復(fù)合菌劑對(duì)干谷草發(fā)酵品質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的影響

田祖光， 孫悅龍， 劉 浩， 趙蕊蕊， 郭曉軍*

（1.保定市生產(chǎn)力促進(jìn)中心，河北保定071000；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，河北保定071000）

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，谷類(lèi)作物栽培面積及產(chǎn)量位居世界第一（郭永慶等，2009），尤其在北方地區(qū)，谷類(lèi)作物產(chǎn)量遠(yuǎn)高于其他地區(qū)。大量谷類(lèi)作物的種植也帶來(lái)了谷草資源利用不充分等問(wèn)題，因此，提高谷草資源利用率是亟需解決的問(wèn)題（江平，2004）。谷草是一種優(yōu)質(zhì)的飼料原料，其在養(yǎng)殖業(yè)中的推廣與應(yīng)用在一定程度上緩解了我國(guó)由于飼料資源不足帶來(lái)的飼料短缺問(wèn)題（畢于運(yùn)，2010），同時(shí)提高了谷草的資源利用率。研究表明，谷草營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，將其替代牲畜日糧中部分粗飼料具有良好的飼喂效果（孫茂紅等，2015）。雖然谷草是一種可被反芻動(dòng)物利用的粗飼料替代品，但是粗蛋白質(zhì)含量?jī)H在5%左右，高含量的木質(zhì)纖維素導(dǎo)致谷草飼喂反芻動(dòng)物后采食量與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用率降低（王旭等，2005）。

研究表明，谷草經(jīng)微生物發(fā)酵后，可明顯提升其品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，有效降解谷草中殘留的霉菌毒素和抗?fàn)I養(yǎng)因子（Okeke Chiamaka等，2015）。此外，發(fā)酵谷草中含有眾多益生菌、消化酶和有機(jī)酸等，有助于改善動(dòng)物腸道微生物區(qū)系的動(dòng)態(tài)平衡，促進(jìn)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用，還能夠降低反芻動(dòng)物等的瘤胃pH，抑制病原菌的繁殖，提高動(dòng)物機(jī)體的免疫力，減少疾病的發(fā)生率 （Niu等，2019）。飼料經(jīng)過(guò)微生物發(fā)酵后，還可顯著減少家禽糞便氨態(tài)氮的排放，有效改變重金屬的化學(xué)形態(tài)，降低氨氣和硫化氫的排放量，明顯改善飼喂環(huán)境，減少畜禽養(yǎng)殖污染（Sheng等，2016；Ahmed等，2014）。因此，本試驗(yàn)采用兩株枯草芽孢桿菌和一株魏斯氏菌發(fā)酵干谷草，通過(guò)發(fā)酵品質(zhì)評(píng)定與綿羊體內(nèi)和體外法評(píng)價(jià)發(fā)酵干谷草的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，進(jìn)一步明確發(fā)酵干谷草在反芻動(dòng)物飼喂中的作用，為干谷草的綜合利用提供種質(zhì)資源，為反芻動(dòng)物的飼養(yǎng)提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 復(fù)合菌劑：有效活菌數(shù)為1×1010cfu/g，由枯草芽孢桿菌F-1、枯草芽孢桿菌2N-14和魏斯氏菌X-2以4:4:2混合。委托河北眾邦生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)。營(yíng)養(yǎng)性添加劑：硫酸銨?！皬堧s谷”干谷草。

1.2 谷草發(fā)酵方法 將“張雜谷”谷草用粉碎機(jī)粉碎成＜2.0 cm的小段，用噴霧器均勻地噴灑自來(lái)水，使其含水量達(dá)到50%左右。將微生物發(fā)酵菌劑（添加量1%，濕重）溶解于自來(lái)水中，用噴霧器均勻地噴灑在粉碎的谷草上，攪拌均勻后稱(chēng)取50 kg裝于白色塑料袋中，壓實(shí)密封，制成加菌發(fā)酵谷草（試驗(yàn)組）。以不添加復(fù)合菌劑和硫酸銨的谷草作為對(duì)照（對(duì)照組）。每組制作60袋，各3 t。室溫下放置60 d，開(kāi)封后各取2個(gè)打包袋進(jìn)行樣品采集，樣品用于感官評(píng)價(jià)、營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定、體外產(chǎn)氣試驗(yàn)和尼龍袋降解率試驗(yàn)。

