不同添加劑對菊芋莖葉青貯品質(zhì)及營養(yǎng)價值的影響

吳 濤，柳永麗，趙芳芳

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 甘肅 蘭州 730070）

菊芋(Helianthus tuberosus)是一種菊科向日葵屬多年宿根性草本植物，具有耐寒、抗旱、耐貧瘠、耐病、抗逆性強(qiáng)等特點，可作為防沙治沙作物[1]。隨著我國糧食產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和種草養(yǎng)畜政策的實施，菊芋作為營養(yǎng)價值高、適應(yīng)性強(qiáng)和利用率高的糧草兼用型作物，已在我國大多數(shù)地區(qū)進(jìn)行了廣泛種植[2-4]。在我國部分地區(qū)，菊芋莖葉被用作反芻動物飼料。菊芋莖葉的處理方式一般有兩種，一種是將菊芋莖葉通過晾曬制成干草，但晾曬過程不僅費時費力，而且干草受水分影響比較大，不方便儲藏，菊芋莖葉在晾曬后，粗蛋白含量、適口性和消化率均下降，因此降低了飼料的利用率[5]。另一種則是直接將青綠的菊芋莖葉進(jìn)行青貯，通過微生物發(fā)酵產(chǎn)生有機(jī)酸，更大程度地保存青綠菊芋莖葉的鮮嫩及其營養(yǎng)價值，且菊芋莖葉青貯后可以產(chǎn)生芳香類化合物，刺激反芻動物的食欲，增加采食量，從而提高菊芋的飼用價值[4]。青貯技術(shù)通過微生物發(fā)酵，可以提高飼料的適口性和消化率，減少養(yǎng)分的流失。近幾年來，青貯方法的研究主要集中在提高青貯發(fā)酵品質(zhì)的添加劑，如糖類、有機(jī)酸、微生物制劑等，其中以乳酸菌為主的微生物制劑因其能更有效地提高青貯發(fā)酵性能而得到廣泛關(guān)注[6-7]。Seale等[8]研究指出，影響青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)的因素有很多，其中不同添加劑的加入對青貯飼料品質(zhì)的影響都是不同的。有研究表明，添加乳酸菌和玉米(Zeamays)秸稈一定程度上可以提高菊芋莖葉的青貯品質(zhì)[9-10]；而菊粉作為目前應(yīng)用較廣的天然膳食纖維，具有許多優(yōu)良的生理功能及加工特性，可以促進(jìn)益生菌增殖，抑制腸道腐敗菌的生長、改善腸道環(huán)境等功能[11-12]；目前，添加乳酸菌、菊粉對菊芋莖葉青貯品質(zhì)及對養(yǎng)分消化率的影響研究較少，尤其是添加劑菊粉對青貯品質(zhì)影響鮮見報道，因此，本研究以成熟期菊芋莖葉為研究對象，通過添加乳酸菌和菊粉，測定青貯前菊芋莖葉干物質(zhì)含量、水溶性碳水化合物含量和緩沖能值和常規(guī)營養(yǎng)成分，以及青貯后的感官品質(zhì)、pH、NH3-N/TN、乳酸含量、揮發(fā)性脂肪酸含量，對不同處理組青貯飼料的品質(zhì)進(jìn)行評價；通過兩極離體體外消化試驗推算出菊芋莖葉各營養(yǎng)成分的表觀消化率，以期為菊芋莖葉青貯飼料青貯品質(zhì)和營養(yǎng)價值的評定提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2018年10月，于白銀市平川區(qū)共和鎮(zhèn)小水村(105°03′ E， 36°59′ N，海拔1 791 m)采集菊芋莖葉，將成熟期的菊芋莖葉齊地刈割后帶回實驗室，用于制作青貯飼料；成熟期菊芋莖葉營養(yǎng)成分：干物質(zhì)(鮮樣基礎(chǔ))含量為33.34%，風(fēng)干基礎(chǔ)上可溶性糖含量為23.66%，粗蛋白含量為7.79%，中性洗滌纖維含量為48.47%，酸性洗滌纖維含量為22.57%，緩沖能值為51.47 mEq·kg-1。

乳酸菌(乳酸菌活菌數(shù)≥3 × 109cfu·mL-1)購自美國瑞科宜生貯寶(sila-max200)，其主要成分是植物乳酸桿菌發(fā)酵產(chǎn)物、丙酸菌發(fā)酵產(chǎn)物、乳酸片球菌等發(fā)酵產(chǎn)物；菊粉購自白銀熙瑞菊粉有限公司；每100 g菊粉中的主要營養(yǎng)成分：1 566 kJ 能量，1.0 g蛋白質(zhì)，0.0 g脂肪，87.7 g碳水化合物，7.2 g膳食纖維，136 mg鈉；營養(yǎng)素參考值：能量19%，蛋白質(zhì)2%，脂肪0，碳水化合物29%，膳食纖維29%，鈉7%。

