不同劑量糖蜜和復(fù)合菌酶制劑對鮮食玉米秸稈青貯品質(zhì)的影響

姚美玲 李 偉 林秀蔚 劉 文 黃 萌 朱元芳 丁得利 李青瑩 王艷菲 韓永勝

(黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)分院,齊齊哈爾 161005)

鮮食玉米是一種兼水果、蔬菜、糧食、飼料等廣泛用途的新型玉米品種,軟糯香甜,果穗幼嫩,風(fēng)味獨特;其蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)、氨基酸含量等都顯著優(yōu)于普通玉米,具有較高的營養(yǎng)成分和食用價值[1-3]。近年來,黑龍江省鮮食玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,優(yōu)勢突出。每年生產(chǎn)大量鮮食玉米的同時也產(chǎn)生了諸多秸稈,由于收獲期早、含水量高等因素,造成秸稈有效利用起來十分困難。秸稈處理不當(dāng)會加重環(huán)境污染,造成生物資源的浪費。因此,做好秸稈的合理化處理和規(guī)范化利用,不僅可以解決環(huán)境污染問題,還能實現(xiàn)資源的循環(huán)利用,保護(hù)生態(tài),實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展[4]。

青貯是一項提高秸稈利用率并可高效解決北方冬春季節(jié)動物青綠飼料短缺問題的重要技術(shù),也是提供反芻動物粗飼料的重要來源[5-6]。制作青貯時越來越多的青貯添加劑被廣泛應(yīng)用其中,糖蜜是常用的營養(yǎng)型添加劑,它能有效解決秸稈含糖量低的問題,促進(jìn)乳酸發(fā)酵,快速降低青貯飼料pH,改善和提高青貯品質(zhì)[7-9]。Cai等[10]、寇江濤等[11]研究表明,植物乳桿菌是一種很有潛力的青貯乳酸菌添加劑,可降低pH,促進(jìn)乳酸生成,減少干物質(zhì)(DM)、粗蛋白質(zhì)(CP)的損失率。Cizeikiene等[12]研究發(fā)現(xiàn),雙歧桿菌的亞種假長雙歧桿菌(B.pseudolongum)DSM 20099和動物雙歧桿菌(B.animalis)DSM 20105菌株能在發(fā)酵過程中產(chǎn)生乳酸、乙酸和抗菌肽等化合物,可降低細(xì)胞質(zhì)的pH,進(jìn)而抑制病原微生物的生長。Chilson等[13]研究表明,青貯飼料中添加纖維素酶和乳酸菌可提高青貯品質(zhì),促進(jìn)纖維降解。Cai等[14]研究發(fā)現(xiàn),青貯過程中添加微生物制劑能改變微生物群落的豐富度和物種多樣性,同時可以降低雜菌數(shù)量,改善青貯飼料質(zhì)量。因此,本試驗利用不同劑量糖蜜和復(fù)合菌酶制劑組合處理鮮食玉米秸稈,研究其對鮮食玉米秸稈青貯品質(zhì)的影響,為實現(xiàn)鮮食玉米秸稈的有效利用以及新型飼料資源的開發(fā)利用提供基本參數(shù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 青貯原料

青貯原料取自黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)分院科研基地試驗田,鮮食玉米品種為金糯1913,2022年6月5日種植,2022年9月6日人工刈割采集,留茬高度約為30 cm,為采收果穗的乳熟期鮮食玉米秸稈。

1.1.2 青貯添加劑

糖蜜:桶裝糖液。復(fù)合菌酶制劑:由植物乳桿菌、雙歧桿菌、纖維素酶按照3∶1∶1的比例組成,其中植物乳桿菌活菌數(shù)≥1.0×109CFU/g,雙歧桿菌活菌數(shù)≥1.0×109CFU/g,纖維素酶活性≥10 000 U/g。

1.1.3 主要儀器

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、純水機(jī)、分析天平、pH測定儀、離心機(jī)、高效液相色譜儀、FOSS半自動凱氏定氮儀、Ankom 200半自動纖維儀、1 000 μL移液槍、壓力蒸汽滅菌鍋、37 ℃恒溫培養(yǎng)箱、厭氧培養(yǎng)箱、超凈臺、干燥器等。

1.2 試驗設(shè)計

試驗以鮮食玉米秸稈為原料,根據(jù)添加不同劑量的糖蜜和復(fù)合菌酶制劑,采取完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計,共設(shè)置5個組,每組3個重復(fù),每個時間點3個重復(fù)。對照組(CK組)不添加糖蜜和復(fù)合菌酶制劑,Ⅰ組添加20 g/kg糖蜜,Ⅱ組添加3 g/kg復(fù)合菌酶制劑,Ⅲ組添加20 g/kg糖蜜+3 g/kg復(fù)合菌酶制劑,Ⅳ組添加40 g/kg糖蜜+3 g/kg復(fù)合菌酶制劑。

