甘蔗梢自然青貯過程中干物質含量和微生物數量的動態變化研究

楊金梅，朱全麗，劉鵬，鐘倩，張婭，唐國建,3

（1.六盤水師范學院土木與規劃學院，貴州 六盤水 553004；2.六盤水師范學院生物科學與技術學院，貴州 六盤水 553004；3.文山學院三七醫藥學院，云南 文山 663000）

甘蔗梢是蔗糖產業的副產物之一，是指甘蔗頂部2～3個嫩節及其附帶的整個葉片的部分，約占甘蔗重量的20%，其產量不容小覷［1］。李標等［2］綜述前人的研究結果表明，甘蔗梢的消化能約5.60 MJ/kg DM，含有20 多種氨基酸、多酚化合物以及葉酸、煙酸等維生素。因此，甘蔗梢可作為反芻動物的粗飼料來源，以解決越冬期飼料短缺的問題。

然而，實踐生產中，我國甘蔗梢用作飼料的利用率不足10%，大量甘蔗梢被自然丟棄野外、任其腐爛變質，或被焚燒［3］，不僅浪費了大量的飼料資源，還加重了環境污染。隨著反芻動物養殖規模的不斷擴大，對優質粗飼料的需求量也逐年增加，因此，將甘蔗梢加工處理作為反芻動物的粗飼料，具有廣闊的市場前景和深遠意義。

青貯是保存青綠多汁飼料營養成分最為經濟、簡便的技術，是多種微生物競爭營養，最后乳酸菌占優勢的過程。研究表明，青貯可作為甘蔗尾梢保存營養成分的有效手段之一，青貯甘蔗梢可解決我國南方熱帶、亞熱帶地區冬春季節牧草資源短缺的問題［2］。然而，由于甘蔗梢粗纖維含量高、表面微生物種類繁多等問題，甘蔗梢的飼料化利用率不高［1］。目前，甘蔗梢自然青貯過程中干物質回收率和微生物數量動態變化的相關研究較為欠缺，甘蔗梢自然青貯的最佳貯藏時間也暫無相關報道。因此，本研究以甘蔗梢為試驗材料，通過監測甘蔗梢自然青貯過程中微生物數量和干物質損失的動態變化，以期為甘蔗梢的青貯加工利用提供數據支撐，助力草食畜牧業的健康、可持續發展。

1 材料與方法

1.1 試驗材料、儀器

材料：2022 年4 月在云南省文山市郊區收割甘蔗，收集新鮮的甘蔗梢為本研究試驗材料，品種為新臺糖26號。德曼、羅戈薩和夏普（de Man，Rogosa and Sharp，MRS）瓊脂培養基、營養瓊脂培養基和孟加拉紅培養基。

儀器：真空密封機（青葉P-290，中國東莞）、凱氏定氮分析儀（K-9860，中國北京）、馬弗爐（MFLXD321-12，中國上海）、便攜式pH 計（Mettler Toledo FE28，瑞士）、微型粉碎機。

1.1.1 青貯飼料調制與試驗設計

將上述收集的新鮮甘蔗梢用鍘刀切短，長度為1～4 cm，混合均勻備用。取200 g 左右的材料裝入30 cm×20 cm的聚乙烯青貯袋中，用真空密封機抽真空、密封，避光室溫貯藏，分別于青貯后的第1 d、3 d、5 d、7 d、15 d、30 d、45 d、60 d、90 d開袋取樣，測定相關指標，每個開袋時間設置4 個重復。

1.1.2 主要指標測定及方法

參考唐（Tang）等［4］描述的方法測定樣品中微生物數量，即無菌條件下稱取10 g 材料，加入90 mL 無菌水，振蕩混勻后稀釋至不同濃度，分別采用MRS瓊脂培養基、營養瓊脂培養基和孟加拉紅培養基，對乳酸菌、好氧細菌、酵母菌和霉菌進行平板培養計數。在37 ℃恒溫箱中厭氧培養乳酸菌48 h，30 ℃好氧條件培養好氧細菌48 h，30 ℃好氧條件培養酵母菌和霉菌3~5 d。以每克鮮樣含有的菌落數表示。

