value
项目 Items	发酵天数 Fermentation days/d	CK	PA	EF	LP	PE	SEM	P值 P-value
干物质 DM/% FM	3	32.18^b	32.39^ab	32.51^ab	32.20^b	32.69^a	0.051	0.047
	7	30.66^c	31.57^a	31.55^a	31.25^b	31.67^a	0.029	0.001
	15	30.67^c	31.29^ab	31.41^ab	31.10^b	31.56^a	0.059	0.007
	30	29.83^c	31.74^ab	31.94^a	31.34^b	32.02^a	0.060	<0.001
	60	28.95^c	31.07^b	31.13^b	30.70^b	31.72^a	0.058	<0.001
粗蛋白质 CP/% DM	3	11.47^b	11.67^a	11.70^a	11.61^ab	11.74^a	0.020	0.014
	7	11.25^c	11.65^a	11.67^a	11.53^b	11.69^a	0.015	<0.001
	15	10.94^c	11.06^ab	10.99^bc	10.98^bc	11.14^a	0.016	0.022
	30	9.68^d	9.82^c	10.19^a	9.96^b	10.25^a	0.018	<0.001
	60	8.29^c	8.62^b	8.75^ab	8.44^c	8.87^a	0.023	0.001
中性洗涤纤维 NDF/% DM	3	48.97	48.73	48.65	48.88	48.85	0.026	0.215
	7	48.47^a	47.42^a	47.70^ab	46.97^bc	46.68^c	0.089	0.008
	15	47.82^a	46.38^abc	46.30^bc	46.71^ab	45.72^c	0.106	0.020
	30	46.80^a	45.73^abc	45.44^bc	46.18^ab	45.10^c	0.123	0.032
	60	45.48^a	43.86^b	43.83^b	44.01^b	42.96^c	0.098	0.003
酸性洗涤纤维 ADF/% DM	3	27.51	26.44	26.29	26.70	26.87	0.131	0.152
	7	26.64	26.54	26.47	26.52	26.44	0.114	0.586
	15	26.50	26.48	26.41	26.48	26.39	0.094	0.912
	30	26.20	26.21	26.04	26.06	26.02	0.095	0.476
	60	26.16	26.05	26.29	26.02	25.97	0.155	0.961
可溶性碳水化合物 WSC/% DM	3	12.28^c	12.55^b	12.62^ab	12.40^bc	12.85^a	0.036	0.006
	7	9.32^a	8.56^bc	8.55^bc	8.83^b	8.31^c	0.059	0.003
	15	8.92^a	8.11^bc	7.96^c	8.50^ab	7.51^d	0.063	<0.001
	30	5.97^c	6.77^ab	6.65^bc	6.21^bc	7.39^a	0.094	0.006
	60	4.09^d	5.84^b	5.82^b	5.19^c	6.46^a	0.042	<0.001
粗灰分 Ash/% DM	3	13.09^a	12.96^a	12.95^a	13.00^a	12.62^b	0.042	0.047
	7	13.03	12.68	12.80	12.92	12.52	0.054	0.095
	15	12.87^a	12.59^b	12.60^b	12.78^ab	12.37^c	0.029	0.003
	30	12.59	12.54	12.51	12.52	12.32	0.036	0.243
	60	12.29	12.27	12.30	12.29	12.24	0.011	0.497

	同行数据肩标无字母或相同小写字母表示差异不显著(P>0.05),不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下表同。
	In the same row, values with no letter or the same small letter superscripts mean no significant difference (P>0.05), while with different small letter superscripts mean significant difference (P<0.05). The same as below.