當(dāng)鮮食玉米秸稈含水量在65%～75%時進(jìn)行收割,用粉碎機(jī)將其粉碎成2～3 cm長度,將糖蜜按照不同組別、劑量(20、40 g/kg)添加,復(fù)合菌酶制劑按照不同組別、劑量(植物乳桿菌∶雙歧桿菌∶纖維素酶=1.8 g∶0.6 g∶0.6 g)添加。將復(fù)合菌酶制劑溶于去離子水中,混合均勻后用噴霧器噴灑在粉碎的原料上,攪拌均勻后將原料迅速裝填于28 cm×40 cm聚乙烯袋中,0.75 kg/袋壓實,使用真空封口機(jī)(型號YW-ZKJ-02)抽氣真空密封,記號筆標(biāo)記編號,室溫25～30 ℃避光保存,共青貯75袋,在第0天(青貯前,即鮮食玉米秸稈鮮樣)、第15天、第30天、第45天、第60天時分別重新開袋進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測定。鮮食玉米秸稈的營養(yǎng)成分含量、發(fā)酵品質(zhì)及微生物數(shù)量見表1。

1.3 指標(biāo)測定及方法

1.3.1 營養(yǎng)成分含量

在第60天重新開袋取青貯樣品進(jìn)行營養(yǎng)成分含量測定。DM含量以鮮樣為基礎(chǔ),采用GB/T 6435—2006中的干燥法測定[15]。依次取每組樣品放入托盤中平鋪展開,置于60 ℃電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中72 h,常溫下回潮24 h后準(zhǔn)確稱重,計算風(fēng)干基礎(chǔ)含量[16],粉碎過篩后進(jìn)行常規(guī)成分分析。CP、EE含量采用凱氏定氮法[(AOAC)(2012)[17]]測定,NDF、ADF含量采用Van Soest等[18]的分析方法測定。

1.3.2 發(fā)酵品質(zhì)

在第15天、第30天、第45天、第60天4個時間點分別開袋取青貯樣品進(jìn)行發(fā)酵品質(zhì)測定。分析天平準(zhǔn)確稱取樣品20 g于250 mL三角瓶內(nèi),加入180 mL蒸餾水,搖晃并攪拌均勻,三角瓶口覆蓋濾膜,4 ℃冰箱冷藏,制成浸提液放置24 h,4層紗布過濾1次,11 cm快速定性濾紙2次過濾,pH Meter pH-220測定pH。濾液進(jìn)行離心,0.22 μm一次性濾器抽取上清液,用于測定氨態(tài)氮(NH3-N)、乳酸(LA)、乙酸(AA)、丙酸(PA)、丁酸(BA)含量。乳酸、NH3-N含量采用水蒸氣蒸餾法測定[19]。乙酸、丙酸、丁酸含量采用高效液相色譜法[20]測定;色譜柱:RP-18 End Capped Gel Column(5 μm,4.6 mm×25 mm);檢測器:HITACHI-Primaide型紫外檢測器;流動相:體積比為1∶4的純甲醇與0.1 mol/L的磷酸二氫銨溶液;流速:1 mL/min;檢測波長:210 nm;進(jìn)樣量:10 μL。

1.3.3 主要微生物數(shù)量

在第15天、第30天、第45天、第60天4個時間點分別開袋取青貯樣品進(jìn)行主要微生物數(shù)量測定。主要微生物包括乳酸菌、好氧性細(xì)菌、酵母菌、霉菌。采用四分法,分析天平準(zhǔn)確稱取樣品25 g,置于500 mL三角瓶內(nèi),加入225 mL 0.9%氯化鈉(NaCl),充分振蕩搖勻,0.9% NaCl進(jìn)行梯度稀釋,每個稀釋度取100 μL,選擇3個合適連續(xù)的梯度涂板,每個梯度設(shè)2個重復(fù)。乳酸菌培養(yǎng)使用MRS培養(yǎng)基,好氧性細(xì)菌培養(yǎng)使用營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基(NA),二者分別將接種好的培養(yǎng)皿放入2個干燥器中,四周點燃蠟燭密封好,待氧氣耗盡蠟燭熄滅后,放置于37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中,培養(yǎng)72 h后統(tǒng)計菌落數(shù);霉菌和酵母菌培養(yǎng)使用馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基(PDA),將接種好的培養(yǎng)皿置于28 ℃厭氧培養(yǎng)箱中培養(yǎng)120 h后計數(shù)。記錄稀釋倍數(shù)和相應(yīng)的菌落數(shù),每個平板上的菌落數(shù)量在30～300個為有效計數(shù),以菌落形成單位(CFU)表示[21-22]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,并采用SPSS 26.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析,結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示,P<0.05表示差異顯著,P<0.01表示差異極顯著,P>0.05表示差異不顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同劑量糖蜜和復(fù)合菌酶制劑對鮮食玉米秸稈青貯營養(yǎng)成分含量的影響

