番茄皮渣與高粱秸稈混貯的發(fā)酵品質(zhì)、瘤胃降解率及有氧穩(wěn)定性

王 挺 宋 磊,2 王旭哲 馬春暉 杜保軍 海拉提 張凡凡*

(1.石河子大學動物科技學院，石河子832000；2.天康生物股份有限公司，烏魯木齊830000；3.新疆維吾爾自治區(qū)畜牧總站，烏魯木齊830000)

釀飼兼用型高粱是籽粒作為釀造原料，秸稈作為飼料用途的兩用型新概念高粱[1-2]，然而其籽粒收獲后，秸稈中僅含糖量高，其他營養(yǎng)物質(zhì)含量較低，單獨青飼或青貯難以滿足家畜日常營養(yǎng)需求，因此選擇適宜的原料與其混貯可有效彌補營養(yǎng)物質(zhì)單一的缺陷。高粱秸稈與豆科牧草混貯可增加混貯體系底物濃度，降低pH及蛋白質(zhì)損耗，提高干物質(zhì)(DM)回收量及有氧穩(wěn)定性[3-6]。此外，其與馬鈴薯莖葉[7]、作物秸稈[8]等諸多原料混貯均能顯著改善發(fā)酵品質(zhì)，而將高粱秸稈和番茄皮渣進行混貯是否能進一步改善發(fā)酵品質(zhì)，目前尚不明確。番茄皮渣是番茄醬加工后產(chǎn)生的皮籽混合物，含糖量較低，但粗蛋白質(zhì)(CP)含量高。以往研究表明，番茄皮渣代替苜蓿干草可顯著提高綿羊的生產(chǎn)性能，改善瘤胃內(nèi)環(huán)境[9]；促進肉牛生長，降低飼養(yǎng)成本[10-11]；提高育肥豬的平均日增重和肉品質(zhì)[12]；提升肉兔胴體收益[13]。然而，番茄皮渣替代部分飼糧用量較小，無法將其飼用價值發(fā)揮到最大，因此諸多學者對番茄皮渣與不同原料混貯效果進行了大量探索。研究表明，番茄皮渣與棉籽殼(75∶25)混貯，可提升其感官品質(zhì)及適口性[14]；與全株玉米(3∶7)混貯，可顯著增加混貯體系的CP含量，減少發(fā)酵過程中有機物的損耗[15]；與玉米秸稈(6∶4)混貯，可改善牛奶品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本[16]；與小麥秸稈(9∶1)混貯，可調(diào)節(jié)混貯體系含水量，軟化秸稈[17-18]?？v觀以往研究發(fā)現(xiàn)，番茄皮渣與高粱秸稈均有各自優(yōu)勢，理論上將二者進行混貯，既可提高本地區(qū)番茄皮渣資源的利用率，還能豐富混貯體系內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)種類。鑒于此，本研究通過對番茄皮渣與高粱秸稈混貯后發(fā)酵品質(zhì)、瘤胃降解率及有氧穩(wěn)定性等的分析，明確最優(yōu)混貯比例及含水量，為拓寬新型飼料途徑、高效利用資源提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以新疆生產(chǎn)建設兵團第八師石河子市石河子大學牧草試驗站(44°22′N，88°30′E，海拔420 m)種植的釀飼兼用型高粱平雜8號為試驗材料，種植時間為2019年5月2日，條播，行距為40 cm，滴灌，生育期采用常規(guī)田間管理，定期除雜。收割時間為2019年9月26日，籽粒收獲后，將高粱秸稈粉碎至1.5～2.0 cm的長度。番茄皮渣購自新疆泰昆飼料有限責任公司(新疆生產(chǎn)建設兵團第八師石河子市北泉鎮(zhèn))，購回檢測黃曲霉毒素(6.22 μg/kg)和黃曲霉毒素B1(1.51 μg/kg)含量均未超過國家限量標準《飼料衛(wèi)生標準》(GB 13078—2017)。試驗材料營養(yǎng)品質(zhì)概況見表1。

