添加玉米粉、草粉及乳酸菌對馬鈴薯淀粉渣青貯發酵品質的影響

魏海燕，閆 琦，王憲舉，丁路明

（蘭州大學草地農業生態系統國家重點實驗室 / 蘭州大學生命科學學院，甘肅 蘭州 730000）

馬鈴薯(Solanum tuberosum)又名土豆、洋芋，是僅次于小麥(Triticum aestivum)、水稻(Oryza sativa)和玉米(Zea mays)的經濟作物，目前已在我國廣泛種植。據聯合國糧農組織2008年統計，我國的馬鈴薯種植面積超過8.5 × 108畝 (約合5.7 ×107hm2)，年產量已超過 7.2 × 107t，居世界第一[1]。我國作為馬鈴薯種植大國，馬鈴薯主要用于制做淀粉和粉條，但其在加工過程中會產生大量的馬鈴薯淀粉渣，一般加工生產1 t馬鈴薯產品將會產生9 t的馬鈴薯淀粉渣[2]。馬鈴薯淀粉渣中含有大量的淀粉、纖維素和半纖維素，以及果膠等可利用成分[3]，并且含有蛋白質，具有很高的利用價值。但馬鈴薯淀粉渣的含水量高達80%以上，不易存儲和運輸，在生產季節若不及時處理會腐敗變質，污染環境；如果對馬鈴薯淀粉渣做烘干處理，可作為動物飼料被利用，但是烘干成本高，營養價值低，適口性差。所以，研發馬鈴薯淀粉渣適宜的循環利用技術不僅可以循環利用廢棄物資源，而且可以避免大量廢棄物對環境造成的污染[4-5]。

青貯作為飼料的一種貯藏方式，通過微生物厭氧發酵產生有機酸使鮮綠飼草料得以長期貯藏保存。青貯后飼料產生的芳香味道，能刺激家畜的食欲，增加采食量，提高飼草的利用價值[6]。玉米粉因為富含碳水化合物，含水量低，常被用作與其他原料混合青貯[7]。將玉米粉與馬鈴薯淀粉渣混合，其中的水溶性碳水化合物可以彌補馬鈴薯淀粉渣原料水溶性碳水化合物含量的不足，而且混合后還可以降低淀粉渣混合物的含水量，以達到適宜的青貯水分含量，這與苜蓿(Medicago sativa)選擇與玉米做混合青貯的道理是一致的[8]。燕麥(Avena sativa)草是一種一年生的優質禾本科牧草，具有產量高、含糖量高、適口性好等特點[9-10]，也可以作為與馬鈴薯淀粉渣混合青貯的原料。乳酸菌制劑是目前青貯飼料調制中常用的添加劑，可以增加青貯乳酸菌的數量，促進青貯初期乳酸發酵，快速降低pH，有效抑制青貯過程中有害微生物的活性與增殖，提高青貯發酵品質[11]。

目前，對馬鈴薯淀粉渣的主要研究是以添加玉米[12]或者玉米秸稈[13]作青貯處理，研究表明，對馬鈴薯淀粉渣與玉米秸稈混合青貯，可以明顯提高青貯的品質，顯著提高馬鈴薯淀粉渣的適口性，并以部分或全部替代全株的青貯玉米飼喂奶牛，可降低飼喂成本。也有對馬鈴薯淀粉渣做一定的處理[6]，例如提取果膠、食纖維、以及發酵生產有機物，但這方法不易大規模生產，并且容易造成二次污染。本研究分別對馬鈴薯淀粉渣、馬鈴薯淀粉渣和玉米粉，以及馬鈴薯淀粉渣和草粉做青貯處理，使用兩種飼料添加劑分別進行處理，特別是增加了與草粉的混合青貯，并在此基礎上添加乳酸菌，分析青貯后的發酵品質和基本營養成分的變化，從中選擇馬鈴薯淀粉渣做青貯處理的最佳方式，旨為探索馬鈴薯淀粉渣飼料化循環利用提供技術措施，為馬鈴薯淀粉渣的處理提供一定的方法支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

新鮮的馬鈴薯淀粉渣(含水量82%)由甘肅愛蘭馬鈴薯種業有限公司提供；玉米粉(含水量14%)和燕麥草粉(含水量20%)取自甘肅省武威市天祝藏族自治縣烏鞘嶺。青貯原料化學成分如表1所列。

表1 馬鈴薯淀粉渣、玉米粉和草粉原樣化學成分Table 1 Chemical composition of raw potato pulp,ground corn,and grass meal

