添加乳酸菌对营养期菊芋茎叶青贮发酵品质动态变化的影响

刘巧玲，赵芳芳，马晓蕾，孙红先，李杰，何兆华，梁雪，王小凤，李少斌

(甘肃农业大学动物科学技术学院，甘肃农业大学甘肃省草食动物生物技术重点实验室，甘肃 兰州 730070)

随着我国草食畜牧业的快速发展，粗饲料资源缺乏的问题日益突出。合理开发和高效利用农作物副产品，有助于农业生产的“节本增效”及产业结构的优化升级。菊芋(Helianthustuberosus)是一种菊科向日葵属多年生草本植物，具有易种植、再生能力强、产量高等特点[1]。块茎中富含菊芋多糖(约占干物质的70%)，是当前提取菊粉的最佳原料[2]；茎叶富含碳水化合物、粗蛋白质(Crude protein，CP)和矿物质，是一种较为优质的粗饲料，可以用来饲喂牛、羊等动物[3-5]。但由于菊芋茎叶表面覆盖白色短糙毛(或刚毛)，直接饲喂适口性较差，且不易储存，使得菊芋茎叶的饲料化利用程度较低，多被焚烧，造成资源浪费和环境污染。有研究发现青贮可以改善菊芋茎叶的饲喂价值，但受到品种、刈割时期和晾晒时间等的影响[6]。添加玉米秸秆和乳酸菌可以提高菊芋茎叶的青贮品质[7-8]。然而截至目前，添加乳酸菌对青贮菊芋茎叶发酵品质的动态影响规律及对养分消化率的影响报道较少。本研究以甘肃省种植范围较广且营养价值较高的定芋1号为试验材料，采集不同营养期菊芋茎叶，测定干物质(Dry matter,DM)含量、水溶性碳水化合物(Water soluble carbohydrates,WSC)含量和缓冲能值(Buffer capacity,BC)，及常规营养成分，从中选取适合青贮的营养期菊芋茎叶原料，研究添加乳酸菌后不同发酵时期青贮菊芋茎叶的发酵品质和营养成分动态变化，以及乳酸菌对体外发酵和养分消化率的影响，掌握菊芋茎叶青贮发酵的动态规律及饲用价值，为合理开发利用菊芋茎叶资源及非常规饲料资源的饲料化利用提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

菊芋茎叶(定芋1号)购自兰州市榆中县，地理位置E 104°12′，N 35°49′；乳酸菌(乳酸菌活菌数≥3×109cfu/mL)购自大庄仕合源乳业有限公司。

1.2 试验设计

分别采集现蕾期、盛花期和成熟期菊芋茎叶，测定WSC、BC和DM含量，筛选出适合制作青贮的营养期，采用单因素试验设计，设2个处理组，分别为添加0.2%乳酸菌组(T)和不添加乳酸菌组(C)，每个处理15个重复。采用青贮发酵罐调制菊芋茎叶青贮饲料，分别在发酵1、7、15、30和60 d开封，每次各开封3个发酵罐，测定其发酵品质和营养成分。再筛选优质青贮菊芋茎叶，采用体外产气法评定菊芋茎叶青贮饲料的营养价值。

1.3 青贮菊芋茎叶的调制

选取新鲜菊芋茎叶，距离地面3 cm处刈割(约80 kg)，迅速带回实验室，剪至1～2 cm，混匀，称重，按照比例加入乳酸菌，装入2 L发酵罐中，压实，密封，置于室温下(25～28 ℃)避光发酵。

1.4 体外产气培养体系

根据Menke等[9]的方法配置人工唾液，将新鲜采集的瘤胃液(用瘤胃液采集器从口腔采集3只健康成年小尾寒羊瘤胃液，混合，4层纱布过滤至39 ℃预热过的厌氧保温瓶中，并通入CO2)与人工唾液按照1∶2体积混合，作为体外产气培养液。准确称取200 mg饲料样品，加入体外产气管中，边通入CO2边加入30 mL制备好的培养液，排出多余的气体，密封，置于39 ℃恒温水浴摇床上培养。

