乳酸菌发酵生产干玉米秸秆青贮饲料条件优化

2014-10-25武安泉张永亮

中国饲料 2014年3期

武安泉，张永亮

（周口师范学院生命科学与农学学院，河南周口 466001）

干玉米秸秆含有大量的纤维素，是优良的反刍家畜饲料来源之一。但是干玉米秸秆也存在适口性差，动物采食量低等缺点。为了有效利用干玉米秸秆生产优质粗饲料，本试验以乳酸菌为发酵菌，设置不同发酵温度、发酵时间、水分和淀粉添加量，以产乳酸量和蛋白质含量为评价指标，确定最佳发酵条件，为生产优质牛羊粗饲料提供技术参数。

1 材料与方法

1.1 试验材料干玉米秸秆：取自周口市郊区，为农田自然堆放风干秸秆，颜色白中带黄，无腐败和霉变。秸秆切成长度1～2 cm的小段，将茎秆和叶子碎片混合均匀备用。

乳酸菌：从市售酸奶中提取，经实验室培养，生化试验鉴定为德拉氏乳酸杆菌和保加利亚乳酸杆菌。经分离、复壮后的菌株于液体培养基中保存，备用，菌落数不小于108cfu/mL。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计采用正交试验设计，将温度（A）、发酵时间（B）、水分（C）、玉米粉添加量（D）：作为试验因素，每因素设置3个水平，试验实施按照李春喜（2008）中的 L9（34）正交表进行（表 1）。

表1 正交试验因素与水平

切碎的干玉米秸秆按照风干样品计量，在洁净的白色搪瓷盘中，将水分别按照干秸秆重量的60%、70%和80%加入，搅拌均匀后，用塑料布将搪瓷盘中的湿秸秆封闭，让干秸秆充分吸水，以瓷盘内无明显的水存在为止。然后将玉米粉按照干秸秆的0%、1.0%和2.0%加入，用手将潮湿秸秆和玉米粉充分搅拌揉搓，使玉米粉全部与秸秆黏合。最后以风干样计算，每千克干秸秆添加50 mL乳酸菌连同液体培养基的混合物，用手充分搅拌揉搓秸秆，使菌液和秸秆混合均匀。随即装入500 mL聚乙烯塑料广口瓶中，压实，加内盖密闭后将盖子拧紧，不漏气。每个试验单元填装2～3瓶，然后置于不同温度恒温培养箱中发酵，每天将试验瓶子在培养箱中上下调换位置，使其所处的温度均匀。

1.2.2 指标测定

1.2.2.1 蛋白质含量测定在每组合发酵结束后，选取成功发酵的样品，每个样品随机抽取1瓶。测定其干物质含量，并以此为基础。然后在随机取5～10 g鲜样，采用杨胜（1993）凯氏定氮法测定蛋白质含量。

1.2.2.2 乳酸含量测定乳酸含量采用气相色谱法按照浙江农业大学动物科学学院（1996）的方法进行。

1.2.2.3 感官评价在发酵结束时，将样品倒入洁净培养皿中，标号。随机选择20人，通过看、嗅、手捻搓等方式按照表2所列标准对样品进行赋分，然后对各样品得分进行统计分析。

表2 干玉米秸秆发酵后感官评分标准

1.3 数据统计分析感官评价得分以 “平均数±标准差”表示，并采用统计软件SPSS11.0进行单因素方差分析；蛋白质、乳酸含量数据采用Excel软件中的正交试验设计方差分析工具进行分析，并进行F检验。

2 结果

2.1 发酵后产物的感官评价对9个试验单元的感官评价得分如表3所示。由表3可知，感官指标得分均在4.5分以上，可见各个试验单元发酵情况均正常。试验中发现各试验样品均为亮黄或者黄色，质地松软，散发出诱人的特有醇香味。

