不同比例紫花苜蓿與玉米秸稈的混合青貯對(duì)發(fā)酵品質(zhì)的影響

趙夢(mèng)迪, 唐澤宇, 李明超, 曹 雪, 邸凌峰, 李成云,2*

(1.延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院；2.延邊大學(xué)肉?？茖W(xué)與產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心：吉林 延吉 133002)

紫花苜蓿(Medicagosativa)為多年生草本植物，其產(chǎn)量高、營(yíng)養(yǎng)豐富、適口性好，是世界上種植面積較為廣泛的高蛋白豆科牧草，號(hào)稱“牧草之王”，生產(chǎn)干草和青貯是目前紫花苜蓿利用的主要方式[1-4]。但由于紫花苜蓿干草在生產(chǎn)過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)損失較大，家畜對(duì)其適口性較差以及消化率明顯下降[5-6]，故青貯紫花苜蓿更受青睞。在青貯過(guò)程中，紫花苜蓿因碳水化合物含量低、緩沖能值高而降低了其青貯品質(zhì)[7]，本試驗(yàn)將富含碳水化合物的玉米秸稈與紫花苜蓿混合青貯，分析測(cè)定紫花苜蓿與玉米秸稈不同比例混合青貯的發(fā)酵品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)成分、微生物含量以及有氧穩(wěn)定性時(shí)間，以期篩選出二者最佳混合青貯配方，解決紫花苜蓿在青貯過(guò)程中遇到的難題，為延邊地區(qū)紫花苜蓿的開(kāi)發(fā)利用提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料

紫花苜蓿來(lái)源于吉林延邊長(zhǎng)白山地區(qū)，于二茬初花期對(duì)其進(jìn)行采集；玉米秸稈由吉林龍井動(dòng)物科學(xué)基地提供，選取早熟全株并去除籽粒。將試驗(yàn)樣品進(jìn)行自然晾曬處理后(水分約60%左右)，玉米秸稈粉碎至2 cm左右，紫花苜蓿粉碎至1～2 cm與3～4 cm 2種長(zhǎng)度規(guī)格。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用紫花苜蓿與玉米秸稈為原材料，以單因子設(shè)計(jì)，分為8組：對(duì)照組1(單貯玉米秸稈)、對(duì)照組2(單貯1～2 cm紫花苜蓿)、CSMS1(1～2 cm紫花苜蓿85∶玉米秸稈15)、CSMS2(1～2 cm紫花苜蓿75∶玉米秸稈25)、CSMS3(1～2 cm紫花苜蓿65∶玉米秸稈35)、CSMS4(3～4 cm紫花苜蓿85∶玉米秸稈15)、CSMS5(3～4 cm紫花苜蓿75∶玉米秸稈25)和CSMS6(3～4 cm紫花苜蓿65∶玉米秸稈35)。其中，玉米秸稈均為2 cm，每組3次重復(fù)。

1.2.2 紫花苜蓿與玉米秸稈混合青貯制備

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)將紫花苜蓿與玉米秸稈分別單獨(dú)或按照比例均勻混合后(平均總重1 kg左右)裝入雙層20 cm×30 cm聚乙烯袋中，利用真空包裝機(jī)進(jìn)行真空包裝，室溫避光密封保存60 d后測(cè)定發(fā)酵品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)成分、微生物含量及有氧穩(wěn)定性等相關(guān)指標(biāo)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 紫花苜蓿與玉米秸稈混合青貯營(yíng)養(yǎng)成分及青貯品質(zhì)分析

采用烘干法(65 ℃)及凱式定氮法分別對(duì)干物質(zhì)(DM)含量及粗蛋白質(zhì)(CP)含量進(jìn)行測(cè)定[8]；利用蒽酮比色法[9-10]及范氏洗滌纖維法分別對(duì)水溶性碳水化合物(WSC)含量、酸性洗滌纖維(ADF)含量和中性洗滌纖維(NDF)含量進(jìn)行測(cè)定。

pH值使用酸度計(jì)(蕭山，pH S-3B)即時(shí)測(cè)定：準(zhǔn)確稱取20 g青貯樣品于燒杯(200 mL)中，加入去離子水(180 mL)浸提30 min后用4層紗布和定性濾紙過(guò)濾浸提液，即時(shí)測(cè)定pH值；利用安捷倫GC-7890A型色譜儀[11]對(duì)乳酸及揮發(fā)性脂肪酸(VFA)含量進(jìn)行測(cè)定；氨態(tài)氮(NH3-N)含量利用苯酚-次氯酸鈉比色法進(jìn)行測(cè)定[12]。

