青貯過程是一個(gè)復(fù)雜的微生物發(fā)酵體系,如何快速的讓乳酸菌迅速地成為優(yōu)勢(shì)菌群主導(dǎo)發(fā)酵過程是提高青貯質(zhì)量,減少干物質(zhì)和能量損失的核心問題,為彌補(bǔ)發(fā)酵底物中乳酸菌數(shù)量的不足,添加優(yōu)良乳酸菌以調(diào)控該微生物發(fā)酵體系是一個(gè)行之有效的方法,已經(jīng)有許多成功的例子。如在意大利黑麥草(Lolium multiflorum)中添加乳酸菌使PH值及揮發(fā)性氮與全氮比值降低,提高了L(+)乳酸的生成比率,改善了青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)。一般認(rèn)為,同型發(fā)酵乳酸菌因乳酸產(chǎn)率高,能迅速降低青貯飼料的pH值而抑制有害微生物的活動(dòng),從而能改善青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì);異型發(fā)酵乳酸菌雖然累積乳酸的能力不如同型發(fā)酵乳酸菌,但其除了能產(chǎn)生乳酸外,還可產(chǎn)生能有效抑制需氧性微生物如酵母菌和霉菌的乙酸,從而抑制青貯開封后的二次發(fā)酵,提高有氧穩(wěn)定性,減少取用和飼喂過程中的營養(yǎng)損耗。目前,已報(bào)道能提高青貯飼料有氧穩(wěn)定性的乳酸菌主要是布氏乳桿菌(Lactobacillus buchneri),如全株玉米(Zea mays)中添加布氏乳桿菌進(jìn)行青貯,可降低青貯飼料的乳酸濃度,提高乙酸濃度,降低酵母菌數(shù)量,提高青貯飼料的有氧穩(wěn)定性。目前,國內(nèi)外已有許多生物添加劑成功應(yīng)用于飼料青貯,但由于這種生物添加劑受環(huán)境影響較大,出現(xiàn)了一些不同的研究結(jié)果。因此,篩選更多的能促進(jìn)青貯發(fā)酵、改善青貯飼料品質(zhì)并具有抑制青貯飼料二次發(fā)酵潛力的優(yōu)勢(shì)乳酸菌勢(shì)在必行。 作為青貯添加劑的優(yōu)良乳酸菌必須具有較強(qiáng)的附著能力和生長能力,而從青貯原料或青貯飼料中分離篩選乳酸菌最容易滿足以上要求。雖然關(guān)于玉米青貯的乳酸菌已有較多報(bào)道,但還沒有適合甘肅地區(qū)全株玉米青貯的乳酸菌接種劑,本實(shí)驗(yàn)室前期從甘肅各地玉米秸稈青貯飼料中分離篩選獲得5株青貯用優(yōu)良乳酸菌,其中植物乳桿菌(Lactobacillus plantarum)B3-1產(chǎn)酸較快、較多,且其培養(yǎng)上清液對(duì)供試的金黃色葡萄球菌、蠟樣芽孢桿菌、沙門菌、大腸桿菌和酵母菌均具有較強(qiáng)的抑菌活性,腸膜明串珠菌腸膜亞種(Leuconostoc mesenteroides subsp.mesenteroides)B1-7、戊糖片球菌(Pediococcus pentosaceus)B2-3、屎腸球菌(Enterococcus faecium)B5-2、發(fā)酵乳桿菌(Lactobacillus fermentum)E2-3分別在分離的同類型乳酸菌中產(chǎn)酸和抑菌特性均最優(yōu)。分別將以上5株乳酸菌作為接種劑,在實(shí)驗(yàn)室條件下開展全株玉米青貯試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在青貯過程和有氧暴露后,分別添加5種篩選乳酸菌的各處理組乳酸菌總數(shù)均顯著高于對(duì)照組,而好氧細(xì)菌、酵母菌和霉菌數(shù)量均顯著低于對(duì)照組,pH亦低于對(duì)照組,其中植物乳桿菌B3-1處理組差異最為顯著,表明這5株乳酸菌尤其植物乳桿菌B3-1具有提高青貯飼料品質(zhì)和抑制二次發(fā)酵的潛力。為驗(yàn)證其對(duì)全株玉米青貯發(fā)酵過程營養(yǎng)和發(fā)酵品質(zhì)的影響,本研究通過跟蹤分析青貯過程不同階段青貯飼料的營養(yǎng)成分、有機(jī)酸和氨態(tài)氮的動(dòng)態(tài)變化,綜合評(píng)價(jià)接種的乳酸菌對(duì)全株玉米青貯的調(diào)控效果,進(jìn)一步驗(yàn)證和篩選在青貯發(fā)酵過程不同階段起主要作用的優(yōu)良乳酸菌,為進(jìn)一步組合制備更適合甘肅地區(qū)全株玉米青貯用復(fù)合乳酸菌接種劑提供依據(jù)。 