布氏乳杆菌和植物乳杆菌对高粱青贮品质的影响

时间：2024-05-30

孙向丽，菅复春，许来鹏，曹艳芳，万鲜花，王彦彬*

（1.河南农业大学动物科技学院，河南郑州 450046；2.河南农业大学动物医学院河南郑州 450046）

高粱是一种重要的杂粮作物，主要用于工业酿造和饲料[1]。甜高粱因其茎秆含糖量高、生物产量高和适口性好等特点，可作为反刍动物的饲粮，在很大程度上能够节省畜牧养殖成本，也可以成为缓解国内外饲料原料紧张难题的来源饲料[2]。李俊等[3]研究发现，青贮高粱所需的成本比青贮玉米略高，但甜高粱具有营养丰富、转化效率高的优势，其饲喂价值优于青贮玉米。

青贮饲料是利用乳酸菌在厌氧条件下代谢产酸来降低pH，从而抑制其他微生物的生长繁殖，具有保鲜、改善品质和提高瘤胃降解率的作用[4]。青贮后可更好地保存饲料原料、扩展饲料来源，有利于发展“节粮型”畜牧产业，还可更好解决枯草时期饲用草供给问题。董妙音等[5]研究显示，添加乳酸菌制剂可增强甜高粱青贮质量。目前，市场上青贮添加剂的类别日益增多，但对于青贮高粱的青贮剂研究和开发不足。乳酸菌是青贮剂中的主要微生物，包括异型发酵乳酸菌和同型发酵乳酸菌[6]，布氏乳杆菌（Lactobacillus Buchneri）属异型发酵菌，而植物乳杆菌（Lactobacillus Plantarum）属同型发酵菌。青贮原料中可利用底物存在差异，其对乳酸菌的选择具有影响。故研究出适于青贮高粱的添加剂，可更好地降低青贮高粱的成本，还可提高高粱的发酵质量及养分构成，对青贮高粱的广泛应用具有重大意义。本试验旨在评价不同类型的乳酸菌（布氏乳杆菌和植物乳杆菌）对青贮高粱发酵品质的影响，为乳酸菌在青贮高粱中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料海牛高梁购于河南省聚有科技有限公司。高梁种植于新乡市丰收农业合作社的实验田中，在高粱蜡熟期收获进行粉碎1 cm 处理。

1.2 试验设计试验采用单因素试验设计，分别设对照组（添加等量的蒸馏水）、1×107CFU/kg 布氏乳杆菌、1×107CFU/kg 植物乳杆菌，每个处理3 个重复。将切短的原料与不同的乳酸菌制剂搅拌均匀，分别装入250 mL白色不透明的塑料罐内压紧压实，压实的密度为900 g/L，盖上盖且用薄膜及胶带进行严格密封。青贮制作结束后，将青贮罐放在阴暗无光处进行保存。

1.3 样品制备分别在青贮30、45、60 d 时打开采样，每一种处理分别抽取3 瓶保持完整的青贮罐，打开后除去瓶口下端3 cm 厚和瓶底上端2 cm 厚的青贮高粱，将其余青贮饲料混合均匀后，精准称量200 g 青贮高粱，置于纸质信封中，在65℃烘箱中烘48 h，计算干物质重，然后利用搅碎机将其粉碎，过1 mm 筛，用于营养成分测定。另准确称量20 g 青贮料置于匀浆机内，同时加入180 mL 蒸馏水，匀浆2 min，用4 层纱布和双层滤纸进行过滤，将得到的浸出液置于50 mL 离心管内，放置-20℃冰箱保存，用来测定pH、氨态氮（NH3-N）和有机酸[7]。

1.4 青贮饲料品质测定

1.4.1 感官评定青贮高粱质量感官评定的方法选用德国农业协会标准（DLG）[8]，根据视觉、嗅觉、触觉等感官对青贮高粱色泽、气味、质地等指标进行评分，可分为优、良、劣3 个等级。