1.3.2 紫花苜蓿與玉米秸稈混合青貯微生物及有氧穩(wěn)定性的測(cè)定

乳酸菌用MRS瓊脂培養(yǎng)基培養(yǎng)[13]，用Sabouraud's Agar對(duì)霉菌和酵母菌進(jìn)行培養(yǎng)[14]。用平板培養(yǎng)法測(cè)定菌種數(shù)，各種微生物進(jìn)行多次重復(fù)培養(yǎng)試驗(yàn)。

將紫花苜蓿與玉米秸稈混合青貯樣品放入雙層泡沫箱中，置于溫度接近室溫(20 ℃)且隔熱的地方，將溫度計(jì)插入樣品中心位置，記錄當(dāng)溫度高于室溫2 ℃時(shí)所用的時(shí)間，即為有氧穩(wěn)定性時(shí)間[15]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel進(jìn)行整理，應(yīng)用SAS19.0統(tǒng)計(jì)處理軟件進(jìn)行方差分析，差異顯著時(shí)用DUNCAN檢驗(yàn)法進(jìn)行各組間的多重比較，P<0.05 設(shè)為差異顯著水平，試驗(yàn)數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫花苜蓿與玉米秸稈青貯原料特性及單貯和混貯的常規(guī)分析

由表1，2可知，紫花苜蓿與玉米秸稈的含水量分別為64.13%和58.37%，均可滿足青貯要求；對(duì)照組2與對(duì)照組1的干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維、可溶性碳水化合物與原料相比均有所降低。

表1 紫花苜蓿與玉米秸稈青貯原料特性

表2 紫花苜蓿與玉米秸稈單貯和混貯的營(yíng)養(yǎng)成分與可溶性碳水化合物的分析

注：同列數(shù)據(jù)肩標(biāo)不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)，相同小寫(xiě)字母或無(wú)肩標(biāo)表差異不顯著(P>0.05)，下表同。

除粗蛋白質(zhì)外，干物質(zhì)、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維、可溶性碳水化合物的最大值和最小值分別出現(xiàn)在對(duì)照組1和對(duì)照組2。干物質(zhì)含量方面，CSMS1組和CSMS3組差異顯著(P<0.05)，與CSMS2組差異不顯著(P>0.05)，3～4 cm各紫花苜蓿處理組之間差異不顯著(P>0.05)；紫花苜蓿與玉米秸稈混貯后粗蛋白質(zhì)含量隨玉米秸稈添加量的增加呈下降趨勢(shì)，并且CSMS1組和CSMS3組粗蛋白質(zhì)含量均略高于相同玉米秸稈添加量的3～4 cm紫花苜蓿處理組(P<0.05)；紫花苜蓿與玉米秸稈混貯后酸性洗滌纖維含量與中性洗滌纖維含量均隨著玉米秸稈添加量的增加呈下降趨勢(shì)，并且CSMS1組和CSMS3組酸性洗滌纖維含量差異均顯著(P<0.05)，與25%玉米秸稈添加組差異均不顯著(P>0.05)，1～2 cm紫花苜蓿處理組的酸性洗滌纖維含量以及中性洗滌纖維含量略低于同玉米秸稈添加量的3～4 cm紫花苜蓿處理組；紫花苜蓿與玉米秸稈混貯后可溶性碳水化合物含量隨著玉米秸稈的添加量的增加而呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，除25%玉米秸稈添加量組外，相同玉米秸稈添加量組之間碳水化合物含量差異不顯著(P>0.05)。

2.2 紫花苜蓿與玉米秸稈單貯和混貯的青貯品質(zhì)

