乳酸菌添加劑對3種典型木本飼料青貯效果的影響

■劉曉婧 張穎超 楊富裕

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，北京100193)

隨著我國人口的增加和人們對肉蛋奶等動物蛋白需求的不斷增長，畜牧業(yè)面臨著高質(zhì)量飼料資源特別是蛋白飼料匱乏的巨大挑戰(zhàn)[1]。要想解決這一現(xiàn)實(shí)問題，除提高常規(guī)飼料的利用效率外，更應(yīng)積極開發(fā)非常規(guī)高蛋白飼料。由于木本飼料具有蛋白質(zhì)和鈣含量高，且在我國分布廣泛的特點(diǎn)，木本飼料的合理開發(fā)和高效利用對緩解我國蛋白飼料供需矛盾、降低飼料成本和促進(jìn)畜牧業(yè)發(fā)展具有重要意義[2-3]。

木本飼料主要為可食用的喬木、灌木、半灌木及竹類植物[4]，包括構(gòu)樹、刺槐、桑樹、銀合歡等。吳大林等[5]通過總結(jié)構(gòu)樹的營養(yǎng)價值、加工飼喂等方面的相關(guān)研究后認(rèn)為，構(gòu)樹葉經(jīng)發(fā)酵處理后可以長期保存且有利于動物的消化吸收，并指出未來應(yīng)將微生物菌種作為重點(diǎn)研究內(nèi)容。劉杰等[6]總結(jié)大量桑枝葉（粉）在畜禽養(yǎng)殖中的應(yīng)用情況，認(rèn)為桑樹作為動物飼料可以緩解人畜爭糧的問題，但在桑樹的添加量及飼料添加劑方面的研究仍不完善。聶林等[7]參考刺槐單一青貯、混合青貯和在育肥肉羊、育肥綿羊、豬等家畜飼喂利用的相關(guān)研究結(jié)果后指出，刺槐青貯技術(shù)方面的研究不夠成熟，有待進(jìn)一步發(fā)展。

青貯是利用乳酸菌將植物材料中的可溶性糖經(jīng)厭氧發(fā)酵生成有機(jī)酸，降低pH值，從而減少霉菌等好氧菌對營養(yǎng)消耗的一種飼草保存方式。但由于一些飼草的可溶性糖含量低、緩沖能值較高，導(dǎo)致其不易青貯。研究表明，青貯過程中需要一定量的乳酸菌（通常＞105cfu/g FM）才能產(chǎn)生大量乳酸，從而將青貯材料的pH值快速降至利于保存的范圍內(nèi)（pH值為4.2），實(shí)現(xiàn)飼草安全貯藏[8-10]。盡管乳酸菌對腐敗菌有一定的抑制作用，但抑制效果受乳酸菌株系、青貯材料種類和青貯條件影響而不盡相同[11]。青貯用的乳酸菌來源廣泛，主要分離于青貯飼料、飼草表面和反芻動物胃腸道內(nèi)容物[11-14]，但比較不同來源乳酸菌青貯效果的相關(guān)研究較少。

目前，我國對木本飼料應(yīng)用的支持力度不斷增加，但木本飼料青貯的適宜添加劑及其用量仍不明確。本次試驗(yàn)旨在研究幾種不同來源的乳酸菌及其混合制劑對三種常見木本飼料發(fā)酵品質(zhì)及營養(yǎng)成分的影響，為木本飼料乳酸菌添加劑的開發(fā)應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為河北涿州中國農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)基地種植的刺槐（Robinia pseudoacacia）、飼料桑（Morus alba L.）和雜交構(gòu)樹（Broussonetia papyrifera），收獲第2茬，高1.2 m左右，刈割后使用揉絲機(jī)對植物材料進(jìn)行揉絲處理后青貯。三種木本飼料的營養(yǎng)成分見表1。

