產(chǎn)有機(jī)酸芽孢桿菌對(duì)玉米秸稈青貯品質(zhì)及有氧穩(wěn)定性的影響

郭曉軍++郭威++周賢++楊繼業(yè)+朱寶成

摘要：為了考察產(chǎn)有機(jī)酸芽孢桿菌R42-16對(duì)玉米秸稈青貯品質(zhì)及有氧穩(wěn)定性的影響，試驗(yàn)設(shè)對(duì)照組和3個(gè)不同菌濃度（高、中、低）的R42-16添加組，青貯30 d后，測(cè)定青貯秸稈的pH值、有機(jī)酸及常規(guī)物質(zhì)含量，并連續(xù)15 d室溫暴露放置，測(cè)定溫度和pH值。結(jié)果表明，與不加菌劑組相比，菌濃度中、高水平的R42-16添加組乳酸、乙酸含量顯著提高（P<0.05），丁酸含量顯著降低（P<0.05）。添加R42-16菌劑不能顯著影響干物質(zhì)、粗蛋白、粗纖維、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維、酸性洗滌木質(zhì)素的含量，但顯著降低氨態(tài)氮/總氮值（P<0.05）。在整個(gè)有氧暴露過(guò)程中，對(duì)照組在11 d時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)“二次發(fā)酵”，而試驗(yàn)組始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。綜合考慮，添加R42-16菌劑能夠改善青貯玉米秸稈發(fā)酵品質(zhì)，提高其有氧穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：有機(jī)酸；芽孢桿菌；玉米秸稈；青貯；有氧穩(wěn)定性

中圖分類(lèi)號(hào)： S816.5+3文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2017）08-0163-03

草食性家畜養(yǎng)殖規(guī)模的擴(kuò)大，使得對(duì)青綠飼料的需求逐年增加。為響應(yīng)國(guó)家“發(fā)展秸稈畜牧業(yè)”“糧改飼”的號(hào)召，各養(yǎng)殖場(chǎng)努力推進(jìn)農(nóng)作物秸稈的飼料化利用，同時(shí)對(duì)青貯飼料的質(zhì)量要求也越來(lái)越高。常規(guī)青貯是依靠青綠飼料自身附著的乳酸菌起作用而達(dá)到保存其營(yíng)養(yǎng)特性的目的[1]。但在實(shí)際的青貯過(guò)程中，由于所用原料種類(lèi)和新鮮度不同，青貯表面附著的乳酸菌很少或者根本就沒(méi)有乳酸菌附著，導(dǎo)致青貯經(jīng)常發(fā)生敗壞、變質(zhì)現(xiàn)象。為了促進(jìn)青貯發(fā)酵，提高青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)與穩(wěn)定性，往往加入一些不同類(lèi)型的青貯添加劑。其中，產(chǎn)酸芽孢桿菌作為一種新型微生物青貯添加劑[2]，具有生產(chǎn)容易、價(jià)格低廉、倉(cāng)儲(chǔ)期長(zhǎng)等特點(diǎn)，能夠保證青貯秸稈快速而良好地發(fā)酵。筆者所在課題組篩選到1株解淀粉芽孢桿菌 R42-16，具有較強(qiáng)的產(chǎn)有機(jī)酸能力，尤其是乙酸和乳酸[3]。本試驗(yàn)旨在探討菌株R42-16對(duì)去穗玉米秸稈青貯品質(zhì)及有氧穩(wěn)定性的影響，為新型青貯劑的開(kāi)發(fā)奠定理論基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

去穗青玉米秸稈，購(gòu)自河北省保定市清苑區(qū)。

解淀粉芽孢桿菌R42-16菌株發(fā)酵液，20億CFU/mL，由河北眾邦生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1玉米秸稈青貯取同一塊玉米地剛收割的去穗青玉米秸稈經(jīng)揉絲粉碎后，加入不同菌濃度的R42-16發(fā)酵液，然后用液壓打包機(jī)打包，每包50 kg，每個(gè)試驗(yàn)組3包，密封發(fā)酵30 d。分組如下：CK，不添加任何菌劑；WZL，添加R42-16菌劑，有效活菌數(shù)為8億CFU/kg；WZM，添加R42-16菌劑，有效活菌數(shù)為10億CFU/kg；WZH，添加R42-16菌劑，有效活菌數(shù)為12億CFU/kg。

