葉 杭,張文昌,張國(guó)軼,陳國(guó)富,莊益芬*
(1.福建農(nóng)林大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院,福建福州350002;2.北京飛機(jī)維修工程有限公司發(fā)動(dòng)機(jī)部,北京100621)
香蕉是我國(guó)第四大水果,主要在廣東、廣西、福建、海南、云南和貴州等地種植。在香蕉生產(chǎn)的同時(shí),會(huì)產(chǎn)生近乎香蕉等量的香蕉莖葉副產(chǎn)品。長(zhǎng)期以來(lái),香蕉莖葉都未能得到合理利用,并且成為環(huán)境污染源??梢?jiàn),合理開(kāi)發(fā)利用香蕉莖葉,能獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。香蕉莖葉營(yíng)養(yǎng)豐富、能值較高、鈣磷比平衡,作為飼料資源有著巨大的開(kāi)發(fā)價(jià)值和應(yīng)用潛力。但是,新鮮香蕉莖葉中單寧含量較高,直接飼喂動(dòng)物適口性差。青貯法是作為飼料利用香蕉莖葉的最佳方式。因?yàn)榍噘A不僅可以改善飼料的適口性、提高消化率,還能顯著降低香蕉莖葉的單寧含量[1]。新鮮狀態(tài)下的香蕉莖含水率極高,單獨(dú)青貯不易成功。將原料風(fēng)干一定時(shí)間或與風(fēng)干物料混合可降低水分[2];科學(xué)選用添加劑可以改善青貯品質(zhì)[3]。玉米面粉干物質(zhì)含量高、且含有大量淀粉,在香蕉莖中加入玉米面粉調(diào)制混合青貯,既能調(diào)整原料的含水率、又能為青貯乳酸發(fā)酵提供底物[4]。目前,利用生物性添加劑提高青貯品質(zhì)的研究已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。綠汁發(fā)酵液不僅可以改善豆科牧草青貯品質(zhì)[5-6],而且對(duì)改善高水分牧草[5]和菌糠[7]直接鮮貯的效果也很好。纖維素酶能破壞植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu),并能將部分結(jié)構(gòu)性多糖降解成單糖,為乳酸菌的生長(zhǎng)提供碳源[8],從而改善青貯品質(zhì)。迄今,關(guān)于香蕉莖葉青貯的研究有些報(bào)道[9-11],而用綠汁發(fā)酵液和纖維素酶調(diào)制香蕉莖青貯的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)為利用香蕉莖生產(chǎn)高品質(zhì)青貯,分別調(diào)制了香蕉莖青貯和香蕉莖玉米面粉混合青貯,并探討纖維素酶添加水平及其與綠汁發(fā)酵液?jiǎn)为?dú)添加和同時(shí)添加對(duì)香蕉莖玉米面粉混合青貯品質(zhì)的影響。
青貯原料為香蕉莖和玉米面粉。香蕉莖取自福建農(nóng)林大學(xué)校園內(nèi)香蕉樹(shù),于2013年1月18日人工刈割,利用日光曬制成預(yù)干的原料;玉米面粉由福建光華百斯特生態(tài)農(nóng)牧發(fā)展有限公司提供。
青貯添加劑有綠汁發(fā)酵液(FGJ)和纖維素酶(CEL)。FGJ是參照大島光昭等[12]的方法用新鮮甘蔗梢制成的;CEL 由廣東溢多利公司提供,純度98%、酶活2×104U/g。
按香蕉莖與玉米面粉質(zhì)量比為9∶1調(diào)制混合青貯,并設(shè)1個(gè)FGJ組、3個(gè)CEL組、3個(gè)MIX(FGJ+CEL)組和1個(gè)CON(對(duì)照)組,添加劑的添加水平按原料質(zhì)量計(jì)分別為:2 mL/kg、0.05 g/kg(CEL1)、0.15g/kg(CEL2)、0.25g/kg(CEL3)、2 mL/kg+0.05g/kg(MIX1)、2mL/kg+0.15g/kg(MIX2)、2mL/kg+0.25g/kg(MIX3);同時(shí),調(diào)制香蕉莖青貯(BSS)。每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。
