动物营养学报    2022, Vol. 34 Issue (8): 5283-5294    PDF    
不同储存方式和发酵时间对茅台酒糟常规营养成分含量、发酵品质和微生物多样性的影响
樊雪莹 , 成启明 , 陈玉连 , 李平 , 龙见华 , 李茂雅 , 陈超     
贵州大学动物科学学院, 贵阳 550000
摘要: 本试验旨在研究不同储存方式和发酵时间对茅台酒糟常规营养成分含量、发酵品质和微生物多样性的影响。试验以添加发酵剂的茅台酒糟为原料, 设置4个不同处理, 即青贮窖(J)、自制真空发酵(Z)、吨包发酵(D)和罐装发酵(G)进行发酵, 分别在发酵7、14和30 d时取样, 检测酒糟的常规营养成分含量、发酵品质和微生物多样性。结果表明: 1)储存方式对所有常规营养成分含量均有显著影响(P < 0.05);发酵时间对干物质和粗蛋白质含量有显著影响(P < 0.05), 对中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和可溶性碳水化合物含量无显著影响(P>0.05);储存方式与发酵时间交互作用对干物质和粗蛋白质含量有显著影响(P < 0.05), 对中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和可溶性碳水化合物含量无显著影响(P>0.05)。2)储存方式和发酵时间及二者交互作用对所有发酵品质指标均有显著影响(P < 0.05)。3)随着发酵时间的延长, J处理和Z处理乳杆菌属相对丰度下降, 芽孢杆菌属相对丰度增加; D处理和G处理乳杆菌属和芽孢杆菌属相对丰度先下降后略有上升。由此可见, 综合营养成分含量、发酵品质和微生物多样性等指标, 建议茅台酒糟青贮窖发酵时间为7~14 d, 自制真空发酵时间不超过7 d, 吨包发酵时间为14~30 d, 罐装发酵时间不超过30 d。
关键词: 茅台酒糟    储存方式    发酵时间    发酵品质    微生物多样性    
Effects of Different Storage Methods and Fermentation Time on Conventional Nutrient Contents, Fermentation Quality and Microbial Diversity of Moutai Distiller's Grains
FAN Xueying , CHENG Qiming , CHEN Yulian , LI Ping , LONG Jianhua , LI Maoya , CHEN Chao     
College of Animal Science, Guizhou University, Guiyang 550000, China
Abstract: The aim of this experiment was to investigate the effects of different storage methods and fermentation time on the conventional nutrient content, fermentation quality and microbial diversity of Moutai distillers' grain. The Maotai distiller's grains supplemented with ferment were used as raw materials, the treatments were as follows: silage silo (J), homemade vacuum fermentation (Z), ton bag fermentation (D) and canned fermentation (G). Moutai distillers' grain were opened in each treatment after 7, 14 and 30 days of fermenting, and detected the conventional nutrient content, fermentation quality and microbial diversity of distillers' grain. The results showed as follows: 1) the storage methods had significant effects on all conventional nutrient contents (P < 0.05); the fermentation time had significant effects on the contents of dry matter and crude protein (P < 0.05), but had no significant effects on the contents of neutral detergent fiber, acid detergent fiber and soluble carbohydrate (P > 0.05); the interaction of storage methods and fermentation time had significant effects on the contents of dry matter and crude protein (P < 0.05), but had no significant effects on the contents of neutral detergent fiber, acid detergent fiber and soluble carbohydrate (P > 0.05). 2) The storage methods, fermentation time and their interaction had significant effects on all fermentation quality indexes (P < 0.05). 3) With the fermentation time increased, the Lactobacillus relative abundance of J and Z treatments was decreased, and the Bacillus relative abundance of D and Z treatments was increased; the relative abundances of Lactobacillus and Bacillus of D and G treatments were decreased and then increased slightly. In summary, according to indexes of conventional nutrient content, fermentation quality and microbial diversity, it is suggested that the fermentation time of Moutai distillers' grains in the silage silos should be 7 to14 days, the fermentation time of homemade vacuum fermentation should not exceed 7 days, the fermentation time of tonnage fermentation should be 14 to 30 days, and the fermentation time of canned fermentation should not exceed 30 days.
Key words: Moutai distiller's grains    storage method    fermentation time    fermentation quality    microbial diversity    

