正交試驗法優(yōu)化玉米秸稈穰葉青貯發(fā)酵劑的研究

劉海燕，張鵬舉，王秀飛，王彥靖，李信濤，劉曉輝，王偉霞，譚成成，劉 鵬，張永鋒

（吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，吉林長春 130033）

玉米秸稈是北方草食家畜主要的粗飼料來源，籽實收獲后，大多數(shù)的玉米秸稈已經(jīng)黃化，黃化后的秸稈纖維含量高、可溶性碳水化合物低、附生微生物減少（孫文等，2010）。目前秸稈的飼料化預(yù)處理技術(shù)雖然研究較多，但仍存在很多局限性，總體來講，綜合的預(yù)處理方法比單一預(yù)處理效果更好，秸稈的利用率更高（鄭夢莉等，2017）。青貯添加劑處理能夠明顯改善作物秸稈青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)，提高作物秸稈的飼用價值 （薛艷林等，2007）。玉米秸稈各部位的成分是不同的（Berchem 等，2017），其外皮和髓相互干擾，給許多利用方法帶來了難以解決的障礙 （劉麗玲，2011），并且，玉米秸稈的皮、髓、葉各部分所含成分不一樣，髓和葉片中含有豐富的糖類、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，可以作為反芻動物飼料，有試驗結(jié)果表明，秸稈穰、葉的營養(yǎng)價值較高（周濤等，2015；Li等，2014；閆貴龍等，2006）。用纖維素酶和乳酸菌處理，既可降低秸稈的纖維含量，又可將生成的還原糖轉(zhuǎn)化成乳酸，不僅可提高秸稈的消化率、改善飼料品質(zhì)，還有利于飼料的長期保存（王富生等，2004），發(fā)酵品質(zhì)和飼用價值均得到改善。玉米秸稈青貯時添加纖維素酶、木聚糖酶可提高青貯秸稈中乳酸含量和氨態(tài)氮比值，降低干物質(zhì)和中性洗滌纖維含量，降低pH（馬崢，2015）。

有研究表明，中草藥能顯著降低玉米秸稈的pH（程方方，2012）。青貯發(fā)酵劑對整株秸稈青貯效果的研究，國內(nèi)外已有許多報道，但對秸稈穰葉的影響鮮見報道。本文主要添加青貯菌劑、纖維素酶、木聚糖酶、中草藥，通過對青貯品質(zhì)和營養(yǎng)成分、飼喂價值的分析，篩選出適合玉米秸稈穰葉青貯的添加劑組合，為玉米秸稈穰葉的青貯提供理論和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 原料與添加劑

1.1.1 青貯原料 玉米秸（吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗田收獲玉米籽粒后的莖稈），用玉米秸稈皮穰分離機，將收獲籽實后的玉米秸稈穰葉與莖稈外皮進行分離。

1.1.2 菌劑、纖維素酶、中草藥

菌劑：購自滄州旺發(fā)生物技術(shù)研究所有限公司，乳酸菌：酵母菌：芽孢桿菌的比例為 2∶1∶1。

纖維素酶和木聚糖酶酶：購自夏盛（北京）生物科技開發(fā)有限公司。

中草藥：購自當?shù)氐募执笏幏?，菊芋、黃芪、馬齒莧、茯苓、蒲公英的比例為 4∶3∶1∶1∶1。

1.2 試驗處理

1.2.1 試驗設(shè)計 采用正交試驗設(shè)計，將菌劑（A）、纖維素酶（B）、木聚糖酶（C）、中草藥（D）為試驗因素，每因素設(shè)置3個水平，試驗實施按照L9（34）正交表進行（表 1）。 每個處理 3 個重復(fù)，玉米秸穰葉含水量調(diào)至65%，添加劑先溶于所需添加水中，噴灑于玉米秸穰葉中，混合均勻后裝入聚乙烯袋，用真空包裝機抽真空并封口，室溫貯藏40 d后開封取樣分析。

表1 正交試驗設(shè)計

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 pH測定 取鮮樣10 g，用100 mL蒸餾水浸提至少1～2 min后，經(jīng)四層紗布過濾，水浸液當即用以測定pH（王建兵等，2001）。

