華北駝絨藜青貯加工及營養(yǎng)價(jià)值評(píng)價(jià)

徐遠(yuǎn)志，劉新平，王立龍，胡鴻姣，何玉惠，張銅會(huì)，景家琪

（1. 中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院奈曼沙漠化研究站， 甘肅 蘭州 730000；2. 中國科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049；3. 中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院皋蘭生態(tài)與農(nóng)業(yè)綜合研究站， 甘肅 蘭州 730000）

當(dāng)前飼料不足已經(jīng)嚴(yán)重限制了我國畜牧業(yè)的發(fā)展［1］，提高飼料產(chǎn)量和品質(zhì)至關(guān)重要。面對(duì)日益發(fā)展的畜牧業(yè)，用來生產(chǎn)飼料的玉米（Zea mays）、大豆（Glycine max）等糧食作物仍需要大量進(jìn)口，開發(fā)新型的綠色飼料不僅可以緩解飼料的短缺問題，而且是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。我國灌木植物分布廣，產(chǎn)量大，且營養(yǎng)成分含量高，適口性好，對(duì)其進(jìn)行充分合理利用，可以促進(jìn)畜牧業(yè)的發(fā)展。華北駝絨藜（Ceratoides arborescens）是藜科駝絨藜屬旱生半灌木，主要分布在內(nèi)蒙古中東部及華北地區(qū)，其飼用價(jià)值高，產(chǎn)草量大，適口性好，抗逆性強(qiáng)，是馬、駱駝、羊等家畜喜食的優(yōu)良牧草，有巨大的開發(fā)潛力［2-4］。目前對(duì)于華北駝絨藜的研究主要關(guān)注其生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、種子、抗性及栽培技術(shù)等方面，但對(duì)其加工利用的研究報(bào)道還較少［5-6］。

青貯不僅可以有效保存新鮮牧草［7］，避免營養(yǎng)成分的損失，還可以提升家畜對(duì)飼料的消化利用率［8-9］，長期以來一直是反芻動(dòng)物生產(chǎn)中保存牧草的主流技術(shù)［10］。青貯主要依靠乳酸菌將可溶性碳水化合物轉(zhuǎn)化為乳酸，造成低pH 環(huán)境，抑制好氧菌的生長，使飼料得以保存［11］，并改善適口性［12］。已有研究表明，青貯可以顯著提高玉米秸稈［13］、紫花苜蓿（Medicago sativa）［14］和華北駝絨藜［5］等常見飼用植物的營養(yǎng)價(jià)值。在青貯乳酸發(fā)酵的過程中，青貯原料的水分是一個(gè)關(guān)鍵因子［15］，過多或過少的水分都會(huì)對(duì)青貯效果造成不利的影響。而不同的植物進(jìn)行青貯時(shí)所適宜的水分條件并不相同，需要單獨(dú)進(jìn)行研究確定。實(shí)踐中發(fā)酵品質(zhì)往往較差，通常根據(jù)青貯條件或青貯原料的特性在青貯中使用青貯添加劑［16］。青貯菌劑是用于飼料青貯的一類微生物添加劑，可以調(diào)節(jié)青貯料內(nèi)微生物區(qū)系，調(diào)控發(fā)酵過程，更好地保留飼料的營養(yǎng)價(jià)值［17］。相比于化學(xué)添加劑，菌劑使用方便，經(jīng)濟(jì)高效，無污染，對(duì)農(nóng)用機(jī)械無腐蝕［18］，在青貯飼料制備中更具有適用性。但對(duì)于青貯菌劑施用和配比方面的研究還有待完善，培育和利用效果好且適應(yīng)性強(qiáng)的菌劑，具有重要的實(shí)踐意義。已有研究表明，不同添加劑會(huì)影響華北駝絨藜的青貯品質(zhì)，比如乳酸菌制劑可以降低青貯料的pH 值［2］，添加纖維素酶可以降低粗纖維的含量［5］，從而提高青貯的品質(zhì)和營養(yǎng)價(jià)值。但關(guān)于華北駝絨藜青貯過程中水分及水分與菌劑交互作用的研究尚未見報(bào)道。因此，本研究以華北駝絨藜為青貯對(duì)象，通過控制含水量和益生菌劑兩個(gè)因素，探究其對(duì)于華北駝絨藜青貯品質(zhì)的影響，篩選最佳青貯方式，為提高華北駝絨藜的青貯品質(zhì)提供指導(dǎo)，促進(jìn)華北駝絨藜適生地區(qū)畜牧業(yè)的發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)奈曼旗境內(nèi)（42°58′ N， 120°43′ E），該區(qū)屬溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫5.8～6.4 ℃，年平均降水量310～500 mm，且主要集中在6-8 月，年蒸發(fā)量1500～2500 mm。土壤類型主要為風(fēng)沙土，地貌類型為流動(dòng)沙丘、半固定沙丘、固定沙丘、平緩沙地等［19］。該區(qū)常見的灌木和半灌木有小葉錦雞兒（Caragana microphylla）、華北駝絨藜、興安胡枝子（Lespedeza daurica）等。其中華北駝絨藜主要生長于固定沙丘、沙地、荒地或山坡上，在該研究區(qū)分布廣泛。

