植物乳桿菌和糖蜜接種對串葉松香草青貯的影響

摘 要：【目的】研究植物乳桿菌與糖蜜接種對串葉松香草青貯發(fā)酵特征及綿羊瘤胃降解率的影響，為串葉松香草的科學(xué)高效利用提供依據(jù)。

【方法】設(shè)計(jì)3個添加劑處理，分別為無添加劑接種處理（CK處理）、接種植物乳桿菌1×105 CFU/g FM（Lactiplantibacillus plantarum， LP處理）、接種植物乳桿菌1×105 CFU/g FM+2%糖蜜（Lactiplantibacillus plantarum and Molasses， LPM處理）。采用真空袋法調(diào)制串葉松香草青貯，室溫儲藏60 d，評價(jià)感官質(zhì)量并分析發(fā)酵特性、營養(yǎng)品質(zhì)及綿羊瘤胃降解率。

【結(jié)果】（1）LPM處理的乳酸、乙酸、粗蛋白、干物質(zhì)含量顯著高于CK和LP處理（P＜0.05）。LPM處理的中性、酸性洗滌纖維、pH值、氨態(tài)氮總氮、酵母菌、霉菌、好氧細(xì)菌數(shù)量顯著低于CK和LP處理（P＜0.05）。LP和LPM處理的丙酸含量均顯著低于CK處理（P＜0.05）（2）瘤胃降解過程中（12～48 h），LPM處理的酸性、中性洗滌纖維降解率、干物質(zhì)降解率均顯著高于CK處理（P＜0.05），而且酸性、中性洗滌纖維降解率、干物質(zhì)降解率、有機(jī)物降解率在瘤胃中隨著時(shí)間的增加顯著上升（P＜0.05）。

【結(jié)論】聯(lián)合接種1×105 CFU/g植物乳桿菌和2%糖蜜可促進(jìn)串葉松香草青貯發(fā)酵，并顯著提高干物質(zhì)和纖維在羊瘤胃中的降解率。

關(guān)鍵詞：串葉松香草；青貯；發(fā)酵品質(zhì)；瘤胃降解率

中圖分類號：S54"" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A"" 文章編號：1001-4330（2024）06-1505-07

0 引 言

【研究意義】拓寬新疆綠洲區(qū)飼草種植的種類和數(shù)量，是緩解草場壓力、彌補(bǔ)飼草缺口的主要途徑之一。串葉松香草（Silphium perfoliatum），屬菊科多年生草本植物，具有抗逆和分蘗能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并集觀賞、蜜源、飼用等極具開發(fā)價(jià)值的飼草資源［1-3］；串葉松香草在南方地區(qū)刈割次數(shù)和產(chǎn)量均較低，但在北方地區(qū)刈割次數(shù)多（3～4次/年），產(chǎn)量可達(dá)到7.5 t/667m2（鮮草）以上［4］。研究串葉松香草的青貯加工技術(shù)對新疆飼草資源結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化有實(shí)際意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】對串葉松香草不同生育期營養(yǎng)成分、青貯條件、青貯方式研究結(jié)果表明，該飼草的最佳利用方式為現(xiàn)蕾期調(diào)制青貯，該時(shí)期纖維素含量較低，蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)元素含量較高，綜合品質(zhì)在整個生育期中最優(yōu)，且通過青貯后能夠最大化保存營養(yǎng)物質(zhì)［5-7］。串葉松香草在兔、豬、牛等家畜中均有應(yīng)用［8-10］。乳酸菌能通過牧草中的可溶性碳水化合物產(chǎn)生乳酸等有機(jī)酸，可以降低發(fā)酵體系pH值，從而減少有害微生物滋生并確保發(fā)酵體系的穩(wěn)定性。在青貯過程中，通過外源接種乳酸菌（Lactic acid bacteria，LAB）來補(bǔ)充發(fā)酵體系中LAB的數(shù)量是一種常用補(bǔ)充方式，能夠最大程度減少青貯的營養(yǎng)物質(zhì)損失［11］。植物乳桿菌是目前研究最廣泛的青貯用同型發(fā)酵LAB之一，其不僅能夠在青貯前期快速啟動，轉(zhuǎn)化可溶性碳水化合物（water soluble carbohydrate，WSC）產(chǎn)生乳酸（Lactic acid， LA），快速使發(fā)酵體系酸度降低，以抑制有害微生物繁殖；同時(shí)產(chǎn)生的細(xì)菌素能夠維護(hù)腸道健康［12］。糖源作為LAB發(fā)酵的物質(zhì)基礎(chǔ)，當(dāng)含量較低時(shí)（2%～3%鮮重）不足以支撐LAB的繁殖，進(jìn)而不能產(chǎn)生足量LA以促使發(fā)酵酸度的下降，造成腐敗微生物的滋生，破壞青貯品質(zhì)［13］。【本研究切入點(diǎn)】目前植物乳桿菌對串葉松香草發(fā)酵品質(zhì)的影響以及是否需要輔以糖源以確保發(fā)酵品質(zhì)等問題均未明確。需研究植物乳桿菌與糖蜜接種對串葉松香草青貯發(fā)酵特征及綿羊瘤胃降解率的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】以植物乳桿菌和糖蜜為青貯發(fā)酵添加劑，設(shè)置化學(xué)分析和動物瘤胃試驗(yàn)，研究二者對串葉松香草青貯發(fā)酵特征、營養(yǎng)品質(zhì)及瘤胃降解率的影響，為優(yōu)化串葉松香草青貯發(fā)酵工藝提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

