布氏乳桿菌和植物乳桿菌對高粱青貯品質的影響

孫向麗，菅復春，許來鵬，曹艷芳，萬鮮花，王彥彬*

（1.河南農業大學動物科技學院，河南鄭州 450046；2.河南農業大學動物醫學院 河南鄭州 450046）

高粱是一種重要的雜糧作物，主要用于工業釀造和飼料[1]。甜高粱因其莖稈含糖量高、生物產量高和適口性好等特點，可作為反芻動物的飼糧，在很大程度上能夠節省畜牧養殖成本，也可以成為緩解國內外飼料原料緊張難題的來源飼料[2]。李俊等[3]研究發現，青貯高粱所需的成本比青貯玉米略高，但甜高粱具有營養豐富、轉化效率高的優勢，其飼喂價值優于青貯玉米。

青貯飼料是利用乳酸菌在厭氧條件下代謝產酸來降低pH，從而抑制其他微生物的生長繁殖，具有保鮮、改善品質和提高瘤胃降解率的作用[4]。青貯后可更好地保存飼料原料、擴展飼料來源，有利于發展“節糧型”畜牧產業，還可更好解決枯草時期飼用草供給問題。董妙音等[5]研究顯示，添加乳酸菌制劑可增強甜高粱青貯質量。目前，市場上青貯添加劑的類別日益增多，但對于青貯高粱的青貯劑研究和開發不足。乳酸菌是青貯劑中的主要微生物，包括異型發酵乳酸菌和同型發酵乳酸菌[6]，布氏乳桿菌（Lactobacillus Buchneri）屬異型發酵菌，而植物乳桿菌（Lactobacillus Plantarum）屬同型發酵菌。青貯原料中可利用底物存在差異，其對乳酸菌的選擇具有影響。故研究出適于青貯高粱的添加劑，可更好地降低青貯高粱的成本，還可提高高粱的發酵質量及養分構成，對青貯高粱的廣泛應用具有重大意義。本試驗旨在評價不同類型的乳酸菌（布氏乳桿菌和植物乳桿菌）對青貯高粱發酵品質的影響，為乳酸菌在青貯高粱中的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 海牛高梁購于河南省聚有科技有限公司。高梁種植于新鄉市豐收農業合作社的實驗田中，在高粱蠟熟期收獲進行粉碎1 cm 處理。

1.2 試驗設計 試驗采用單因素試驗設計，分別設對照組（添加等量的蒸餾水）、1×107CFU/kg 布氏乳桿菌、1×107CFU/kg 植物乳桿菌，每個處理3 個重復。將切短的原料與不同的乳酸菌制劑攪拌均勻，分別裝入250 mL白色不透明的塑料罐內壓緊壓實，壓實的密度為900 g/L，蓋上蓋且用薄膜及膠帶進行嚴格密封。青貯制作結束后，將青貯罐放在陰暗無光處進行保存。

1.3 樣品制備 分別在青貯30、45、60 d 時打開采樣，每一種處理分別抽取3 瓶保持完整的青貯罐，打開后除去瓶口下端3 cm 厚和瓶底上端2 cm 厚的青貯高粱，將其余青貯飼料混合均勻后，精準稱量200 g 青貯高粱，置于紙質信封中，在65℃烘箱中烘48 h，計算干物質重，然后利用攪碎機將其粉碎，過1 mm 篩，用于營養成分測定。另準確稱量20 g 青貯料置于勻漿機內，同時加入180 mL 蒸餾水，勻漿2 min，用4 層紗布和雙層濾紙進行過濾，將得到的浸出液置于50 mL 離心管內，放置-20℃冰箱保存，用來測定pH、氨態氮（NH3-N）和有機酸[7]。

1.4 青貯飼料品質測定

1.4.1 感官評定 青貯高粱質量感官評定的方法選用德國農業協會標準（DLG）[8]，根據視覺、嗅覺、觸覺等感官對青貯高粱色澤、氣味、質地等指標進行評分，可分為優、良、劣3 個等級。