发酵3、7和15 d时,PE组的DM含量显著高于CK组和LP组(P<0.05),与PA组和EF组之间差异不显著(P>0.05);发酵30 d时,EF组和PE组的DM含量显著高于CK组和LP组(P<0.05);发酵60 d时,PE组的DM含量显著高于其他各组(P<0.05)。这表明复合接种乳酸片球菌与屎肠球菌在减少油莎豆茎叶青贮DM损失方面效果最优。

发酵7 d时,PE组、EF组和PA组的CP含量显著高于CK组和LP组(P<0.05);发酵15 d时,PE组的CP含量显著高于EF组、LP组和CK组(P<0.05);发酵30和60 d时,PE组的CP含量显著高于PA组、LP组和CK组(P<0.05)。

发酵15和30 d时,PE组的NDF含量显著低于CK组和LP组(P<0.05)。发酵60 d时,油莎豆茎叶青贮的NDF和ADF含量均以PE组为最低,分别为42.96%和25.97%,且PE组的NDF含量显著低于其他4组(P<0.05)。这表明复合接种乳酸片球菌与屎肠球菌对油莎豆茎叶纤维物质的降解效果最优。

发酵7 d时,各乳酸菌接种组的WSC含量均显著低于CK组(P<0.05);发酵15 d时,PE组的WSC含量显著低于其他4组(P<0.05),此时PE组对WSC的消耗效率最高;发酵30 d时,WSC含量变化出现转变,PE组的WSC含量显著高于PA组、EF组及CK组(P<0.05);发酵60 d时,各乳酸菌接种组的WSC含量均显著高于CK组(P<0.05),PE组的WSC含量显著高于其他4组(P<0.05),且LP组的WSC含量显著低于PA组和EF组(P<0.05)。这提示不同种类乳酸菌对WSC的利用效率存在差异。

发酵3和15 d时,PE组的Ash含量显著低于其他4组(P<0.05);而当发酵进行至30 和60 d时,各组间的Ash含量均无显著差异(P>0.05)。

2.3 不同乳酸菌制剂对油莎豆茎叶青贮发酵品质的影响

发酵过程中各组青贮发酵品质的变化如表4所示。在整个发酵周期内,油莎豆茎叶青贮的pH呈整体下降趋势,乳酸、乙酸和NH₃-N含量呈整体上升趋势。

表4 发酵过程油莎豆茎叶青贮发酵品质的变化

Table 4 Changes in fermentation quality of Cyperus esculentus stems and leaves silage during fermentation

项目 Items	发酵天数 Fermentation days/d	组别 Groups					SEM	P值 P-value
项目 Items	发酵天数 Fermentation days/d	CK	PA	EF	LP	PE	SEM	P值 P-value
pH	3	6.70^a	6.59^c	6.58^c	6.63^b	6.49^d	0.002	0.001
	7	6.69^a	6.41^c	6.40^c	6.57^b	6.17^d	0.002	<0.001
	15	6.63^a	6.21^c	6.19^c	6.31^b	6.07^d	0.002	<0.001
	30	6.53^a	6.10^c	6.11^c	6.22^b	5.53^d	0.002	<0.001
	60	6.45^a	5.47^c	5.62^c	6.01^b	4.87^d	0.001	<0.001
乳酸 LA/(g/kg FM)	3	0.31^d	0.41^b	0.41^b	0.37^c	0.48^a	0.004	<0.001
	7	0.45^bc	0.53^ab	0.53^ab	0.43^c	0.58^a	0.012	0.012
	15	0.47^d	0.64^b	0.65^b	0.52^c	0.72^a	0.008	<0.001
	30	0.50^d	0.86^b	0.86^b	0.63^c	0.98^a	0.015	<0.001
	60	0.53^d	0.97^b	1.04^b	0.72^c	1.28^a	0.003	<0.001
乙酸 AA/(g/kg FM)	3	0.17^a	0.14^b	0.07^d	0.12^bc	0.11^bc	0.001	0.008
	7	0.22^a	0.23^a	0.17^b	0.21^a	0.23^a	0.005	0.022
	15	0.27^b	0.32^ab	0.31^ab	0.26^b	0.34^a	0.007	0.022
	30	0.25^d	0.37^b	0.37^b	0.31^c	0.45^a	0.006	<0.001
	60	0.26^d	0.46^b	0.49^ab	0.38^c	0.52^a	0.006	<0.001
氨态氮 NH₃-N/(g/kg FM)	3	0.07^a	0.03^b	0.03^b	0.03^b	0.03^b	0.003	0.006
	7	0.11^a	0.07^bc	0.07^bc	0.09^ab	0.06^c	0.004	0.009
	15	0.12^a	0.11^a	0.10^a	0.11^a	0.07^b	0.003	0.008
	30	0.17^a	0.11^b	0.12^b	0.12^b	0.08^c	0.002	<0.001
	60	0.23^a	0.18^b	0.18^b	0.19^ab	0.17^b	0.004	0.012