稱取青貯原料100 g 左右，105 ℃殺青30 min后，75 ℃烘干至恒重，測定干物質（Dry matter，DM）含量[5]1-10。用微型粉碎機粉碎烘干后的樣品，過40目標準篩，密封保存。采用硫酸蒽酮法測定樣品中水溶性碳水化合物（Water-soluble Carbohydrates，WSC）含量［6］。采用凱氏定氮分析儀測定原材料中粗蛋白含量[7]47-89。采用馬弗爐測定原材料中粗灰分含量[7]47-89。參考穆勝龍等［8］的方法計算青貯過程中干物質的回收率，即：

稱取青貯飼料20 g，加入去離子水180 mL，并置于4 ℃冰箱中浸泡18 h 后，用定性濾紙過濾至250 mL 三角瓶中，用便攜式pH 計測定濾液的pH值［9］。采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定濾液的氨態氮含量［10］。

1.1.3 數據處理與分析

將微生物數量菌落形成單位（Colony-forming unit，CFU）的計數結果轉化為log10形式表示。采用Excel 2019 整理數據，使用SPSS 25.0 軟件對數據進行單因素方差分析，采用鄧肯（Duncan’s）法對均值進行多重比較。結果以均值±標準誤表示。顯著水平設為0.05。

2 結果與分析

2.1 甘蔗梢原材料主要營養成分和微生物數量

新鮮甘蔗梢主要營養成分及微生物數量結果如表1所示。

表1 新鮮甘蔗梢主要營養成分及微生物數量

由表1可知，本研究中，新鮮甘蔗梢的干物質含量為32.14%，粗蛋白含量為5.56%，水溶性碳水化合物含量為7.17%，粗灰分為7.60%。經測定新鮮甘蔗梢表面微生物數量較多，即乳酸菌數量為5.51 log10CFUg-1鮮重（Fresh weight，FW），好氧細菌數量為5.93 log10CFUg-1FW，酵母菌數量為4.24 log10CFUg-1FW，霉菌為3.42 log10CFUg-1FW。

2.2 甘蔗梢自然青貯過程中干物質回收率的動態變化

隨著青貯時間的延長，甘蔗梢青貯料的干物質回收率先呈“W”型，后趨于平緩的趨勢。動態變化如圖1所示。

圖1 甘蔗梢青貯過程中干物質回收率的動態變化

由圖1可知，在青貯第7 d和第45 d，干物質回收率下降尤為明顯，顯著低于青貯前5 d（P<0.05），而青貯第60 d 后，青貯料的干物質回收率與青貯第15 d、30 d 的差異不顯著（P>0.05），且干物質回收率均高于90%以上，說明自然青貯發酵處理對甘蔗梢干物質的保存效果較為良好。

2.3 甘蔗梢自然青貯過程中pH值和氨態氮含量的動態變化

甘蔗梢青貯過程中pH 和氨態氮的動態變化如圖2所示。

圖2 甘蔗梢青貯過程中pH和氨態氮的動態變化

從圖2可以看出，隨著青貯時間的延長，甘蔗梢自然青貯體系的pH值呈下降趨勢，而氨態氮呈增加趨勢。其中，甘蔗梢青貯料的pH值在青貯第3 d 開始顯著下降（P<0.05），第7 d 下降到第一個谷底，而后在第15 d開始略微上升至5.1。第15 d后青貯體系的pH值又開始略微下降，到第60 d時體系pH值又出現顯著下降（P<0.05），第90 d時青貯體系pH 值最低，為4.6，顯著低于其他時段的pH 值（P<0.05）。而整個發酵過程中甘蔗梢青貯料的氨態氮含量一直呈波浪線上升的趨勢，在第90 d時達到6.7 g kg-1DM。

2.4 甘蔗梢自然青貯過程中微生物數量的動態變化

隨著青貯時間的延長，總體上，甘蔗梢青貯過程中4 類微生物的數量均呈先上升后下降，最后趨于穩定的趨勢，動態變化如圖3所示。

圖3 甘蔗梢青貯過程中微生物數量的動態變化

由圖3可知，在青貯第1 d時乳酸菌數量大于其他3 類微生物的數量，之后開始顯著升高（P<0.05），在青貯第5 d 時達到最大值，而好氧細菌、酵母菌和霉菌的數量均在第3 d時達到最大值。4類微生物的數量達到最大值后均呈現不同程度的下降，好氧細菌和酵母菌的下降程度較乳酸菌和霉菌的劇烈。乳酸菌在整個青貯過程中數量均在5.0 log10CFUg-1FW 以上，而好氧細菌和酵母菌的數量分別在青貯的第30 d 和第5 d 降至5.0 log10CFUg-1FW以下。此外，霉菌的數量在整個青貯過程中均未達到3.0 log10CFUg-1FW，說明青貯處理可能較好地抑制了甘蔗梢表面霉菌的生長繁殖。

