添加殘次蘋果發(fā)酵物對(duì)玉米秸稈青貯品質(zhì)的影響

郭 睿 艾 琪 陳亞飛 蘇華維 蔣 慧* 蔣 濤*

(1.塔里木大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，阿拉爾 843300；2.塔里木畜牧科技兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，阿拉爾 843300；3.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，北京 100193；4.動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193)

新疆畜牧業(yè)以牛、羊等草食家畜為主，需要大量的飼草作為支撐，近幾十年來(lái)由于過(guò)渡放牧等人為原因，造成天然草地退化嚴(yán)重，提供給草食家畜的飼草嚴(yán)重不足[1-3]；另外，新疆是著名的瓜果之鄉(xiāng)，林果種植面積占全疆耕地面積的24%，在主產(chǎn)區(qū)農(nóng)民人均收入中，來(lái)自林果業(yè)的人均收入在45%以上，2017年底，蘋果的種植面積達(dá)7.64萬(wàn)hm2，總產(chǎn)量為153.41萬(wàn)t，2018年僅阿克蘇地區(qū)蘋果栽培面積達(dá)2.59萬(wàn)hm2，總產(chǎn)量為63.04萬(wàn)t[4-5]。畜牧業(yè)產(chǎn)值占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值19%左右，因此，新疆人工草地與林果業(yè)等經(jīng)濟(jì)作物在種植業(yè)的比較中處于劣勢(shì)，造成人工草地的發(fā)展受到限制，使得新疆優(yōu)質(zhì)粗飼料資源匱乏[3,6]。

隨著新疆林果業(yè)的快速發(fā)展，蘋果的產(chǎn)量逐年增加，蘋果生產(chǎn)中，殘果、次果、落地果占10%左右，采摘運(yùn)輸過(guò)程中的刺傷、碰撞損失占15%左右，自然腐爛率為10%左右，蘋果的傷殘爛果率可達(dá)25%左右，殘次蘋果資源不斷增大，殘次蘋果加工利用率不到20%[7-8]。同時(shí)，新疆地理位置偏遠(yuǎn)，缺少深加工，殘次蘋果加工利用率低于全國(guó)平均水平，多數(shù)殘次蘋果被拋棄，腐敗變質(zhì)，資源浪費(fèi)嚴(yán)重[4,9]。目前，在飼料加工方面蘋果渣的利用較多，殘次蘋果用作飼料加工的報(bào)道較少[10-12]。

殘次蘋果含有豐富的可溶性碳水化合物，為微生物發(fā)酵提供充足的發(fā)酵底物，再加之水分含量較高，很容易發(fā)生腐敗變質(zhì)，如果將其制成發(fā)酵物，可保存其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，就能更好地利用這一資源，減少浪費(fèi)。玉米秸稈青貯是來(lái)源最廣泛、應(yīng)用普遍的一種反芻動(dòng)物飼料，據(jù)2019年報(bào)道，新疆有玉米秸稈993.08萬(wàn)t[5]，但由于去穗玉米秸稈青貯的碳水化合物中淀粉含量低，纖維含量高，營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)差，為改善其青貯品質(zhì)，研究者們將玉米秸稈與廢棄白菜[13]、萵筍葉[14]、紫荊花[15]等副產(chǎn)品進(jìn)行混合青貯，獲得了較好的青貯品質(zhì)。因此，為合理利用含有豐富可溶性碳水化合物的殘次蘋果資源，改善玉米秸稈青貯品質(zhì)，克服殘次蘋果與玉米秸稈生產(chǎn)不在同一時(shí)間節(jié)點(diǎn)的矛盾，本研究以殘次蘋果發(fā)酵物和干玉米秸稈為原料，旨在探索添加殘次蘋果發(fā)酵物能否改善玉米秸稈的青貯品質(zhì)及其適宜添加比例，為殘次蘋果發(fā)酵物和玉米秸稈的初步利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

殘次蘋果和玉米秸稈均購(gòu)買于周邊團(tuán)場(chǎng)，在殘次蘋果中添加本研究團(tuán)隊(duì)篩選的幾種乳酸菌組合進(jìn)行發(fā)酵得到殘次蘋果發(fā)酵產(chǎn)物。青貯原料營(yíng)養(yǎng)水平和微生物數(shù)量見(jiàn)表1。