1.2 試驗(yàn)材料及設(shè)計(jì)

樣品采集及試驗(yàn)在科爾沁沙地腹地的中國科學(xué)院奈曼沙漠化研究站進(jìn)行。益生菌劑為復(fù)合菌劑，以4∶1 的比例添加植物乳桿菌和戊糖片球菌，且添加量大于活菌數(shù)100 萬CFU·g-1。于2022 年7 月底收割較嫩的華北駝絨藜莖葉，采用雙因素完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，A 因素為原料含水量，設(shè)置3 個(gè)水平，通過整株晾曬不同時(shí)間（0、3、24 h），測得含水量分別為65%、55%、45%左右；B 因素為添加益生菌劑，設(shè)置4 個(gè)水平，分別為0（不添加）、0.02、0.04、0.06 g·kg-1（鮮重）；共12 個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)6 次，其中3 袋樣品用于營養(yǎng)成分檢測，另外3 袋用于青貯品質(zhì)感官評(píng)價(jià)同時(shí)可做備用。

1.3 青貯方法

將華北駝絨藜鍘切至小段，每份樣品稱取500 g，所有樣品通過均勻噴灑添加1%鮮重的紅糖和0.1%鮮重的纖維素酶，根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)添加不同水平的益生菌劑，混合均勻，裝入聚乙烯袋，用真空包裝機(jī)抽真空并封口，室溫遮光條件下放置60 d 后開啟，取樣進(jìn)行感官評(píng)價(jià)及相關(guān)指標(biāo)分析。紅糖的主要成分是蔗糖，可以作為益生菌生長的底物［20］。纖維素酶可以促進(jìn)纖維降解，使可溶性碳水化合物轉(zhuǎn)化為乳酸，降低了青貯飼料的pH 值，使牧草更好地保存［21］。

1.4 指標(biāo)測定方法

粗蛋白（crude protein， CP）含量=總氮含量×6.25；采用索氏抽提法測定粗脂肪（ether extract， EE）含量；采用洗滌法測定植物粗纖維（crude fiber， CF）含量；采用質(zhì)量法測定植物粗灰分（crude ash）含量；采用差減法計(jì)算無氮浸出物（nitrogen free extract， NFE）含量；采用鉬銻抗吸光光度法測定植物全磷（total phosphorus， TP）含量；采用ICP-aes/ms 法測定Ca 含量［22］。

1.5 數(shù)據(jù)來源及分析

用于對(duì)比的青貯玉米秸稈及紫花苜蓿營養(yǎng)成分?jǐn)?shù)據(jù)來自《中國飼料成分及營養(yǎng)價(jià)值表》［23］。采用SPSS 25.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分別對(duì)同一含水量不同菌劑添加量、同一菌劑添加量不同含水量處理進(jìn)行單因素方差分析，對(duì)兩種處理交互作用進(jìn)行雙因素方差分析，并采用Duncan 法進(jìn)行多重比較；采用Origin 2023 制圖。利用灰色關(guān)聯(lián)度法對(duì)青貯后的樣品進(jìn)行營養(yǎng)價(jià)值評(píng)價(jià)，其可以很好地綜合各項(xiàng)營養(yǎng)成分指標(biāo)，評(píng)價(jià)不同處理間的差異性，反映出樣品的優(yōu)劣程度［24］。將12 種不同處理的樣品視為一個(gè)灰色系統(tǒng)，每個(gè)處理的樣品為此系統(tǒng)的一個(gè)因素，分析樣品間的聯(lián)系程度即關(guān)聯(lián)度。構(gòu)建一個(gè)參考樣品X0，X0的營養(yǎng)成分含量作為參考數(shù)列［X0（1），…，X0（N）］，參試樣品為比較數(shù)列Xi，對(duì)參試樣品營養(yǎng)成分含量與參考樣品相應(yīng)指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行排序，即為營養(yǎng)價(jià)值的高低。粗蛋白、粗脂肪、無氮浸出物為牧草中的營養(yǎng)物質(zhì)和能量來源，粗灰分、鈣和磷是礦物質(zhì)，是家畜生長發(fā)育所必需的，所以這6 個(gè)指標(biāo)越高越好［25］，參考樣品為這些指標(biāo)各自的最大值。粗纖維會(huì)降低飼料的消化率，所以其含量越低越好，參考樣品的粗纖維值為試驗(yàn)樣品中的最低值。采用初值化處理方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，之后代入公式計(jì)算加權(quán)關(guān)聯(lián)度。關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算公式：