表1 番茄皮渣與高粱秸稈原料營養(yǎng)品質(zhì)概況(干物質(zhì)基礎)

1.2 試驗設計

試驗采用真空袋法調(diào)制混合青貯，按照不同的番茄皮渣:高粱秸稈混貯比例(3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3)分為5個處理(T1、T2、T3、T4、T5)，含水量依次為67.85%、70.45%、73.31%、77.08%、81.22%，每個處理5個重復，每袋3 kg，實驗室環(huán)境下(23～30 ℃)發(fā)酵90 d，90 d后開袋評定感官品質(zhì)，測定營養(yǎng)品質(zhì)、發(fā)酵品質(zhì)、有氧暴露過程中第0、1、3、5、7、15天的pH及主要微生物數(shù)量變化。

瘤胃降解采用瘤胃瘺管尼龍袋法[19]。選用3只體重[(50.0±2.50) kg]相近、體形相似、生長狀況良好的哈薩克羊，安裝永久性瘤胃瘺管，正常飼喂1周(苜蓿干草及配合飼糧)。試驗前采用番茄皮渣和高粱秸稈混貯預飼1周(每只羊每天飼喂0.2 kg精料，精料成分為玉米52%、麩皮24%、豆粕17%、尿素1.5%、食鹽1%、碳酸氫鈣2.5%、添加劑2%，混貯1.8 kg)，自由飲水。試驗開始后將各混貯處理樣品干燥(65 ℃)至恒定過篩(40目)，精確稱取3.00 g樣品放入尼龍袋中(孔徑40～50 μm，尺寸6 cm×9 cm)，每只羊均做3次平行，于晨飼前(08:00)進行投放，共設置2個時間點(12、24 h)，到達相應時間后將尼龍袋取出迅速洗凈，待測。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 營養(yǎng)品質(zhì)的測定

營養(yǎng)品質(zhì)指標包含DM、CP、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber，NDF)、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber，ADF)、水溶性碳水化合物(water-soluble carbohydrates，WSC)含量，均使用國標法[20]測定。采用烘干法測定DM含量，采用凱氏定氮法測定CP含量，采用范式纖維洗滌法(Van Soest)測定NDF、ADF含量，采用蒽酮-硫酸比色法測定WSC含量。

1.3.2 發(fā)酵品質(zhì)的測定

感官評定按照《青貯飼料的合理調(diào)制與質(zhì)量評定標準》，主要觀察色澤、氣味和質(zhì)地[21]。發(fā)酵品質(zhì)指標包含pH及氨態(tài)氮(NH3-N)、乳酸(lactic acid，LA)、乙酸(acetic acid，AA)、丙酸(propionic acid，PA)、丁酸(butyric acid，BA)含量。采用酸度計測定pH，采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定NH3-N含量[22]，采用高效液相色譜法測定LA、AA、PA、BA的含量[23]。

1.3.3 瘤胃降解率的測定

瘤胃降解率主要測定干物質(zhì)降解率(dry matter degradation，DMD)、中性洗滌纖維降解率(neutral detergent fiber degradation，NDFD)、酸性洗滌纖維降解率(acid detergent fiber degradation，ADFD)、有機物降解率(organic matter degradation，OMD)、DMD、NDFD、ADFD的測定方法與DM、NDF、ADF含量的測定方法一致。采用灰化法測定OMD[OMD(%)=1-粗灰分(%)]。