近年来,随着农业供给侧结构性改革的推进,以牛、羊为主的草食畜牧业比例逐步提高。畜牧业的发展带动了饲草产业发展,饲草多样化供给的态势日益突出,饲草需求面临新的挑战[1]。随着我国畜牧业的快速发展,饲料用粮的供需矛盾也日益突出,发展节粮型畜牧业,开辟非常规饲料资源,调整饲料生产结构,提高饲料资源利用率,已成为我国畜牧业发展的必然趋势。因此,新型优质饲草的研究与应用对未来畜牧业的健康可持续发展具有极为重要的意义。

酒糟是一类数量较大、来源较集中和稳定的非常规饲料资源[2]。研究发现,白酒与酒糟产量比为1 ∶ 3,2019年,贵州省规模以上白酒企业白酒产量总计27.39万t,酒糟产量已高达90万t,据茅台公司数据显示,2020年茅台系列基酒产量约为5.02万t[3],酒糟废弃量可达15万t,造成较大的资源浪费和环境污染。茅台酒糟作为酱香型酒糟的代表,其营养成分丰富,水分、粗蛋白质(crude protein,CP)、淀粉、粗脂肪(ether extract,EE)、粗纤维、粗灰分及无氮浸出物的含量分别为58.46%、13.28%、6.77%、2.51%、7.12%、3.24%和15.38%,可作为优质饲料饲喂家畜[4]。另外,酒糟是经发酵高温蒸煮形成的,因此粗纤维含量较低[5],具有较好的适口性和易消化的特点,而且在一定程度上可以有效预防牛发生瘤胃鼓气的现象。但是酒糟的产量很大,而且湿酒糟水分含量很高,保存困难[6]。因此大量研究者对酒糟饲料合理保存开展研究。王鸿泽等[7]将酒糟与甘薯蔓、稻草混合青贮,研究发现添加适量酒糟可以较好地保存青贮饲料营养品质,有效提高青贮发酵品质。原现军等[8]研究表明,添加青稞酒糟可以提高青稞秸秆和高羊茅混合青贮饲料的发酵品质,以添加20%青稞酒糟为宜。以上研究表明,发酵是保存酒糟的最佳方法,但是目前关于适合酒糟发酵的储存方式的研究还未见报道。

目前,关于茅台酒糟饲料化利用的研究较少。因此,本试验旨在研究不同储存方式和发酵时间对茅台酒糟常规营养成分、发酵品质和微生物多样性的影响,筛选出茅台酒糟适宜的储存方式和发酵时间,旨在为茅台酒糟饲料化利用提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 试验材料

茅台酒糟取自贵州省遵义市茅台镇茅台集团。鲜酒糟原料营养成分如表 1所示,鲜酒糟干物质(dry matter,DM)含量较高,为48.29%;CP含量为21.917%;中性洗涤纤维(neutral detergent fiber,NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber,ADF)含量分别为35.793%、23.580%;可溶性碳水化合物(water soluble carbohydrates,WSC)含量为3.814%。

表 1 鲜酒糟原料营养成分 Table 1 Nutrient composition of fresh vinasse
1.2 试验设计

试验于2020年8月12日在关岭月亮湾牛场进行,将97%茅台酒糟+2%玉米麦麸+1%发酵剂(主要成分为乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌、双歧杆菌、丁酸梭菌、淀粉酶、蛋白酶、纤维酶和脂肪酶)用大型搅拌机混合均匀,按照储存方式设置4个处理,即青贮窖(J)、自制真空发酵(Z)、吨包发酵(D)和罐装发酵(G),压实密封,创造无氧环境,每个处理装填5 t,设置3个重复,每次随机取样,减少环境影响和误差。以鲜酒糟为对照(CK)处理,所有处理在25 ℃环境下发酵,分别在发酵7、14和30 d时取样分析。

