不同添加劑對薯渣與玉米秸稈混貯飼料發酵品質及牛瘤胃降解率的影響

申瑞瑞，李秋鳳,2，李運起，孫曉玉, 曹玉鳳,2*,岳康寧,王勇勝，王美美，高艷霞,2，李建國,2

(1.河北農業大學動物科技學院，河北 保定 071000；2.河北農業大學養牛科學研究所，河北 保定 071001；3.黑龍江省農墾科學院畜牧研究所，黑龍江 哈爾濱154007)

馬鈴薯渣(potato pulp)是馬鈴薯淀粉生產過程中的副產物，其化學成分包括淀粉、纖維素、半纖維素、果膠、游離氨基酸等[1]，是一種高能量型的優質多汁纖維性飼料。鮮薯渣由于含水量高，容易腐敗變質，且生產期比較集中，數量大，因此貯存難度極大。若烘干處理，則成本過高，難以推廣；若利用其生產酶、乙醇、提取果膠、膳食纖維、制作醋、醬油、白酒等，則因規模化生產難度大，且加工成本過高，制約了該類處理方法的應用。目前對薯渣行之有效的加工利用方法較少，絕大部分被當作廢棄物拋棄,造成資源浪費的同時也引起環境污染。因此，研究適于反芻動物生產推廣使用的低成本加工與利用方法越來越受到關注。近年來，國外少數學者對薯渣微生物發酵貯藏技術進行了研究，其中Okine等[2]利用Lactobacillus rhamnosus、Rhizopus oryzae及其組合(L+R)分別對薯渣進行了濕貯發酵，結果表明該方法提高了薯渣的營養價值,可以作為反芻動物的能量飼料 ；Zunong等[3]研究證明將薯渣與其他添加劑混合濕貯，不僅提高了薯渣的利用率，還增加其有氧穩定性。國內學者王林[4]將薯渣添加到苜蓿青貯中，pH 和氨態氮含量顯著下降，乳酸含量顯著升高，纖維含量隨薯渣混貯比例的上升而顯著降低；另據研究證實，當玉米秸稈和馬鈴薯渣的混合比例為1∶3、水分含量為65%條件下發酵品質優良[5]；將薯渣與玉米秸稈混貯可以較好地保存薯渣中的營養成分，可有效改善適口性，具有柔軟多汁、氣味酸香、適口性好和消化利用率高等特點[6]；李劍楠[7]和夏宇[8]試驗證明，將薯渣、薯渣發酵液和玉米秸稈、小麥秸稈和莜麥秸稈等混合處理可以有效降低干物質及各營養成分的瘤胃降解率，氨態氮和總氮的比值、乳酸含量呈上升趨勢，發酵品質得到一定程度的改善。綜上所述，前人對薯渣的研究主要集中在與秸稈類飼料混貯適宜比例等方面的研究，關于不同添加劑處理對薯渣與秸稈混貯發酵效果的研究未見報道。因此，本試驗以薯渣和玉米秸稈為研究對象，探討不同添加劑對薯渣與玉米秸稈混貯飼料發酵品質及牛瘤胃降解率的影響，以評價不同添加劑處理對薯渣混貯飼料發酵效果的影響，為薯渣資源的科學利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

薯渣和玉米秸稈分別來自黑龍江省農墾二龍山農場和四方山農場，制成風干樣品粉碎過40目(0.425 mm)、10目(2.000 mm)篩后備用，其化學成分見表1。

表1 薯渣以及玉米秸稈的營養成分Table 1 Nutritional components of potato pulp and corn straw (%)

試驗所用添加劑為微貯博士：枯草芽孢桿菌、酵母菌和乳酸菌3種有益菌復合而成的高活性多菌種復合液，有效物質含量1億·g-1；青貯邦：乳酸菌接種物主要成分為植物乳桿菌、蔗糖、硅鋁酸鈉，每克產品乳酸菌的含量不低于200億CFU(colony-forming units，CFU)；拉巴克斯復合添加劑：乳酸菌添加劑主要成分為植物乳桿菌、戊糖片球菌、布氏乳桿菌、屎腸球菌，纖維素酶、半纖維素酶等，載體為葡萄糖，有效活菌數CFU≥1.0×1011，與拉巴克斯有機酸鹽混合添加；亞芯青貯添加劑：含有多種乳酸菌和活性酶，活性乳酸菌的含量≥100億個·g-1，均由市場采購。

