布氏乳桿菌對高濕玉米青貯飼料品質的影響

■王 磊 包錦澤 田逢博 徐生陽 謝藝瀟 馮雪瑩 吳 哲 玉 柱

（中國農業(yè)大學草業(yè)科學與技術學院，北京 100193）

玉米（Zea maysL.）屬禾本科玉米屬植物，是我國主要的糧食作物和重要的飼料作物。玉米中75%的能量來源于淀粉，日糧中淀粉含量代表了其能量的大小。玉米中的淀粉和蛋白質等物質形成淀粉-蛋白質基質結構，瘤胃微生物利用相對困難，從而影響反芻動物對淀粉的消化率。青貯后的高濕玉米具有較高的營養(yǎng)價值，可替代部分反芻動物日糧中的玉米粉。通過青貯可以把淀粉-蛋白質基質結構破壞，讓更多的瘤胃微生物接觸到淀粉顆粒，提高對淀粉的利用率，使青貯后的玉米淀粉消化率高于未青貯的玉米籽實，提高轉化效率，提高動物生產性能。在青貯過程中，使用添加劑有利于促進青貯飼料的發(fā)酵，改善發(fā)酵品質。布氏乳桿菌（Lactobacillus buchneri）是青貯中常用的乳酸菌，添加布氏乳桿菌在全株玉米青貯中可快速降低青貯飼料pH、減少營養(yǎng)物質損失并抑制其他微生物繁殖，提高青貯飼料品質。目前國內對高濕玉米青貯過程中的發(fā)酵品質、營養(yǎng)品質的變化研究較少。因此，本研究從高濕玉米青貯過程中的不同時間和添加布氏乳桿菌入手，探究發(fā)酵過程中pH、乳酸等有機酸類和淀粉等營養(yǎng)物質的變化，并通過總可消化養(yǎng)分、體外干物質消化率、產氣量等指標來分析高濕玉米青貯35 d的體外發(fā)酵性能，為高濕玉米青貯飼料在生產中應用提供科學的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用材料為河北省某公司生產過程中破碎完成的高濕玉米（包括玉米籽實和玉米穗軸），玉米收獲時期為完熟期。選用乳酸菌添加劑為布氏乳桿菌，由中國農業(yè)大學草業(yè)科學與技術學院青貯實驗室篩選。

1.2 試驗設計

以破碎完成的高濕玉米為原料（M組），設置布氏乳桿菌添加組（LB 組）、對照組（CK 組）兩個處理組，LB組的布氏乳桿菌添加量為1×106CFU/g，溶于9 mL純化水中均勻噴灑在高濕玉米上，對照組添加等量純化水，充分混勻后進行裝填至1 L青貯罐中，裝填密度為900 kg/m3，含水量為40.92%，密封。每個處理設3 個重復，于發(fā)酵第1、3、7 d和35 d后開罐取樣分析。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 發(fā)酵品質測定

發(fā)酵第1、3、7 d和35 d后進行開罐，每罐混合均勻后隨機取20 g 青貯料加入180 mL 純化水，用九陽榨汁機攪碎1 min，經四層紗布濾渣后用定性濾紙過濾得到浸出液。浸出液用來測定pH、有機酸和氨態(tài)氮（AN）。pH 采用METTLER TOLEDO 型pH 計測定，使用島津高效液相色譜儀測定青貯料的乳酸（LA）、乙酸（AA）、丙酸（PA）和丁酸（BA）含量。采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定AN。

1.3.2 營養(yǎng)品質測定

開罐后從青貯料中取150 g左右于烘箱中，65 ℃烘48 h，用來測定干物質（dry matter, DM）。將烘干后的青貯料粉碎過40目篩。

取青貯1、3、7 d 和35 d 的烘干過篩樣品采用蒽酮-硫酸比色法測定可溶性碳水化合物（water soluble carbohydrate, WSC）；采用高氯酸水解-蒽酮比色法測定淀粉（Starch）；采用凱式定氮法測定蛋白質（CP）；采用AOAC法測定粗脂肪（EE）。

取青貯35 d的烘干過篩樣品采用Van Soest法測定中性洗滌纖維（NDF）和酸性洗滌纖維（ADF）；采用Van Soest 法測定酸性洗滌木質素（acid detergent lignin, ADL）的含量；采用AOAC 法測定灰分（Ash）的含量；取烘干過篩后的原料及青貯樣品采用王菲（2016）的方法測定總可消化養(yǎng)分（total digestible nu?trient，TDN）。