1.3 試驗(yàn)動(dòng)物與飼養(yǎng)管理 提供瘤胃液的動(dòng)物為4只裝有永久瘤胃瘺管的新疆細(xì)毛羊與杜泊羊雜交的4周歲公綿羊，體重為（40.83±4.11）kg，參照《肉羊飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)》（NY/T 816-2004）推薦的營(yíng)養(yǎng)需要配制基礎(chǔ)飼糧，精粗比為3：7，其組成及營(yíng)養(yǎng)水平見(jiàn)表1。每天于07:00和17:00等量飼喂2次，先粗后精，自由飲水。

表1 基礎(chǔ)飼糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 感官評(píng)價(jià) 按德國(guó)農(nóng)業(yè)協(xié)會(huì)（ADLG）質(zhì)量感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各試驗(yàn)組的感官指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)（農(nóng)業(yè)部畜牧獸醫(yī)司，1996）。

1.4.2 水分、pH、有機(jī)酸測(cè)定 水分的測(cè)定參照GB/T6435-2006；pH的測(cè)定參照劉禎等（2012）的pH計(jì)方法；有機(jī)酸含量測(cè)定參照趙蕊蕊等（2019）方法進(jìn)行。

1.4.3 營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定 發(fā)酵干谷草干物質(zhì)（DM）、粗蛋白質(zhì)（CP）、中性洗滌纖維（NDF）、酸性洗滌纖維（ADF）、酸性洗滌木質(zhì)素（ADL）的測(cè)定參照趙蕊蕊等（2019）方法進(jìn)行。

1.4.4 發(fā)酵干谷草綿羊瘤胃降解率測(cè)定 將加菌和不加菌發(fā)酵谷草樣品分別烘干、粉碎并混合均勻。精確稱(chēng)取5.000 g谷草樣品放于預(yù)先恒重的尼龍袋內(nèi)，參照吳立坡（2020）方法測(cè)定瘤胃降解率。

1.4.5 發(fā)酵干谷草綿羊體外產(chǎn)氣量測(cè)定 在采集瘤胃液進(jìn)行體外產(chǎn)氣試驗(yàn)之前先預(yù)飼10 d。采用單因素完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，體外發(fā)酵系統(tǒng)有2個(gè)發(fā)酵罐（每個(gè)發(fā)酵罐的有效容積為200 mL），其中1個(gè)發(fā)酵罐設(shè)為空白對(duì)照組（不添加發(fā)酵底物和谷草，用于發(fā)酵罐中產(chǎn)氣量的校正），1個(gè)發(fā)酵罐添加培養(yǎng)液+發(fā)酵底物+加菌發(fā)酵谷草，發(fā)酵12 h，試驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行5 d，即每個(gè)添加水平設(shè)置5個(gè)重復(fù)。參照張仲卿（2019）方法測(cè)定產(chǎn)氣量、pH和揮發(fā)性有機(jī)酸。

1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 發(fā)酵干谷草發(fā)酵品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)采用SAS 9.3中的T-test進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。以P＜0.05為差異顯著評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵干谷草的感官評(píng)價(jià) 發(fā)酵后，試驗(yàn)組未發(fā)現(xiàn)霉變，有芳香味道，無(wú)丁酸臭味，谷草松軟，緊壓后呈團(tuán)狀且無(wú)水滴流下，符合感官評(píng)價(jià)的優(yōu)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)照組未發(fā)現(xiàn)霉變，但發(fā)酵效果明顯低于試驗(yàn)組。

2.2 發(fā)酵干谷草的水分、pH、有機(jī)酸含量 由圖1可知，試驗(yàn)組含水量為49.87%，較對(duì)照組降低了0.85%（P＞0.05）；試驗(yàn)組的乳酸、乙酸含量分別為5.42%、1.80%，較對(duì)照組分別提高431.37%（P＜0.05）、63.64%（P＞0.05），乳酸、乙酸含量的升高使得發(fā)酵后的谷草具有芳香性，有助于提高干谷草的適口性。試驗(yàn)組pH為3.98，較對(duì)照組降低了23.46%（P＜0.05），發(fā)酵飼料的pH小于4被認(rèn)為是優(yōu)質(zhì)飼料。

圖1 發(fā)酵谷草發(fā)酵指標(biāo)

2.3 谷草營(yíng)養(yǎng)成分分析 發(fā)酵谷草的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值分析結(jié)果見(jiàn)圖2。干谷草在添加了微生物菌劑和硫酸銨后DM含量為60.34%，較對(duì)照組提高了0.13%（P＞0.05）；CP含量為13.04%，較對(duì)照組提高了61.19%（P＜0.05）；NDF、ADF、ADL含量分別為65.95%、43.59%、7.47%，較對(duì)照組分別降低了9.06%、12.28%、14.92%（P＜0.05）。