式中：|X0(k)-Xi(k)|為X0數(shù)列與Xi數(shù)列在第k點(diǎn)的絕對(duì)差，為二級(jí)最小差，為二級(jí)最大差，ρ為分辨系數(shù)，一般取ρ=0.5。

式中：N為營養(yǎng)指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

在牧草中，各營養(yǎng)成分對(duì)營養(yǎng)價(jià)值的貢獻(xiàn)度是不一樣的，為了更加客觀評(píng)價(jià)，需要對(duì)各營養(yǎng)成分賦權(quán)重值WK，權(quán)重值根據(jù)前人的研究結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)確定［26］。加權(quán)關(guān)聯(lián)度計(jì)算公式：

2 結(jié)果與分析

2.1 華北駝絨藜青貯后營養(yǎng)成分變化

華北駝絨藜經(jīng)過青貯后，無氮浸出物和灰分含量降低，粗脂肪和粗蛋白含量升高，其他營養(yǎng)成分變化不大（圖1）。而常見的青貯飼料玉米秸稈和紫花苜蓿，青貯后主要表現(xiàn)為粗蛋白和無氮浸出物含量升高、粗纖維含量降低。經(jīng)過青貯，3 種常見飼用植物的營養(yǎng)價(jià)值均得到提高，其中，華北駝絨藜的粗蛋白、粗脂肪、灰分、粗纖維和鈣含量最高，但其無氮浸出物、磷含量最低。

圖1 華北駝絨藜［27］、玉米秸稈、紫花苜蓿青貯后營養(yǎng)成分變化［22］Fig. 1 Changes of nutrient composition after C.arborescens， corn straw and alfalfa silage

青貯完成后，按照農(nóng)業(yè)部《青貯飼料質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》［28］，評(píng)定青貯料顏色、氣味、質(zhì)地及是否霉變。華北駝絨藜青貯開封后，現(xiàn)場對(duì)青貯料進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。所有處理的樣品均未發(fā)現(xiàn)霉變；顏色均為黃綠色，65%含水量的樣品顏色略深；質(zhì)地均較好，青貯料均不粘手；味道為較濃的酸香味。感官上，所有樣品均表現(xiàn)良好，不同處理之間的差異不明顯。

含水量顯著影響粗蛋白、粗纖維、粗灰分以及鈣含量（圖2，表1，P＜0.01）。益生菌劑顯著影響粗灰分（P＜0.05）和磷含量（P＜0.01）。含水量和益生菌劑的交互作用顯著影響磷含量（P＜0.01），對(duì)其他營養(yǎng)成分影響不顯著（P＞0.05）。含水量為45%時(shí)，添加菌劑相對(duì)于對(duì)照沒有顯著變化（P＞0.05）。含水量在55%以上時(shí)，添加菌劑使得營養(yǎng)成分發(fā)生了顯著變化（P＜0.05）。粗脂肪和無氮浸出物含量不受含水量和益生菌劑的影響（P＞0.05）。

表1 樣品營養(yǎng)成分方差分析Table 1 Variation analysis of sample nutrient composition （F value）

