復合發酵劑對葵花副產物發酵品質及瘤胃降解率的影響

摘要：研究添加復合發酵劑對葵花（Helianthus annuus）副產物微貯營養品質、發酵品質和瘤胃降解率的影響。以葵花副產物為試驗材料，采用單因素試驗設計，試驗分為2個處理，即對照（CK處理）和添加復合發酵劑（SY處理），復合發酵劑為：植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）9.3×10⁵cfu·g^-1，糖蜜3.57%，尿素0.3%，纖維素酶0.14%。發酵60 d后開袋進行營養、發酵品質、微生物數量和瘤胃降解率分析。結果表明：（1）SY處理的可溶性碳水化合物、干物質、粗蛋白、乳酸、氨態氮含量及乳酸菌數量顯著高于CK處理（P＜0.05）；中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量、pH值及霉菌和酵母菌數量顯著低于CK處理（P＜0.05）。（2）SY處理在24和48 h的干物質降解率和有機物降解率顯著高于CK處理（P＜0.05）。在葵花副產物微貯中添加復合發酵劑，能夠顯著改善發酵品質，促進反芻家畜利用。

關鍵詞：葵花副產物；復合發酵劑；發酵品質；瘤胃降解率

中圖分類號：S816.6文獻標識碼：A文章編號：1007-0435（2023）05-1564-07

Effects of Compound Starter on Silage Quality and Rumen Degradation

Rate of Sunflower Byproduct

LI Xiao CHEN Yong-cheng HUANG Rong-zheng QI Ya-yin

ZHANG Fan-fan MA Chun-hui

（1.College of Animal Science and Technology， Shihezi University， Shihezi， Xinjiang 832000， China; 2. Xinjiang Yili Prefecture Animal

Husbandry Station， Yining， Xinjiang 835000， China;3. Xinjiang Taikun Group Changji Feed Co. Ltd， Changji， Xinjiang 831100， China）

Abstract：The effects of compound starter on nutrient quality，fermentation quality and rumen degradation rate of micro-storage silage of sunflower byproducts were investigated. In the investigation，the experiment was divided into two treatments，namely the control （CK） and the addition of compound fermentation agent （SY）. The compound fermentation agent was：Lactobacillus plantarum 9.3×10⁵cfu·g^-1，molasses 3.57%，urea 0.3%，cellulase 0.14%，respectively. After 60 days of fermentation，the fermentation bags were opened for the analysis of nutrition，fermentation quality，microbial quantity and rumen degradation rate. The results showed as follows：（1） the contents of the water soluble carbohydrate （WSC），dry matter （DM），crude protein （CP），lactic acid （LA） and NH₃-N and the number of lactic acid bacteria （LAB） of the silage under the SY treatment were significantly higher than those in CK treatment （Plt;0.05）. The content of NDF and ADF，pH value and quantity of Mold and Yeast were significantly lower than those of CK treatment （Plt;0.05）. （2） DMD and OMD of SY treatment at 24 and 48 h were significantly higher than those of CK treatment （Plt;0.05）. It was concluded that the silage of sunflower byproducts under adding the compound starter could be significantly improved on its fermentation quality and be promoted its utilization by ruminants.

Key words：Sunflower byproducts;Compound starter;Fermentation quality;Rumen degradation rate

葵花（Helianthus annuus）為菊科葵花屬的一年生經濟類作物，其生長受地域影響小，在世界各地均有種植［1］，目前我國新疆地區的葵花種植面積達10萬hm2左右［2］，每年產生大量的葵桿和葵盤等葵花副產物，大多數均采用焚燒處理或粉碎還田，資源飼料化效率極低。因此，將這些廢棄資源進行高效飼料化利用，可有效緩解新疆局部地區飼草短缺壓力，推動畜牧業穩定發展。