乳酸菌添加劑購自臺灣亞芯生物技術有限公司，主要成分為植物乳桿菌(LP70，Lactobacillus plantarumLP70，1 × 109cfu · g-1，總乳酸菌數 1.0 × 1011cfu · g-1)。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

試驗采用雙因素完全隨機設計，設置不同混合青貯和乳酸菌添加劑兩個因素。混合處理分為馬鈴薯淀粉渣單獨青貯(PP)、馬鈴薯淀粉渣和玉米粉混合青貯(PS)、馬鈴薯淀粉渣和草粉混合青貯(PG)。馬鈴薯淀粉渣混合要求將混合后材料水分調整到70%左右為標準，其中玉米粉與馬鈴薯淀粉渣以3∶1比例混合，草粉與馬鈴薯淀粉渣以2∶1比例混合，這樣混合比例處理后使其含水量達到70%。馬鈴薯淀粉渣單獨青貯采取晾曬使其含水量降到70%左右時青貯。乳酸菌添加劑設添加(LAB)與不添加(CK)兩個處理，所有處理添加量均為10 mL·kg-1混合鮮樣(FM)。共6個處理，每個處理3個重復。

1.2.2 青貯調制

馬鈴薯淀粉渣原樣含水量80%左右，經過48 h晾曬，使含水量降到70%后進行單獨青貯；原樣通過添加玉米粉和草粉使含水量達到70%后進行混合青貯。乳酸菌用蒸餾水稀釋，即5 g乳酸菌溶于100 g蒸餾水中，混合均勻，用小型噴壺均勻噴灑于混合好青貯飼料中噴灑量為10 mL· kg-1，對照組噴灑等量蒸餾水。將各處理的預青貯飼料裝入30 cm × 23 cm聚乙烯青貯袋中，之后用真空包裝機抽真空并封口，室溫避光放置，30 d后開封混勻青貯飼料，取樣分析青貯品質和化學成分。

1.3 測定項目及青貯評定方法

1.3.1 感官評價

按照德國農業協會(DLG)青貯評分標準及等級評定方法，從色澤、氣味方面對試驗后的發酵物進行綜合評定[14]。

1.3.2 青貯化學成分的測定

分別取青貯后的樣品20 g，將各處理青貯樣品置于65 ℃烘箱中烘干48 h直至恒重，測定其水分含量。樣品烘干后用微型植物粉碎機粉碎后過0.1 mm篩用于常規養分的測定。干物質(dry matter,DM)含量采用烘干法進行測定，在105 ℃條件下中烘1.5～2 h直至恒重[15]；粗灰分(crude ash,Ash)測定參照《飼料分析及飼料質量檢測技術》[16]進行測定；粗蛋白(crude protein,CP)采用凱氏定氮儀(JK-9830，中國)進行測定；中性洗滌纖維(nutral detergent fiber,NDF)和酸性洗滌纖維(acid detergent fiber,ADF)采用全自動纖維分析儀(ANKOM 2000i，美國)進行測定。

1.3.3 青貯發酵品質的測定

取20 g青貯后鮮樣，加入180 mL去離子水，用榨汁機攪碎1 min，然后用4層紗布過濾，得到青貯飼料濾液，立即進行pH測定(雷磁PHS-29A型pH計)，剩余濾液-20 ℃保存，用于測定乳酸 (lactic acid,LA)、乙酸 (acetic acid,AA)、丙酸(propionic acid,PA)、丁酸 (butyric acid,BA)含量[17-18]。將濾液 3 500 r·min-1離心 15 min，經 0.22 μm 濾膜過濾，用高效液相色譜儀(SHI-MADZE-10A)分析濾液中乳酸，乙酸、丙酸和丁酸(butyric acid，BA)含量，色譜柱為ShodexRspak KC-811S-DVB gel Column 300 mm × 8 mm，流動相為 3 mmol·L-1高氯酸，流速為1 mL·min-1，進樣量為5 μL，柱溫50 ℃，檢測波長210 nm[19-20]。