材料為新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第七師農(nóng)業(yè)科學(xué)所牧草試驗(yàn)基地（44.43°N，84.93°E，海拔456 m）種植的串葉松香草（Silphium perfoliatum），種植時(shí)間為2020年4月27日，第二年現(xiàn)蕾期全株收獲（2021年6月25日），人工刈割后采用粉碎機(jī)粉碎長度2～3 cm。植物乳桿菌（活菌數(shù)：1×105 cfu/g，F(xiàn)W）由中國農(nóng)業(yè)微生物菌種保藏管理中心（ACCC）提供；糖蜜（總糖含量≥50%）由中糧（昌吉）屯河糖業(yè)股份有限公司提供。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過真空袋法對串葉松香草原料進(jìn)行青貯調(diào)制，3個處理為（1）添加10 mL/kg去離子水（CK處理）；（2）添加植物乳桿菌1×105 CFU/g FM（LP處理）；（3）復(fù)合添加植物乳桿菌1×105 CFU/g FM和糖蜜2%（LBM處理），將各處理的添加菌劑在MRS液體培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)，通過平板計(jì)數(shù)法計(jì)算微生物數(shù)量，按照調(diào)制比例均勻噴灑至串葉松香草原料表面，噴灑后立刻混勻，分別稱取2 kg樣品于聚乙烯青貯袋中（33 cm×48 cm），用真空打包機(jī)（SINBO Vacuum Sealer）抽真空后密封保存。各處理均5次重復(fù)，共15袋，置于室溫（23±2）℃下貯藏。室溫貯藏60 d后，評價(jià)評定感官質(zhì)量，并分析各處理青貯的發(fā)酵特征、營養(yǎng)品質(zhì)及綿羊瘤胃降解率。

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 感官質(zhì)量

以《青貯飼料的合理調(diào)制與質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)》為標(biāo)準(zhǔn)，對串葉松香草青貯的酸味、色澤及質(zhì)地進(jìn)行感官質(zhì)量評價(jià)［14］。

1.2.2.2 營養(yǎng)品質(zhì)

參照楊勝［15］方法測定酸性洗滌纖維（acid detergent fiber， ADF）、中性洗滌纖維（neutral detergent fiber， NDF）、粗蛋白（crude protein， CP）、干物質(zhì)（dry matter， DM）、WSC含量。

1.2.2.3 發(fā)酵品質(zhì)

乙酸（Acetic acid， AA）、丙酸（Propionic acid， PA）、丁酸（Butyric acid， BA）和LA含量采用高效液相色譜法測定［16］。pH值采用酸度計(jì)測定，氨態(tài)氮（NH3-N）含量采用苯酚—次氯酸鈉比色法測定。