1.3 测定指标及方法

分别在发酵7、14和30 d时,取样测定酒糟常规营养成分、发酵品质和微生物多样性。

1.3.1 常规营养成分测定

采用烘干法[9]测定DM含量,采用蒽酮比色法[10]测定WSC含量,采用凯氏定氮法[11]测定CP含量,使用Ankom 220型纤维分析系统[12]测定ADF和NDF含量。

1.3.2 发酵品质测定

利用四分法随机取10 g样品,加入90 mL无菌生理盐水,摇床以2 000 r/min振荡摇晃24 h后,用4层纱布过滤得到浸提液,用于pH、氨态氮(ammonia nitrogen,NH3-N)和有机酸含量的测定。使用pH计测定pH,采用苯酚-次氯酸比色法[13]测定NH3-N含量,采用高效液相色谱法测定乳酸(lactic acid,LA)、乙酸(acetic acid,AA)、丙酸(propionic acid,PA)和丁酸(butyric acid,BA)含量[11]

1.3.3 微生物多样性测定

根据Blaxter等[14]提取DNA方法,将每个处理青贮样品的3个重复充分混合均匀,取10 g采用HiPure Soil DNA提取试剂盒进行微生物DNA提取,利用琼脂糖凝胶电泳检测DNA的纯度和浓度,PCR扩增细菌16S r DNA的V5和V7区,引物序列为799F:AACMGGATTAGATACCCKG;1193R:ACGTCATCCCCACCTTCC,扩增产物回收纯化,采用Illumina公司的TruSeq Nano DNA LT Library Prep Kit制备测序文库。使用MiSeq测序仪进行2×300 bp的双端测序,并对结果进行分析。利用UCLUST比对工具,按97%的序列相似度,对操作分类单元(operational taxonomic unit,OTU)[15]进行归并和划分,通过与Greengenes数据库的模板序列相对比,对OTU进行分类地位的鉴定。

1.4 数据处理与分析

对试验数据进行双因素分析,采用SPSS 21.0进行方差分析和多重比较,数据用平均值和均值标准误(SEM)表示,P<0.05作为差异显著的判断标准。利用Omicsmart在线平台分析微生物相对丰度,并进行OTU分析、Alpha多样性分析、物种组成分析等。

2 结果与分析 2.1 不同储存方式和发酵时间对酒糟常规营养成分含量的影响

表 2所示,储存方式对所有常规营养成分含量均有显著影响(P < 0.05);发酵时间对DM和CP含量有显著影响(P < 0.05),对NDF、ADF和WSC含量无显著影响(P>0.05);储存方式与发酵时间交互作用对DM和CP含量有显著影响(P < 0.05),对NDF、ADF和WSC含量无显著影响(P>0.05)。

表 2 不同储存方式和发酵时间对酒糟常规营养成分含量的影响 Table 2 Effects of different storage methods and fermentation times on conventional nutrient contents of distiller's grains

从储存方式来看,发酵7 d时J处理和G处理DM含量显著低于Z处理和D处理(P < 0.05),发酵14 d时G处理DM含量显著低于J处理(P < 0.05),发酵30 d时Z处理DM含量显著低于其他各处理(P < 0.05)。发酵7 d时Z处理CP含量显著高于J处理和D处理(P < 0.05),发酵14 d时Z处理和D处理CP含量显著高于J处理和G处理(P < 0.05),发酵30 d时J处理和Z处理CP含量显著高于G处理(P < 0.05)。发酵7 d时J处理和D处理NDF含量显著高于Z处理和G处理(P < 0.05),发酵14 d时D处理NDF含量显著高于G处理(P < 0.05),发酵30 d时J处理和D处理NDF含量显著高于G处理(P < 0.05)。发酵7 d时J处理和D处理ADF含量显著高于G处理(P < 0.05),发酵14 d时Z处理和D处理ADF含量显著高于G处理(P < 0.05),发酵30 d时J处理、Z处理和D处理ADF含量显著高于G处理(P < 0.05)。发酵7 d时J处理、Z处理和D处理WSC含量显著低于G处理(P < 0.05),发酵14和30 d时J处理、Z处理WSC含量显著低于G处理(P < 0.05)。

