紫花苜蓿草渣及漿汁發(fā)酵研究

劉盧生,玉永雄,王 東,周 麗,廖 穎

（1.重慶市牧草與草食家畜實驗室,重慶 400716；2.烏海市農(nóng)牧局,內(nèi)蒙古 烏海 016000）

紫花苜蓿Medicago sativa是世界上栽培面積最大的牧草,因其適應性強、營養(yǎng)價值高、適口性好等特點而被譽為“牧草之王”。我國苜蓿的傳統(tǒng)栽培地區(qū)是北方,但隨著對苜蓿認識的深入和我國南方草食畜牧業(yè)的發(fā)展,近年來也進行了大量與南方苜蓿引種栽培和育種的研究[1-5],2009年4月,西南大學育成的我國第一個南方苜蓿品種“渝苜1號”已通過國家審定。傳統(tǒng)上苜蓿的利用主要用于制備干草或青貯飼料飼喂草食家畜,但近年來,苜蓿的營養(yǎng)保健功能逐步被人們認識,其利用方式已呈現(xiàn)多樣化的特點,如提取食用葉蛋白、生產(chǎn)膳食纖維、提取活性物質(zhì)（如黃酮皂甙）等[6-8],這些新的利用方式皆會產(chǎn)生大量的苜蓿草渣和廢液,而這些草渣和廢液尚含有較多的營養(yǎng)物質(zhì),是家畜的好飼料,但因其不能長期保存而白白浪費,此外草渣和廢液的隨意排放還會導致環(huán)境污染。對苜蓿草渣和漿汁的發(fā)酵條件進行了研究,以期明確發(fā)酵的最佳條件,為草渣和廢液的利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料供試苜蓿為西南大學試驗地種植2年的渝苜1號紫花苜蓿,試驗所有化學試劑皆為分析純。

1.2 試驗方法

漿汁及草渣的制備：選取3個不同發(fā)育時期（分枝期、開花期和結(jié)莢期）苜蓿地上部分,剪刀剪成2 cm長的小段,榨汁機打漿3 min（苜蓿汁液與水的質(zhì)量比為2.5∶1）,2層紗布過濾分離得漿汁和草渣。

發(fā)酵汁的制備：漿汁中加入2%（質(zhì)量分數(shù)）的葡萄糖,30℃條件下發(fā)酵直至其pH值＜4.0。

漿汁及草渣的發(fā)酵：苜蓿草渣（加入2.5倍的水）和漿汁裝入50 mL離心管,在不同葡萄糖添加質(zhì)量分數(shù)（0 、0.1%、0.5%、1.0%、2.0%、3.0%和5.0%）和不同溫度（15、25、35和45 ℃）條件下進行發(fā)酵,發(fā)酵完成后利用pH計測定發(fā)酵液pH值。

數(shù)據(jù)處理：采用Excel對試驗數(shù)據(jù)進行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄糖濃度對發(fā)酵的影響在不額外添加葡萄糖的條件下,苜蓿漿汁和草渣的發(fā)酵速度都較慢,且其發(fā)酵末期的 pH值也較高（4.5左右）。添加葡萄糖有助于加快漿汁和草渣的發(fā)酵速度,也可降低發(fā)酵末期的pH值,且隨著葡萄糖質(zhì)量分數(shù)的增大,發(fā)酵末期的pH值也越低。苜蓿草渣的pH值降低較漿汁難,如當葡萄糖質(zhì)量分數(shù)為0.5%和1.0%時,漿汁發(fā)酵后pH值分別為4.02和3.71,而草渣發(fā)酵后pH值分別為4.48和 4.23（圖 1、圖 2）。