1.2.2青貯玉米秸稈的感官評(píng)價(jià)按德國(guó)農(nóng)業(yè)協(xié)會(huì)（DLG）青貯質(zhì)量感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[4]，對(duì)各試驗(yàn)組的感官指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.2.3青貯玉米秸稈的pH值及有機(jī)酸、干物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分含量的測(cè)定水分含量的測(cè)定參照GB/T 6435—2014《飼料中水分的測(cè)定》；pH值的測(cè)定參照劉禎等的pH計(jì)方法[5]；氨態(tài)氮含量測(cè)定參照鄭喜春的滴定法[6]；有機(jī)酸、干物質(zhì)（DM）、粗蛋白（CP）、粗纖維（CF）、酸性洗滌纖維（ADF）、中性洗滌纖維（NDF）、酸性洗滌木質(zhì)素（ADL）含量委托農(nóng)業(yè)部飼料效價(jià)與安全監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心測(cè)定。

1.2.4青貯玉米秸稈有氧穩(wěn)定性測(cè)試取發(fā)酵30 d的青貯玉米秸稈4.0 kg裝入白色塑料自封袋中，不封口，室溫下暴露于空氣中，連續(xù)測(cè)定其溫度和pH值的變化。

2結(jié)果與分析

2.1青貯玉米秸稈的感官評(píng)價(jià)

發(fā)酵30 d后，各試驗(yàn)組玉米秸稈均呈黃綠色，未發(fā)現(xiàn)霉變，無(wú)丁酸臭味，有芳香味，松軟不黏手，緊壓后濕潤(rùn)但不形成水滴，符合發(fā)酵秸稈感官評(píng)定的優(yōu)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2青貯玉米秸稈的pH值、有機(jī)酸含量、氨態(tài)氮含量/總氮含量測(cè)定

pH值是衡量青貯玉米秸稈品質(zhì)的重要指標(biāo)，能夠反映青貯飼料發(fā)酵的整體效果[7]，一般要求小于4.2。由表1可以看出，與CK相比，WZL、WZM、WZH組的pH值顯著降低，均小于4.0，且隨著添加菌濃度的增加，各組的pH值變化顯著（P<005），證明添加菌株R42-16發(fā)酵產(chǎn)生的有機(jī)酸發(fā)揮了作用。

乳酸、乙酸、丁酸含量是評(píng)價(jià)青貯品質(zhì)的重要指標(biāo)[8]。從圖1至圖5可以看出，與CK相比，WZL組中各有機(jī)酸含量差異均不顯著（P>0.05）；WZM組和WZH組的乳酸、乙酸含量顯著提高（P<0.05），乳酸含量分別提高24.38%、25.00%，乙酸含量分別提高292.87%、338.52%；丁酸的含量顯著降低（P<0.05），分別降低47.34%、53.36%。再次證明菌株R42-16發(fā)酵過(guò)程中可以產(chǎn)生大量的乳酸和乙酸。

氨態(tài)氮含量/總氮含量從蛋白質(zhì)降解角度評(píng)價(jià)青貯發(fā)酵品質(zhì)[8]。從圖6可知，WZM組和WZH組秸稈中氨態(tài)氮含量/總氮含量比CK分別顯著降低10.62%、14.74%（P<0.05）。說(shuō)明菌株R42-16發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生大量的乳酸和乙酸，抑制了其他腐敗菌的生長(zhǎng)，降低了粗蛋白的損失。

發(fā)酵30 d后，青貯玉米秸稈中各物質(zhì)含量見(jiàn)圖7。與CK相比，添加菌株R42-16的3個(gè)試驗(yàn)組的DM、CF、ADF、NDF、ADL含量有所降低，但差異不顯著（P>0.05），說(shuō)明菌株R42-16產(chǎn)纖維素酶能力較低。

2.3青貯玉米秸稈的有氧穩(wěn)定性

2.3.1青貯玉米秸稈開(kāi)窖后的料溫變化取發(fā)酵30 d的青貯玉米秸稈裝袋暴露于空氣中，在試驗(yàn)進(jìn)行的前9 d，各組的料溫均接近于室溫，并且3個(gè)試驗(yàn)組之間的溫度差也較小。暴露后9 d時(shí)，CK的物料溫度開(kāi)始上升，而此時(shí)各試驗(yàn)組的溫度仍與室溫相近。暴露后13 d時(shí)，CK的物料溫度較室溫高 3.09 ℃，而各試驗(yàn)組的物料溫度僅高于室溫1.1 ℃左右（圖8）。一般認(rèn)為當(dāng)青貯秸稈高于環(huán)境溫度3 ℃時(shí)就開(kāi)始發(fā)生“二次發(fā)酵”[9]，說(shuō)明添加R42-16菌劑延遲了“二次發(fā)酵”的時(shí)間。