由表2可知,各組之間DM含量差異不顯著(P>0.05);Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組的CP、EE含量均顯著高于CK組(P<0.05),且Ⅲ、Ⅳ組之間差異不顯著(P>0.05);Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組的NDF含量均顯著低于CK組(P<0.05),且Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組之間差異不顯著(P>0.05);Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組的ADF含量均顯著低于CK組(P<0.05),且Ⅲ、Ⅳ組之間差異不顯著(P>0.05)。

表2 不同劑量糖蜜和復(fù)合菌酶制劑對鮮食玉米秸稈青貯營養(yǎng)成分含量的影響

與青貯前(表1)相比,Ⅲ、Ⅳ組的CP含量分別提高了23.83%、22.03%,EE含量分別提高了64.5%、60.2%;CK、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組的NDF含量分別降低了11.55%、19.06%、19.75%、23.09%、22.40%,ADF含量分別降低了8.47%、19.82%、23.11%、28.08%、27.59%。

2.2 不同劑量糖蜜和復(fù)合菌酶制劑對鮮食玉米秸稈青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響

由表3可知,pH隨著青貯時間的增長呈現(xiàn)先下降,后逐漸趨于平穩(wěn)趨勢。在青貯第15天、第30天、第45天、第60天時,與CK組相比,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組pH和丙酸含量均顯著降低(P<0.05),乙酸含量均顯著升高(P<0.05);其中Ⅲ組青貯第60天時pH達(dá)到最低,為3.42。與CK組相比,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組在青貯第15天時乳酸含量顯著升高(P<0.05),Ⅲ、Ⅳ組在青貯第30天和第45天時乳酸含量顯著升高(P<0.05),Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組在青貯第第60天乳酸含量顯著升高(P<0.05)。各組均未檢測到丁酸。NH3-N含量變化幅度較小,各組之間無顯著差異(P>0.05)

表3 不同劑量糖蜜和復(fù)合菌酶制劑對鮮食玉米秸稈青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響

2.3 不同劑量糖蜜和復(fù)合菌酶制劑對鮮食玉米秸稈青貯微生物數(shù)量的影響

由表4可知,各組乳酸菌數(shù)量均高于青貯前,好氧性細(xì)菌、酵母菌數(shù)量低于青貯前。青貯第60天時,Ⅲ組的乳酸菌數(shù)量最高,達(dá)到9.44 lg(CFU/g),顯著高于CK組(P<0.05)。青貯第30天時,Ⅲ組的好氧性細(xì)菌和酵母菌數(shù)量最低,分別為3.88、2.31 lg(CFU/g),顯著低于CK組(P<0.05)。從青貯第45天起,測定的好氧性細(xì)菌、酵母菌數(shù)量<102(CFU/g),故不計其含量,標(biāo)注為未檢測到。隨著青貯時間增長,各組青貯飼料中乳酸菌數(shù)量增加,好氧性細(xì)菌、酵母菌數(shù)量降低,表明不同水平糖蜜和復(fù)合菌酶制劑均可以有效提高鮮食玉米秸稈青貯乳酸菌數(shù)量,降低好氧性細(xì)菌、酵母菌數(shù)量,主要原因是pH下降,青貯的酸性環(huán)境抑制其他雜菌生長,青貯飼料品質(zhì)良好。

表4 不同劑量糖蜜和復(fù)合菌酶制劑對鮮食玉米秸稈青貯微生物數(shù)量的影響

3 討 論

3.1 不同劑量糖蜜和復(fù)合菌酶制劑對鮮食玉米秸稈青貯營養(yǎng)成分含量的影響

營養(yǎng)成分含量是判定青貯品質(zhì)好壞的重要指標(biāo),玉米秸稈青貯后能很好地保存其營養(yǎng)[23]。研究證明,NDF和ADF含量越低,其青貯品質(zhì)越好。本研究結(jié)果表明,青貯60 d后,添加不同劑量糖蜜和復(fù)合菌酶制劑顯著降低了NDF和ADF含量,原因在于纖維素酶發(fā)揮主要作用,糖蜜和菌酶協(xié)同促進(jìn)了青貯秸稈發(fā)酵過程中纖維的降解,與李龍興等[24]在添加糖蜜與乳酸菌對玉米秸稈青貯發(fā)酵研究結(jié)果相一致。添加不同劑量糖蜜和復(fù)合菌酶制劑顯著提高了CP、EE含量,CP含量升高是由于糖蜜中含有充足的糖類物質(zhì)和少量的CP,在整個發(fā)酵過程中合成大量菌體蛋白;隨著青貯時間的延長,EE含量逐漸提高,是由于微生物通過發(fā)酵將可溶性碳水化合物轉(zhuǎn)化成了脂肪,這與D?nmez等[25]、呂文龍等[26]、Ni等[27]、王興剛[28]在去穗玉米和稻稈青貯試驗中研究結(jié)果一致。