1.4.2 營養成分 取1.3 中采集的200 g 樣品經65℃烘48 h后，裝入自封袋中準確稱重，計算干物質（DM）含量。粗蛋白質（CP）含量使用凱氏定氮法[9-10]測定。中性洗滌纖維（NDF）和酸性洗滌纖維（ADF）含量采用范式（Van Soest）分析法[11]測定。

1.4.3 其他指標 取制備好的浸出液，采用雷磁PHSJ-4F pH 計測定pH[12]，待數值穩定后，記錄數值。使用苯酚-次氯酸鈉比色法來檢測NH3-N[13]。可溶性碳水化合物（WSC）含量使用蒽酮比色法[14]測定。青貯飼料打開后，每個樣本取相同的量，將其放進100 mL 聚乙烯瓶中（每個樣本3 個重復），用塑料薄膜封口，并扎數個小孔，將其放在室溫，利用多通道溫度記錄儀來記錄青貯飼料的溫度變動狀況，在樣品的溫度超出環境溫度2℃時停止檢測[15]，記錄有氧暴露時間，即為有氧穩定性（AS）。使用安捷倫Agilent 1290 Infinity II 型液相色譜儀檢測有機酸（OA）含量[16]。

1.5 統計分析 采用SPSS 22.0 統計軟件中的ANOVA過程進行單因素方差分析，并采用Duncan's 法進行多重比較，試驗數據均以平均值± 標準差表示，P＞0.05表示差異不顯著，P＜0.05 表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 添加不同乳酸菌的青貯高粱感官評定 如表1 所示，添加不同乳酸菌發酵后的青貯高粱色澤為淡綠色，結構清晰、柔軟松散，氣味酸香，故其感官評定等級都屬于優等；乳酸菌組的感官評定等級好于對照組；對照組結構不清晰，有些粘連，甚至個別還有發霉，品質等級總體處于良好等級。

表1 添加不同乳酸菌的青貯高粱感官評定

2.2 不同乳酸菌對青貯高粱營養物質、pH 的影響 如表2 所示，在30、45、60 d 時，植物乳桿菌組中的CP含量與對照組均無顯著差異，且不同乳酸菌添加組間無顯著差異；在60 d 時植物乳桿菌組的ADF 和NDF 值均顯著低于對照組，布氏乳桿菌組的ADF 和NDF 值稍低于對照組（P＞0.05），不同乳酸菌添加組間無顯著差異；在30 d 時，乳酸菌組的pH 均低于對照組（P＜0.05），不同乳酸菌添加組間差異不顯著；在45 d 時，布氏乳桿菌組的pH 低于對照組（P＜0.05）、植物乳桿菌組（P＞0.05）。在60 d，不同乳酸菌組與對照組間pH 均無顯著差異。

表2 不同乳酸菌對青貯高粱營養物質、pH 的影響

2.3 不同乳酸菌對青貯高粱有機酸含量的影響 如表3 所示，30 d 時乳酸菌組中乳酸和乙酸含量均高于對照組（P＜0.05），而不同乳酸菌組間乳酸含量差異不顯著，但植物乳桿菌組的乙酸含量高于布氏乳桿菌組（P＞0.05）；45 d 時布氏乳桿菌組的乳酸含量高于對照組和植物乳桿菌組（P＜0.05），布氏乳桿菌組的乙酸含量高于對照組和植物乳桿菌組（P＞0.05）；60 d時植物乳桿菌組的乳酸含量高于布氏乳桿菌組和對照（P＞0.05），植物乳桿菌組的乙酸含量高于布氏乳桿菌組和對照組，但植物乳桿菌組和布氏乳桿菌組間差異不大；3 組間30、45、60 d 丙酸含量均無顯著差異。

表3 不同乳酸菌對青貯高粱有機酸含量的影響 %

2.4 不同乳酸菌對高粱青貯有氧穩定性的影響 由表4得知，30、45、60 d 時乳酸菌組的有氧暴露時間均高于對照組（P＜0.05），布氏乳桿菌組的有氧暴露時間絕對數值均高于植物乳桿菌組（P＞0.05）。

