乳酸菌對不同果穗狀態全株青貯玉米飼料品質的影響

田吉鵬 程云輝 劉蓓一 顧洪如 丁成龍

摘要 為研究乳酸菌添加劑對不同果穗狀態全株玉米青貯飼料發酵品質、營養品質、真菌污染和有氧穩定性的影響，利用蒸餾水（CK）、植物乳桿菌處理（LP處理，添加量為1×106 CFU/g 鮮樣）以及布氏乳桿菌處理（LB處理，添加量為1×106 CFU/g 鮮樣）添加進果穗全包、果穗露頂和果穗露頂穗腐組中進行青貯發酵。結果表明，所有處理均取得了良好的發酵效果。果穗露頂組具有更高的WSC含量和霉菌數量，且相對果穗全包組具有更高的總酸含量、乳酸/乙酸比值和更低的pH。LP處理增加了乳酸含量、降低了pH。LB處理顯著增加了乙酸含量并降低乳酸/乙酸比值，具有最低的酵母菌數量和最高的有氧穩定性，2種添加劑的使用均顯著降低了氨態氮含量和霉菌數量。乳酸菌添加劑的應用對于提升不同果穗狀態的全株玉米青貯飼料發酵品質、營養品質和有氧穩定性并降低真菌污染具有重要意義。

關鍵詞 乳酸菌；果穗露頂；全株玉米青貯；真菌污染；有氧穩定性

中圖分類號 S548? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2024）11-0072-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.11.015

Effect of Lactic Acid Bacteria on the Quality of Whole Crop Corn Silage in Different Ear States

TIAN? Ji-peng1，2， CHENG? Yun-hui1，2， LIU? Bei-yi1，2? et? al

（1.Institute of Animal Science， Jiangsu Academy of Agricultural Science， Nanjing， Jiangsu? 210014;2. Key Laboratory of Crop and Animal Integrated Farming， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Nanjing， Jiangsu 210014）

Abstract In order to study the effects of lactic acid bacteria additives on the fermentation quality， nutritional quality， fungal contamination， and aerobic stability of whole plant corn silage in different ear states， distilled water （CK）， Lactiplantibacillus plantarum treatment （LP treatment， addition amount of 1×106 CFU/g fresh sample）， and Lentilactobacillus buchneri treatment （LB treatment， addition amount of 1×106 CFU/g fresh sample） were added to cob full covered by bracts， cob exposed bracts， ear rot at the exposed top groups for silage fermentation. The results showed that all treatment groups achieved good fermentation effects. The cob exposed bracts had higher WSC content and mold count， and had higher total acid content， lactic acid/acetic acid ratio， and lower pH compared to the fully enclosed group of fruit clusters. LP treatment increased lactate content and decreased pH. LB treatment significantly increased the acetic acid content and decreased the lactic acid/acetic acid ratio， with the lowest yeast count and highest aerobic stability. The use of both additives significantly reduced the ammonia nitrogen content and mold count. The application of lactic acid bacteria additives was of great significance for improving the fermentation quality， nutritional quality， aerobic stability， and reducing fungal contamination of whole plant corn silage with different ear states.

Key words Lactic acid bacteria;Cob exposed bracts;Whole corn plant silage;Fungal counts;Aerobic stability

基金項目 江蘇省蘇北科技專項（先導性項目）（XZ-SZ202114）；江蘇省農業科技自主創新資金項目［CX（21）2017］。

作者簡介 田吉鵬（1987—），男，山東煙臺人，副研究員，博士，從事飼草調制加工研究。*通信作者，副研究員，從事飼草調制加工研究。

收稿日期 2023-07-27

全株青貯玉米是我國奶牛產業的最重要粗飼料之一而備受種植戶青睞，在全國各氣候區都有全株青貯玉米的廣泛種植［1］。近年來，隨著青貯玉米品種的不斷選育加上專用栽培技術的顯著創新，越來越多的全株青貯玉米品種在生產上得以推廣應用。但相較于畜牧產業需求，現有專用青貯玉米品種仍然偏少且推廣面積普遍較少，難以適應全國范圍不同地區不同生態環境的生產應用。南方地區高溫高濕，極端氣候連年高發，對于青貯玉米種植有明顯負面影響［2］。因此，研究南方地區受到氣候脅迫的青貯玉米如何進行青貯加工以提升質量、降低損失具有重要意義。