1.2.2.4 微生物數(shù)量

采用MRS培養(yǎng)基培養(yǎng)乳酸菌（LAB）；高鹽察氏培養(yǎng)基培養(yǎng)霉菌；麥芽糖浸粉瓊脂培養(yǎng)基培養(yǎng)酵母菌；營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基培養(yǎng)好氧細(xì)菌（Aerobic bacteria， AB）（培養(yǎng)基均購自北京陸橋技術(shù)股份有限公司），通過平板計(jì)數(shù)法對微生物數(shù)量進(jìn)行測定［17］。

1.2.2.5 綿羊瘤胃降解率

通過瘤胃瘺管尼龍袋法對酸性洗滌纖維降解率（Acid detergent fiberdegradability，ADFD）、中性洗滌纖維降解率（Neutral detergent fiberdegradability，NDFD）、干物質(zhì)降解率（Dry matter degradability，DMD）和有機(jī)物降解率（Organic matter degradability，OMD）測定［18］。選用3只安裝永久瘤胃瘺管的體態(tài)良好、體型、體重相近（45.0±2.00 kg）的綿羊?；A(chǔ)日糧為1.8 kg青貯玉米+0.4 kg麥草+0.2 kg精料預(yù)混料（100 g精料玉米、48 g麩皮、38 g豆粕、3 g尿素、5 g磷酸氫鈣、4 g添加劑、2 g食鹽），全天不限制飲水。各處理樣品經(jīng)烘干、粉碎過篩至粒徑為1.0 mm，準(zhǔn)確稱取3 g各待測樣品放入尼龍袋（規(guī)格為5 cm×8 cm，孔徑40～50 μm）扎緊后放入瘤胃腹囊處，設(shè)置12、24、48 h 3個時(shí)間點(diǎn)（每個處理每個時(shí)間點(diǎn)每頭羊設(shè)置3個平行試驗(yàn)）取出尼龍袋，快速沖洗并浸泡，置于65℃烘箱中烘干至恒重。通過灰化法測定OM含量（OM%=1-Ash%），運(yùn)用范式纖維洗滌法測定ADF、NDF含量，采用烘干法測定DM含量。各指標(biāo)瘤胃降解率計(jì)算方法為［19］：

Dx= ［ （ MA - MB） / MA］ × 100%.

式中，Dx：待測成分的瘤胃降解率（%），16.MA：待測成分含量（g），17.MB：過瘤胃殘留物中待測成分含量（g）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

通過Excel 2019對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理，通過SPSS 22.0軟件進(jìn)行單因素方差分析（ANOVA），以Duncan法多重比較，P＜0.05判定差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物乳桿菌和糖蜜接種串葉松香草青貯感官評定

研究表明，感官質(zhì)量評價(jià)CK和LP處理均為青綠色，LPM處理為黃綠色；CK和LP處理均為中等乳酸氣味，LPM處理有濃郁乳酸氣味；CK和LP處理均略帶黏性，LPM處理質(zhì)地松散、無結(jié)塊，各處理均無霉變。感官質(zhì)量評價(jià)CK和LP處理良好，LPM處理為優(yōu)等。表1

2.2 植物乳桿菌和糖蜜接種對串葉松香草青貯發(fā)酵指標(biāo)和微生物數(shù)量的影響

研究表明，開袋60 d時(shí)，各處理的DM、CP、NDF、ADF、WSC含量，pH值、酵母菌、霉菌、AB數(shù)量均顯著低于第0 d（P＜0.05）；NH3-N/TN、LA、AA含量、LAB數(shù)量均顯著高于第0 d（P＜0.05）。3個處理之間，LPM處理的DM、CP、AA含量顯著高于CK和LP處理（P＜0.05）。LPM處理的NDF含量、pH值、NH3-N/TN、酵母菌、霉菌數(shù)量顯著低于CK和LP處理（P＜0.05）。LP和LPM處理的PA含量均顯著低于CK處理（P＜0.05）。3個處理的BA含量均未檢出。表2