1.3.4 有氧暴露過程pH及主要微生物數(shù)量的測定

測定pH及乳酸菌(lactic acid bacteria，LAB)、酵母菌(yeast)和霉菌(mold)數(shù)量。微生物數(shù)量采用平板計數(shù)法[24]，將20 g混貯置于180 mL滅菌水，37 ℃下培養(yǎng)30 min，稀釋梯度為105、106、107，每個梯度3個重復，使用MRS培養(yǎng)基培養(yǎng)LAB，平板計數(shù)瓊脂培養(yǎng)基(PCA)培養(yǎng)酵母菌，高鹽察氏培養(yǎng)基培養(yǎng)霉菌，于37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)36 h后計數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2019對所得數(shù)據(jù)進行整理，使用SPSS 22.0軟件進行單因素方差分析(one-way ANOVA)，采用Duncan氏法進行多重比較。P<0.05為差異顯著。

1.4.1 瘤胃降解率的計算

各指標瘤胃降解率計算公式[25]如下：

Dx=[(MA-MB)/MA]×100。

式中：Dx為待測樣品某成分的瘤胃降解率(%)；MA為待測樣品某成分含量(g)；MB為過瘤胃殘留物中某成分含量(g)。

1.4.2 隸屬函數(shù)分析

選擇18項核心指標(pH，DM、CP、WSC、NDF、ADF、LA、AA、PA、BA含量，NH3-N/TN，LAB、酵母菌、霉菌數(shù)量，24 h DMD、24 h NDFD、24 h ADFD和24 h OMD)進行隸屬函數(shù)分析，其中DM、WSC、CP含量，LA、LAB數(shù)量，24 h DMD、24 h NDFD、24 h ADFD和24 h OMD為正向指標，pH，NDF、ADF、AA、PA、BA含量，NH3-N/TN，酵母菌和霉菌數(shù)量為負向指標，得出各指標的隸屬度，從而計算各混貯處理的總隸屬度，以總隸屬度的數(shù)值大小為依據(jù)對各混貯處理的綜合價值進行排序(總隸屬度數(shù)值越大，綜合價值越高)。計算公式[26]如下：

Ux正=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)；
Ux負=1-Ux正；
Ux總=Ux正+Ux負。

式中：Ux正為各混貯處理中某一正向指標的隸屬度；X為該指標的檢測結果；Xmin為各混貯處理中該指標的最小值；Xmax為各混貯處理中該指標的最大值；Ux負為某一負向指標的隸屬度；Ux總為各混貯處理的總隸屬度，即各混貯處理所有正向指標的隸屬度與所有負向指標的隸屬度之和。

2 結果與分析

2.1 番茄皮渣與高粱秸稈混合青貯感官評定

通過對番茄皮渣與高粱秸稈混貯發(fā)酵90 d開袋時感官評定，結果表明，除T5處理為黃褐色，其他處理均為黃綠色。除T5處理有輕微丁酸氣味以外，其他處理均為乳酸氣味；其中T1、T2處理酸味濃郁，T3、T4處理酸味中等，T5處理僅有輕微酸味。T1、T2及T3處理松散不黏手，無霉變，T4處理輕微黏手，無霉變，T5處理輕微黏手，輕微霉變。感官綜合評定，T1、T2處理優(yōu)等，T3、T4處理良好，T5處理一般(表2)。

表2 番茄皮渣與高粱秸稈混合青貯的感官評定

2.2 番茄皮渣與高粱秸稈混貯的營養(yǎng)品質(zhì)及發(fā)酵品質(zhì)

通過對番茄皮渣與高粱秸稈混貯營養(yǎng)指標與發(fā)酵品質(zhì)的分析，結果表明，隨著番茄皮渣添加量的不斷增加，混貯體系的DM、WSC、CP及LA含量不斷減少，NDF、ADF、AA、PA、BA含量及NH3-N/TN不斷增加，pH不斷升高。T1處理的DM、WSC、CP及LA含量顯著高于其他處理(P<0.05)；T1、T2處理的pH，NH3-N/TN及NDF、ADF、PA、BA、AA含量顯著低于其他處理(P<0.05)(表3)。

表3 番茄皮渣與高粱秸稈混貯的營養(yǎng)品質(zhì)及發(fā)酵品質(zhì)

