苜蓿青貯添加劑研究進(jìn)展

盧 強(qiáng)，于浩然，任志花，賈玉山

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，農(nóng)業(yè)部飼草栽培、加工及高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特 010019)

“十三五”以來，受國家宏觀調(diào)控和產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)政策的支持，隨著我國畜牧業(yè)特別是草食畜牧業(yè)的不斷發(fā)展，畜牧業(yè)轉(zhuǎn)型升級步伐加快，飼草料結(jié)構(gòu)得到調(diào)整。中央1號文件提出關(guān)于“加快發(fā)展草牧業(yè)，支持青貯玉米和苜蓿等飼草料種植的重要指示”。之后中央又提出“擴(kuò)大糧改飼試點(diǎn)，加快建設(shè)現(xiàn)代飼草料產(chǎn)業(yè)體系”、“大力培育現(xiàn)代飼草料產(chǎn)業(yè)體系”，促進(jìn)農(nóng)牧區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級的重大戰(zhàn)略，進(jìn)一步推動了草牧業(yè)的發(fā)展。2017年中央1號文件提出深入推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，追求綠色生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。農(nóng)業(yè)部發(fā)布《全國苜蓿產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016-2020)》，也提出發(fā)展優(yōu)質(zhì)苜蓿干草(二級及以上標(biāo)準(zhǔn)的苜蓿)供給立足“國內(nèi)為主、適當(dāng)進(jìn)口”，為草牧業(yè)的發(fā)展迎來新的契機(jī)，苜蓿產(chǎn)業(yè)發(fā)展的各要素均達(dá)到了歷史高位。為此，本文意在闡述青貯添加劑的研究進(jìn)展，來降低青貯飼料貯藏時的損失，改善青貯飼料的利用效率，提高草產(chǎn)品質(zhì)量和促進(jìn)加工技術(shù)的進(jìn)步。

苜蓿(Medicago sativa) 是一種優(yōu)質(zhì)的豆科牧草，其含有豐富的蛋白質(zhì)，且有動物體所需的多種維生素和礦物質(zhì)，因其優(yōu)良的飼用特性，已成為不可輕視的青貯飼料和青干草飼料原料之一〔1〕。隨著草牧業(yè)的迅速發(fā)展和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，苜蓿產(chǎn)業(yè)已在我國蓬勃發(fā)展。目前苜蓿生產(chǎn)的主要加工產(chǎn)品是干草，而在我國苜蓿的主產(chǎn)區(qū)，由于雨水和熱量同期，特別是在我國南方地區(qū)以及北方部分地區(qū)，不僅僅是苜蓿第二、第三茬收獲時會受到影響，隨后干草的加工調(diào)制遭受雨淋的損失會更高。致使大部分苜蓿干草發(fā)霉變質(zhì)，而青貯是保存牧草的一種重要方式，可長時間儲存并減少飼料營養(yǎng)成分的流失，且可保持青綠飼料的營養(yǎng)特性。青貯是在密閉環(huán)境下通過乳酸菌厭氧發(fā)酵使飼草料中糖類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為以有機(jī)酸—以乳酸為主的過程，使密閉環(huán)境的pH降低從而抑制其他有害微生物的生長繁殖，以減少青貯飼料營養(yǎng)價值的流失，來達(dá)到較好保存青綠牧草及新鮮飼料營養(yǎng)成分的原理〔2〕。苜蓿本身含糖量低且緩沖值高，使用常規(guī)加工方式進(jìn)行單獨(dú)青貯較難成功，而使用青貯添加劑是提高青貯效果的重要手段之一。

通過近年來的大量研究，國內(nèi)外對添加劑在青貯中的應(yīng)用進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究和探索。添加劑根據(jù)其青貯效果分為發(fā)酵促進(jìn)型添加劑和發(fā)酵抑制型添加劑，發(fā)酵促進(jìn)型添加劑主要有綠汁發(fā)酵液、乳酸菌制劑、糖類物質(zhì)和纖維素酶等，發(fā)酵抑制型添加劑主要有甲酸、乙酸和丙酸等化學(xué)類添加劑。青貯能否成功的關(guān)鍵在于是否可快速達(dá)到適宜乳酸發(fā)酵的酸性環(huán)境，需要保證乳酸菌迅速繁殖并產(chǎn)生大量乳酸可使用青貯添加劑等方式來保證青貯的成功。

