不同玉米粉添加比例對新鮮馬鈴薯發(fā)酵飼料參數(shù)的影響

張 健 ，李會榮 ，李祥明，吳曉靜 ，李思夢 ，楊維仁 ，楊在賓 *，姜淑貞*

（1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，泰安 271018；2.山東省飼料質(zhì)量檢驗所，濟南250022）

我國是世界上最大的馬鈴薯生產(chǎn)國，種植面積占世界的1/4，總產(chǎn)量約占世界的1/5。而馬鈴薯作為家畜飼用的飼料原料，經(jīng)微生物發(fā)酵處理后，不僅可以延長飼料原料的貯存時間，提高飼料的營養(yǎng)價值，從而有效降低養(yǎng)殖成本。通過利用微生物對馬鈴薯渣、馬鈴薯蛋白以及馬鈴薯淀粉等進行發(fā)酵處理后，可以改善飼料的適口性，提高采食量和采食速度，提高飼料的營養(yǎng)價值及轉(zhuǎn)化利用率，改善畜產(chǎn)品品質(zhì)。然而，鮮馬鈴薯水分含量高，不易儲存，單獨發(fā)酵需要時間長，不同玉米粉添加比例對新鮮馬鈴薯發(fā)酵參數(shù)的影響尚未見報道。本研究是在國家“糧改飼”政策的大背景下，以新鮮馬鈴薯為研究對象，添加不同比例玉米粉進行固體發(fā)酵，通過分析發(fā)酵前后pH、DM（干物質(zhì)）、淀粉和乳酸含量的變化規(guī)律，確定不同玉米粉添加比例對新鮮馬鈴薯發(fā)酵參數(shù)的影響，歸納總結(jié)出玉米粉最適宜添加量，為新鮮馬鈴薯在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的合理利用提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1 試驗材料

發(fā)酵菌種：乳酸菌，1.8×1011cfu/g；酵母菌，5×109cfu/g，枯草芽孢桿菌，1011cfu/g；北京科為博生物科技有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗設(shè)計

試驗通過添加不同比例玉米粉，調(diào)整鮮馬鈴薯的水分和碳水化合物含量進行混合發(fā)酵，根據(jù)發(fā)酵參數(shù)和發(fā)酵時間選擇玉米添加比例（保證順利發(fā)酵的前提下選擇盡可能低的玉米添加比例），為生產(chǎn)中用新鮮馬鈴薯發(fā)酵飼喂豬只提供科學(xué)依據(jù)，試驗設(shè)計見表1。

表1　試驗設(shè)計

1.3 樣品采集與指標(biāo)測定

用粉碎機將新鮮馬鈴薯打漿，按上述比例做成5個處理飼糧，然后接種乳酸菌、酵母菌和枯草芽孢桿菌（1.8×1011cfu/g，5×109cfu/g和1011cfu/g），每個處理3個重復(fù)，每個重復(fù)6個桶，充分混勻后裝入塑料桶（50±0.51）kg內(nèi)，密封發(fā)酵，發(fā)酵溫度控制在20～25 ℃。分別于飼糧發(fā)酵的第0、2、4、6、8和10天采集樣品，每個重復(fù)采集3個平行樣品。樣品采集后立即測定pH以觀察發(fā)酵進程。每個平行樣品分別在發(fā)酵桶離表面20 cm、桶底20 cm和中間平行面取2份，然后將每個重復(fù)的3個平行樣品混合，按照四分法采集樣品，樣品于-20 ℃保存，用于測定其他指標(biāo)。pH測定是將取得的發(fā)酵飼料樣品混勻后，使用pH測定儀（便攜式酸度計PHB-1，杭州齊威儀器有限公司）測定發(fā)酵飼料的pH，重復(fù)3次后取平均值；淀粉測定采用蒽酮比色法測定發(fā)酵飼料中的淀粉含量；乳酸（LD）的測定采用試劑盒法（購自南京建成生物工程研究所A019-2），具體操作按照試劑盒中說明書。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2010統(tǒng)計試驗期內(nèi)不同處理間不同發(fā)酵指標(biāo)變化規(guī)律，數(shù)據(jù)處理采用SAS 9.2軟件進行統(tǒng)計，并用單因素方差分析（one-wayANOVA）進行統(tǒng)計分析，用Duncan氏法進行多重比較，P＜0.05為顯著性水平。采用Origin 8.6進行二次曲線擬合，f(x)=ax2+bx+c，其中a為二次項系數(shù)，b為一次項系數(shù)，c為常數(shù)項。

