青貯時(shí)間和溫度對木薯塊根和葉發(fā)酵品質(zhì)及氫氰酸含量的影響

馮巧娟,朱 琳，吳安琪,張建國

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方草業(yè)研究中心，廣東 廣州 510642)

木薯(Manihotesculenta)是大戟科木薯屬植物，原產(chǎn)于美洲，現(xiàn)主要分布于熱帶亞熱帶地區(qū)，在我國，主要種植于廣東、廣西、海南和云南[1]。木薯易種植、生長快、產(chǎn)量高、價(jià)格低、用途廣，是糧食、飼料產(chǎn)業(yè)和工業(yè)兼用的重要作物[2]。木薯塊根的淀粉含量豐富、葉片含有豐富的蛋白質(zhì)、維生素，可作為植物蛋白加以利用[3]。然而，木薯鮮薯易腐爛變質(zhì)，難以直接用作飼料，且新鮮木薯塊根、莖葉均含有氰甙，氰甙本身不呈現(xiàn)毒性，但當(dāng)被動(dòng)物采食、咀嚼或被病原體侵染后，受損植物組織細(xì)胞內(nèi)的氰甙在β-葡萄糖苷酶、α-羥腈酶作用下會水解產(chǎn)生氫氰酸(HCN)，而HCN會引起人體和動(dòng)物呼吸、神經(jīng)及內(nèi)分泌系統(tǒng)中毒。迄今為止，各國對木薯脫毒開展了大量的研究并建立了多種方法，其中青貯是一種HCN去除成本低的處理方法，基本不消耗能量[4]，但對影響青貯去除HCN含量的因素研究較少。因此，為了提高青貯去除HCN的效率，本研究探討青貯時(shí)間和溫度對木薯塊根、葉發(fā)酵品質(zhì)及HCN含量的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

選用華南8號木薯作為試驗(yàn)品種，2012年3月20日在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)增城教學(xué)科研基地，將長10 cm左右的木薯苗斜插種植(起壟后，將種莖的下端呈45°～60°斜插于壟中3～4 cm處，淺蓋土)，行距1.0 m×0.8 m，常規(guī)田間管理。于2012年11月14日收獲木薯塊根和葉。將鮮薯塊根(帶皮)切成1～2 mm薄片，葉切至3～4 cm，供分析和青貯用。

1.2 青貯

將切短的材料充分混勻，裝入30 cm×20 cm的聚乙烯青貯袋中，每袋200 g，用真空打包機(jī)(SINBO Vacuum Sealer)抽真空后密封，塊根、葉各制作24袋。其中15袋在室溫[(15±3) ℃]條件下暗處貯藏，其余在20、30和40 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中遮光貯藏。

1.3 取樣和分析

1.3.1取樣 室溫條件下貯藏的青貯料分別在7、14、21、28和56 d各開封3袋，20、30和40 ℃貯藏的在56 d全部開封，取化學(xué)分析樣品。

1.3.2化學(xué)分析 干物質(zhì)(DM)含量采用70 ℃烘箱干燥48 h后測定，粗蛋白含量采用凱氏定氮法測定，粗脂肪含量采用乙醚提取法測定，粗灰分含量采用灼燒法測定[5]；可溶性碳水化合物(WSC)含量采用蒽酮-硫酸法測定[6]；緩沖能采用鹽酸、氫氧化鈉滴定法測定[7]；粗纖維含量采用改進(jìn)的濾袋分析法測定[8]；淀粉含量采用AOAC法測定[9]，HCN采用硝酸汞滴定法測定[10]。

1.3.3青貯發(fā)酵品質(zhì)分析 青貯袋開封后，取20 g混勻的青貯飼料放入聚乙烯塑料封口袋中，加入80 mL蒸餾水，置于4 ℃冰箱里浸泡18 h后過濾，用pH計(jì)測定浸提液pH。氨態(tài)氮(NH3-N)含量采用凱氏定氮儀直接蒸餾測定[11]。有機(jī)酸含量采用高效液相色譜儀測定[12]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2007和SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及相關(guān)數(shù)據(jù)分析。采用單因素方差分析對營養(yǎng)成分、發(fā)酵產(chǎn)物和HCN含量進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，用Duncan法對平均值進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果

2.1 木薯塊根和葉的特性

木薯塊根干物質(zhì)、無氮浸出物、淀粉含量高，可溶性碳水化合物含量低，而木薯葉水分、粗蛋白和可溶性碳水化合物含量較高(表1)。

2.2 木薯塊根和葉的青貯發(fā)酵品質(zhì)