1 青貯添加劑的種類與作用機(jī)理

1.1 發(fā)酵促進(jìn)型青貯添加劑

發(fā)酵型促進(jìn)劑對青貯的主要作用是促進(jìn)乳酸菌發(fā)酵，快速產(chǎn)生大量乳酸，降低pH值，從而抑制其他腐敗菌的繁殖。常用的發(fā)酵促進(jìn)型添加劑主要有酶制劑、乳酸菌制劑、綠汁發(fā)酵液及糖類物質(zhì)等。此類添加劑都是以提高乳酸菌的含量來降解植物細(xì)胞壁和提高乳酸菌可利用的糖類物質(zhì)或同時二者兼顧來使青貯成功。

1.1.1 酶制劑

酶制劑主要包括纖維素酶、半纖維素酶及淀粉酶等，通過彌補(bǔ)青貯原料中的可溶性碳水化合物(糖類物質(zhì))來促進(jìn)乳酸菌的快速繁殖，在酶制劑的降解作用下，使莖桿粗纖維中的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等大分子碳水化合物降解為小分子的單糖或多糖，從而迅速增強(qiáng)乳酸菌的發(fā)酵活動，降低粗飼料中纖維含量〔3〕，使乳酸菌快速增殖產(chǎn)生更多乳酸來降低青貯飼料pH，最終達(dá)到保證乳酸菌在發(fā)酵過程中占有優(yōu)勢的目的。

1.1.2 乳酸菌

決定青貯能否成功的關(guān)鍵微生物是乳酸菌，它在青貯調(diào)制過程中起主導(dǎo)作用。可利用可溶性糖進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)生乳酸，降低其微環(huán)境的pH值，可以達(dá)到抑制甚至滅殺有害微生物的效果〔4〕。但是苜蓿植株體本身附著的乳酸菌數(shù)量太少，直接青貯遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到理想的青貯效果〔5〕。添加乳酸菌制劑可使青貯環(huán)境pH 迅速下降并盡快抑制有害微生物的生長，減少蛋白質(zhì)的水解和青貯飼料中NH3-N的含量，降低乙酸和丁酸濃度從而達(dá)到減少青貯飼料營養(yǎng)成分的損失〔6〕。

近年來，人們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)細(xì)菌是兼性異型發(fā)酵，而不是專性同型發(fā)酵，這類細(xì)菌不僅可以改善發(fā)酵品質(zhì)，而且有助于提高牛奶產(chǎn)量，日增重以及飼料利用率。關(guān)于這類菌劑改善動物生產(chǎn)性能的原因存在一些假設(shè)，包括其能夠抑制有害微生物和毒素產(chǎn)生，菌劑與瘤胃微生物的互作以及參與調(diào)節(jié)瘤胃發(fā)酵；但是這類菌劑存在一個潛在問題，就是會降低青貯飼料的有氧穩(wěn)定性。

通過對青貯過程中微生物多樣性的研究得知，在青貯發(fā)酵的前期，占據(jù)優(yōu)勢地位的菌為株乳酸球菌，從前期的發(fā)酵到后期乳酸菌的生長過程中乳酸桿菌也有著不可忽視的效果〔7〕。就抑制腐敗菌生長效果而言，乳酸桿菌的作用要比乳酸球菌明顯；在添加同型發(fā)酵乳酸菌后，pH明顯下降，L-型乳酸含量上升，顯著提高了飼料的營養(yǎng)品質(zhì)〔8〕。甚至于還有一個明顯的弊端，僅添加同型發(fā)酵乳酸菌會降低青貯的有氧穩(wěn)定性，青貯飼料容易發(fā)霉，因此近期的乳酸菌添加劑多采用同型和異型按照比例制作復(fù)合型添加劑〔9〕。其中添加乳酸菌苜蓿青貯料的pH、氨態(tài)氮和丁酸含量均顯著低于對照組，乳酸含量顯著高于對照組〔10〕(尹國麗，2017)。并且添加乳酸菌和纖維素酶及兩者復(fù)合添加均對苜蓿的青貯品質(zhì)有明顯的改善作用，且添加復(fù)合添加劑效果最好，且60%含水量下的青貯效果更優(yōu)〔11〕(鐘書，2017)。多項(xiàng)研究結(jié)果顯示，在苜蓿青貯時添加生物菌劑可顯著改善青貯品質(zhì)，Weinberg和Muck〔10〕認(rèn)為生物菌劑優(yōu)于化學(xué)添加劑(如添加氨水、甲酸、丙酸等)，因其為無污染、使用方便、對農(nóng)用機(jī)械無腐蝕的天然產(chǎn)品。