1.4.2 营养成分取1.3 中采集的200 g 样品经65℃烘48 h后，装入自封袋中准确称重，计算干物质（DM）含量。粗蛋白质（CP）含量使用凯氏定氮法[9-10]测定。中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）含量采用范式（Van Soest）分析法[11]测定。

1.4.3 其他指标取制备好的浸出液，采用雷磁PHSJ-4F pH 计测定pH[12]，待数值稳定后，记录数值。使用苯酚-次氯酸钠比色法来检测NH3-N[13]。可溶性碳水化合物（WSC）含量使用蒽酮比色法[14]测定。青贮饲料打开后，每个样本取相同的量，将其放进100 mL 聚乙烯瓶中（每个样本3 个重复），用塑料薄膜封口，并扎数个小孔，将其放在室温，利用多通道温度记录仪来记录青贮饲料的温度变动状况，在样品的温度超出环境温度2℃时停止检测[15]，记录有氧暴露时间，即为有氧稳定性（AS）。使用安捷伦Agilent 1290 Infinity II 型液相色谱仪检测有机酸（OA）含量[16]。

1.5 统计分析采用SPSS 22.0 统计软件中的ANOVA过程进行单因素方差分析，并采用Duncan's 法进行多重比较，试验数据均以平均值± 标准差表示，P＞0.05表示差异不显著，P＜0.05 表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 添加不同乳酸菌的青贮高粱感官评定如表1 所示，添加不同乳酸菌发酵后的青贮高粱色泽为淡绿色，结构清晰、柔软松散，气味酸香，故其感官评定等级都属于优等；乳酸菌组的感官评定等级好于对照组；对照组结构不清晰，有些粘连，甚至个别还有发霉，品质等级总体处于良好等级。

表1 添加不同乳酸菌的青贮高粱感官评定

2.2 不同乳酸菌对青贮高粱营养物质、pH 的影响如表2 所示，在30、45、60 d 时，植物乳杆菌组中的CP含量与对照组均无显著差异，且不同乳酸菌添加组间无显著差异；在60 d 时植物乳杆菌组的ADF 和NDF 值均显著低于对照组，布氏乳杆菌组的ADF 和NDF 值稍低于对照组（P＞0.05），不同乳酸菌添加组间无显著差异；在30 d 时，乳酸菌组的pH 均低于对照组（P＜0.05），不同乳酸菌添加组间差异不显著；在45 d 时，布氏乳杆菌组的pH 低于对照组（P＜0.05）、植物乳杆菌组（P＞0.05）。在60 d，不同乳酸菌组与对照组间pH 均无显著差异。

表2 不同乳酸菌对青贮高粱营养物质、pH 的影响

2.3 不同乳酸菌对青贮高粱有机酸含量的影响如表3 所示，30 d 时乳酸菌组中乳酸和乙酸含量均高于对照组（P＜0.05），而不同乳酸菌组间乳酸含量差异不显著，但植物乳杆菌组的乙酸含量高于布氏乳杆菌组（P＞0.05）；45 d 时布氏乳杆菌组的乳酸含量高于对照组和植物乳杆菌组（P＜0.05），布氏乳杆菌组的乙酸含量高于对照组和植物乳杆菌组（P＞0.05）；60 d时植物乳杆菌组的乳酸含量高于布氏乳杆菌组和对照（P＞0.05），植物乳杆菌组的乙酸含量高于布氏乳杆菌组和对照组，但植物乳杆菌组和布氏乳杆菌组间差异不大；3 组间30、45、60 d 丙酸含量均无显著差异。

表3 不同乳酸菌对青贮高粱有机酸含量的影响 %

2.4 不同乳酸菌对高粱青贮有氧稳定性的影响由表4得知，30、45、60 d 时乳酸菌组的有氧暴露时间均高于对照组（P＜0.05），布氏乳杆菌组的有氧暴露时间绝对数值均高于植物乳杆菌组（P＞0.05）。