2　結(jié)果與分析

2.1 不同新鮮馬鈴薯-玉米粉比例對發(fā)酵pH的影響

不同玉米粉添加比例對新鮮馬鈴薯發(fā)酵pH影響見表2。發(fā)酵初始（0 d）各個處理間的pH差異不顯著（P＞0.05）；不添加玉米粉處理組（P10C0）pH在整個發(fā)酵期都顯著高于其他各處理組（P＜0.05），且發(fā)酵末期pH為4.97，沒有達到發(fā)酵飼料長期儲存需要的pH（＜4.2）；10%玉米粉添加組（P9C1）只有第4 d和第8 d的pH顯著高于20%（P8C2）、30%（P7C3）和40%（P6C4）玉米粉添加組（P＜0.05），其他差異均不顯著（P＞0.05）。40%玉米粉添加組（P6C4）、30%玉米粉添加組（P7C3）和20%玉米粉添加組（P8C2）全程平均pH顯著低于10%玉米粉添加組（P9C1）和不添加玉米粉組（P10C0）（P＜0.05）。不同玉米粉添加比例的新鮮馬鈴薯發(fā)酵pH隨時間呈二次線性下降趨勢（P＜0.05），見表2。所有處理第2天的發(fā)酵pH均顯著低于第0天（P＜0.05），第4天的發(fā)酵pH均顯著低于第2 天（P＜0.05），但所有處理第6天、第8天和第10天的pH都差異不顯著（P＞0.05），因此，發(fā)酵第6天達到穩(wěn)定狀態(tài)。二次線性回歸分析表明，40%玉米粉添加組（P6C4）、30%玉米粉添加組（P7C3）和20%玉米粉添加組（P8C2）的pH擬合方程的二次項系數(shù)a和一次項系數(shù)b顯著高于10%玉米粉添加組（P9C1）和不添加玉米粉組（P10C0）（P＜0.05），各組之間的常數(shù)項c差異不顯著（P＞0.05）P6C4、P7C3和 P8C2的 3個 處 理 間的曲線趨于重合，盡管P6C4和P7C3處理組的二次線性擬合度更好，但是P6C4、P7C3與P8C2處理組發(fā)酵進程基本一致，考慮到本研究是為了在豬生產(chǎn)中更好地利用開發(fā)鮮馬鈴薯，故選擇20%玉米粉添加比例最經(jīng)濟。

表2　不同新鮮馬鈴薯-玉米粉比例對發(fā)酵pH影響

表3　飼糧pH隨時間變化的二次線性回歸分析

2.2 不同新鮮馬鈴薯-玉米粉比例對發(fā)酵DM的影響

不同玉米粉添加比例對新鮮馬鈴薯發(fā)酵DM的影響見表4。由表4可知，隨著玉米粉添加量的降低，各處理組發(fā)酵不同時間點（0、2、4、6、8和10 d）的DM水平均顯著降低（P6C4＜P7C3＜P-8C2＜P9C1＜P10C0，P＜ 0.05）。各處理組全程平均DM含量也是隨著玉米粉添加量的降低而顯著降低（P＜0.05）。每個處理組飼糧DM隨發(fā)酵時間總體呈線性下降趨勢（P＜0.05），其中30%玉米粉添加組（P7C3）和20%玉米粉添加組（P8C2）發(fā)酵到第4天的DM達到穩(wěn)定狀態(tài)；40%玉米粉添加組（P6C4）和10%玉米粉添加組（P9C1）發(fā)酵到第6天的DM達到穩(wěn)定狀態(tài)；而不添加玉米粉組（P10C0）從發(fā)酵第2天開始DM已不再顯著下降。P6C4、P7C3、P8C2、P9C1、和 P10C0 處理組的干物質(zhì)回收率（DMR）分別為91.81%、89.92%、92.55%、87.24%和 87.14%，故選擇20%玉米粉添加組（P8C2）DM的回收率最高。

