添加劑對全混合日糧發酵品質和有氧穩定性的影響

鄧玉群,邱小燕,孫媛媛,田玉橋,陳三春

1(湖南食品藥品職業學院,湖南 長沙, 410205)2(懷化學院 生物與食品工程學院,湖南 懷化,418000)3(湖南省博世康中醫藥有限公司,湖南 懷化,418000)

發酵全混合日糧(total mixed ration, TMR)是在厭氧條件下通過乳酸發酵生產的營養相對均衡的飼料,不僅能解決粗精料分開飼喂的問題,而且可以提高飼料利用率和生產性能[1]。近年來,大量的農業、食品副產物被調配成發酵TMR,包括啤酒糟、綠茶渣和土豆皮等[2],并獲得了發酵品質較好的飼料。中國每年都會產生大量的水稻秸稈[3]、四棱豆藤和甜茶渣,如果將這些農副產物混合作為發酵TMR的原料,不僅可以擴大飼料來源,還能有效地利用農副產物。水稻秸稈和甜茶渣都含有豐富的粗纖維,缺乏水溶性碳水化合物(water soluble carbohydrate,WSC)和粗蛋白,未加工的水稻秸稈和甜茶渣是適口性差、采食率低的劣質飼料,而四棱豆藤富含WSC和粗蛋白,可以彌補水稻秸稈和甜茶渣蛋白質含量不足、適口性差的缺點。

發酵TMR在開袋后和長距離運輸過程中容易發生有氧變質,降低品質。因此,提高發酵TMR的品質是非常重要的。雙乙酸鈉是一種用于飼料、食品領域的防霉保鮮劑,有較強的抑菌、殺菌作用,使用相對安全[4],近年來,雙乙酸鈉作為添加劑在反芻動物飼料中得到了廣泛的應用。張新慧等[5]研究發現雙乙酸鈉并沒有改善青貯飼料的發酵品質,但能提高青貯飼料的有氧穩定性。綠汁發酵液(fermented juice of epiphytic lactic acid bacteria, FJLB)是指將植物勻漿后,利用其表面附生的乳酸菌在厭氧環境中利用植物綠汁發酵富集乳酸菌的一種青貯添加劑,可以促進乳酸發酵,通常用于提高青貯飼料的發酵品質[6]。

本研究以水稻秸稈、四棱豆藤和甜茶渣為原料制備發酵TMR,探究雙乙酸鈉和FJLB對TMR發酵品質和有氧穩定性的影響,為更好的開發和利用當地的農副產物,調制優質的發酵TMR提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 發酵TMR的制備

TMR由水稻(OryzasativaL.)秸稈、四棱豆[Psophocarpustetragonolobus(L.) DC.]藤、甜茶[Lithcarpuslitseifolius(Hance) Chun]渣和精料混合而成,水分含量約為50%。甜茶渣是甜茶提取后的濕殘留物。精料由玉米粉、豆粕、菜籽粕、棉粕、麥麩、預混料、酒糟蛋白飼料(distillers dried grains with solubles, DDGS)和食鹽組成,發酵TMR的調配均以干物質(dry matter,DM)為基礎將原料進行混合,參照當地奶牛場采用的配方,奶牛處于泌乳中期,蛋白需要量維持在14%左右,發酵TMR配方中原料的化學成分如表1所示。將50 g四棱豆鮮葉榨汁過濾,濾液中加入2%蔗糖,調節發酵pH值至4.2,在30 ℃恒溫培養箱中厭氧培養48 h,獲得FJLB。用切割機將水稻秸稈、四季豆藤和甜茶渣切成1～2 cm長。實驗分為4組:對照組(C,不添加)、雙乙酸鈉組[S,0.5%鮮重(fresh weight,FW)]、FJLB組(L,2.0 mL/kg FW)、雙乙酸鈉+FJLB組(SL,0.5%+2.0 mL/kg FW)。每個聚乙烯青貯袋裝入8 kg TMR,每個處理設5個重復,抽真空密封。TMR在25 ℃的厭氧條件下發酵35 d,獲得發酵TMR。

表1 發酵TMR原材料化學成分Table 1 Chemical composition of raw materials used in fermented TMR

1.2 化學成分和微生物分析

將樣品放入65 ℃烘箱中烘48 h,恒重測定DM含量。用PHS-3C型雷諾pH計測定pH值。乳酸和揮發性脂肪酸的含量用GC-2014氣相色譜儀測定[7]。采用硫酸-蒽酮比色法測定WSC的含量。氨態氮含量的測定采用苯酚-次氯酸鈉比色法[8]。粗蛋白用KjeltecTM2300全自動氮分析儀測定。采用高溫燃燒法測定粗灰分。用Van-Soest法測定中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維。緩沖能用鹽酸-氫氧化鈉法測定。乳酸菌用瓊脂培養基培養,好氧微生物用營養培養基培養,酵母菌用馬鈴薯葡萄糖培養基培養。乳酸菌在37 ℃厭氧條件下培養。在37 ℃生化培養箱中培養好氧性微生物和酵母菌[9]。