2.3 植物乳桿菌和糖蜜接種串葉松香草青貯瘤胃降解率的影響

研究表明，ADFD、NDFD、DMD、OMD在瘤胃中隨著時(shí)間的增加顯著上升（P＜0.05）。12 h瘤胃降解指標(biāo)中，LPM處理的ADFD、DMD顯著高于CK處理（P＜0.05），LP和LPM處理的OMD、NDFD顯著高于CK處理（P＜0.05）。24 h瘤胃降解指標(biāo)中，LPM處理的NDFD顯著高于CK處理（P＜0.05），LP和LPM處理的ADFD、DMD顯著高于CK處理（P＜0.05）。48 h瘤胃降解指標(biāo)中，LPM處理的ADFD、NDFD、DMD顯著高于LP和CK處理（P＜0.05），LP處理的ADFD、NDFD、DMD顯著高于CK處理（P＜0.05）。表3

3 討 論

3.1 植物乳桿菌和糖蜜接種對串葉松香草青貯營養(yǎng)品質(zhì)的影響

DM含量是評價(jià)青貯飼料營養(yǎng)價(jià)值的關(guān)鍵因素［20］。DM的損失一方面來源于細(xì)胞的呼吸作用；另一方面主要為發(fā)酵過程中微生物對底物營養(yǎng)的消耗［21］。研究中，由于微生物的消耗，致使發(fā)酵后DM有所損失；而糖源的添加有效減少發(fā)酵底物營養(yǎng)物質(zhì)的損失，使聯(lián)合接種植物乳桿菌和糖蜜能夠最大化保存DM。CP是評價(jià)飼料優(yōu)劣的重要指標(biāo)，發(fā)酵后CP含量有所損失，主要與青貯前期的呼吸作用和微生物的生長等原因有關(guān)［22］；而聯(lián)合接種（LPM處理）的CP損失較少，主要是由于糖蜜的添加為植物乳桿菌的繁殖提供了底物，促使串葉松香草青貯快速到達(dá)酸性環(huán)境，從而抑制各種微生物對蛋白質(zhì)的分解［23］。各處理的WSC含量在發(fā)酵結(jié)束時(shí)（60 d）相比較未發(fā)酵時(shí)有所下降，其主要是多種發(fā)酵微生物對底物糖源的利用；而其中單獨(dú)接種LP處理相比較CK處理消耗WSC含量多，主要消耗WSC的為植物乳桿菌［24］。研究中，聯(lián)合接種（LPM處理）能有效降低發(fā)酵體系NDF含量，但對ADF含量降解效果同單獨(dú)接種植物乳桿菌相同，聯(lián)合接種相比較單獨(dú)接種植物乳桿菌更多的是對半纖維素的降解，與李龍興等［25］的試驗(yàn)結(jié)果相同，植物乳桿菌對纖維的降解具有潛在的作用。

3.2 植物乳桿菌和糖蜜接種對串葉松香草青貯發(fā)酵品質(zhì)和微生物數(shù)量的影響

青貯飼料中蛋白質(zhì)和氨基酸分解的越少（即NH3-N/TN越低），營養(yǎng)價(jià)值越佳［26］，研究中，LPM處理的NH3-N/TN顯著低于LP和CK處理，主要由于糖蜜為植物乳桿菌的生長提供了大量底物，促使其抑制腐敗微生物的生長［27］。LA和AA含量決定了青貯飼料的pH值，研究中，LPM處理pH值水平最優(yōu)（pH＜4.2），且LA和AA含量均最高，糖蜜的添加為植物乳桿菌發(fā)酵產(chǎn)生乳酸提供能量，降低青貯飼料pH，維持發(fā)酵水平［28］。青貯飼料在發(fā)酵過程中WSC大部分在LAB的作用下轉(zhuǎn)化為LA、AA、琥珀酸以及醇類等，其中以LA為主［29］。研究中，LPM處理中的糖蜜為LAB的生長繁殖提供了條件，促進(jìn)了發(fā)酵過程中有機(jī)酸（LA和AA）的產(chǎn)生，從而有效減少營養(yǎng)物質(zhì)的損失［30］。青貯發(fā)酵過程中有益LAB的數(shù)量決定了是否有效抑制好氧微生物生長［31］。研究聯(lián)合接種為發(fā)酵體系外源提供了足量的LAB和豐富碳源，以促使發(fā)酵結(jié)束時(shí)（60 d）LAB數(shù)量仍能保持在較高水平，且能夠有效抑制好氧細(xì)菌的繁殖，與Borreani等［32］的研究結(jié)果相似。

