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添加乳酸菌制剂和麸皮对去穗玉米秸秆青贮质量的影响

2018-04-18王建福雷赵民成述儒焦婷李洁吴建平

草业学报 2018年4期
关键词:添加物麸皮损失率

王建福,雷赵民,成述儒,焦婷,李洁,吴建平*

(1.甘肃农业大学动物科学技术学院,甘肃 兰州 730070;2.甘肃农业大学草业学院,甘肃 兰州 730070)

我国是世界第二大玉米(Zeamays)种植国,每年玉米秸秆产量超过2亿t,占农作物秸秆总产量的39%以上[1-2]。合理的开发利用玉米秸秆作为草食家畜养殖的优质粗饲料来源并提高其利用效率成为了发展节粮型畜牧业的重要研究课题。由于玉米秸秆茎秆粗硬,粗纤维含量高,而且其细胞壁中的木质素和半纤维素以牢固的醚键或酯键相连接,尤其是在其成熟去穗后,木质化程度增加,可溶性糖类减少,动物更加难以消化利用。青贮可以较大限度的保存原料的营养价值并通过保持其鲜嫩、多汁的特点而使原料长时间保持较好的适口性,从而调节青绿饲料的季节性盈缺,提高动物的采食量和利用率[3]。新鲜的玉米秸秆以其可溶性糖分含量高,青贮缓冲能力小、适口性较好、种植范围广、产量高等特点,已经成为制作青贮饲料最主要的原料。刚去穗的玉米秸秆水分含量尚高,如能及时制作青贮饲料,无疑对保存和利用玉米秸秆的营养物质具有重要意义。然而,去穗后的玉米秸秆干物质含量逐渐增加,可溶性糖分降低,发酵缓冲能力增强,青贮腐败的风险增加。玉米秸秆青贮时,其表面的乳酸菌数量有限,同时混有大量不良菌种,要使乳酸菌能够在青贮的前几天迅速大量繁殖而形成优势菌群,迅速降低发酵pH环境,抑制有氧发酵菌的生长,从而减少发酵过程中的营养物质损失,提高发酵产物的品质,在青贮中添加乳酸菌制剂,已经成为国内外青贮的主要方法。

乳酸菌制剂在国外的应用已经十分普遍,有许多成熟的产品,这些产品往往具有不同的特点,针对不同的青贮原料、青贮方法和青贮条件等,其应用的范围也有不同。这些青贮制剂的共同特点是均含有大量的同质发酵乳酸菌,以便在青贮发酵中能补充原料乳酸菌的不足,使乳酸大量生成而迅速降低环境pH[4]。然而仅仅青贮成功还不能保证其被高效的利用,青贮在密封状态和低pH环境条件下保存了大量的营养,而在取用过程中使物料又重新暴露在空气中,霉菌、酵母菌等有氧发酵菌又被重新激活大量生长,使得青贮后变质和损失现象十分严重。乳酸菌制剂中的异质发酵乳酸菌可以使青贮发酵产生乙酸、乙醇等物质,可以抑制有氧发酵菌的生长,从而提高青贮发酵产物的有氧稳定性[5-6]。另外,为了弥补青贮原料中可溶性糖类的不足,增加乳酸菌发酵的底物营养浓度,乳酸菌制剂中往往还添加有能产生纤维素酶和淀粉酶等酶类的枯草芽孢杆菌等[7-8]。另有研究表明:碳酸钙可以通过提高青贮发酵产物的有机酸产量及pH从而提高其适口性[9],有机酸(如丙酸)、氨、防霉剂等则可以直接起到抑制青贮发酵有氧腐败菌生长的作用[10-11]。麸皮含有较高的蛋白和可溶性糖类,可以提高青贮发酵底物中营养物质的浓度,从而促进发酵过程,而且其来源广,价格低。