TDN=96.447-0.110CP+0.988EE-0.799Ash-0.361NDF-0.161ADF-0.811ADL-0.083Starch

采用王瑩（2019）的方法測定體外干物質消化率（in vitrodry matter digestibility, IVDMD）與產氣量。

1.4 統(tǒng)計分析

用Excel 2016 軟件對所測數(shù)據進行整理，采用SPSS 25.0 統(tǒng)計軟件進行分析，以P<0.05 作為差異顯著性判斷標準。

2 結果與分析

2.1 青貯原料的化學成分（見表1）

高濕玉米的營養(yǎng)成分含量見表1。

表1 高濕玉米營養(yǎng)成分（干物質基礎，%）

2.2 青貯時間及添加劑對高濕玉米青貯發(fā)酵品質的影響（見表2）

由表2 可知，青貯時間及添加劑分別對發(fā)酵后pH、LA、AA、AN 變化有顯著或極顯著影響（P<0.05 或0.01）；青貯時間及添加劑互作對pH、AA 的變化有極顯著或顯著影響，對LA、AN 無顯著影響（P>0.05）。在各時間點均未檢測到BA。

表2 青貯時間及添加劑對高濕玉米青貯發(fā)酵品質的影響

青貯過程中，pH 呈現(xiàn)下降趨勢，LA、AA、PA、AN逐漸增加，添加布氏乳桿菌在青貯3 d 后顯著降低了pH并顯著提高了LA的含量（P<0.05）。

2.3 青貯時間及添加劑對高濕玉米青貯營養(yǎng)成分的影響（見表3、表4）

由表3可知，青貯時間及添加劑對WSC含量的變化分別有極顯著影響（P<0.01），青貯時間對EE 的含量有顯著影響（P<0.05），對CP和Starch的含量沒有顯著影響（P>0.05），添加劑及青貯時間互作對WSC含量變化有極顯著的影響（P<0.01），對CP、Starch 和EE 的含量沒有顯著影響（P>0.05）。

表3 青貯時間及添加劑對高濕玉米青貯營養(yǎng)成分的影響（%DM）

從表4 可以看出，添加布氏乳桿菌青貯35 d 后顯著降低了NDF、ADF 的含量（P<0.05），對Ash、ADL沒有顯著影響（P>0.05）。通過比較M 組（86.60%）、CK 組（86.96%）和LB 組（89.24%）的TDN 發(fā)現(xiàn)，添加布氏乳桿菌青貯35 d 后的TDN 顯著高于CK 組和M組（P<0.05）。

表4 青貯35 d對高濕玉米中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、酸性洗滌木質素、灰分及總可消化養(yǎng)分的影響

2.4 青貯35 d對體外干物質消化率及體外產氣量的影響（見圖1、圖2）

由圖1可知，就M組和CK組而言，兩組的IVDMD差異不顯著（P>0.05）；對于M、CK 組和LB 組，添加布氏乳桿菌后的IVDMD 顯著高于M 組和CK 組（P<0.05）。由圖2 可知，體外產氣分為緩慢、快速和穩(wěn)定三個階段；M組總產氣量略高于CK組和LB組。

圖1 高濕玉米青貯35 d體外干物質消化率情況

圖2 高濕玉米青貯35 d體外產氣情況

3 討論

3.1 青貯過程中高濕玉米發(fā)酵品質的變化

pH 是評價青貯品質的重要指標之一，pH 為4.1～4.3 的青貯飼料質量良好，pH 在3.9 以下的青貯飼料質量優(yōu)等。本研究中，兩種處理下的高濕玉米pH 在3.93 左右，青貯飼料質量較好，這可能與原料中發(fā)酵底物豐富且本身附著乳酸菌數(shù)量充足有關，這與羅攖寧等（2020）的研究結果相似。AA等有機酸含量同樣是反應發(fā)酵品質的指標之一。在發(fā)酵早期，產酸的速度是青貯產品高質高效生產的重要因素，CK組和LB組在發(fā)酵前7 d 中AA 含量顯著增加，導致pH 迅速降低，保證了高濕玉米青貯后的質量；布氏乳桿菌在發(fā)酵過程中會產生AA，AA 具有抑制真菌的作用，從青貯3 d到35 d，AA的含量增多有利于后期青貯飼料的貯藏。BA含量和AN也是評估發(fā)酵品質的重要指標；BA 由梭菌活動產生，當青貯飼料pH 較高時，會促進梭菌的生長同時降解乳酸產生臭味，降低青貯品質，AN的高低代表蛋白質的分解情況；通常情況下BA含量應低于1%，AN應小于10%。本試驗中，CK組和LB組的AN含量較低，整個發(fā)酵期間均未檢測到BA。分析原因可能是pH 低抑制梭菌、CP 分解酶的活性，發(fā)酵過程中產生的AA抑制了其他微生物的繁殖。從發(fā)酵品質看，CK 組與LB 組均有較好的發(fā)酵品質，LB 組的高濕玉米pH更快降到4.2以下，且產酸效率高、AN低，發(fā)酵品質佳。

