添加微生物菌劑對“張雜谷”全株青貯品質和有氧穩(wěn)定性的影響

趙蕊蕊， 郭曉軍*， 郭 威,3， 任全軍， 薛曉華， 朱寶成

（1.河北農業(yè)大學生命科學學院，河北保定071000；2.張家口市農業(yè)科學院，河北張家口075000；3.河北眾邦生物技術有限公司，河北保定071000）

“張雜谷”具有高產、節(jié)水、耐貧瘠、耐干旱等諸多優(yōu)點（范光宇等，2016；楊萬軍等，2016），已被國家列為脫貧產業(yè)。目前，雜交谷子在全國14個省區(qū)已累計推廣3000萬畝，實現(xiàn)節(jié)水30億m3、增產糧食30億kg、增加飼草300萬t。隨著“張雜谷”種植面積的逐年增加，除了食用之外，開始嘗試將其飼草飼料化用于解決畜牧業(yè)飼草料資源不足的問題?！皬堧s谷”秸稈中所含的粗蛋白質為6.22% ～7.35%，尤其在蠟熟期粗蛋白質含量更高，其營養(yǎng)價值與有“飼草之王”稱號的苜蓿接近，高于其他禾本科牧草（楊久仙等，2006）。薄玉琨等（2017）報道，全株“張雜谷”干草可以替代燕麥草飼喂高產奶牛，同燕麥草相比產奶量和乳脂率基本持平，乳蛋白率提高顯著。青貯飼料具有耐貯藏、柔軟多汁、利于動物消化吸收的優(yōu)點，能夠長期保存青綠飼料的營養(yǎng)，在畜牧生產中已得到廣泛使用（張亞格等，2016）。但在實際的青貯過程中，由于所用原料種類和新鮮度不同，青貯表面附著的乳酸菌很少或沒有乳酸菌附著，導致青貯經常發(fā)生敗壞、變質現(xiàn)象。為促進青貯發(fā)酵，提高青貯飼料發(fā)酵品質與穩(wěn)定性，往往加入一些不同類型的青貯添加劑。為將秸稈加工轉化成優(yōu)質飼草，提高消化吸收利用率，研發(fā)利用微生物發(fā)酵農作物秸稈加工處理技術，有效改變了秸稈的組織結構，降低了木質纖維素含量，同時產生了大量的乳酸，該復合菌劑均為芽孢桿菌制劑，具有生產容易、價格低廉、倉儲期長等特點，能夠保證青貯秸稈快速而良好的發(fā)酵。

目前，“張雜谷”全株專用青貯劑鮮見報道，本試驗旨在研究微生物菌劑對“張雜谷”全株青貯品質及有氧穩(wěn)定性的影響，為“張雜谷”全株青貯生產及青貯品質評價提供科學依據(jù)，并為推動“張雜谷”飼草飼料產業(yè)化奠定基礎。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

1.1.1 樣品 “張雜谷”3號在抽穗期全株刈割后制作青貯飼料。

1.1.2 菌劑 復合菌劑：有效活菌數(shù)為1×1010cfu/g，由枯草芽孢桿菌F-1和枯草芽孢桿菌Y-1d以1∶1含量混合。其中枯草芽孢桿菌F-1產乳酸和乙酸，枯草芽孢桿菌Y-1d產纖維素酶、降解真菌毒素。委托河北眾邦生物技術有限公司生產。

市售青貯劑：有效活菌數(shù)為1×1010cfu/g，由植物乳桿菌和布氏乳桿菌組成。

1.2 試驗方法

1.2.1 “張雜谷”全株青貯 取同一塊地剛收割“張雜谷”3號經揉絲粉碎后，分別加入不同的菌劑，然后用液壓打包機打包，每包50 kg，每個試驗組6包，密封發(fā)酵45 d。分組如下：對照組：不添加任何菌劑；試驗組Ⅰ：添加復合菌劑；試驗組Ⅱ：添加市售菌劑。

1.2.2 青貯發(fā)酵品質的評價

1.2.2.1 青貯“張雜谷”的感官評價 按德國農業(yè)協(xié)會（ADLG）青貯質量感官評分標準，對各試驗組的感官指標進行評價（農業(yè)部畜牧獸醫(yī)司，1996）。

1.2.2.2 青貯“張雜谷”的水分、pH、有機酸的測定水分的測定參照GB/T6435-2006；pH的測定參照劉禎等（2012）的pH計方法；有機酸含量通過氣相色譜測定，氣相色譜分析條件：檢測器溫度270℃，進樣器溫度270℃，柱溫初溫60℃，梯度升溫到220℃，進樣量為2μL，分流比50∶1，采樣時間30 min。N2000色譜工作站，采用保留時間定性，內標法定量。

1.2.2.3 青貯“張雜谷”的營養(yǎng)成分測定 粗蛋白質（CP）的測定采用凱氏定氮法；氨態(tài)氮的測定采用滴定法（鄭喜春，2012）。酸性洗滌纖維（ADF）、中性洗滌纖維（NDF）、酸性洗滌木質素（ADL）的測定采用ANKOM A2000 i全自動纖維儀分析方法。

