添加乳酸菌對(duì)營(yíng)養(yǎng)期菊芋莖葉青貯發(fā)酵品質(zhì)動(dòng)態(tài)變化的影響

劉巧玲，趙芳芳，馬曉蕾，孫紅先，李杰，何兆華，梁雪，王小鳳，李少斌

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)甘肅省草食動(dòng)物生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070)

隨著我國(guó)草食畜牧業(yè)的快速發(fā)展，粗飼料資源缺乏的問(wèn)題日益突出。合理開(kāi)發(fā)和高效利用農(nóng)作物副產(chǎn)品，有助于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的“節(jié)本增效”及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)。菊芋(Helianthustuberosus)是一種菊科向日葵屬多年生草本植物，具有易種植、再生能力強(qiáng)、產(chǎn)量高等特點(diǎn)[1]。塊莖中富含菊芋多糖(約占干物質(zhì)的70%)，是當(dāng)前提取菊粉的最佳原料[2]；莖葉富含碳水化合物、粗蛋白質(zhì)(Crude protein，CP)和礦物質(zhì)，是一種較為優(yōu)質(zhì)的粗飼料，可以用來(lái)飼喂牛、羊等動(dòng)物[3-5]。但由于菊芋莖葉表面覆蓋白色短糙毛(或剛毛)，直接飼喂適口性較差，且不易儲(chǔ)存，使得菊芋莖葉的飼料化利用程度較低，多被焚燒，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。有研究發(fā)現(xiàn)青貯可以改善菊芋莖葉的飼喂價(jià)值，但受到品種、刈割時(shí)期和晾曬時(shí)間等的影響[6]。添加玉米秸稈和乳酸菌可以提高菊芋莖葉的青貯品質(zhì)[7-8]。然而截至目前，添加乳酸菌對(duì)青貯菊芋莖葉發(fā)酵品質(zhì)的動(dòng)態(tài)影響規(guī)律及對(duì)養(yǎng)分消化率的影響報(bào)道較少。本研究以甘肅省種植范圍較廣且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高的定芋1號(hào)為試驗(yàn)材料，采集不同營(yíng)養(yǎng)期菊芋莖葉，測(cè)定干物質(zhì)(Dry matter,DM)含量、水溶性碳水化合物(Water soluble carbohydrates,WSC)含量和緩沖能值(Buffer capacity,BC)，及常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分，從中選取適合青貯的營(yíng)養(yǎng)期菊芋莖葉原料，研究添加乳酸菌后不同發(fā)酵時(shí)期青貯菊芋莖葉的發(fā)酵品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)成分動(dòng)態(tài)變化，以及乳酸菌對(duì)體外發(fā)酵和養(yǎng)分消化率的影響，掌握菊芋莖葉青貯發(fā)酵的動(dòng)態(tài)規(guī)律及飼用價(jià)值，為合理開(kāi)發(fā)利用菊芋莖葉資源及非常規(guī)飼料資源的飼料化利用提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

菊芋莖葉(定芋1號(hào))購(gòu)自蘭州市榆中縣，地理位置E 104°12′，N 35°49′；乳酸菌(乳酸菌活菌數(shù)≥3×109cfu/mL)購(gòu)自大莊仕合源乳業(yè)有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

分別采集現(xiàn)蕾期、盛花期和成熟期菊芋莖葉，測(cè)定WSC、BC和DM含量，篩選出適合制作青貯的營(yíng)養(yǎng)期，采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)2個(gè)處理組，分別為添加0.2%乳酸菌組(T)和不添加乳酸菌組(C)，每個(gè)處理15個(gè)重復(fù)。采用青貯發(fā)酵罐調(diào)制菊芋莖葉青貯飼料，分別在發(fā)酵1、7、15、30和60 d開(kāi)封，每次各開(kāi)封3個(gè)發(fā)酵罐，測(cè)定其發(fā)酵品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)成分。再篩選優(yōu)質(zhì)青貯菊芋莖葉，采用體外產(chǎn)氣法評(píng)定菊芋莖葉青貯飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

1.3 青貯菊芋莖葉的調(diào)制

選取新鮮菊芋莖葉，距離地面3 cm處刈割(約80 kg)，迅速帶回實(shí)驗(yàn)室，剪至1～2 cm，混勻，稱重，按照比例加入乳酸菌，裝入2 L發(fā)酵罐中，壓實(shí)，密封，置于室溫下(25～28 ℃)避光發(fā)酵。