装填时间过长是影响我国玉米秸秆青贮质量的主要因素之一,由于我国传统的耕作地块小,大型青贮机械应用十分有限,农区养殖场制作青贮主要靠收购后加工贮存,导致青贮窖装填速度慢,有氧发酵产热明显,容易造成营养成分和能量的大量损失[12-13],最终影响发酵产物的品质和青贮制作的效率及效益。

乳酸菌制剂Sila-Max同时含有同质发酵乳酸菌和异质发酵乳酸菌以及能产生分解酶类的枯草芽孢杆菌等;Sila-Mix除了含有Sila-Max所含有的菌类之外还含有碳酸钙。以去穂玉米秸秆为研究对象,评估在2种装填时间条件下,2种乳酸菌制剂及麸皮的添加对其青贮质量的影响,为提高去穗玉米秸秆青贮制作生产水平提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

蜡熟期收割的去穂玉米秸秆(豫玉22号,定西市临洮县八里铺镇种植),留茬高度10~15 cm;青贮添加剂Sila-Max(美国Ralco Nutrition提供,乳酸菌≥1×1011cfu·g-1,添加量:2.5 g·t-1,有效乳酸菌2.5×105cfu·g-1发酵底物);青贮添加剂Sila-Mix(美国Ralco Nutrition提供,总钙含量25%~29.5%,乳酸菌≥1.8×106cfu·g-1,添加量:1.0 kg·t-1,有效乳酸菌1.8×103cfu·g-1发酵底物);麸皮(由临洮华加牧业有限公司提供,制作去穂玉米青贮时按底物湿重的1%添加);青贮发酵桶由20 L圆形旋盖式聚乙烯塑料桶改造而成,桶盖加装单向排气阀装置(Kartell,cod:418,意大利),物料粉碎并与添加物混合均匀后装填入桶,密封桶盖;秸秆粉碎机为9Z-9A型青贮铡草对辊揉搓型,洛阳四达农机有限公司生产;每个试验组准备100 kg粉碎玉米秸秆,准确称取1 g Sila-Max溶解于400 mL纯水中,分别均匀喷洒在4组物料上,准确称取200 g Sila-Mix和4 kg麸皮,分别与4组物料均匀混合,使每组添加水分相同;相关实验室检测设备由甘肃农业大学动物科学技术学院实验室提供。

1.2 试验设计

试验设计如表1所示。试验共有Sila-Max,Sila-Mix,1%麸皮和1%麸皮+Sila-Max四个添加类型,未添加组仅添加等量纯水,每种添加类型设置1和3次两种装填形式,共计8个处理组,2个未添加组,每组4个重复。1 次装填为秸秆切短(1.0~1.5 cm)按设计剂量均匀喷洒添加物后立即装填压实后密封发酵桶,3 次装填为每天将粉碎秸秆与添加物均匀混合后装填压实1/3发酵桶,3 d后装满压实密封,装填密度控制在550 kg·m-3左右。室温发酵45 d,开盖后去掉最上层5 cm和最底层5 cm,均匀混合后,按梁瑜等[14]的几何采样法取样处理并检测。

1.3 测定方法

按张丽英[15]的方法测定青贮饲料的干物质(dry matter,DM),粗脂肪(ether extract,EE),粗蛋白

表1 试验设计Table 1 The design of experiment

(crude protein,CP),粗灰分(Ash),钙和磷含量;采用Van Soest等[16]的方法测定酸性洗涤纤维(acid detergent fiber,ADF)和中性洗涤纤维(neutral detergent fiber,NDF)含量;水溶性碳水化合物(water soluble carbohydrate,WSC)含量测定采用蒽酮比色法;液相色谱法测定青贮中的乳酸和乙酸含量(Waters ACQUITY UPLC,色谱柱BEH C18 1.0 mm×50 mm, 1.7 μm,流动相为水和0.3%磷酸甲醇,流速为0.1 mL·min-1,检测波长210 nm,进样量5 μL);苯酚-次氯酸钠比色法测定NH3-N含量,计算氨态氮与总氮的比例;48 h体外干物质消化率采用两步法[17];按照青贮料青贮前后重量和干物质含量计算干物质损失率,干物质损失率=(原料重×原料DM%-青贮重×青贮DM%)×100%/原料重×原料DM%。