3 討論

青貯是保存青綠多汁飼草作物營養成分的主要方法之一，主要依靠飼草作物表面乳酸菌將飼草料中的碳水化合物轉化為乳酸，快速降低體系pH 值，有效抑制其他有害微生物繁殖，從而保存飼料作物的營養價值，此過程受許多因素的影響[11]1-165。其中，飼草作物表面微生物，尤其是乳酸菌在青貯飼料調制過程中起著主導作用[11]1-165。有研究表明，在碳水化合物含量充足的情況下，飼料作物表面乳酸菌數量在5.0 log10CFUg-1FW 以上，才能更好地促進青貯發酵成功[11]1-165；然而，通常情況下，飼料作物表面天然附著的乳酸菌數量小于5.0 log10CFUg-1FW［12］。本研究中，甘蔗梢表面乳酸菌數量為5.51 log10CFUg-1FW（表1），基本符合自然青貯的要求。此外，威金森（Wikinson）［13］的研究表明，青貯原材料的水溶性碳水化合物含量應在鮮重的3%以上或為干重的8%～10%，青貯飼料才能在其他條件滿足的情況下調制成功。而本研究中，甘蔗梢的含糖量為7.17%DM（表1），顯然不滿足調制優質青貯飼料的條件。因此，在實際生產中，選擇新鮮甘蔗梢調制優質青貯飼料時，可添加一定濃度的含糖化合物。

原材料中的干物質含量也是影響牧草青貯成敗的關鍵因素之一，水分過高或過低都不利于乳酸菌發酵[11]1-165。原材料中水分含量過高，壓實過程中營養物質容易隨滲出液流失，造成養分損失，且水分過高易引發梭菌發酵，降低青貯發酵品質；而水分過低的原材料不易被壓實，青貯體系中空氣殘留較多，易引起發霉變質[11]1-165。通常，水分含量在60%～75%的原材料較容易青貯成功。在本研究中，新鮮甘蔗梢的干物質含量為32.14%（表1），即水分含量約為68%，適合調制優質青貯飼料。此外，在對整個青貯過程的研究中，甘蔗梢的干物質含量變化不大，且其干物質回收率也高于90%以上（圖1），說明自然青貯發酵處理可較好地保存甘蔗梢的干物質，降低營養損失。

pH值是評價青貯飼料品質最簡單且最為直觀的指標之一，pH值越低，酸度越大，青貯飼料越容易保存[11]1-165。通常，優質的青貯飼料pH值應在4.2 以下。本研究中，甘蔗梢整個青貯過程中的pH值均在4.5以上（圖2），說明甘蔗梢乳酸發酵效果并不理想。從圖2可知，甘蔗梢青貯料的pH值在第3 d 和第60、90 d 有顯著下降外（P<0.05），第3 d~45 d 之間pH 值下降的差異并不顯著（P>0.05）。青貯體系pH 值快速降低，有利于抑制微生物的繁殖。但pH 值過低也進一步抑制乳酸菌生長，其數量在第5 d 達到高峰后開始顯著下降，最后穩定在5.0 log10CFUg-1FW左右（圖3）。整個青貯過程中，霉菌數量都在3 log10CFUg-1FW以下，說明青貯處理抑制了甘蔗梢表面霉菌的生長繁殖。氨態氮含量的高低反映了青貯飼料中蛋白質降解情況，氨態氮含量高，表明青貯飼料蛋白質降解嚴重[11]1-165。在本研究中，隨著青貯時間的延長，甘蔗梢青貯料的氨態氮呈波浪式上升趨勢（圖2），表明甘蔗梢青貯體系發酵不充分，其產生的乳酸量不足以迅速降低體系pH值，不能有效抑制有害微生物活動，部分蛋白質發生了降解。然而，因本研究未監測乳酸和粗蛋白質含量變化，其中的原因有待進一步研究。

4 結論

研究結果表明，甘蔗梢表面乳酸菌數量較豐富，但其可溶性碳水化合物含量較低，自然青貯品質不佳，可考慮添加一定濃度的含糖化合物，以便迅速降低體系pH，減少因蛋白降解對其營養價值影響。