不同添加剂及贮藏温度对发酵全混合日粮品质和真菌数量的影响
摘要:本试验旨在探究添加剂及贮藏温度对发酵全混合日粮(Fermented Total Mixed Rations,FTMR)的影响,为FTMR在生产实践中的应用提供科学依据。试验设置了布氏乳杆菌(Lactobacillus buchneri,LB)、没食子酸(Gallicacid,GA)、果胶酶(Pectinase,PE),共3个添加剂和对照组(CK),4个不同的贮藏温度(10℃、20℃、30℃和40℃),发酵7d后取样。结果表明,随着贮藏温度的升高,各处理的pH值均显著降低,CK、LB和GA处理组的pH值于30℃达到最低,PE处理组于40℃达到最低(P<0.05);随着贮藏温度的升高,各处理组中乙酸和丙酸的含量均显著升高(P<0.05),其中乙酸的含量于30℃时达到最高,丙酸的含量于40℃时达到最高;添加PE后,FTMR的pH值在10℃、30℃和40℃下均显著低于其他处理组(P<0.05)。综上,贮藏温度为30℃和40℃时FTMR的发酵品质较好,当贮藏温度为10℃、30℃和40℃时添加果胶酶可以提高FTMR的发酵品质。
全混合日粮(Total Mixed Rations,TMR)是依据不同生长发育阶段和生产阶段反刍动物的营养需等日粮成分用特制的搅拌机混合成均匀一致、营养平衡的日粮,其在牛羊的饲养过程中使用比较广泛。但TMR的制作也需要大量专业的价格高昂的机器设备,需要较多的固定资本投入。为了解决TMR的上述缺点,日本率先开发了发酵全混合日粮(Fermented Total Mixed Rations,FTMR)技术。FTMR是普通青贮发酵技术和全混合日粮技术的结合,其具有饲料利用率及营养价值较高、可长距离运输实现商品化流通等特点,使得缺乏相关机器设备的生产单位也可以获得优质的日粮。但FTMR作为青贮饲料的一种,其品质与多种因素有关。有研究表明,在制作青贮饲料时合理地使用添加剂不但可以提高青贮效果,而且还可以获得品质优异的青贮饲料。乳酸菌是青贮制作过程中的首选添加剂,其可以有效降低青贮饲料的pH值,抑制不良微生物的代谢生长,减少干物质和蛋白质等营养物质的损失。布氏乳杆菌(Lactobacillus buchneri)作为异型发酵乳酸菌同样可以提高青贮饲料的青贮品质,而且还会增强青贮饲料的有氧稳定性。一般认为,青贮中主要存在的真菌是霉菌和酵母菌,其中霉菌可以利用糖和乳酸,分解纤维素等细胞壁成分,是造成青贮饲料腐败变坏的主要微生物。而没食子酸(Gallic acid)是一种天然有机酚酸,可以抑制腐败菌和食源性致病菌。He等认为没食子酸是绿色添加剂,其可以提高青贮的发酵品质,有利于蛋白质的保存。果胶(Pectin)广泛存在于植物细胞壁的初生壁和细胞中间片层,是一类杂多糖。果胶酶(Pectinase)可分解植物细胞壁中的果胶,使得细胞内的营养物质释放地更加完全,且分解产生的底物也有可能会促进乳酸菌的发酵。有研究表明,添加含果胶酶的组合酶制剂可以分解植物细胞壁中的果胶物质,提高了青贮的青贮品质、营养价值和饲料利用率。除添加剂外,贮藏温度也是影响青贮饲料品质的重要因素之一。较高的贮藏温度下青贮容易导致丁酸发酵,发酵品质变差;较低的贮藏温度下青贮则乳酸菌发酵较弱,需要较长的时间发酵来抑制不良微生物。目前,国内外对没食子酸、果胶酶等添加剂应用在FTMR中的研究较少。
本文通过FTMR青贮试验,研究了4种贮藏温度下3种添加剂对FTMR真菌数量和青贮品质的影响,探索适合FTMR的添加剂及FTMR的最佳贮藏温度,为FTMR在生产实践中的应用提供科学依据和参考,以促进FTMR的深度推广。
1材料与方法
1.1 试验材料
苜蓿青贮(Medicago sativa L.)、燕麦干草(Avena sativa L.)、玉米(Zea mays L.)、玉米青贮、氯化钠、豆粕(Glycine max(L.)Merr.)、预混料均来自于宁夏吴忠市盐池县巨峰农业开发有限公司,按照表1制作TMR;布氏乳杆菌来自于中国农业大学青贮加工实验室;没食子酸来自国药集团化学试剂有限公司;果胶酶来自阿拉丁试剂(上海)有限公司;
1.2 试验设计