葵花副產物不僅營養豐富，且具有藥用價值，其中葵花盤中富含膳食纖維、果膠、黃酮化合物、水溶性多糖等生物活性物質［3-6］，葵花秸稈富含多種礦物質元素以及少量的蛋白質［7］，二者均可作為反芻家畜粗飼料源進行利用［8］。當前生產中主要通過發酵手段最大化保存飼料品質，改善家畜適口性；但在發酵過程中除控制發酵條件（厭氧、含水量適中）和充足的底物營養物質外，添加外源發酵劑是確保發酵品質的關鍵。發酵劑種類按用途可分為發酵促進劑、發酵抑制劑和營養添加劑3類；其中發酵促進劑，如接種乳酸菌，可在發酵體系中迅速建立菌群優勢，產生大量乳酸等有機酸，抑制有害微生物活動，從而確保發酵品質、提高反芻家畜適口性；發酵抑制劑（常見使用甲酸）同樣是利用有機酸的酸性作用，快速降低發酵體系pH值，從而抑制發酵過程中有害微生物的繁殖；營養性添加劑除了為發酵體系微生物提供營養外，主要是增強和提高營養成分含量，以改善青貯飼料品質［9］。目前由于單獨添加外源發酵劑產生的效果不同，且不同非常規原料特征不同；因此，實際生產中往往多采用復合形式添加，且需要合理控制添加劑量以最大化節約生產成本。前期研究表明，1.5 g·kg^-1植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）與不同添加水平糖蜜（2%～6%）復合發酵‘張雜谷’全株青貯時，最優糖蜜添加量為4%［10］。在香蕉莖于小麥麩混貯中添加纖維素酶（0.05～0.25 g·kg-1）的最優添加量為0.25 g·kg^-1［11］。甘蔗尾青貯聯合接種Lactobacillus plantarum和布氏乳桿菌（Lactobacillus plantarum）2.0×10⁶ cfu·g^-1，能夠最大化保存營養物質并提高青貯的有氧穩定性［12］；紫花苜蓿青貯中在添加復合乳酸菌菌劑的基礎上添加1.5或3.0 g·kg^-1尿素時的青貯效果最佳［13］。

縱觀以往研究證實青貯中的添加劑種類和添加劑量差異較大，而針對葵花副產物微貯的復合發酵劑的種類和添加劑量目前尚無定論。本團隊前期通過響應曲面分析法優化出改善葵花副產物微貯方式［14］；本試驗旨在通過對營養品質、發酵品質、微生物數量和瘤胃降解率的詳細分析，驗證前期優化出的復合發酵劑配方，為本地區葵花副產物的實際利用提供有力支撐。

1材料與方法

1.1主要材料及原料營養品質

試驗所用葵花副產物包括葵籽收獲后的葵桿、葵頭、葵葉，采自哈巴河縣試驗基地（坐標：48°4′50.77″ N，86°23′58.77″E，海拔530 m），其中葵桿、葵頭和葵葉分別占總重的61.3%，21.4%和17.4%（干重，DM%）。

復合發酵劑中所用尿素購自烏魯木齊石化分公司（總氮含量≥46%），糖蜜購自中糧屯河糖業股份有限公司昌吉糖業分公司，總糖（蔗糖和還原糖）含量≥45%，纖維素酶購自龐博生物公司（酶活為10 000 U·g^-1，主要成分為纖維素酶和葡萄糖），乳酸菌（Lactic acid bacteria，LAB）采用產酸能力較強的植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum，ACCC11016），購自北京市中國農業微生物菌種保藏管理中心（Agricultural Culture Collection of China，ACCC）。

1.2試驗設計本試驗采用單因素試驗設計，共2個處理，即葵花副產物微貯不添加菌劑對照處理（CK）和添加復合發酵劑處理（SY），每個處理5個重復。復合發酵劑及最優條件為實驗室前期優化所得，具體為：植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）9.3×105（FW，cfu·g^-1），糖蜜3.57（FW，%），尿素0.3（FW，%），纖維素酶0.14（FW，%）［14］。將葵花副產物切割2～3 cm，微貯采用真空袋法調制（真空袋規格為40 cm×50 cm），每袋定量填裝1.5 kg（以原料含水量基礎添加純凈水，使得所有處理初始發酵體系含水量在70%），按照不同處理和重復分別填裝后立刻采用抽真空機進行密封。實驗室環境（23℃～28℃）發酵60 d，60 d后開袋進行感官評定，并測定營養品質、發酵品質、微生物數量及綿羊瘤胃降解率。

