玉米浆是玉米淀粉等产品加工过程中的浸泡水经浓缩至含固形物60%左右后得到的副产品。玉米浆中富含可溶性蛋白质、碳水化合物、粗灰分、淀粉和乳酸等营养成分[1]。我国水稻秸秆资源丰富,但是除少数直接用作饲料外,大部分是焚烧或直接废置腐烂[2]。如果能将干稻秸和玉米浆通过黄贮发酵转变为可以被反刍动物利用的新型发酵饲料,将对促进我国的生态环境改善、农业经济循环发展和解决粗饲料资源不足等问题具有重要意义。朱克卫等[3]以玉米浆为基础的简化培养基进行优化培养L-乳酸高产菌株,提高了L-乳酸的产量,降低了生产成本。Cardinal等[4]证明玉米浆中所含的氨基酸、多肽及B族维生素有利于微生物生长。Rivas等[5]通过以玉米浆为培养基 发酵生产乳酸,证明玉米浆的营养成分结构很适 合乳酸菌生长和繁殖。目前,将玉米浆和秸秆进行混合发酵的研究还尚未见报道。玉米浆呈暗棕色黏稠膏状并且有刺鼻酸味,很难直接添加到饲料中进行饲喂。风干黄化后的干稻秸纤维含量高、可溶性碳水化合物含量低,已不能青贮,作为越冬的干草料营养价值极低。将玉米浆添加到干稻秸中进行黄贮,有助于改善饲料营养价值,但干稻秸对玉米浆的吸收有限,需要通过试验确定最佳的混合比例。另外,干稻秸茎叶上自然附着的乳酸菌较少,并且玉米浆pH较低,需要另外添加一种耐酸且活性强的乳酸菌制剂。因此,本试验旨在探讨玉米浆与干稻秸以不同比例混合对黄贮饲料发酵品质和营养成分的影响,为获得优质发酵饲料提供参考。
黄贮原料:由东北农业大学香坊农场提供,水稻秸秆在成熟期收获籽实后经自然晾晒获得干稻秸,水分含量为10.00%;玉米浆由吉林省松原市嘉吉饲料公司提供,水分含量为54.00%。
复合乳酸菌制剂:由东北农业大学动物科学技术学院反刍动物营养实验室提供,主要由植物乳酸菌(L.plantarum),布氏乳杆菌(L.buchneri)和干酪乳杆菌(L.casei)构成。
本试验采用单因素试验设计,按玉米浆与干稻秸不同混合比例(鲜样质量比)(1∶ 1、1∶ 2、1∶ 3和2∶ 1)分为4个组(Ⅰ~Ⅳ组),每个组10个重复,各组干物质(DM)含量均为40.00%。黄贮前饲料营养成分见表1。
![]() | 表1 黄贮前饲料营养成分和pH(干物质基础) Table 1 Nutrient composition and pH of feed before yellow rice straw silage (DM basis) |
将干稻秸切至4~5 cm小段,与玉米浆按照各组所设定的比例混合均匀,并将水分含量调节到60.00%左右。将活化的复合乳酸菌制剂均匀喷洒到黄贮原料中,添加量为每100 g黄贮原料中喷洒5 mL,使各组初始乳酸菌数量达到1×107 CFU/g。每个聚乙烯袋(塑料袋规格为300 mm×200 mm )装料300 g,用真空封口机封口。将聚乙烯袋置于室温下避光保存,黄贮60 d开袋,取样分析黄贮饲料的发酵品质和营养成分。
黄贮60 d后,开启黄贮袋,各组饲料单独混匀后用四分法取3个平行样,在(60±5) ℃下进行烘干,粉碎后进行各营养成分的测定。DM含量参考杨胜[6]方法测定;粗蛋白质(CP)含量采用FOSS 2300全自动凯氏定氮仪测定;中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)含量采用ANKOM全自动纤维分析仪测定[7, 8];可溶性碳水化合物(WSC)含量采用硫酸-蒽酮法测定[9];粗灰分含量参照GB 4800—84测定。
根据《青贮饲料质量评定标准》[10],从气味、色泽、质地3方面对黄贮饲料进行感官评定。
黄贮前(第0天)和黄贮后(第60天)开启黄贮袋,取中间部分饲料10 g,每组3个平行样,加入90 mL的无菌生理盐水浸泡30 min,吸取浸泡液并逐级进行稀释,分别采用MRS琼脂培养基和马铃薯葡萄糖琼脂培养基以涂布法计数乳酸菌和酵母菌数量[11]。乳酸菌在37 ℃下厌氧培养48 h;酵母菌在37 ℃下培养72 h。计数单位表示为每克黄贮前后饲料中所含有的菌落形成单位[lg(CFU/g)]。
黄贮60 d后,开启黄贮袋,各组饲料单独混匀后用四分法取3个平行样,各取10 g,加入90 mL的蒸馏水于4 ℃冰箱内浸泡24 h,不断摇晃具塞三角锥瓶,以确保浸没完全。将黄贮饲料进行过滤,所得滤液用EA-940离子浓度计测定pH,所用电极为8135-BN-ROSS环氧树脂壳体复合pH电极。取另1份滤液,采用苯酚-次氯酸钠方法测定氨态氮含量[12];采用Waters-600高效液相色谱仪测定乳酸含量[13];采用日本岛津GC-2010气相色谱仪测定挥发性脂肪酸含量[14]。