南方地區夏季降雨量較大，青貯玉米生長后期易受連綿陰雨的影響，果穗容易發生露頂現象。同時由于全株青貯玉米普遍栽培密度較大且植株高大，田間通風、通光能力不強，影響玉米果穗的正常生長。裸露出的果穗上部容易出現缺粒現象，籽粒明顯減少，造成玉米果穗淀粉含量的下降。暴露在外的籽粒部分更容易受到穗腐病等病蟲害的影響，果穗上會集中更多霉菌和酵母菌等真菌，影響全株玉米的發酵品質［3］。

全株青貯玉米可溶性糖含量十分豐富，附著乳酸菌數量極多，切碎容易，緩沖能值低，十分適合進行青貯發酵［4］。但豐富的可溶性糖會導致大量酵母菌和霉菌的附著，青貯厭氧條件下霉菌和酵母菌雖受到抑制但仍然存活，待青貯開窖后可快速繁殖，消耗青貯玉米營養，造成有氧腐敗。因此，可添加合適的添加劑來抑制霉菌和酵母菌活性，提升全株玉米青貯質量及有氧穩定性。目前應用最為廣泛、效果最好的青貯添加劑是乳酸菌添加劑［5］。乳酸菌添加劑包括植物乳桿菌等同型發酵乳酸菌和布氏乳桿菌等異型發酵乳酸菌，其中植物乳桿菌能夠產生大量乳酸從而快速降低青貯飼料的pH，而布氏乳桿菌能夠進一步將乳酸轉化為乙酸，有效提升青貯飼料有氧穩定性。目前對于全株玉米青貯飼料乳酸菌添加劑的研究較多，但對于果穗露頂和穗腐的玉米全株青貯是否有效仍不清楚。筆者添加不同乳酸菌制劑在果穗全包、露頂和穗腐的玉米全株青貯中，分析其對全株玉米青貯飼料發酵品質、營養品質、真菌數量和有氧穩定性的影響，探討果穗露頂、穗腐現象對全株玉米青貯飼料質量的影響及適合的乳酸菌添加劑處理，為果穗露頂全株玉米青貯飼料的加工和利用提供科學依據和技術依托。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

全株玉米為徐州大漢天立農業科技發展有限公司種植的青貯玉米京科青貯516，種植密度75 000株/hm2，氮肥施用量為300 kg/hm2，根據需要進行補充灌溉以維持青貯玉米正常生長。乳熟末期開始進行全株玉米收獲，留茬高度5 cm，收獲后根據果穗是否露頂和全包進行分類并分別進行粉碎，粉碎成2～3 cm的小段用于青貯飼料制作。

乳酸菌采用畜牧研究所飼草加工與草畜結合創新團隊自有乳酸菌植物乳桿菌和布氏乳桿菌，添加量為1×106 CFU/g。

1.2 試驗設計

利用雙因素完全隨機設計開展試驗，對于果穗全包、露頂及穗腐青貯原料，分別用蒸餾水（CK組）、植物乳桿菌組（LP組）、布氏乳桿菌組（LB組）進行處理，每個處理3個重復，其中2種乳酸菌的添加量分別為1×106 CFU/g鮮樣，在添加前利用少量MRS液體培養基活化30 min，所有處理組所用水量相等（20 mL/kg）。將粉碎并噴灑添加劑后的青貯原料裝入青貯罐（1 L）中壓實并用膠帶密封，壓實密度750 kg/m3（每罐約750 g），室溫存放90 d后開封，測定發酵品質、營養品質、真菌計數和有氧穩定性。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 發酵品質。

取青貯料20 g，在室溫（20～23 ℃）條件下，用180 mL蒸餾水進行30 s（2次）均質，然后用4層紗布和定性濾紙過濾。濾液的pH使用玻璃電極pH計（pHS-3C，Shanghai，China）測定。濾液用0.22 μm的水系一次性過濾器進一步檢測有機酸。檢測的有機酸包括乳酸、乙酸、丙酸和丁酸，采用安捷倫公司的高效液相色譜（HPLC）測定［6］。分析條件：色譜柱為Shodex RSpak KC-811S-DVB gel C（8.0 mm×30 cm，島津，日本東京）；恒溫箱溫度50 ℃；流動相3 mmol/L HClO4，流量1.0 mL/min；注射量5 μL。總酸含量為乳酸、乙酸、丙酸和丁酸之和，乳酸/乙酸為同一個樣品乳酸含量和乙酸含量的比值。氨態氮含量的測定參照Broderick等［7］的苯酚-次氯酸鈉方法進行測定。