1.1 菌種與儀器 供試乳酸菌包括:腸膜明串珠菌腸膜亞種B1-7、戊糖片球菌B2-3、植物乳桿菌B3-1、屎腸球菌B5-2、發(fā)酵乳桿菌E2-3均由本實(shí)驗(yàn)室分離鑒定并保存。 儀器:723N可見分光光度計(jì)、DZ-300A多功能真空封口機(jī)、22cm×28cm聚乙烯包裝袋、茂福爐、蛋白消煮爐、DHG-9000A立式電熱鼓風(fēng)干燥箱、E2695高效液相色譜儀。 1.2 青貯飼料的調(diào)制 2012年9月,自甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院產(chǎn)學(xué)研基地(甘肅省臨洮縣)采集蠟熟期青貯用全株玉米,經(jīng)切割機(jī)切成1~2cm左右混勻即為青貯原料,用微波爐進(jìn)行快速干燥,以掌握含水量,當(dāng)萎蔫至含水量達(dá)到70%左右(過夜)進(jìn)行青貯。各供試乳酸菌用MRS(deMan-Rogosa-Sharpe)液體培養(yǎng)基培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長期,調(diào)濃度為1×109 cfu/mL,按5 mL/kg青貯原料添加,即5×106 cfu/g。試驗(yàn)設(shè)6個(gè)處理:腸膜明串珠菌腸膜亞種B1-7組(B1-7);戊糖片球菌B2-3組(B2-3);植物乳桿菌B3-1組(B3-1);屎腸球菌B5-2組(B5-2);發(fā)酵乳桿菌E2-3組(E2-3);不添加乳酸菌的液體MRS培養(yǎng)基為對(duì)照組(CK)。 將菌液用滅菌噴壺均勻噴灑于切碎的玉米秸稈上混勻。按500g/袋裝入聚乙烯包裝袋中,按緊、壓實(shí),利用真空封口機(jī)抽氣封口,每個(gè)處理30個(gè)重復(fù)。于恒溫環(huán)境(20℃)中進(jìn)行發(fā)酵,分別在青貯第3、7、15、30天取樣,每處理每次隨機(jī)取3袋,測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。 1.3 營養(yǎng)成分分析 采集的青貯樣品于65℃烘干后粉碎過0.425mm(40目)篩,干物質(zhì)(dry matter,CP)、粗蛋白(crude protein,CP)、可溶性碳水化合物(water soluble carbohydrates,WSC)、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber,NDF)、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber,ADF)等的分析按照《動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)實(shí)驗(yàn)教程》中的方法進(jìn)行。 1.4 發(fā)酵品質(zhì)分析 乳酸(lactic acid,LA)、乙酸(acetic acid,AA)、丙酸(propionic acid,PA)和丁酸(butyric acid,BA)的含量分析采用液相色譜法,在蘭州大學(xué)化學(xué)測(cè)試中心進(jìn)行;氨態(tài)氮(ammonia nitrogen,NH3-N)含量測(cè)定采用苯酚-次氯酸鈉比色法進(jìn)行,以NH3-N 占總氮(total nitrogen,TN)的百分比表示。 1.5 統(tǒng)計(jì)分析 用SPSS19.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和多重比較,試驗(yàn)結(jié)果采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,P<0.05表示差異顯著。 2.1 玉米青貯原料營養(yǎng)成分 青貯前全株玉米粉碎后測(cè)定的營養(yǎng)成分結(jié)果如表1所示,原料的含糖量和含水量符合青貯飼料調(diào)制要求。1材料與方法