1.1.3 綠汁發(fā)酵液

綠汁發(fā)酵液是把收割切碎后的新鮮苜蓿蒸餾水當(dāng)中打漿，浸泡30min，經(jīng)2層粗紗布過濾，并加入2.00%的蔗糖，混勻，裝入玻璃瓶中備用，在30℃下密封發(fā)酵48h制得〔11〕。一般情況下將制好的綠汁發(fā)酵液用噴霧器噴施添加到原料中，添加量為2. 00%。品質(zhì)良好的綠汁發(fā)酵液可有效提高青貯飼料中的乳酸菌含量，可顯著提高苜蓿青貯的發(fā)酵效果和營養(yǎng)品質(zhì)〔12〕。趙燕梅〔13〕等研究顯示，苜蓿青貯時添加2%綠汁發(fā)酵液可顯著降低其pH、NH3-N 和有機(jī)酸等含量，增加乳酸含量。許慶方〔14〕等認(rèn)為添加綠汁發(fā)酵液可降低拉伸膜裹包苜蓿青貯的pH和乙酸含量，增加乳酸含量，并減少丁酸的生成。

1.1.4 糖類

苜蓿青貯時加入糖類物質(zhì)可彌補(bǔ)苜蓿本身含糖量太低，導(dǎo)致青貯效果不理想，添加糖類可為乳酸菌提供足夠的底物而促進(jìn)乳酸菌的大量增殖〔15〕，促進(jìn)乳酸的無氧發(fā)酵。常見的糖類添加劑有蔗糖、葡萄糖、糖蜜、玉米粉、乳清和甜菜等。苜蓿青貯時添加葡萄糖可顯著提高苜蓿青貯品質(zhì)，粗蛋白、乳酸及可溶性糖類均有顯著增加，同時NH3-N 含量顯著低于對照組〔16〕。Baytok〔17〕等在青貯時添加3%糖蜜可有效減少水溶性糖類和干物質(zhì)的降解，青貯環(huán)境的pH值顯著降低和提高青貯苜蓿發(fā)酵品質(zhì)。夏明〔18〕等同樣認(rèn)為，青貯中添加糖類可降低青貯苜蓿的pH，提高乳酸含量，顯著降低NH3-N 和丁酸濃度?？偠灾?，糖類物質(zhì)即可作為發(fā)酵促進(jìn)劑又可作為營養(yǎng)性添加劑加到青貯料中，為乳酸菌的繁殖提供足夠的營養(yǎng)物質(zhì)〔19〕。

1.2 發(fā)酵抑制型添加劑

發(fā)酵抑制型添加劑是一類最早應(yīng)用于青貯的添加劑，主要包括有機(jī)酸和無機(jī)酸兩大類。發(fā)酵抑制劑可抑制青貯發(fā)酵過程中好氧微生物的活力及腐敗菌的發(fā)酵，迅速降低青貯飼料的pH〔20〕，從而有效防止青貯發(fā)霉變質(zhì)，最后起到保存飼料營養(yǎng)價值的目的。

1.2.1 無機(jī)酸

用于青貯添加劑的無機(jī)酸有鹽酸、磷酸及鹽等。鹽主要是甲酸鈉、甲酸銨和亞硝酸鈉等，也是通過抑制腐敗菌來改善青貯品質(zhì)。在青貯發(fā)酵過程中加入無機(jī)酸后，可以抑制細(xì)胞活性，使植物細(xì)胞停止呼吸作用，從而使不良微生物被殺死，使pH值快速降至4.2以下。此法不曾被推廣，主要是因?yàn)闊o機(jī)酸對青貯容器有較強(qiáng)的腐蝕性，且無機(jī)酸的采食會引起反芻動物體內(nèi)酸堿的平衡失調(diào)，并導(dǎo)致采食量降低，生產(chǎn)性能下降。席興軍等〔21〕人在研究中對青貯玉米加入鹽酸，可以迅速降低青貯料的pH值，讓青貯料達(dá)到可以快速發(fā)酵的pH，即pH為4.2以下，但其感官評定和營養(yǎng)價值都有不同程度的下降。