2.2.1木薯塊根和葉在不同青貯時(shí)間下的發(fā)酵品質(zhì) 青貯時(shí)間對木薯塊根青貯料的pH、乳酸和NH3-N含量均有極顯著影響(P<0.01)，而對乙酸、丙酸和丁酸含量沒有顯著影響(P>0.05)(表2)。隨著青貯時(shí)間的延長，木薯塊根pH逐漸下降，青貯28 d時(shí)pH已降至4.20以下。乳酸含量從14 d開始顯著增加，但14～56 d無顯著差異。氨態(tài)氮占總氮比例總體偏高。

青貯時(shí)間對木薯葉青貯料的pH、乳酸含量、丁酸含量和NH3-N占總氮比例均有極顯著影響(P<0.01)，而對乙酸和丙酸含量沒有顯著影響(P>0.05)(表3)。隨著青貯時(shí)間延長，木薯葉pH顯著下降(P<0.05)，但青貯56 d后仍高于4.20；青貯7 d時(shí)乳酸含量最高；丁酸僅在56 d時(shí)被檢測到。各處理組的氨態(tài)氮占總氮比例和丙酸含量均較低，而乙酸含量偏高。

2.2.2木薯塊根和葉在不同青貯溫度下的青貯發(fā)酵品質(zhì) 青貯溫度對木薯塊根青貯料的pH、乳酸含量、乙酸含量、丙酸含量、丁酸含量和NH3-N占總氮比例均沒有顯著影響(P>0.05)(表4)，各處理組的pH均在3.7以下，乳酸含量較高，乙酸、丙酸和丁酸含量均較低，氨態(tài)氮占總氮比例超過了15%。

青貯溫度對木薯葉青貯料pH、乳酸和乙酸含量均有極顯著影響(P<0.01)，對丙酸含量有顯著影響(P<0.05)，而對丁酸含量和NH3-N占總氮比例沒有顯著影響(P>0.05)(表5)。總體上看，30和40 ℃青貯發(fā)酵品質(zhì)均較好。

表1 華南8號木薯塊根和葉特性Table 1 Characteristcs of cassava roots and leaves

同行數(shù)據(jù)不同字母表示在P<0.05水平差異顯著。除了干物質(zhì)、pH外，其他指標(biāo)均以干物質(zhì)基礎(chǔ)計(jì)算。

Different lowercase letters within the same row indicate significant difference at the 0.05 level. All the parameters except dry matter and pH were calculated based on dry matter.

表2 青貯時(shí)間對木薯塊根發(fā)酵品質(zhì)的影響Table 2 Effect of ensiling time on the fermentation quality of cassava roots

同列數(shù)據(jù)不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。**，極顯著影響，*,顯著影響，NS，無顯著影響；乳酸、乙酸、丙酸、丁酸以干物質(zhì)基礎(chǔ)計(jì)算。下同。

Different lowercase letters within the same column indicate significant difference at the 0.05 level; **, significant effect at the 0.01 level; *, significant effect at the 0.05 level; NS, no significance effect at the 0.05 level; lactic acid, acetic acid, propionic acid and butyric acid were calculated based on dry matter; similarly for the following tables.

表3 青貯時(shí)間對木薯葉發(fā)酵品質(zhì)的影響Table 3 Effect of ensiling time on the fermentation quality of cassava leaves

表4 青貯溫度對木薯塊根發(fā)酵品質(zhì)的影響Table 4 Effect of ensiling temperature on the fermentation quality of cassava roots

表5 青貯溫度對木薯葉發(fā)酵品質(zhì)的影響Table 5 Effect of ensiling temperature on the fermentation quality of cassava leaves

2.3 青貯對木薯塊根和葉中HCN含量的影響

2.3.1木薯塊根和葉在不同青貯時(shí)間下的HCN含量 青貯時(shí)間對木薯塊根、葉中HCN含量均有顯著影響(P<0.05)。在0～14 d隨青貯時(shí)間的延長，木薯塊根中HCN含量顯著降低(P<0.05)。青貯14 d時(shí)，HCN含量由原料的202.74 mg·kg-1降至118.30mg·kg-1，去除率為41.65%。14 d后，塊根中HCN含量變化差異不顯著(P>0.05，圖1)。隨青貯時(shí)間的延長，木薯葉中HCN含量也呈下降趨勢，0～7 d HCN含量變化差異顯著，青貯14 d時(shí)，HCN的去除率為20.07%，之后差異并不顯著(P>0.05)(圖2)。

圖1 青貯時(shí)間對木薯塊根HCN含量的影響Fig. 1 Effect of ensiling time on the HCN content of cassava roots

不同小寫字母表示不同青貯時(shí)間間差異顯著(P<0.05)。下同。

Different lowercase letters indicate significant difference at the 0.05 level; similarly for the following figures.