在整个发酵周期内,各乳酸菌接种组的pH均显著低于CK组(P<0.05);发酵60 d时,PE组的pH达最低水平,为4.87。

发酵15和30 d时,PE组的NH₃-N含量显著低于其他4组(P<0.05);发酵60 d时,PA组、EF组及PE组的NH₃-N含量显著低于CK组(P<0.05),而LP组的NH₃-N含量与CK组无显著差异(P>0.05)。

发酵3、15、30和60 d时,PE组的乳酸含量均显著高于其他4组(P<0.05),且PA组和EF组的乳酸含量显著高于LP组和CK组(P<0.05)。这表明复合接种乳酸片球菌与屎肠球菌在促进乳酸积累方面效果最优。

发酵60 d时,PE组的乙酸含量显著高于CK组、PA组和LP组(P<0.05),与EF组无显著差异(P>0.05)。这提示复合接种乳酸片球菌与屎肠球菌与单一接种屎肠球菌在促进乙酸合成方面具有相似效果。

2.4 不同乳酸菌制剂对油莎豆茎叶青贮微生物数量的影响

发酵过程中油莎豆茎叶青贮微生物数量的变化如表5所示。

表5 发酵过程中油莎豆茎叶青贮微生物数量的变化

Table 5 Changes in microbial counts of Cyperus esculentus stems and leaves silage during fermentation lg(CFU/g FM)

项目 Items	发酵天数 Fermentation days/d	组别 Groups					SEM	P值 P-value
项目 Items	发酵天数 Fermentation days/d	CK	PA	EF	LP	PE	SEM	P值 P-value
乳酸菌 LAB	3	8.25^d	8.63^b	8.65^b	8.49^c	8.78^a	0.014	<0.001
	7	8.28^d	8.92^ab	8.87^ab	8.63^c	8.98^a	0.010	<0.001
	15	8.42^b	9.49^a	9.50^a	9.47^a	9.51^a	0.029	<0.001
	30	8.17^d	9.11^bc	9.20^ab	8.97^c	9.23^ab	0.021	<0.001
	60	7.74^c	8.71^b	8.77^b	8.69^b	8.88^a	0.012	<0.001
酵母菌 Yeast	3	5.03^a	4.55^c	4.78^b	4.89^ab	4.41c	0.030	<0.001
	7	5.27^a	4.93^bc	5.07^ab	5.22^a	4.76^c	0.033	0.001
	15	4.84^b	4.70^c	4.58^d	4.80^bc	7.74^a	0.016	0.001
	30	4.54^a	4.31^c	4.27^c	4.41^b	4.33^bc	0.011	<0.001
	60	3.80^a	3.62^bc	3.54^c	3.72^ab	3.65^bc	0.009	0.001
霉菌 Mold	3	3.80	3.86	3.89	3.92	3.85	0.025	0.062
	7	3.83^a	3.29^c	3.54^b	3.30^c	3.57^b	0.013	<0.001
	15	4.14^a	3.53^c	3.60^c	3.87^b	3.51^d	0.026	<0.001
	30	3.77	<2.00	<2.00	3.62	<2.00	0.007	0.076
	60	4.15^a	<2.00^b	<2.00^b	3.71^b	<2.00^b	0.053	0.022
好氧细菌 AB	3	9.09^d	9.21^c	9.19^c	9.45^a	9.33^b	0.005	<0.001
	7	8.81^a	8.39^d	8.39^d	8.56^b	8.46^c	0.003	<0.001
	15	8.38^b	8.45^b	8.66^a	8.30^b	8.32^b	0.016	<0.001
	30	8.36^a	8.11^c	8.13^c	8.36^a	8.26^ab	0.014	<0.001
	60	7.86^a	7.53^bc	7.40^c	7.57^b	7.41^c	0.016	<0.001