青貯調(diào)制于2013年1月20日進(jìn)行。將香蕉莖切短成約1~2cm 長(zhǎng)、混合均勻,CON 組稱取400g香蕉莖,其他處理均稱取360g香蕉莖、并加入40g玉米面粉,分別裝入貼有標(biāo)簽的塑料袋內(nèi),分別加入設(shè)計(jì)的添加劑和蒸餾水共計(jì)10mL?;彀杈鶆蚝蟠笾路譃?等份,分別裝入貼有標(biāo)簽的真空袋內(nèi),用真空泵抽氣、用塑料封口機(jī)封口,稱重。常溫條件下貯存60d開(kāi)封,供分析測(cè)定。
乳酸菌、細(xì)菌、酵母菌和霉菌數(shù)量分別采用MRS(deMan-Rogosa-Sharpe)瓊脂培養(yǎng)基、營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基(nutrient agar)、馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基(potato dextrose aga)計(jì)數(shù)[13]。乳酸菌用厭氧箱,30 ℃培養(yǎng)2d;細(xì)菌、酵母菌、霉菌在有氧條件下30 ℃培養(yǎng)2~4d。
原料與青貯的風(fēng)干樣本是在65℃下干燥48h、回潮、粉碎制成的。取具代表性青貯樣品20g裝入有刻度的100mL 的廣口錐形瓶中,加入蒸餾水定容至100mL,放置4℃冰箱中,18h后用濾紙過(guò)濾,制備青貯浸提液。
采用常規(guī)法[14]測(cè)定干物質(zhì)(DM)和粗蛋白質(zhì)(CP)含量,中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)用Van Soest等[15]的方法測(cè)定,半纖維素(HC)=NDF-ADF??扇苄蕴妓衔铮╓SC)用比色法[15]測(cè)定,用pH 計(jì)測(cè)定浸提液的pH;用島津LC-20AT 型高效液相色譜(色譜柱:Shodex Rspak KC-811S-DVB gel Column 300×8 mm,檢測(cè)器:SPD-M10AVp,流動(dòng)相:3mmol/L 高氯酸)分析浸提液的乳酸(LA)、乙酸(AA)、丙酸(PA)、丁酸(BA)含量[16];用苯酚-次氯酸鈉比色法[17]測(cè)定青貯浸提液的氨態(tài)氮(AN)。DM 用百分比表示,WSC、NDF、ADF、HC 和CP 以DM 基礎(chǔ)的百分比表示,LA、AA、PA 和BA 用新鮮(FM)基礎(chǔ)的百分比表示,AN 換算為占原料總氮(TN)的百分比。
準(zhǔn)確稱取每個(gè)處理裝填時(shí)裝入原料重和開(kāi)封時(shí)回收青貯重,通過(guò)如下計(jì)算方法得出:
DMR/% =[(開(kāi)封時(shí)回收青貯重× 青貯DM%)/(裝填時(shí)裝入原料重×原料DM%)]×100;
GLR/%=[(裝填時(shí)裝入原料重-開(kāi)封時(shí)回收青貯重)/(裝填時(shí)裝入原料重×原料DM%)]×100。
原始數(shù)據(jù)經(jīng)Excel2003處理后,采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析和多重比較,結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。
從表1 可見(jiàn),香蕉莖的WSC、NDF 含量高,DM、CP含量低。在香蕉莖中加入玉米面粉后,DM極顯著增加(P<0.01),CP 顯著升高(P<0.05),WSC變化不大。表明在香蕉莖中加入玉米面粉后含水率更趨于適宜范圍。香蕉莖的微生物組成用每克鮮樣中的微生物數(shù)量的對(duì)數(shù)值統(tǒng)計(jì)。其中乳酸菌的數(shù)值為5.28,細(xì)菌的數(shù)值為7.00,酵母菌的數(shù)值為3.94,霉菌的數(shù)值小于2.70。因此,乳酸菌數(shù)未占優(yōu)勢(shì)。