1.3.2 真菌計數。

取青貯飼料20 g，加入180 mL高溫滅菌冷卻后的生理鹽水，在振蕩搖床上25 ℃恒溫搖2 h，在孟加拉紅培養基（DRBC，北京奧博興生物科技有限公司）涂布板上對稀釋液進行酵母菌和霉菌計數。25 ℃黑暗培養5～7 d。結果以1 g樣品的菌落形成單位（CFU/g）表示［8］。

1.3.3 營養品質。

取青貯飼料200 g，65 ℃烘干48 h，稱重測定干物質（DM）含量，粉碎后過1 mm篩，進行營養品質分析。利用凱氏定氮法測量總氮含量，并用總氮×6.25計算全株玉米青貯飼料粗蛋白（CP）含量［9］。中性洗滌纖維（aNDF）［10］在檢測過程中用熱穩定性淀粉酶處理，與酸性洗滌纖維（ADF）［11］同時利用Ankom全自動纖維測定儀進行測定。利用80%乙醇提取，蒽酮比色法測定可溶性糖（WSC）含量［12］，提取完的殘渣烘干后用高氯酸水解-蒽酮比色法進行測定［13］。

1.3.4 有氧穩定性。

每個樣品剩余約500 g，在室溫（20±1）℃下，松散后裝入原1 L青貯罐中進行有氧暴露。利用溫度記錄儀（MDL-1048A，上海天河自動化儀表有限公司，中國）測量青貯罐中心的溫度變化。有氧穩定性定義為青貯罐開后青貯溫度比環境溫度升高2 ℃所需要的時間。

1.4 數據分析

原始數據用Excel處理，以平均值±標準誤的形式顯示。采用SAS（1990）的PROC - MIX程序進行方差分析，檢驗玉米果穗狀態（C）、乳酸菌添加劑效應（L）和C×L互作的顯著性。當交互效應顯著時，利用鄧肯法對不同處理組進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同乳酸菌添加劑對全株玉米青貯飼料發酵品質的影響

由表1可知，果穗狀態對全株玉米青貯飼料4種有機酸含量無顯著影響，但對于總酸含量、乳酸/乙酸比值和pH有顯著影響（P<0.05）。果穗露頂組全株青貯的總體均值相比于果穗全包組具有更高的總酸含量（P<0.05），更低的pH和乳酸/乙酸比值（P<0.05）。果穗露頂穗腐組pH和有機酸等指標的總體均值處于3個果穗狀態組的中間位置，且與其他2個狀態組無顯著差異。乳酸菌添加劑對于pH、乳酸、乙酸和總酸含量以及乳酸/乙酸比值有極顯著影響（P<0.01）。LP處理的總體均值具有最高的乳酸含量和最低的pH（P<0.05），而LB處理具有最高的乙酸含量和總酸含量，同時乳酸/乙酸比值最低（P<0.05）。丙酸和丁酸含量不受原料和乳酸菌添加劑的影響且檢出量都極少。