圖2 青貯時(shí)間對木薯葉HCN含量的影響Fig. 2 Effect of ensiling time on the HCN content of cassava leaves

2.3.2木薯塊根和葉在不同青貯溫度下的HCN含量 隨青貯溫度升高，木薯塊根和葉中HCN含量都顯著下降(P<0.05)(圖3、圖4)。40 ℃時(shí)塊根中的HCN含量由原料的202.74 mg·kg-1降至89.56mg·kg-1，去除率達(dá)55.82%；葉中HCN含量由原料的715.64 mg·kg-1降至260.80 mg·kg-1，去除率達(dá)63.56%。

圖3 青貯溫度對木薯塊根HCN含量的影響Fig. 3 Effect of ensiling temperature on the HCN content of cassava roots

圖4 青貯溫度對木薯葉HCN含量的影響Fig. 4 Effect of ensiling temperature on the HCN content of cassava leaves

3 討論

以干物質(zhì)為基礎(chǔ)，木薯塊根含有粗蛋白1.9%～3.5%、粗脂肪0.5%～1.5%、粗纖維2.0%～4.5%、粗灰分2.0%～4.2%以及無氮浸出物90%～92%[13-14]，本研究結(jié)果與其基本一致。原料的水分和可溶性碳水化合物含量是影響青貯飼料品質(zhì)的重要因素[15]，一般情況下，原料含水量低于70%，可溶性碳水化合物含量超過3%[16]，較易獲得優(yōu)質(zhì)青貯料。華南8號木薯塊根可溶性碳水化合物含量比葉低，但其青貯料產(chǎn)生了更多的乳酸和更低的pH，這可能是由于青貯過程中塊根中的淀粉分解產(chǎn)生了可溶性糖。另外，塊根的水分含量也較低，有利于乳酸發(fā)酵。

無論是木薯塊根還是葉，隨青貯時(shí)間延長，其青貯料pH下降，這與琚澤亮等[17]對燕麥(Avenasativa)及燕麥+箭筈豌豆(Viciasativa)裹包青貯pH隨時(shí)間變化的研究結(jié)果一致。塊根的乳酸含量隨青貯時(shí)間增加，而葉青貯7 d時(shí)乳酸含量最高。在青貯時(shí)間和溫度兩個(gè)處理中，木薯塊根的pH都比葉低，而NH3-N在總氮中的比例都比葉高。一方面可能原材料中NH3-N比例較高，另一方面可能由于塊根中總氮含量本身極低，即使少量的NH3-N產(chǎn)生也造成相對比例較高。另外，葉青貯料的乙酸和丙酸都比塊根高，一方面說明木薯葉表面異型發(fā)酵乳酸菌可能較多，另一方面可能因其水分含量高促進(jìn)了乙酸發(fā)酵[18]。

隨著青貯時(shí)間的延長，木薯塊根和葉HCN含量顯著降低，但青貯14 d后，pH繼續(xù)降低而HCN含量變化不顯著，這說明HCN的減少主要發(fā)生在青貯的初期。水煮、烘干等去除HCN主要是由于其沸點(diǎn)低揮發(fā)所致[19]，而青貯去除HCN的機(jī)理尚未見報(bào)道，或許與降解產(chǎn)物的積累或酶本身活性的下降有關(guān)。青貯溫度研究中，隨著溫度的升高，木薯塊根、葉的HCN含量極顯著降低。40 ℃青貯56 d，木薯塊根和葉的HCN去除率最高。這一方面由于高溫HCN揮發(fā)增加，另一方面多數(shù)酶的活性在較高溫度下活性增強(qiáng)。

4 結(jié)論

木薯塊根水分和粗蛋白含量少，青貯料的pH低，而木薯葉水分多、粗蛋白含量高，其青貯料pH較高，56 d時(shí)丁酸含量最高。在20～40 ℃范圍內(nèi)，溫度對木薯塊根青貯無顯著影響，而高溫促進(jìn)葉青貯料的乳酸發(fā)酵。木薯塊根和葉中HCN降低主要發(fā)生在青貯的前兩周，隨溫度升高，HCN的去除率顯著增加。

參考文獻(xiàn)References:

[1] 柳樹海,劉曉峰.木薯非糧燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展.釀酒,2010,37(2):9-11.

Liu S H,Liu X F.Technological development of non-grain based fuel ethanol production.Liquor Making,2010,37(2):9-11.(in Chinese)

[2] 方佳,濮文輝,張慧堅(jiān).國內(nèi)外木薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展近況.中國農(nóng)學(xué)通報(bào),2010,26(16):353-361.

Fang J,Pu W H,Zhang H J.The development status of cassava industry at home and abroad.Chinese Agricultural Science Bulletin,2010,26(16):353-361.(in Chinese)

[3] 楊麗英,葛再偉.云南木薯的生產(chǎn)和加工利用.木薯精細(xì)化工,2001(4):32-36.