表4 不同乳酸菌對高粱青貯有氧穩定性的影響 h

2.5 不同乳酸菌對青貯高粱NH3-N 和WSC 的影響 由表5 得知，30 d 時，布氏乳桿菌組中NH3-N 含量低于對照組（P＜0.05），而不同乳酸菌組間的NH3-N 含量無顯著差異；在45、60 d 時，乳酸菌組間以及與對照組間NH3-N 含量無顯著差異；在30、45、60 d 時，不同乳酸菌組間以及與對照組間WSC 含量沒有顯著差異。

表5 不同乳酸菌對青貯高粱NH3-N 和WSC 的影響 %

3 討論

青貯高粱配制時加入青貯劑可顯著提高青貯高粱的品質。在青貯的微生物發酵初期，由于乳酸菌天然含量不足，致使發酵品質較差，發酵進度緩慢，添加乳酸菌制劑可增加乳酸菌含量，pH 降低，改善青貯高粱的發酵速度和發酵品質[17-18]。本研究結果表明，高粱青貯時添加乳酸菌能夠顯著改善青貯品質，降低發酵過程中的營養損失；不同乳酸菌組的乳酸含量均高于對照組，且在30、45 d 差異顯著，表明添加乳酸菌能夠提高青貯高粱中乳酸菌活性。青貯高粱中的NDF 和ADF 含量影響動物的采食率和瘤胃消化率[19]。本研究結果顯示，乳酸菌組青貯高粱的NDF 和ADF 含量均低于對照組，其中以植物乳桿菌組最為顯著，說明青貯高粱時添加乳酸菌可能會改善青貯飼料的利用率，這一結果與李蕎蕎等[6]報道的結果一致。

乳酸發酵需要WSC 作為底物，pH 在4.2 以下時乳酸發酵受到抑制，各組在不同時間點（30、45、60 d）WSC 含量差異不顯著，但在30 d 和45 d 時，乳酸菌組的WSC 絕對含量均高于對照組，表明添加乳酸菌能夠加速進入青貯穩定期，減少營養損失[20]。此外，乳酸菌組中乳酸和乙酸含量顯著高于對照組，乳酸和乙酸含量增加，進一步使青貯高粱中酸性增強，pH 降低，進而達到防止雜菌增殖的效果。乳酸是各種乳酸菌的主要代謝產物，乳酸含量提高可以改善青貯高粱的品質。而乙酸主要通過果膠聚糖單磷酸鹽途徑生成，乙酸對酵母具有抑制作用，在有氧條件下酵母能夠代謝利用乳酸致青貯料中的酸值升高，對其他菌的抑制作用減弱，最終使青貯料的有氧穩定性下降，故乙酸含量與青貯高粱的有氧穩定性相關[21]。植物乳桿菌屬于同型發酵菌，其代謝產物以乳酸為主，而布氏乳桿菌屬于異型發酵菌，在其代謝產物除乳酸外，乙酸含量高于植物乳桿菌，因此，從理論上講布氏乳桿菌的乙酸產量高，其青貯料的有氧穩定性更好。但是，由于青貯原料不同，其WSC的種類不同，因此，其代謝產生有機酸的種類除受乳酸菌種類影響之外，還可能受青貯原料的影響[22]。

在本研究中，45 d 時布氏乳桿菌的乙酸含量高于植物乳桿菌，其他時間點均無顯著差異，這一現象可能是原料、青貯條件、青貯菌種等多種因素綜合作用的結果。高粱青貯后，乳酸菌組中NH3-N 含量（30 d 和45 d）均低于對照組，NH3-N 主要由青貯高粱中的蛋白質和氨基酸分解產生，分析原因可能是由于乳酸菌組中pH 降低，導致蛋白酶活性受到抑制，減少了蛋白質和氨基酸的分解，使青貯高粱中NH3-N 的生成量減少，青貯料的質量和風味得到很大改善，更好地解決了營養物質損失問題[23-24]。

4 結論

本研究結果表明，高粱青貯時添加乳酸菌能增加高粱在青貯過程中的有機酸（乳酸和乙酸）含量和有氧穩定性，能夠減少NH3-N，從而達到改善高粱的感官評級、營養品質和發酵品質，布氏乳桿菌與植物乳桿菌在青貯高粱上的有氧穩定性差異不顯著。