1.3 有氧穩定性試驗

有氧穩定性由熱電偶測定[10]。同時,檢測發酵TMR的化學成分變化和微生物數量,這些指標可以反映發酵TMR在有氧條件下的腐敗程度。

1.4 體外消化率

采用體外兩步法測定發酵TMR的消化率。瘤胃液采集自具有永久性瘤胃瘺的西門塔爾雜交公牛。中性洗滌纖維消化率和DM消化率分別為在體外消化過程中中性洗滌纖維和DM的損失[11]。

1.5 統計分析

用SPSS 22.0統計軟件對測試數據進行統計分析,用平均值和標準差表示測試結果。采用Duncan法進行多因素比較。P<0.05表示差異顯著有統計學意義。

2 結果與分析

2.1 發酵TMR的化學成分

3種粗飼料中,四棱豆藤的粗蛋白和WSC含量最高,甜茶渣和水稻秸稈的中性洗滌纖維含量相近,均高于四棱豆藤。水稻秸稈的酸性洗滌纖維含量最高(表1)。TMR的DM含量為507.16 g/kg FW。粗蛋白質含量為134.35 g/kg DM。乳酸菌和酵母菌數量約為5 lg CFU/g FW(表2)。

表2 發酵前TMR組成、化學成分及微生物數量Table 2 Ingredients and chemical composition and microbial populations of total mixed ration before fermentation

2.2 發酵TMR的發酵品質

如表3所示,L和SL組發酵TMR的pH值均低于對照組和S組(P<0.05),L組的乳酸含量最高(P<0.05),對照組、S組和SL組的乳酸含量無顯著性差異(P>0.05)。與對照組相比,添加雙乙酸鈉、雙乙酸鈉+FJLB顯著提高了乙酸濃度(P<0.05)。L組和SL組的酵母菌和好氧性微生物數量顯著低于對照組和S組(P<0.05)。4種發酵TMR之間的緩沖能、丁酸濃度和乳酸菌數量差異均不顯著(P>0.05)。L組的WSC和粗灰分含量最低(P<0.05),SL組的WSC含量顯著高于對照組(P<0.05)。S組中性洗滌纖維顯著高于對照組(P<0.05),L組中性洗滌纖維顯著低于對照組(P<0.05)。添加劑對DM、粗蛋白、酸性洗滌纖維含量及DM消化率、中性洗滌纖維消化率影響較小(P>0.05)。

表3 青貯35 d后TMR的發酵品質Table 3 Fermentation quality of TMR silages of different treatments after 35 days of ensiling

2.3 發酵TMR的有氧穩定性

如圖1所示,S組的有氧穩定性達到312 h,顯著高于L組和對照組(P<0.05),L組最先變質,對照組次之,S組和SL組之間無顯著差異(P>0.05)。

圖1 添加劑對發酵全混合日糧有氧穩定性的影響Fig.1 Effect of each additive on the aerobic stability of fermented total mixed ration注:不同小寫字母表示差異顯著。

如表4所示,除丙酸和丁酸含量外,其他添加劑對發酵TMR在有氧穩定過程中的化學成分含量均有顯著影響(P<0.05)。除氨態氮、乙酸和丁酸含量外,有氧暴露時間對發酵TMR的有氧穩定性也有顯著影響(P<0.05)。處理與有氧暴露時間的交互作用顯著影響pH值、乳酸、WSC含量和微生物數量(P<0.05)。有氧暴露0～15 d,對照組和L組pH值呈上升趨勢,第15天分別上升至6.98和8.14,顯著高于S組和SL組(P<0.05)。對照組、S組和SL組在有氧暴露后第9、6、15天乳酸含量分別顯著下降(P<0.05),而S組乳酸含量呈先下降后上升再下降的趨勢。各組WSC含量均呈下降趨勢。各組在有氧暴露期間氨態氮含量均呈上升趨勢,在有氧暴露第15天,對照組和L組的氨態氮含量顯著高于S組和SL組(P<0.05)。在整個有氧暴露過程中,S組的丁酸含量顯著高于其他3組(P<0.05)。在有氧暴露的第3天,對照組、L組和SL組的好氧菌數顯著增加(P<0.05)。在整個有氧暴露過程中,S組和SL組的酵母菌數無顯著變化(P>0.05)。在整個有氧暴露過程中,各組乳酸菌數量均呈下降趨勢。

表4 開窖后發酵TMR的品質Table 4 Quality of total mixed ration silages during exposed to air