圖2 不同處理間營養(yǎng)成分含量Fig.2 Nutrient content in different treatments

線性擬合結(jié)果（圖3）顯示，粗蛋白、粗纖維和灰分與含水量顯著相關(guān)（P=0.001、P＜0.001、P＜0.001），磷含量與益生菌劑添加量顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）。且粗纖維含量對(duì)原料含水量更加敏感，灰分含量次之。其他指標(biāo)與這兩種處理無顯著的線性關(guān)系（P＞0.05）。隨含水量增大，粗纖維減少的量與粗蛋白和灰分增加的量接近，說明更高原料含水量的青貯條件有利于粗纖維轉(zhuǎn)化為粗蛋白和灰分，提高了營養(yǎng)價(jià)值。添加過多的益生菌劑降低了樣品中磷的含量，不利于提高營養(yǎng)價(jià)值。

圖3 含水量和益生菌劑與營養(yǎng)成分的線性擬合Fig.3 Linear fits between water content and probiotics to nutrient composition

2.2 最佳青貯條件篩選

灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算及營養(yǎng)價(jià)值排序結(jié)果（表2）顯示，65%含水量條件下，青貯后的營養(yǎng)成分加權(quán)關(guān)聯(lián)度普遍較高，都在0.8 以上；45%條件下處理的樣品較低，均低于0.8。添加益生菌劑0 和0.02 g·kg-1的樣品青貯效果普遍好于0.04 和0.06 g·kg-1處理的樣品，且添加0.02 g·kg-1菌劑的關(guān)聯(lián)度最高，呈現(xiàn)出隨菌劑添加量的增大，營養(yǎng)價(jià)值先增大后減小的趨勢(shì)。相同的水分條件下，添加0.02 g·kg-1益生菌劑關(guān)聯(lián)度最好；相同的菌劑添加量條件下，65%含水量的樣品關(guān)聯(lián)度最好。青貯效果最差的是含水量最低且不添加菌劑的樣品。相反地，青貯效果最佳的是含水量65%，且添加益生菌劑0.02 g·kg-1。

3 討論

3.1 含水量對(duì)青貯品質(zhì)的影響

原料適宜的含水量是制作優(yōu)質(zhì)青貯飼料的重要條件［29］?，F(xiàn)有的研究對(duì)很多植物進(jìn)行了水分控制的青貯試驗(yàn)，結(jié)果并不相同。對(duì)光葉紫花苕（Vicia villosa）進(jìn)行晾曬，含水量降低后再對(duì)其進(jìn)行青貯的效果好于直接青貯［30］；晾曬高冰草（Agropyron elongatum）降低其水分，較低的含水量可以提高其青貯發(fā)酵的品質(zhì)［31］；低水分稻草（Oryza sativa）的青貯品質(zhì)優(yōu)于常規(guī)水分［32］。但也有研究結(jié)果表明，較高的含水量（75%）對(duì)辣椒（Capsicum annuum）秸稈的青貯效果更好［33］；在苜蓿青貯發(fā)酵過程中，青貯料水分過低會(huì)降低反應(yīng)介質(zhì)中水的活性，導(dǎo)致產(chǎn)酸菌缺乏水分，使得青貯酸度積累變慢，對(duì)發(fā)酵造成不利影響［34］。因此，最適宜青貯的原料含水量因植物種類的不同而存在差異，可能與不同植物可溶性糖含量和植株表面乳酸菌的含量不同有關(guān)。本研究的結(jié)果表明，在含水量為45%～65%，較高的含水量更有利于華北駝絨藜青貯品質(zhì)的提高。隨著含水量的增加，粗蛋白含量顯著增加、粗灰分含量極顯著增加，鈣的含量顯著增加，粗纖維則與含水量顯著負(fù)相關(guān)，從而提高營養(yǎng)價(jià)值。但并不能證明含水量越高越好，含水量過高會(huì)加快營養(yǎng)物質(zhì)的分解，同時(shí)促進(jìn)不良微生物的生長，導(dǎo)致青貯腐?。?5］；含水量過低會(huì)限制微生物的活性，阻礙乳酸的產(chǎn)生，導(dǎo)致發(fā)酵速率減慢并產(chǎn)生丁酸等不良產(chǎn)物［36］，不僅降低了華北駝絨藜青貯的品質(zhì)，還容易產(chǎn)生酵母菌和霉菌，對(duì)飼料造成破壞［37］。試驗(yàn)結(jié)果也說明造成華北駝絨藜青貯發(fā)生腐敗的含水量閾值要高于65%。王星凌等［37］的試驗(yàn)也已證明，80%的含水量會(huì)導(dǎo)致苜蓿腐敗，45%的含水量導(dǎo)致青貯產(chǎn)生有害菌。因此，在華北駝絨藜青貯時(shí)，若青貯料含水量低于65%，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃痔砑印?/p>