1.4 统计分析

本试验为双因素(装填次数×添加物)试验设计,采用SAS 8.2软件进行双因素方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 青贮前去穗玉米秸秆的化学组成

青贮前去穂玉米秸秆的化学成分检测结果见表2。可见,青贮原料的DM和WSC含量可以满足青贮的要求。

表2 青贮前去穗玉米秸秆营养组成Table 2 Chemical composition of pre-ensiled corn stover (%,DM)

2.2 不同添加物及装填时间对去穗玉米秸秆青贮发酵参数的影响

不同添加物及装填时间的去穗玉米秸秆青贮发酵品质参数如表3所示。乳酸含量:除HC3外,3次装填各处理组乳酸含量数值上均低于1次装填各组;1次装填组间比较,HFMax1组显著高于HC1组(P<0.05);3次装填组间比较,差异不显著(P>0.05);全处理间比较,HMax3组乳酸含量显著低于HFMax1组与HMax1组(P<0.05)。乙酸含量:3次装填各组乙酸含量显著高于1次装填各组(P<0.05);1次装填组间比较,添加Sila-Mix组乙酸含量显著高于麸皮组和Sila-Max+麸皮混合添加组(P<0.05);3次装填组间比较,除HMix3外,HC3组乙酸含量显著低于其他各组(P<0.05)。氨氮含量:除HC3显著高于HC1和HMix1组外(P<0.05),其他各组间差异不显著(P>0.05)。氨氮/总氮:1次装填、3次装填或添加其他添加剂等物均不影响青贮中氨氮与总氮比(P>0.05)。pH值:除HFMax3组pH值显著高于HFMax1与HC3组外(P<0.05),其他各组间差异不显著(P>0.05)。

表3 去穗玉米秸秆青贮发酵品质Table 3 The fermentation quality of post-ensiled corn stover silage

注:同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05);LT,装填时间;I,添加物;LT×I装填时间与添加物互作,下同。

Note: Different lowercase letters within the same column show significant difference (P<0.05); LT, Loading time; I, Inoculants; LT×I, Interaction among loading time and inoculants, the same below.

2.3 不同添加物及装填时间对去穗玉米秸秆青贮营养参数的影响

不同添加物及装填时间的去穗玉米秸秆青贮的营养物质参数如表4所示。CP:3次装填各组CP含量均显著高于1次装填各组(P<0.05);1次装填组间比较,添加麸皮组CP含量显著低于未添加组和添加Sila-Mix组(P<0.05);3次装填组间比较,添加麸皮组和Sila-Max+麸皮混合添加组CP含量显著高于添加Sila-Mix组(P<0.05)。EE:3次装填添加麸皮组和Sila-Max+麸皮混合添加组EE含量显著低于1次装填组(P<0.05);1次装填组间比较,Sila-Max+麸皮混合添加组EE含量显著高于未添加组和Sila-Mix添加组(P<0.05);3次装填组间比较,未添加组EE含量显著高于各处理组(P<0.05)。WSC:3次装填各处理组WSC含量均显著低于1次装填各组(P<0.05);1次装填和3次装填组间比较均无显著差异(P>0.05)。NDF:1次装填、3 次装填或添加其他添加剂等物均不影响青贮中NDF含量(P>0.05)。ADF:除HF3和HFMax3外,3次装填各处理组ADF含量均显著高于1次装填各组(P<0.05),1次装填和3次装填组间ADF含量均无显著差异(P>0.05)。木质素:3次装填各组木质素含量显著高于1次装填各组(P<0.05);1次装填组间木质素含量无显著差异(P>0.05);3次装填添加Sila-Max组和Sila-Max+麸皮混合添加组木质素含量显著高于未添加组(P<0.05)。钙:除HMix3外,3次装填各处理组钙含量均显著高于1次装填各组(P<0.05);1次装填组间比较,Sila-Max+麸皮混合添加组钙含量显著高于除麸皮添加组之外的其他各组(P<0.05);3次装填组间钙含量无显著差异(P>0.05)。磷:3次装填添加麸皮组和Sila-Max+麸皮混合添加组磷含量显著高于1次装填组(P<0.05);1次装填组间比较,添加麸皮组和Sila-Max+麸皮混合添加组磷含量显著高于未添加组(P<0.05);3次装填组间磷含量无显著差异(P>0.05)。