2結(jié)果與分析
2.2 不同乳酸菌對(duì)全株玉米青貯不同階段DM的影響
不同乳酸菌對(duì)全株玉米青貯不同階段DM的影響見表2,各處理組和對(duì)照組的DM含量隨發(fā)酵進(jìn)行逐漸減小,青貯前7d各處理組DM含量與對(duì)照組差異不顯著;從第15天開始有差異,到第30天時(shí)各處理組的DM含量與對(duì)照組相比均差異顯著(P<0.05),其中B3-1處理組的DM含量最高,青貯過程中DM損失最少,為2.22%,而對(duì)照組的損失為4.15%。
2.3不同乳酸菌對(duì)全株玉米青貯不同階段WSC的影響
不同乳酸菌對(duì)全株玉米青貯不同階段WSC的影響見表3,隨著青貯時(shí)間延長,各處理組和對(duì)照組的WSC含量均逐漸降低,前7d下降較快,之后下降速度減慢,且對(duì)照組的WSC含量始終高于各處理組。青貯初期,B1-7處理組和B5-2處理的WSC含量顯著低于其他處理組和對(duì)照組,從第15天開始,B3-1處理組的WSC含量最低,與對(duì)照組差異顯著(P<0.05),但與其他處理組差異不顯著。
2.4 不同乳酸菌對(duì)全株玉米青貯不同階段CP的影響
不同乳酸菌對(duì)全株玉米青貯不同階段CP的影響見表4,各處理組和對(duì)照組的CP含量隨青貯時(shí)間延長均逐漸緩慢降低,青貯最初7d,各處理組和對(duì)照組的CP含量無顯著差異,從第15天開始,對(duì)照組的CP含量顯著低于各處理組;第30天時(shí)對(duì)照組的CP含量是原料的91.0%,相對(duì)下降最多,而B3-1處理組變化最小,依然含有原料的96.2%。
2.5 不同乳酸菌對(duì)全株玉米青貯不同階段NDF的影響
由表5可見,在青貯過程中,隨著發(fā)酵的進(jìn)行各處理組和對(duì)照組的NDF含量均逐漸增加,最初7d,變化幅度較小,且各組間無顯著差異;從第15天開始,變化幅度明顯增加,其中B3-1處理組變化最大,顯著高于對(duì)照組(P<0.05),但與其他各處理組差異不顯著(P>0.05)。
2.6 不同乳酸菌對(duì)全株玉米青貯不同階段ADF的影響
由表6可見,在青貯過程中,隨著發(fā)酵的進(jìn)行各處理組和對(duì)照組的ADF含量均逐漸增加,青貯初期各組間無顯著差異;從第15天開始,B3-1處理組的ADF含量顯著高于其他處理組和對(duì)照組(P<0.05),但其他處理組間及其與對(duì)照組差異不顯著。
2.7 不同乳酸菌對(duì)全株玉米青貯不同階段NH3-N的影響
不同乳酸菌對(duì)全株玉米青貯不同階段NH3-N的影響見表7,青貯期各處理組和對(duì)照組的NH3-N含量均逐漸增加,且對(duì)照組始終最高,與各處理組差異顯著(P<0.05),B3-1處理組始終較低。
2.8 不同乳酸菌對(duì)全株玉米青貯飼料有機(jī)酸的影響
青貯發(fā)酵第30天產(chǎn)物中有機(jī)酸含量結(jié)果見表8,各處理組及對(duì)照組均未檢測(cè)到丙酸和丁酸,B3-1、B2-3和B5-2組的LA含量最高,顯著高于對(duì)照組和其他兩組(P<0.05),B3-1和B5-2組AA含量最高,顯著高于對(duì)照組(P<0.05),但與其他3個(gè)處理組差異不顯著(P>0.05)。B3-1組LA+AA的含量最高,對(duì)照組最低,B2-3組的LA/AA最高,B1-7組LA/AA最低。