本試驗選用的4種添加劑主要可分為兩類：一類是以植物乳桿菌為代表的乳酸菌添加劑青貯邦，這類乳酸菌添加劑能夠在發酵前期迅速降低青貯體系的pH，生成大量的乳酸，從而降低氨態氮的產生。另一類是3種都含有乳酸菌的復合添加劑，包括微貯博士是復合枯草芽孢桿菌、酵母菌和乳酸菌的高活性原液，其中的枯草芽孢桿菌是好氧菌、酵母菌是兼氧菌，這兩個菌種在青貯后快速啟動，加速氧氣的消耗，抑制了霉菌、腐敗菌的生長，進而為乳酸菌的生長提供條件；拉巴克斯復合添加劑是由青貯一號混合型添加劑和拉巴克斯有機酸鹽復合配制而成，主要是通過增加原料中有益菌種、增加發酵底物及降低pH等方式來加速發酵進程，提高青貯料的發酵和營養品質；亞芯青貯劑包含有多種乳酸菌和活性酶，可促進青貯料快速產生乳酸，降低pH，抑制霉菌、腐敗菌等有害菌的生長，減少營養和干物質的流失，抑制霉菌毒素的產生，從而提升青貯料品質。

1.2 試驗設計及制作

試驗共設置對照組(CK)、微貯博士組(處理1)、青貯邦組(處理2)、拉巴克思復合添加劑組(處理3)以及亞芯組(處理4)共5個試驗組，每組3個重復，將玉米秸揉絲切短為1～2 cm，稱重，使薯渣和玉米秸稈混合后的水分含量控制為70%，薯渣和玉米秸混貯比例為1∶2。

處理組均按添加劑產品說明使用。處理1組按每噸青貯料加100 mL微貯博士計算，添加量為20 mL；處理2組按每噸青貯料添加1×1011CFU青貯邦計算，添加量為0.2 g；處理3按每噸青貯料添加乳酸菌2 g、拉巴克斯有機酸鹽100 g計算，添加量為0.2 g乳酸菌+10 g有機酸鹽；處理4按每噸青貯料添加20 g亞芯計算，添加量為1 g。根據上述添加量事先稱取好，用200 mL去離子水稀釋，充分溶解后，再用噴壺均勻噴灑在對應的混貯料上。CK組不添加添加劑，只噴灑等量的去離子水，均以鮮重為基礎。將試驗組分別裝入30 kg容量的塑料青貯桶中，層層壓緊后加蓋密封，室溫下避光保存60 d后開封取樣分析。

1.3 試驗方法

1.3.1發酵品質測定 感官評定：采用德國農業協會(Deutche Lan Dwirtschafts Geseutschaft，DLG)評分法。每個處理分別由3人同時根據嗅覺、質地、色澤3項進行獨立評分，滿分為20分，16～20為優良，10～15為尚好，5～9為中等，0～4為腐敗[7]。

常規化學指標分析：取適量的樣品用DENVER INSTRUMENT UB-7 pH計測定pH，采用苯酚-次氯酸鈉法測定氨態氮(ammonia nitrogen，AN)含量[11]，并計算氨態氮/總氮(total nitrogen，TN)(AN/TN)，乳酸(lactic acid，LA)、乙酸(acetic acid，AA)、丙酸(propionic acid，PA)和丁酸(butyric acid，BA)的含量采用安捷倫7890A氣象色譜分析儀測定[7]。尼龍袋殘渣的干物質(dry matter，DM)、粗蛋白質(crude protein，CP)、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber，NDF)、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber，ADF)采用《飼料分析與飼料檢測技術》[12]的常規方法測定，淀粉(starch)采用硫酸蒽銅法[13]測定。