3.2 益生菌劑對(duì)青貯品質(zhì)的影響

添加青貯菌劑可以提高青貯中乳酸的含量，降低pH 值，有利于青貯過程［38］。青貯菌劑可以提高甜高粱（Sorghum dochna）秸稈的總糖含量，降低粗纖維含量，提高其青貯品質(zhì)［39］。在苜蓿裹包青貯中添加青貯菌劑，可以降低丁酸含量，提高乙酸含量，抑制酵母菌和霉菌的數(shù)量［40］。但添加菌劑并不是一直有效。在對(duì)駝絨藜進(jìn)行青貯時(shí)，加入乳酸菌制劑Lalsil Dry，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其不能有效地改善青貯的品質(zhì)［5］。添加乳酸菌、纖維酶劑和飼料益生菌素均對(duì)低水分紫花苜蓿青貯營養(yǎng)成分含量沒有顯著影響［41］。還有研究表明，添加青貯菌劑對(duì)甜高粱青貯沒有明顯的改善作用，因此在青貯中無須添加菌劑［42］。所以青貯菌劑的選擇至關(guān)重要。本研究中除灰分和磷含量外，益生菌劑并沒有顯著影響營養(yǎng)成分。但試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著菌劑添加量的增大，粗灰分和無氮浸出物含量呈先增大后減小的趨勢(shì)，同時(shí)粗纖維有先減少后增大的趨勢(shì)，且磷和鈣含量有明顯的減少趨勢(shì)，說明菌劑并不是越多越好，添加適宜的菌劑量就可以滿足青貯的需要，這與胡鴻姣等［43］對(duì)于小葉錦雞兒青貯的研究結(jié)果相似。添加菌劑可以提高青貯中乳酸菌的數(shù)量和豐富度，增加有利菌群的相對(duì)優(yōu)勢(shì)度，促進(jìn)發(fā)酵過程中乳酸的產(chǎn)生，降低青貯環(huán)境的pH 值，抑制厭氧菌的生長，還可以提高干物質(zhì)的利用率，從而提高青貯飼料的營養(yǎng)價(jià)值和儲(chǔ)存穩(wěn)定性［44］。因此，通過控制添加菌劑的量，可以增加粗蛋白、粗灰分等營養(yǎng)成分的含量，并降低粗纖維的含量，從而提高青貯飼料的適口性［45］。

3.3 華北駝絨藜最佳青貯方式

苜蓿是牧草之王［46］，但華北駝絨藜的粗蛋白、粗脂肪及礦物質(zhì)（磷、鈣）含量要高于苜蓿［22］，說明其有潛力成為優(yōu)良飼料。但華北駝絨藜作為木本植物，含有較多的纖維素，降低了其營養(yǎng)價(jià)值，在青貯過程中加入纖維素酶有助于降低纖維素含量。通過青貯提高飼料營養(yǎng)成分的同時(shí)，也能提高飼料的適口性和消化率，更好地促進(jìn)華北駝絨藜營養(yǎng)價(jià)值的提高。試驗(yàn)結(jié)果表明，在一定的水分條件下（含水量＞55%）添加益生菌劑可以提高華北駝絨藜的青貯品質(zhì)。根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算結(jié)果，最佳的青貯條件是：含水量65%，添加益生菌劑0.02 g·kg-1。建議通過控制合適的原料含水量，添加少量的益生菌劑來提高青貯的品質(zhì)。

4 結(jié)論

含水量、益生菌劑及兩者的交互作用顯著影響華北駝絨藜青貯的營養(yǎng)成分含量，且含水量對(duì)青貯品質(zhì)的影響大于益生菌劑的影響。在適宜的水分條件下，添加較少量的益生菌劑可以提高青貯品質(zhì)。對(duì)于華北駝絨藜，青貯的最佳條件為：原料含水量65%，益生菌劑添加量0.02 g·kg-1，可以有效提高青貯料中粗蛋白和灰分的含量，并降低粗纖維的含量，提高其營養(yǎng)價(jià)值。本研究為提升華北駝絨藜的青貯效果提供了數(shù)據(jù)及技術(shù)支撐，進(jìn)一步推動(dòng)了華北駝絨藜在畜牧業(yè)中的應(yīng)用，為內(nèi)蒙古中東部地區(qū)畜牧業(yè)的發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。