1.4 體外產(chǎn)氣培養(yǎng)體系

根據(jù)Menke等[9]的方法配置人工唾液，將新鮮采集的瘤胃液(用瘤胃液采集器從口腔采集3只健康成年小尾寒羊瘤胃液，混合，4層紗布過(guò)濾至39 ℃預(yù)熱過(guò)的厭氧保溫瓶中，并通入CO2)與人工唾液按照1∶2體積混合，作為體外產(chǎn)氣培養(yǎng)液。準(zhǔn)確稱取200 mg飼料樣品，加入體外產(chǎn)氣管中，邊通入CO2邊加入30 mL制備好的培養(yǎng)液，排出多余的氣體，密封，置于39 ℃恒溫水浴搖床上培養(yǎng)。

1.5 測(cè)定指標(biāo)及方法

青貯發(fā)酵品質(zhì)測(cè)定方法：青貯感官品質(zhì)評(píng)定參照德國(guó)農(nóng)業(yè)協(xié)會(huì)評(píng)分法(DLG)，即對(duì)氣味、結(jié)構(gòu)、色澤等3項(xiàng)分別進(jìn)行評(píng)分，然后將得分相加，總得分按優(yōu)、可、中、下等進(jìn)行感官評(píng)分(表1)；WSC含量測(cè)定：稱取1 g樣品，放入試管中，加15 mL的蒸餾水。水浴20 min，冷卻至室溫后，用漏斗過(guò)濾到25 mL的容量瓶中，最后沖洗殘?jiān)鼣?shù)次并定容,采用蒽酮-硫酸比色法測(cè)定[10]；BC含量測(cè)定：于250 mL燒杯中加入2 g樣品(鮮樣20 g)，100 mL蒸餾水。邊攪拌(JB-3型磁力攪拌器，上海雷磁新涇儀器有限公司)邊測(cè)定pH值，記錄用0.1 mol/L NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值從4.0至6.0所用毫升數(shù)，用蒸餾水做空白處理[11]；DM含量的測(cè)定參考楊勝[12]的方法；中性洗滌纖維(Neutraldetergentfiber,NDF)和酸性洗滌纖維(Aciddetergentfiber,ADF)采用Van Soest法[13]測(cè)定；pH測(cè)定方法[14]：取鮮樣20 g，加入180 mL蒸餾水，高速勻漿機(jī)攪碎1min，四層紗布和定性濾紙分別過(guò)濾后，制備為浸提液，用酸度計(jì)測(cè)定pH值，用馮宗慈[15]改進(jìn)方法測(cè)定NH3-N含量，用氣相色譜儀測(cè)定VFA含量，用試劑盒(南京建成生物工程研究所)測(cè)定乳酸(Lactic acid,LA)含量。

表1 青貯飼料感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(DLG)

營(yíng)養(yǎng)成分和瘤胃發(fā)酵體外產(chǎn)氣測(cè)定方法：體外產(chǎn)氣結(jié)束后，取下注射器，立即用酸度計(jì)(pHS-3C，上海雷磁儀器廠)測(cè)定pH值，離心，制備上清液，采用上述方法測(cè)定NH3-N含量，參考曹雨莉[16]等方法用氣相色譜儀(6890N，Agilent)測(cè)定揮發(fā)性脂肪酸(Volatile fatty acid，VFA)含量。

1.6 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行初步整理統(tǒng)計(jì)，采用SPSS 26.0進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)分析，對(duì)組間發(fā)酵品質(zhì)、常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分、IVDMD等指標(biāo)進(jìn)行比較，分析結(jié)果用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，P<0.05作為差異顯著的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同營(yíng)養(yǎng)期菊芋莖葉的營(yíng)養(yǎng)成分

菊芋莖葉原料從現(xiàn)蕾期、盛花期到成熟期DM、WSC、NDF和ADF含量以及BC均顯著增加(P<0.05)，而CP含量顯著降低(P<0.05)(表2)。在保證塊莖產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，本試驗(yàn)選取盛花期菊芋莖葉制備青貯飼料。

表2 不同營(yíng)養(yǎng)期菊芋莖葉營(yíng)養(yǎng)成分(干物質(zhì)基礎(chǔ))

2.2 添加乳酸菌對(duì)青貯菊芋莖葉感官品質(zhì)的影響

C組第30天和第60天感官品質(zhì)總評(píng)分13分，為2級(jí)；T組第30天和第60天感官品質(zhì)總評(píng)分19分，為1級(jí)。添加乳酸菌可以提高菊芋莖葉青貯飼料的感官品質(zhì)(表3)。