1.3.2有氧穩定性測定 貯存第60天時開封取樣，將薯渣混貯料混勻，連續10 d用溫度計測定混貯飼料溫度變化：將各溫度計的底端置于混貯飼料中心處，室溫[(15±2) ℃]下每2 h采集一次容器內混貯飼料的溫度。其溫度在室溫基礎上升高2 ℃即認為呈現不穩定狀態[7]。

1.3.3瘤胃降解率測定 本試驗選擇3頭年齡體重相近的安裝永久瘤胃瘺管閹牛，平均體重為600 kg，提供1.3倍維持需要，日糧精粗比為50∶50，試驗牛每日08:00和18:00兩次飼喂，自由飲水。試驗牛每天飼喂TMR(total mixed ration)日糧，其中日糧的組成和營養成分見表2。準確稱取5 g不同處理的薯渣混貯料裝入已知重量的12 cm×17 cm尼龍袋中并標號，每個樣品每頭牛做3個平行，置瘤胃內48 h后取出并用自來水洗凈，65 ℃烘至恒重并記錄，測定殘渣粗蛋白質、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和淀粉的含量。并計算各營養物質的48 h瘤胃降解率[9]。

48 h的降解率A=(B-C)/B×100%

式中：A為待測飼料的某種營養成分瘤胃48 h的消失率(%)；B為待測樣品中某種營養成分含量(g)；C為待測樣品尼龍袋殘渣中某種營養成分含量(g)。

表2 基礎日糧組成及營養水平(干物質基礎)Table 2 Composition and nutrient level of the basal diet (dry matter basis)

注:預混料為每kg飼糧提供維生素A 4300 IU，維生素D3650 IU，維生素E 25 IU，Cu(硫酸銅)8 mg，Fe(硫酸亞鐵)70 mg，Mn(硫酸錳)40 mg，Zn(硫酸鋅)60 mg，I(碘化鉀)0.5 mg，Se(亞硒酸鈉)0.3 mg，Co(氯化鈷)0.4mg。綜合凈能(NEmf)根據我國《肉牛營養需要和飼養標準》計算得出，其他日糧營養水平指標為實測值。

Note: DDGS:Distillers dried grains with solubles. The premix provided the following per kg of the diet: Vitamin A 4300 IU, Vitamin D3650 IU, Vitamin E 25 IU, Cu(as copper sulfate) 8 mg, Fe (as ferrous sulfate) 70 mg, Mn (as manganese sulfate) 40 mg, Zn (as zinc sulfate) 60 mg, I (as potassium iodide) 0.5 mg, Se (as sodium selenite) 0.3 mg, Co (cobalt chloride) 0.4 mg. The value of the NEmfwas calculated according to the Chinese Beef Cattle Nutritional Requirements and Feeding Standards[10], and the value of the other nutrient levels was measured.

1.4 數據處理與分析

采用SPSS 19.0軟件對試驗數據進行單因素ANOVA方差分析，并用LSD法和Duncan法進行多重比較，用“平均值±標準差”表示結果。

2 結果與分析

2.1 不同添加劑對薯渣與玉米秸稈混貯飼料感官評定的影響

60 d開封后，根據德國農業協會(DLG)評分法對薯渣發酵飼料的色澤、氣味、質地等對其進行感官評分。由表3可見，各添加劑處理的顏色基本接近，都呈淡黃色；在嗅覺上，各添加劑處理酸香味較濃；質地松散，結構基本良好，各處理組均未見發霉現象。4種添加劑處理的混貯飼料在感官評定上與CK組無明顯差異(P>0.05)，等級均為一級優良。

表3 不同添加劑處理薯渣混貯飼料的德國農業協會(DLG)評分 Table 3 DLG score of different additives for treating the mixed silage of potato pulp

注：同列不標字母表示差異不顯著(P>0.05)。1～4：表示微貯博士組、青貯邦組、拉巴克斯復合組、亞芯組。

Note:The same column without a letter indicates that the difference is not significant (P>0.05). 1-4: It showed that the WeiZhu group, the silage-help group, the LaBaX composite additive group and the YaXin group.