从发酵时间来看,J处理发酵14和30 d时DM含量显著高于发酵7 d时(P < 0.05),Z处理发酵30 d时DM含量显著低于发酵7和14 d时(P < 0.05),D处理发酵14和30 d时DM含量显著低于发酵7 d时(P < 0.05),G处理发酵30 d时DM含量显著高于发酵7和14 d时(P < 0.05)。J处理、Z处理和G处理发酵30 d时CP含量显著高于发酵7和14 d时(P < 0.05),D处理发酵14和30 d时CP含量显著高于发酵7 d时(P < 0.05),不同发酵时间点的CP含量均大于21%。

2.2 不同储存方式和发酵时间对酒糟发酵品质的影响

表 3所示,储存方式和发酵时间及二者交互作用对所有发酵品质指标均有显著影响(P < 0.05)。

表 3 不同储存方式和发酵时间对酒糟发酵品质的影响 Table 3 Effects of different storage methods and fermentation times on fermentation quality of distiller's grains

从储存方式来看,发酵7 d时J处理、D处理和G处理pH显著低于Z处理(P < 0.05),发酵14 d时J处理和G处理pH显著低于D处理和Z处理(P < 0.05),发酵30 d时J处理pH显著高于其他各处理(P < 0.05)。发酵7 d时J处理LA含量显著高于Z处理和G处理(P < 0.05),发酵14 d时J处理LA含量显著高于其他各处理(P < 0.05),发酵30 d时D处理LA含量显著高于其他各处理(P < 0.05)。发酵7 d时G处理AA含量显著低于其他各处理(P < 0.05),发酵14 d时G处理AA含量显著高于Z处理(P < 0.05),发酵30 d时D处理和G处理AA含量显著高于J处理和Z处理(P < 0.05)。发酵7 d时D处理PA含量显著高于G处理(P < 0.05),发酵14 d时D处理PA含量显著高于J处理(P < 0.05),发酵30 d时D处理PA含量显著高于其他各处理(P < 0.05)。发酵7 d时G处理NH3-N含量显著高于J处理(P < 0.05),发酵14 d时Z处理和G处理NH3-N含量显著高于J处理和D处理(P < 0.05),发酵30 d时D处理NH3-N含量显著高于其他各处理(P < 0.05)。

从发酵时间来看,J处理和Z处理发酵30 d时pH显著高于发酵7和14 d时(P < 0.05),D处理发酵14 d时pH显著高于发酵7和30 d时(P < 0.05)。J处理和Z处理发酵30 d时LA含量显著低于发酵7和14 d时(P < 0.05),D处理发酵30 d时LA含量显著高于发酵7和14 d时(P < 0.05)。J处理、Z处理和D处理发酵7 d时AA含量显著高于发酵14和30 d时(P < 0.05)。J处理发酵7和30 d时PA含量显著高于发酵14 d时(P < 0.05),D处理发酵30 d时PA含量显著高于发酵7和14 d时(P < 0.05)。J处理发酵30 d时NH3-N含量显著低于发酵14 d时(P < 0.05),Z处理和G处理发酵14 d时NH3-N含量显著高于发酵7和30 d时(P < 0.05),D处理发酵30 d时NH3-N含量显著高于发酵7和14 d时(P < 0.05)。4处理均未在发酵过程中检测出BA含量。

