不同發(fā)酵處理對玉米秸稈黃貯品質(zhì)的影響

白 冰， 趙 晶， 樸春香， 嚴(yán)昌國， 李光春

(延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境系，吉林 延吉 133002)

吉林省農(nóng)作物秸稈資源利用方式有過腹還田，造肥還田，農(nóng)村生活能源和工業(yè)原料等，大部分是通過焚燒將秸稈還田，但利用率不高。合理利用玉米秸稈、資源化是一個(gè)重要的工作。近年來，很多學(xué)者開始研究秸稈資源的再利用問題。部分地區(qū)焚燒秸稈的處理方式造成很大危害[1]，吉林省也實(shí)施全面禁止露天焚燒秸稈的政策。發(fā)展中國家把玉米秸稈發(fā)酵成黃貯，作為家畜的飼料[2]。但是秸稈飼料因纖維素含量高，適口性差，飼料的消化率低，不能充分的利用。乳酸菌發(fā)酵劑可以把秸稈中的碳水化合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗岬扔袡C(jī)酸，提高飼料的適口性、保藏性等，提高秸稈發(fā)酵品質(zhì)[3-5]。纖維素酶制劑可分解秸稈中的纖維素，生成糖類，為發(fā)酵中的乳酸菌提供底物[6-7]。增殖的乳酸菌加快酸化速度，抑制腐敗菌。乳酸菌可以產(chǎn)生乳酸菌素、過氧化氫抑菌物質(zhì)，防止飼料中霉菌毒素的產(chǎn)生，防止秸稈飼料霉變。乳酸菌還能合成如葉酸、煙酸、維生素B1、維生素B2、小分子肽、蛋氨酸、賴氨酸等，大大提高了飼料的營養(yǎng)價(jià)值。但是對干玉米秸稈黃貯飼料方面的研究比較少[8]，而且對黃貯的發(fā)酵研究基于青貯發(fā)酵比較多。

本文將乳酸菌、纖維素酶、纖維素分解菌-CICC10089等發(fā)酵劑添加到玉米秸稈，在30 ℃和45 ℃下研究不同發(fā)酵組合和溫度對發(fā)酵品質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

玉米秸稈為成熟期收獲后的干秸稈，將整根的玉米秸稈切碎，長度為2～3 cm(由延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院牧場提供)。

添加劑中乳酸菌(RS1)由延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院飼料微生物實(shí)驗(yàn)室提供，纖維素分解菌(CICC10089)從中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心購買，纖維素酶為南寧東恒華道生物科技有限公司產(chǎn)品(活力：10 000 U/g)。

1.2 方法

黃貯試驗(yàn)是按發(fā)酵溫度分為I組(45 ℃)和II組(30 ℃)。不同的組合處理進(jìn)行3個(gè)重復(fù)。將每處理初期水分調(diào)節(jié)至60%，每處理玉米秸稈用量為250 g。具體組合方式見表1。

每處理玉米秸稈按組合方式添加，充分?jǐn)嚢韬?，裝入密封袋中，放入恒溫培養(yǎng)箱(HH.BLL.500-S，上海躍進(jìn)醫(yī)療機(jī)械廠)，發(fā)酵15 d。用于接種的乳酸菌和CICC10089菌液中菌數(shù)含量大于108cfu/mL。

表1 不同組合處理

1.3 分析方法

1.3.1 感官評定及pH值測定

將發(fā)酵好的秸稈發(fā)酵飼料按青貯飼料質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行感官評定，分別從氣味、色澤、質(zhì)地、含水率、pH值進(jìn)行綜合評定[9]。

pH值測定：打開密封袋，精確稱取10 g，裝入三角瓶中，再加入90 mL蒸餾水，混合均勻，在4 ℃冰箱保存24 h后，抽出浸出液2 mL，用pH計(jì)(Orion star A211)測定。

1.3.2 有機(jī)酸測定

利用氣相色譜(GC-FID,HP-5890II Plus)分析有機(jī)酸。毛細(xì)管柱：CP-Wax 57CB(25 m×0.32 mm×0.2 μm)。分析條件：注入口溫度150 ℃；柱溫箱50 ℃，2 min，10 ℃/min，150 ℃，18 min；檢測器溫度200 ℃；柱流速2.0 mL/min；載氣為N2，純度 ≥ 99.999%；進(jìn)樣量1 μL；分流比15∶1。

分析樣品：取1 mL樣品,進(jìn)行前處理制備有機(jī)酸分析樣品[10]。將前處理后的樣品經(jīng)12 000 r/min離心5 min(LX-500，其林貝爾)后，取700 μL上清液，放入4 ℃保存待測。乳酸分析是上述上清液中取100 μL樣品，加150 μL 50%硫酸再加400 μL甲醇，在56 ℃水浴鍋中水浴30 min進(jìn)行酯化，冷卻后，再加入200 μL蒸餾水和400 μL正己烷，混勻后離心，取上層液進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 感官評價(jià)結(jié)果與pH值測定分析