表1 青貯原料營(yíng)養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))和微生物數(shù)量(鮮重基礎(chǔ))

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，將殘次蘋果發(fā)酵物與玉米秸稈按不同重量百分比混合，添加比例分別為0∶10(Ⅰ組)、1∶9(Ⅱ組)、3∶7(Ⅲ組)、5∶5(Ⅳ組)、7∶3(Ⅴ組)，每組3個(gè)重復(fù)。

1.3 混貯飼料的調(diào)制

將玉米秸稈切成2～3 cm的長(zhǎng)度，殘次蘋果發(fā)酵物和玉米秸稈按試驗(yàn)設(shè)計(jì)的重量百分比混勻，水分含量低的組用自來(lái)水調(diào)節(jié)至與高水分組相當(dāng)，壓入潔凈的1 L玻璃廣口瓶中，壓實(shí)密度為(650±50) g/L，用凡士林和膠帶密封。青貯制作時(shí)對(duì)不同比例混合的原料分別進(jìn)行取樣，用于測(cè)定營(yíng)養(yǎng)水平；90 d后開(kāi)蓋取樣，分析青貯飼料營(yíng)養(yǎng)水平和發(fā)酵品質(zhì)；同時(shí)檢測(cè)發(fā)酵罐開(kāi)蓋后第0、1、3、5、8、15天各組在有氧暴露下pH及乳酸菌、酵母菌和霉菌數(shù)量的變化。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.4.1 青貯原料與青貯飼料營(yíng)養(yǎng)水平的測(cè)定

分別稱取各混合比例發(fā)酵前和發(fā)酵后樣本各200 g在65 ℃烘箱(DHG-9240A，上海齊欣)中，烘干至恒重，粉碎后過(guò)40目篩，密封保存?zhèn)溆?。干物質(zhì)(DM)含量采用烘干法測(cè)定；粗蛋白質(zhì)(CP)含量采用凱氏定氮法[16]測(cè)定；中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)含量采用范氏洗滌纖維法[17]測(cè)定；可溶性碳水化合物(WSC)含量采用蒽酮-硫酸比色法[18]測(cè)定。

1.4.2 青貯飼料的感官評(píng)定、pH及發(fā)酵品質(zhì)的測(cè)定

通過(guò)pH、色澤、氣味、質(zhì)地以及霉變情況進(jìn)行感官評(píng)定[19]。開(kāi)瓶取出青貯飼料混合均勻后，準(zhǔn)確稱取50 g青貯飼料放入1 L三角瓶中，加450 mL蒸餾水后封口，放入4 ℃冰箱中浸提24 h，用滌綸布過(guò)濾，并擠盡殘?jiān)械奶崛∫?，用定量濾紙過(guò)濾，所得提取液保存?zhèn)溆?。在提取液中加?5%的偏磷酸(浸提液與偏磷酸的體積比為5∶1)，靜置30 min，在1 500 r/min，4 ℃離心15 min，上清液經(jīng)0.45 μm濾膜過(guò)濾，用高效液相色譜儀測(cè)定乳酸(LA)含量[20]，高效氣相色譜儀測(cè)定乙酸(AA)、丙酸(PA)、丁酸(BA)的含量[21]。

pH用酸度計(jì)(PHSJ-5，上海雷磁)測(cè)定。

用苯酚-次氯酸鈉比色法[22]測(cè)定氨態(tài)氮(NH3-N)含量。

青貯品質(zhì)的綜合評(píng)分：將有機(jī)酸占總酸比例的得分和NH3-N占總氮的得分相結(jié)合，兩者各占50%(即有機(jī)酸得分除以2，再與NH3-N得分相加)得到綜合得分[23]。

1.4.3 青貯飼料在有氧暴露下微生物數(shù)量的測(cè)定

在青貯90 d開(kāi)蓋取樣，記為有氧試驗(yàn)第0天，開(kāi)蓋第2天記為有氧試驗(yàn)的第1天，以此類推。分別稱取開(kāi)蓋后第0(青貯當(dāng)天)、1、3、5、8、15天的青貯飼料20 g樣品，加入180 mL的滅菌水，并做倍比稀釋，每個(gè)稀釋梯度做3個(gè)重復(fù)，乳酸菌用MRS培養(yǎng)基、酵母菌用PDA培養(yǎng)基、霉菌使用高鹽察氏培養(yǎng)基進(jìn)行平板涂布，對(duì)相應(yīng)微生物菌落進(jìn)行計(jì)數(shù)[24]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用分析軟件DPS v3.01專業(yè)版和Excel 2019處理，數(shù)據(jù)采用單因素方差分析，并作Duncan氏法多重比較。P<0.05為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 青貯飼料的感官評(píng)定