3.2 不同劑量糖蜜和復(fù)合菌酶制劑對鮮食玉米秸稈青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響

發(fā)酵品質(zhì)的好壞可直接影響青貯品質(zhì)。pH是衡量青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)優(yōu)良的重要的指標(biāo)。有研究認(rèn)為,品質(zhì)優(yōu)良的青貯飼料pH應(yīng)該在3.5～4.2,而且在發(fā)酵時pH越低,飼料就越能較好的保存其營養(yǎng)品質(zhì)[29]。由本研究結(jié)果可知,從青貯第15天開始,各試驗組pH均小于4.2;在青貯第60天時,Ⅲ組pH最低達(dá)到3.42,說明青貯發(fā)酵品質(zhì)較好。有機(jī)酸含量可以反映青貯秸稈發(fā)酵過程的好壞,其中重要的指標(biāo)是乳酸、乙酸含量,乳酸所占比例越大,證明發(fā)酵品質(zhì)越好。pH越低,乳酸含量越高,且乙酸含量也越高。原因在于糖蜜和復(fù)合菌酶制劑組合添加可以加速了乳酸、乙酸的產(chǎn)生,降低了好氧微生物的活力,從而抑制有害微生物的增殖,防止青貯飼料腐敗霉變,與董志浩等[30]、張發(fā)強(qiáng)等[31]研究結(jié)果一致。NH3-N含量代表著青貯飼料中CP的降解程度,其含量越低,表明蛋白質(zhì)的分解越少,說明青貯飼料的發(fā)酵效果越好[32]。本試驗中NH3-N含量在0.14%～0.22%,含量較低,表明發(fā)酵品質(zhì)較好。乙酸可以使青貯飼料有氧穩(wěn)定性提高,它通常與DM含量成反比,丁酸是梭狀芽孢桿菌及一些腐敗菌分解營養(yǎng)的代謝產(chǎn)物,散發(fā)酸腐難聞的臭味[33-34],本試驗開始至結(jié)束未檢測到丁酸,說明發(fā)酵品質(zhì)較好。

3.3 不同劑量糖蜜和復(fù)合菌酶制劑對鮮食玉米秸稈青貯微生物數(shù)量的影響

在青貯過程中,主要微生物組成有乳酸菌、酵母菌、好氧性細(xì)菌和霉菌[35]。本試驗中,單獨添加糖蜜、復(fù)合菌酶制劑或是糖蜜和復(fù)合菌酶制劑組合添加,在青貯過程中乳酸菌數(shù)量與CK組相比顯著提高,是由于添加植物乳桿菌可以增加青貯飼料中乳酸菌數(shù)量,使青貯原料的pH迅速降低,防止腐敗微生物的生長繁殖,減少發(fā)酵產(chǎn)物的腐敗率。這與唐慶鳳等[36]研究結(jié)果一致。酵母菌、好氧性細(xì)菌數(shù)量與對照組相比均顯著降低,原因在于糖蜜、復(fù)合菌酶制劑可以有效抑制酵母菌和霉菌等有害菌的增殖,提高青貯營養(yǎng)成分和青貯品質(zhì),這與Chen等[37]、O’brien等[38]的研究結(jié)果一致。霉菌在青貯過程中存在是有害的,不利于發(fā)酵,如果沒有良好的厭氧環(huán)境,霉菌就會大量增殖,產(chǎn)生有害毒素,降低青貯飼料品質(zhì),嚴(yán)重可危害反芻動物的性命。本試驗中從原料到發(fā)酵過程中均未檢測到霉菌,說明鮮食玉米秸稈品質(zhì)優(yōu)良,未發(fā)生霉變、腐敗現(xiàn)象。

4 結(jié) 論

在本試驗條件下,綜合鮮食玉米秸稈青貯的營養(yǎng)成分含量、發(fā)酵品質(zhì)、微生物數(shù)量,添加20 g/kg糖蜜+3 g/kg復(fù)合菌酶制劑和添加40 g/kg糖蜜+3 g/kg復(fù)合菌酶制劑組合效果較好,且二者之間差異不顯著,但從生產(chǎn)實際和節(jié)約成本2方面考慮,以添加20 g/kg糖蜜+3 g/kg復(fù)合菌酶制劑較為適宜。