采用瘤胃瘺管尼龍袋法測定各營養成分瘤胃降解率［15］。試驗選取3只體重（（50±3） kg）、年齡相近，裝有永久性瘤胃瘺管的綿羊作為試驗動物。按照NRC（1996）肉羊營養需要配制試驗羊的基礎飼糧，試驗日糧組成為：200 g精料（天康畜牧生物技術公司提供：玉米51%、麩皮24%、豆粕18%、碳酸氫鈣2.5%、添加劑2%、尿素1.5%、食鹽1%）、1.5 kg青貯玉米、0.4 kg麥草，每天于08：00和18：00進行飼喂，全天自由飲水。預飼期10 d。尼龍袋規格為5 cm×8 cm，孔徑40～50 μm，每袋準確填裝3 g樣品（恒定過40目篩），每個樣品每個時間點每頭羊設置4個重復，到相應時間（12 h，24 h，48 h）后將尼龍袋取出沖洗干凈，在65℃烘箱中烘干48 h，測定各營養成分含量。

1.3樣品檢測方法

1.3.1感官評定采用德國農業協會（Deutche Lan Dwirtschafts Geseutschaft）評分法對青貯飼料進行感官評定［16］。

1.3.2營養品質測定將葵花副產物原料與發酵后養分分別稱200 g于65℃烘箱中烘干至恒重，粉碎后過40目篩并保存備用。樣品中的中性洗滌纖維（NDF）、酸性洗滌纖維（ADF）采用范式洗滌纖維法測定（自制纖維袋，專利號：ZL201621382211.7和ZL201621382214.0）；可溶性碳水化合物（WSC）采用蒽酮-硫酸比色法測定（722可見分光光度計，上海精密科學儀器有限公司）；干物質（DM）采用烘干法檢測（DHG-9620A鼓風干燥機，上海合恒儀器設備有限公司）；Ash含量采用550℃灼燒法測定（XL-3000型高效節能智能一體馬弗爐，上海合恒儀器設備有限公司）；粗蛋白（CP）采用凱氏定氮法測定（Kjeltec 8400 FOSS全自動凱氏定氮儀，美國福斯公司）；粗脂肪（EE）石油醚浸提法測定（玻璃索氏提取器，上海壘固有限公司）［17］。

1.3.3發酵品質測定pH值及氨態氮（NH₃-N）含量的測定：試驗前備好180 mL去離子水，準確稱取20 g葵花微貯飼料鮮樣，入備好的180 mL的去離子水中，入4℃冰箱24 h后，測定浸提液pH值，pH值利用酸度計測定（PHSJ3F酸度計，上海儀電科學儀器股份有限公司）。利用注射器把過濾好的浸提液吸入到5 mL的離心管中，測定微貯浸提液NH₃-N備用；并用密粒超強微孔濾膜使浸提液過濾到5 ml的離心管中，備用測定有機酸。NH₃-N含量測定采用苯酚-次氯酸鈉比色法［18］。

有機酸含量的測定，包括乳酸（Lactic acid，LA）、乙酸（Acetic acid，AA）、丙酸（Propanoic acid，PA）和丁酸（Butyric acid，BA）含量，采用液相色譜法測定（Agilent1260高效液相色譜儀HPLC，美國安捷倫科技公司），色譜條件為：WatersAtlantisC18；流動相20 mm磷酸二氫鈉（pH為2.7）；流速0.7 mL·min^-1；紫外波長210 nm，柱溫30℃，樣前過膜，測時間為45 min，壓力1 380萬Pa；進樣20 μL；紫外檢測器波長214 nm［19］。

1.3.4微貯飼料中微生物數量的測定采用傳統菌落計數方法［20］。分別測定微貯飼料中乳酸菌（LAB）、好氧細菌（Aerobic bacteria，AB）、霉菌（Mold）和酵母菌（Yeast）數量，每個梯度5個平行。其中，LAB采用MRS培養基37℃厭氧條件下培養48 h；AB采用PCA（Plate count agar）培養基30℃好氧條件下培養24 h；Mould和Yeast分別采用高鹽察氏培養基SCDA（Salt czapek dox agar）和MEA（Malt extract agar）培養基30℃厭氧條件下培養24 h；培養基均購自北京路橋集團有限公司。