羊瘤胃液采自蘭州市七里河區(qū)小西湖牛羊屠宰場。

1.2 試驗設(shè)計

采用單因素試驗設(shè)計，研究不同添加劑對菊芋莖葉青貯品質(zhì)的影響。本試驗設(shè)計3個組，分別為對照組(菊芋莖葉中無添加劑)、乳酸菌組(菊芋莖葉中添加0.28%乳酸菌)、菊粉組(菊芋莖葉中添加0.28%菊粉)，每組4個重復(fù)。

1.3 青貯調(diào)制

菊芋莖葉刈割后，將干燥的青貯原料切短至1～2 cm，加入適量水，使其含水量控制在40%左右，達(dá)到手緊握指縫間無水滴出，松開后不成團(tuán)，立馬散開的標(biāo)準(zhǔn)；然后按照比例將配置好的溶液(乳酸菌、菊粉)，均勻噴灑至切短的菊芋莖葉上，將混合均勻后的樣品，裝入聚乙烯青貯袋，所有袋子用真空包裝機(jī)抽真空并封口，置于常溫條件下(24～37 ℃)，進(jìn)行避光貯藏發(fā)酵40 d后開封取樣，進(jìn)行試驗測定。

1.4 測定指標(biāo)及方法

1.4.1 青貯菊芋莖葉的感官評定

按照德國農(nóng)業(yè)協(xié)會青貯質(zhì)量感官評分標(biāo)準(zhǔn)[13]，對青貯菊芋莖葉進(jìn)行現(xiàn)場感官評定。從色澤、氣味、質(zhì)地對試驗菊芋青貯進(jìn)行綜合評分。等級劃分總評分：優(yōu)等(16～20分)，尚可(10～15 分)，中等（5～9分），下等(4 分以下)。

1.4.2 菊芋莖葉青貯品質(zhì)的測定

取青貯后樣品各20 g，加入180 mL去離子水，用組織攪碎機(jī)攪碎1 min，然后用4層紗布和定性濾紙過濾得到浸提液，利用酸度計測定其pH；將濾液放入3 500 r·min-1離心機(jī)離心10 min，取上清液用苯酚-次氯酸鈉比色法[14]測定氨態(tài)氮含量；參考劉艷玲等[15]測定乙酸、丁酸含量；用試劑盒(南京建成生物工程研究所)測定乳酸含量；水溶性碳水化合物含量采用蒽酮-硫酸比色法；緩沖能值采用酸堿滴定法。

1.4.3 青貯菊芋莖葉養(yǎng)分表觀消化率的測定

采用兩極離體消化法評定青貯菊芋莖葉的營養(yǎng)價值。參考趙芳芳[16]兩極離體消化試驗方法。

采用恒溫干燥法測定干物質(zhì)含量。采用凱氏定氮法測定粗蛋白含量；中性洗滌纖維含量和酸性洗滌纖維含量測定運用Van Soest 飼草分析法；粗灰分(Ash)含量用GB/T6438-92 法測定[17]。養(yǎng)分表觀消化率計算如下：

式中：AOM為有機(jī)物消化率；ADM為干物質(zhì)消化率；AX為某養(yǎng)分消化率；DM為干物質(zhì)(%)；Ash為粗灰分(%)，m為所稱樣品重量(g)；m2為離心管 + 殘渣重(g)；m1為空離心管重量(g)；m0為空白殘渣平均重量(g)；a為某養(yǎng)分含量(%)；b為消化后某養(yǎng)分的含量(%)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

用Excel處理數(shù)據(jù)，采用SPSS 21.0對感官評定、發(fā)酵品質(zhì)、營養(yǎng)成分及表觀消化率等指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析，并用Duncan法進(jìn)行多重比較，P＜ 0.05表示差異顯著，結(jié)果用“平均數(shù) ± 標(biāo)準(zhǔn)差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同添加劑對青貯菊芋莖葉感官評價的影響

各組青貯飼料顏色基本都保持青綠或墨綠色，帶有酸性的芳香氣味，并且莖葉結(jié)構(gòu)良好，沒有發(fā)霉、粘手現(xiàn)象的產(chǎn)生(表1)。與無添加劑的對照組相比，乳酸菌組和菊粉組的感官評定為優(yōu)等。

表1 不同添加劑對青貯菊芋莖葉感官評定的影響Table 1 Effects of different additives on the sensory evaluation of the stems and leaves of Helianthus tuberosus silage