2.3 不同储存方式和发酵时间对酒糟微生物多样性的影响 2.3.1 基于门水平的微生物群落分析

图 1所示,J处理发酵30 d时优势菌门为变形菌门(Proteobacteria),其次为厚壁菌门(Firmicutes),其余处理发酵7、14和30 d时优势菌门均为厚壁菌门,其次为变形菌门、放线菌门(Actinobacteria)。其中D处理发酵14 d时和D处理发酵30 d时厚壁菌门相对丰度较高,分别为54.99%和54.75%。除J处理发酵30 d时外,其余处理发酵7、14和30 d时厚壁菌门相对丰度均高于CK处理。随着发酵时间的延长,J处理厚壁菌门和放线菌门相对丰度逐渐下降,变形菌门相对丰度逐渐升高;Z处理厚壁菌门和放线菌门相对丰度先下降后略有上升,变形菌门相对丰度先上升后下降;D处理厚壁菌门相对丰度先上升后保持稳定,变形菌门相对丰度先上升后下降,放线菌门相对丰度先下降后上升;G处理厚壁菌门和放线菌门相对丰度先下降后上升,变形菌门相对丰度先上升后下降。

Unclassified:未分类;Other:其他;Gemmaatimonadetes:芽单胞菌门;Patescibacteria:候选门级辐射类群菌;Fusobacteria:梭杆菌门;Deimococcus-Thermus:异常球菌-栖热菌门;Epsilonbacteraeota:埃普西隆杆菌门;Tenericutes:软壁菌门;Bacteroidetes:拟杆菌门;Actinobacteria:放线菌门;Proteobacteria:变形菌门;Firmicutes:厚壁菌门。
CK、D、G、J和Z分别代表对照、吨包发酵、罐装发酵、青贮窖和自制真空发酵处理,7、14和30分别代表发酵7、14和30 d。图 2同。
CK, D, G, J and Z represented the control, ton bag fermentation, canned fermentation, silage silo and homemade vacuum fermentation treatments, respectively; and 7, 14 and 30 represented fermented 7, 14 and 30 days, respectively. The same as Fig. 2. 图 1 基于门水平的酒糟青贮微生物群落结构 Fig. 1 Microbial community structure of distiller's grains silage at phylum level
2.3.2 基于属水平的微生物群落分析

图 2所示,随着发酵时间的延长,J处理、Z处理和D处理乳杆菌属(Lactobacillus)相对丰度逐渐下降,G处理乳酸菌丰度先下降后略有上升;J处理芽孢杆菌属(Bacillus)相对丰度略有上升,醋菌属(Acetobacter)相对丰度逐渐下降;Z处理芽孢杆菌属和醋菌属相对丰度逐渐上升,Z处理发酵7 d时乳杆菌属相对丰度最高(20.48%),Z处理发酵7 d时芽孢杆菌属和醋菌属相对丰度最低(12.04%、6.40%);D处理芽孢杆菌属和醋菌属相对丰度先上升后略有下降,D处理发酵7 d时乳杆菌属相对丰度最高(19.44%),D处理发酵7 d时芽孢杆菌属相对丰度最低(11.39%),D处理发酵7 d时醋菌属相对丰度最低(6.30%);G处理芽孢杆菌属相对丰度逐渐上升,醋菌属相对丰度先上升后下降,G处理发酵7 d时乳杆菌属相对丰度最高(24.22%),G处理发酵7 d时芽孢杆菌属相对丰度最低(11.47%),G处理发酵30 d时醋菌属相对丰度最低(13.07%)。

Unclassified:未分类;Other:其他;Flavobacterium:黄杆菌属;Stenotrophomonas:寡养单胞菌属;Komagataeibacter:木质醋酸菌属;Kroppenstedtia:高温放线菌属;Brevibacterium:短杆菌属;Corynebacterium_1:棒状杆菌属1;Pseudomonas:假单胞菌属;Acetobacter:醋菌属;Bacillus:芽孢杆菌属;Lactobacillus:乳杆菌属。 图 2 基于属水平的酒糟青贮微生物群落结构 Fig. 2 Microbial community structure of distiller's grains silage at genus level
2.3.3 发酵品质指标与微生物菌群之间的相关性分析