2.2 以发酵后产物蛋白质含量为评定标准选择最佳发酵条件对发酵后秸秆蛋白质含量进行分析，结果见表4。由表4可知，影响蛋白质含量的因素主次顺序为：水分、玉米粉含量、温度、发酵时间。经方差分析：水分、玉米粉含量两因素显著影响蛋白质含量（P＜0.05）。最佳条件组合为C2D2A1B2，即水分含量70%，玉米粉添加量1%，发酵温度20℃，发酵时间28 d。

表3 各试验单元感官评价得分

表4 以蛋白质含量为评价指标正交试验分析结果

2.3 以发酵后产物乳酸含量为评价标准选择最佳发酵条件对发酵后秸秆乳酸含量进行分析，结果见表5。由表5可知，影响乳酸含量的因素主次顺序为：水分、玉米粉含量、温度、发酵时间。经方差分析水分、玉米粉含量以及发酵时环境温度三因素显著影响蛋白质含量（P＜0.05）。最佳条件组合为C2D2A1B2，即水分含量70%，玉米粉添加量1%，发酵温度20℃，发酵时间28 d。

3 讨论

3.1 干玉米秸秆发酵产物蛋白质含量彭健和陈喜斌（2008）测定干玉米秸秆的蛋白质含量一般为3%～4%。发酵后秸秆蛋白质含量提高到8.5%～17.5%，相当于麸皮中的粗蛋白质含量。刘圈炜等（2013）在青贮玉米秸秆中添加复合乳酸菌制剂，试验组乳酸含量和蛋白质含量均显著提高。刘圈炜等（2011）在青贮玉米秸秆加乳酸菌和纤维素酶，结果显示提高了蛋白质含量。孙芹英等（2011）采用米曲霉和绿色木霉双菌发酵玉米秸秆，结果显示蛋白质含量提高3～4个百分点。赵辉等（2010）采用明串珠球菌104cfu/g、植物乳杆菌104cfu/g和短乳杆菌106cfu/g混合发酵玉米秸秆，结果发现，氨态氮与总氮比由 1∶7.5降低到 1∶14，即有利于蛋白质积累。汪建中和柯丽霞（2011）研究发现，干玉米秸秆经平菇与产朊假丝酵母混菌固态发酵后，其基质粗蛋白质含量由8.13%提高到13.41%。本试验中也发现在玉米秸秆中加入1%～2%的玉米粉，发酵后粗蛋白质含量在8.5%～17.5%，尽管添加玉米粉提高了试验前秸秆混合物的蛋白质含量，但提高幅度极为有限，说明在发酵过程蛋白质含量提高幅度较大，这可能是乳酸菌大量繁殖的结果。

表5 以乳酸含量为评价指标正交试验分析结果

3.2 干玉米秸秆发酵产物乳酸含量乳酸可保持饲料低pH和产生醇香味，也是保证饲料抗腐败的关键因素。王镜岩等（2002）认为乳酸菌摄取葡糖糖后经糖酵解过程生成丙酮酸，在无氧条件下转变为乳酸。因此乳酸发酵需要一定量的糖类物质。但是过多易分解的糖，可能会因为糖酵解过程快速进行产生大量的乳酸，pH快速下降导致乳酸菌生长受阻。微生物发酵是产热过程，适宜温度可促使发酵过程加快，但是过高的温度可能抑制发酵过程。在本试验中发现高温环境乳酸产量相对较低。

3.3 干玉米秸秆发酵后感官性状饲料的颜色和质地（干湿、柔软度）也是影响饲料适口性的重要因素。杨凤（2004）认为牛羊最喜食青绿饲料，其次是发酵饲料，对干粗饲料采食能力较差。在生产实践中发现适当的水分可以改变发酵粗饲料的质地，有利于提高干物质采食量。而水分含量过高的发酵粗饲料却不利于采食量的提高。本试验中发酵产物颜色呈现柔和的黄色，潮湿松软，散发出诱人的酒香味，与青贮玉米秸秆的气味一致，可对牛羊采食量的提高有一定促进作用。