文章信息
- 肖慎华, 原现军, 董志浩, 李君风, 王奇, 赵杰, 邵涛
- XIAO Shenhua, YUAN Xianjun, DONG Zhihao, LI Junfeng, WANG Qi, ZHAO Jie, SHAO Tao
- 添加乳酸菌制剂和糖蜜对箭筈豌豆和苇状羊茅混合青贮发酵品质的影响
- Effects of inoculant and molasses additives on fermentation quality of mixed silages of tall fescue (Festuca arundinacea Schreb.) and common vetch (Vicia sativa L.)
- 南京农业大学学报, 2016, 39(6): 1017-1022
- Journal of Nanjing Agricultural University, 2016, 39(6): 1017-1022.
- http://dx.doi.org/10.7685/jnau.201607038
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文章历史
- 收稿日期: 2016-07-15
近年来, 随着西藏畜牧业的快速发展, 天然草地饲草料的产能已经难以满足家畜的需求, 粗饲料供给不足尤其是优质豆科牧草严重短缺, 阻碍了当地畜牧业的可持续发展。利用农区中低产田种植牧草, 生产青贮饲料, 以缓解家畜增多对天然草地的压力, 可以促进草地植被的保护和恢复, 为高寒草地畜牧业的良性发展提供保障。
苇状羊茅和箭筈豌豆因具有抗寒性强、适应性广等优点, 在西藏“两江一河”地区广泛种植。西藏地区饲草供应不足主要发生在冬春季节, 在盛草期开展饲草调制加工是缓解枯草期饲草不足的主要措施之一, 其中调制青贮饲料是饲草保存的主要技术措施。箭筈豌豆因粗蛋白含量高成为西藏地区主要优质粗饲料之一, 但发酵底物不足, 单独青贮不易成功, 而苇状羊茅水溶性碳水化合物含量较高, 将两种牧草混合青贮可一定程度补充发酵底物从而改善箭筈豌豆青贮发酵品质, 同时可弥补苇状羊茅单独青贮蛋白质含量不足和营养价值低的缺陷[1]。
王奇等[1]研究表明仅通过混合青贮难以获得理想的优质青贮饲料。使用青贮添加剂可以调控青贮发酵的动态过程, 从而提高青贮发酵品质, 其中乳酸菌和糖蜜是目前青贮饲料生产中广泛应用的青贮发酵促进剂, 接种乳酸菌可以促进青贮过程中乳酸的生成, 快速降低pH, 从而抑制有害微生物活性, 减少营养物质的损失[2]。添加糖蜜可为乳酸菌代谢直接提供发酵底物, 促进乳酸生成[3]。
本试验结合西藏地区的生产实际, 在苇状羊茅(Festuca arundinacea Schreb.)和箭筈豌豆(Vicia sativa L.)混合(鲜质量比为7 : 3)青贮的基础上[1], 通过补充发酵底物和接种乳酸菌以期进一步改善混合青贮发酵品质, 为西藏地区盛草期饲草料贮藏提供科学依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料 1.1.1 青贮原料箭筈豌豆和苇状羊茅种植于日喀则地区草原工作站试验地, 于2012年9月9日刈割, 其中苇状羊茅为第一茬抽穗初期, 箭筈豌豆为第一茬结荚期。青贮前各原料化学成分如表 1所示。
| g · kg-1 | |||
| 项目Items | 苇状羊茅 Tall fescue |
箭筈豌豆 Common vetch |
苇状羊茅+箭筈豌豆(7:3) Tall fescue+Common vetch |
| 干物质Dry matter | 326.58±23.92 | 183.96±16.12 | 283.79±25.70 |
| 粗蛋白Crude protein | 43.49±3.52 | 226.59±15.32 | 98.19±14.95 |
| 水溶性碳水化合物Water soluble carbohydrate | 209.36±18.71 | 27.01±2.81 | 151.88±12.07 |