由表3可知，pH值最大值與最小值分別出現(xiàn)在對(duì)照組1和對(duì)照組2，其余各試驗(yàn)處理組pH值隨著玉米秸稈添加量的增加均呈下降趨勢(shì)。其中，各紫花苜蓿處理組中的15%玉米秸稈添加組與25%、35%玉米秸稈添加組差異顯著(P<0.05)，25%與35%玉米秸稈添加組之間差異不顯著(P>0.05)，并且1～2 cm紫花苜蓿處理組的pH值均略高于相同玉米秸稈添加量的3～4 cm紫花苜蓿處理組(P<0.05)；乳酸、乙酸以及其比值的最大值與最小值分別出現(xiàn)在對(duì)照組1和對(duì)照組2，其中乳酸及乳酸與乙酸比值方面，1～2 cm紫花苜蓿處理組與3～4 cm紫花苜蓿處理組組內(nèi)差異顯著(P<0.05)；乙酸方面，1～2 cm各紫花苜蓿處理組差異顯著(P<0.05)，CSMS4組顯著高于CSMS5組和CSMS6組(P<0.05)；丙酸方面，1～2 cm紫花苜蓿處理組的丙酸隨著玉米秸稈添加量的增加而顯著降低(P<0.05)，CSMS4組的丙酸含量顯著高于CSMS5組和CSMS6組(P<0.05)；除對(duì)照組2外，其余各組均未檢測(cè)到丁酸；各紫花苜蓿處理組的氨態(tài)氮與總氮比值隨著玉米秸稈添加量的增加而顯著降低(P<0.05)。

表3 紫花苜蓿與玉米秸稈單貯和混貯的pH值、揮發(fā)性脂肪酸以及氨態(tài)氮/總氮的變化

注：“-”表示含量極微量。

2.3 紫花苜蓿與玉米秸稈單貯和混貯的微生物含量

由表4可知，對(duì)照組2乳酸菌含量最低，1～2 cm紫花苜蓿處理組乳酸菌含量與玉米秸稈添加量成正比。其中CSMS3組、CSMS5組和對(duì)照組1乳酸菌較高；酵母菌含量隨玉米秸稈添加量的增加呈先上升后下降趨勢(shì)；霉菌含量最大值出現(xiàn)在對(duì)照組2，各紫花苜蓿處理中霉菌含量與玉米秸稈添加量成反比，說(shuō)明紫花苜蓿青貯時(shí)添加玉米秸稈可有效抑制酵母菌、霉菌含量，促進(jìn)乳酸菌的生成。

表4紫花苜蓿與玉米秸稈單貯和混貯的微生物含量變化

Table4Thevariationofmicrobialcontentinsinglesilageandmixedsilageofmedicagosativaandcornstraw(CUF/gFM)

處理乳酸菌酵母菌霉菌CSMS14.31×1061.15×1042.62×104CSMS27.79×1065.27×1041.54×104CSMS38.61×1074.03×1041.12×104CSMS42.21×1061.01×1043.41×104CSMS58.24×1073.24×1041.58×104CSMS66.58×1062.32×1041.31×104CK18.49×1073.79×1042.64×104CK26.95×1052.41×1044.97×105

2.4 紫花苜蓿與玉米秸稈單貯和混貯的有氧穩(wěn)定性分析

紫花苜蓿與玉米秸稈單貯和混貯升高2 ℃所需時(shí)間如圖1所示。紫花苜蓿與玉米秸稈混貯的有氧穩(wěn)定性時(shí)間隨著玉米秸稈添加量的增加呈先下降后上升趨勢(shì)。其中，各紫花苜蓿處理組中15%玉米秸稈添加組明顯高于其余紫花苜蓿處理組。另外，對(duì)照組2有氧穩(wěn)定性時(shí)間最長(zhǎng)，對(duì)照組1有氧穩(wěn)定性時(shí)間最短。