青貯90 d后，通過(guò)觀察殘次蘋果發(fā)酵物與玉米秸稈混貯的色澤、氣味、質(zhì)地等對(duì)其進(jìn)行評(píng)分并將結(jié)果列入表2。Ⅰ組的pH為4.72，顏色為褐色，有刺鼻酒酸味，質(zhì)地略帶黏性，青貯感官得分為33，等級(jí)為中；Ⅱ組的pH為4.40，顏色為淺褐色，有淡酸味，質(zhì)地松軟不黏手，青貯感官得分為49，等級(jí)為中；Ⅲ和Ⅳ組的pH分別為4.01、3.83，顏色分別為黃色和黃褐色，甘酸味舒適，質(zhì)地松軟不黏手，青貯感官得分分別是83、81，等級(jí)為優(yōu)；Ⅴ組的pH為3.71，顏色呈褐色，甘酸味舒適，質(zhì)地松軟但黏手，青貯感官得分是61，等級(jí)是良。

表2 混合青貯飼料感官評(píng)定

2.2 青貯發(fā)酵前后的營(yíng)養(yǎng)水平

由表3可知，發(fā)酵前，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組的DM含量顯著高于Ⅳ、Ⅴ組(P<0.05)；CP、WSC含量隨著殘次蘋果發(fā)酵物添加比例的增加而增加，并且Ⅴ組顯著高于其他組(P<0.05)，Ⅰ組的NDF、ADF含量顯著高于其他4組(P<0.05)。

表3 混合青貯飼料發(fā)酵前后營(yíng)養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))

青貯發(fā)酵90 d后，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組間DM含量差異不顯著(P>0.05)，但均顯著高于Ⅳ和Ⅴ組(P<0.05)；Ⅰ、Ⅱ組的差異不顯著(P>0.05)，但顯著低于Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ組(P<0.05)，Ⅲ和Ⅳ組差異也不顯著(P>0.05)；Ⅰ組的NDF、ADF含量顯著高于其他組，且各組之間差異顯著(P<0.05)；Ⅰ組的WSC含量顯著低于其他各組(P<0.05)，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組間差異不顯著(P>0.05)。

2.3 青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)及綜合評(píng)價(jià)

由表4可知，添加殘次蘋果發(fā)酵物組中LA和AA含量均隨殘次蘋果發(fā)酵物添加比例增加而增加，顯著高于未添加的Ⅰ組(P<0.05)；PA含量除Ⅱ組為微量外，Ⅳ、Ⅴ組的PA含量顯著高于Ⅰ組(P<0.05)，而Ⅲ組與Ⅰ組差異不顯著(P>0.05)；Ⅰ組的BA含量和AN/TN顯著高于其他各組(P<0.05)，Ⅲ組的BA含量(0.01%)最低，并且Ⅲ、Ⅵ和Ⅴ組之間AN/TN差異不顯著(P>0.05)。

表4 混合青貯飼料的發(fā)酵產(chǎn)物及綜合評(píng)價(jià)

LA/TA隨著殘次蘋果發(fā)酵物添加比例的增加而升高，AN/TN和AA/TA隨殘次蘋果發(fā)酵物添加比例的增加而降低；未添加殘次蘋果發(fā)酵物的Ⅰ組LA/TA最低，AN/TN、AA/TA和BA/TA均最高。Ⅰ組的綜合得分為60，等級(jí)為中，添加殘次蘋果發(fā)酵物的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ組的等級(jí)分別為良、優(yōu)、優(yōu)和優(yōu)，綜合得分分別為79.5、94.5、93.0、90.5，其中Ⅲ組得分最高。

2.4 有氧暴露情況下的pH和微生物數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化

由表5可知，從有氧暴露第1～15天，Ⅲ、Ⅳ組之間的pH差異不顯著(P>0.05)，但顯著低于Ⅰ、Ⅱ和Ⅴ組(P<0.05)；并且隨著有氧暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，各組的pH逐漸升高。