圖2 發(fā)酵谷草營(yíng)養(yǎng)價(jià)值分析

2.4 發(fā)酵干谷草的瘤胃降解率結(jié)果 由表2可知，試驗(yàn)組DM的快速降解部分為11.04%，較對(duì)照組 提 高16.83%（P＜0.05）；慢 速 降 解 部 分 為55.93%，較對(duì)照組降低了2.60%（P＞0.05），慢速降解部分的降解率為0.05%，較對(duì)照組提高25.00%（P＜0.05）；有效降解率為39.01，較對(duì)照組提高11.55%（P＜0.05）。試驗(yàn)組CP的快速降解部分為15.82%，較對(duì)照組提高了8.50%（P＜0.05）；慢速降解部分為32.83%，較對(duì)照組降低了2.18%（P＞0.05）；慢速降解部分的降解率為0.05%，較對(duì)照組提高了25.00%（P＜0.05）；有效降解率為32.24，較對(duì)照組提高了9.29%（P＜0.05）。試驗(yàn)組NDF的快速降解部分為13.36%，較對(duì)照組提高了15.87%（P＜0.05）；慢速降解部分為80.54%，較對(duì)照組提高了0.6%（P＞0.05）；慢速降解部分的降解率為0.03%，較對(duì)照組提高了50.00%（P＜0.05）；有效降解率為43.56，較對(duì)照組提高了26.85%（P＜0.05）。試驗(yàn)組ADF的快速降解部分為8.06%，較對(duì)照組提高了20.66%（P＜0.05）；慢速降解部分為65.65%，較對(duì)照組降低了1.34%（P＜0.05）；慢速降解部分的降解率為0.04%，較對(duì)照組提高了33.33%（P＜0.05）；有效降解率為37.24，較對(duì)照組提高了17.74%（P＜0.05）。

表2 發(fā)酵干谷草瘤胃降解參數(shù)

2.5 培養(yǎng)液pH及揮發(fā)性脂肪酸濃度和比例由圖3可知，試驗(yàn)組培養(yǎng)液的pH為6.84，較對(duì)照組降低了1.58%（P＜0.05），pH的降低可有效抑制腐敗菌的繁殖生長(zhǎng)。試驗(yàn)組培養(yǎng)液中乙酸和丙酸含量為62.56%、26.38%，分別較對(duì)照組提高了3.87%、8.96%（P＜0.05）；丁酸含量為11.16%，較對(duì)照組降低了28.28%（P＜0.05），丁酸含量的降低減少了臭味，同時(shí)乙酸/丙酸比例降低。

圖3 發(fā)酵谷草體外發(fā)酵指標(biāo)的分析

2.6 總產(chǎn)氣量和甲烷產(chǎn)量 由表3可知，試驗(yàn)組總產(chǎn)氣量為93.53 mL/g，較對(duì)照組提高了4.28%（P＜0.05）；而甲烷產(chǎn)氣量為42.56 mL/g，較對(duì)照組降低了5.92%（P＜0.05）。

表3 發(fā)酵谷草體外發(fā)酵總產(chǎn)氣量和甲烷產(chǎn)量分析mL/g

3 討論

谷草營(yíng)養(yǎng)豐富，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，作為一種粗飼料替代品，被廣泛應(yīng)用于飼喂牲畜等。谷草中粗蛋白質(zhì)（CP）含量大約為7.5%，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值遠(yuǎn)高于其他禾本科植物（范光宇等，2016），但是谷草中高含量的粗纖維導(dǎo)致其不能被充分利用。研究表明，谷草的纖維品質(zhì)比青干草等較差，但優(yōu)于玉米等（張吉鹍等，2004）。任偉忠等（2020）研究了不同比例全株玉米青貯、谷草等對(duì)于奶牛的影響，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)谷草添加比例為45%時(shí)，飼喂效果較好，表觀消化率提高了9%～14%。為了充分利用谷草，使用益生菌將其發(fā)酵是一種提高資源利用率的有效方式。本試驗(yàn)中，利用兩株枯草芽孢桿菌和一株魏斯氏菌發(fā)酵干谷草。干谷草發(fā)酵后，試驗(yàn)組未發(fā)現(xiàn)霉變，有芳香味道，無(wú)丁酸臭味，谷草松軟，緊壓后呈團(tuán)狀且無(wú)水滴流下，符合感官評(píng)價(jià)的優(yōu)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。谷草發(fā)酵后，含水量無(wú)明顯差異，pH降低，乳酸、乙酸含量升高，丁酸含量降低。丁酸含量的降低對(duì)谷草發(fā)酵后沒(méi)有丁酸臭味進(jìn)行了合理解釋。研究表明，乳酸、乙酸含量的升高能有效提高飼料的適口性，顯著提高動(dòng)物采食量，高含量的乳酸對(duì)動(dòng)物的腸道健康和生長(zhǎng)性能具有正向作用（任偉忠等，2020）。此外，pH的降低明顯改善了腸道屏障功能，可有效防止大腸桿菌等病原菌在腸道中定植（張強(qiáng)等，2018）。