2.2 不同添加劑對青貯菊芋莖葉發(fā)酵品質(zhì)的影響

由表2可知，與對照組相比，乳酸菌組pH、乙酸、丁酸、乳酸和NH3-N/TN均差異顯著(P＜ 0.05)；且乳酸菌組pH、丁酸均顯著低于對照組，而乙酸、乳酸和NH3-N/TN顯著高于對照組；菊粉組的pH顯著低于對照組，乙酸、乳酸含量顯著高于對照組，而丁酸含量、NH3-N/TN與對照組之間差異不顯著(P＞ 0.05)。乳酸菌組與菊粉組相比，乳酸菌組pH、丁酸含量顯著低于菊粉組，而乙酸含量和NH3-N/TN顯著高于菊粉組。

表2 不同添加劑對青貯菊芋莖葉發(fā)酵品質(zhì)的影響Table 2 Effects of different additives on the fermentation quality of silage Helianthus tuberosus stems and leaves

2.3 青貯菊芋莖葉營養(yǎng)成分

與對照組相比，乳酸菌組和菊粉組的Ash含量顯著降低(P＜ 0.05)，WSC含量顯著升高，DM、CP、ADF、NDF含量無顯著變化(P＞ 0.05)。乳酸菌組和菊粉組WSC、DM、CP、ADF、NDF、Ash含量差異不顯著。

2.4 青貯菊芋莖葉的養(yǎng)分表觀消化率

與對照組相比，乳酸菌組和菊粉組的干物質(zhì)表觀消化率顯著升高(P＜ 0.05)，乳酸菌組中性洗滌纖維表觀消化率顯著增加，菊粉組酸性洗滌纖維表觀消化率顯著降低。乳酸菌組中性和酸性洗滌纖維消化率顯著高于菊粉組，而干物質(zhì)消化率差異不明顯(P＞ 0.05)；3個處理組的有機(jī)物和粗蛋白表觀消化率差異不顯著(表3)。

表3 青貯菊芋莖葉的營養(yǎng)成分和養(yǎng)分表觀消化率Table 3 Conventional nutrients and nutrient apparent digestibility of the stems and leaves of Helianthus tuberosus silage

3 討論

3.1 不同添加劑對青貯菊芋莖葉感官評價的影響

由感官評分來看，經(jīng)乳酸菌處理的乳酸菌組菊芋莖葉青貯效果最好，添加菊粉的菊粉組次之，對照的菊芋莖葉青貯效果一般，這可能是由于菊芋莖葉常規(guī)青貯條件下的產(chǎn)酸效果不佳，難以達(dá)到乳酸菌發(fā)酵的厭氧條件，影響青貯飼料的整體發(fā)酵情況和營養(yǎng)成分含量，而經(jīng)過不同添加劑處理的青貯飼料顯然相對較好，尤其是添加乳酸菌的乳酸菌組。

3.2 不同添加劑對青貯菊芋莖葉發(fā)酵品質(zhì)的影響

成熟期的菊芋莖葉添加不同添加劑(乳酸菌和菊粉)對青貯飼料pH、NH3-N/TN、乙酸、丁酸、乳酸產(chǎn)生顯著影響。馬春暉等[18]研究表明，pH在3.9～4.2時，青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)良好；pH在4.4～4.7時，青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)一般；pH在4.8以上發(fā)酵品質(zhì)劣等。本研究中菊芋莖葉青貯飼料對照組pH在4.7以上，菊粉組pH在4.3以上，乳酸菌組pH為3.91，說明單獨青貯菊芋莖葉飼料產(chǎn)酸效果不佳，而添加乳酸菌明顯改善了青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)；研究發(fā)現(xiàn)，添加乳酸菌可顯著增加青貯構(gòu)樹(Broussonetia papyrifera)葉的乳酸含量，降低乙酸含量[19]；添加乳酸菌可以顯著提高辣木葉(Moringa oleifera)青貯飼料乳酸含量，降低乙酸含量[20]，本研究結(jié)果與之相似；乳酸、乙酸、丁酸是青貯過程中產(chǎn)生的主要有機(jī)酸，乳酸含量越高，pH越低，青貯品質(zhì)越好，青貯料也更易長時間保存[9]，本研究青貯料添加乳酸菌和菊粉后，乳酸含量顯著高于對照組，說明添加乳酸菌和菊粉可改善菊芋的青貯品質(zhì)，且添加乳酸菌后的改善效果更優(yōu)，更有利于保存；NH3-N/TN被廣泛用于衡量青貯品質(zhì)的好壞，發(fā)酵時，植物本身的蛋白分解酶將植物蛋白分解成氨，是造成蛋白質(zhì)損失的主要原因之一[21-22]，本研究中乳酸菌組NH3-N/TN顯著升高，菊粉組次之，此結(jié)果與在不同生育期菊芋莖葉中添加乳酸菌對青貯發(fā)酵品質(zhì)的研究結(jié)果一致[9]，但也有相關(guān)報道[2,23]表明，添加乳酸菌對青貯品質(zhì)無顯著影響，甚至?xí)档颓噘A品質(zhì)；這可能是由于青貯初期菊芋莖葉表面附有少量的霉菌、好氧細(xì)菌以及酵母，隨著青貯發(fā)酵時間的延長，更有利于他們的繁殖，與外來添加的乳酸菌和菊粉形成競爭關(guān)系，抑制了乳酸的產(chǎn)生，從而影響了菊芋的青貯品質(zhì)[9]。整體而言，由于成熟期菊芋莖葉有充足的底物，添加了乳酸菌和菊粉之后，加速了底物的分解，其中乳酸菌能迅速產(chǎn)酸，改善了青貯品質(zhì)[24]。