1.2.3 青貯“張雜谷”的有氧穩(wěn)定性測試 將發(fā)酵45 d的青貯“張雜谷”全部打開，室溫下暴露于空氣中，連續(xù)測定其溫度和pH的變化。

2 結果與分析

2.1 青貯“張雜谷”的感官評價 青貯45 d后，試驗組Ⅰ、Ⅱ均呈黃綠色，未發(fā)現(xiàn)霉變，無丁酸臭味，有芳香味，松軟不粘手，緊壓后濕潤但不形成水滴，符合發(fā)酵秸稈感官評定的優(yōu)級標準。對照組的秸稈未發(fā)現(xiàn)霉變。試驗組發(fā)酵效果優(yōu)于對照組。

2.2 青貯“張雜谷”的水分、pH、有機酸等營養(yǎng)成分 pH是衡量青貯品質的重要指標，能夠反映青貯飼料發(fā)酵的整體效果，一般要求小于4.2。由表1可以看出，對照組和試驗組Ⅰ，Ⅱ的pH均小于4.2，3組的pH相差不大。

表1 青貯“張雜谷”的水分、pH

乳酸、乙酸、丁酸含量是評價青貯品質的重要指標（郭旭生等，2008）。從圖1可以看出，與對照組相比，試驗組Ⅰ和試驗組Ⅱ的乳酸含量分別提高了100%和70.74%（P＜0.05），且試驗組Ⅰ的乳酸含量顯著高于試驗組Ⅱ（P＜0.05），提高了32.23%。乳酸含量的變化表明，復合菌劑和市售菌劑在青貯過程中均可以產生大量的乳酸，從而提高青貯的適口性，并且復合菌劑在提高乳酸含量方面顯著優(yōu)于市售菌劑。

圖1 青貯“張雜谷”的乳酸含量

從圖2可以看出，與對照組相比，試驗組Ⅰ和試驗組Ⅱ的乙酸含量分別降低了33.0%和55.86%，且兩組之間差異顯著（P＜0.05），試驗組Ⅰ的乙酸含量比試驗組Ⅱ高51.77%。較高的乙酸含量可以提高青貯的有氧穩(wěn)定性，但是過高的乙酸又會影響青貯的適口性，復合菌劑在三個組的乙酸含量中居于中間，優(yōu)于其他兩個組。

圖2 青貯“張雜谷”的乙酸含量

從圖3可以看出，與對照組相比，試驗組Ⅰ和試驗組Ⅱ的丁酸含量比對照組降低了28.79%和33.33%，且兩組之間無顯著差異。可見青貯過程中菌劑的添加可以迅速的降低青貯的pH，從而抑制其他腐敗菌的生長，減少丁酸的含量，有效提高秸稈的發(fā)酵品質。

圖3 青貯“張雜谷”的丁酸含量

氨態(tài)氮/總氮值可從蛋白質降解角度評價青貯發(fā)酵品質（郭旭生等，2008）。從圖4可知，試驗組Ⅰ“張雜谷”中氨態(tài)氮/總氮比達到1.41%，較對照組降低了1.70%，差異顯著（P＜0.05）。試驗組Ⅱ與試驗組Ⅰ沒有顯著差別。說明復合菌劑和市售菌劑效果相當，都能夠在發(fā)酵過程中產有機酸，抑制腐敗菌生長，減少粗蛋白質的損失。

青貯中各營養(yǎng)物質含量見圖5。與對照組相比，試驗組Ⅰ的ADF、NDF、ADL含量顯著降低（P＜0.05），ADF含量為38.28%，NDF含量為54.24%，ADL含量為4.06%，與對照組比較分別降低了4.90%、10.40%、2.26%。整體均比其他兩組含量低。試驗組Ⅱ的各種纖維素含量與對照組無顯著差別?？梢?，復合菌劑中的菌株F-1和Y-1d的纖維素降解能力較強，而市售菌劑主要由乳酸菌組成，乳酸菌一般不具有降解纖維素的能力。

圖4 青貯“張雜谷”的氨態(tài)氮/總氮值

圖5 青貯“張雜谷”各種纖維物質的含量

2.3 青貯“張雜谷”的有氧穩(wěn)定性

2.3.1 青貯“張雜谷”開袋后的料溫變化 由圖6可以看出，將發(fā)酵45 d的青貯“張雜谷”暴露于空氣中，在試驗進行的前9 d，各組的料溫均接近于室溫，并且對照組和試驗組之間的溫度差距也較小。第10天時，對照組的物料溫度開始上升，而此時試驗組的溫度仍與室溫相差不大。第12天時試驗組Ⅱ的溫度也開始高于室溫，與對照組溫度相近，高于室溫5℃。到15 d時試驗組Ⅰ的溫度接近室溫，但還未高于室溫。一般認為當青貯“張雜谷”高于環(huán)境溫度3℃時就開始發(fā)生“二次發(fā)酵”（劉建新等，1999），說明添加菌株F-1和Y-1d的復合菌劑延緩了“二次發(fā)酵”的時間。