圖1 紫花苜蓿與玉米秸稈單貯和混貯的有氧穩(wěn)定性時(shí)間

3 討論

3.1 紫花苜蓿與玉米秸稈混合青貯營(yíng)養(yǎng)成分分析

研究表明，青貯原料干物質(zhì)含量大于30%可以有效控制梭菌發(fā)酵[16]。本試驗(yàn)中紫花苜蓿與玉米秸稈單貯或混貯的干物質(zhì)含量皆大于30%，滿足青貯條件。作為評(píng)定家畜日糧粗精比例是否對(duì)家畜起到最佳效果的重要指標(biāo)，酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維的含量起著至關(guān)重要的作用，尤其是酸性洗滌纖維，其含量與家畜消化率呈負(fù)相關(guān)[17]。本試驗(yàn)中各紫花苜蓿處理組的酸性洗滌纖維含量及中性洗滌纖維含量隨著玉米秸稈添加量的增加呈下降趨勢(shì)。其中，1～2 cm紫花苜蓿處理組的酸性洗滌纖維含量及中性洗滌纖維含量稍低于相同玉米秸稈添加組的3～4 cm紫花苜蓿處理組。說(shuō)明紫花苜蓿青貯中添加玉米秸稈可提高青貯品質(zhì)，并且以CSMS2組和CSMS3組效果相對(duì)較好。紫花苜蓿青貯時(shí)添加玉米秸稈可解決其在青貯時(shí)存在的可溶性碳水化合物含量低、緩沖能高等問(wèn)題[18]。各紫花苜蓿處理組可溶性碳水化合物含量在1.69～3.00范圍內(nèi)變化，顯著高于對(duì)照組2(可溶性碳水化合物含量為0.96)(P<0.05)。另外，紫花苜蓿與玉米秸稈混合青貯的粗蛋白質(zhì)含量在12.56～16.95之間變化。在對(duì)照組1(粗蛋白質(zhì)含量6.98)與對(duì)照組2(粗蛋白質(zhì)含量18.57)范圍內(nèi)波動(dòng)?？梢?jiàn)添加玉米秸稈可提高紫花苜蓿青貯時(shí)的可溶性碳水化合物含量，平衡青貯的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，與孫小龍和柳茜等得出一致結(jié)論[19-20]。

3.2 紫花苜蓿與玉米秸稈混合青貯品質(zhì)分析

pH值是評(píng)價(jià)紫花苜蓿青貯料質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，能直接說(shuō)明紫花苜蓿青貯的成功與否[21-22]。普遍認(rèn)為，當(dāng)pH值低于4.2時(shí)，在為乳酸菌等有益菌提供較好酸性生長(zhǎng)環(huán)境的同時(shí)，能抑制有害微生物的生長(zhǎng)繁殖，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)質(zhì)青貯飼料的標(biāo)準(zhǔn)[23-24,2]。當(dāng)pH值為4.2～4.5時(shí)為中等，若高于4.8則說(shuō)明青貯飼料品質(zhì)較差[25]。本試驗(yàn)CSMS2組、CSMS3組和CSMS6組pH值在4.07～4.14范圍內(nèi)變化，均達(dá)到優(yōu)質(zhì)青貯飼料的標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明紫花苜蓿青貯時(shí)添加玉米秸稈可改善其青貯品質(zhì)[26-27]，其中CSMS2組和CSMS3組效果更佳。

乳酸、乙酸和丁酸是青貯發(fā)酵時(shí)的主要有機(jī)酸。優(yōu)質(zhì)青貯飼料乳酸比例應(yīng)較高，丁酸比例應(yīng)較低[28-29]。本試驗(yàn)中，各紫花苜蓿處理組的乳酸含量與玉米秸稈添加量成正比，并占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。其中，CSMS2組和CSMS3組乳酸含量略高于3～4 cm紫花苜蓿處理組中相同含量玉米秸稈添加組，除對(duì)照組2外，其他各組均未檢測(cè)到丁酸。說(shuō)明玉米秸稈在發(fā)酵過(guò)程中可有效提高乳酸含量并同時(shí)抑制梭菌產(chǎn)生。另外，各紫花苜蓿處理組乙酸含量隨著玉米秸稈添加量的增加呈先下降后上升趨勢(shì)，丙酸含量較少，可能是由于紫花苜蓿與玉米秸稈混和青貯產(chǎn)生互作效應(yīng)。

紫花苜蓿與玉米秸稈混合青貯的蛋白質(zhì)及氨基酸分解的程度可用氨態(tài)氮與總氮的比值來(lái)反映。蛋白質(zhì)分解的程度與其成正比，間接說(shuō)明青貯中蛋白質(zhì)損失較多，青貯品質(zhì)下降[28-30]。氨態(tài)氮占總氮的比例低于10%認(rèn)為是優(yōu)質(zhì)的青貯飼料。本試驗(yàn)中，除CSMS4組和對(duì)照組2，其余各組氨態(tài)氮與總氮的比值均低于10%，說(shuō)明添加玉米秸稈可降低紫花苜蓿青貯時(shí)氨態(tài)氮的含量，其中CSMS2和CSMS3處理組相比于其他相同秸稈添加量組氨態(tài)氮與總氮的比值相對(duì)較低。