青貯發(fā)酵能否成功取決于以下3個(gè)必要條件:適合的微生物菌群結(jié)構(gòu),即青貯原料中的有益微生物如乳酸菌需達(dá)到一定數(shù)量,若能達(dá)到105cfu/g則有希望獲得品質(zhì)優(yōu)良的青貯飼料,而有害微生物如腐敗菌、酵母菌和霉菌等的數(shù)量應(yīng)相對(duì)較低;充足的可溶性碳水化合物,提供乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)酸所需的底物;適當(dāng)?shù)奈锢恚瘜W(xué)環(huán)境,即通過規(guī)范的青貯技術(shù)和有益微生物的活動(dòng)創(chuàng)造厭氧和酸性環(huán)境。本試驗(yàn)所使用的全株玉米收獲切割后萎蔫至含水量為71.14%,可溶性碳水化合物含量為干物質(zhì)的14.92%,可滿足秸稈類作物表面附生的乳酸菌及添加的乳酸菌生長繁殖的需要;中性洗滌纖維含量比較高,為干物質(zhì)的52.17%,這一部分是秸稈類飼料利用率的瓶頸,若青貯添加劑中含有分解這類纖維類物質(zhì)的酶或產(chǎn)酶微生物,不僅有利于乳酸菌的發(fā)酵,還能提高青貯飼料的營養(yǎng)價(jià)值。
全株玉米是制作青貯飼料的主要原料,只要掌握好合適的水分含量,青貯就容易成功,但其自身的乳酸菌數(shù)量往往較低,不能在較短的時(shí)間內(nèi)快速成為優(yōu)勢(shì)菌群,從而造成青貯原料營養(yǎng)和能量的損失,且開窖后容易發(fā)生二次發(fā)酵,引起青貯飼料營養(yǎng)和能量的進(jìn)一步損失,甚至腐爛變質(zhì)。在青貯過程中加入乳酸菌制劑可以提高其青貯發(fā)酵品質(zhì),添加植物乳桿菌能顯著降低青貯飼料的pH 值并提高乳酸含量,本試驗(yàn)結(jié)果表明,在青貯第30天,添加乳酸菌各處理組的LA和AA含量均顯著高于對(duì)照組(P<0.05),表明添加的各乳酸菌均能很好的定植,并能在青貯發(fā)酵過程中起到重要的作用;其中同型發(fā)酵乳酸菌B3-1、B2-3、B5-2處理組的LA含量相近,顯著高于異型發(fā)酵乳酸菌B1-7和E2-3處理組,B3-1處理組最高,這主要是因?yàn)橥桶l(fā)酵乳酸菌在青貯發(fā)酵過程中的主要產(chǎn)物是乳酸。另外,以上3個(gè)同型發(fā)酵乳酸菌處理組的AA含量也較高,可能與青貯原料上本來附著的乳酸菌的類型和數(shù)量有關(guān),推測(cè)原料中附著的乳酸菌可能以異型發(fā)酵乳酸菌為主。因原料中附著的乳酸菌數(shù)量較大,達(dá)到8.61×105cfu/g,與添加的乳酸菌數(shù)量相當(dāng),因此添加的同型乳酸菌快速產(chǎn)酸,抑制了有害微生物的繁殖,同時(shí)有利于附著異型發(fā)酵乳酸菌的繁殖,導(dǎo)致LA和AA含量均升高。有研究報(bào)道同型乳酸菌發(fā)酵能提高青貯飼料品質(zhì),但是在青貯窖打開后的有氧穩(wěn)定性降低了,是因?yàn)橐宜岬漠a(chǎn)量較低,降低了其抑制霉菌等有害菌的能力,故在青貯發(fā)酵試驗(yàn)中乙酸的產(chǎn)量增加也不能片面地認(rèn)為青貯品質(zhì)降低。
在青貯發(fā)酵初期,各添加乳酸菌的處理組DM、CP、NH3-N、NDF、ADF和WSC的含量與對(duì)照組無顯著差異,從青貯第7天開始有變化,到青貯第30天,各處理組的DM、CP、NDF和ADF含量顯著高于對(duì)照組,而WSC和NH3-N含量顯著低于對(duì)照組,B3-1處理組差異最為顯著,表明青貯發(fā)酵過程中添加的和附著的乳酸菌活動(dòng)消耗了一定量的WSC,同時(shí)產(chǎn)生的有機(jī)酸抑制了有害微生物活動(dòng),抑制了腐敗微生物對(duì)含氮化合物的分解,從而減少了DM和CP損失,增加了NDF和ADF在干物質(zhì)中所占比率,其中B3-1處理組的DM 損失僅為2.22%,CP損失為3.8%,NH3-N占總氮的6.05%,小于10%,品質(zhì)最優(yōu)。
添加乳酸菌能有效地增加全株玉米青貯過程中LA、AA的含量,減少CP損失,降低NH3-N含量,顯著改善了青貯飼料發(fā)酵品質(zhì),其中植物乳桿菌B3-1的效果最好。
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責(zé)編:馬維軍;審閱:于繼英
(來源:草業(yè)學(xué)報(bào);作者:雷趙民,王建福,萬學(xué)瑞)
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