糖蜜为制糖业副产品, 红褐色黏稠状液体, 干物质含量513 g · kg-1, 水溶性碳水化合物含量684 g · kg-1(以干物质为基础), 主要成分为蔗糖。乳酸菌制剂主要活性成分为植物乳酸杆菌和枯草芽孢杆菌(活菌数为109 CFU · mL-1), 由本研究所自行研制。
1.1.2 实验室青贮窖采用容积为2 L的圆柱状塑料容器, 有内外2层盖, 便于密封避光保存。
1.2 试验设计采用完全随机试验设计, 在苇状羊茅和箭筈豌豆以7 : 3(鲜质量比)混合的基础上, 设对照组(CK, 无添加), 乳酸菌制剂单独添加组(LAB, 106 CFU · g-1), 糖蜜单独添加组(M, 4%), 糖蜜+乳酸菌制剂组合添加组(M+LAB)。在青贮后的第7、24、45和60天开窖取样分析。每个处理各个时间点5个重复, 共计80个实验室青贮窖。
1.3 试验方法 1.3.1 青贮饲料的调制将新鲜刈割的材料迅速带至实验室, 用铡刀切至1.5~2 cm, 之后将苇状羊茅和箭筈豌豆按7 : 3充分混匀并按试验设计量添加乳酸菌制剂、糖蜜, 再次充分混合均匀, 装填至青贮窖中压实密封, 于室温避光保存。
1.3.2 样品处理按照试验设计在青贮后第7、24、45和60天分别打开青贮窖, 取出全部青贮饲料置于经乙醇消毒的塑料方盆中, 充分混合均匀, 采用四分法称取35 g青贮饲料放入100 mL的锥形瓶中, 加入70 mL的去离子水, 4 ℃浸提24 h, 然后通过2层纱布和定性滤纸过滤, 所得液体为青贮饲料浸提液, 保存于-20 ℃冷冻冰箱中用于后续发酵品质分析。同时称取100 g青贮饲料置于信封中, 用于测定干物质、粗蛋白及水溶性碳水化合物。
1.3.3 测定项目及分析方法先将鲜样和青贮饲料样品在105 ℃杀青2 h, 之后转入65 ℃烘至恒质量, 测定干物质含量; pH值用HANNA pH211型pH计测定[4]; 乳酸含量用对-羟基联苯比色法测定[5]; 水溶性碳水化合物含量采用蒽酮-硫酸比色法测定[6]; 总氮含量采用FOSS-8400全自动凯氏定氮仪测定[7]; 氨态氮含量采用苯酚-次氯酸钠比色法测定[8]; 挥发性脂肪酸采用高效气相色谱仪(日本岛津GC-17A)测定[9]。
1.4 数据处理采用SAS 9.3软件对试验数据进行双因子方差分析(Two-way ANOVA), 并用Duncan′s法进行多重比较。
2 结果与分析 2.1 添加糖蜜和乳酸菌制剂对pH值、干物质和乳酸含量的影响如表 2所示, 干物质含量随着青贮时间的延长逐渐下降。各处理组干物质含量在青贮第7天已显著(P < 0.05)高于对照组, 之后继续保持该趋势直至青贮结束。与对照组相比, 添加糖蜜(包括单独添加和组合添加)显著(P < 0.05)提高了干物质含量, 其中糖蜜+乳酸菌组始终保持最高的干物质含量。
| 测定项目 Items |
处理 Treatments |
青贮时间/d Ensiling time | SE | P-value | |||||
| 7 | 24 | 45 | 60 | T | D | T×D | |||
| 干物质含量/(g·kg-1) | CK | 232Da | 227Cab | 233Da | 222Db | 5.65 | < 0.01 | < 0.01 | < 0.01 |
| Dry matter content | LAB | 248Ca | 243Ba | 241Ca | 232Ca | ||||
| M | 269Ba | 262Aab | 260Bb | 243Bc | |||||
| M+LAB | 281Aa | 272Ab | 272Ab | 257Ac | |||||
| pH值 | CK | 4.59Aa | 4.33Ab | 4.17Ac | 4.17Ac | 0.037 | < 0.01 | < 0.01 | 0.059 |
| pH value | LAB | 4.40Ba | 4.06Bb | 4.05Bb | 4.01Bb | ||||
| M | 4.16Ca | 3.97Bb | 3.99Cb | 4.15ABab | |||||
| M+LAB | 4.08Ca | 3.96Bb | 3.97BCab | 3.99Bab | |||||
| 乳酸含量/(g·kg-1) | CK | 55.2Cc | 63.0Cbc | 74.3Ca | 70.0Bab | 2.86 | < 0.01 | < 0.01 | < 0.01 |