图 3所示,乳杆菌属、魏斯氏菌属(Weissella)、短杆菌属(Brevibacterium)等有益菌群相对丰度与LA含量呈正相关,与pH呈负相关;假单胞菌属(Pseudomonas)、寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)、黄金杆菌属(Chryseobacterium)等有害菌群相对丰度与pH呈正相关,与LA含量呈负相关。

Lactobacillus:乳杆菌属;Bacillus:芽孢杆菌属;Acetobacter:醋菌属;Pseudomonas:假单胞菌属;Corynebacterium_1:棒杆菌属-1;Brevibacterium:短杆菌属;Kroppenstedtia:高温放线菌属;Komagataeibacter:木质醋酸菌属;Stenotrophomonas:寡养单胞菌属;Flavobacterium:黄杆菌属;Camimonas:高温菌属;Myroide:麦罗伊德菌属;Staphylococcus:葡萄球菌属;Streptomyces:链霉菌属;Weissella:魏斯氏菌属;Sphingobacterium:鞘氨醇杆菌属;Chryeobacterium:黄金杆菌属;Oceanobacillus:大洋芽孢杆菌属;Lysinibacillus:赖氨酸芽孢杆菌属;Comamonas:丛毛单胞菌属。NH3-N:氨态氮ammonia nitrogen;LA:乳酸lactic acid;AA:乙酸acetic acid;PA:丙酸propionic acid;BA:丁酸butyric acid。 图 3 发酵品质指标与微生物菌群之间的相关性 Fig. 3 Correlation between fermentation quality index and microbial flora
3 讨论 3.1 不同储存方式和发酵时间对酒糟营养成分含量的影响

DM是发酵原料有效利用的物质基础,研究发现较高的DM含量可以抑制丁酸菌和大肠杆菌等菌群的生长繁殖,降低有害菌对营养成分的降解[16]。本试验中,在发酵7 d时,Z处理和D处理DM含量显著高于J处理和G处理,这可能是由于在酒糟装填完毕后Z处理和D处理进行抽真空处理,空气含量较少,填装密度较高,紧实度可以在一定的程度上减少DM的损失,与王旭哲[17]研究结果一致,其研究发现玉米发酵后高紧实度DM含量较高。CP和WSC是乳酸菌等微生物在密封发酵时利用的营养底物,研究发现在不同香型酒糟中,酱香型酒糟营养价值相对较高,干物质中CP、粗脂肪等含量高,粗纤维含量相对较低,这为乳酸菌提供了充足的发酵底物[18-19]。CP是饲料的主要营养成分之一,蛋白质的降解会影响牧草的营养价值,进而影响家畜的采食量[20-21]。4种储存方式处理发酵后,随着发酵时间的延长,CP含量均有所增加,在发酵30 d时有较高的CP含量,这与王鸿泽等[22]研究一致,这可能是由于酒糟经过1次高温发酵,本身酸度低,在发酵初期可以有效地抑制蛋白酶活性和减少微生物地分解,更好地保存蛋白质[7]。其中J处理发酵7 d时CP含量最少,但仍高于21%,表明所有的储存方式及发酵时间均对CP有较好的保存效果。在密封发酵时,WSC含量越高,发酵微生物繁殖越快,产生的乳酸越多,能快速降低环境的pH,有利于保存发酵饲料。随着发酵时间的延长,WSC含量逐渐降低,在发酵前期WSC消耗较快,后期较为缓慢,本试验J处理有更低的WSC含量,这可能是由于J处理快速进入无氧发酵阶段,乳酸菌快速增殖消耗WSC,产生乳酸,降低pH。对发酵饲料而言,NDF和ADF含量越高,家畜消化率越低。本试验中,随着贮藏时间的延长,NDF和ADF含量上升。张永辉等[23]认为青贮后NDF和ADF含量增加,可能是由于青贮发酵过程中细菌进行呼吸作用导致碳水化合物分解,使纤维的含量相对有所增加,但相比于其他常规青贮饲草,发酵酒糟的NDF和ADF含量仍处于较低水平。综合来看,不同储存方式下不同发酵时间酒糟营养成分保存均较好,CP含量较高,NDF、ADF含量相对较低。