2.2 不同添加劑對薯渣與玉米秸稈混貯飼料發酵品質的影響

由表4可以看出，各處理組的pH均在4.0以下；與CK組相比各添加劑處理組pH均有降低的趨勢，但各處理組之間差異均不顯著(P>0.05)。氨態氮占總氮的比例，以處理4組最低，其次是處理3組，與CK組相比分別降低9.73%和8.11%(P<0.05)；其他處理組氨態氮占總氮的比例和CK組相比也有不同程度下降，但差異不顯著(P>0.05)。處理1、2、4組乳酸含量分別較CK組提高50%(P<0.01)、33.75%(P<0.05)和78.75%(P<0.01)，處理3組與CK組相比有升高的趨勢，但差異不顯著(P>0.05)。各添加劑處理組均提高了乙酸的含量，其中處理1、2、4組的乙酸含量相同，與CK組相比提高了6.12%(P<0.05)，但處理3組與CK組差異不顯著(P>0.05)。與CK組相比，處理1、2、3組丙酸含量分別提高了13.33%(P<0.05)、40%(P<0.01)和60%(P<0.01)，處理4組丙酸含量與CK組差異不顯著(P>0.05)。各試驗組均未產生丁酸。與CK組相比，處理1、2、4組總酸含量分別提高31.94%(P<0.05)、25.00%(P<0.05)和46.53%(P<0.01)，處理3組較CK組有提高的趨勢，但差異不顯著(P>0.05)。

2.3 不同添加劑對薯渣與玉米秸稈混貯飼料有氧穩定性的影響

由圖1 可見，各處理組混貯飼料暴露于空氣后，CK組的有氧穩定性為112 h，處理組分別為118，156，125和162 h，分別比CK組延長了6，44，13，50 h，除處理1外差異均達到極顯著水平(P<0.01)。可見，各添加劑處理均提高了薯渣混貯飼料的有氧穩定性，其中以處理4最佳，其次是處理2、處理3，處理1改善效果不明顯。

2.4 不同添加劑對薯渣與玉米秸稈混貯飼料干物質及營養物質48 h降解率的影響

由表5可知，與CK組相比，各添加劑處理組均能夠提高DM、CP、ADF和淀粉的瘤胃降解率。處理1、 2、 3和4組的DM瘤胃降解率分別比CK組提高7.23%(P<0.01)、4.45%(P<0.05)、4.33%(P<0.05)、7.96%(P<0.01)。處理1、2、3和4組的CP瘤胃降解率分別比CK組提高5.26%、7.63%、7.35%、5.28%(P<0.01)。處理4組的NDF瘤胃降解率最高，比處理3組提高6.65%(P<0.05)；處理1、2、4組的NDF瘤胃降解率均高于CK組，但各組之間差異不顯著(P>0.05)。與CK組相比，各處理組的ADF瘤胃降解率分別提高3.21%(P>0.05)、6.39%(P<0.05)、0.08%(P>0.05)和7.95%(P<0.05)。處理1組的淀粉瘤胃降解率比CK提高2.83%(P<0.01)，其他各組間淀粉的瘤胃降解率無顯著差異(P>0.05)。

表4 不同添加劑處理對薯渣與玉米秸稈混貯飼料發酵品質的影響Table 4 Effect of different additives on the fermentation quality of mixed silage of potato pulp and corn straw

注：“ND”表示未檢測到。同列不同小寫字母表示差異達到顯著水平(P<0.05)，不同大寫字母表示差異達到極顯著水平(P<0.01)，下同。

Note: “ND” means not detected. Different small and capital letters indicate the differences are significant at 0.05 and 0.01 level, respectively, the same below.

圖1 不同混貯飼料暴露在空氣中的有氧穩定性Fig.1 Aerobic stability of different mixed silage exposure to air “**”表示與對照組相比差異極顯著(P<0.01)。“**” mean extremely significantly different compared with control group (P<0.01).