表5 有氧暴露過(guò)程中混合青貯pH和微生物數(shù)量的變化

續(xù)表5有氧暴露時(shí)間Oxygen exposure time組別GroupspH乳酸菌Lactic acid bacteria/[lg(CFU/g FM)]酵母菌Yeast/[lg(CFU/g FM)]霉菌Mold/[lg(CFU/g FM)]Ⅰ6.92±0.02a2.19±0.12d6.47±0.09a7.15±0.12aⅡ6.19±0.01b4.06±0.10c5.84±0.10b4.69±0.20c第15天 Day 15Ⅲ5.17±0.11c5.08±0.09a4.98±0.09c3.92±0.01dⅣ5.30±0.02c4.45±0.12b5.03±0.12c4.02±0.05dⅤ6.20±0.03b4.26±0.12c5.95±0.15b5.29±0.17b

乳酸菌的數(shù)量隨著有氧暴露時(shí)間的延長(zhǎng)而減少，有氧暴露第0天時(shí)，各組乳酸菌的數(shù)量變化隨殘次蘋果發(fā)酵物添加比例的增加而增加。從有氧暴露第0～15天，未添加殘次蘋果發(fā)酵物的Ⅰ組乳酸菌數(shù)量均顯著低于添加殘次蘋果發(fā)酵物的其他4組(P<0.05)，Ⅲ組的乳酸菌數(shù)量均顯著高于其他各組(P<0.05)。

酵母菌數(shù)量變化隨著有氧暴露時(shí)間的延長(zhǎng)而迅速增多，有氧暴露第0～15天，未添加殘次蘋果發(fā)酵物的Ⅰ組的酵母菌數(shù)量顯著高于添加殘次蘋果發(fā)酵物的其他4組(P<0.05)；其中，第0天Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ組之間的酵母菌數(shù)量差異不顯著(P>0.05)。從有氧暴露第1～15天，Ⅲ和Ⅳ組的酵母菌數(shù)量顯著低于其他組(P<0.05)。

霉菌數(shù)量隨著有氧暴露時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增多，在有氧暴露第0天，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ組均未檢測(cè)到霉菌；有氧暴露第1天，Ⅱ、Ⅴ組開(kāi)始有霉菌；有氧暴露第5天，Ⅲ、Ⅳ組開(kāi)始有霉菌；有氧暴露第1～15天，Ⅲ和Ⅳ組的霉菌數(shù)量顯著低于其他組(P<0.05)。

3 討 論

3.1 添加殘次蘋果發(fā)酵物對(duì)玉米秸稈青貯感官品質(zhì)的影響

優(yōu)質(zhì)青貯的顏色接近原料的色澤，莖葉結(jié)構(gòu)清晰可見(jiàn)，松散不黏手，有芳香味[25]。本試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，未添加殘次蘋果發(fā)酵物的玉米秸稈青貯后，有刺鼻酒酸味，說(shuō)明玉米秸稈單獨(dú)青貯品質(zhì)較差，而添加殘次蘋果發(fā)酵物的Ⅱ～Ⅳ組青貯，氣味由淡酸味變?yōu)楦仕嵛?，顏色由淺褐色變?yōu)辄S褐色；質(zhì)地方面，松散柔軟不黏手，說(shuō)明添加殘次蘋果發(fā)酵物可以改善玉米秸稈青貯的感官品質(zhì)，而添加70%的殘次蘋果發(fā)酵物的Ⅴ組感官顏色較深，有黏性容易結(jié)塊，這可能是由于加入殘次蘋果發(fā)酵物比例較高使青貯水分含量過(guò)高。

3.2 添加殘次蘋果發(fā)酵物對(duì)玉米秸稈青貯營(yíng)養(yǎng)水平的影響

WSC為青貯提供發(fā)酵底物，可確保乳酸菌快速形成LA，促使pH下降抑制不良微生物生長(zhǎng)[26]。本研究中，添加殘次蘋果發(fā)酵物的玉米秸稈青貯中CP、WSC含量增加，為獲得良好的青貯品質(zhì)提供物質(zhì)基礎(chǔ)，青貯后的飼料NDF、ADF含量降低，表明添加殘次蘋果發(fā)酵物有助于玉米秸稈的進(jìn)一步利用。這與楊道蘭等[27]報(bào)道新鮮花椰菜莖葉與玉米秸稈混貯后其NDF和ADF含量隨著新鮮花椰菜莖葉添加比例增大而降低，CP含量增加及李樹(shù)成等[28]將白花草木樨與玉米秸稈混貯后發(fā)現(xiàn)隨著白花草木樨添加比例的增加，NDF和ADF的含量降低結(jié)果一致。