表4　不同新鮮馬鈴薯-玉米粉比例對發(fā)酵DM影響

表5　不同新鮮馬鈴薯-玉米粉比例對發(fā)酵淀粉影響

2.3 不同新鮮馬鈴薯-玉米粉比例對發(fā)酵淀粉的影響

不同玉米粉添加比例對新鮮馬鈴薯發(fā)酵淀粉的影響見表5，隨著玉米粉添加量的降低，各個處理組發(fā)酵不同時間點（0、2、4、6、8和10天）的淀粉水平均顯著降低（P6C4＜P7C3＜P8C2＜P-9C1＜P10C0，P＜ 0.05）。各處理組全程平均淀粉含量也是隨著玉米粉添加量的降低而顯著降低（P＜0.05）。而每個處理組飼糧淀粉隨發(fā)酵時間總體呈線性下降趨勢（P＜0.05），其中40%玉米粉添加組（P6C4）、30%玉米粉添加組（P7C3）和20%玉米粉添加組（P8C2）發(fā)酵到第6天的淀粉達到穩(wěn)定狀態(tài)；10%玉米粉添加組（P9C1）發(fā)酵直到第8天基本達到穩(wěn)定狀態(tài)；而不添加玉米粉組（P10C0）從發(fā)酵第2天開始淀粉含量已不再顯著下降。P6C4、P7C3、P8C2、P9C1、和P10C0處理組的淀粉回收率分別為90.57%、88.97%、90.89%、88.31%和 84.43%， 因 此，20%玉米粉添加組（P8C2）的淀粉回收率最高。

2.4 不同新鮮馬鈴薯-玉米粉比例對發(fā)酵乳酸的影響

不同玉米粉添加比例對新鮮馬鈴薯發(fā)酵乳酸的影響見表6，不添加玉米粉組（P10C0）從發(fā)酵到第4天后各時間點的乳酸含量都顯著低于其他各處理組（P＜0.05）。其中40%玉米粉添加組（P6C4）、30%玉米粉添加組（P7C3）和20%玉米粉添加組（P8C2）在發(fā)酵過程中各時間點的乳酸含量差異不顯著（P＞0.05）。40%玉米粉添加組（P6C4）、30%玉米粉添加組（P7C3）和20%玉米粉添加組（P8C2）全程平均乳酸含量顯著高于10%玉米添加組（P9C1）和不添加玉米粉組（P10C0）（P＜0.05）。而每個處理組飼糧乳酸隨發(fā)酵時間總體呈顯著上升趨勢（P＜0.05），40%玉米粉添加組（P6C4）在整個發(fā)酵過程都線性上升；30%玉米粉添加組（P7C3）、20%玉米粉添加組（P8C2）和10%玉米粉添加組（P9C1）發(fā)酵到第8天時乳酸含量基本趨于穩(wěn)定；而不添加玉米粉組（P10C0）發(fā)酵到第6天乳酸含量基本不再提高。

2.5 相關(guān)性分析

發(fā)酵各產(chǎn)物之間相關(guān)系數(shù)見表7。pH與DM和淀粉呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），而與乳酸呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）；DM與淀粉呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），而與乳酸成顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）；淀粉與乳酸呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）。

2.6 新鮮馬鈴薯發(fā)酵在生豬日糧中的應(yīng)用

新鮮馬鈴薯發(fā)酵后在山東省新泰市岳家莊鄉(xiāng)李天山豬場（飼養(yǎng)育肥豬520頭），李光勇豬場（飼養(yǎng)育肥豬280頭）進行飼喂實驗，育肥豬濃縮料占30%，P8C2（新鮮馬鈴薯∶玉米粉=8∶2）料占70%，飼喂生豬120 d出欄，平均料重比2.6∶1，比只飼喂玉米（占70%）日糧的生豬，提前3.5 d出欄并節(jié)省生豬飼喂成本。