1.3.5綿羊瘤胃降解率測定瘤胃降解率測定干物質降解率（DMD）、中性洗滌纖維降解率（NDFD）、酸性洗滌纖維降解率（ADFD）和有機物降解率（OMD），其中DMD，NDFD，ADFD測定方法同DM，NDF，ADF含量的測定方法，采用灰化法測定OMD［OMD（%）=1-Ash%］。

1.4 數據處理

數據的初步整理和統計采用Microsoft Excel 2017軟件。所有指標采用SPSS 20.0統計軟件進行單因素方差分析，采用Duncan法進行多重比較。

各營養指標瘤胃降解率公式為［21］：D_x=［（M_A-M_B）/M_A］×100%。其中D_x表示待測樣本某指標的瘤胃降解率（%）；M_A表示待測樣本某指標的含量（g）；M_B表示過瘤胃殘余的某指標的含量（g）。

2結果與分析

2.1復合發酵劑葵花副產物微貯的感官評定通過對葵花副產物微貯60 d開袋時的感官評定，結果表明（表2），CK處理微貯飼料有較強的酸味，芳香味弱，莖葉結構保持良好，色澤呈黃褐色且烘干后呈淡黃色。SY處理微貯飼料有較強酸味，有芳香味，莖葉結構保持良好，烘干后顏色為淡褐色。從總體表現來看，SY處理與CK處理差異不明顯。

2.2復合發酵劑對葵花副產物微貯營養品質、發酵品質和微生物數量的影響通過對葵花副產物微貯60 d開袋時營養、發酵品質測定，結果表明（表3）：SY處理的WSC，DM，CP，LA，NH₃-N含量顯著高于CK處理（P＜0.05）；NDF和ADF含量、pH值顯著低于CK處理（P＜0.05）。2個處理中均未檢測出BA含量。其它指標差異均不顯著。通過對葵花副產物微貯60 d開袋時微生物數量的測定，結果表明（表3）：SY處理的LAB數量顯著高于CK處理（P＜0.05），霉菌和酵母菌數量顯著低于CK處理（P＜0.05），2個處理之間好氧細菌數量差異不顯著。

2.3復合發酵劑對葵花副產物微貯綿羊瘤胃降解率的影響通過對葵花副產物微貯的綿羊瘤胃降解率分析（圖1），結果表明，隨樣品在瘤胃中停留時間的延長，各指標均呈現增長趨勢，其中SY處理在24 h和48 h的DMD和OMD顯著高于CK處理（P＜0.05）；其它時間點和指標差異均不顯著。

3討論

3.1添加復合發酵劑對葵花副產物微貯營養品質的影響

纖維是構成植物細胞壁的主要成分，添加發酵劑的可降解植物細胞壁，促進細胞內容物流出，改善青貯發酵效率［9］。本研究中，添加復合發酵劑能夠顯著降低葵花副產物微貯中NDF和ADF的含量（P＜0.05），其原因一方面可能為添加的纖維素酶（0.14%）有效的破壞了植物細胞壁結構，將青貯中不溶性碳水化合物降解為可溶性碳水化合物［22-23］。另一方面尿素（0.3%）的添加不僅可水解產生OH-和NH⁺₄離子促進植物細胞壁溶解，降低青貯中纖維含量，還有部分揮發產生的氨可增強纖維素酶對植物細胞壁的降解效率［24］。此外，添加糖蜜（3.57%）可為青貯中優勢LAB（Lactobacillus plantarum）提供底物，進而通過Lactobacillus plantarum的快速繁殖，提高發酵體系中LA含量以增加對結構碳水化合物的酸解［25-27］；同時，據本團隊初步試驗驗證，糖蜜的添加也可能促進了發酵前期某些纖維素分解菌，如貝萊斯芽孢桿菌（Bacillus velezensis）、阿氏芽孢桿菌（Bacillus aryabhattai）、解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens）的生長繁殖，進而促進了纖維類物質的分解［28］。本研究中，由于添加糖蜜以及纖維素酶的作用［29］，使得發酵體系（60 d）WSC含量顯著提高（P＜0.05）；此外，添加的尿素可部分抑制青貯中有害微生物（霉菌、酵母菌等）的活性［26］，減少發酵體系中微生物源對WSC的消耗；同時，青貯發酵前期好氧微生物活動頻繁，加劇底物營養的損失，添加Lactobacillus plantarum（9.3×105cfu·g^-1）使得優良乳酸菌在發酵前期建立優勢，四者（糖蜜、纖維素酶、尿素、Lactobacillus plantarum）共同建立了良好的發酵環境［8］，不僅顯著提高了發酵體系中WSC含量，且最大化保存了DM含量（P＜0.05）。本研究中，CP含量的顯著提高主要與尿素的添加量有關（P＜0.05），但大量尿素的添加會提高發酵飼料的緩沖能［30］，進而破壞發酵體系；而本研究復合發酵劑中的糖蜜和Lactobacillus plantarum均能抵消尿素所產生的緩沖能，進而達到綜合改善葵花副產物微貯品質的效果。