油莎豆茎叶青贮的乳酸菌数量在发酵前15 d呈逐步上升趋势,发酵30 d后均呈下降趋势。在整个发酵周期内,各乳酸菌接种组的乳酸菌含量均显著高于CK组(P<0.05);发酵3和7 d时,PE组、PA组和EF组的乳酸菌数量显著高于LP组(P<0.05);发酵60 d时,PE组的乳酸菌数量显著高于其他4组(P<0.05),说明复合接种乳酸片球菌与屎肠球菌更有利于维持发酵后期乳酸菌的群落稳定性。

发酵15 d时,EF组的酵母菌数量显著低于其他4组(P<0.05);发酵30 d时,各乳酸菌接种组的酵母菌数量均显著低于CK组(P<0.05),LP组的酵母菌数量显著高于PA组和EF组(P<0.05);发酵60 d时,酵母菌数量以CK组为最高。

发酵7 d时,各乳酸菌接种组的霉菌数量均显著低于CK组(P<0.05),EF组和PE组的霉菌数量显著高于PA组和LP组;发酵30和60 d时,PA组、EF组和PE组的霉菌数量较少,均低于2.00 lg(CFU/g FM)。

发酵3 d时,各乳酸菌接种组的好氧细菌数量显著高于CK组(P<0.05);发酵3和7 d时,LP组的好氧细菌数量显著高于PA组、EF组和PE组(P<0.05);发酵15 d时,EF组的好氧细菌数量显著高于其他4组(P<0.05);发酵30 d时,PA组和EF组的好氧细菌数量显著低于其他3组(P<0.05)。

2.5 不同乳酸菌制剂对油莎豆茎叶青贮有氧稳定性的影响

由图1可知,CK组、PA组、EF组、LP组和PE组的有氧稳定时间分别为73、112、109、99和119 h。各乳酸菌接种组的有氧稳定时间较CK组显著延长26~46 h(P<0.05),PE组的有氧稳定时间显著高于其他4组(P<0.05),EF组与PA组的有氧稳定时间无显著差异(P>0.05)。这表明复合接种乳酸片球菌与屎肠球菌在提升青贮有氧稳定性方面效果最优。

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图1 油莎豆茎叶青贮有氧稳定性

数据柱形标注不同字母表示差异显著(P<0.05)。

Fig.1 Aerobic stability of Cyperus esculentus stems and leaves silage

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

2.6 不同乳酸菌制剂对油莎豆茎叶青贮体外产气量的影响

由图2可知,随着发酵时间的延长,油莎豆茎叶原料及青贮累积产气量均逐渐上升,在72 h时产气量趋于稳定;各时间点青贮的累积产气量均高于油莎豆茎叶原料。72 h累积产气量以PE组为最高。

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图2 油莎豆茎叶原料及青贮体外产气曲线

Fig.2 In vitro gas production curves of raw Cyperus esculentus stems and leaves raw material and silage

2.7 油莎豆茎叶青贮品质的综合评价

采用隶属函数综合分析法,选取11项关键指标构建油莎豆茎叶青贮品质的综合评价体系,具体评价结果如表6所示。该方法以综合评价分值作为青贮品质的量化判定依据,分值越高代表青贮品质越优,反之则表明青贮品质越差。经60 d发酵后,油莎豆茎叶青贮品质的综合排序为:PE组>PA组>EF组>LP组>CK组。

表6 油莎豆茎叶青贮品质的隶属函数分析

Table 6 Subordinate function analysis of Cyperus esculentus stems and leaves silage