1.3.4 相對飼用價值評定

相對飼用價值(relative feed value，RFV)的計算根據以下公式[21]：

式中：NDF和ADF單位為占干物質的百分比。

1.4 數據分析與處理

用Excel作數據的基本處理分析，然后用SPSS20.0進行ANOVA方差分析和LSD多重比較，數據表示為 (平均值 ± 標準誤)。

2 結果與分析

2.1 不同處理組青貯料的感官評價

發酵30 d后，所有的青貯飼料均接近原料原色；各個青貯處理呈芳香味或面包香味；所有青貯沒有粘手的現象存在，屬于優等的青貯飼料。

2.2 不同處理對青貯化學成分的影響

馬鈴薯淀粉渣不同青貯混合處理對其青貯后CP、Ash、NDF、ADF含量和RFV均有顯著的影響(P＜ 0.01)(表2)；乳酸菌添加劑對青貯飼料的CP、NDF、ADF 含量有顯著影響 (P＜ 0.01)，但對Ash和RFV含量影響不顯著(P＞ 0.05)；混合處理及添加劑的互作對青貯飼料的NDF、ADF和RFV有極顯著的影響(P＜ 0.01)。對照處理PP的含水量顯著高于PG和PC混合處理(P＜ 0.05)，而PG與PC之間沒有顯著差異。與對照不添加相比，添加乳酸菌后沒有顯著差異。對照和添加乳酸菌處理下，PP和PC混合處理青貯的CP含量顯著高于PG處理，而PP與PC之間沒有顯著差異。與對照相比，添加乳酸菌顯著增加了PP處理的CP含量，對PC和PG處理沒有顯著影響。PG混合處理的Ash含量顯著高于PP和PC處理，而PC混合處理含量最低。PG混合處理NDF和ADF含量顯著高于其他兩個處理。PC混合處理的ADF含量最低。相比于未添加使用乳酸菌的處理，添加乳酸菌后PG處理的NDF和ADF含量顯著提高，PP和PC處理NDF含量及PP處理的ADF含量顯著降低，而乳酸菌添加劑對PC處理ADF含量沒有顯著影響。3個混合處理中，相比于未添加，使用乳酸菌處理PG的RFV最低，添加乳酸菌對各個處理組的RFV沒有顯著影響。混合處理組內對比，乳酸菌添加降低了PG處理RFV值，但提高了PP和PC組的RFV值。

表2 不同處理對馬鈴薯淀粉渣青貯化學成分的影響Table 2 Effect of different treatments on the chemical contents of silage

2.3 不同處理對青貯發酵品質的影響

不同青貯混合處理對馬鈴薯淀粉渣青貯后pH、乳酸、乙酸均有顯著影響(P＜ 0.05)，對丙酸和總酸無顯著影響(P＞ 0.05)；而乳酸菌添加劑對丙酸和總酸含量有顯著影響(P＜ 0.05)；混合處理與添加劑互作對pH、乳酸、總酸、乙酸和丙酸均有影響顯著 (P＜ 0.05)(表3)。PG混合青貯處理pH最高，PC最低，而PP處理pH居中。乳酸菌添加僅對PC處理pH有顯著效果，與對照相比，添加乳酸菌降低了pH。對照處理下，PG的乳酸含量顯著低于PP和PC處理，PP和PC之間無顯著差異；PG處理丙酸含量最低，PP處理和PC處理之間沒有差異；PC處理乙酸含量最低，PP處理和PG處理之間沒有差異。乳酸菌添加劑分別顯著提高了PG處理的總酸含量，顯著降低了PC處理丙酸的含量。

3 討論

3.1 不同處理對青貯化學成分的影響

青貯時對樣品的含水量要求很高，青貯原料適當的含水量不僅可以提高青貯飼料的發酵品質，還可以減少青貯飼料滲透液的損失。有研究表明，當青貯原料水分超過75%時，會產生大量滲透液，不僅造成營養損失，而且會影響青貯發酵品質[22]，青貯飼料的含水量在65%～70%，青貯效果最佳[23]。若只以馬鈴薯淀粉渣作為青貯原料，經過晾曬其水分可達到適宜的水分，但馬鈴薯淀粉渣富含膠質，晾曬失水慢，氣溫高時容易腐敗變質。本研究對馬鈴薯淀粉渣原料做了3種處理，在馬鈴薯淀粉渣的基礎上加入玉米粉或草粉迅速降低至適宜青貯的水分含量。研究發現，將馬鈴薯淀粉渣和玉米秸稈混合青貯可提高肉牛采食量[24]。

表3 不同處理青貯的發酵品質Table 3 Effect of different treatments on fermentation quality of silage

粗蛋白是評價飼料的一項重要指標。本研究表明，青貯后的飼料粗蛋白含量在5.89%～8.51%，與常規的青貯飼料相比含量較低，這可能與馬鈴薯淀粉渣原樣本身的粗蛋白含量較低有關。淀粉渣單獨青貯及與玉米粉做青貯處理后CP含量顯著高于淀粉渣和草粉混合青貯。淀粉渣和草粉做青貯處理的粗灰分含量最高，而淀粉渣和玉米粉做青貯處理的灰分含量最低，這可能是由于草粉本身的灰分含量較高所引起的。青貯后飼料的NDF含量相對于淀粉渣青貯前原樣均有所提高，這是由于青貯過程中可消化營養物質的降解損失而纖維降解率低導致的[25]，淀粉渣和草粉做青貯處理后NDF最高，淀粉渣單獨青貯處理的NDF含量最低；淀粉渣與玉米粉做青貯處理的ADF含量相對于淀粉渣青貯前原樣有所降低，且顯著低于其他兩種青貯，這是由于玉米粉纖維含量低，導致馬鈴薯淀粉渣與玉米粉混合青貯的ADF含量較低。在添加乳酸菌后，淀粉渣單獨青貯及與玉米粉做青貯處理的NDF含量顯著降低，而淀粉渣和草粉做青貯處理的NDF含量顯著升高，淀粉渣單獨青貯及與草粉做青貯處理的ADF含量顯著升高，淀粉渣與玉米粉做青貯處理的ADF含量無顯著差異。