表1 三種木本飼料的營養(yǎng)成分

選用五種乳酸菌添加劑，分別為a214（Lactobacil?lus plantarum，分離于河南鄭州苜蓿表面）、S37（Lacto?bacillus plantarum，分離于河南洛陽飼料桑表面）、F1（Lactobacillus plantarum，分離于荷斯坦奶牛瘤胃）、GFG（Lactobacillus plantarum,Lactobacillus buchneri和cellulase，四川高福記生物科技有限公司商業(yè)菌劑）和FG1（Lactobacillus plantarum，日本Chikuso-1公司商業(yè)菌劑）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017年8～12月在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)進(jìn)行。設(shè)置原料種類和添加劑兩個因素，材料種類包括刺槐、飼料桑和雜交構(gòu)樹，添加劑包括a214、S37、F1、FG1和GFG，接種量均為106cfu/g FM，并設(shè)置對照，共18個處理，每個處理重復(fù)3次。將揉絲后的原料分別與不同乳酸菌添加劑混合均勻后，裝入聚乙烯袋（18 cm×24 cm），每袋200 g左右，壓實(shí)、密封、室溫貯存。青貯30 d開袋，混勻后取樣，用于發(fā)酵品質(zhì)及營養(yǎng)成分的分析。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 發(fā)酵品質(zhì)測定

取20 g青貯樣，加入180 ml蒸餾水，浸提30 min，使用定性濾紙過濾后用于測定pH值；使用SHI?MADZE-10A型高效液相色譜分析乳酸、乙酸、丙酸、丁酸含量。將青貯浸提液用0.22 μm的微孔濾膜過濾，制成待測樣品。色譜柱：Shodex Rspak KC-811 S-DVB gel Column 30×8 mm；檢測器：SPD-M10AVp；流動相：3 mmol/l高氯酸；流速：1 ml/min；柱溫50 ℃；檢測波長210 nm；進(jìn)樣量5 μl；采用苯酚-次氯酸法測氨態(tài)氮，使用UV-2100紫外/可見分光光度計(jì)測定。

1.3.2 營養(yǎng)成分測定

將樣品放在（65±2）℃烘箱中烘至恒重測定干物質(zhì)（DM）含量，烘干后樣品所占比重即代表干物質(zhì)含量；凱氏定氮法測定粗蛋白質(zhì)（CP）含量，使用FOSS KJ2300型凱氏定氮儀測定；使用范氏（Van Soest)洗滌纖維分析體系測定中性洗滌纖維（NDF)與酸性洗滌纖維（ADF)，采用ANKOMA2000i全自動纖維儀分析；NDF與ADF的差值為半纖維素（ADS）含量；可溶性糖（WSC）采用蒽酮-硫酸比色法測定。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)使用Excel 2010初步整理。使用SPSS 21.0軟件分析，用單因素方差分析（one-way ANOVA,LSD）中Duncan's法對平均值進(jìn)行多重比較，P＜0.05表示差異顯著，P＞0.05表示差異不顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 三種木本飼料的發(fā)酵品質(zhì)(見表2)

表2 三種木本飼料青貯的發(fā)酵品質(zhì)

由表2可知，除在刺槐中添加S37及F1外，在三種木本飼料中分別添加五種添加劑后，青貯的pH值均低于對照組。在飼料桑中添加a214可顯著降低pH值（P＜0.05），但在刺槐及雜交構(gòu)樹中添加a214效果不顯著（P＞0.05），添加S37、FG1和GFG對降低雜交構(gòu)樹pH值作用顯著（P＜0.05）。各添加劑對飼料桑LA含量無顯著影響（P＞0.05），在刺槐中添加F1可提高青貯中LA含量（P＞0.05），但F1、FG1和GFG對雜交構(gòu)樹青貯LA含量作用顯著（P＜0.05）。五種添加劑對飼料桑和雜交構(gòu)樹青貯中AA含量影響不顯著（P＞0.05），在刺槐中添加S37后AA含量達(dá)2.32%DM，顯著高于對照組（P＜0.05）。各添加劑對三種材料PA含量影響各不相同，刺槐中添加除F1外的添加劑后，PA含量下降,但F1提高了刺槐青貯的PA含量；五種添加劑有提高雜交構(gòu)樹青貯PA含量的趨勢，其中添加GFG后PA含量顯著提高（P＜0.05）；添加劑對飼料桑青貯PA含量影響不顯著。S37菌株顯著提高飼料桑青貯中AN/TN值（P＜0.05），其余處理組與對照組之間差異不顯著。

2.2 三種木本飼料青貯的營養(yǎng)成分(見表3)