采用Kilica[15]提出的公式计算费氏评分,根据这个评分,将发酵饲料品质分为优等(80~100)、良好(60~80)、尚可(40~60)、差(20~40)、极差(0~20)5个级别。
采用SAS 9.1统计软件GLM模块进行单因素方差分析,Duncan氏法进行多重比较检验。
由表2可知,本试验中干稻秸的水分含量为10.81%,玉米浆的水分含量为54.38%,且质地黏稠,很难直接用做发酵底物。玉米浆与干稻秸混合发酵饲料的调制目标就是要使乳酸菌快速生长和繁殖,有利于乳酸菌生长繁殖的适宜条件为:水分含量65%~75%、可溶性碳水化合物含量为鲜重的2%~3%以及厌氧环境[16]。由于本试验中二者水分含量均低于乳酸菌发酵所需的水分含量标准,需添加无菌水调节其水分含量,由于玉米浆难于被吸收,需将总水分含量调节到60.00%以保证黄贮发酵的正常进行。干稻秸的可溶性碳水化合物含量为2.90%,远不能满足黄贮发酵要求,但玉米浆的可溶性碳水化合物含量为6.95%,二者按一定比例混合后,可以提高混合发酵底物的可溶性碳水化合物含量,基本满足乳酸菌生长需要。玉米浆粗蛋白质含量可达37.00%,可以有效提高黄贮饲料的粗蛋白质含量。
![]() | 表2 黄贮原料的营养成分和pH(干物质基础) Table 2 Nutrient composition and pH of yellow rice straw silage ingredients (DM basis) |
气味方面,4组在黄贮第60天均未出现霉变及异味,其中Ⅱ、Ⅲ组可闻到芳香酸味,Ⅰ组有酒味,Ⅳ组除具有较浓酒味,还伴有玉米浆的气味。色泽方面,Ⅰ、Ⅳ组呈深褐色,Ⅱ、Ⅲ组为亮黄色。质地方面,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组结构完整,秸秆脉络清晰,Ⅳ组略发黏。从气味、色泽和质地方面综合分析,Ⅱ、Ⅲ组属于优良黄贮饲料,Ⅰ组属于良好黄贮饲料,Ⅳ组属于中等黄贮饲料。
由表3可知,黄贮前饲料中乳酸菌数量在各组中基本相同,均能达到1×107 CFU/g,并且存在大量的酵母菌。经过60 d黄贮后,Ⅱ、Ⅲ组乳酸菌数量增加,显著高于Ⅰ、Ⅳ组(P<0.05),Ⅰ、Ⅳ组乳酸菌数量减少,均低于其初始添加量;Ⅱ、Ⅲ组酵母菌数量大幅度减少,Ⅱ组基本不存在酵母菌,Ⅲ组酵母菌也受到了有效的抑制,Ⅰ、Ⅳ组仍有较多的酵母菌。
![]() | 表3 玉米浆与干稻秸以不同比例混合对黄贮前后饲料中微生物数量的影响 Table 3 Effects of mixing corn steep liquor with dry rice straw in different proportions on the number of microorganism of feed before and after yellow rice straw silage lg(CFU/g) |
由表4可知,Ⅲ组pH显著高于其他各组(P<0.05)。Ⅱ组氨态氮含量显著高于其他各组(P<0.05),Ⅰ、Ⅳ组含量最低,但2组之间差异不显著(P>0.05)。Ⅲ组氨态氮/总氮最高,与Ⅰ、Ⅳ组差异显著(P<0.05),但与Ⅱ组间差异不显著(P>0.05)。Ⅱ组乳酸含量最高,显著高于其他各组(P<0.05)。Ⅲ组乙酸含量显著高于其他各组(P<0.05),Ⅰ、Ⅳ组乙酸含量最低,2组间差异不显著(P>0.05)。
![]() | 表4 玉米浆与干稻秸以不同比例混合对黄贮饲料发酵指标的影响(鲜重基础) Table 4 Effects of mixing corn steep liquor with dry rice straw in different proportions on fermentation indexes of yellow rice straw silage feed (fresh weight basis) |
根据费氏评分方案对各组黄贮饲料进行评分可得,Ⅱ组等级为优等;Ⅰ、Ⅲ组为良好;Ⅳ组为尚可。