2.3.2青貯玉米秸稈開(kāi)窖后的pH值變化由圖9可知，開(kāi)窖后的前 7 d，各組的物料pH值彼此之間相差不大（P>005），直到開(kāi)窖后7 d，CK的pH值開(kāi)始上升，開(kāi)窖后11 d時(shí)，pH值已達(dá)到5.59。有報(bào)道顯示，當(dāng)青貯物料pH值達(dá)到5.0時(shí)，則說(shuō)明已發(fā)生“二次發(fā)酵”[4]。WZL、WZM、WZH組的pH值在開(kāi)窖后14 d時(shí)測(cè)定分別為4.23、4.03、4.03，仍處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)，表明添加R42-16菌劑能夠提高青貯玉米秸稈的有氧穩(wěn)定性，且物料pH值隨著R42-16菌劑添加量的增加而降低。

3結(jié)論與討論

為了獲得優(yōu)質(zhì)的青貯飼料，各國(guó)專(zhuān)家學(xué)者都在積極研究

各類(lèi)復(fù)合的微生物青貯接種劑。相對(duì)于普遍添加的乳酸菌類(lèi)，芽孢桿菌具有其自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，它不僅繁殖旺盛，具有較強(qiáng)的抗逆性，在飼料制作、貯存、運(yùn)輸過(guò)程中能夠保持穩(wěn)定和較高的活性[10]，且生產(chǎn)容易、成本低廉。研究發(fā)現(xiàn)，芽孢桿菌還能夠產(chǎn)生多種消化酶，其中包括淀粉酶、纖維素酶等，在這些酶的作用下，飼料中復(fù)雜的碳水化合物被降解，有助于動(dòng)物的消化吸收。因此，研究新型芽孢桿菌青貯制劑具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

本試驗(yàn)所用菌株R42-16具有較強(qiáng)的產(chǎn)乳酸、乙酸能力，在對(duì)其青貯效果進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)中乳酸含量最高為20 g/kg，與劉圏煒等在青貯飼料中添加復(fù)合乳酸菌制劑后，最高的乳酸含量15.6 g/kg[11]相比，提高了28.21%，乙酸含量最高為2.69 g/kg，與劉圏煒等的研究結(jié)果[16]相差不大，但與CK相比，WZM組和WZH組分別提高了292.87%、338.52%。在氨態(tài)氮方面，本試驗(yàn)中WZH組氨態(tài)氮與總氮的比值較對(duì)照組下降14.74%，比興麗等在青貯飼料中添加乳酸菌和纖維素酶后，氨態(tài)氮/總氮值較對(duì)照組下降18.75%的結(jié)果[12]略低，但與張新慧等在玉米青貯中添加乙酸鈉鹽降低氨態(tài)氮含量/總氮含量值的結(jié)果[14]相似。這與韓麗英等報(bào)道在青貯過(guò)程中添加乳酸菌或復(fù)合的乳酸菌制劑能夠提高乳酸和乙酸的含量，并且使丁酸含量及氨態(tài)氮含量/總氮含量降低的結(jié)果[13-14]也是一致的。

目前對(duì)青貯玉米秸稈的發(fā)酵品質(zhì)主要是以乳酸、乙酸、丁酸含量以及氨態(tài)氮含量占總氮含量的比值來(lái)評(píng)價(jià)[15]。乳酸和乙酸能夠迅速降低秸稈的pH值，有效地防止霉菌和酵母菌等好氣性有害微生物對(duì)青貯秸稈的有氧腐敗[16-17]。Kung等認(rèn)為，乙酸可能是抑制好氣性變質(zhì)的主要物質(zhì)，同時(shí)乙酸是一種發(fā)酵抑制劑，能夠參與動(dòng)物體的能量代謝過(guò)程，是反芻動(dòng)物在合成脂肪過(guò)程中一種主要的前體物質(zhì)，不僅能夠提高乳脂率，而且對(duì)動(dòng)物沒(méi)有毒害作用[18]。Schmidt等研究表明，在青貯料中添加乙酸后能夠有效地降低pH值，抑制好氣性微生物在青貯飼料中的繁殖，防止青貯飼料腐敗變質(zhì)[19]。氨態(tài)氮主要是由原料中的蛋白質(zhì)和含氮化合物經(jīng)一些腐敗微生物的分解產(chǎn)生，氨態(tài)氮的含量越高，則青貯飼料品質(zhì)越差，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也就越低。