3.3 添加殘次蘋果發(fā)酵物對(duì)玉米秸稈青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響

pH快速降低能夠抑制不利于青貯的厭氧微生物如腸細(xì)菌和梭菌的生長(zhǎng)，減少蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分的損失[29-30]。本試驗(yàn)結(jié)果中，添加殘次蘋果發(fā)酵物能顯著降低玉米秸稈青貯的pH，并隨其添加比例增加，混貯飼料的pH逐漸降低，表明添加殘次蘋果發(fā)酵物有利于抑制有害微生物的繁殖，更好地保存玉米秸稈的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，獲得優(yōu)良的青貯飼料。

NH3-N是飼料蛋白質(zhì)被微生物降解的產(chǎn)物，NH3-N/TN高，表明飼料蛋白轉(zhuǎn)化成NH3-N的量越多，其飼用價(jià)值降低，優(yōu)質(zhì)青貯飼料的NH3-N/TN低于10%[30-32]。本試驗(yàn)中，玉米秸稈單獨(dú)青貯的NH3-N/TN顯著高于其他各組，其比值為12.15%，說(shuō)明發(fā)酵品質(zhì)差；其他各組NH3-N/TN均低于10%，達(dá)到優(yōu)良青貯飼料的要求，表明添加殘次蘋果發(fā)酵物能降低蛋白質(zhì)的降解，有利于更好地保存飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

LA和AA含量增加能使秸稈的pH迅速降低，有效地防止霉菌和酵母菌等好氣性有害微生物對(duì)青貯秸稈的有氧腐敗[33]。本試驗(yàn)中，隨著殘次蘋果發(fā)酵物添加比例的增多，混合青貯中LA和AA含量也逐漸增多，而BA含量呈減少的趨勢(shì)，pH逐漸下降，表明添加殘次蘋果發(fā)酵物的玉米秸稈青貯有利于LA發(fā)酵，從而改善玉米秸稈的發(fā)酵品質(zhì)。這與Ke等[34]、孫雨坤等[35]在苜蓿中添加蘋果渣增加苜蓿青貯中的LA含量，降低其pH，抑制其他有害微生物的繁殖，獲得良好的青貯品質(zhì)的結(jié)果一致。

3.4 添加殘次蘋果發(fā)酵物對(duì)玉米秸稈青貯有氧暴露pH和微生物動(dòng)態(tài)變化的影響

青貯飼料在有氧暴露情況下，以酵母菌、霉菌為主的好氧微生物大量繁殖，消耗青貯飼料中的LA和其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使pH上升[36]，有氧穩(wěn)定性差。本試驗(yàn)的結(jié)果表明，未添加殘次蘋果發(fā)酵物的Ⅰ組隨著有氧暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，乳酸菌數(shù)量降低，酵母菌和霉菌數(shù)量增加，pH均逐漸上升，較添加殘次蘋果發(fā)酵物的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組變化快；但Ⅴ組的相應(yīng)微生物和pH的變化較Ⅰ組更快。這表明在一定范圍內(nèi)，添加殘次蘋果發(fā)酵物可增加玉米秸稈青貯的有氧穩(wěn)定性；當(dāng)添加70%的殘次蘋果發(fā)酵物時(shí)(Ⅴ組)，玉米秸稈青貯中的WSC含量殘留高，導(dǎo)致好氧性微生物快速繁殖，有氧穩(wěn)定性降低，這與其他研究者的結(jié)果[37-39]相似。

4 結(jié) 論

本試驗(yàn)中，添加殘次蘋果發(fā)酵物能提高玉米秸稈原料的CP和WSC含量，降低粗纖維含量；顯著提高混合青貯飼料中LA和AA含量，降低pH、BA和NH3-N含量，混合青貯飼料的感官品質(zhì)和發(fā)酵品質(zhì)得到良好改善。殘次蘋果發(fā)酵物與玉米秸稈的比例適宜在3∶7～5∶5。