试验设置了布氏乳杆菌(Lactobacillus buchneri,LB)、没食子酸(Gallic acid,GA)、果胶酶(Pectinase,PE)3个添加剂,添加量分别为1×106cfu·g-1,0.3%和0.015U·g-1,溶于30mL蒸馏水中添加,对照组(CK)添加等量的蒸馏水;对4个处理的青贮原料分别设置了4个不同的贮藏温度(10℃、20℃、30℃和40℃),共16个处理,每个处理3个重复。称取300g的TMR装入青贮袋中,用真空封口机封口。在温度为(10℃、20℃、30℃和40℃)的恒温培养箱中发酵,发酵7d之后开封,测定相关指标。
1.3 测定方法
采用田吉鹏的方法进行酵母菌和霉菌计数;采用雷磁PHS-3C型pH计测定pH值;采用岛津LC-20A型高效液相色谱仪(色谱柱:KC-811column,Shimadzu,日本;检测器:SPD-M10AVP;流动相:3mmol·L-1高氯酸,流速1mL·min-1,柱温50℃;检测波长210nm,进样量5μL)分析乳酸(Lactic acid,LA)、乙酸(Aceticacid,AA)、丙酸(Propionic acid,PA)和丁酸(Butyricacid,BA);采用苯酚-次氯酸钠法测定氨态氮/总氮(NH3-N/TN,AN/TN);采用张丽英的方法计算干物质(Dry matter,DM)含量;采用凯氏定氮法测定粗蛋白(Crude protein,CP)的含量,采用范氏法测定中性洗涤纤维(Neutral detergentfiber,NDF)和酸性洗涤纤维(Acid detergent fiber,ADF)的含量。
1.4 统计分析
采用Excel进行均值和标准误的计算,采用SPSS 17.0软件对温度和添加剂进行统计分析,并用Duncan法对各测定数据进行多重比较,测定结果用平均值±标准误表示。
2结果与分析
2.1 不同添加剂及贮藏温度对FTMR真菌数量的影响
由表2可知,当贮藏温度为20℃时,添加LB、GA和PE显著降低了FTMR中酵母菌的数量(P<0.05)。添加PE后在10℃、30℃和40℃均没有发现酵母菌。
2.2 不同添加剂及贮藏温度对FTMR发酵品质的影响
由表3可知,随着贮藏温度的升高,各处理的pH值均显著降低,CK、LB和GA处理组的pH值于30℃达到最低,PE处理组于40℃达到最低(P<0.05)。添加PE后,FTMR的pH值在10℃、30℃和40℃下均显著低于其他处理组(P<0.05)。添加LB后,FTMR的AN/TN在各个贮藏温度下均显著高于其他处理组(P<0.05)。从10℃到30℃,随着贮藏温度的升高,各处理组中LA的含量显著升高,但当贮藏温度为40℃时,LB、PE处理组和CK的LA的含量均显著低于30℃时LA的含量(P<0.05)。随着贮藏温度的升高,各处理组中AA和PA的含量均显著升高(P<0.05),其中AA的含量于30℃时达到最高,PA的含量于40℃时达到最高。
添加剂对AN/TN的影响极显著(P<0.01)。温度对pH值、LA、AA、PA的影响均极显著(P<0.01)。添加剂与温度互作对pH值、AN/TN、LA、AA、PA的影响均极显著(P<0.01)。
2.3 不同添加剂及贮藏温度对FTMR营养成分的影响
由表4可知,LB处理组中,当贮藏温度为40℃时其DM的含量显著高于贮藏温度为10℃和20℃时其DM的含量(P<0.05)。当贮藏温度为10℃和20℃时,对照组中DM的含量显著高于LB和PE处理组(P<0.05)。LB处理组中,当贮藏温度为40℃时,其NDF和ADF的含量显著低于其他贮藏温度和其他处理组(P<0.05)。GA处理组中,当贮藏温度为20℃和30℃时,其NDF的含量显著低于其他贮藏温度,当贮藏温度为30℃时ADF的含量显著低于其他贮藏温度(P<0.05)。添加GA后,随着贮藏温度的升高,ADF的含量先显著降低,于30℃时达到最低,之后又显著升高(P<0.05)。添加LB后,随着贮藏温度的升高,ADF的含量逐渐降低且差异显著(P<0.05)。LB处理组中,在各个贮藏温度中,其CP的含量均显著高于对照组(P<0.05)。GA处理组中,当贮藏温度为10℃和40℃时,其CP的含量显著高于对照组(P<0.05)。
3讨 论
3.1 不同添加剂及贮藏温度对FTMR真菌数量的影响