表3 添加乳酸菌對(duì)菊芋莖葉青貯飼料感官品質(zhì)的影響

2.3 添加乳酸菌對(duì)菊芋莖葉青貯飼料發(fā)酵特性的影響

2.3.1 對(duì)pH和乳酸含量動(dòng)態(tài)變化的影響 隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，兩處理組pH值呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且除第1天T組顯著低于C組外(P<0.05)，其他天數(shù)內(nèi)T組均極顯著低于C組(P<0.01)(圖1-A)。兩處理組的乳酸含量則隨發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，且T組均極顯著高于C組(P<0.01)，發(fā)酵第60天時(shí)，T組較C組顯著提高了13.65%(圖1-B)。

圖1 菊芋莖葉青貯飼料pH值動(dòng)態(tài)

2.3.2 對(duì)VFA含量動(dòng)態(tài)變化的影響 C組和T組的乙酸、丁酸含量的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)均相似，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。C組乙酸含量均極顯著高于T組(P<0.01)，且發(fā)酵60 d時(shí)，T組較C組降低了35.02%(圖2-A)；除第1天兩處理組丁酸含量差異不顯著外，其他時(shí)間C組丁酸含量均極顯著高于T組(P<0.01)，且發(fā)酵60 d時(shí)，T組較C組降低了30.00%(圖2-B)。

圖2 菊芋莖葉青貯飼料有機(jī)酸含量動(dòng)態(tài)

2.3.3 對(duì)NH3-N含量動(dòng)態(tài)變化的影響 C組和T組的NH3-N含量動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)相似，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。C組NH3-N含量均極顯著高于T組(P<0.01)，且發(fā)酵60 d時(shí)，T組較C組降低了11.19%；(圖3)。

2.4 添加乳酸菌對(duì)青貯菊芋莖葉營(yíng)養(yǎng)成分的影響

2.4.1 對(duì)DM和WSC含量動(dòng)態(tài)變化的影響 C組和T組的DM及WSC含量動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)相似，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。T組DM含量均極顯著高于C組(P<0.01)，且發(fā)酵60 d時(shí)，T組較C組增加了17.80%；T組WSC含量均極顯著高于C組(P<0.01)，且發(fā)酵60 d時(shí)，T組較C組增加了17.78%(圖4)。

圖4 菊芋莖葉青貯飼料DM和WSC含量動(dòng)態(tài)

2.4.2 對(duì)NDF和ADF含量動(dòng)態(tài)變化的影響 C組和T組的NDF和ADF含量動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)相似，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)無(wú)顯著性變化(P>0.05)。除第1天T組ADF含量極顯著高于C組外，其他時(shí)間內(nèi)均極顯著低于C組(P<0.01)；除第1天、30天T組ADF含量極顯著低于C組外，其他時(shí)間內(nèi)均極顯著高于C組(P<0.01)(圖5)。

圖5 菊芋莖葉青貯飼料NDF和ADF含量動(dòng)態(tài)

2.5 菊芋莖葉青貯飼料中添加乳酸菌對(duì)體外發(fā)酵和干物質(zhì)消化率的影響

與C組發(fā)酵(60 d)相比，T組發(fā)酵(60 d)可以顯著增加24 h總產(chǎn)氣量和干物質(zhì)消化率(P<0.05)，顯著降低24 h NH3-N含量(P<0.05)，顯著降低12 h和24 h的pH值(P<0.05)，對(duì)其他時(shí)間點(diǎn)總產(chǎn)氣量、pH值、NH3-N含量和干物質(zhì)消化率均無(wú)顯著影響(P>0.05)(表4)。

表4 綿羊瘤胃發(fā)酵和養(yǎng)分表觀消化率

3 討論

水分含量、可溶性碳水化物含量和緩沖能值是粗飼料青貯的關(guān)鍵指標(biāo)。水分含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致養(yǎng)分隨水分滲出而流失，以及霉菌等有害菌的大量繁殖；過(guò)低則不利于壓實(shí)，使得好氧菌大量繁殖，降低青貯品質(zhì)[17-18]。Buxton等[19]認(rèn)為優(yōu)質(zhì)的青貯原料DM含量為 250～400 g/kg(鮮樣基礎(chǔ))，WSC含量高于30 g/kg(DM基礎(chǔ))，緩沖能值低于350 mEq/kg(DM基礎(chǔ))。本試驗(yàn)采集的盛花期菊芋莖葉DM含量為320.7 g/kg(鮮樣基礎(chǔ))，WSC含量為22.60 g/kg(DM基礎(chǔ))，緩沖能值為50.62 mEq BC/kg(DM基礎(chǔ))，較適合制作青貯飼料。