表5 薯渣與玉米秸混貯飼料營養物質48 h瘤胃降解率Table 5 48 h nutrients ruminal degradability of mixed silage of potato pulp and corn straw

3 討論

3.1 不同添加劑對薯渣與玉米秸混貯飼料感官評價的影響

德國農業協會(DLG)評分法主要以色澤、氣味和質地為評定標準，將青貯飼料分為優、可、中、下4等，并未考慮青貯過程中化學指標(氨態氮、可溶性碳水化合物及揮發性脂肪酸等)的變化[14]。本試驗從這3方面進行的總體感官評價來看，各添加劑處理和CK組無明顯差異，均能較好的完成發酵過程，達到了一級優良。這與夏宇[8]報道的馬鈴薯渣添加劑青貯發酵品質評價的結果相一致。在稻草添加劑青貯試驗中發現，不同添加劑顯著影響稻草青貯的感官評定結果[15]，這與本研究不一致。由此可見，影響DLG評價效果除受到主觀因素的影響外，從本研究分析可能還與添加劑種類及青貯原料有關。

3.2 不同添加劑對薯渣與玉米秸混貯飼料發酵品質的影響

本試驗選用的處理4的添加劑主要為植物乳桿菌以及含乳酸菌的復合添加劑，其主要作用是促進乳酸菌的發酵產生乳酸，快速降低薯渣混貯料的pH從而抑制不良微生物的繁殖。混貯發酵品質的好壞往往可以通過pH和有機酸含量來反映[16]。試驗混貯60 d后，各添加劑處理組的pH均低于CK組且都在4.2以下，但各添加劑作用原理確是不同的，處理1的添加是通過枯草芽孢桿菌和酵母菌這兩個菌種在混貯后快速啟動，加速氧氣的消耗，使得pH降低；處理2中有機酸的作用在發酵初期使混貯料快速酸化，降低pH；處理3中植物乳桿菌的添加會在發酵初期產生大量乳酸，迅速酸化，pH迅速降低，這與前人的研究結果一致[17]；而處理4亞芯青貯劑中含有多種乳酸菌和活性酶可促進青貯料快速產生乳酸來降低pH。通過對比可以發現，處理4組發酵品質優于其他處理組，基本表現在pH低、乳酸含量高及乳酸占總酸的比例也最高，發酵品質最好。這是因為乳酸菌在混貯過程中可分解糖類生成乳酸，利于酸性環境的形成，抑制不良微生物的繁殖[18]。CK組中未添加添加劑，乳酸菌相對于添加劑組較少，產生的乳酸量也有差異，此結論和乳酸的測定結果基本一致[19]。從有機酸的分析結果來看，各處理的乳酸含量均高于乙酸，說明薯渣與玉米秸混貯為乳酸發酵類型。經過60 d發酵后，添加劑組的乳酸、乙酸、丙酸含量均高于CK組，乳酸含量高，意味著發酵效果好，pH下降快，其干物質和能量流失少[20]。各添加劑組的總有機酸含量提高，有利于避免二次發酵和提高有氧穩定性，這與任海偉等[21]的研究結果類似。乙酸來自醋酸菌產生的酸和乳酸的進一步分解，在初期可以抑制有害微生物的繁殖，但過量則影響飼料的適口性。丙酸的酸性最弱，但它的抗真菌活性最強，可抑制酵母、霉菌的生長，減少氨產生[22]。處理2、3、4組的丙酸含量高于CK，而AN/TN低于CK，說明添加青貯邦、拉巴克斯復合添加劑、亞芯這3種添加劑在一定程度上抑制了蛋白質的分解。丁酸是由酪酸菌分解蛋白質和乳酸而生成的產物，丁酸的產生對青貯飼料的品質和保存不利。AN/TN能反映青貯飼料中蛋白質及氨基酸分解的程度，比值越大，說明蛋白質分解越多，意味著青貯質量不佳[23]。本試驗中由于各添加劑組產生的乳酸等有機酸降低了pH，抑制有害微生物的生長，進而減少了其對蛋白質和氨基酸的分解，因此混貯60 d后各添加劑處理組較CK組降低了氨態氮與總氮的比值，其中以處理4最小，說明各添加劑處理均可降低貯藏期間蛋白質的分解和破壞。一般認為優質青貯飼料的丁酸含量和AN/TN值應低于10%，在本試驗中，所有處理組的AN/TN值均低于10%，也未檢測到丁酸，符合優質飼料的要求。