綜上所述,采用棋盤格角點(diǎn)標(biāo)定的方法對(duì)圖像像素率進(jìn)行求解,然后對(duì)SV與Harris兩種算法進(jìn)行結(jié)合,可以識(shí)別出像平面實(shí)際坐標(biāo),為以后的識(shí)別奠定良好基礎(chǔ)。在不同的圖像處理算法當(dāng)中,采用分段線性函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換可以很好地保留細(xì)節(jié),采用改進(jìn)以后的平滑濾波能起到最佳的效果,并且在多種邊緣檢測(cè)算法當(dāng)中,以Sobel的吻合度為最高。
青貯的發(fā)酵品質(zhì)和化學(xué)成分見(jiàn)表2。所有處理中WSC 的殘留量都很高、PA 和BA 的生成量很少、LA 與AA 的比值都在3以上、pH 4.23~4.34。
2.2.1 香蕉莖與玉米面粉混合青貯的效果 對(duì)照組pH 和AN/TN 極顯著低于BSS組(P<0.01),而干物質(zhì)極顯著高于BSS組(P<0.01),乙酸、丙酸和丁酸均顯著高于BSS組(P<0.05)。
2.2.2 綠汁發(fā)酵液對(duì)香蕉莖玉米面粉混合青貯品質(zhì)的影響 綠汁發(fā)酵液(FGJ)組的LA、AA 顯著低于對(duì)照組(P<0.05),DM和DMR、WSC極顯著高于對(duì)照組(P<0.01),AN/TN 極顯著低于對(duì)照組(P<0.01)。
表1 原料的化學(xué)成分(干物質(zhì)基礎(chǔ))Table 1 Chemical composition of material(dry matter basis)
表2 青貯的發(fā)酵品質(zhì)和化學(xué)成分Table 2 Fermentation quality and chemical composition of silages
2.2.3 纖維素酶對(duì)香蕉莖玉米面粉混合青貯品質(zhì)的影響 3個(gè)纖維素酶組的半纖維素均極顯著高于對(duì)照組(P<0.01);CEL1 組的干物質(zhì)顯著高于CON 組(P<0.05),ADF 顯著低于對(duì)照組(P<0.05);CEL2組的丁酸顯著低于對(duì)照組(P<0.05),DMR和WSC均顯著高于對(duì)照組(P<0.05),ADF極顯著低于對(duì)照組(P<0.01);CEL3組的pH 顯著高于對(duì)照組(P<0.05),丁酸極顯著低于對(duì)照組(P<0.01),干物質(zhì)顯著高于對(duì)照組(P<0.05),DMR和WSC均極顯著高于對(duì)照組(P<0.01),ADF 極顯著低于對(duì)照組(P<0.01)。
CEL2組的乳酸和丁酸顯著低于CEL1組(P<0.05),DMR 顯著高于CEL1組(P<0.05);CEL3組的乳酸、乙酸、丙酸顯著低于CEL1 組(P<0.05)、丁酸極顯著低于CEL1組(P<0.01),DMR極顯著高于CEL1組(P<0.01)。CEL3的pH 顯著高于CEL2組(P<0.05)。
CEL1組的乳酸和乙酸極顯著高于FGJ組(P<0.01),丁酸顯著高于FGJ組(P<0.05),DMR 極顯著低于FGJ組(P<0.01);CEL2 組的DMR 和ADF顯著低于FGJ組(P<0.05),半纖維素顯著高于FGJ組(P<0.05);CEL3組的pH 和HC顯著高于FGJ組(P<0.05),BA 和ADF顯著低于FGJ組(P<0.05)。
2.2.4 綠汁發(fā)酵液和纖維素酶復(fù)合對(duì)香蕉莖玉米面粉混合青貯品質(zhì)的影響 3 個(gè)MIX 組的酸性洗滌纖維均極顯著低于對(duì)照組(P<0.01),DMR 和HC均極顯著高于對(duì)照組(P<0.01);MIX1的pH極顯著高于對(duì)照組(P<0.01),DM 和WSC 均極顯著高于對(duì)照組(P<0.01);MIX2組的乳酸和乙酸、丙酸顯著低于對(duì)照組(P<0.05),BA 極顯著低于對(duì)照組(P<0.01),DM 和WSC顯著高于對(duì)照組(P<0.05);MIX3 組的丁酸極顯著低于對(duì)照組(P<0.01),DM 和WSC顯著高于對(duì)照組(P<0.05)。