1.2.2 有機(jī)酸：用于青貯添加劑的有機(jī)酸主要有苯甲酸、甲酸、乙酸及丙酸等。

1.2.2.1 甲酸 甲酸是降低pH值最有效的一種有機(jī)酸，添加甲酸可抑制植物細(xì)胞呼吸、減緩蛋白質(zhì)的分解、增加青貯飼料中乳酸含量、抑制腐敗菌生長、增加可溶性碳水化合物含量的作用。王瑩〔22〕等在青貯苜蓿時添加0.2%～0. 6%的甲酸可使NH3-N含量顯著降低，且粗蛋白和干物質(zhì)顯著高于對照組。同樣鄧海軍等〔23〕在青貯料中添加甲酸可迅速降低pH值，改變其微環(huán)境，使細(xì)菌活動和生長條件發(fā)生了改變，但甲酸在抑制腐敗菌的同時也會抑制乳酸菌的繁殖，使乳酸含量顯著低于對照組，表明添加甲酸可改善紫花苜蓿青貯的品質(zhì)，但其改善效果低于對照組。

1.2.2.2 乙酸和丙酸 乙酸是很弱的有機(jī)酸，其青貯添加量為2.0%～0.5%。丙酸用以青貯的添加量為0.2%～0.1%，它可以抑制酵母菌的生長，濃度為0.4%的丙酸可有效減緩細(xì)菌生長。Kung〔24〕等研究表明，苜蓿青貯時將丙酸作為添加劑，其蛋白質(zhì)和干物質(zhì)消化率顯著提高，好氧性發(fā)酵開始的時間延遲。而郭艷萍〔25〕的研究表明，添加乙酸對降低青貯pH、降低氨態(tài)氮濃度和增加青貯乳酸含量的效果均弱于丙酸。

2 苜蓿青貯添加劑的展望

目前，國內(nèi)外把研究重點(diǎn)都集中在多種青貯添加劑復(fù)合使用和新型生物制劑的方面。目前青貯添加劑的復(fù)合使用正逐步替代單一的添加劑，大量基礎(chǔ)研究表明，不同添加劑的復(fù)合使用可顯著提高苜蓿青貯的品質(zhì)。王國良〔26〕等人在對苜蓿使用復(fù)合添加劑后的發(fā)酵品質(zhì)顯著優(yōu)于單獨(dú)添加活干菌或者乳酸菌的處理組。吳俊〔27〕等研究表明在紫花苜蓿與裸燕麥混合青貯時，單獨(dú)添加2.0000%蔗糖或0.0004%乳酸菌均可提高青貯料品質(zhì)，但復(fù)合菌劑對混合青貯的效果卻比較少見。由此可見，在發(fā)展多種添加劑復(fù)合使用的同時也應(yīng)多注意不同原料的混合青貯，期望在不同青貯組合方式收到更好的效果。

我國在青貯及添加劑方面的研究還處于發(fā)展階段，相關(guān)研究可以參考國內(nèi)最新研究成果及國外相關(guān)成果，以彌補(bǔ)該領(lǐng)域研究的不足。添加劑青貯可以有效的改善青貯的品質(zhì)和發(fā)酵效果，但對于苜蓿而言，對于添加劑的種類的研發(fā)、添加比例、添加方式等還需要進(jìn)一步的研究。我國青貯方面的不足主要表現(xiàn)在青貯機(jī)械設(shè)施和添加劑方面，機(jī)械設(shè)施方面經(jīng)過多次的改進(jìn)已有很大提升；添加劑方面易受用量不明確、效果好的添加劑價格昂貴及添加不易操作等制掣〔28-29〕。通過添加復(fù)合菌劑來直接抑制梭菌和其他有害微生物是復(fù)合菌劑開發(fā)領(lǐng)域的新挑戰(zhàn)，增強(qiáng)其發(fā)酵效果，增強(qiáng)有氧穩(wěn)定性，促進(jìn)細(xì)胞壁消化，提高牛對青貯飼料氮的利用效率及增加淀粉的可利用性也將是未來青貯添加劑研發(fā)的新方向。

苜蓿青貯應(yīng)更多地在發(fā)酵技術(shù)上提高，若能縮短苜蓿青貯的過程盡快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)則可大幅減少營養(yǎng)物質(zhì)的流失。因此，提高青貯技術(shù)、改進(jìn)制作工藝、添加高效青貯添加劑、復(fù)合添加劑及研發(fā)環(huán)保高效經(jīng)濟(jì)的添加劑的等方面還需要更深入的研究。