外源淀粉酶對水化玉米青貯飼料發酵、營養價值及體內消化率的影響

陳 明，禹愛兵

（1.江蘇農牧科技職業學院，江蘇泰州 225300；2.新希望六和股份有限公司，北京 100102）

非纖維碳水化合物（尤其是淀粉）是高產反芻動物的主要能量來源，優化其消化率仍然是反芻動物營養的一個挑戰。高水分玉米在反芻動物日糧中已取代烘干玉米，因為其瘤胃淀粉降解相對較高，這與玉米胚乳在青貯發酵過程中玉米醇溶蛋白的溶解性提高有關。高水分玉米提高了淀粉的可降解性，特別是當玉米籽粒中含有較高比例的胚乳（Correa等，2002）。盡管高水分和水化玉米在青貯過程中也有類似的干物質損失率，但關于后者的應用研究較少。Kung等（2007）強調，與其他傳統作物相比，高水分玉米具有較低的水分活性，這限制了發酵、有機酸積累和微生物活性。此外，高水分玉米含有少量的水溶性碳水化合物，在青貯過程中，淀粉酶解時間長，青貯pH下降。因此，增加淀粉溶解性可以提高酸的濃度，降低pH，這與青貯飼料體外降解率提高有關（Ferraretto等，2014）。

外源酶可以增加植物細胞壁的降解，改善作物發酵，并為乳酸菌提供糖，從而提高青貯飼料的營養價值（顧擁建等，2016）。Ning等（2017）報道了經淀粉酶處理的青貯飼料乳酸濃度增加，pH降低。有幾項研究評估了飼糧中淀粉酶對牛消化率的影響，但這些研究的結果存在差異（Takiya等，2017；Rojo-Rubio等，2005）。我們認為，造成這種不一致的主要原因之一是添加到日糧中的酶與底物相互作用的時間不足，而這可以通過在青貯過程中添加酶來克服。因此，我們假設在水化玉米青貯飼料中添加淀粉酶會增加乳酸濃度，降低青貯飼料pH，從而對青貯飼料的營養價值、羔羊營養攝入量和消化率產生積極影響。

1 材料與方法

1.1 試驗設計（試驗1） 青貯前水化玉米的營養成分分析見表1。采用24個倉儲的水化玉米（粒徑為2.5 mm、干物質含量為625 g/kg），進行完全隨機化設計，包括以下處理（1）對照組，不添加外源酶 ；（2）糖化酶酶（300 U/kg）組 ；（3）淀粉酶（300 U/kg）組，酶購自建民工業，其中酶的用量由廠家推薦，淀粉酶從黑曲霉中分離得到，最佳pH為4.5左右，pH在3.5～5.5之間有效。糖化酶的最佳pH為4.3左右，pH在3.2～5.5之間有效。青貯玉米放置在裝有氣門的塑料桶內（高度30 cm，直徑30 cm），以避免氣體滲透。青貯玉米密度950 kg/m3，密封稱重，放置在室溫[（28.5±2.5）℃]保存45 d。打開塑料桶前，對筒倉進行稱重，以確定氣體損失，收集樣品，均質，分別進行化學、pH、發酵產物和微生物含量分析。

表1 水化玉米青貯前營養成分分析

酶活性評價：取樣品5 g，以100 rpm持續搖1 h，加蒸餾水40 mL，然后用尼龍布過濾，5℃3000×g離心5 min。測定酶活性的方法是將0.1 mL酶懸浮液加入含有10 g/kg玉米淀粉的0.9 mL醋酸鈉緩沖液（0.1 M和pH 5.0）中，50℃反應10 min后，用3，5-二硝基水楊酸法測定540 nm吸光度。采用培養基法測定微生物含量，比色法測定青貯玉米中氨氮濃度。使用氣相色譜法測定揮發性脂肪酸和乙醇濃度。

1.2 動物試驗（試驗2） 動物試驗采用3×3拉丁方設計，以9只閹割羔羊[（25.4±4.57）kg體重，（6.0±0.4）月齡]為研究對象，評價淀粉酶處理青貯水化玉米對羔羊營養攝入和消化率的影響。動物被關在代謝籠中，每天早上7點和下午1點各飼喂1次。取樣期間每天收集飼料和剩余的飼料樣品，并匯集成一個混合樣品，以便隨后進行化學分析。試驗第16～18天，通過一個代謝籠裝置將尿液和糞便分離，收集全部糞便。每24小時稱一次糞重量，每天取10%的糞樣品，進一步分析干物質、粗蛋白質、中性洗滌纖維和淀粉的消化率。羔羊飼料組成及營養成分見表2。

表2 日糧組成及營養成分

1.3 統計分析 采用SPSS單因素方法分析數據，采用Tukey法進行多重比較，P＜0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 試驗1 由表3可知，淀粉酶顯著增加青貯過程氣體、出水和總損失（P＜0.05），顯著降低干物質回收率（P＜0.05）。與淀粉酶組相比，糖化酶組顯著提高氣體和出水損失（P＜0.05），而總損失有降低趨勢（P=0.052），干物質回收有升高趨勢（P=0.052）。