圖6 青貯“張雜谷”開窖后的料溫變化

2.3.2 青貯“張雜谷”開袋后的pH變化 由圖7可見，開袋后的前7 d，各組的物料pH彼此之間相差不大，直到第8天，對照組的pH開始上升，12 d時，pH已達到5.99。有報道顯示，當青貯物料pH達到5.0時，則說明已發(fā)生“二次發(fā)酵”（劉建新等，1999）。試驗組Ⅰ的pH在第15天時測定為4.98，試驗組Ⅰ仍處于穩(wěn)定狀態(tài)，試驗組Ⅱ在第13天pH為5.02，呈不穩(wěn)定狀態(tài)。表明添加菌株F-1和Y-1d的復合菌劑能夠提高青貯張雜谷的有氧穩(wěn)定性。

圖7 青貯“張雜谷”開窖后的pH變化

3 討論

為獲得優(yōu)質的青貯飼料，各國都在積極調配各類復合的微生物青貯接種劑。相對于普遍添加的乳酸菌類，芽孢桿菌具有其自身獨特的優(yōu)勢，其不僅繁殖旺盛，具有較強的抗逆性，在飼料制作、貯存、運輸過程中能夠保持穩(wěn)定和較高的活性（邱雪興等，2014），且生產容易、成本低廉。研究發(fā)現(xiàn)，芽孢桿菌還能夠產生多種的消化酶，其中包括淀粉酶、纖維素酶等，在這些酶的作用下，飼料中復雜的碳水化合物被降解，有助于動物的消化吸收。因此，研究新型芽孢桿菌青貯制劑將具有廣泛的應用價值。

目前對青貯飼料的發(fā)酵品質主要是以乳酸、乙酸、丁酸含量以及氨態(tài)氮占總氮的比值來評價（文奇男等，2011）。乳酸和乙酸能夠迅速降低秸稈的pH，有效的防止霉菌和酵母菌等有害微生物的有 氧 腐 敗 （Driehuis等，1999；Muck等，1991）。Schmidt等（2010）研究表明，在青貯料中添加乙酸后能夠有效的降低pH，抑制好氣性微生物在青貯飼料中的繁殖，防止青貯飼料腐敗變質。與市售菌劑相比較，復合菌劑產乳酸和乙酸含量均較高，在增加青貯飼料適口性的同時還可以提高有氧穩(wěn)定性。氨態(tài)氮主要是由原料中的蛋白質和含氮化合物經一些腐敗微生物的分解產生，氨態(tài)氮的含量越高，則青貯飼料品質越差，營養(yǎng)價值也就越低。添加菌劑后試驗組Ⅰ和Ⅱ的氨態(tài)氮殘留都有所下降，復合菌劑和市售菌劑的效果相當，表明這兩種菌劑都能夠更好的抑制霉菌生長，減少粗蛋白質的流失。由于植物性青貯原料纖維素含量較高，大部分的纖維素都難以利用，不能有效提高青貯飼料的消化率（美合熱阿依·木臺力甫，2014）。研究得出，利用纖維素酶制劑可解決粗纖維消化率，增加發(fā)酵糖的含量。然而纖維素分解酶制劑成本較高，制備復雜，添加量有限?，F(xiàn)階段纖維素酶添加劑在國內外的應用仍在研究中（美合熱阿依·木臺力甫，2014）。添加微生物菌劑可以有效降解飼料中的纖維素，更大程度的提高纖維素的利用率，還可有效控制成本。試驗組Ⅰ的ADF、NDF、ADL含量比對照組分別降低了4.90%、10.40%、2.26%。與美合熱阿依·木臺力甫（2014）的試驗結果相比纖維素的降解效果較好。試驗組Ⅱ的各種纖維素含量于對照組沒有顯著差別。

在青貯中添加復合菌劑后，不僅能夠提高乳酸含量，保證乙酸含量，降低氨態(tài)氮/總氮和纖維素含量，而且延遲了“二次發(fā)酵”時間，提高了其有氧穩(wěn)定性。添加復合菌劑的試驗組Ⅰ在飼料開袋后料溫和pH與其他兩組相比較低，能夠使發(fā)酵飼料保持穩(wěn)定，延長保存時間。因此，F(xiàn)-1和Y-1d作為一種青貯劑菌種，不僅滿足了一般青貯接種劑的要求，而且因其自身為芽孢桿菌的優(yōu)勢，能夠更好的應用到青貯中。

4 結論

本試驗結果表明，在“張雜谷”全株中添加菌株F-1和Y-1 d的復合菌劑發(fā)酵后，乳酸含量顯著提高，丁酸含量顯著降低，同時氨態(tài)氮/總氮值和不同纖維素含量也有所降低，改善了“張雜谷”的發(fā)酵品質，延遲了“二次發(fā)酵”時間，提高了其有氧穩(wěn)定性。