1.2.2.2 近紅外光譜分析 采用近紅外漫反射光譜法測定秸稈樣品的木質(zhì)素（ADL）、酸性洗滌纖維（ADF）、中性洗滌纖維（NDF）、體外 48 h 干物質(zhì)的消化率 （IVTDMD48）、48 h NDF的可消化率（dNDF48）、體外 48 h NDF 的消化率（Ndfd48）、總可消化養(yǎng)分（TDN）、相對飼喂價值（RFV）、相對牧草質(zhì)量（RFQ），干物質(zhì)產(chǎn)奶量（kg/t），結(jié)果以干基（%）表示。使用的儀器為FOSS DS2500近紅外反射光譜儀（丹麥FOSS公司產(chǎn)）。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 采用 Excel軟件中的正交試驗設(shè)計方差分析工具進行分析，并進行F檢驗。

2 結(jié)果

2.1 不同添加劑對青貯飼料pH的影響 從表2可以看出，各添加劑組均達到了優(yōu)良，說明各種添加劑，都具有降低青貯pH的效果。

表2 正交試驗設(shè)計表與pH結(jié)果

2.2 不同添加劑對青貯飼料纖維物質(zhì)含量的影響 從表3～表5可以看出，菌劑、纖維素酶、木聚糖酶、中草藥的添加，降低了NDF、ADF、ADL的含量。

表3 正交試驗設(shè)計表與ADL結(jié)果（基于干物質(zhì)含量）

表4 正交試驗設(shè)計表與ADF結(jié)果（基于干物質(zhì)含量）

表5 正交試驗設(shè)計表與NDF結(jié)果（基于干物質(zhì)含量）

2.3 不同添加劑對青貯飼料TDN含量的影響從表6可以看出，菌劑、纖維素酶、木聚糖酶、中草藥的添加，提高了TDN的含量。

2.4 不同添加劑對青貯飼料體外消化率的影響從表7至表9可以看出，菌劑、纖維素酶、木聚糖酶、中草藥的添加，提高了玉米秸稈穰葉青貯飼料NDF的可消化率、NDF和DM的體外消化率。

表6 正交試驗設(shè)計表與TDN結(jié)果（基于干物質(zhì)含量）

表7 正交試驗設(shè)計表與dNDF48結(jié)果（基于干物質(zhì)含量）

2.5 不同添加劑對青貯飼料飼喂價值的影響從表10至表12可以看出，菌劑、纖維素酶、木聚糖酶、中草藥的添加，提高了玉米秸稈穰葉青貯飼料的RFV、RFQ，進而提高了干物質(zhì)產(chǎn)奶量。

2.6 不同添加劑對青貯飼料正交試驗綜合平衡法分析結(jié)果 通過表13的綜合平衡法結(jié)果表明，最優(yōu)的組合是A1B2C3D3，即菌劑0，纖維素酶0.1%，木聚糖酶酶0.2%，中草藥0.2%。

表8 正交試驗設(shè)計表與Ndfd48結(jié)果（基于干物質(zhì)含量）

表9 正交試驗設(shè)計表IVTDMD48結(jié)果（基于干物質(zhì)含量）

3 討論

3.1 不同添加劑對pH的影響 本試驗青貯飼料的pH都在4.2以下，菌劑的添加，為青貯飼料提供了大量的微生物，產(chǎn)生更多的乳酸，因而降低了pH。添加的纖維素酶可降解青貯原料的結(jié)構(gòu)性多糖為單糖，且纖維素酶可破壞細胞壁中半纖維素與木質(zhì)素間的連接鍵，木質(zhì)素部分溶解，破壞青貯料細胞壁使其內(nèi)容物流出，為乳酸發(fā)酵提供充足底物促進發(fā)酵，進而降低 pH（時建忠，2003）。Colombatto 等（2004a、2004b）也發(fā)現(xiàn)，纖維素酶可顯著降低玉米青貯飼料的pH。其他學(xué)者的試驗表明，木聚糖酶能有效降解青貯原料的植物纖維，降低其抗營養(yǎng)作用，為乳酸菌的發(fā)酵提供更多的發(fā)酵底物（呂建敏等，2005；吳躍明等，2004），因而降低pH。中草藥的添加，降低青貯飼料pH也有報道（程方方，2012）。