项目 Items	组别 Groups
项目 Items	CK	PA	EF	LP	PE
pH	0.01	0.81	0.78	0.62	0.98
乳酸 LA	0.25	0.91	0.93	0.89	0.96
乙酸 AA	0.04	0.86	0.88	0.77	0.89
干物质 DM	0.18	0.85	0.85	0.76	0.92
粗蛋白质 CP	0.22	0.89	0.89	0.65	0.95
粗灰分 Ash	0.94	0.54	0.56	0.56	0.55
氨态氮 NH₃-N	0.22	0.90	0.91	0.88	0.97
可溶性碳水化合物 WSC	0.02	0.86	0.84	0.53	0.96
中性洗涤纤维 NDF	0.43	0.70	0.73	0.64	0.89
酸性洗涤纤维 ADF	0.64	0.70	0.43	0.73	0.89
有氧稳定时间 Aerobic stability time	0.03	0.86	0.81	0.56	0.97
平均值 Mean	0.25	0.82	0.81	0.70	0.89

3 讨论

3.1 不同乳酸菌制剂对油莎豆茎叶青贮营养成分的影响

在油莎豆茎叶青贮过程中接种乳酸菌制剂,其核心目的在于推动青贮体系实现快速且高效的发酵进程。该处理能加速青贮初期乳酸的积累,促进体系pH快速下降,同时抑制有害微生物的生长繁殖,从而延长青贮饲料的有效保存期。此外,乳酸菌还能在较长的贮藏期内维持青贮饲料品质稳定,避免其出现快速劣变^[17]。本研究所选用的

乳酸片球菌、屎肠球菌及植物乳杆菌均属于同质发酵型乳酸菌,该类菌株具备在低pH环境中正常生长的生理特性。基于此特性,接种上述菌株可进一步促进青贮体系内有益乳酸菌的增殖,同时抑制梭状芽孢杆菌、好氧细菌等有害微生物的生长活动,减少青贮过程中的产气量与DM损失^[18],最终实现油莎豆茎叶青贮品质的提升。当青贮体系内乳酸菌增殖至一定数量时,会通过竞争营养物质和营造酸性环境来抑制有害细菌的代谢活动,进而减少WSC的无效消耗^[19],这也解释了本研究中发酵30 d后油莎豆茎叶青贮WSC含量下降速率减缓的现象。同质发酵型乳酸菌还具有减少青贮过程中蛋白质降解的作用^[20],本研究中所有乳酸菌接种组的CP含量均高于CK组的结果也印证了该特性,说明接种该类乳酸菌可有效降低油莎豆茎叶青贮过程中的蛋白质分解损失。青贮过程中蛋白质的降解主要受微生物活动驱动,特别是有害微生物(如梭状芽孢杆菌和好氧细菌)的代谢会加剧蛋白质水解与氨基酸分解^[21]。接种同质发酵型乳酸菌可快速降低青贮体系pH,竞争性抑制这些有害微生物的生长,从而调控微生物群落结构,减少蛋白质降解^[22]。这一机制也反映在NH₃-N含量的变化上。NH₃-N是评价青贮品质的关键指标,其含量越高,表明蛋白质和氨基酸降解程度较高,通常意味着发酵效果越差^[18]。本研究中,乳酸菌接种组的NH₃-N含量较低,进一步印证了蛋白质降解受到抑制,青贮发酵品质更好。此外,青贮制作过程中的操作规范(如压实度、密封及时性)与贮藏环境(如温度、湿度)控制,也能进一步降低蛋白质与氨基酸的降解损失,从而提升整体青贮效果^[23]。

本研究结果还表明,接种乳酸菌能降低油莎豆茎叶青贮的NDF与ADF含量。在饲料营养价值评价体系中,NDF与ADF含量是影响家畜采食量及消化率的关键指标^[24]。当饲料中NDF与ADF含量较高时,意味着其纤维物质占比更大,可能限制动物的采食量并降低饲料消化率。此外,切段长度、菌株纤维酶活性限制、发酵期不足等因素也会影响饲料中NDF与ADF含量。高纤维含量的饲料难以被动物充分消化利用,尤其对反刍动物而言,消化这类饲料需要更长时间,且需消耗更多微生物参与代谢过程^[25]。相反,当NDF与ADF含量较低时,饲料纤维物质占比减少,不仅更易于动物采食,还能提高消化吸收效率,从而对动物生长发育及生产性能产生积极作用^[26-27]。