Yang L Y,Ge Z W.Production,processing and utilization of cassava in Yunnan.Cassava Fine Chemicals,2001(4):32-36.(in Chinese)

[4] 田靜,朱琳,董朝霞,王曉亞,張建國.處理方法對木薯塊根氫氰酸含量和營養(yǎng)成分的影響.草地學(xué) 報(bào),2017,25(4):875-879.

Tian J,Zhu L,Dong Z X,Wang X Y,Zhang J G.Effects of treatment methods on the hydrocyanic acid content and nutrient composition of cassava roots.Acta Agrestia Sinicca,2017,25(4):875-879.(in Chinese)

[5] 張麗英.飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù).北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,2003.

Zhang L Y.Feed Analysis and Feed Quality Testing Technology.Beijing:China Agricultural Science and Technology Press,2003.(in Chinese)

[6] 韓雅珊.食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo).北京:北京農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,1996.

Han Y S.Guide to Food Chemistry Experments.Beijing:Beijing Agricultural University Press,1996.(in Chinese)

[7] McDonald P,Playne M J.The buffering constituents of herbage and of silage.Journal of the Science of Food and Agriculture,1966,17(6):264-268.

[8] 呂文龍,刁其玉,閆貴龍.布氏乳桿菌對青玉米秸青貯發(fā)酵品質(zhì)和有氧穩(wěn)定性的影響.草業(yè)學(xué)報(bào),2011,20(3):143-148.

Lyu W L,Diao Q Y,Yan G L.Effects ofLactobacillusbruceion fermentation quality and aerobic stability of green corn-stalk silages.Acta Prataculturae Sinica,2011,20(3):143-148.(in Chinese)

[9] Horwitz W.Official Methods of Analysis.Washington,DC:Association of Official Analytical Chemists,1975.

[10] 屈利文,錢日方.GB/T 13084-2006 飼料中氰化物的測定.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007.

Qu L W,Qian R F.GB/T 13084-2006 Determination of Cyanide in feed.Beijing:Standards Press of China,2007.

[11] AOAC.Official methods of analysis of the Association of Official Analytical Chemists.16th ed.Arlington,VA:Association of Official Analytical Chemists,1995.

[12] Zhang J G,Cai Y M,Kobayashi R,Kumai S.Characteristics of lactic acid bacteria isolated from forage crops and their effects on silage fermentation.Journal of Science of Food Agriculture,2000,80(10):1455-1460.

[13] 馮占雨.木薯在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用.國外畜牧學(xué)(豬與禽),2009,29(5):96-99.

Feng Z Y.Application of cassava in poultry production.Animal Science Abroad(Pigs and Poultry),2009,29(5):96-99.(in Chinese)

[14] 鄭誠,張檵,陳美環(huán),邱質(zhì)華,蒲英遠(yuǎn).飼料用木薯粉的營養(yǎng)價(jià)值評定.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1993,14(4):71-75.

Zheng C,Zhang J,Chen M H,Qiu Z H,Pu Y Y.Evaluation of the nutritive value of cassava a meal for feed stuffs.Journal of South China Agricultural University,1993,14(4):71-75.(in Chinese)

[15] McDonald P,Henderson A R,Heron S J E.The biochemistry of silage.Aberystwyth,UK:Chalcombe Publication,1991.

[16] 吉進(jìn)卿.青貯飼料營養(yǎng)價(jià)值的影響因素.中國飼料,1998(7):29-30.

Ji J Q.Influencing factors of nutritional value of silage.China Feed,1998(7):29-30.(in Chinese)

[17] 琚澤亮,趙桂琴,覃方銼,焦婷.含水量對燕麥及燕麥+箭筈豌豆裹包青貯品質(zhì)的影響.草業(yè)科學(xué),2016,33(7):1426-1433.

Ju Z L,Zhao G Q,Qin F C,Jiao T.Effect of different moisture contents on fermentation quality of baling silage of monoculture oat and oat and common vetch mixture.Pratacultural Science,2016,33(7):1426-1433.(in Chinese)

[18] Panditharatne S,Allen V G,Fontenot J P,Jayasuriya M C N.Ensiling characteristics of tropical grasses as influenced by stage of growth,additives and chopping length.Journal of Animal Science,1986,63(1):197-207.

[19] 趙清華,楊宏志,孫偉潔,劉景文.亞麻籽微波脫毒與擠壓膨化脫毒工藝研究.中國糧油學(xué)報(bào),2008,23(5):103-106.

Zhao Q H,Yang H Z,Sun W J,Liu J W.Detoxification technologies for flaxseeds:Microwave-toast and extrusion.Journal of the Chinese Cereals and Oils Association,2008,23(5):103-106.(in Chinese)