通過(guò)對(duì)發(fā)酵后的干谷草進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)成分分析，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，干谷草在添加了微生物菌劑和硫酸銨后CP含量顯著升高，NDF、ADF、ADL的含量顯著降低。吳寶華等（2015）發(fā)現(xiàn)，未發(fā)酵干谷草CP含量為8.5%左右，郭慶勇等（2009）試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，谷草的CP含量為5%左右。本試驗(yàn)中谷草經(jīng)過(guò)發(fā)酵后，CP含量為13.04%，較未發(fā)酵的谷草具有較大的提升，這說(shuō)明發(fā)酵對(duì)于干谷草CP含量的提高具有明顯的促進(jìn)作用。干谷草中粗纖維的高含量是造成谷草利用率低的主要原因，干谷草中NDF含量為70.15%，ADF含量為43.43%（李蓓蓓等，2017）。盡管反芻動(dòng)物的瘤胃中含有大量能夠分解木質(zhì)纖維素的菌株，但其利用率低仍未得到有效解決。本試驗(yàn)結(jié)果表明，谷草經(jīng)過(guò)發(fā)酵后，NDF、ADF、ADL含量分別為65.95%、43.59%、7.47%，明顯低于未發(fā)酵谷草。這些大分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)過(guò)菌株的分解，轉(zhuǎn)化為可供動(dòng)物易消化利用的小分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

瘤胃體內(nèi)法試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)組ED、CP、NDF、ADF的有效降解均顯著高于對(duì)照組。ED的降解率說(shuō)明了其被消化利用的難易程度，飼料中的粗纖維是影響干物質(zhì)降解率的關(guān)鍵因素，纖維含量高會(huì)降低ED的降解率（薛紅楓等，2007）。試驗(yàn)中，由于添加了能夠降解纖維素的菌株，飼料中粗纖維含量減少，進(jìn)而提高了ED的利用率。CP含量是判斷飼料蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的主要依據(jù)，經(jīng)過(guò)發(fā)酵后，谷草的蛋白質(zhì)分子產(chǎn)生差異，而這種差異主要體現(xiàn)在酰胺II區(qū)（Yu，2004）。研究發(fā)現(xiàn)，酰胺II區(qū)主要由N-H彎曲、C-N伸展和少量的C=O伸展、C-C伸展和N-C伸展組成，由于發(fā)酵等工藝，影響了酰胺II區(qū)的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了與未經(jīng)發(fā)酵谷草處理的差異，這種差異決定了動(dòng)物機(jī)體對(duì)CP的消化吸收（Liu等，2020）。

體外法試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)組總產(chǎn)氣量顯著高于對(duì)照組，甲烷產(chǎn)氣量顯著低于對(duì)照組。谷草發(fā)酵的主要產(chǎn)氣來(lái)源是碳水化合物和CP，當(dāng)飼料中可發(fā)酵和瘤胃微生物活性的提高，產(chǎn)氣量就越大（雷冬至等，2009）。碳水化合物包括結(jié)構(gòu)性碳水化合物和非結(jié)構(gòu)性碳水化合物，由于復(fù)合菌株的發(fā)酵作用，改變了碳水化物的結(jié)構(gòu)，提高其含量，進(jìn)而提高了總產(chǎn)氣量（田雨佳等，2018）。這可能是菌株產(chǎn)生的消化酶，作用于谷草的莖稈，將內(nèi)部的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)釋放了出來(lái)。而甲烷產(chǎn)氣量的減少，可能是加入的復(fù)合菌劑抑制了產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)繁殖，或是谷草發(fā)酵后，提高了飼料的吸收利用率，減少了飼料在瘤胃中的存留時(shí)間，進(jìn)而減少甲烷的產(chǎn)氣量，具體原因還需要進(jìn)一步研究與分析。

4 結(jié)論

在干谷草中添加復(fù)合菌劑和硫酸銨發(fā)酵后，粗蛋白質(zhì)和乳酸含量顯著提高，不同纖維素含量顯著降低，改善了干谷草的發(fā)酵品質(zhì)。各營(yíng)養(yǎng)組分的瘤胃有效降解率均顯著提高；總產(chǎn)氣量顯著提高，而產(chǎn)甲烷量顯著降低。