3.2 不同乳酸菌制剂对油莎豆茎叶青贮发酵品质和微生物数量的影响

本研究结果显示,PE组发酵60 d后pH降至所有组最低水平(4.87),但该数值仍未达到优质青贮饲料的pH标准^[28]。值得注意的是,油莎豆茎叶青贮过程中pH下降速率较其他常规青贮原料更慢,且整体维持在相对较高水平,这一现象与前人研究结果^[3]相符。复合接种内源性乳酸片球菌与屎肠球菌后,油莎豆茎叶青贮的pH显著降低,基于此,后续试验可尝试将糖蜜与该复合制剂联合使用^[29],以探究其对油莎豆茎叶青贮品质的改善效果。

从不同类型乳酸菌的接种效果来看,无论是单一接种内源性/外源性乳酸菌,还是复合接种内源性乳酸菌,均能显著降低油莎豆茎叶青贮的pH。但需注意的是,接种外源性植物乳杆菌的LP组,其pH相对于内源性乳酸菌接种组更高。这可能是由于油莎豆自身富含的酚类、黄酮类化合物及皂苷等具有广谱抗菌活性的次生代谢产物,通过破坏细胞膜、抑制关键酶活性等多种机制在一定程度上抑制了外源性植物乳杆菌的正常生长与代谢^[30]。因此,为降低油莎豆内源性物质对外源性乳酸菌活性的抑制作用、优化其青贮品质,未来可考虑采用外源性菌剂与内源性优势乳酸菌复合接种的方式进行深入研究。

油莎豆叶片中富含多种抗氧化物质,包括黄酮类化合物、类胡萝卜素、香豆素、酚类、生物碱、萜类及蒽醌等^[31]。其中,黄酮类物质与强心苷对部分疾病具有明确作用。已有研究证实,黄酮类物质具备较强的抑菌活性,对多数细菌及霉菌均能产生显著抑制效果,且细菌相较于霉菌更易受到黄酮类化合物的抑制^[32-33]。本研究以2种分离自油莎豆茎叶自然青贮体系的内源性乳酸菌,及1种外源性植物乳杆菌作为青贮发酵添加剂,应用于油莎豆茎叶青贮中,结果显示,单一或复合接种内源性优势乳酸菌(PA组、EF组及PE组)更能适应油莎豆茎叶青贮的内部环境,相较于LP组与CK组,其pH显著降低,且乳酸菌数量有所提升。值得注意的是,LP组油莎豆茎叶青贮品质明显劣于PA组、EF组及PE组,这一差异推测与油莎豆茎叶自身结构特征及所含活性物质相关——接种的外源性植物乳杆菌可能受到油莎豆茎叶中抑菌物质的影响,其菌群生长繁殖受阻,进而导致青贮体系pH下降缓慢。尽管本研究中各组的pH仍高于优质青贮饲料的标准水平,但整个发酵过程中未出现青贮变质现象,且发酵终点也未观察到发霉腐败情况,这可能与青贮原料自身含有的抑菌成分密切相关。已有研究发现,油莎豆叶片的乙醇提取物对志贺氏菌(Shigella)、沙门氏菌(Salmonella)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)及大肠杆菌(Escherichia coli)均表现出显著抑菌效果^[34]。本研究结果表明,各类乳酸菌的接种均能有效抑制霉菌与好氧细菌的繁殖。然而,由于酵母菌在青贮发酵过程中难以严格界定为有害菌或有益菌,且其对青贮品质的影响机制尚未明确,因此,针对酵母菌与青贮品质的关联性,仍需在后续研究中进一步探讨。