圖1 葡萄糖添加濃度對苜蓿漿汁發(fā)酵的影響

圖2 葡萄糖添加濃度對苜蓿草渣發(fā)酵的影響

2.2 不同溫度對苜蓿漿汁和草渣發(fā)酵的影響低溫對草渣和漿汁的發(fā)酵有不利影響。低溫條件下（15℃）雖然經(jīng)過4 d的發(fā)酵,草渣和漿汁的pH值仍然在5以上。適當?shù)母邷赜欣诎l(fā)酵的順利進行,當發(fā)酵溫度達到或超過25℃時,發(fā)酵過程中草渣和漿汁的pH值迅速下降,經(jīng)過1 d后所有高于25℃處理的pH值皆低于5,但隨后pH值下降速度變慢,其最終pH值在4.5左右（圖3）。溫度對發(fā)酵的影響同樣在添加發(fā)酵汁和葡萄糖的試驗中得到體現(xiàn)（圖4）,不同之處在于,添加發(fā)酵汁和葡萄糖進一步加快了發(fā)酵速度,同時使各處理的pH值也更低。此外低溫處理（15℃）雖然其在試驗期結(jié)束時pH值遠高于高溫處理,但pH值始終處于緩慢下降過程中,而高溫處理則在2 d時已基本達到平衡（圖3、圖4）。

圖3 不同溫度對漿汁和草渣發(fā)酵的影響

圖4 添加發(fā)酵汁和葡萄糖條件下溫度對發(fā)酵的影響

2.3 不同刈割時期對苜蓿漿汁和草渣發(fā)酵的影響隨著發(fā)酵使用苜蓿原料生育期的推進,漿汁和草渣的前期發(fā)酵速度逐步加快,其發(fā)酵末期的最終pH值也逐步降低,在添加發(fā)酵汁的處理中也可觀察到相同的趨勢。此外,添加發(fā)酵汁處理的發(fā)酵速度均比相應不添加處理快,其發(fā)酵末期的pH值也較高（圖5、圖6）。

圖5 不同刈割時期對苜蓿漿汁發(fā)酵的影響

圖6 不同刈割時期對苜蓿草渣發(fā)酵的影響

3 討論

3.1 含糖量對苜蓿漿汁和草渣發(fā)酵的影響

漿汁和草渣發(fā)酵的原理與牧草青貯原理一樣,是利用乳酸菌的生長繁殖將原料中含有的可溶性糖轉(zhuǎn)化為乳酸,降低漿汁和草渣的pH值,抑制其他有害微生物（如梭菌、霉菌和腐敗菌等）的生長,從而達到長期保存的目的。苜蓿是豆科植物,蛋白含量高,但糖含量低,導致乳酸菌發(fā)酵的原理物質(zhì)嚴重不足,所以不管是苜蓿漿汁、還是草渣,在不添加其他物質(zhì)的情況下皆難以成功。本研究中漿汁和草渣直接發(fā)酵處理的發(fā)酵pH值皆高于4.5,雖低于苜蓿直接青貯的pH值,但離安全貯藏的pH值（4.2以下）尚有一段距離。因此在漿汁和草渣中加入一定量的可溶性糖是保證其成功發(fā)酵的有效措施。研究發(fā)現(xiàn)當加入葡萄糖的比例超過0.5%時,漿汁和草渣的pH值可較快地降低到4.0以下,說明0.5%的添加比例是適宜的添加比例。研究中也發(fā)現(xiàn)隨葡萄糖添加比例的升高,漿汁和草渣pH值降低的速度越快,達到平衡pH值的時間也越短,但漿汁中添加1%、2%和3%,草渣中添加2%和3%之間的差異并不明顯,即漿汁中添加比例超過1%,草渣中添加比例超過2%后,葡萄糖促進發(fā)酵速度,降低發(fā)酵pH值的效果不明顯,這與許慶方等[9]、張濤[10]、孫小龍等[11]研究結(jié)果基本一致,這可能是因為發(fā)酵物中含足夠的葡萄糖時,pH值迅速降低到4以下,而此時的低pH值抑制了乳酸菌的繼續(xù)生長繁殖,造成pH值不再降低。

3.2 溫度對發(fā)酵的影響發(fā)酵的有用微生物為乳酸菌類,多數(shù)乳酸菌的最適宜生長溫度較高（參考）,因此在試驗中,多數(shù)試驗處理在較高溫度條件下（＞25℃）發(fā)酵較快,但并非越高越好,本試驗45℃處理的發(fā)酵速度并不比35℃高,最終pH值也與35℃處理相差不大,說明35℃是發(fā)酵的最佳溫度。雖然15℃處理的發(fā)酵速度較慢,試驗結(jié)束時pH值也較高,但該處理pH值一直處于一種緩慢下降的過程中,直到試驗結(jié)束時仍然如此。這可能是因為低溫不能完全抑制乳酸菌發(fā)酵,只是降低了生長繁殖速度,使得發(fā)酵液中的糖類因緩慢消耗,故發(fā)酵液pH值緩慢降低。對于高溫發(fā)酵而言,因乳酸菌快速生長,糖類迅速被消耗殆盡,到發(fā)酵中晚期時,乳酸菌因缺糖而停止生長,故pH值不再降低。