MIX2組的乳酸、乙酸顯著低于MIX1組(P<0.05),丁酸極顯著低于MIX1組(P<0.01);MIX3組的pH 和丁酸極顯著低于MIX1組(P<0.01)。
MIX1 的乳酸、乙酸顯著高于FGJ 組(P<0.05),ADF 顯著低于FGJ組(P<0.05);MIX2的ADF顯著低于FGJ組(P<0.05);MIX3的丁酸和ADF均極顯著低于FGJ組(P<0.01),HC 顯著高于FGJ組(P<0.05)。
MIX1組的干物質(zhì)回收率極顯著高于CEL1組(P<0.01);MIX2 組的干物質(zhì)回收率極顯著高于CEL2組(P<0.01);MIX3 組的pH 顯著低于CEL3組(P<0.05)。
常規(guī)青貯是利用原料上附著的乳酸菌對(duì)原料的可溶性碳水化合物進(jìn)行厭氧發(fā)酵,產(chǎn)生乳酸,降低青貯的pH,抑制所有微生物的活動(dòng),從而使原料的營(yíng)養(yǎng)得以保存[18]。從可溶性碳水化合物含量來(lái)看,試驗(yàn)用香蕉莖適合作青貯原料。可是,此香蕉莖經(jīng)過(guò)1d多時(shí)間的晾曬含水率仍高達(dá)78.97%,如果繼續(xù)晾曬至適宜含水率水平(65%~75%),可能需時(shí)過(guò)長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)損失過(guò)多。與風(fēng)干的谷物、糠麩等混合青貯也許是最佳選擇。本試驗(yàn)按香蕉莖與玉米面粉質(zhì)量比為9:1混合后,含水率降至71.27%,達(dá)到適宜范圍。一般牧草上附著的乳酸菌數(shù)都不足[19],不能滿足青貯良好發(fā)酵的需要。試驗(yàn)用香蕉莖的微生物組成中乳酸菌數(shù)未占優(yōu)勢(shì)。為此,利用添加劑促進(jìn)乳酸發(fā)酵,以提高青貯品質(zhì),是目前最常用的方法。
在常規(guī)水分青貯品質(zhì)的評(píng)定中pH 是重要指標(biāo),優(yōu)良青貯飼料pH 值在4.2 以下[20],試驗(yàn)中所有處理的pH 在4.23~4.34,與優(yōu)良青貯的pH 接近。此外,WSC的殘留量高和PA 及BA 的生成量少,都能說(shuō)明青貯不良發(fā)酵少,發(fā)酵底物的轉(zhuǎn)化效率高;LA 與AA 的比值都在3以上,說(shuō)明同型的乳酸發(fā)酵優(yōu)勢(shì)比較大。這些也都證明香蕉莖或香蕉莖+玉米面粉是適宜調(diào)整青貯的原料。
3.2.1 香蕉莖與玉米面粉混合青貯的效果 李靜等[21]添加玉米面粉使甜菜渣青貯的pH 降低和干物質(zhì)增加。郇樹(shù)乾等[22]在銀合歡青貯中分別添加5%、10%和15%的玉米面粉均降低了青貯的pH。本試驗(yàn)在香蕉莖中加入玉米面粉調(diào)制香蕉莖玉米面粉混合青貯的主要目的是調(diào)整原料的含水率和提高WSC含量,以確?;虼龠M(jìn)青貯的乳酸發(fā)酵。但香蕉莖的WSC 含量稍高于玉米面粉,在香蕉莖中加入玉米面粉后WSC 含量未能提高。盡管如此,較香蕉莖單貯,香蕉莖玉米面粉混合青貯的DM 增加,pH 和AN/TN 下降,證明香蕉莖玉米面粉混合青貯的效果優(yōu)于香蕉莖單獨(dú)青貯。這可能是由于玉米面粉吸收水分后稍有黏度而粘附于香蕉莖的表面,既減少了原料的空隙,又有利于青貯裝填時(shí)空氣的排除。此外,由于化學(xué)組成的改變,對(duì)青貯發(fā)酵也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。