由表5可知,各组之间粗蛋白质含量差别较大,Ⅳ组粗蛋白质含量显著高于其他各组(P<0.05),含量高达20.07%,Ⅲ组粗蛋白质含量显著低于其他各组(P<0.05)。Ⅲ组中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量显著高于其他各组(P<0.05),其次是Ⅱ组,含量最低的是Ⅳ组。Ⅱ、Ⅲ组可溶性碳水化合物含量显著低于Ⅰ、Ⅳ组(P<0.05)。
![]() | 表5 玉米浆与干稻秸以不同比例混合对黄贮饲料营养成分的影响(干物质基础) Table 5 Effects of mixing corn steep liquor with dry rice straw in different proportions on nutrient composition of yellow rice straw silage feed (DM basis) % |
蔡义民等[17]关于乳酸菌对玉米秸秆青贮饲料的发酵品质改善效果的研究认为,添加乳酸菌能使青贮全过程保持高水准的乳酸菌活菌数量,同时能有效抑制青贮饲料中霉菌、酵母菌及一般细菌的繁殖。本试验中,Ⅱ、Ⅲ组乳酸菌数量在黄贮后第60天均高于初始添加量,说明玉米浆与干稻秸以该比例混合适合乳酸菌的生长,成为了优势菌群的乳酸菌抑制了玉米浆原料中的酵母菌的生长,使其数量基本接近于零。乳酸菌在Ⅰ、Ⅳ组中的生长受到抑制,黄贮后第60天的数量低于其初始添加量,造成这一结果的原因可能是玉米浆原料中乳酸含量较高,乳酸作为乳酸菌的主要代谢产物会通过反馈调节对乳酸菌的生长产生一定的抑制作用[18]。干稻秸对玉米浆的吸收具有一定的饱和度,过多的玉米浆无法被吸收,游离在秸秆表面,不利于乳酸菌的生长。刘金萍[19]通过试验发现,植物乳杆菌对酸性有一定的耐受性,pH 3.5时有0.1‰的耐受性,pH 4.0时有1%的耐受性,pH 4.5时有12.32%的耐受性。本试验中Ⅰ、Ⅳ组饲料黄贮前pH较低也是抑制乳酸菌生长的重要原因之一。
pH、氨态氮/总氮与各有机酸含量是评定常规青贮饲料品质优劣的重要指标。一般认为,pH和氨态氮/总氮低,有机酸特别是乳酸含量及乳酸占总有机酸的比值高,青贮饲料品质就好。本试验原料特殊,由于玉米浆原料本身pH较低,各组之间pH差别较大。黄贮60 d后,Ⅰ、Ⅳ组pH较低,Ⅱ、Ⅲ组较高,但也都在合理范围内,pH 5.0以下的结果属于正常发酵,刘建新等[20]认为最理想的pH是4.0~4.4。pH的差异也与Ⅱ、Ⅲ组乳酸菌的发酵类型有密切关系。Kung等[21]发现,当青贮饲料中产生的乳酸/乙酸小于3时,一般是异型发酵乳酸菌占主导地位,Ⅱ、Ⅲ组乳酸/乙酸小于3,说明乳酸菌中的异型发酵菌布氏乳酸菌的发酵占主导。布氏乳杆菌对青贮饲料发酵的影响主要是降低乳酸的含量,增加乙酸和氨态氮的生成量,使青贮饲料的pH相对较高,同时异型发酵菌产生的高剂量乙酸抑制酵母菌和霉菌的生长[22, 23]。Ⅰ、Ⅳ组氨态氮/总氮较低也与其玉米浆添加比例高,总氮含量特别大有关。Ⅱ组乳杆菌也较为活跃,通过同型发酵产生乳酸,提高了黄贮饲料的品质。综合黄贮饲料中有机酸的含量,按照费氏评分方案进行打分,Ⅱ组的发酵效果最好,为优等。
粗蛋白质含量是衡量饲料品质的重要指标。由于玉米浆原料中粗蛋白质含量较高,随着玉米浆添加量的增加,粗蛋白质含量显著增加,中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量显著减少。Ⅲ组由于玉米浆添加量最低,其粗蛋白质含量最低。张宁等[24]用复合菌发酵生产的常规水稻秸秆青贮饲料,粗蛋白质含量仅为4.85%。通过添加玉米浆增加了黄贮饲料的粗蛋白质含量,发酵品质和感官评定效果都较好的Ⅱ组粗蛋白质含量也达到了10.37%,有效地提高了黄贮饲料的营养成分。由于乳酸菌的生长需要消耗大量的糖,Ⅱ、Ⅲ组乳酸菌数量高于另外2组,由此也增加了对糖的消耗,因此,这2组饲料中剩余的可溶性碳水化合物含量低于另外2组。
① 玉米浆与干稻秸按一定比例混合进行黄贮,可以有效提高黄贮饲料的发酵品质和营养成分。综合感官评定、发酵品质指标和黄贮饲料营养成分,确定Ⅱ组的混合比例,即玉米浆∶ 干稻秸为1∶ 2是最适混合发酵比例。
② 该试验所添加的复合乳酸菌制剂能在玉米浆与干稻秸的混合饲料中进行生长繁殖,产生的乳酸和乙酸有效地提高了黄贮饲料品质。
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