1.5 测定指标及方法

青贮发酵品质测定方法：青贮感官品质评定参照德国农业协会评分法(DLG)，即对气味、结构、色泽等3项分别进行评分，然后将得分相加，总得分按优、可、中、下等进行感官评分(表1)；WSC含量测定：称取1 g样品，放入试管中，加15 mL的蒸馏水。水浴20 min，冷却至室温后，用漏斗过滤到25 mL的容量瓶中，最后冲洗残渣数次并定容,采用蒽酮-硫酸比色法测定[10]；BC含量测定：于250 mL烧杯中加入2 g样品(鲜样20 g)，100 mL蒸馏水。边搅拌(JB-3型磁力搅拌器，上海雷磁新泾仪器有限公司)边测定pH值，记录用0.1 mol/L NaOH调节溶液pH值从4.0至6.0所用毫升数，用蒸馏水做空白处理[11]；DM含量的测定参考杨胜[12]的方法；中性洗涤纤维(Neutraldetergentfiber,NDF)和酸性洗涤纤维(Aciddetergentfiber,ADF)采用Van Soest法[13]测定；pH测定方法[14]：取鲜样20 g，加入180 mL蒸馏水，高速匀浆机搅碎1min，四层纱布和定性滤纸分别过滤后，制备为浸提液，用酸度计测定pH值，用冯宗慈[15]改进方法测定NH3-N含量，用气相色谱仪测定VFA含量，用试剂盒(南京建成生物工程研究所)测定乳酸(Lactic acid,LA)含量。

表1 青贮饲料感官评定标准(DLG)

营养成分和瘤胃发酵体外产气测定方法：体外产气结束后，取下注射器，立即用酸度计(pHS-3C，上海雷磁仪器厂)测定pH值，离心，制备上清液，采用上述方法测定NH3-N含量，参考曹雨莉[16]等方法用气相色谱仪(6890N，Agilent)测定挥发性脂肪酸(Volatile fatty acid，VFA)含量。

1.6 数据分析

试验数据采用Excel进行初步整理统计，采用SPSS 26.0进行独立样本T检验分析，对组间发酵品质、常规营养成分、IVDMD等指标进行比较，分析结果用平均数±标准差表示，P<0.05作为差异显著的判断标准。

2 结果与分析

2.1 不同营养期菊芋茎叶的营养成分

菊芋茎叶原料从现蕾期、盛花期到成熟期DM、WSC、NDF和ADF含量以及BC均显著增加(P<0.05)，而CP含量显著降低(P<0.05)(表2)。在保证块茎产量的基础上，本试验选取盛花期菊芋茎叶制备青贮饲料。

表2 不同营养期菊芋茎叶营养成分(干物质基础)

2.2 添加乳酸菌对青贮菊芋茎叶感官品质的影响

C组第30天和第60天感官品质总评分13分，为2级；T组第30天和第60天感官品质总评分19分，为1级。添加乳酸菌可以提高菊芋茎叶青贮饲料的感官品质(表3)。

表3 添加乳酸菌对菊芋茎叶青贮饲料感官品质的影响

2.3 添加乳酸菌对菊芋茎叶青贮饲料发酵特性的影响

2.3.1 对pH和乳酸含量动态变化的影响 随着发酵时间的延长，两处理组pH值呈现下降趋势，且除第1天T组显著低于C组外(P<0.05)，其他天数内T组均极显著低于C组(P<0.01)(图1-A)。两处理组的乳酸含量则随发酵时间的延长呈现上升趋势，且T组均极显著高于C组(P<0.01)，发酵第60天时，T组较C组显著提高了13.65%(图1-B)。

图1 菊芋茎叶青贮饲料pH值动态

2.3.2 对VFA含量动态变化的影响 C组和T组的乙酸、丁酸含量的动态变化趋势均相似，随着发酵时间的延长呈现上升趋势。C组乙酸含量均极显著高于T组(P<0.01)，且发酵60 d时，T组较C组降低了35.02%(图2-A)；除第1天两处理组丁酸含量差异不显著外，其他时间C组丁酸含量均极显著高于T组(P<0.01)，且发酵60 d时，T组较C组降低了30.00%(图2-B)。

图2 菊芋茎叶青贮饲料有机酸含量动态

2.3.3 对NH3-N含量动态变化的影响 C组和T组的NH3-N含量动态变化趋势相似，随着发酵时间的延长呈现上升趋势。C组NH3-N含量均极显著高于T组(P<0.01)，且发酵60 d时，T组较C组降低了11.19%；(图3)。

2.4 添加乳酸菌对青贮菊芋茎叶营养成分的影响

2.4.1 对DM和WSC含量动态变化的影响 C组和T组的DM及WSC含量动态变化趋势相似，随着发酵时间的延长呈现下降趋势。T组DM含量均极显著高于C组(P<0.01)，且发酵60 d时，T组较C组增加了17.80%；T组WSC含量均极显著高于C组(P<0.01)，且发酵60 d时，T组较C组增加了17.78%(图4)。

图4 菊芋茎叶青贮饲料DM和WSC含量动态

2.4.2 对NDF和ADF含量动态变化的影响 C组和T组的NDF和ADF含量动态变化趋势相似，随着发酵时间的延长无显著性变化(P>0.05)。除第1天T组ADF含量极显著高于C组外，其他时间内均极显著低于C组(P<0.01)；除第1天、30天T组ADF含量极显著低于C组外，其他时间内均极显著高于C组(P<0.01)(图5)。