3.2.2 添加劑對(duì)香蕉莖玉米面粉混合青貯品質(zhì)的影響 在青貯中添加綠汁發(fā)酵液是為了提供乳酸菌,確保青貯發(fā)酵初期乳酸菌在所有微生物中占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位,以促進(jìn)青貯的乳酸發(fā)酵,加速pH 下降,從而實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)青貯。Bureenok等[23]在乳汁草青貯中添加綠汁發(fā)酵液,能顯著提高青貯的LA 含量和減少BA 含量。Shao等[24]在意大利黑麥草青貯中添加綠汁發(fā)酵液降低了青貯料的pH 和AN/TN,提高了DM 和LA 含量。許慶方等[25]的研究表明綠汁發(fā)酵液可以改善長(zhǎng)期貯藏苜蓿青貯的發(fā)酵品質(zhì)。本試驗(yàn)在混合青貯中添加FGJ,能提高DMR、增加DM 和WSC含量、減少BA 含量。這與上述結(jié)果[23-24]一致。不一致的是減少了LA 和AA含量,青貯的pH 并未降低??赡苁翘砑覨GJ后增加了乳酸菌數(shù)目,使乳酸發(fā)酵的啟動(dòng)和青貯發(fā)酵過(guò)程的結(jié)束提前。這一點(diǎn)可從WSC 殘留量增加和DMR 升高給予證實(shí)。
在青貯中添加纖維素酶是為了將原料的結(jié)構(gòu)性多糖降解成單糖,一方面可為乳酸菌的繁殖提供碳源,改善青貯品質(zhì);另一方面可減少纖維含量,提高飼料的消化性。李靜等[26]在稻草青貯中添加纖維素酶,使青貯的pH 降低,BA 和氨態(tài)氮減少,LA、CP和WSC增加。Sun等[27]在玉米秸稈中添加纖維素酶,降低了青貯料的pH,LA 和WSC 含量增加,ADF和NDF減少,并且隨著纖維素酶添加量的增加,青貯效果越好。陳鑫珠等[28]在象草玉米秸稈混合青貯中添加3個(gè)水平纖維素酶,其中2個(gè)水平纖維素酶青貯的WSC、DM、DMR 都有顯著增加。本試驗(yàn)3 個(gè)水平纖維素酶組的ADF 減少、HC 增加。此外,CEL1 組和CEL3 組的DM 增加,CEL2組和CEL3組的BA 減少、WSC 增加、DMR 提高。說(shuō)明添加纖維素酶顯著改善了青貯的纖維組成,降低了難消化的ADF 含量。特別是在CEL2 和CEL3水平時(shí),不良發(fā)酵減弱,保留了更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。這與上述研究結(jié)果基本一致[26-28],也證明隨著CEL水平的升高青貯品質(zhì)進(jìn)一步提高。而與FGJ組相比,CEL1組和CEL2組的DMR 下降。證實(shí)在可溶性碳水化合物含量多而乳酸菌不足的香蕉莖青貯中,綠汁發(fā)酵液的添加效果優(yōu)于纖維素酶。
在青貯中同時(shí)添加綠汁發(fā)酵液和纖維素酶,理論上既能提高青貯發(fā)酵初期乳酸菌的數(shù)目,又能增加乳酸發(fā)酵的底物,能夠獲得單獨(dú)添加綠汁發(fā)酵液和纖維素酶的相乘效果,從而提高青貯的發(fā)酵品質(zhì)和改善化學(xué)組成。莊益芬等[29-31]在水葫蘆、象草和苜蓿中同時(shí)添加綠汁發(fā)酵液和纖維素酶的青貯效果均優(yōu)于單獨(dú)添加綠汁發(fā)酵液和纖維素酶。本試驗(yàn)中,3個(gè)MIX 組青貯的品質(zhì)不僅優(yōu)于CON 組和稍優(yōu)于FGJ組,而且也優(yōu)于相應(yīng)水平的CEL組。
香蕉莖的WSC 含量高、CP 含量低,調(diào)整含水率后適合作青貯原料。香蕉莖玉米面粉混合青貯的效果優(yōu)于香蕉莖單獨(dú)青貯。FGJ、CEL及MIX 在香蕉莖玉米面粉混合青貯中均有顯著的添加效果,其中,MIX 稍優(yōu)于FGJ和CEL??梢?jiàn),科學(xué)合理的青貯方式是充分開(kāi)發(fā)利用香蕉莖資源,并應(yīng)用于動(dòng)物生產(chǎn)的一條良好途徑。
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