3.3 不同乳酸菌制剂对油莎豆茎叶青贮有氧稳定性和体外产气量的影响

本研究中PE组油莎豆茎叶青贮的有氧稳定时间达119 h,显著高于PA组、EF组与LP组,且各乳酸菌接种组有氧稳定性均显著优于CK组。油莎豆茎叶青贮有氧稳定性的提升,主要是乙酸积累与酵母菌、好氧细菌数量下降协同作用的结果。乙酸可通过降低pH和破坏细胞膜抑制腐败微生物(尤其是霉菌)的活性;酵母菌数量的减少能避免有氧暴露时因“二次发酵”引起的产热;好氧细菌的减少则可延缓营养物质的分解和异味的产生。三者共同作用,阻断了有氧腐败进程,从而维持了青贮饲料的品质稳定。

在体外发酵过程中,所生成气体的主要成分为二氧化碳和甲烷。其产生与饲草中的碳水化合物和CP含量密切相关,二者是气体生成的核心物质基础^[35]。产气量是反映饲草可发酵程度的重要指标,主要受可发酵有机物含量和瘤胃微生物活性两方面因素的影响。在其他条件相对一致的情况下,饲草品质表现越优良,其在瘤胃环境中所产生的气体量通常也越高^[36]。本研究中,72 h时油莎豆茎叶青贮的体外累积产气量高于未青贮原料,表明青贮提高了油莎豆茎叶的可消化性。其中以PE组的72 h体外累积产气量为各组最高,表明复合接种内源性乳酸片球菌与屎肠球菌对青贮品质的提升效果最优。

4 结论

本试验选用的3种乳酸菌均能在一定程度上提升油莎豆茎叶青贮品质,并延长其有氧稳定时间。其中,分离自油莎豆茎叶自然青贮体系的内源性乳酸菌,对青贮品质的改善效果优于外源性乳酸菌;复合接种乳酸片球菌与屎肠球菌的效果优于接种单一菌种。接种不同菌剂后的青贮效果综合排名为:乳酸片球菌+屎肠球菌>乳酸片球菌>屎肠球菌>植物乳杆菌>未接种,这一结果表明复合接种内源性乳酸菌更有利于优化油莎豆茎叶青贮效果。

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Abstract

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1 材料与方法

1.1 试验材料

表1 油莎豆茎叶原料pH及营养成分

1.2 试验设计

1.3 测定指标及方法

1.3.1 感官评价

1.3.2 营养成分

1.3.3 发酵品质

1.3.4 微生物数量

1.3.5 有氧稳定性

1.3.6 体外产气量

1.3.7 青贮品质综合评价

1.4 数据统计与分析

2 结果与分析

2.1 不同乳酸菌制剂对油莎豆茎叶青贮感官评价的影响

表2 油莎豆茎叶青贮的感官评价

2.2 不同乳酸菌制剂对油莎豆茎叶青贮营养成分的影响

表3 发酵过程中油莎豆茎叶青贮营养成分的变化

2.3 不同乳酸菌制剂对油莎豆茎叶青贮发酵品质的影响

表4 发酵过程油莎豆茎叶青贮发酵品质的变化

2.4 不同乳酸菌制剂对油莎豆茎叶青贮微生物数量的影响

表5 发酵过程中油莎豆茎叶青贮微生物数量的变化

2.5 不同乳酸菌制剂对油莎豆茎叶青贮有氧稳定性的影响

图1 油莎豆茎叶青贮有氧稳定性

2.6 不同乳酸菌制剂对油莎豆茎叶青贮体外产气量的影响

图2 油莎豆茎叶原料及青贮体外产气曲线

2.7 油莎豆茎叶青贮品质的综合评价

表6 油莎豆茎叶青贮品质的隶属函数分析

3 讨论

3.1 不同乳酸菌制剂对油莎豆茎叶青贮营养成分的影响

3.2 不同乳酸菌制剂对油莎豆茎叶青贮发酵品质和微生物数量的影响

3.3 不同乳酸菌制剂对油莎豆茎叶青贮有氧稳定性和体外产气量的影响

4 结论

References