I組、II組玉米秸稈黃貯飼料pH值見圖1。

試驗(yàn)I組(45 ℃)中處理1(乳酸菌)、處理2(纖維素酶)、處理3(乳酸菌+纖維素酶)、處理4(乳酸菌+CICC10089)的pH值均小于對照(pH值5.31)。表明添加的乳酸菌、纖維素酶和CICC10089均能促進(jìn)玉米秸稈發(fā)酵產(chǎn)生有機(jī)酸，降低pH值， 但是差異不是很大。在45 ℃發(fā)酵時(shí)，乳酸菌和纖維素分解菌CICC10089的活性可能受到溫度的限制。

圖1 玉米秸稈發(fā)酵物pH值比較

試驗(yàn)II組(30 ℃條件)中處理1(乳酸菌)、處理2(纖維素酶)、處理3(乳酸菌+纖維素酶)、處理4(乳酸菌+CICC10089)的pH值均小于對照(pH值4.59)。表明添加乳酸菌、纖維素酶、CICC10089均能降低玉米秸稈發(fā)酵物的pH值。其中，處理3的pH值最低，為4.29， 但是每個(gè)處理pH值差異不是很大。

不同溫度下發(fā)酵的乳酸菌和纖維素酶的組合(處理3)比乳酸菌和CICC10089組合(處理4)更適合在30 ℃下促進(jìn)玉米秸稈黃貯發(fā)酵，降低pH值。

對玉米秸稈發(fā)酵物的氣味、色澤、含水量、質(zhì)地和pH值評分后，黃貯品質(zhì)進(jìn)行綜合評定(表2，3)。

表2 發(fā)酵溫度45 ℃下玉米秸稈黃貯的綜合評分

注：1) 分?jǐn)?shù)分配100分，pH值：25分，含水量：20分，色澤：20分，氣味：25分，質(zhì)地：10分。

2) 括號(hào)中的數(shù)值表示評分情況。

3) 優(yōu)等:100分 ～ 75分，良好:75分 ～ 51分，一般:50分 ～ 26分，劣質(zhì):25分以下,下同。

表3 發(fā)酵溫度30 ℃下玉米秸稈黃貯的綜合評分

試驗(yàn)I組中含水量為60%，溫度為45 ℃，黃貯飼料的感官評定其發(fā)酵品質(zhì)均未達(dá)到優(yōu)質(zhì)飼料的水平。感官評價(jià)綜合評分表示，處理3(乳酸菌+纖維素酶)的綜合評分為51分，為良好。

試驗(yàn)II組中含水量為60%，溫度為30 ℃。感官評價(jià)綜合評分表示，處理3(乳酸菌+纖維素酶)的綜合評分最高(75分)，為優(yōu)等。表明處理3的添加組合發(fā)酵品質(zhì)最好。

2.2 有機(jī)酸含量分析

在30和45 ℃不同溫度下,對所有處理的乙酸,丙酸及乳酸含量的檢測結(jié)果列于圖2～5。

由圖2可知，在30 ℃條件下處理1(乳酸菌)的乙酸含量最高，為429 mg/L,最低的處理3(乳酸菌+纖維素酶)為165 mg/L。處理2(纖維素酶)和處理4(乳酸菌+CICC10089)，均低于對照(238 mg/L)。在30 ℃條件下乙酸的含量總體低于45 ℃發(fā)酵。對比II組，45 ℃條件下處理3的差異最大，高于6.8倍，達(dá)到1 128 mg/L，處理4的差異最小，僅增加2.7倍，達(dá)到461 mg/L。

圖2 乙酸含量比較

由圖3可知，不同處理組的丙酸含量有明顯的區(qū)別。對照和處理1(乳酸菌)中的丙酸在30 ℃發(fā)酵條件下，分別達(dá)到3.4和3.8 mg/L，低于處理2(纖維素酶，4.6 mg/L)、處理3(乳酸菌+纖維素酶，7.9 mg/L)和處理4(乳酸菌+CICC10089，4.0 mg/L)。在45 ℃發(fā)酵條件下，處理1的丙酸含量降低到1.9 mg/L水平，處理2中丙酸含量達(dá)到了8.2 mg/L，提高了1.8倍。結(jié)果表明，添加纖維素酶或分解纖維素菌有助于丙酸的生成。

圖3 丙酸含量比較

由圖4可知，在30 ℃條件下，對照(6.6 mg/L)和處理2(6.9 mg/L)的含量比其他處理高，其他處理都添加了乳酸菌，可能影響丁酸的生成。在45 ℃條件下，除了處理2的丁酸含量保持較高濃度(6.8 mg/L)外，處理1和處理3均下降。