3　討論

3.1 不同新鮮馬鈴薯-玉米粉比例對發(fā)酵pH的影響

pH是評價發(fā)酵進程及發(fā)酵飼料品質(zhì)最簡單、基本的指標(biāo)，pH越低，飼料中的含酸量越高，使有害菌含量降低，從而有利于飼料的長期保存。本試驗研究發(fā)現(xiàn)，通過乳酸菌、酵母菌和枯草芽孢桿菌進行混合后發(fā)酵，不同玉米粉添加比例的新鮮馬鈴薯的pH隨發(fā)酵時間而呈現(xiàn)出二次曲線線性下降的趨勢。孫合美等研究發(fā)現(xiàn)飼料水分含量在30%～40%之間時，水分含量越高，乳酸菌活菌數(shù)升高越快。在本試驗中，40%玉米添加組（P6C4）、30%玉米添加組（P7C3）和20%玉米添加組（P8C2）在發(fā)酵過程中pH低于10%玉米添加組（P9C1）和無玉米添加組（P10C0），這是由于發(fā)酵pH與底物本身（碳水化合物）和含水量不同有關(guān)。而10%玉米添加組（P9C1）和無玉米添加組（P10C0）的含水量過高，DM含量較低，從而需要延長飼料的發(fā)酵周期，pH的變化趨勢也顯著慢于40%玉米添加組（P6C4）、30%玉米添加組（P7C3）和20%玉米添加組（P8C2），不利于益生菌的生長繁殖。本研究P6C4、P7C3、P8C2、P9C1、和P10C0處理組的最終pH分別為3.97、4.00、4.07、4.17和4.97，考慮到發(fā)酵時間和最終的pH，選擇40%、30%和20%玉米添加比例均可，但是20%玉米添加量（P8C2）飼喂生豬最經(jīng)濟。

表6　不同新鮮馬鈴薯-玉米粉比例對發(fā)酵乳酸影響

表7　發(fā)酵產(chǎn)物之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)

3.2 不同新鮮馬鈴薯-玉米粉比例對發(fā)酵DM的影響

DM的變化是評價發(fā)酵飼料品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。微生物在發(fā)酵過程中會損耗掉一部分底物，而發(fā)酵損耗是由于發(fā)酵底物中部分水分的揮發(fā)和發(fā)酵過程中微生物的生長繁殖活動使底物中的碳水化合物氧化成能量、水和二氧化碳的形式排放出來而損失掉。劉大群等利用乳酸菌混合液對飼料原料進行發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)干物質(zhì)回收率（DMR）越高，碳水化合物降解越少，飼料發(fā)酵的品質(zhì)越高。本試驗的DM隨發(fā)酵時間的變化而呈現(xiàn)出線性下降的趨勢。霉菌等有害菌的生長繁殖會耗損飼料中大量的營養(yǎng)物質(zhì)，而發(fā)酵過程中保持較低的pH，形成酸性厭氧的環(huán)境，能夠抑制霉菌及其他有害菌的繁殖，從而提高DM回收率，提高飼料的營養(yǎng)價值本試驗處理的DM回收率平均為89.73%。造成回收率不同的原因可能是發(fā)酵底物和發(fā)酵菌種的不同所導(dǎo)致。本研究P6C4、P7C3、P8C2、P9C1、和P10C0 處理組的干物質(zhì)回收率（DMR）分別為91.81%、89.92%、92.55%、87.24%和87.14%，考慮各處理組發(fā)酵pH和干物質(zhì)回收率，選擇20%玉米添加比例（P8C2）最經(jīng)濟。