3.3 發(fā)酵原料發(fā)育時期對發(fā)酵的影響不同發(fā)育時期的苜蓿漿汁和草渣發(fā)酵所能達到的最低pH值各不相同,其原因可能在于不同發(fā)育時期苜蓿原料的糖含量不同。隨著苜蓿生育期從分枝到開花再到結(jié)實,其所含可溶性糖類逐步增加[12-13],即發(fā)酵的底物——可溶性糖類增加,從而使得發(fā)酵生成的乳酸更多,所以發(fā)酵末期的pH值也更低。

4 結(jié)論

苜蓿漿汁發(fā)酵較草渣發(fā)酵更容易。適當添加葡萄糖和發(fā)酵汁可以促進發(fā)酵,但葡萄糖添加濃度超過2%后,促進作用并不明顯,漿汁和草渣發(fā)酵的葡萄糖的最適宜添加質(zhì)量分數(shù)分別為1%和2%。適當提高發(fā)酵溫度可以加速發(fā)酵,過高和過低的溫度均不利于發(fā)酵的順利進行,在本研究中最適宜的發(fā)酵溫度為35℃。在試驗所選取的3個不同發(fā)育時期（分枝期、開花期和結(jié)莢期）的發(fā)酵原料中,結(jié)莢期苜蓿的發(fā)酵效果最好。

[1]何亞麗,常青,陳魯勇,等.上海地區(qū)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)紫花苜蓿品種的篩選[J].草業(yè)科學,2004,21（9）：25-32.

[2]匡崇義,薛世明,奎嘉詳,等.云南引進紫花苜蓿品種的品比試驗研究[J].草業(yè)科學,2004,21（6）：21-24.

[3]戚志強,傅反生,胡躍高,等.18個紫花苜蓿育種材料在蘇南丘陵區(qū)的適應性比較[J].草業(yè)科學,2006,23（3）：35-37.

[4]姜潤瀟,伍維高,黃麗銀,等.三峽庫區(qū)紫花苜蓿品種比較試驗初報[J].草業(yè)科學,2004,21（2）：17-21.

[5]尹俊,孫振中,鄧菊芬,等.昆明地區(qū)紫花苜蓿品種比較試驗[J].草業(yè)科學,2008,25（1）：66-68.

[6]鄭建仙.苜蓿葉蛋白在食品中的應用研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè),1996,5：26-30.

[7]張東杰,夏美茹.苜蓿的營養(yǎng)功能及在功能食品中的應用[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學學報,2002,14（4）：69-72.

[8]熊素玉,姚新奎,譚小海,等.不同溫度及 pH 條件對乳酸菌生長影響的研究[J].新疆農(nóng)業(yè)科學,2006,43（6）：533-538.

[9]許慶方,韓建國,周禾,等.苜蓿綠汁發(fā)酵液特性的研究[J].草地學報,2005,13（4）：296-298.

[10]張濤,李蕾,崔宗均,等.苜蓿綠汁發(fā)酵液發(fā)酵條件研究[J].草地學報,2007,15（1）：50-54.

[11]孫小龍,周禾,李平,等.苜蓿與玉米秸稈混貯研究[J].草業(yè)學報,2009,18（5）：92.

[12]張永亮,張麗娟,高凱,等.苜蓿、無芒雀麥混播與單播群落總糖及氮素含量動態(tài)[J].中國草地學報,2007,29（3）：17-22.

[13]陶雅,孫啟忠.不同紫花苜蓿品種可溶性糖、全氮、丙二醛含量動態(tài)變化及其與抗寒性關(guān)系研究[J].中國農(nóng)業(yè)科技導報,2008,10（S1）：56-60.