乳酸菌及纤维素酶对不同藜麦秸秆青贮发酵品质的影响

赵小雪， 王仕玉， 郭凤根， 罗富成

(1.云南农业大学动物科学技术学院， 云南 昆明 650201； 2.云南农业大学园林园艺学院， 云南 昆明 650201)

藜麦(ChenopodiumquinoaWilld.)是藜科藜属一年生双子叶草本植物[1]。藜麦籽粒富含蛋白质，其含量高达16%～22%，同时富含人体必需氨基酸、矿物质、维生素、叶酸等多种营养物质[2-3]，被联合国推荐为最适宜人类的营养食品，具有较高的开发价值和应用前景。随着消费者对藜麦认知度和需求度的提高，藜麦的种植面积逐年扩大[4]，中国作物学会藜麦分会统计，2018年全国藜麦种植面积1.2万hm2，总产量近2万t，在我国20余个省(区)推广应用，种植面积和总产量已跃居世界第三位[5]。目前市面上常见的藜麦有黑、白、红三类，种植面积的大小主要取决于人们喜食的口感及偏重的营养元素。

高产优质的藜麦籽粒是当前国内研究及利用的重点，藜麦秸秆具有巨大的饲用潜力，却被当作废弃物丢弃，既浪费资源，又污染环境[6]。作为一种潜在的新型饲草资源，其加工、利用等方面存在许多不足[7]，饲用价值没有得到有效开发。因此，以藜麦秸秆为原料，探索其饲用方式和草制品加工技术，对于我国畜牧业的发展有一定的促进作用。

藜麦秸秆木质化程度高，适口性差，动物难以消化利用，不宜直接饲喂，需经过适当的加工调制，才能提高动物的采食率。青贮技术是提高作物秸秆利用率并有效保存其营养价值的重要手段[8]。藜麦秸秆纤维含量高，可溶性糖及水分含量低，直接青贮腐败风险较大且品质不佳，适当使用添加剂可以确保其青贮的可行性，提高青贮成功率。乳酸菌及纤维素酶作为生物型青贮添加剂在国内外的应用已经十分普遍，在植物秸秆发酵中应用更加广泛[9-11]，魏玉明等[12]分析了多种添加剂对藜麦青贮的作用，确定纤维素酶能很好的改善藜麦秸秆的发酵品质；赵小雪等[13]研究了纤维素酶对台湾红藜青贮的影响，认为纤维素酶对藜麦发酵有促进作用；刘瑞香等[14]通过直接青贮和乳酸菌青贮，确定了使用乳酸菌添加剂青贮后的质量更好。本研究为提高藜麦秸秆青贮发酵品质，以白藜、红藜、黑藜为试验材料，添加乳酸菌、纤维素酶，探讨不同种类藜麦秸秆作为青贮原料的可行性及不同添加剂对藜麦秸秆青贮品质的影响，为藜麦青贮饲料的生产利用及推广提供一定的依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为藜麦籽粒收获后的白藜、红藜、黑藜秸秆，采自云南省香格里拉市小中甸镇藜麦科技试验示范基地。供试添加剂：纤维素酶(绿色木酶，活性为50 U·mg-1，购自上海源叶生物科技有限公司)、乳酸菌(植物乳杆菌，100亿cfu·g-1，购自郑州牧田生物科技有限公司)。

1.2 试验设计

试验以白藜(WQ)、红藜(RQ)、黑藜(BQ)秸秆为材料，设直接青贮(CK)、乳酸菌青贮(LAB，0.02 g·kg-1)、纤维素酶青贮(CEL，0.5 g·kg-1)处理。

用铡草机将秸秆铡碎至1～2 cm，水分调制在65%～70%之间，按试验设计分别加入乳酸菌、纤维素酶，混匀后装入真空包装袋中，每袋2 kg青贮料，排尽空气封口，各处理重复3次，避光室温(15～20℃)保存，60 d后开封。

1.3 青贮饲草的质量评定

1.3.1营养成分分析 干物质(Dry matter，DM)、灰分(Ash)、中性洗涤纤维(Neutral detergent fiber，NDF)、酸性洗涤纤维(Acid detergent fiber，ADF)、粗蛋白(Crude protein，CP)含量均参照张丽英《饲料分析及饲料质量检测技术》对应方法测定[13]；水溶性碳水化合物(Water soluble carbohydrates，WSC)含量采用蒽酮-硫酸比色法测定[16]。