3.2添加復合發酵劑對葵花微貯發酵品質及微生物數量的影響

有機酸和NH₃-N是衡量青貯品質的重要指標。大量研究表明，優質青貯飼料范圍，pH值≤4.2，BA含量＜0.2%，DM，NH₃-N＜11% TN，LA含量在3%～13% DM［31］。本研究中，主要由于復合發酵劑中糖蜜和Lactobacillus plantarum的添加，提高了發酵體系中有機酸，尤其是LA的含量（P＜0.05），進而使得pH值顯著低于CK處理（P＜0.05），這與以往研究結果相同［13，30，32-33］。青貯發酵初期，尿素在脲酶的作用下易分解為氨［34］，增加發酵體系中緩沖能，但脲酶活動在pH值＜4.6時受到抑制［35］。本研究中添加復合發酵劑雖顯著提高了NH₃-N的含量（P＜0.05），但并未提高NH₃-N/TN，說明尿素受到酸性環境的影響，不會引起飼料腐?。?0］。值得注意的是，添加復合發酵劑與否，均未顯著影響發酵體系中其它揮發性脂肪酸（AA，PA和BA）的含量，其具體原因還有待繼續分析。本研究中，添加復合發酵劑能顯著增加LAB的數量、降低霉菌和酵母菌的數量（P＜0.05），而對好氧菌的影響不大，其原因主要為復合發酵劑對發酵環境的優化作用［30］。

3.3添加復合發酵劑對葵花副產物微貯飼料瘤胃降解率的影響

瘤胃有效降解率是衡量反芻動物營養發酵程度的重要參數。以往研究表明，如纖維素酶、糖蜜和LAB等的添加可增加青貯飼料中纖維組分的降解率［32，36-37］。本研究中，雖添加復合發酵劑提高了NDFD和ADFD，但差異不顯著，說明瘤胃微生物對微貯飼料纖維組分的降解占主導作用，而復合發酵劑的添加對其影響不大。此外，研究表明，飼料中高DM含量可更好的促進瘤胃的蠕動，提高反芻家畜對DM和OM的降解［38-39］，本研究中4類發酵劑的添加最大化的保存了微貯飼料中DM含量，且顯著提高了飼料在瘤胃中24 h和48 h的DMD和OMD（P＜0.05），這與前人研究結果相似。然而，由于瘤胃的內環境較為復雜，復合添加劑在其中所起到的實際作用以及作用規律如何，本研究尚未明確，在后續研究中需要重點研究葵花副產物發酵飼料在瘤胃中的作用，以確保該非常規飼料源的轉化利用。

4結論

綜上，葵花副產物微貯中添加復合發酵劑，能夠顯著提高營養物質含量，降低發酵體系纖維含量；同時通過提高有益微生物，降低有害微生物數量，確保發酵體系酸性環境以減少飼料腐??；進一步通過改善飼料在瘤胃中（12 h～24 h）的干物質和有機物降解率，達到綜合提高發酵飼料品質目的。

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（責任編輯 劉婷婷）