酵母菌和霉菌是青贮饲料中主要存在的真菌。酵母菌以糖为底物发酵生成二氧化碳和乙醇,造成糖分和干物质的损失,利用乳酸导致青贮饲料的pH升高,而pH上升会促进其它杂菌的生长。本研究在FTMR中发现了酵母菌,没有发现霉菌。当贮藏温度为20℃时,添加布氏乳杆菌、没食子酸和果胶酶显著降低了FTMR中酵母菌的数量。添加果胶酶后在10℃、30℃和40℃均没有发现酵母菌。有研究表明,添加布氏乳杆菌抑制了酵母菌和霉菌的数量,使得TMR的有氧稳定性得以提高,但是对TMR的干物质造成了一定的损失,这与本研究的结果类似,贮藏温度为20℃时,添加布氏乳杆菌不仅降低了FTMR中酵母菌的数量,也降低了FTMR中干物质的含量。对没食子酸的研究表明,其对在体外对6种食物中常见的腐败菌和食源性致病菌具有较好的抑制作用。本研究中,添加没食子酸降低了FTMR中酵母菌的数量可能是由于没食子酸的抑菌性能导致的。而添加果胶酶后在各个温度下的酵母菌的数量显著低于对照组,这可能是果胶酶水解产生的底物促进了乳酸菌的发酵,降低了pH值,最终抑制了酵母菌。
3.2 不同添加剂及贮藏温度对FTMR发酵品质的影响
通常情况下认为青贮成功的青贮饲料其pH值应该在4.2以下,其氨态氮/总氮应该在10%以下。但也有研究表明,当青贮饲料干物质含量较高时,即使pH值略高于4.2,青贮饲料也可以得到良好保存。本研究中由表5可知,FTMR原料的干物质含量为51.59%,在干物质含量相对较高的情况下,植物细胞水分较少、渗透压较高,因此可以抑制不良微生物的活性,从而可以使得在pH值较高的情况下青贮饲料保存良好。一般认为乳酸菌在青贮发酵过程中的适宜温度为19℃~37℃。本研究中,随着贮藏温度的升高,各处理的pH值降低,说明贮藏温度逐渐达到了乳酸菌的适宜温度,其中除果胶酶处理组外,其他处理组均于30℃达到最低pH。乳酸是青贮饲料发酵过程中产生的有益酸,也是饲料中碳水化合物在瘤胃中被瘤胃微生物发酵产生乙酸、丙酸等挥发酸的中间代谢产物。本研究中,布氏乳杆菌、果胶酶处理组和对照组中LA的含量于30℃达到最高,40℃时LA的含量反而降低,可能是由于贮藏温度超过了最适温度,抑制了乳酸菌的繁殖与生长,这与王文博等的研究结果相类似。乙酸是含量仅次于乳酸的有机酸,对青贮饲料有氧稳定性有着积极的作用。本研究中,各处理AA的含量均于30℃达到最高,说明贮藏温度为30℃时对FTMR的有氧稳定性有利。添加布氏乳杆菌后,FTMR的AN/TN在各个贮藏温度下均显著高于其他处理组,这与丁良等的研究结果相类似,可能是由于布氏乳杆菌为异型发酵乳酸菌,其可以利用乳酸和水溶性碳水化合物产生挥发性脂肪酸、二氧化碳等,造成FTMR干物质的损失。本试验中添加了布氏乳杆菌后,贮藏温度为10℃和20℃时DM的含量低于对照组的情况印证了上述观点。本研究中添加果胶酶后,FTMR的pH值在10℃、30℃和40℃下均显著低于其他处理组,这与张玉丹等的研究结果相类似,可能是果胶酶的水解产物促进了乳酸菌发酵。
3.3 不同添加剂及贮藏温度对FTMR营养成分的影响
植物性饲料经过中性洗涤剂和酸性洗涤剂分解后的剩余物就是NDF和ADF,它们与饲料的适口性和消化率有关,NDF和ADF的含量越多,那么可以被牲畜吸收的营养成分就越少。本研究中,添加布氏乳杆菌,贮藏温度为40℃时,其NDF和ADF的含量显著低于其他贮藏温度和其他处理组,在各个贮藏温度中,其CP的含量均显著高于对照组。有研究表明,微生物添加剂主要通过两方面来提高青贮饲料的品质,一方面是微生物在发酵过程中会消耗饲料中的一些营养物质,如碳水化合物等,同时产生一些酶类来降解饲料中的纤维素、半纤维素等大分子物质,使得NDF和ADF的含量降低。另一方面,随着青贮过程的进行饲料中会损失一些DM,但CP的总量基本不变,相对的青贮饲料开封后CP的含量会增加。没食子酸处理组中,当贮藏温度为10℃和40℃时,其CP的含量显著高于对照组。张雅丽等研究表明,没食子酸在体外对6种食物中常见的腐败菌和食源性致病菌具有较好的抑制作用。说明添加没食子酸可能抑制了FTMR中的不良微生物,从而减少了可消化营养物质的损失,减少了CP含量的损失。
4结论
综上所述,贮藏温度为30℃和40℃时FTMR的发酵品质较好。当贮藏温度为10℃、30℃和40℃时添加果胶酶可以提高FTMR的发酵品质。当贮藏温度为40℃时,添加布氏乳杆菌可以提高FTMR的营养品质。
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