3.2 不同储存方式和发酵时间对酒糟发酵品质的影响

pH、有机酸含量是初步衡量发酵品质的重要指标,品质优良的发酵pH在3.8~4.2。本试验中,4种储存方式处理发酵后,pH均在4.2以下[24],符合优质饲料发酵标准,这可能与酒糟本就经过发酵自身含有较多的发酵菌有关。乳酸菌快速增殖,产生大量乳酸,pH迅速下降,使发酵酒糟达到稳定状态,密封后期,LA含量虽然有所下降,pH略有上升,但总体pH仍在发酵饲料要求临界值4.2以下[25]。不同处理下LA含量随时间变化规律不尽相同,J处理和Z处理LA含量随发酵时间的延长而下降,这可能是由于发酵早期占据主导地位的乳酸菌多为同型乳酸菌,发酵产物主要为LA,随着发酵时间的延长,对pH有较强耐受的异型乳酸菌和芽孢杆菌等细菌开始增多,导致LA含量降低,而AA和PA含量开始有上升,在发酵7 d时LA含量最高;D处理LA含量随发酵时间的延长先降低后升高,在发酵30 d时含量最高,这可能是由于优势乳酸菌在发酵前期被抑制,随发酵时间的延长逐渐适应并发挥作用产生LA;G处理LA含量随发酵时间延长略有上升,发酵14和30 d时含量略高于发酵7 d时。发酵饲料中AA含量可以在一定程度上反映饲料的有氧稳定性和保存性能[26],Kaiser等[27]研究发现,发酵饲料中AA含量可以准确评价发酵饲料的厌氧稳定阶段,以3.0% DM的AA含量作为无氧稳定性上限,本试验中各处理不同发酵时间AA含量均低于3.0% DM,表明发酵酒糟有氧稳定性良好。有研究表明,在发酵饲料中,PA含量越低,发酵饲料有氧稳定性越好,且一定量的PA可以抑制真菌的繁殖[28]。本试验中,J处理发酵7、14 d时PA含量较低,Z处理发酵7 d时PA含量较低,D处理发酵14 d时PA含量较低,G处理发酵14 d时PA含量较高。BA的产生是由于腐败菌分解蛋白质,造成干物质的损失,因此在发酵中,BA含量越低,发酵品质越好[29]。4处理中均未检测出BA,发酵品质较好,这可能是由于茅台酒糟初始pH较低,抑制部分有害微生物的繁殖,减少对营养物质的消耗。NH3-N主要由梭菌等有害微生物分解蛋白质产生,反映了蛋白质的降解程度[8],随着发酵时间的延长,NH3-N含量先上升后下降,这可能是由于发酵时间延长,有害微生物繁殖降解蛋白质的结果,J处理和Z处理发酵7和30 d时NH3-N含量低于发酵14 d时,D处理发酵14 d时NH3-N含量最低,G处理发酵30 d时NH3-N含量低于发酵7和14 d时。综合来看,不同发酵方式的酒糟发酵品质受时间影响较明显,不同处理在不同的发酵时间有较好的发酵品质。