圖4 丁酸含量比較

乳酸的含量是評價(jià)秸稈發(fā)酵飼料品質(zhì)的指標(biāo)之一。由圖5可知，在30 ℃發(fā)酵條件下處理1的乳酸含量最高，達(dá)到4 588 mg/L，比對照的乳酸含量高(3 794 mg/L)。處理2的乳酸含量最低，僅為3 458 mg/L；處理3(3 991 mg/L)和處理4(3 879 mg/L)均高于對照和處理2，說明這與添加乳酸菌有直接的關(guān)系。在45 ℃條件下，乳酸含量有明顯的變化。處理1最低，下降到2 356 mg/L，說明溫度的升高不利于乳酸菌的發(fā)酵。僅添加纖維素酶的處理2中乳酸的含量變化不大，處理4中纖維素分解菌CICC10089比處理3的纖維素酶更能影響乳酸菌的發(fā)酵。

圖5 乳酸含量比較

3 討論與結(jié)論

不同溫度下，對照玉米秸稈黃貯的感官評定、發(fā)酵品質(zhì)評價(jià)均未達(dá)到優(yōu)質(zhì)飼料的水平。在不添加發(fā)酵劑的情況下，秸稈發(fā)酵緩慢、發(fā)酵不良等原因造成發(fā)酵品質(zhì)下降。另外，對照pH值均偏高，不能有效抑制不良微生物的繁殖。在30 ℃發(fā)酵條件下生成大量丁酸，導(dǎo)致發(fā)酵品質(zhì)低，表明玉米秸稈直接黃貯不利于改善玉米秸稈發(fā)酵品質(zhì)。

2組試驗(yàn)結(jié)果表明，II組(30 ℃)的整體發(fā)酵品質(zhì)比I組(45 ℃)的發(fā)酵品質(zhì)好。這可能是作為黃貯添加劑的乳酸菌和CICC10089比較適合在30 ℃下進(jìn)行玉米秸稈的黃貯發(fā)酵，在30 ℃以上秸稈發(fā)酵受到抑制，效果相對較差。2組試驗(yàn)的綜合評分均表明纖維素酶和乳酸菌添加處理的試驗(yàn)黃貯的發(fā)酵品質(zhì)最好。纖維素酶可降解玉米秸稈中的纖維，生成可溶性碳水化合物，乳酸菌將其作為底物加以利用可促進(jìn)黃貯發(fā)酵，同時(shí)生成大量乳酸，降低pH值抑制腐敗菌的生長和繁殖。

在30 ℃發(fā)酵時(shí)，處理1(乳酸菌)的pH值和丁酸含量低于對照，乙酸和乳酸含量高于對照和其它處理。添加乳酸菌的繁殖產(chǎn)生乳酸，快速降低pH值，抑制不良微生物繁殖，改善玉米秸稈的發(fā)酵品質(zhì)。因乙酸與發(fā)酵品質(zhì)成負(fù)相關(guān)[11],部分丙酸可以抑制青貯的腐敗[12]。Kung等的研究表明，丙酸的含量并不影響發(fā)酵品質(zhì)[13]。丁酸的含量越低表示黃貯的發(fā)酵品質(zhì)越好[14]，表明添加乳酸菌可以提高玉米秸稈黃貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)。處理2(纖維素酶)的pH值和乙酸含量低于對照，添加纖維素酶可有效改善黃貯發(fā)酵。處理3(乳酸菌+纖維素酶)pH值最低，乳酸含量除了處理1外均高于其他處理，且丁酸和乙酸低于對照，丙酸含量高于其他處理。處理4(乳酸菌+CICC10089)的結(jié)果與處理3表現(xiàn)出類似的趨勢，但是處理3的發(fā)酵效果更好。綜合有機(jī)酸含量的分析，處理3(乳酸菌+纖維素酶)發(fā)酵后黃貯品質(zhì)最佳。

兩組試驗(yàn)中各處理的綜合質(zhì)量評分均大于對照，說明不同組合添加劑的處理均可促進(jìn)玉米秸稈黃貯的發(fā)酵。兩組試驗(yàn)中，2種添加劑組合處理綜合質(zhì)量評分均高于單一添加劑的處理。綜合質(zhì)量評分結(jié)果與有機(jī)酸含量分析結(jié)果一致。結(jié)合上述分析，該試驗(yàn)條件下2種添加劑組合發(fā)酵效果比1種添加劑的發(fā)酵效果好。30 ℃試驗(yàn)組的整體發(fā)酵水平高于45 ℃試驗(yàn)組。處理3(乳酸菌+纖維素酶)的添加劑組合對發(fā)酵黃貯品質(zhì)影響最大。

本試驗(yàn)中，玉米秸稈直接黃貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)較低。添加乳酸菌，纖維素酶，纖維素分解菌后，可改善玉米秸稈黃貯的品質(zhì)。結(jié)合綜合質(zhì)量評價(jià)和有機(jī)酸分析得出，在30 ℃，添加乳酸菌和纖維素酶進(jìn)行發(fā)酵，玉米秸稈黃貯品質(zhì)最好。

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