2.2 不同乳酸菌添加劑對全株玉米青貯飼料營養品質的影響

由表2可知，全株玉米青貯飼料的DM含量在28.96%～32.36%，果穗狀態（P<0.01）及乳酸菌添加劑（P<0.05）都對DM含量存在顯著影響，且果穗狀態和乳酸菌添加劑對于DM含量存在顯著的交互效應（P<0.01）。果穗全包組的CK具有最低的DM含量，而露頂穗腐組的CK和LB處理具有較高的DM含量（P<0.05）。對于CP含量，果穗狀態和乳酸菌添加劑均無顯著影響（P>0.05）。果穗狀態對于NDF（P<0.05）、ADF（P<0.01）、WSC（P<0.01）和淀粉（P<0.01）含量有顯著影響。從總體均值上看，露頂穗腐組具有最低的NDF、ADF和最高的淀粉含量（P<0.05），而果穗全包組具有最低的WSC含量（P<0.05）。乳酸菌添加劑對氨態氮（P<0.01）、WSC（P<0.05）和淀粉（P<0.05）含量有顯著影響。從總體均值上看，LP和LB處理相比CK能夠顯著降低全株玉米青貯飼料的氨態氮含量（P<0.05），LP處理顯著降低WSC含量（P<0.05），而LB處理相比LP處理具有更低的淀粉含量（P<0.05）。對于氨態氮（P<0.01）和NDF（P<0.05）含量，果穗狀態和乳酸菌添加劑同樣具有顯著的交互效應。果穗全包組的CK氨態氮含量最高而LB處理氨態氮含量最低（P<0.05）。LP處理僅在果穗全包組中與CK在氨態氮含量上存在顯著差異（P<0.05）。在露頂穗腐組中所有處理組之間在氨態氮含量上無顯著差異（P>0.05）。對于NDF含量，果穗全包組的LB處理具有最高的NDF含量，而露頂穗腐組的CK具有最低的NDF含量（P<0.05）。

2.3 不同乳酸菌添加劑對全株玉米青貯飼料有氧穩定性和真菌數量的影響

由表3可知，果穗狀態對于全株玉米青貯飼料的霉菌數量具有顯著影響（P<0.05）。相比于果穗全包組的總體均值，果穗露頂組霉菌數量更高（P<0.05），露頂穗腐CK組霉菌數量最高。乳酸菌添加劑對于霉菌數量有極顯著影響（P<0.01）。從總體均值上看，LP和LB處理能夠顯著降低全株玉米青貯飼料的霉菌數量（P<0.05）。乳酸菌

添加劑對于酵母菌數量（P<0.01）和有氧穩定性（P<0.001）

具有極顯著影響。LB處理具有最低的酵母菌數量和最高的有氧穩定性（P<0.05）。LP處理的總體均值相比CK具有更低的酵母菌數量（P<0.05）但有氧穩定性略高于CK，無顯著差異（P>0.05）。這可能是果穗狀態和乳酸菌添加劑之間顯著的交互效應（P<0.05）導致。LP處理在果穗全包組中顯著降低了有氧穩定性且與CK組相比酵母菌數量無顯著差異（P>0.05），但在果穗露頂和露頂穗腐組中LP能夠顯著降低酵母菌數量并提升有氧穩定性（P<0.05）。露頂穗腐組CK的酵母菌數量最多，但與其他2個果穗狀態組的CK無顯著差異。在果穗全包組中LB處理的全株玉米青貯飼料未檢出霉菌和酵母菌。

3 討論

3.1 乳酸菌添加劑對不同果穗狀態全株玉米青貯飼料發酵品質的影響

青貯發酵是指在厭氧條件下新鮮或者萎蔫的青綠飼料在附著或者外源添加乳酸菌的作用下促進有機酸發酵，抑制有害微生物發酵，使青貯pH快速下降的過程［14］。因此，青貯pH和有機酸含量是決定青貯發酵品質的關鍵。優質的玉米青貯飼料最佳pH應低于4.2以抑制有害微生物［15］，該研究中所有處理青貯pH均低于4.0，發酵表現良好，并未因為果穗露出或者穗腐出現明顯的發酵失敗。這可能是由于果穗頂端部分占全株的比例很小，全株粉碎發酵時果穗變化對青貯發酵的影響也較小。同時由于玉米富含可溶性糖，十分容易青貯，少量的有害真菌增加對于全株玉米青貯飼料的乳酸菌發酵影響不大。目前商業上常用的乳酸菌包括同型發酵乳酸菌和異型發酵乳酸菌，前者代表菌株為植物乳桿菌，后者代表菌株為布氏乳桿菌。植物乳桿菌能夠消耗可溶性糖快速產生乳酸從而降低青貯飼料的pH，而布氏乳桿菌能夠消耗乳酸產生乙酸［16］。植物乳桿菌是玉米青貯飼料中的主導菌株［17］。該研究所用植物乳桿菌在全株玉米青貯飼料中產生的乳酸最多，pH最低，發酵效果良好。布氏乳桿菌本身對于全株玉米青貯發酵具有負面影響，包括乳酸被轉化為乙酸造成的損失以及乙酸含量上升導致的氣味變差。因此，長期以來布氏乳桿菌未被列入青貯添加劑直到研究認為乙酸能夠有效提升全株玉米青貯飼料的有氧穩定性。同時，布氏乳桿菌對于全株玉米青貯而言具有菌株特異性，許多菌株在青貯發酵過程中無法成功提升玉米青貯飼料的乙酸含量［18-20］。該研究所用布氏乳桿菌能夠有效提升乙酸含量，且乳酸和乙酸的比值也最低，是十分適合全株玉米青貯飼料的菌株。正常的全株玉米青貯飼料中丙酸和丁酸含量很少，該研究所用京科青貯516處于乳熟末期，干物質含量較低，但丁酸含量很少，說明青貯發酵過程中丁酸梭菌［21］受到了良好的控制。