| Lactic acid content | LAB | 59.2BCc | 72.9BCb | 85.0Ba | 75.6Bb | ||||
| M | 65.3Bc | 82.4ABa | 83.1Ba | 74.3Bb | |||||
| M+LAB | 73.2Ac | 89.0Ab | 101.4Aa | 89.6Aab | |||||
| 注: 1) CK:对照; LAB:乳酸菌制剂; M:糖蜜; 2)同列间不同大写字母表示处理间差异显著(P < 0.05), 同行间不同小写字母表示青贮时间内差异显著(P < 0.05);T:处理效应; D:时间效应; T×D:处理和时间交互效应。 Notes: 1) CK:Control group; LAB:Inoculants; M:糖蜜Molasses; 2) Different capital letters in the same column mean significant difference in different treatment (P < 0.05);Different lowercase letters in the same line mean significant difference in different ensiliny time (P < 0.05). SE:Standard error; T:Effect of treatments; D:Effect of ensiling days; T×D:Interaction of treatments and ensling days. The same as below. | |||||||||
在整个青贮过程中除糖蜜添加组pH值在第60天略低于对照组外(P>0.05), 其他各添加剂处理组pH值均始终显著低于对照组(P < 0.05)。糖蜜和糖蜜+乳酸菌处理组在青贮第7天已分别降至4.16和4.08, 在青贮第24天后降至4.0以下, 乳酸菌添加组pH值在青贮第24天也降至4.06, 而对照组pH值始终维持在4.17以上。随着青贮的进行各组乳酸含量逐渐上升, 在青贮第45天各组乳酸含量均达到峰值, 之后均略有下降。整个青贮过程中糖蜜和乳酸菌组合添加组乳酸含量均高于对照组(P < 0.05), 糖蜜单独添加组乳酸含量在青贮前45 d也显著高于对照组(P < 0.05), 乳酸菌单独添加组和糖蜜单独添加组乳酸含量始终无显著差异(P>0.05)。
2.2 添加糖蜜和乳酸菌制剂对乙酸、丙酸和丁酸含量及乳酸/乙酸的影响从表 3可知:各组乙酸含量随着青贮时间的延长逐渐增加, 在青贮第7天, 乳酸菌和糖蜜单独处理组乙酸含量分别显著低于和高于对照组(P < 0.05), 之后均与对照组无显著差异(P>0.05)。糖蜜+乳酸菌处理组乙酸含量在青贮第7天显著高于对照组(P < 0.05), 而在青贮第60天显著低于对照组(P < 0.05)。在整个青贮过程中各添加剂处理组丙酸和丁酸含量始终显著低于对照组(P < 0.05)。各组总挥发性脂肪酸含量总体呈上升趋势, 在青贮第7天乳酸菌单独添加组总挥发性脂肪酸含量最低, 在青贮第60天各处理组总挥发性脂肪酸含量显著低于对照组(P < 0.05), 而糖蜜+乳酸菌处理组显著低于糖蜜处理组(P < 0.05)。乳酸菌添加组(包括单独和与糖蜜组合添加组)乳酸/乙酸值始终显著高于对照组(P < 0.05)。
| 测定项目 Items |
处理 Treatments |
青贮时间/d Ensiling time | SE | P-value | |||||
| 7 | 24 | 45 | 60 | T | D | T×D | |||
| 乙酸含量/(g·kg-1) | CK | 13.9Ba | 17.0Aa | 17.5ABa | 18.1Aa | 1.230 | < 0.01 | < 0.01 | < 0.01 |
| Acetic acid content | LAB | 11.7Cc | 14.6Ab | 15.7Bab | 17.0ABa | ||||
| M | 16.6Aa | 18.3Aa | 19.2Aa | 18.7Aa | |||||
