张 健 ，李会荣 ，李祥明，吴晓静 ，李思梦 ，杨维仁 ，杨在宾 *，姜淑贞*

（1.山东农业大学动物科技学院，泰安 271018；2.山东省饲料质量检验所，济南250022）

我国是世界上最大的马铃薯生产国，种植面积占世界的1/4，总产量约占世界的1/5。而马铃薯作为家畜饲用的饲料原料，经微生物发酵处理后，不仅可以延长饲料原料的贮存时间，提高饲料的营养价值，从而有效降低养殖成本。通过利用微生物对马铃薯渣、马铃薯蛋白以及马铃薯淀粉等进行发酵处理后，可以改善饲料的适口性，提高采食量和采食速度，提高饲料的营养价值及转化利用率，改善畜产品品质。然而，鲜马铃薯水分含量高，不易储存，单独发酵需要时间长，不同玉米粉添加比例对新鲜马铃薯发酵参数的影响尚未见报道。本研究是在国家“粮改饲”政策的大背景下，以新鲜马铃薯为研究对象，添加不同比例玉米粉进行固体发酵，通过分析发酵前后pH、DM（干物质）、淀粉和乳酸含量的变化规律，确定不同玉米粉添加比例对新鲜马铃薯发酵参数的影响，归纳总结出玉米粉最适宜添加量，为新鲜马铃薯在养猪生产中的合理利用提供理论依据。

1　材料与方法

1.1 试验材料

发酵菌种：乳酸菌，1.8×1011cfu/g；酵母菌，5×109cfu/g，枯草芽孢杆菌，1011cfu/g；北京科为博生物科技有限公司生产。

1.2 试验设计

试验通过添加不同比例玉米粉，调整鲜马铃薯的水分和碳水化合物含量进行混合发酵，根据发酵参数和发酵时间选择玉米添加比例（保证顺利发酵的前提下选择尽可能低的玉米添加比例），为生产中用新鲜马铃薯发酵饲喂猪只提供科学依据，试验设计见表1。

表1　试验设计

1.3 样品采集与指标测定

用粉碎机将新鲜马铃薯打浆，按上述比例做成5个处理饲粮，然后接种乳酸菌、酵母菌和枯草芽孢杆菌（1.8×1011cfu/g，5×109cfu/g和1011cfu/g），每个处理3个重复，每个重复6个桶，充分混匀后装入塑料桶（50±0.51）kg内，密封发酵，发酵温度控制在20～25 ℃。分别于饲粮发酵的第0、2、4、6、8和10天采集样品，每个重复采集3个平行样品。样品采集后立即测定pH以观察发酵进程。每个平行样品分别在发酵桶离表面20 cm、桶底20 cm和中间平行面取2份，然后将每个重复的3个平行样品混合，按照四分法采集样品，样品于-20 ℃保存，用于测定其他指标。pH测定是将取得的发酵饲料样品混匀后，使用pH测定仪（便携式酸度计PHB-1，杭州齐威仪器有限公司）测定发酵饲料的pH，重复3次后取平均值；淀粉测定采用蒽酮比色法测定发酵饲料中的淀粉含量；乳酸（LD）的测定采用试剂盒法（购自南京建成生物工程研究所A019-2），具体操作按照试剂盒中说明书。

1.4 数据处理

使用Excel 2010统计试验期内不同处理间不同发酵指标变化规律，数据处理采用SAS 9.2软件进行统计，并用单因素方差分析（one-wayANOVA）进行统计分析，用Duncan氏法进行多重比较，P＜0.05为显著性水平。采用Origin 8.6进行二次曲线拟合，f(x)=ax2+bx+c，其中a为二次项系数，b为一次项系数，c为常数项。