表3 三種木本飼料青貯的營養(yǎng)成分

由表3可知，五種添加劑對三種植物材料的DM含量影響各不相同，添加劑提高了刺槐中DM含量，其中添加a214、FG1和GFG的效果顯著（P＜0.05）；除S37提高飼料桑DM含量外,剩余添加劑均降低其含量；五種添加劑均可顯著降低雜交構(gòu)樹的DM含量（P＜0.05）。添加劑對三種木本飼料青貯的CP含量無顯著影響（P＞0.05）。在刺槐中添加GFG可顯著提高刺槐青貯的NDF和ADF含量（P＜0.05）；在飼料桑中添加a214可顯著降低其NDF含量（P＜0.05），但對ADF含量無顯著影響；S37和F1可顯著降低雜交構(gòu)樹中NDF和ADF含量（P＜0.05），同時添加FG1顯著增加其NDF、ADF含量。在刺槐中添加S37和GFG可顯著提高其ADS含量（P＜0.05）；在雜交構(gòu)樹中FG1有相似效果（P＜0.05），而F1添加劑會顯著降低其ADS含量（P＜0.05）。F1可顯著提高飼料桑青貯中WSC含量（P＜0.05），但在雜交構(gòu)樹中F1顯著降低其含量（P＜0.05）；在刺槐中添加FG1和GFG后，青貯中WSC含量顯著提高（P＜0.05）。

3 討論

3.1 五種添加劑對刺槐青貯品質(zhì)的影響

青貯pH值在4.2以下可以有效抑制雜菌生長，減少營養(yǎng)損失[15]。在刺槐中添加乳酸菌添加劑，青貯pH值變化不一，添加a214、FG1和GFG時pH值降低，但各處理pH值都在4.42～4.62之間，這可能是由于刺槐緩沖能力較高，影響pH值降低，同時李君臨等[16]的研究結(jié)果表明添加乳酸菌后青貯效果與植物材料的含水量有關(guān)，這也可能是此次試驗(yàn)中添加乳酸菌后pH值仍較高的原因之一。添加F1后，青貯LA、PA含量分別比對照提高0.63%DM和0.18%DM，AA含量降低0.15%，而添加S37、FG1和GFG后，AA含量提高，LA含量下降，這可能與異型發(fā)酵乳酸菌發(fā)酵將乳酸轉(zhuǎn)化為乙酸的發(fā)酵特性有關(guān)[17]。所有添加劑處理后，青貯的AN/TN值在4.53%～6.49%左右，低于10%，且未檢測到BA，屬于優(yōu)質(zhì)青貯飼料[18]。在營養(yǎng)品質(zhì)方面，添加乳酸菌在不同程度上提高了青貯后刺槐DM和WSC含量，且添加F1等乳酸菌可以降低NDF、ADF和ADS含量，可能由于LAB分解青貯材料細(xì)胞壁，形成利于乳酸發(fā)酵的可溶性糖[19]。同時，添加F1后CP含量高于對照組，說明F1添加劑可以減少蛋白質(zhì)降解，降低營養(yǎng)物質(zhì)損耗。綜合來看，單貯刺槐可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)青貯飼料，這與Zhang等[20]的研究結(jié)果一致，但添加F1菌株后可提高CP和WSC含量，降低NDF含量，青貯效果最佳。

3.2 五種添加劑對飼料桑青貯品質(zhì)的影響

試驗(yàn)結(jié)果顯示，在飼料桑中添加五種乳酸菌添加劑后，青貯pH值在4.13～4.27之間，均低于對照組，較低的pH值可在一定程度上抑制霉菌生長，利于青貯的保存，這與董志浩等[21]的研究結(jié)果基本一致。除添加S37外，其他處理的NDF和ADF含量都有所下降，而WSC含量增加，說明a214、F1、FG1、GFG可分解利用細(xì)胞壁成分用于青貯發(fā)酵[19]。除添加GFG外，青貯LA含量均有不同程度的提高，且添加S37和FG1后，AA含量提高，說明S37和FG1添加劑可以將WSC發(fā)酵生成LA和一部分AA[22]，這可能是由于兩種乳酸菌添加劑在生長過程中沒有產(chǎn)生足夠的乳酸，不足以抑制產(chǎn)乙酸微生物的生長而造成的。所有處理組的CP含量均低于對照組，其中F1處理CP含量（18.08%DM）最低，較對照組減少0.58%DM，但由于飼料桑蛋白含量較高[23]，各處理組的CP含量仍在18%DM以上，屬高蛋白飼料。但添加S37后AN/TN含量太高（18.78%DM），不能形成高品質(zhì)青貯，這可能與青貯過程中梭菌活動旺盛有關(guān)[24]?？傊陲暳仙Ｖ刑砑覨G1添加劑青貯效果最好。