| M+LAB | 16.0Aa | 15.3Aa | 16.8Ba | 16.1Ba | |||||
| 丙酸含量/(g·kg-1) | CK | 1.41Ab | 2.62Aa | 1.74Ab | 2.66Aa | 0.289 | < 0.01 | < 0.01 | < 0.01 |
| Propionic acid content | LAB | 0.00Ca | 0.00Ca | 0.00Ca | 0.03Ba | ||||
| M | 0.78Ba | 0.34Bb | 0.38BCb | 0.26Bb | |||||
| M+LAB | 0.46Ba | 0.44Ba | 0.47Ba | 0.44Ba | |||||
| 丁酸含量/(g·kg-1) | CK | 0.43Ab | 0.19Aa | 0.15Abc | 1.28Aa | 0.026 | < 0.01 | < 0.01 | < 0.01 |
| Butyric acid content | LAB | 0.17Ba | 0.00Bc | 0.00Ba | 0.13Ba | ||||
| M | 0.14Ba | 0.00Ba | 0.00Ba | 0.05Ba | |||||
| M+LAB | 0.05Ba | 0.00Ba | 0.00Ba | 0.00Ba | |||||
| 总挥发性脂肪酸含量/(g·kg-1) | CK | 15.7Ab | 19.6Aab | 19.3Aab | 22.1Aa | 2.080 | < 0.01 | < 0.01 | < 0.01 |
| Total volatile fatty acids content | LAB | 11.9Bc | 14.8Ab | 15.7Bab | 17.2BCa | ||||
| M | 17.5Aa | 18.6Aa | 19.5Aa | 19.0Ba | |||||
| M+LAB | 16.5Aa | 15.7Aa | 17.3Ba | 16.5Ca | |||||
| 乳酸/乙酸 | CK | 3.98Ba | 3.91Ca | 4.29Ba | 4.04Ca | 0.085 | < 0.01 | < 0.01 | < 0.01 |
| Lactic/acetic acid | LAB | 5.09Aab | 5.01ABab | 5.42Aa | 4.47Bb | ||||
| M | 3.96Ba | 4.61Ba | 4.53Ba | 3.97Ca | |||||
| M+LAB | 4.61Aa | 5.95Aa | 6.06Aa | 5.58Aa | |||||
随着青贮时间的延长各组氨态氮含量逐渐上升(表 4), 在青贮第7天糖蜜和糖蜜+乳酸菌组氨态氮含量已显著低于对照和乳酸菌处理组(P < 0.05), 之后继续保持该趋势直至第60天, 其中对照组氨态氮含量约为糖蜜和糖蜜+乳酸菌处理组的2倍。乳酸菌处理组与对照组氨态氮含量无显著差异(P>0.05), 糖蜜与糖蜜+乳酸菌组氨态氮含量差异不显著(P>0.05)。在整个青贮过程中, 水溶性碳水化合物含量逐渐下降, 各处理组水溶性碳水化合物含量始终显著高于对照组(P < 0.05), 其中糖蜜和糖蜜+乳酸菌处理组水溶性碳水化合物含量高于乳酸菌单独处理组(P < 0.05)。
| 测定项目 Items |
处理 Treatments |
青贮时间/d Ensiling time | SE | P-value | |||||
| 7 | 24 | 45 | 60 | T | D | T×D | |||
| 氨态氮含量/(g·kg-1) | CK | 40.5Ab | 45.7Aab | 44.7Aab | 52.6Aa | 1.83 | < 0.01 | < 0.01 | < 0.01 |
| Ammonia nitrogen content | LAB | 40.5Ab | 41.5Aab | 42.7Aab | 47.1Aa | ||||
| M | 21.7Bab | 18.8Bb | 19.4Bb | 25.1Ba | |||||
| M+LAB | 23.5Ba | 21.3Bab | 16.0Bb | 22.3Bab | |||||