2　结果与分析

2.1 不同新鲜马铃薯-玉米粉比例对发酵pH的影响

不同玉米粉添加比例对新鲜马铃薯发酵pH影响见表2。发酵初始（0 d）各个处理间的pH差异不显著（P＞0.05）；不添加玉米粉处理组（P10C0）pH在整个发酵期都显著高于其他各处理组（P＜0.05），且发酵末期pH为4.97，没有达到发酵饲料长期储存需要的pH（＜4.2）；10%玉米粉添加组（P9C1）只有第4 d和第8 d的pH显著高于20%（P8C2）、30%（P7C3）和40%（P6C4）玉米粉添加组（P＜0.05），其他差异均不显著（P＞0.05）。40%玉米粉添加组（P6C4）、30%玉米粉添加组（P7C3）和20%玉米粉添加组（P8C2）全程平均pH显著低于10%玉米粉添加组（P9C1）和不添加玉米粉组（P10C0）（P＜0.05）。不同玉米粉添加比例的新鲜马铃薯发酵pH随时间呈二次线性下降趋势（P＜0.05），见表2。所有处理第2天的发酵pH均显著低于第0天（P＜0.05），第4天的发酵pH均显著低于第2 天（P＜0.05），但所有处理第6天、第8天和第10天的pH都差异不显著（P＞0.05），因此，发酵第6天达到稳定状态。二次线性回归分析表明，40%玉米粉添加组（P6C4）、30%玉米粉添加组（P7C3）和20%玉米粉添加组（P8C2）的pH拟合方程的二次项系数a和一次项系数b显著高于10%玉米粉添加组（P9C1）和不添加玉米粉组（P10C0）（P＜0.05），各组之间的常数项c差异不显著（P＞0.05）P6C4、P7C3和 P8C2的 3个 处 理 间的曲线趋于重合，尽管P6C4和P7C3处理组的二次线性拟合度更好，但是P6C4、P7C3与P8C2处理组发酵进程基本一致，考虑到本研究是为了在猪生产中更好地利用开发鲜马铃薯，故选择20%玉米粉添加比例最经济。

表2　不同新鲜马铃薯-玉米粉比例对发酵pH影响

表3　饲粮pH随时间变化的二次线性回归分析

2.2 不同新鲜马铃薯-玉米粉比例对发酵DM的影响

不同玉米粉添加比例对新鲜马铃薯发酵DM的影响见表4。由表4可知，随着玉米粉添加量的降低，各处理组发酵不同时间点（0、2、4、6、8和10 d）的DM水平均显著降低（P6C4＜P7C3＜P-8C2＜P9C1＜P10C0，P＜ 0.05）。各处理组全程平均DM含量也是随着玉米粉添加量的降低而显著降低（P＜0.05）。每个处理组饲粮DM随发酵时间总体呈线性下降趋势（P＜0.05），其中30%玉米粉添加组（P7C3）和20%玉米粉添加组（P8C2）发酵到第4天的DM达到稳定状态；40%玉米粉添加组（P6C4）和10%玉米粉添加组（P9C1）发酵到第6天的DM达到稳定状态；而不添加玉米粉组（P10C0）从发酵第2天开始DM已不再显著下降。P6C4、P7C3、P8C2、P9C1、和 P10C0 处理组的干物质回收率（DMR）分别为91.81%、89.92%、92.55%、87.24%和 87.14%，故选择20%玉米粉添加组（P8C2）DM的回收率最高。

表4　不同新鲜马铃薯-玉米粉比例对发酵DM影响

表5　不同新鲜马铃薯-玉米粉比例对发酵淀粉影响

2.3 不同新鲜马铃薯-玉米粉比例对发酵淀粉的影响

不同玉米粉添加比例对新鲜马铃薯发酵淀粉的影响见表5，随着玉米粉添加量的降低，各个处理组发酵不同时间点（0、2、4、6、8和10天）的淀粉水平均显著降低（P6C4＜P7C3＜P8C2＜P-9C1＜P10C0，P＜ 0.05）。各处理组全程平均淀粉含量也是随着玉米粉添加量的降低而显著降低（P＜0.05）。而每个处理组饲粮淀粉随发酵时间总体呈线性下降趋势（P＜0.05），其中40%玉米粉添加组（P6C4）、30%玉米粉添加组（P7C3）和20%玉米粉添加组（P8C2）发酵到第6天的淀粉达到稳定状态；10%玉米粉添加组（P9C1）发酵直到第8天基本达到稳定状态；而不添加玉米粉组（P10C0）从发酵第2天开始淀粉含量已不再显著下降。P6C4、P7C3、P8C2、P9C1、和P10C0处理组的淀粉回收率分别为90.57%、88.97%、90.89%、88.31%和 84.43%， 因 此，20%玉米粉添加组（P8C2）的淀粉回收率最高。