1.3.2发酵品质分析 氨态氮(NH3-N)含量采用苯酚-次氯酸钠比色法测定[17]；pH值采用pH计测定；乳酸(Lactic acid，LA)、乙酸(Acetic acid，AA)、丙酸(Propionic acid，PA)、丁酸(Butyric acid，BA)含量委托西安国联质量检测技术有限公司采用气相色谱法测定。

1.3.3饲用品质评定 根据相对饲喂价值(RFV)、粗饲料分级指数(GI)评定藜麦青贮饲料的饲用品质[18-20]。

相对饲喂价值RFV=(DMI×DDM)/1.29(%DM)

其中，粗饲料干物质随意采食量DMI=120/NDF(%DM)；

可消化干物质DDM=88.9-(0.779ADF)(%DM)；

GI2001= VDMI(kg·d-1)×NEL(MJ·kg-1)×CP(%)/ NDF(%)；

其中，粗饲料产乳净能NEL=(1.085-0.015×ADF)×9.29；

粗饲料随意采食量VDMI=120/NDF(%DM)×BW(kg)(体重以600 kg计)。

1.4 数据统计与分析

用Excel 2010和SPSS 20.0软件进行数据处理和统计分析；差异显著性标准采用Duncan’s法，数据用平均值±标准偏差表示，P<0.05为差异显著；采用隶属函数法对青贮饲料营养水平进行综合评价[21-22]。

2 结果与分析

2.1 青贮原料营养成分分析

由表1可知，RQ在DM含量上显著高于WQ和BQ(P<0.05)；BQ在CP含量上显著高于WQ和RQ(P<0.05)；RQ的Ash含量最低，与WQ和BQ存在显著差异(P<0.05)；3种秸秆的WSC，ADF，NDF含量间无显著差异。

表1 青贮原料营养成分Table 1 Silage raw material nutrients 单位：%

2.2 不同青贮处理对藜麦秸秆青贮饲料营养成分的影响

LAB及CEL对3种藜麦秸秆青贮营养成分的影响见表2。添加剂对CP，Ash，ADF，NDF有极显著影响(P<0.01)，秸秆种类对CP有极显著影响(P<0.01)，二者的交互作用对CP及NDF含量有极显著影响(P<0.01)。

不同藜麦秸秆种类及不同添加剂处理间DM含量差异不显著。与CK相比，LAB及CEL处理可以提高3种秸秆青贮饲料的CP含量，CEL处理与CK间有显著差异(P<0.05)，与LAB处理间无显著差异；BQ无论哪种处理CP含量均显著高于WQ，RQ(P<0.05)。LAB及CEL处理降低了WSC的含量，但各处理间差异不显著；添加剂为LAB时，RQ的WSC含量显著高于WQ，RQ(P<0.05)，BQ的含量最低，与WQ存在显著差异(P<0.05)。与CK相比，LAB及CEL处理可以显著降低WQ，RQ的Ash含量，(P<0.05)；添加剂为LAB时，WQ的Ash含量显著低于RQ，BQ(P<0.05)。与CK相比，LAB及CEL处理可以显著降低WQ，BQ的ADF含量(P<0.05)；各处理中不同藜麦秸秆间ADF含量差异不显著。CK处理时，WQ的NDF含量显著高于LAB处理(P<0.05)，与CEL处理无显著差异，RQ的NDF含量显著高于LAB及CEL处理(P<0.05)，BQ的NDF含量显著高于CEL处理(P<0.05)，与LAB处理间差异不显著；LAB处理时，WQ的NDF含量最低，与RQ，BQ差异显著(P<0.05)。

表2 不同青贮处理下饲料营养成分的变化Table 2 Changes of silage nutritional components under different silage treatments 单位：%