3.2 乳酸菌添加劑對不同果穗狀態全株玉米青貯飼料營養品質的影響

乳酸菌添加劑和果穗狀態在pH和有機酸方面無顯著交互效應，但在DM含量、氨態氮含量和NDF含量上存在顯著的交互效應。雖然在同一地塊，但穗腐病嚴重全株玉米青貯飼料DM含量更高，這可能是由于氣候等條件導致同一地塊果穗生長存在一定的差異，DM更高的果穗感染鐮刀菌和曲霉菌等真菌導致穗腐病的概率更高［22］。研究表明，穗腐病與產量、單穗粒重、穗位、生育期、禿尖長、出籽率等有密切關系［23］。在該研究中導致穗腐病的真菌集中在淀粉和WSC含量較高的植株，導致果穗露頂和穗腐組淀粉和WSC含量明顯高于果穗全包組，而NDF和ADF含量低于果穗全包組。雖然對于粗蛋白和總氮含量無顯著影響，乳酸菌添加劑的使用顯著抑制了全株玉米青貯飼料中的蛋白質降解，導致青貯發酵過程中產生的氨態氮含量降低。這與萬學瑞等［24］的研究結果認為同型發酵乳酸菌和異型發酵乳酸菌能夠顯著降低氨態氮含量一致。

3.3 乳酸菌添加劑對不同果穗狀態全株玉米青貯飼料有氧穩定性和真菌數量的影響

通常全株玉米青貯飼料在開封后會經歷2個升溫過程，第一個升溫峰是耐酸酵母主導的，第二個較小的升溫峰則是由霉菌主導的［25］。霉菌和酵母菌在厭氧發酵過程中受到抑制，雖然因為露頂和穗腐等造成霉菌數量有一定增加，但良好的發酵環境使得整體上全株玉米青貯飼料中霉菌數量低于3logCFU/g，不會對反芻動物造成負面影響。植物乳桿菌是同型發酵乳酸菌，能夠增加乳酸含量抑制酵母菌等真菌，但在存在耐酸酵母并其他抑菌物質較少的情況下植物乳桿菌可能會出現負面效果。這是因為植物乳桿菌產生了更多的乳酸，而耐酸酵母能夠利用乳酸進行繁殖從而造成有氧腐敗。LB處理中的布氏乳桿菌對于全株玉米青貯飼料中的真菌具有抑制效果。這種抑制效果主要是由于布氏乳桿菌能夠消耗乳酸產生乙酸，對于酵母菌、霉菌等真菌都具有一定的抑制效果，哪怕青貯后期開封后布氏乳桿菌不再活躍，產生的乙酸對于真菌也會有較為持久的抑制效果，這與Li等［26］的研究結果一致。該研究中LB處理的有氧穩定性全部超過150 h，對于降低飼喂過程中全株玉米青貯飼料的損失、提升安全性具有重要意義。

4 結論

在發酵條件良好的情況下果穗露頂和露頂穗腐會小幅增加全株玉米青貯飼料的霉菌數量，相比于果穗露頂，露頂穗腐更進一步的影響有限。對于全株玉米青貯飼料的發酵品質而言果穗的露頂和穗腐狀態無明顯負面作用。乳酸菌添加劑的使用顯著提升了全株玉米青貯飼料的品質，其中LB的使用有效提升了乙酸含量，抑制了真菌污染，提升了有氧穩定性。因此，乳酸菌添加劑的使用對于提高不同果穗狀態全株玉米青貯飼料的青貯品質和安全性具有重要作用。

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