表10 正交試驗設(shè)計表與RFV結(jié)果（基于干物質(zhì)含量）

表11 正交試驗設(shè)計表與RFQ結(jié)果（基于干物質(zhì)含量）

表12 正交試驗設(shè)計表與干物質(zhì)產(chǎn)奶量結(jié)果（基于干物質(zhì)含量）

表13 正交試驗綜合平衡法分析結(jié)果

3.2 不同添加劑對青貯飼料纖維物質(zhì)含量的影響 玉米秸稈是反芻家畜青貯飼料的主要原料，其營養(yǎng)品質(zhì)主要取決于秸稈中NDF和ADF含量（白琪林等，2007）。纖維類物質(zhì)是不易被動物消化吸收的，所以只從纖維類方面來看，原料中ADF、NDF含量越低，青貯效果越好 （公美玲，2013）。NDF值與家畜吸收率成負相關(guān)關(guān)系（Vansoest，1994），NDF 含量越低， 表明其經(jīng)濟價值越高，ADF是不易被動物消化吸收的，不屬于一種有益的營養(yǎng)物質(zhì)，ADF與動物消化率呈負相關(guān)，是指示飼草能量的關(guān)鍵，其含量越低，飼草的消化率越高，飼用價值越大（楊鳳，2003）。本試驗結(jié)果表明，菌劑、纖維素酶、木聚糖酶、中草藥的添加，降低了 NDF、ADF、ADL的含量，提高了玉米秸稈穰葉青貯飼料的營養(yǎng)價值。

3.3 不同添加劑對青貯飼料TDN含量的影響Quigley（1986）等的試驗指出，在集約化管理和自由采食的條件下，TDN是預(yù)測干物質(zhì)采食量的最佳指標。目前，廣泛采用TDN來表示飼料的營養(yǎng)價值。菌劑、纖維素酶、木聚糖酶、中草藥的添加，提高了秸稈穰葉的TDN含量，因為青貯添加劑能把水分含量過多、水溶性碳水化合物含量不足或粗纖維含量過高等難以青貯的飼料原料調(diào)制成優(yōu)良的青貯飼料，并能提高青貯飼料的營養(yǎng)價值（李尚波，2002）。

3.4 不同添加劑對青貯飼料體外消化率的影響體外干物質(zhì)消化率是影響玉米秸稈飼用品質(zhì)的首要因素。酸性洗滌纖維和木質(zhì)素含量與家畜日糧的消化率呈負相關(guān)（李向林等，2008），菌劑、纖維素酶、木聚糖酶、中草藥的添加，降低了酸性洗滌纖維、木質(zhì)素的含量，因而，各種添加劑均提高了日糧體外消化率。

3.5 不同添加劑對青貯飼料飼喂價值的影響草食動物公認的優(yōu)質(zhì)粗飼料主要是苜蓿草和玉米青貯。其中，NDFD最為重要，它直接影響干物質(zhì)采食量，NDFD每增加1%將提高0.17千克干物質(zhì)采食量，總體評估上我們看RFQ和RFV兩個指標。在其他條件不變的情況下，提高NDF瘤胃降解率能顯著增加奶牛的產(chǎn)奶量，Kendall等（2009）研究表明，無論奶牛日糧NDF含量高低，提高NDF的消化率均能提高其泌乳早期的生產(chǎn)性能。結(jié)果表明，菌劑、纖維素酶、木聚糖酶、中草藥的添加，提高了NDF的體外消化率，因而，提高了奶牛的產(chǎn)奶量，提高了飼喂價值。

3.6 不同添加劑對青貯飼料正交試驗綜合平衡法分析結(jié)果 通過對各指標結(jié)果的綜合平衡法分析，結(jié)果表明，最優(yōu)的組合是A1B2C3D3，即菌劑0，纖維素酶0.1%，木聚糖酶酶0.2%，中草藥0.2%。

4 小結(jié)

本文采用正交試驗方法，對影響秸稈葉黃貯的菌劑、纖維素酶、木聚糖酶、中草藥的添加量進行了研究，最優(yōu)的添加量為：菌劑0%，纖維素酶0.1%，木聚糖酶酶0.2%，中草藥0.2%。

[1]劉麗玲.玉米秸稈皮瓤葉分離試驗研究：[碩士學(xué)位論文][D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

[2]周濤，楊欽蘭，張統(tǒng)雨，等.皮瓤分離玉米秸不同部分的化學(xué)成分、能量價值和瘤胃降解特性[J].動物營養(yǎng)學(xué)報，2015，27（1）：320～326

[3]閆貴龍，曹春梅，魯琳，等.玉米秸稈不同部位主要化學(xué)成分和活體外消化率比較[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006，11（3）：70 ～ 74

[4]王富生，馬俊孝，任紅衛(wèi)，等.微生物青貯劑在玉米秸稈黃貯中的作用[J].山東大學(xué)報（理學(xué)版），2004，39（2）：112 ～ 115.