表4 不同乳酸菌对高粱青贮有氧稳定性的影响 h

2.5 不同乳酸菌对青贮高粱NH3-N 和WSC 的影响由表5 得知，30 d 时，布氏乳杆菌组中NH3-N 含量低于对照组（P＜0.05），而不同乳酸菌组间的NH3-N 含量无显著差异；在45、60 d 时，乳酸菌组间以及与对照组间NH3-N 含量无显著差异；在30、45、60 d 时，不同乳酸菌组间以及与对照组间WSC 含量没有显著差异。

表5 不同乳酸菌对青贮高粱NH3-N 和WSC 的影响 %

3 讨论

青贮高粱配制时加入青贮剂可显著提高青贮高粱的品质。在青贮的微生物发酵初期，由于乳酸菌天然含量不足，致使发酵品质较差，发酵进度缓慢，添加乳酸菌制剂可增加乳酸菌含量，pH 降低，改善青贮高粱的发酵速度和发酵品质[17-18]。本研究结果表明，高粱青贮时添加乳酸菌能够显著改善青贮品质，降低发酵过程中的营养损失；不同乳酸菌组的乳酸含量均高于对照组，且在30、45 d 差异显著，表明添加乳酸菌能够提高青贮高粱中乳酸菌活性。青贮高粱中的NDF 和ADF 含量影响动物的采食率和瘤胃消化率[19]。本研究结果显示，乳酸菌组青贮高粱的NDF 和ADF 含量均低于对照组，其中以植物乳杆菌组最为显著，说明青贮高粱时添加乳酸菌可能会改善青贮饲料的利用率，这一结果与李荞荞等[6]报道的结果一致。

乳酸发酵需要WSC 作为底物，pH 在4.2 以下时乳酸发酵受到抑制，各组在不同时间点（30、45、60 d）WSC 含量差异不显著，但在30 d 和45 d 时，乳酸菌组的WSC 绝对含量均高于对照组，表明添加乳酸菌能够加速进入青贮稳定期，减少营养损失[20]。此外，乳酸菌组中乳酸和乙酸含量显著高于对照组，乳酸和乙酸含量增加，进一步使青贮高粱中酸性增强，pH 降低，进而达到防止杂菌增殖的效果。乳酸是各种乳酸菌的主要代谢产物，乳酸含量提高可以改善青贮高粱的品质。而乙酸主要通过果胶聚糖单磷酸盐途径生成，乙酸对酵母具有抑制作用，在有氧条件下酵母能够代谢利用乳酸致青贮料中的酸值升高，对其他菌的抑制作用减弱，最终使青贮料的有氧稳定性下降，故乙酸含量与青贮高粱的有氧稳定性相关[21]。植物乳杆菌属于同型发酵菌，其代谢产物以乳酸为主，而布氏乳杆菌属于异型发酵菌，在其代谢产物除乳酸外，乙酸含量高于植物乳杆菌，因此，从理论上讲布氏乳杆菌的乙酸产量高，其青贮料的有氧稳定性更好。但是，由于青贮原料不同，其WSC的种类不同，因此，其代谢产生有机酸的种类除受乳酸菌种类影响之外，还可能受青贮原料的影响[22]。

在本研究中，45 d 时布氏乳杆菌的乙酸含量高于植物乳杆菌，其他时间点均无显著差异，这一现象可能是原料、青贮条件、青贮菌种等多种因素综合作用的结果。高粱青贮后，乳酸菌组中NH3-N 含量（30 d 和45 d）均低于对照组，NH3-N 主要由青贮高粱中的蛋白质和氨基酸分解产生，分析原因可能是由于乳酸菌组中pH 降低，导致蛋白酶活性受到抑制，减少了蛋白质和氨基酸的分解，使青贮高粱中NH3-N 的生成量减少，青贮料的质量和风味得到很大改善，更好地解决了营养物质损失问题[23-24]。