添加乳酸菌可以提高青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)。本研究發(fā)現(xiàn)添加乳酸菌可以顯著降低菊芋莖葉青貯飼料pH值、乙酸、丁酸、NH3-N含量，顯著增加乳酸含量、DM含量、WSC含量，表明添加乳酸菌可以提高菊芋莖葉青貯飼料品質(zhì)。Xie等[20]等研究發(fā)現(xiàn)在苜蓿青貯飼料中添加乳酸菌可以顯著降低pH值、NH3-N含量和非蛋白氮含量，增加真蛋白氮含量。另外有研究發(fā)現(xiàn)添加乳酸菌可顯著增加青貯構(gòu)樹(shù)葉的乳酸含量，降低乙酸含量[21]；還可以顯著增加辣木葉青貯飼料乳酸含量，降低乙酸和丙酸含量[22]。這些研究均與本試驗(yàn)結(jié)果一致。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，添加乳酸菌對(duì)菊芋莖葉青貯飼料NDF含量和ADF含量無(wú)顯著影響。苗芳等[23]研究發(fā)現(xiàn)，添加異質(zhì)性布氏乳酸菌可以顯著增加全株玉米青貯飼料NDF含量，對(duì)ADF含量無(wú)顯著影響；而添加復(fù)合(同質(zhì)性+異質(zhì)性)乳酸菌顯著降低NDF含量和ADF含量。這說(shuō)明乳酸菌菌株類型影響微生物分解利用飼料中NDF和ADF。

青貯發(fā)酵是微生物生長(zhǎng)繁殖和生物化學(xué)變化的過(guò)程。本研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)照組和試驗(yàn)組pH值、DM和WSC含量的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)相似，均表現(xiàn)出隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，第7天顯著下降，之后趨緩，第60天最低；乙酸、丁酸、NH3-N和乳糖含量表現(xiàn)出隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，第7天顯著增加，之后趨緩，第60天最高。本試驗(yàn)結(jié)果與在多花黑麥草青貯飼料中添加不同濃度丙酸對(duì)VFA、乳酸和WSC以及pH的動(dòng)態(tài)變化的影響[24]及華北駝絨藜青貯飼料中添加乳酸菌對(duì)pH、乙酸、丁酸、NH3-N和乳糖動(dòng)態(tài)變化影響[25]，結(jié)果基本一致。此外，本研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，添加乳酸菌第7、15、30和60天的pH值、NH3-N、乙酸、丁酸、含量均顯著降低，DM和WSC和乳糖含量顯著增加。這是由于添加乳酸菌可以使青貯飼料中的乳酸菌快速大量增值，降低pH值，抑制有害菌的生長(zhǎng)繁殖，縮短好氧發(fā)酵過(guò)程，既減少營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的損失，又提高了菊芋莖葉的青貯品質(zhì)[26-28]。

體外產(chǎn)氣法是評(píng)價(jià)飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的常用方法，操作簡(jiǎn)單，與動(dòng)物試驗(yàn)結(jié)果有較強(qiáng)的相關(guān)性[29]。本研究發(fā)現(xiàn)，添加乳酸菌可以顯著增加體外24 h總產(chǎn)氣量和干物質(zhì)消化率，并顯著降低pH值和NH3-N含量，對(duì)48 h總產(chǎn)氣量、pH值、NH3-N和干物質(zhì)消化率無(wú)顯著影響。Xie等[20]研究發(fā)現(xiàn)添加乳酸菌可以顯著增加24 h總產(chǎn)氣量，對(duì)48 h干物質(zhì)消化率和NH3-N含量影響不顯著，與本試驗(yàn)結(jié)果一致。

4 結(jié)論

添加乳酸菌可顯著降低菊芋莖葉青貯飼料pH值、乙酸、丁酸、NH3-N含量以及體外發(fā)酵NH3-N含量、12和24 h的瘤胃液pH值，顯著增加乳酸含量、DM含量、WSC含量以及體外24 h總產(chǎn)氣量和IVDMD，提高感官品質(zhì)，而對(duì)NDF、ADF含量無(wú)顯著影響，即添加乳酸菌可以提高菊芋莖葉青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。