3.3 不同新鮮馬鈴薯-玉米粉比例對發(fā)酵淀粉的影響

淀粉能夠為養(yǎng)豬生產(chǎn)提供主要能量來源，可以提高飼料能量水平，發(fā)酵飼料中微生物分泌的酶、淀粉組成成分、淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)等都是影響淀粉降解的重要因素。Russell等研究發(fā)現(xiàn)，原料中直鏈淀粉含量與微生物發(fā)酵速度成顯著負(fù)相關(guān)。Yin等研究發(fā)現(xiàn)，微生物發(fā)酵所分泌的酶能夠高效地水解淀粉，提高乳酸含量，并使細(xì)胞壁降解，使馬鈴薯淀粉渣的硬度和pH逐漸降低。Okine等通過對馬鈴薯渣進行青貯發(fā)酵，發(fā)酵50 d后，發(fā)現(xiàn)馬鈴薯渣中的淀粉、碳水化合物和果膠等都比發(fā)酵前有所降低，與本試驗結(jié)論基本一致。本研究P6C4、P7C3、P8C2、P9C1和 P10C0 處理組的淀粉回收率分別為90.57%、88.97%、90.89%、88.31%和84.43%，考慮各處理組發(fā)酵pH、干物質(zhì)回收率和淀粉回收率，選擇20%玉米添加比例（P8C2）最經(jīng)濟。

3.4 不同新鮮馬鈴薯-玉米粉比例對發(fā)酵乳酸的影響

一般認(rèn)為，發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸越多，發(fā)酵效果越好。添加高劑量的乳酸菌可以保證發(fā)酵所需乳酸菌數(shù)量，使乳酸菌在發(fā)酵期內(nèi)迅速產(chǎn)生乳酸，降低pH，加快發(fā)酵進程，同時，也加快乳酸菌對還原糖的分解利用。Muck等在馬鈴薯莖葉發(fā)酵過程中，添加大麥和苜蓿干草從而提高了乳酸的產(chǎn)生量。呂建敏等通過添加酶制劑和麩皮對稻草進行青貯發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵過程中的乳酸含量有顯著提高。Nicholson等研究發(fā)現(xiàn)，在馬鈴薯莖葉發(fā)酵過程中，能夠產(chǎn)生大量的乳酸，使pH降低，進而提高發(fā)酵品質(zhì)。本研究各處理組飼糧乳酸水平隨發(fā)酵時間總體呈顯著上升趨勢，而不添加玉米組（P10C0）的乳酸含量都顯著低于其他各處理組，其中40%玉米添加組（P6C4）、30%玉米添加組（P7C3）和20%玉米添加組（P8C2）在發(fā)酵過程中各時間點的乳酸含量差異不顯著，與以上研究結(jié)果變化趨勢相同?？紤]各處理組發(fā)酵pH、干物質(zhì)回收率、淀粉回收率和乳酸產(chǎn)量，選擇20%玉米添加比例（P8C2）最經(jīng)濟。

4　結(jié)論

1）本試驗條件下，發(fā)酵pH隨發(fā)酵時間呈二次線性下降（P＜0.05），乳酸隨發(fā)酵時間線性升高（P＜0.05）；DM、淀粉隨發(fā)酵時間線性降低（P＜0.05）。2）20%玉米粉添加組（P8C2）干物質(zhì)回收率（DMR）和淀粉回收率均高于其他各處理組，且最快達到穩(wěn)定狀態(tài)。3）各處理組發(fā)酵全程的pH隨玉米粉添加量的增加線性降低（P＜0.05），而發(fā)酵全程的DM、淀粉和乳酸隨玉米粉添加量的增加線性提高（P＜0.05）。4）皮爾遜系數(shù)表明：pH與DM和淀粉呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），而與乳酸呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）；DM與淀粉呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），而與乳酸成顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）；淀粉與乳酸呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）。5）分析發(fā)酵前后pH、干物質(zhì)、淀粉和乳酸的含量變化，同時考慮發(fā)酵速度和成本因素，確定新鮮馬鈴薯-玉米粉的最佳配比組合為P8C2（新鮮馬鈴薯：玉米粉=8∶2），在養(yǎng)豬生產(chǎn)中綜合效益最佳。

參考文獻略，如有所需請與作者聯(lián)系。