2.4 不同新鲜马铃薯-玉米粉比例对发酵乳酸的影响

不同玉米粉添加比例对新鲜马铃薯发酵乳酸的影响见表6，不添加玉米粉组（P10C0）从发酵到第4天后各时间点的乳酸含量都显著低于其他各处理组（P＜0.05）。其中40%玉米粉添加组（P6C4）、30%玉米粉添加组（P7C3）和20%玉米粉添加组（P8C2）在发酵过程中各时间点的乳酸含量差异不显著（P＞0.05）。40%玉米粉添加组（P6C4）、30%玉米粉添加组（P7C3）和20%玉米粉添加组（P8C2）全程平均乳酸含量显著高于10%玉米添加组（P9C1）和不添加玉米粉组（P10C0）（P＜0.05）。而每个处理组饲粮乳酸随发酵时间总体呈显著上升趋势（P＜0.05），40%玉米粉添加组（P6C4）在整个发酵过程都线性上升；30%玉米粉添加组（P7C3）、20%玉米粉添加组（P8C2）和10%玉米粉添加组（P9C1）发酵到第8天时乳酸含量基本趋于稳定；而不添加玉米粉组（P10C0）发酵到第6天乳酸含量基本不再提高。

2.5 相关性分析

发酵各产物之间相关系数见表7。pH与DM和淀粉呈显著正相关（P＜0.05），而与乳酸呈显著负相关（P＜0.05）；DM与淀粉呈显著正相关（P＜0.05），而与乳酸成显著负相关（P＜0.05）；淀粉与乳酸呈显著负相关（P＜0.05）。

2.6 新鲜马铃薯发酵在生猪日粮中的应用

新鲜马铃薯发酵后在山东省新泰市岳家庄乡李天山猪场（饲养育肥猪520头），李光勇猪场（饲养育肥猪280头）进行饲喂实验，育肥猪浓缩料占30%，P8C2（新鲜马铃薯∶玉米粉=8∶2）料占70%，饲喂生猪120 d出栏，平均料重比2.6∶1，比只饲喂玉米（占70%）日粮的生猪，提前3.5 d出栏并节省生猪饲喂成本。

3　讨论

3.1 不同新鲜马铃薯-玉米粉比例对发酵pH的影响

pH是评价发酵进程及发酵饲料品质最简单、基本的指标，pH越低，饲料中的含酸量越高，使有害菌含量降低，从而有利于饲料的长期保存。本试验研究发现，通过乳酸菌、酵母菌和枯草芽孢杆菌进行混合后发酵，不同玉米粉添加比例的新鲜马铃薯的pH随发酵时间而呈现出二次曲线线性下降的趋势。孙合美等研究发现饲料水分含量在30%～40%之间时，水分含量越高，乳酸菌活菌数升高越快。在本试验中，40%玉米添加组（P6C4）、30%玉米添加组（P7C3）和20%玉米添加组（P8C2）在发酵过程中pH低于10%玉米添加组（P9C1）和无玉米添加组（P10C0），这是由于发酵pH与底物本身（碳水化合物）和含水量不同有关。而10%玉米添加组（P9C1）和无玉米添加组（P10C0）的含水量过高，DM含量较低，从而需要延长饲料的发酵周期，pH的变化趋势也显著慢于40%玉米添加组（P6C4）、30%玉米添加组（P7C3）和20%玉米添加组（P8C2），不利于益生菌的生长繁殖。本研究P6C4、P7C3、P8C2、P9C1、和P10C0处理组的最终pH分别为3.97、4.00、4.07、4.17和4.97，考虑到发酵时间和最终的pH，选择40%、30%和20%玉米添加比例均可，但是20%玉米添加量（P8C2）饲喂生猪最经济。