表4 去穗玉米秸秆青贮营养参数Table 4 The nutrient component of post-ensiled corn stover silage (%,DM)

2.4 不同添加物及装填时间对去穗玉米秸秆青贮DM含量、干物质损失率及48 h体外干物质消化率的影响

不同添加物及装填时间的去穗玉米秸秆青贮DM含量、干物质损失率及48 h体外干物质消化率如表5所示。DM含量:除麸皮添加组外,3次装填各组DM含量均显著低于1次装填组(P<0.05);1次装填组间比较,添加Sila-Max组和Sila-Max+麸皮混合添加组DM含量显著高于未添加组(P<0.05);3次装填组间比较,Sila-Max+麸皮混合添加组DM含量显著高于未添加组(P<0.05)。 干物质损失率: 除麸皮添加组外, 3次装填各组干物质损失率均显著高于1次装填组(P<0.05);1次装填组间比较,添加Sila-Max组和Sila-Max+麸皮混合添加组干物质损失率显著低于未添加组(P<0.05);3次装填组间比较,Sila-Max+麸皮混合添加组干物质损失率显著低于未添加组(P<0.05)。48 h体外干物质消化率:1次装填、3 次装填或添加其他添加剂等物均不影响青贮48 h体外干物质消化率(P>0.05)。

3 讨论

3.1 不同装填时间对玉米秸秆青贮的影响

表5 去穗玉米秸秆青贮干物质含量、干物质损失率及48 h体外干物质消化率 Table 5 Dry matter content, dry matter loss and 48 h in vitro dry matter digestibility of post-ensiled corn stover silage (%)

3.2 添加Sila-Max、Sila-Mix及麸皮对去穗玉米秸秆青贮的影响

Sila-Max和Sila-Mix是美国瑞科动物营养公司生产的两种青贮饲料乳酸菌类添加剂,其中,Sila-Max含有不同类型的乳酸菌及能产生淀粉酶和纤维素酶的菌类,Sila-Mix除了含有以上菌类外,还添加有25.0%~29.5%的CaCO3。根据本研究的结果,单独添加Sila-Max对1次装填的去穗玉米秸秆青贮发酵品质和营养品质均无显著影响,但可以显著提高发酵产物的干物质含量,降低干物质损失率,由于其可以提高3次装填发酵产物的乙酸含量,可能对提高其有氧稳定性有作用[22]。Sila-Mix对1次和3次装填去穗玉米秸秆青贮发酵品质和营养品质均无显著影响,但有提高乳酸含量和pH并减少干物质损失的趋势,可能由于其含有的CaCO3提高了pH缓冲能力的原因[23]。麸皮在1次装填中对发酵产物的发酵品质和营养品质等均无显著影响,但会提高3次装填发酵的乙酸产量,降低其粗脂肪含量,可能是延迟装填过程中麸皮所含有的可溶性糖类和蛋白促进了有氧腐败菌的生长[24]。Sila-Max和麸皮的混合添加组可以显著增加1次装填去穗玉米秸秆青贮发酵产物的乳酸和EE含量,提高其发酵品质和营养品质,也可以提高3次装填发酵产物的乙酸含量和pH,可能对提高其有氧稳定性有作用,同时,其还可以显著(P<0.05)提高1次和3次装填发酵产物的DM含量,减少发酵的干物质损失率。可见,去穗玉米秸秆青贮过程中要保持较高的干物质保存率,缩短装填时间才是最为有效的方法,另外,添加乳酸菌制剂并同时保证发酵底物中可溶性糖类的充足对降低青贮损失和提高产物品质是有利的[25-26]。