3.3 不同添加劑對串葉松香草青貯瘤胃降解率的影響

DMD可反映反芻動物干物質(zhì)采食量和降解效率［33］。試驗(yàn)中，聯(lián)合接種（LPM處理）DMD在12～48 h均高于CK處理，植物乳桿菌有提高串葉松香草青貯在瘤胃中DM消化率的趨勢，有助于增加瘤胃微生物活性，加速瘤胃微生物的運(yùn)動，促進(jìn)DM的降解，從而改善家畜瘤胃降解能力［32］。NDFD和ADFD是反映反芻動物日糧營養(yǎng)水平的影響指標(biāo)［33］，試驗(yàn)中，ADFD、NDFD在12～48 h時(shí)，LPM處理均最高，主要是由于糖蜜和植物乳桿菌的添加促進(jìn)了青貯有益微生物的生長，改變了植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，有利于瘤胃微生物活動，促進(jìn)植物纖維加快降解有關(guān)［34］。

4 結(jié) 論

聯(lián)合接種植物乳桿菌（1×105 CFU/g FM）和糖蜜（2%）可較好地保存串葉松香草青貯飼料干物質(zhì)含量，促進(jìn)纖維的降解；同時(shí)可提高發(fā)酵體系乳酸菌數(shù)量，有效抑制霉菌、酵母菌和好養(yǎng)細(xì)菌的生長，促進(jìn)可溶性碳水化合物向乳酸和乙酸的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而維持青貯體系在較優(yōu)的酸度范圍。聯(lián)合接種可有效提高干物質(zhì)和纖維在綿羊瘤胃中（12～48 h）的降解率。

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Effects of Lactiplantibacillus plantarumand molasses on the silage of Silphium perfoliatum

Abstract：【Objective】 This project aims to explore the effects of Lactiplantibacillus plantarum and molasses inoculation on silage fermentation characteristics of Silphium perfoliatum and rumen degradation rate of sheep and guide the scientific and efficient utilization of Silphium perfoliatum.

【Methods】 Three additive treatments were designed： no additive inoculation treatment （CK treatment）， inoculation of Lactiplantibacillus plantarum 1×105CFU/g FM （Lactiplantibacillus plantarum， LP treatment ）， inoculation of Lactiplantibacillus plantarum 1×105CFU/g FM + 2% molasses （Lactiplantibacillus plantarum and Molasses， LPM treatment）. The vacuum bag method was used to prepare the cross-leaf rosin grass silage， which was stored at room temperature for 60 days. Afterwards， the sensory quality was evaluated and the fermentation characteristics， nutritional quality and rumen degradation rate of sheep were analyzed.

【Results】 （1） The contents of lactic acid， acetic acid， crude protein and dry matter in LPM treatment were significantly higher than those in CK and LP treatments （Plt;0.05）. The neutral detergent fiber， acid detergent fiber， pH value， ammonia nitrogen ratio total nitrogen， yeast， mold and aerobic bacteria in LPM treatment were significantly lower than those in CK and LP treatment （Plt;0.05）. The propionic acid content of LP and LPM treatments was significantly lower than that of CK treatment （Plt;0.05）. （2） During the rumen degradation process （12-48 h）， the acid， neutral detergent fiber degradation rate and dry matter degradation rate of LPM treatment were significantly higher than those of CK treatment （Plt;0.05）， and the acid， neutral detergent fiber degradation rate， dry matter degradation rate and organic matter degradation rate increased significantly with time in the rumen （Plt;0.05）.

【Conclusion】" The combined inoculation of 1×105CFU/g Lactiplantibacillus plantarum and 2% molasses can promote the fermentation of Silphium perfoliatum silage and significantly improve the degradation of dry matter and fiber in the rumen of sheep.

Key words：Silphium perfoliatum; silage ; fermentation quality ; rumen degradation rate