2.3 番茄皮渣與高粱秸稈混貯有氧暴露過程中pH和主要微生物數(shù)量變化

通過對番茄皮渣與高粱秸稈混貯有氧暴露過程中pH和主要微生物數(shù)量變化的分析，結果表明，隨著有氧暴露時間的延長，混貯體系的pH不斷升高，LAB數(shù)量不斷減少，酵母菌及霉菌數(shù)量不斷增加。T1、T2處理的pH始終顯著低于其他處理(P<0.05)，LAB數(shù)量始終顯著高于其他處理(P<0.05)，酵母菌數(shù)量始終顯著低于其他處理(P<0.05)；霉菌數(shù)量始終顯著低于其他處理(P<0.05)，且有氧暴露3 d內(nèi)，T1、T2處理霉菌數(shù)量均低于2 lg(CFU/g) FM(表4)。

表4 番茄皮渣與高粱秸稈混貯有氧暴露過程中pH和主要微生物數(shù)量變化

2.4 番茄皮渣與高粱秸稈混貯的瘤胃降解率

通過對番茄皮渣與高粱秸稈混貯瘤胃降解率的分析，結果表明，隨著瘤胃降解時間的延長，混貯體系的DMD、NDFD、ADFD及OMD不斷升高。瘤胃降解12 h時，T1、T2處理的DMD、NDFD顯著高于其他處理(P<0.05)，T2處理的ADFD、OMD顯著高于其他處理(P<0.05)；瘤胃降解24 h時，T1、T2處理的DMD、OMD顯著高于其他處理(P<0.05)，T1處理的NDFD顯著高于其他處理(P<0.05)，T2處理的ADFD顯著高于其他處理(P<0.05)(表5)。

表5 番茄皮渣與高粱秸稈混貯的瘤胃降解率

2.5 番茄皮渣與高粱秸稈混貯的隸屬函數(shù)分析及綜合價值排序

將番茄皮渣與高粱秸稈混貯的18項核心指標進行隸屬函數(shù)分析，結果表明，各混貯處理綜合價值排序為：T1處理(17.77)>T2處理(16.11)>T3處理(9.36)>T4處理(5.00)>T5處理(0.03)。即當番茄皮渣添加量為30%(番茄皮渣∶高粱=3∶7，水分含量67.85%)，番茄皮渣與高粱秸稈混貯的綜合價值最高(表6)。

3 討 論

3.1 番茄皮渣與高粱秸稈混貯的營養(yǎng)品質(zhì)及發(fā)酵品質(zhì)

青貯發(fā)酵是一個復雜的動態(tài)體系，伴隨著各類物質(zhì)的轉化和積累，營養(yǎng)品質(zhì)和發(fā)酵品質(zhì)是評價青貯飼用價值的重要指標[27-28]。本研究中，當番茄皮渣添加量為30%，番茄皮渣與高粱秸稈混貯的營養(yǎng)品質(zhì)最優(yōu)，表明此時混貯體系中的營養(yǎng)結構及含水量達到最適發(fā)酵基礎，能夠保證發(fā)酵正常進行，這與紫花苜蓿與高粱秸稈混貯的研究結果[3]相似，而與該研究不同的是，本研究中較高的DM含量(即較優(yōu)的水分含量)可有效減少有害微生物的活動，更利于營養(yǎng)物質(zhì)的保存[29]。針對LA及AA含量的分析也表現(xiàn)出相似的規(guī)律，當番茄皮渣添加量在30%～40%，混貯體系能為LAB繁殖提供良好的底物環(huán)境，進而產(chǎn)生適量LA和AA，不僅能夠確保發(fā)酵體系酸度的降低，且可維持混貯體系的有氧穩(wěn)定性[30]。當番茄皮渣添加量大于50%，混貯體系的CP、WSC等營養(yǎng)物質(zhì)含量顯著降低，其主要由于混貯體系的水分含量過高，潮濕的發(fā)酵環(huán)境導致丁酸梭菌(Clostridiumbutyricum)等腐敗菌大量繁殖，競爭性抑制LAB的活動，阻礙正常發(fā)酵，其代謝產(chǎn)物還會影響發(fā)酵品質(zhì)，進而危害動物身體機能，影響生產(chǎn)性能[17，31]。此外，隨著番茄皮渣添加量的不斷增加，各混貯處理NDF及ADF的含量呈上升趨勢，其主要為番茄皮渣纖維含量高于高粱秸稈所致。