图5 菊芋茎叶青贮饲料NDF和ADF含量动态

2.5 菊芋茎叶青贮饲料中添加乳酸菌对体外发酵和干物质消化率的影响

与C组发酵(60 d)相比，T组发酵(60 d)可以显著增加24 h总产气量和干物质消化率(P<0.05)，显著降低24 h NH3-N含量(P<0.05)，显著降低12 h和24 h的pH值(P<0.05)，对其他时间点总产气量、pH值、NH3-N含量和干物质消化率均无显著影响(P>0.05)(表4)。

表4 绵羊瘤胃发酵和养分表观消化率

3 讨论

水分含量、可溶性碳水化物含量和缓冲能值是粗饲料青贮的关键指标。水分含量过高会导致养分随水分渗出而流失，以及霉菌等有害菌的大量繁殖；过低则不利于压实，使得好氧菌大量繁殖，降低青贮品质[17-18]。Buxton等[19]认为优质的青贮原料DM含量为 250～400 g/kg(鲜样基础)，WSC含量高于30 g/kg(DM基础)，缓冲能值低于350 mEq/kg(DM基础)。本试验采集的盛花期菊芋茎叶DM含量为320.7 g/kg(鲜样基础)，WSC含量为22.60 g/kg(DM基础)，缓冲能值为50.62 mEq BC/kg(DM基础)，较适合制作青贮饲料。

添加乳酸菌可以提高青贮饲料的发酵品质。本研究发现添加乳酸菌可以显著降低菊芋茎叶青贮饲料pH值、乙酸、丁酸、NH3-N含量，显著增加乳酸含量、DM含量、WSC含量，表明添加乳酸菌可以提高菊芋茎叶青贮饲料品质。Xie等[20]等研究发现在苜蓿青贮饲料中添加乳酸菌可以显著降低pH值、NH3-N含量和非蛋白氮含量，增加真蛋白氮含量。另外有研究发现添加乳酸菌可显著增加青贮构树叶的乳酸含量，降低乙酸含量[21]；还可以显著增加辣木叶青贮饲料乳酸含量，降低乙酸和丙酸含量[22]。这些研究均与本试验结果一致。此外，本研究还发现，添加乳酸菌对菊芋茎叶青贮饲料NDF含量和ADF含量无显著影响。苗芳等[23]研究发现，添加异质性布氏乳酸菌可以显著增加全株玉米青贮饲料NDF含量，对ADF含量无显著影响；而添加复合(同质性+异质性)乳酸菌显著降低NDF含量和ADF含量。这说明乳酸菌菌株类型影响微生物分解利用饲料中NDF和ADF。

青贮发酵是微生物生长繁殖和生物化学变化的过程。本研究发现，对照组和试验组pH值、DM和WSC含量的动态变化趋势相似，均表现出随着发酵时间的延长，第7天显著下降，之后趋缓，第60天最低；乙酸、丁酸、NH3-N和乳糖含量表现出随着发酵时间的延长，第7天显著增加，之后趋缓，第60天最高。本试验结果与在多花黑麦草青贮饲料中添加不同浓度丙酸对VFA、乳酸和WSC以及pH的动态变化的影响[24]及华北驼绒藜青贮饲料中添加乳酸菌对pH、乙酸、丁酸、NH3-N和乳糖动态变化影响[25]，结果基本一致。此外，本研究发现，与对照组相比，添加乳酸菌第7、15、30和60天的pH值、NH3-N、乙酸、丁酸、含量均显著降低，DM和WSC和乳糖含量显著增加。这是由于添加乳酸菌可以使青贮饲料中的乳酸菌快速大量增值，降低pH值，抑制有害菌的生长繁殖，缩短好氧发酵过程，既减少营养物质的损失，又提高了菊芋茎叶的青贮品质[26-28]。

体外产气法是评价饲料营养价值的常用方法，操作简单，与动物试验结果有较强的相关性[29]。本研究发现，添加乳酸菌可以显著增加体外24 h总产气量和干物质消化率，并显著降低pH值和NH3-N含量，对48 h总产气量、pH值、NH3-N和干物质消化率无显著影响。Xie等[20]研究发现添加乳酸菌可以显著增加24 h总产气量，对48 h干物质消化率和NH3-N含量影响不显著，与本试验结果一致。

4 结论

添加乳酸菌可显著降低菊芋茎叶青贮饲料pH值、乙酸、丁酸、NH3-N含量以及体外发酵NH3-N含量、12和24 h的瘤胃液pH值，显著增加乳酸含量、DM含量、WSC含量以及体外24 h总产气量和IVDMD，提高感官品质，而对NDF、ADF含量无显著影响，即添加乳酸菌可以提高菊芋茎叶青贮饲料的发酵品质和营养价值。