3 討論

發酵TMR原料是發酵成功的關鍵,充足的發酵底物和乳酸菌會促進乳酸發酵,從而迅速降低pH值,抑制不良微生物的生長[12]。一般認為,當乳酸菌超過5 lg CFU/g FW,WSC含量超過25～35 g/kg DM時,可以獲得高質量的青貯飼料[13]。本試驗青貯前TMR中乳酸菌數量接近5 lg CFU/g FW,WSC含量為54.92 g/kg DM,滿足青貯發酵成功的條件。青貯35 d后,各試驗組僅檢出少量丁酸(0.43～0.53 g/kg DM),氨態氮也低于100 g/kg TN。各組TMR均獲得了較好的發酵品質。各處理組的pH值均在4.2以上,可能與發酵TMR原料中DM含量較高有關。YUAN等[14]的研究表明,當青貯原料的DM含量較高時,pH值在4.5左右,也可以使飼料保存良好。本試驗中添加FJLB明顯降低了發酵TMR的pH值,提高乳酸含量,這是因為乳酸菌在發酵初期以乳酸菌的增殖為主,加速了pH值的下降,從而抑制了不良菌的影響,減少了蛋白質的水解,提高了發酵TMR的品質。這一結果與BUREENOK等[15]的研究一致。氨態氮/總氮主要體現蛋白質和氨基酸的降解程度,數值越低,發酵品質越好[16]。S組和SL組的氨態氮/總氮值明顯低于非雙乙酸鈉組,可能是雙乙酸鈉抑制了丁酸菌等有害微生物的生長,從而減少了蛋白質和氨基酸的分解。國衛杰等[17]還報道了添加雙乙酸鈉可以抑制有害細菌的生長,延長儲藏時間。本研究中在青貯35 d后,添加雙乙酸鈉與組合添加雙乙酸鈉組的乳酸含量與乳酸菌數量與對照組相比均沒有顯著性差異,這可能是雙乙酸鈉對乳酸菌發酵過程沒有影響,雙乙酸鈉主要靠分解的分子態乙酸起抗菌作用,對霉菌、酵母和細菌等有害微生物有良好的抑制能力。張新慧等[5]的研究也表明雙乙酸鈉(0.4%,質量分數)對乳酸菌發酵可溶性糖產生乳酸的過程沒有影響。劉振陽等[18]的研究則表明,雙乙酸鈉有降低了青貯飼料pH值,減少了青貯飼料的營養損失,但是較高的雙乙酸鈉添加量會抑制青貯飼料乳酸菌的活性。

在青貯35 d后,添加FJLB顯著降低了NDF的含量,這種降低可能歸因于細胞壁組分的酸解[19],L組和SL組較高的乳酸含量可以準確地解釋這一點。同樣,YUAN等[14]也報道了青貯飼料中較高的乳酸含量會導致酸解,從而減少中性洗滌纖維的含量。本研究中,青貯35 d后,L和SL組的中性洗滌纖維低于對照組,而L和SL組的酸性洗滌纖維與對照組相比無明顯差異,綠汁發酵液對中性洗滌纖維來源材料的影響較大,對酸性洗滌纖維影響較小,中性洗滌纖維比酸性洗滌纖維多含半纖維素,因此對發酵的影響更大。在本研究中,添加劑不影響中性洗滌纖維消化率和DM消化率。也有研究者發現,添加微生物不會影響用象草制成的青貯飼料的DM消化率[20]。

當青貯飼料處于有氧暴露階段時,乳酸、蛋白質和WSC被好氧微生物分解和利用,產生氨、CO2和水等產物并釋放熱量,導致有氧變質[7]。有氧穩定性通常用青貯飼料核心溫度比外部溫度高出2 ℃所需的時間來表示[21]。pH值在有氧暴露階段的變化也是發酵TMR腐爛程度的指標之一,本研究中,S和SL組發酵TMR在有氧暴露12 d后的pH值保持在4.5左右,添加雙乙酸鈉增強了發酵TMR的有氧穩定性,這可歸因于雙乙酸鈉中含有兩個乙酸根,可以緩慢分解并釋放單分子物質乙酸,而乙酸類似于脂類,可以穿透霉菌和酵母的細胞壁,干擾細胞間酶的識別、傳遞和轉化,促進蛋白質變性,改變細胞通透性,起到殺菌作用。乙酸還可以通過降低物質的pH值來抑制細菌和殺滅細菌[14]。因此,乙酸也是預測發酵TMR有氧穩定性的主要指標之一,乙酸的濃度越高,有氧腐爛的時間就越長[18]。在本試驗中,S和SL組發酵TMR的乳酸含量高于對照和L組,而氨態氮含量低于對照和L組發酵TMR,這與雙乙酸鈉改善有氧穩定性的效果是一致的。JOHNSON等[22]報道,WSC和乳酸可以為好氧微生物、酵母和霉菌的生長和增殖提供底物,導致青貯飼料中營養物質的損失。在本試驗中,對照組和L組發酵TMR在發酵35 d后的WSC含量較高,而有氧穩定性低于雙乙酸鈉組。

4 結論

各組發酵TMR均具有良好的發酵品質。添加雙乙酸鈉可使發酵TMR保存12 d以上,提高發酵TMR的有氧穩定性。因此,添加0.5%(質量分數)雙乙酸鈉可在不影響發酵品質的前提下提高發酵TMR的有氧穩定性,可用于生產。