3.3 不同添加劑對薯渣與玉米秸混貯飼料有氧穩定性的影響

有氧穩定性是指青貯飼料暴露在空氣中，中心溫度比外界溫度高出2 ℃所需要的時間[24]。有氧穩定時間越長，說明二次發酵對青貯飼料的影響越小。將混貯飼料暴露于空氣中，休眠的好氧微生物如霉菌和酵母菌開始增殖，從而導致混貯料敗壞，具體表現為溫度升高和霉菌叢生。不同青貯料敗壞的速度有很大差別，一些青貯料暴露于空氣中幾小時溫度就開始升高，然而有些青貯料在空氣中存上幾天甚至幾周溫度仍穩定不變。在本試驗中，CK組暴露在空氣中112 h即開始影響混貯飼料的品質，而各添加劑處理組中有氧穩定性時間均有所延長，處理4組最長可達162 h，處理2達到156 h，說明這兩種添加劑均可以有效抑制其中的雜菌和真菌，減少了它們對乳酸和糖的分解產熱，延緩了混貯飼料的有氧腐敗，明顯改善了混貯飼料的有氧穩定性。Kung等[25]報道，有氧穩定性提高的基本原因就是青貯中含有較高濃度的乙酸，可以抑制有氧階段好氧性微生物對營養成分的降解，達到保存青貯飼料養分和提高有氧穩定性的目的。Danner等[26]也證實了乙酸能夠有效抑制好氧性微生物的生長，提高青貯飼料有氧穩定性。在本研究中，除處理3組外，其他的添加劑處理組所產生的乙酸含量均大于CK，表明添加劑處理組能較好地抑制有害菌的活動，在不同程度上延長有氧穩定期，從而對混貯飼料的二次發酵起到一定的抑制作用。Weinberg等[27]研究發現添加乳酸菌與對照組相比，有氧穩定性較高，本試驗結果與其一致。

3.4 不同添加劑對薯渣與玉米秸混貯飼料48 h養分瘤胃降解率的影響

DM降解率主要是蛋白質、脂肪、纖維素等物質的降解，DM瘤胃降解率越高，說明飼料越易于被動物消化，其干物質采食量也越高。本試驗中不同添加劑處理組的DM瘤胃降解率有一定的差異，其中處理4組最高為62.83%，高于李劍楠[7]對薯渣青貯(49.34%)的研究結果，主要是與原料的處理方式和試驗動物的不同相關。飼料蛋白質的降解主要取決于其發酵的難易程度和在瘤胃內的滯留時間[28]，本試驗中各處理組均具較高的CP降解率，說明用薯渣與玉米秸混貯后的這種飼料在瘤胃中更易被發酵，能夠作為優質粗飼料被家畜有效利用。瘤胃NDF和ADF降解率是衡量粗飼料優劣的重要指標，其降解率受飼料中纖維組成的影響。薯渣飼料纖維屬于可溶性，尤其是果膠是比較容易降解的復雜碳水化合物[29]，本試驗中除處理3外的其他添加劑處理組的NDF瘤胃降解率均高于CK組，可能是添加劑處理影響了中性洗滌纖維中復雜的碳水化合物降解，供給微生物活動，從而提高了玉米秸稈纖維物質在瘤胃中的利用程度，這和興麗[30]的研究結果相一致。而造成處理3的 NDF瘤胃降解率低的原因有待進一步研究。本試驗中各處理組薯渣混貯料的淀粉瘤胃降解率在94%～97%，與CK組相比均呈現上升趨勢，這就預示著混貯飼料中幾乎所有的淀粉都在瘤胃中被降解，這與Herrera-Sadana等[31]以干燥、粉碎后的高粱為主要粗飼料在雜種肉牛上進行降解試驗，經瘤胃降解48 h后，所得飼料淀粉中不可降解的部分占比為3%的研究結果相似。

4 結論

在薯渣與玉米秸稈混貯飼料中，添加乳酸菌類添加劑，可改善薯渣飼料的發酵品質和有氧穩定性，增加乳酸含量，降低pH和氨態氮含量。提高混貯飼料48 h干物質、粗蛋白、淀粉、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的瘤胃降解率。其中以添加亞芯組效果最好。