相對飼用價值是近幾年來人們利用中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維建立的一種用于牧草品質評定和比較的相對簡單的指數[26]，是衡量牧草采食量和能量價值的重要指標，其值越高，說明牧草營養價值越高。本研究中，馬鈴薯淀粉渣與玉米粉混合青貯后相對飼用價值較高，與草粉混合最低。而添加乳酸菌提高了馬鈴薯淀粉渣與玉米粉混合青貯的相對飼用價值。

3.2 不同處理對青貯發酵品質的影響

pH和有機酸含量是評價青貯發酵品質的重要指標[27]。馬春暉等[28]指出，pH在3.9～4.2時，發酵質量良好；pH在4.4～4.7時，發酵質量一般；pH在4.7以上，質量劣等。由此說明淀粉渣單獨青貯和與玉米粉青貯發酵質量良好；淀粉渣和草粉混合青貯的發酵品質一般。飼料的緩沖能值是植物抗御pH改變的能力，即每公斤干物質在浸軟時pH由4上升到6時所需堿的毫克當量數[29]。有報道指出，飼料蛋白緩沖作用占10%～20%，這可能是豆科植物緩沖能值高于禾本科的主要原因[30]。玉米作為一種禾本科一年生草本植物，其緩沖能值比較低，從而降低了對pH的抗御能力。本研究中，馬鈴薯淀粉渣和玉米粉的混合青貯與其余兩種處理相比，pH顯著降低，抑制了好氧微生物對青貯飼料養分的降解，從而有利于青貯飼料的保存，這與韓海珠[31]的研究結果一致。

有機酸是青貯過程中微生物的代謝產物。乳酸是青貯過程中重要的有機酸，如果青貯發酵比較差則會產生較多的丁酸[32]。乳酸菌作為發酵促進劑，是青貯成功的關鍵因素之一，能促進發酵初期盡快進入發酵階段，促進葡萄糖等單糖向乳酸轉化，使有害生物活動受到限制，減少營養物質消耗、分散和流失，保證青貯料的質量[4]。淀粉渣與玉米粉青貯處理的乳酸含量最高，但是在加入乳酸菌后的乳酸含量并未發生顯著變化，可能是由于添加乳酸菌后導致產生乳酸脫氫酶，從而阻礙了糖向乳酸的轉化途徑[33]；另外可能原因是馬鈴薯淀粉渣含糖量較低，也從一定程度上阻礙了其向乳酸的轉化。3種青貯處理，淀粉渣與草粉的青貯處理乙酸含量最高，淀粉渣和玉米粉做青貯處理的乙酸含量最低。本研究所添加的植物乳桿菌屬于同型發酵乳酸菌，同型發酵營養損失較少，以產生少的乙酸作為相對優質青貯發酵的評判[34]，這說明了淀粉渣和玉米粉青貯處理的青貯效果最好。CK處理的淀粉渣單獨青貯及淀粉渣和玉米粉的混合青貯丙酸含量顯著高于淀粉渣和草粉的混合青貯，添加LAB的淀粉渣和玉米粉做青貯處理顯著降低了丙酸含量。說明在添加LAB后抑制了微生物的生長[35]，從而降低了丙酸的含量。

4 結論

綜合感官評價和各項發酵指標，與馬鈴薯淀粉渣添加草粉青貯相比，馬鈴薯淀粉渣單獨青貯以及馬鈴薯淀粉渣添加玉米粉混合青貯可使pH、Ash、NDF和ADF含量顯著降低，顯著增加了CP、RFV、乳酸和總酸的含量，且在青貯基礎上加入乳酸菌添加劑后能夠降低青貯料NDF和ADF含量，增加青貯料的RFV值。本研究結果表明，在實際生產中為獲得最好的青貯效果可以在馬鈴薯淀粉渣中添加玉米粉進行混合青貯，并可以通過添加乳酸菌劑提高飼喂價值。