2.3 不同青贮处理对藜麦秸秆青贮饲料发酵品质的影响

与CK相比，LAB及CEL处理可以显著降低3种秸秆青贮饲料的pH值(P<0.05)，CEL处理时，RQ的pH值显著低于CK及LAB处理(P<0.05)；无论何种处理，WQ的pH值均显著高于其他两种秸秆(P<0.05)；LAB及CEL处理时，RQ的pH值显著低于WQ，BQ(P<0.05)。与CK相比，LAB及CEL处理可以显著降低WQ，RQ的NH3-N/TN(P<0.05)；CEL处理时，BQ的NH3-N/TN显著低于CK及LAB处理(P<0.05)；LAB及CEL处理时，RQ的NH3-N/TN显著低于WQ，BQ。LAB及CEL处理可以显著提高3种秸秆青贮饲料的LA含量，且LAB与CEL处理有显著差异(P<0.05)；BQ的LA含量显著高于WQ，RQ(P<0.05)；LAB及CEL处理时，RQ的LA含量显著高于WQ(P<0.05)，CK处理时，则显著低于WQ(P<0.05)。LAB及CEL处理可以显著降低WQ，RQ的AA含量，显著提高BQ的AA含量(P<0.05)；BQ的AA含量显著高于WQ，RQ(P<0.05)；CK处理时，RQ的AA含量与WQ差异不显著，LAB及CEL处理时，RQ则显著低于WQ(P<0.05)。

表3 不同青贮处理下藜麦青贮饲料发酵指标的变化Table 3 Changes of fermentation parameters of silage after different treatments

2.4 饲用价值评定

由图1可知，LAB及CEL处理可以提高青贮饲料的RFV及GI2001值。CK处理时，WQ的RFV值显著低于LAB处理(P<0.05)，与CEL处理间差异不显著，BQ的RFV值显著低于LAB及CEL处理(P<0.05)；LAB处理时，WQ的RFV值显著高于RQ(P<0.05)，与BQ差异不显著。参照RFV饲料分级标准，LAB处理的WQ及CEL处理的BQ饲料等级为3级，CK处理的WQ及BQ饲料等级为5级，其余处理为4级。

CEL处理时，3种秸秆的GI2001值显著高于CK处理(P<0.05)，RQ，BQ的GI2001值显著高于LAB处理(P<0.05)；LAB处理时，BQ的GI2001值显著高于WQ，RQ(P<0.05)。参照GI2001饲料分级标准，LAB处理的BQ及CEL处理的WQ，RQ，BQ饲料等级为4级，其余处理为5级。

图1 不同青贮处理对藜麦青贮饲料饲用价值的影响Fig.1 Effects of different silage treatments on the feeding value of silage注：不同小写字母表示同一添加剂处理不同藜麦秸秆间差异显著(P<0.05)；不同大写字母表示同一藜麦秸秆种类不同添加剂处理间差异显著(P<0.05)Note:Different lowercase letters indicate significant differences among different quinoa straws treated with the same additive at the 0.05 level;different capital letters indicate significant differences among the same quinoa straw type with different additive treatments at the 0.05 level

2.5 青贮饲料品质的隶属函数综合分析

采用隶属函数法对藜麦秸秆青贮饲料品质评价，其均值越大，青贮品质越好。由表4可知，添加剂为CEL时，RQ隶属值达到最大为0.696，其次为BQ及WQ，最低的分别是CK处理的WQ，RQ，BQ。相对于直接青贮，添加剂的使用可以增加其隶属函数平均值，提高青贮饲料品质，其中CEL处理效果更好。

表4 青贮饲料隶属函数值及综合排名Table 4 Silage membership function value and comprehensive ranking

3 讨论

3.1 添加剂和秸秆种类对青贮饲料品质的影响

饲料的营养成分是评定饲料质量最直观的指标，通过测定饲料营养成分，能直接对饲料的质量优劣做出初步评定[23]。CP是反映饲料饲用价值的重要指标，本试验中藜麦秸秆使用添加剂青贮后，青贮饲料的CP含量高于CK，主要因为乳酸菌及纤维素酶能直接或间接的促进乳酸发酵，抑制腐败菌、梭菌等有害微生物的活动，减少蛋白质和氨基酸的降解[24]，这一结论与徐然等[25]、寇江涛等[26]研究结果相似。3种秸秆原料中，红藜秸秆的CP含量最低，黑藜含量最高且青贮后CP损失较小，因此在考虑高蛋白粗饲料时，黑藜秸秆青贮优于白藜、红藜。WSC是青贮饲料中重要的营养物质，试验中3种藜麦秸秆的WSC含量在青贮后均有不同幅度的下降，主要因为青贮期间乳酸菌活动旺盛，消耗了较多的WSC，这与刘瑞香等[14]的研究结果相一致。