3.3 不同储存方式和发酵时间对酒糟微生物多样性的影响

发酵是复杂的微生物共生系统,微生物多样性影响着发酵品质与营养成分[30]。通过16S高通量测序技术对不同储存方式茅台酒糟发酵微生物群落进行分析,由此可知不同的储存方式和发酵时间对酒糟发酵微生物群落结构的影响。从门水平来看,4种储存方式优势菌门依次为厚壁菌门、变形菌门。厚壁菌门是一大类细菌,多为革兰氏阳性,多数厚壁菌可产芽孢,抵抗脱水和极端环境[31],可以降解纤维、淀粉、蛋白质等大分子化合物。变形菌门为革兰氏阴性菌,包含大肠杆菌、沙门氏菌、幽门螺旋杆菌等多种类病原菌[32],这些有害微生物会影响酒糟饲料的发酵品质。4种储存方式发酵后与鲜酒糟对比来看,发酵后厚壁菌门相对丰度增加,变形菌门相对丰度下降。这与陶莲等[33]的研究结果一致,即青贮前的玉米秸秆中变形菌门和厚壁菌门为优势菌群,青贮后变形菌门菌群数量显著降低,厚壁菌门菌群数量显著增加。

从属水平来看,优势菌属为乳杆菌属和芽孢杆菌属,随着发酵时间的延长乳杆菌属相对丰度下降,这可能是由于发酵时间的延长,酒糟中的复膜孢子酵母属、曲霉属等微生物增多[34],影响乳杆菌属的生长,从而降低了乳杆菌属的相对丰度。芽孢杆菌属为革兰氏阳性菌,在发酵前期会与乳酸菌争夺WSC,但芽孢杆菌属能产生分泌木制纤维素生物质降解酶,产生糖类物质,可供乳酸菌等微生物利用[35],后期pH下降抑制其繁殖生长,各处理芽孢杆菌属相对丰度变化略有不同,其中J处理芽孢杆菌属相对丰度低于其他处理,随发酵时间延长无明显变化;Z处理芽孢杆菌属相对丰度随发酵时间延长略有增加,D处理芽孢杆菌属相对丰度随发酵时间延长先上升后下降,G处理芽孢杆菌属相对丰度随发酵时间延长先下降后上升。假单胞菌为好氧细菌,在发酵过程中利用WSC和CP大量繁殖,导致LA和WSC等营养物质含量下降,抑制乳酸菌的繁殖,降低饲料的营养品质,因此在发酵过程中要抑制好氧细菌的繁殖[36]。除J处理发酵30 d外,其余处理假单胞菌相对丰度均低于CK处理,且随着发酵时间的延长假单胞菌相对丰度逐渐下降。综合微生物多样性分析,J处理发酵7 d时乳杆菌属相对丰度最高(19.62%),芽孢杆菌属相对丰度最低(7.67%);Z处理发酵7 d时乳杆菌属相对丰度最高(20.46%),芽孢杆菌属相对丰度最低(12.04%);D处理发酵7 d时乳杆菌属相对丰度略高于发酵14和30 d时;G处理发酵7和30 d时乳杆菌属相对丰度高于发酵14 d时,发酵7和14 d时芽孢杆菌属相对丰度较低,但醋菌属相对丰度较多。

发酵过程中产生的代谢产物对发酵微生物菌群和发酵品质有显著影响。通常,代谢产物与发酵过程中出现的有益微生物呈正相关,与有害微生物呈负相关。本试验结果发现,乳杆菌属相对丰度与LA含量呈正相关,与PA、BA含量呈负相关;LA含量与乳杆菌属、短杆菌属相对丰度呈正相关,而假单胞菌属、丛毛单胞菌属、黄金杆菌属相对丰度与pH呈正相关,这与Guan等[37]研究结果一致。NH3-N含量与醋菌属相对丰度呈正相关,与假单胞菌属、黄金杆菌属相对丰度呈负相关,这与Dong等[38]研究结果一致。

4 结论

综合营养成分含量、发酵品质和微生物多样性等指标,建议茅台酒糟青贮窖发酵时间为7~14 d,自制真空发酵时间不超过7 d,吨包发酵时间为14~30 d,罐装发酵时间不超过30 d。

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