3.2 青貯過程中高濕玉米營養(yǎng)成分的變化

WSC 是發(fā)酵過程中乳酸菌的重要底物，充足的WSC是提高青貯成功率、獲得高質量青貯產品的關鍵因素。在本研究中，原料的高DM保證了WSC含量充足，添加布氏乳桿菌對WSC含量的降低有顯著影響，說明布氏乳桿菌及時將WSC 轉化為LA 等產物。淀粉是高濕玉米中最主要的營養(yǎng)物質，其含量決定玉米青貯飼料的質量高低。本研究中，隨著青貯天數(shù)的增加，CK 組和LB 組對淀粉含量影響不顯著，主要營養(yǎng)物質流失少；青貯后淀粉含量略微提高，可能是因為在青貯過程中部分成分被降解，而淀粉損失較少，使淀粉在DM 中占比提高。高濕玉米青貯可以保留大部分營養(yǎng)物質，具有良好的營養(yǎng)品質。飼料營養(yǎng)成分含量是反映飼料品質的直接指標，通過化學成分可以直接評定飼料品質的優(yōu)劣。在本研究中，M、CK、LB組的TND均在85%以上，可消化的營養(yǎng)成分含量較多；添加布氏乳桿菌的LB 組相較于CK 組和M 組提高了TND，可以獲得品質更優(yōu)的青貯飼料。

3.3 青貯35 d對動物體外發(fā)酵性能的影響

IVDMD 是衡量家畜對飼料消化能力的重要指標。產氣量是反映飼料總體可發(fā)酵程度的指標，取決于可發(fā)酵有機物含量和瘤胃微生物活力。本試驗中，M 組、CK 組和LB 組IVDMD 均達到了80%以上，這可能與高濕玉米中含有豐富的非結構性碳水化合物有關。根據Hoffman 等（2011）的研究發(fā)現(xiàn)，隨著青貯時間延長至240 d，高濕玉米中淀粉-蛋白質基質結構被顯著降解，淀粉消化率得以提高，但不同玉米品種降解程度不一，本研究中原料與對照組的IVDMD 沒有顯著差異，可能與青貯時間較短以及玉米品種有關。但添加布氏乳桿菌顯著提高了高濕玉米的IVDMD，分析原因是高濕玉米中含有一定量的纖維素，一般認為纖維素含量與IVDMD 呈負相關關系。而布氏乳桿菌能夠降解纖維素架構，其通過破壞纖維素之間的碳鏈，導致纖維素結構疏松，最終使得消化液與細胞內容物接觸更充分，提高了IVD?MD。根據前人研究結果，異型發(fā)酵菌劑的添加在不同程度上會抑制體外瘤胃發(fā)酵產氣，CK 組和LB 組的青貯高濕玉米產氣量略低于原料產氣量，可能是因為在發(fā)酵過程中產生了AA，在一定程度上抑制了瘤胃微生物的活力。從體外發(fā)酵特性來看，高濕玉米青貯后總可消化養(yǎng)分含量較高，添加LB 進行青貯可以促進纖維素的降解并利于動物對營養(yǎng)物質的消化和利用。

4 結論

①高濕玉米青貯后發(fā)酵品質較好，青貯飼料質量良好；添加布氏乳桿菌可提高LA 含量，降低AN、NDF和ADF含量，改善發(fā)酵品質和營養(yǎng)成分。

②添加布氏乳桿菌可有效增加高濕玉米青貯飼料的TDN和IVDMD，具較高飼喂價值。

③后續(xù)可開展高濕玉米青貯飼料的飼喂研究，探究其對反芻動物生產性能、消化吸收的影響。