3.2 番茄皮渣與高粱秸稈混貯有氧暴露過程中pH和微生物數(shù)量變化規(guī)律

青貯飼料在有氧條件下滋生大量微生物，導致青貯品質(zhì)發(fā)生明顯變化，青貯體系的pH、LAB、酵母菌及霉菌數(shù)量變化可直接反映青貯飼料的有氧穩(wěn)定性[26,32-33]，其中LAB是維持青貯環(huán)境穩(wěn)定的關鍵微生物[34]，酵母菌及霉菌是引起青貯變質(zhì)的主要微生物[35]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著有氧暴露時間的延長，當番茄皮渣添加量為30%～40%，混貯體系pH更低，LAB含量較其他混貯處理相比始終維持在較優(yōu)水平，有效抑制了酵母菌及霉菌的生長，其中在有氧暴露3 d內(nèi)，LAB數(shù)量雖有小幅度變化，但仍能使pH(4.20)維持在優(yōu)質(zhì)青貯的范圍以內(nèi)，同時能夠有效抑制霉菌和酵母菌繁殖；而在有氧暴露3 d后，酵母菌及霉菌數(shù)量明顯增加，其主要由于開袋后，一方面發(fā)酵環(huán)境發(fā)生了較大變化(厭氧轉變成好氧)，另一方面大量發(fā)酵底物的營養(yǎng)為各類微生物的繁殖創(chuàng)造了便利條件，使得混貯發(fā)生一定程度的二次發(fā)酵[36]。

3.3 番茄皮渣與高粱秸稈混貯的瘤胃降解率

瘤胃半體外消化是衡量飼料消化利用效率的主要方法，直接反映瘤胃微生物對飼料的降解程度[32]。DMD是影響反芻動物DM采食量的重要因素。本研究中，瘤胃降解24 h后，當番茄皮渣添加量為30%～40%時，混貯體系內(nèi)高水平的DM含量有助于刺激瘤胃蠕動，促進瘤胃降解，從而提升混貯的DMD[37]。隨著番茄皮渣添加量不斷增加，混貯體系的DMD呈下降趨勢，說明高水平的番茄皮渣不利于瘤胃降解。NDFD和ADFD是用于衡量結構性碳水化合物分解程度的關鍵指標[38]，其分析結果同樣說明，番茄皮渣添加量高于40%后，混貯體系的NDFD及ADFD不斷降低，其可能是由于混貯體系的木質(zhì)素含量隨番茄皮渣添加量的上升不斷增加，瘤胃微生物降解木質(zhì)素的能力較低，從而制約了反芻家畜對粗纖維的降解效率[39]。OMD可用于衡量飼料總利用率，本研究中，番茄皮渣添加量為30%～40%時，混貯飼料發(fā)酵良好，利于消化，因此OMD較高；而當番茄皮渣添加量高于40%后，由于含水量及營養(yǎng)結構的不均衡，混貯發(fā)酵過程中大量有機物流失，體系內(nèi)總有機物比例降低，進而造成OMD的降低。

4 結 論

番茄皮渣與高粱秸稈混貯發(fā)酵結束后，將混貯的18個核心指標進行隸屬函數(shù)分析得出，當番茄皮渣添加量為30%(番茄皮渣∶高粱=3∶7，水分含量67.85%)時，番茄皮渣與高粱秸稈混貯的綜合價值最高。番茄皮渣添加量為30%～40%，含水量為67.85%～70.45%時，有氧穩(wěn)定性最佳。