3.3 不同添加劑對青貯菊芋莖葉營養(yǎng)成分的影響

添加乳酸菌可促進(jìn)青貯飼料厭氧發(fā)酵產(chǎn)生一定量的乳酸，使pH降低，抑制有害微生物的生長，減少飼料營養(yǎng)物質(zhì)損失，保存更多的干物質(zhì)和粗蛋白等營養(yǎng)物質(zhì)[25]。粗蛋白含量是評定飼料作物營養(yǎng)價值的重要指標(biāo)，優(yōu)良飼草的粗蛋白含量為10%～20%[26]，本研究3個處理組的粗蛋白含量均在優(yōu)良飼草粗蛋白含量范圍內(nèi)，表明青貯菊芋莖葉是一種極具開發(fā)潛力的粗飼料資源。閆琦等[4]研究發(fā)現(xiàn)，孕蕾前期添加乳酸菌顯著降低菊芋莖葉青貯飼料粗蛋白含量，這主要是因為發(fā)酵時，植物本身的蛋白分解酶將植物自身含有的粗蛋白分解成氨，從而造成蛋白質(zhì)的損失，此途徑是造成青貯菊芋莖葉蛋白損失的主要原因之一[22]，而本研究中，添加0.28%的乳酸菌對青貯菊芋莖葉蛋白含量無顯著影響，這是因為本研究選取的菊芋處于成熟期，生長期不同對青貯飼料品質(zhì)也有一定影響。NDF是反映粗飼料質(zhì)量好壞的有效指標(biāo)[27]。張金霞等[28]研究認(rèn)為，NDF含量在38%～48%時，即可滿足不同階段奶牛的營養(yǎng)需求，本研究中，不同試驗組NDF含量均在38%～48%。據(jù)報道，優(yōu)良飼草的Ash含量在5%～10%[26]。飼料中ADF含量越高，動物對飼料的消化利用率越低，二者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[2]。本研究發(fā)現(xiàn)，3個處理組的Ash含量均高于優(yōu)良牧草Ash含量，這可能是因為本研究所采集的菊芋秸稈莖葉處于收獲期，隨著生育期的推進(jìn)，纖維素和木質(zhì)素含量升高。

3.4 不同添加劑對青貯菊芋莖葉養(yǎng)分表觀消化率的影響

乳酸菌作為添加劑改善青貯品質(zhì)已廣泛使用。添加乳酸菌后會顯著降低菊芋莖葉青貯后干物質(zhì)消化率[9]。本研究中，添加0.28%乳酸菌和添加0.28%菊粉干物質(zhì)消化率顯著高于未添加對照組，這與閆琦等[9]的研究結(jié)果不一致，這是因為本研究采集的菊芋莖葉處于收獲期，而閆琦等[9]采集的菊芋莖葉處于孕蕾前期，收獲期相對孕蕾前期具有較高的纖維素含量[24]。本研究結(jié)果與李滿雙等[29]的研究結(jié)果相似，造成這種情況的原因可能是添加乳酸菌和菊粉后破壞了菊芋莖葉細(xì)胞壁或木質(zhì)素結(jié)構(gòu)，將正常情況下難以利用的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為瘤胃微生物可利用的營養(yǎng)物質(zhì)[29]，從而提高了干物質(zhì)消化率。本研究中，乳酸菌組相比對照組，中性洗滌纖維的消化率顯著升高，這表明瘤胃微生物對其中的中性洗滌纖維有較高的利用能力。

4 結(jié)論

添加0.28%乳酸菌和0.28%菊粉均可提高菊芋莖葉青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)和營養(yǎng)價值，且同等濃度下，乳酸菌的改善效果更優(yōu)。