表6　不同新鲜马铃薯-玉米粉比例对发酵乳酸影响

表7　发酵产物之间的皮尔逊相关系数

3.2 不同新鲜马铃薯-玉米粉比例对发酵DM的影响

DM的变化是评价发酵饲料品质的重要指标之一。微生物在发酵过程中会损耗掉一部分底物，而发酵损耗是由于发酵底物中部分水分的挥发和发酵过程中微生物的生长繁殖活动使底物中的碳水化合物氧化成能量、水和二氧化碳的形式排放出来而损失掉。刘大群等利用乳酸菌混合液对饲料原料进行发酵，发现干物质回收率（DMR）越高，碳水化合物降解越少，饲料发酵的品质越高。本试验的DM随发酵时间的变化而呈现出线性下降的趋势。霉菌等有害菌的生长繁殖会耗损饲料中大量的营养物质，而发酵过程中保持较低的pH，形成酸性厌氧的环境，能够抑制霉菌及其他有害菌的繁殖，从而提高DM回收率，提高饲料的营养价值本试验处理的DM回收率平均为89.73%。造成回收率不同的原因可能是发酵底物和发酵菌种的不同所导致。本研究P6C4、P7C3、P8C2、P9C1、和P10C0 处理组的干物质回收率（DMR）分别为91.81%、89.92%、92.55%、87.24%和87.14%，考虑各处理组发酵pH和干物质回收率，选择20%玉米添加比例（P8C2）最经济。

3.3 不同新鲜马铃薯-玉米粉比例对发酵淀粉的影响

淀粉能够为养猪生产提供主要能量来源，可以提高饲料能量水平，发酵饲料中微生物分泌的酶、淀粉组成成分、淀粉的颗粒结构等都是影响淀粉降解的重要因素。Russell等研究发现，原料中直链淀粉含量与微生物发酵速度成显著负相关。Yin等研究发现，微生物发酵所分泌的酶能够高效地水解淀粉，提高乳酸含量，并使细胞壁降解，使马铃薯淀粉渣的硬度和pH逐渐降低。Okine等通过对马铃薯渣进行青贮发酵，发酵50 d后，发现马铃薯渣中的淀粉、碳水化合物和果胶等都比发酵前有所降低，与本试验结论基本一致。本研究P6C4、P7C3、P8C2、P9C1和 P10C0 处理组的淀粉回收率分别为90.57%、88.97%、90.89%、88.31%和84.43%，考虑各处理组发酵pH、干物质回收率和淀粉回收率，选择20%玉米添加比例（P8C2）最经济。

3.4 不同新鲜马铃薯-玉米粉比例对发酵乳酸的影响

一般认为，发酵产生的乳酸越多，发酵效果越好。添加高剂量的乳酸菌可以保证发酵所需乳酸菌数量，使乳酸菌在发酵期内迅速产生乳酸，降低pH，加快发酵进程，同时，也加快乳酸菌对还原糖的分解利用。Muck等在马铃薯茎叶发酵过程中，添加大麦和苜蓿干草从而提高了乳酸的产生量。吕建敏等通过添加酶制剂和麸皮对稻草进行青贮发酵，发现发酵过程中的乳酸含量有显著提高。Nicholson等研究发现，在马铃薯茎叶发酵过程中，能够产生大量的乳酸，使pH降低，进而提高发酵品质。本研究各处理组饲粮乳酸水平随发酵时间总体呈显著上升趋势，而不添加玉米组（P10C0）的乳酸含量都显著低于其他各处理组，其中40%玉米添加组（P6C4）、30%玉米添加组（P7C3）和20%玉米添加组（P8C2）在发酵过程中各时间点的乳酸含量差异不显著，与以上研究结果变化趋势相同。考虑各处理组发酵pH、干物质回收率、淀粉回收率和乳酸产量，选择20%玉米添加比例（P8C2）最经济。

4　结论

1）本试验条件下，发酵pH随发酵时间呈二次线性下降（P＜0.05），乳酸随发酵时间线性升高（P＜0.05）；DM、淀粉随发酵时间线性降低（P＜0.05）。2）20%玉米粉添加组（P8C2）干物质回收率（DMR）和淀粉回收率均高于其他各处理组，且最快达到稳定状态。3）各处理组发酵全程的pH随玉米粉添加量的增加线性降低（P＜0.05），而发酵全程的DM、淀粉和乳酸随玉米粉添加量的增加线性提高（P＜0.05）。4）皮尔逊系数表明：pH与DM和淀粉呈显著正相关（P＜0.05），而与乳酸呈显著负相关（P＜0.05）；DM与淀粉呈显著正相关（P＜0.05），而与乳酸成显著负相关（P＜0.05）；淀粉与乳酸呈显著负相关（P＜0.05）。5）分析发酵前后pH、干物质、淀粉和乳酸的含量变化，同时考虑发酵速度和成本因素，确定新鲜马铃薯-玉米粉的最佳配比组合为P8C2（新鲜马铃薯：玉米粉=8∶2），在养猪生产中综合效益最佳。

参考文献略，如有所需请与作者联系。