[5]馬崢.不同添加量的纖維素酶和木聚糖酶對玉米秸稈黃貯的影響：[碩士學(xué)位論文][D].山西太谷：山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015.

[6]程方方.中草藥型青貯添加劑的篩選及在飼料青貯中的應(yīng)用：[碩士學(xué)位論文][D].長春：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[7]時建忠.青貯接種菌的研究[J].中國飼料，2003，5：15 ～ 17.

[8]呂建敏，胡偉蓮，劉建新，等.添加酶制劑和麩皮對稻草青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響[J].動物營養(yǎng)學(xué)報，2005，17（2）：58 ～ 62.

[9]吳躍明，劉建新，劉丹，等.添加復(fù)合酶制劑與麩皮對玉米秸、稻草青貯發(fā)酵品質(zhì)和養(yǎng)分消化率的影響 [J].中國獸醫(yī)學(xué)報，2004，24（3）：298 ～ 302.

[10]白琪林，陳紹江，戴景瑞.我國常用玉米自交系秸稈品質(zhì)性狀及其相關(guān)分析 [J].作物學(xué)報，2007，33（11）：1777 ～ 1781.

[11]公美玲.玉米秸稈青貯過程中的營養(yǎng)動態(tài)研究：[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

[12]李向林，張新躍，唐一國，等.日糧中精料和牧草比例對舍飼山羊增重的影響[J].草業(yè)學(xué)報，2008，17（2）： 43 ～ 47.

[13]李尚波.畜禽十大高效飼料添加劑[M].遼寧科學(xué)技術(shù)出版社.2002.

[14]楊鳳.動物營養(yǎng)學(xué)[M].中國農(nóng)業(yè)出版社，2003.

[15]薛艷林，白春生，玉 柱，等.乳酸菌和纖維素酶制劑對小麥秸黃貯飼料品質(zhì)的影響[J].中國飼料，2007，15：38～40.

[16]孫文，許麗.復(fù)合微生物菌劑處理玉米秸稈應(yīng)用效果的研究[J].飼料博覽，2010，7：1 ～ 4.

[17]王建兵，韓繼福，高宏偉，等.微生物接種劑和酶制劑對玉米秸稈發(fā)酵品質(zhì)的影響[J].內(nèi)蒙古畜牧科學(xué)，2001，2（22）：4 ～ 7.

[18]鄭夢莉，王凱軍，張佩華，等.農(nóng)作物秸稈飼料化技術(shù)研究進展[J].中國飼料，2017，11:5 ～ 8，14.

[19]Berchem T O，Roiseux C，Vanderghem，et al.Corn stover as feedstock for the production of ethanol：chemical composition of different anatomical fractions and varieties [J].Biofuels Bioproducts&Biorefining ，2017，11:430 ～ 440.

[20]Colombatto D，Mould F L，Bhat M K，et al.In vitro evaluation of fibrolytic enzyme as additives for maize （Zea mays L.）silageⅠ.Effects of ensiling temperature，enzyme source and addition level[J].Animal Feed Science and Technology，2004a，111：111 ～ 128.

[21]Colombatto D，Mould F L，Bhat M K，et al.In vitro evaluation of fibrolytic enzyme as additives for maize （Zea mays L.）silageⅡ.Effectson rate of acidification，fibre degradation during ensiling and rumen fermentation [J].Animal Feed Science and Technology，2004b，111：129 ～ 143.

[22]Kendall G，Leonardi C，Hoffman P C，et al.Intake and milk production of cows fed diets that differed in dietary neutral detergent fiber and neutral fiber digestibility[J].J Dairy Sci，2009，92（1）：313 ～323.

[23]Li H Y，XU W，LIU J，et al.Assessment of the Nutritive Value of Whole Corn Stover and Its Morphological Fractions[J].Asian Australas.J.Anim.Sci，2014，27（2）：194 ～ 200.

[24]Vansoest P J.Nutritional Ecology of the Ruminant[M].2.ed.Ithaca：Cornell University，1994.476.