Sila-Max对提高去穗玉米秸秆1次装填青贮发酵产物的乳酸含量和3次装填发酵产物的乙酸含量均有良好的效果,而对于1次装填的乙酸含量以及3次装填乳酸含量则无明显影响。由于乙酸对其他有氧发酵菌的生长具有良好的抑制效果,所以在去穗玉米青贮中添加Sila-Max+麸皮对提高1次装填发酵产物的品质以及3次装填发酵产物的稳定性具有一定的作用,而单独添加Sila-Max仅在3次装填中提高乙酸含量有效。Sila-Mix对提高1次和3次装填的去穗玉米秸秆青贮发酵品质均无明显效果。麸皮有提高1次装填去穗玉米秸秆青贮的发酵品质的趋势(乳酸含量增加,P>0.05),但有降低3次装填去穗玉米秸秆青贮发酵品质的作用(乙酸含量增加,P<0.05)。麸皮的添加同样影响到发酵产物的营养成分含量,在1次装填中添加麸皮使CP的含量降低,可能是由于麸皮的添加促进了微生物的生长,利用了大量的蛋白质。但由于装填时间的延长,有氧发酵的增强而导致了干物质损失率的增加(未添加组干物质损失19.08%)和粗脂肪等营养成分的消耗增加,且使得粗蛋白、木质素、钙和磷的相对含量增加,这一结果与吕建敏等[24]报道一致。3种添加物及复合添加组均能使去穗玉米秸秆青贮发酵产物的干物质含量提高,干物质损失量下降。其中,Sila-Max对1 d装填组干物质保存效果最好,可以使去穗玉米秸秆青贮干物质含量增加6.41%,干物质损失率降低84.51%,Sila-Max+麸皮混合添加组保存效果次之,麸皮单独添加组最差,与未添加组相比差异并不显著。3 次装填组Sila-Max+麸皮的混合添加组对干物质的保存效果最好,可以使去穗玉米秸秆青贮干物质含量增加6.32%,干物质损失率降低36.48%,麸皮单独添加组保存效果次之,Sila-Mix组最差,但除了Sila-Max+麸皮的混合添加组外对干物质的保存效果与未添加组相比均差异不显著。麸皮含有较高的蛋白和可溶性糖类,其单独添加在快速装填且可溶性糖类含量不足的青贮中可以起到增加发酵底物和促进微生物生长的作用,对乳酸菌发酵的快速启动具有促进作用[22]。本试验中发现,在延迟装填中,麸皮可能也同时促进了有氧腐败菌的生长,而不能对青贮发酵起到明显的有益作用。3种添加物均有降低去穗玉米秸秆青贮发酵产物48 h体外干物质消化率的趋势,可能因为3种添加物均没有显著降低去穗玉米秸秆的NDF和ADF含量,而使发酵产物保存了大量的干物质,相对增加了纤维和木质素含量,而消化率主要和纤维含量相关[24]。

4 结论

延迟3 d装填会降低去穗玉米秸秆青贮的发酵品质、营养品质及DM含量,提高干物质损失率。

在去穗玉米秸秆青贮中单独添加乳酸菌制剂Sila-Max可以提高1次装填发酵产物的DM含量,降低干物质损失率,但未对3次装填发酵产物产生显著有利作用。

在去穗玉米秸秆青贮中单独添加乳酸菌制剂Sila-Mix和麸皮对1次和3次装填发酵产物均未产生显著有利作用。

在去穗玉米秸秆青贮中添加Sila-Max和麸皮的混合物对提高1次装填发酵产物的营养品质和发酵品质及1次和3次装填发酵产物的DM含量,降低两种装填方式的干物质损失率有显著作用。

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