在青貯中添加R42-16后，不僅能夠提高乳酸、乙酸含量，降低氨態(tài)氮含量/總氮含量，還延遲了“二次發(fā)酵”時(shí)間，提高了其有氧穩(wěn)定性。因此，R42-16作為一種青貯劑菌種，不僅滿(mǎn)足了一般青貯接種劑的要求，而且因其自身為芽孢桿菌的優(yōu)勢(shì)，所以能夠更好地應(yīng)用到青貯玉米秸稈中。然而，由于該菌產(chǎn)纖維素酶能力較低，所以將該菌與具有產(chǎn)纖維素酶能力的菌株復(fù)合在一起使用，大大提高了秸稈的發(fā)酵效果，這也是本研究應(yīng)繼續(xù)努力的方向。

總之，解淀粉芽孢桿菌R42-16在發(fā)酵玉米秸稈后，乳酸、乙酸含量顯著提高，丁酸含量顯著降低，同時(shí)氨態(tài)氮含量/總氮含量值也有所降低，延遲了“二次發(fā)酵”時(shí)間，改善了秸稈的發(fā)酵品質(zhì)，提高了其有氧穩(wěn)定性，為新型芽孢桿菌秸稈青貯菌劑的復(fù)配菌種之一，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟慶翔，楊軍香. 全株玉米青貯制作與質(zhì)量評(píng)價(jià)[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2016.

[2]劉晗璐，桂榮，塔娜. 乳酸菌青貯添加劑的研究與應(yīng)用[J]. 中國(guó)飼料，2006（23）：28-30，32.

[3]楊繼業(yè)，郭曉軍，郭威，等. 產(chǎn)有機(jī)酸芽孢桿菌的篩選、鑒定及產(chǎn)芽孢條件優(yōu)化[J]. 飼料工業(yè)，2015，36（4）：44-51.

[4]張新慧，張永根，赫英飛. 添加兩種乙酸鈉鹽對(duì)玉米青貯品質(zhì)及有氧穩(wěn)定性的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，41（6）：1810-1815.

[5]劉禎，李勝利，余雄，等. 青貯添加劑對(duì)全株玉米青貯有氧穩(wěn)定性性的影響[J]. 中國(guó)奶牛，2012（20）：6-29.

[6]鄭喜春. 脫氮除磷芽孢桿菌菌株的篩選及其應(yīng)用效果[D]. 保定：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[7]玉柱，劉長(zhǎng)春. 青貯飼料技術(shù)百問(wèn)百答[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2012.

[8]郭旭生，丁武蓉，玉柱. 青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)評(píng)定體系及其新進(jìn)展[J]. 中國(guó)草地學(xué)報(bào)，2008，30（4）：100-106.

[9]劉建新，楊振海，葉均安. 青貯飼料的合理調(diào)制與質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[J]. 飼料工業(yè)，1999，20（4）：3-5.

[10]邱雪興，駱宏機(jī)，劉文聰. 芽孢桿菌在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)畜牧獸醫(yī)文摘，2014，30（5）：194-195，164.

[11]劉圈煒，鄭心力，王峰，等. 復(fù)合乳酸菌制劑對(duì)玉米秸稈青貯飼料品質(zhì)的影響[J]. 飼料研究，2013，01（1）：41-43.

[12]興麗，韓魯佳，劉賢，等. 乳酸菌和纖維素酶對(duì)全株玉米青貯發(fā)酵品質(zhì)和微生物菌落的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，9（5）：38-41.

[13]韓立英，玉柱. 三種乳酸菌制劑對(duì)苜蓿和羊草的青貯效果[J]. 草業(yè)科學(xué)，2009，26（2）：66-71.

[14]文奇男，張永根，王亮. 不同發(fā)酵劑對(duì)水稻秸青貯發(fā)酵品質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的影響[J]. 飼料工業(yè)，2011，32（5）：48-51.

[15]郭旭生，丁武蓉，玉柱. 青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)評(píng)定體系及其新進(jìn)展[J]. 中國(guó)草地學(xué)報(bào)，2008，30（4）：100-106.

[16]Driehuis F，Oude E S J，Spoelstra S F. Anaerobic lactic acid degradation during ensilage of whole crop maize inoculated with Lactobacillus buchneri inhibits yeast growth and improves aerobic stability[J]. Journal of Applied Microbiology，1999，87（4）：583-594.

[17]Muck R E，Pitt R E，Leibensperger R Y. A model of aerobic fungal growth in silage .1. Microbial characteristics[J]. Grass and Forage Science，1991，46（3）：283-299.

[18]Kung L，Ranjit N K. The effect of Lactobacillus buchneri and other additives on the fermentation and aerobic stability of barley silage[J]. Journal of Dairy Science，2001，84（5）：1149-1155.

[19]Schmidt R J，Kung J . The effects of Lactobacillus buchneri with or without a homolactic bacterium on the fermentation and aerobic stability of corn silages made at different locations[J]. Journal of Dairy Science，2010，93（4）：1616-1624.