| 水溶性碳水化合物含量/(g·kg-1) | CK | 55.0Ca | 24.3Cb | 15.5Cc | 13.8Cc | 0.98 | < 0.01 | < 0.01 | < 0.01 |
| Water soluble carbohydrate content | LAB | 63.8BCa | 31.2Bb | 22.1Bc | 18.8Bc | ||||
| M | 73.0Ba | 42.6Ab | 31.6Ac | 22.1Ac | |||||
| M+LAB | 85.8Aa | 36.1ABb | 36.6Ab | 22.8Ac | |||||
本试验中糖蜜添加组(单独和组合添加)干物质含量显著高于对照和乳酸菌处理组, 主要归因于补充糖蜜和接种乳酸菌促进了青贮早期乳酸生成, 使青贮饲料pH值快速降低, 从而抑制了有害微生物的活性, 减少了营养成分的损失[10]; 而Rezaei等[11]将糖蜜添加组干物质含量较高归因于糖蜜自身, 因其含有较高的干物质含量。
整个青贮过程中乳酸菌制剂单独添加组乳酸含量高于对照组, 但差异不显著, 这可能是由于青贮材料中水溶性碳水化合物含量有限, 不能为额外增加的乳酸菌提供充足的发酵底物。这与前人的研究结果一致, Filya等[12]发现对发酵底物不足的青贮材料接种乳酸菌, 并不能十分有效地改善青贮发酵品质。与其他各组相比, 乳酸菌单独添加组显示较低的乙酸含量和较高的乳酸/乙酸值, 这是由于本试验所使用的乳酸菌制剂主要成分是植物乳杆菌, 而乳酸是植物乳杆菌的主要代谢产物。Contreras-Govea等[13]研究发现无论是含糖量较低的紫花苜蓿还是含糖量较高的全株玉米, 接种植物乳杆菌均显著提高了乳酸含量, 降低了乙酸含量, 这与本试验结论一致。
糖蜜单独添加组第7天的乳酸含量已显著高于对照组, pH值已降至4.2以下, 显著低于对照组, 这表明青贮前期添加糖蜜加速了乳酸发酵, 加快了pH值的下降。糖蜜是最常用的青贮发酵促进剂, 可直接为乳酸菌代谢提供底物, 在青贮过程中, 尤其是含糖量较低的材料中添加糖蜜可促使乳酸菌繁殖并占主导地位, 从而加速乳酸生成, 使青贮饲料快速达到酸性环境, 进而抑制有害微生物生长繁殖, 达到长期保存青贮饲料的目的[14]。
糖蜜和乳酸菌组合添加不仅补充了发酵底物, 也提高了乳酸菌的数量。乳酸菌在青贮早期发酵底物充足的情况下, 迅速发酵产生乳酸, 降低pH值, 致使整个青贮过程中糖蜜和乳酸菌组合添加组保持最高的乳酸含量, 最低的pH值。
氨态氮含量是评价青贮饲料优劣的重要指标, 其能反映青贮饲料中蛋白质降解程度, Shao等[15]认为氨态氮的生成主要发生在青贮前期, 与青贮饲料的pH值具有相关性。青贮过程中蛋白质降解可分为两个阶段, 在青贮前期由于植物变白酶的作用, 蛋白质被降解为小肽和游离氨基酸; 游离氨基酸在微生物作用下进一步降解为氨。其中植物蛋白酶受pH值影响较大, 在酸性环境中不稳定, 因此青贮前期pH值快速下降可抑制植物蛋白酶的活性, 同时维持青贮饲料的酸性环境可抑制有害微生物的活性, 减少游离氨基酸和小肽的进一步降解[16-17]。本试验中, 糖蜜和糖蜜+乳酸菌处理组氨态氮含量仅为对照组和乳酸菌添加组的1/2, 这主要是由于对照组和乳酸菌处理组青贮早期pH值下降缓慢, 不能有效抑制青贮早期植物蛋白酶的活性和后期有害微生物的代谢, 而糖蜜以及糖蜜和乳酸菌组合添加组由于补充了可供乳酸菌发酵的有效底物, 导致乳酸快速生成, 促进pH值快速下降, 进而有效抑制蛋白质的降解以及后期游离氨基酸的分解。
糖蜜添加组(单独和组合添加)水溶性碳水化合物含量始终较高, 主要归因于糖蜜自身有较高的水溶性碳水化合物含量。与对照组相比, 接种乳酸菌组不仅有较高的乳酸含量, 而且残留有较高的水溶性碳水化合物, 这个结果看似矛盾, 实际上是可以理解的。首先, 由于添加的乳酸菌利用发酵底物的效率高于青贮材料本身附着的大多数乳酸菌, 以较少的发酵底物产生较多的乳酸; 另外, 由于乳酸菌单独添加组pH值快速下降, 抑制有害微生物的活性, 减少对水溶性碳水化合物的消耗。
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