ADF，NDF反映了饲料纤维质量，影响家畜对饲料的采食率及消化率[27]。藜麦秸秆原料的ADF，NDF含量高，青贮后含量降低，且与CK相比，添加乳酸菌及纤维素酶后，二者含量呈现降低的趋势。王鸿泽等[28]研究表明，乳酸菌处理可以降低青贮甘薯(IpomoeabatatasLam.)藤和水稻(OryzasativaL.)秸秆的纤维含量；陈凌华等[29]认为，添加乳酸菌或纤维素酶制剂，可以使青贮饲料中ADF，NDF的含量降低。主要由于添加乳酸菌后改善了发酵条件，增加了青贮中有效乳酸菌数量，大量乳酸菌发酵利用了部分纤维而导致其含量降低[30]；纤维素酶能分解部分植物细胞壁，释放细胞内容物，让青贮饲料中的纤维成分减少并转化成发酵底物[31]。

NH3-N/TN可反映腐败微生物对青贮饲料中蛋白质的分解程度，比值越大，不良发酵越多，青贮品质越差[32-33]。pH值是影响青贮质量的重要因素之一，pH值快速下降，有助于限制植物酶活性，减少蛋白质降解损失，抑制产生高水平AA，BA的有害微生物的数量[23,34]。LA是引起青贮饲料pH值下降重要因素。本试验结果表明，乳酸菌及纤维素酶可以显著提高青贮饲料的LA含量，降低pH值，减少NH3-N含量，从而降低NH3-N/TN，其中纤维素酶的效果更好，这与兴丽等[35]、郑明扬等[36]的研究结论相一致。无论何种青贮处理，黑藜LA含量始终显著高于白藜和红藜，可能是与原料中的一些成分如黄酮、皂苷等生物活性物质含量不同有关[37-38]，但其中的变化机理和具体原因还需进一步研究。

3.2 添加剂和秸秆种类对青贮饲料饲喂价值的影响

RFV是评定粗饲料营养价值的重要指标，打破了过去仅凭单一营养元素对粗饲料品质进行经验式评定的作法，实现了粗饲料品质综合评定的整体量化，不过这一指标也存在着一定的技术缺陷，RFV主要基于粗饲料中NDF和ADF含量进行估算，没有把对粗饲料品质有着重要贡献的蛋白质考虑进去，整体性不够强；GI2001在继承RFV合理内涵的基础上，又将影响粗饲料利用的因素，即能量、蛋白和纤维进行综合考虑，克服了现行粗饲料评定指标的单一性与脱离动物的片面性[19,39]。本试验发现，在青贮过程中使用添加剂可以明显提高青贮饲料的RFV及GI2001值。纤维素酶青贮的黑藜及乳酸菌青贮的白藜RFV值较高，直接青贮的黑藜和白藜较低；纤维素酶青贮的黑藜及红藜GI2001值较高，直接青贮的红藜和白藜较低。参照RFV及GI2001饲料分级标准，3种藜麦秸秆不同处理后，青贮质量排序略有不同，但基本趋于一致。

隶属函数法可以对不同青贮处理进行综合分析，弥补单一因素评价的不足，结果更加客观合理。结果表明，添加剂处理可以有效提高青贮品质，其中纤维素酶处理的红藜秸秆青贮品质最好，直接青贮的白藜质量最差。添加剂不同，3种秸秆青贮品质不同，纤维素酶处理时，青贮质量排序为红藜>黑藜>白藜；乳酸菌处理时，白藜>红藜>黑藜；直接青贮时，黑藜>红藜>白藜。因此在实际生产中选择合适的添加剂与不同种类的藜麦秸秆搭配青贮，可以提高饲料的青贮品质。

4 结论

添加剂及秸秆种类影响藜麦秸秆青贮饲料的品质。添加剂处理可以显著提高青贮饲料的粗蛋白、乳酸含量(P<0.05)，显著降低pH值(P<0.05)；黑藜在粗蛋白、乳酸、乙酸含量上显著高于白藜和红藜(P<0.05)，白藜在pH值、氨态氮/总氮上显著高于黑藜和红藜(P<0.05)。纤维素酶青贮效果较乳酸菌更好，且纤维素酶处理的红藜秸秆青贮质量优于其他组合。