3.3 五種添加劑對雜交構(gòu)樹青貯品質(zhì)的影響

在雜交構(gòu)樹中添加五種乳酸菌后青貯pH值降低，但仍在4.82～4.91左右，是三種木本飼料中pH值最高的。這可能是由于雜交構(gòu)樹緩沖能值較高[25]，不利于pH值降低導(dǎo)致的。同時，構(gòu)樹的WSC含量較低，在原料中為1.70%DM，兩因素共同導(dǎo)致構(gòu)樹較難青貯。在此次試驗(yàn)中，LA、AA、PA含量都有不同程度的提高，且除添加FG1外，所有處理的NDF、ADF含量都有所降低，這可能是由于微生物發(fā)酵將纖維素分解形成揮發(fā)性脂肪酸，而這些有機(jī)物是反芻動物的主要能量來源[26]。此外，使用a214、S37和F1青貯后的雜交構(gòu)樹，其粗蛋白質(zhì)含量降低，且處理中AN/TN含量都在22.03～25.84%DM左右，這與K.Kandylis等[27]所得數(shù)據(jù)大致相同，這可能與雜交構(gòu)樹本身難以青貯的特性有關(guān)。相比之下，添加F1乳酸菌后LA、AA含量提高，NDF、ADF、AN/TN下降，可在一定程度上改善雜交構(gòu)樹的發(fā)酵品質(zhì)。

3.4 五種添加劑對三種木本飼料青貯品質(zhì)的影響

木本飼料的共同特點(diǎn)是CP含量較高、WSC含量低同時緩沖能值高，導(dǎo)致青貯前期乳酸產(chǎn)量較少且pH值下降緩慢，梭狀芽孢桿菌生長不能被及時抑制，導(dǎo)致青貯品質(zhì)不佳。本研究中使用的乳酸菌菌種是在植物材料及動物胃腸道上分離得到的生長快、產(chǎn)酸快的青貯優(yōu)勢菌種，但試驗(yàn)結(jié)果表明，添加乳酸菌后，木本飼料青貯品質(zhì)有一定程度的提高，但是效果并不顯著，這可能是由于木本飼料中可溶性糖含量較低，導(dǎo)致發(fā)酵初期可利用發(fā)酵底物含量低，添加大量乳酸菌也不能發(fā)酵產(chǎn)生大量乳酸。同時，木本飼料青貯前含水量都在75%以上，含水量過高容易引起酪酸發(fā)酵而導(dǎo)致青貯失敗，可以通過密封前晾曬，降低原料含水量，提高WSC相對含量，為乳酸菌發(fā)酵提供有利條件。研究表明，AA和PA均有抑制好氣菌生長引起變質(zhì)的作用[9，27-28]，也可在青貯前添加有機(jī)酸幫助抑制雜菌生長。

S37菌株分離于飼料桑表面，但在飼料桑中添加S37后其青貯效果并不是五種添加劑中最好的，說明提高飼草青貯品質(zhì)的菌株不一定來自原植物表面，應(yīng)廣泛開發(fā)不同來源乳酸菌。F1菌株來自荷斯坦奶牛瘤胃，在刺槐和雜交構(gòu)樹中應(yīng)用效果較好，未來應(yīng)將反芻動物體內(nèi)提取乳酸菌作為乳酸菌添加劑研究重點(diǎn)。FG1和GFG是混合乳酸菌制劑，但GFG在三種木本飼料中并沒有表現(xiàn)出協(xié)同作用的優(yōu)勢，這與劉晶晶等[29]的研究結(jié)果不同，可能與植物材料和乳酸菌菌株的選擇有關(guān)。

4 結(jié)論

4.1 在木本飼料中添加單一乳酸菌或乳酸菌制劑均可在不同程度上提高木本飼料的青貯品質(zhì)，但不同乳酸菌添加劑在不同材料中表現(xiàn)有差異。

4.2 在刺槐和雜交構(gòu)樹中添加F1青貯，在飼料桑中添加FG1青貯效果最好。

4.3 荷斯坦牛瘤胃分離乳酸菌F1總體表現(xiàn)較優(yōu)，未來應(yīng)將動物體內(nèi)分離乳酸菌作為青貯乳酸菌添加劑的重點(diǎn)研究內(nèi)容。