3.3 紫花苜蓿與玉米秸稈混合青貯微生物含量

青貯微生物主要包括乳酸菌、酵母菌和霉菌等。乳酸菌可利用碳水化合物產(chǎn)生大量乳酸，是使青貯過(guò)程中pH值下降的主要原因，因此，乳酸菌是青貯成功的關(guān)鍵[31]。研究表明，能使pH值迅速降低的乳酸菌含量應(yīng)達(dá)到 1×105CFU / g[32-33]。本試驗(yàn)中，各紫花苜蓿處理組的乳酸菌含量均高于1×105CFU / g，其中，CSMS3組(乳酸菌含量為8.61×107 CFU/g)致使pH值迅速降低最為明顯?？赡芤?yàn)榇朔N組合方式青貯乳酸菌在短期內(nèi)使乳酸含量急劇增加，有效抑制有害微生物活性，保證了青貯飼料早期較低pH值的酸性環(huán)境[34-35]。在青貯過(guò)程中，糖分可被酵母菌利用分解產(chǎn)成乙酸、丙酸以及少量的乳酸，也可在好氧環(huán)境下被酵母菌氧化成二氧化碳和水，青貯與空氣接觸的部位可產(chǎn)生霉菌，可使青貯發(fā)生變質(zhì)甚至腐敗[36-37]。乳酸菌發(fā)酵后能產(chǎn)生乳酸等風(fēng)味物質(zhì)，這些風(fēng)味物質(zhì)是影響發(fā)酵產(chǎn)品風(fēng)味的主要因素[38]。乳酸菌數(shù)量在優(yōu)質(zhì)青貯飼料中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，酵母菌數(shù)量很少，霉菌則基本不存在[39]。本試驗(yàn)中，除對(duì)照組2，其他各組霉菌數(shù)量差異不大，可能是因?yàn)榍噘A過(guò)程中密封性好，壓實(shí)效果強(qiáng)，保證了厭氧條件。

3.4 紫花苜蓿與玉米秸稈混合青貯的有氧穩(wěn)定性

青貯飼料暴露在空氣中后其核心溫度比外界溫度高出2 ℃所需的時(shí)間被稱為有氧穩(wěn)定性。其時(shí)間越長(zhǎng)，說(shuō)明青貯有氧穩(wěn)定性越強(qiáng)、效果越好[40]。Muyzer 等研究發(fā)現(xiàn)，有氧穩(wěn)定性較好的青貯飼料缺乏酵母生長(zhǎng)的基質(zhì)，或者含有抑制性的化合物，可能是發(fā)酵過(guò)程中微生物的活動(dòng)所致[41]。有氧穩(wěn)定性時(shí)間也有可能跟有氧暴露情況下的溫度、青貯過(guò)程中原料壓實(shí)程度有關(guān)。本試驗(yàn)中，各紫花苜蓿處理組中15%、35%玉米秸稈添加組有氧穩(wěn)定性時(shí)間明顯長(zhǎng)于25%玉米秸稈添加組，可能是因?yàn)橐宜岷颗c青貯有氧穩(wěn)定性呈正相關(guān)，本試驗(yàn)的紫花苜蓿與玉米秸稈混合青貯的乙酸含量趨勢(shì)與其有氧穩(wěn)定性趨勢(shì)相符；另外，對(duì)照組2有氧穩(wěn)定性時(shí)間最長(zhǎng)，對(duì)照組1有氧穩(wěn)定性時(shí)間最短，說(shuō)明紫花苜蓿有氧穩(wěn)定性強(qiáng)于玉米秸稈有氧穩(wěn)定性[12]。

4 結(jié)論

綜合考慮得出結(jié)論：1～2 cm紫花苜蓿與2 cm玉米秸稈按75∶25或65∶35兩種比例進(jìn)行混合青貯，可有效改善青貯品質(zhì)。