由表4可知，外源淀粉酶顯著提高了青貯水化玉米干物質、體外干物質降解及淀粉酶活力（P＜0.05）。糖化酶較淀粉酶顯著提高了青貯水化玉米淀粉酶活力（P＜0.05），但對青貯水化玉米化學成分，如干物質、有機物、淀粉、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、木質素、粗蛋白質、粗脂肪含量無顯著影響（P＞0.05）。

表3 不同淀粉酶處理對青貯水化玉米的發酵損失

表4 不同淀粉酶處理對青貯水化玉米化學成分和酶活力的影響

由表5可知，淀粉酶顯著提高了青貯水化玉米中乳酸菌含量及乙酸和丙酸濃度（P＜0.05），而外源酶組較對照組有提高乙酸濃度的趨勢（P=0.09），顯著降低pH、霉菌+酵母硒數量和乙醇濃度（P＜0.05）。與淀粉酶組相比，糖化酶組顯著提高了青貯水化玉米乳酸菌、厭氧菌、好氧菌、乳酸及氨氮濃度（P＜0.05），顯著降低了乙酸濃度（P＜0.05）。

2.2 試驗2 由表6可知，羔羊采食用酶處理的青貯水化玉米較對照組顯著提高了干物質、粗蛋白質和淀粉的攝入量和消化率（P＜0.05）。與淀粉酶處理組相比，糖化酶組顯著降低了羔羊干物質攝入量（P＜0.05），有降低粗蛋白質和淀粉攝入量的趨勢（P=0.09）。

表5 不同淀粉酶處理對青貯水化玉米微生物和發酵成分的影響

表6 不同淀粉酶處理青貯水化玉米對羔羊養分消化率和采食量的影響

3 討論

外源酶的加入增加了氣體和廢水的損失，導致干物質回收率下降4.32%。Giuberti等（2014）認為，淀粉蛋白基質避免了微生物對淀粉顆粒的附著和酶解。在本研究中，酶增加了青貯玉米乳酸濃度，這可能與提高微生物活性和玉米醇溶蛋白水解有關。青貯玉米發酵過程中玉米醇溶蛋白的降解與微生物活性和有機酸生產呈正相關（Junges等，2017）。淀粉酶和葡萄糖淀粉酶（糖化酶）分別在玉米生產乙醇的液化和糖化過程中被使用，采用熱穩定型淀粉酶在高溫下對淀粉進行增溶，再加入糖化酶在較低溫度下可以促進可溶性淀粉產糖（Taylor等，2008）。因此，在青貯飼料發酵過程中，兩種酶都能增加可用于有機酸生產的水溶性碳水化合物。在青貯過程中，微生物對葡萄糖的發酵速率比麥芽糖和糊精快，這使得糖化酶處理青貯的發酵效果和損失比淀粉酶處理的更明顯。

在本研究中，在青貯水化玉米中添加酶，特別是糖化酶，可以降低酵母菌pH和數量。糖化酶處理后的青貯玉米乙酸濃度明顯高于淀粉酶組，乳酸濃度明顯低于淀粉酶組。Danner等（2003）認為，乙酸是主要的有機酸，與好氧暴露后，青貯飼料pH降低呈正相關。此外，酵母可以吸收乳酸，并在許多類型的青貯飼料中引發腐敗，而高干物質含量的原料增加滲透壓，降低水活性，抑制酵母和霉菌的生長（Pahlow等，2003），這與本試驗添加酶后提高青貯玉米干物質含量的結果一致。在厭氧條件下，酵母可以將淀粉發酵成乙醇，而在好氧條件下，許多酵母可以利用乳酸進行腐敗。

飼喂含有酶的青貯飼料的羔羊，其干物質、粗蛋白質、淀粉攝入量和養分消化率較高。隨著酶對淀粉增溶作用的增強，本研究還觀察到酶對粗蛋白質消化率的正向影響。反芻動物主要通過短期調節來限制飼料攝取量，通過這一機制調節攝取量的動物其瘤胃被填滿到最大程度，這就決定了采食行為的結束，而每日攝取量由可消化物質的消化率和不可消化物質的通過率決定。因此，在水化玉米中添加酶對淀粉、粗蛋白質、干物質攝取量和消化率都有積極影響。但在飼喂添加酶的青貯飼料中，淀粉酶組干物質攝入量高于糖化酶組。糖化酶對淀粉降解的終產物是葡萄糖，而淀粉酶降解主要生產麥芽糖和糊精。Allen（2000）將過度發酵的碳水化合物描述為通過增加瘤胃滲透壓和對酸中毒的易感性來有效調節飼料攝入量。

4 結論

淀粉酶促進了水化玉米的發酵，提高了青貯水化玉米的體外降解和羔羊體內營養物質的消化率。在評價的兩種酶之間，糖化酶增加了水化玉米青貯的發酵損失，淀粉酶使羔羊的采食量最大化。