段娜寧,王偉,魏曉麗,徐成體
(1.青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院,西寧 810016; 2.青海大學(xué)畜牧獸醫(yī)科學(xué)院,西寧 810016)
高寒地區(qū)由于地理與氣候條件特殊,牧草生長(zhǎng)季節(jié)短,生長(zhǎng)速度緩慢,產(chǎn)量較低,季節(jié)性不平衡問題較為突出。青貯技術(shù)因其營(yíng)養(yǎng)好、損失小、耐儲(chǔ)存等優(yōu)點(diǎn),可作為高寒地區(qū)解決這個(gè)問題的一種重要手段。燕麥?zhǔn)且环N優(yōu)良的飼料作物,具有產(chǎn)草量高、營(yíng)養(yǎng)豐富、適口性好等優(yōu)點(diǎn),是高寒地區(qū)草地畜牧業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展中重要的飼草作物之一[1],在青海的一年生人工草地種植面積中占70%左右。糧改飼項(xiàng)目實(shí)施后,燕麥青貯逐漸成為研究熱點(diǎn)[2]。高寒地區(qū)因青貯技術(shù)研究開始較晚,特別是針對(duì)燕麥青貯技術(shù)系統(tǒng)性的研究較少,本文對(duì)高寒地區(qū)燕麥青貯技術(shù)進(jìn)行歸納總結(jié),為高寒地區(qū)的燕麥青貯技術(shù)提供理論基礎(chǔ)[3,4]。
青貯是一個(gè)復(fù)雜的過程,這個(gè)過程中包含微生物活動(dòng)與化學(xué)變化的過程,在此過程中,青貯原料中的乳酸菌會(huì)大量的繁殖,原料中的可溶性糖變成乳酸,當(dāng)原料中乳酸量積累到一定程度,不利于青貯的微生物的生長(zhǎng)就會(huì)被抑制,從而延長(zhǎng)飼料的貯藏時(shí)間[5],該過程中,乳酸菌在發(fā)酵之后會(huì)產(chǎn)生大量的乳酸、乙醇和二氧化碳等,以保證青貯的效果[6]?,F(xiàn)階段在高寒地區(qū),常用作青貯的人工飼草主要有燕麥、玉米、小黑麥等,其中燕麥約占40%、小黑麥占20%、玉米占15%,其他飼草如苜蓿、甜高粱等占比25%(圖1)。
圖1 高寒地區(qū)常用青貯牧草種類
2.1 青貯原料含水量對(duì)燕麥青貯品質(zhì)的影響
燕麥青貯發(fā)酵受到多種因素的影響,含水量是影響青貯品質(zhì)的重要因素之一,含水量過高或過低都不利于青貯發(fā)酵。劉秦華等[7]研究報(bào)道,燕麥青貯含水量太高會(huì)使?fàn)I養(yǎng)成分外滲,甚至引起霉變,從而導(dǎo)致大量損失,使青貯成功率降低。萬里強(qiáng)等[8,9]研究發(fā)現(xiàn),含水量太低不僅使燕麥中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量流失,而且不利于壓實(shí),使其中存有空氣,進(jìn)而引起霉變。Touqir等[10]的研究認(rèn)為,當(dāng)青貯原料中含水量較高時(shí),有大量的梭菌不斷繁殖,丁酸和氨態(tài)氮等一些有害物質(zhì)也會(huì)大量生成,而當(dāng)含水量較低時(shí),厭氧微生物的生長(zhǎng)得到了抑制,進(jìn)而降低了糖分向有機(jī)酸轉(zhuǎn)化的能力和速度。Weinberg等[11]研究認(rèn)為青貯原料含水量較低時(shí),對(duì)乳酸菌等微生物活性的抑制作用有了明顯提升,從而導(dǎo)致青貯無法快速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),進(jìn)而影響了青貯質(zhì)量。
一般含水量在50%~75%皆可進(jìn)行燕麥青貯,但不同地區(qū)因氣候、海拔等差異,所以最適宜的青貯含水量也有不同。張一為、李向林等[12-16]在天津等地通過含水量對(duì)燕麥青貯品質(zhì)的影響研究發(fā)現(xiàn),青貯原料的含水量在65%~70%為宜。白春生等[17]在內(nèi)蒙地區(qū)通過研究貯藏時(shí)間及低含水量下裹包層數(shù)對(duì)苜蓿青貯品質(zhì)的影響后報(bào)道,調(diào)制裹包青貯時(shí),青貯原料適宜含水區(qū)間為50%~65%,當(dāng)含水量降至 20%~50%時(shí),因青貯原料物理特性,裹包后難于保持氣密性,易發(fā)霉。李蕾蕾[18]等在青南牧區(qū)開展的研究表明,有利于乳酸菌繁殖的原料含水量為65%~70%,但在海拔高度超過3 500 m的高寒牧區(qū)反而容易導(dǎo)致青貯包內(nèi)結(jié)冰,使乳酸菌的活性受到抑制,而50%~60%的燕麥草原料含水量的乳酸菌活性優(yōu)于60%~70%時(shí)。因此,在燕麥草青貯過程中,不同地區(qū)的原料含水量要根據(jù)實(shí)際情況選擇較合適的范圍才能提高青貯成功率。
程云輝[19]報(bào)道,含水量的控制需要通過晾曬來實(shí)現(xiàn),但在晾曬過程中,植物呼吸作用增強(qiáng)、WSC含量降低,發(fā)酵底物量減少、蛋白質(zhì)分解酶活性升高、大量的蛋白質(zhì)被分解成游離的氨基酸,會(huì)影響青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)。關(guān)皓、王益[20,21]等研究表明,在水分調(diào)節(jié)過程中,若原料含水量過高,應(yīng)晾曬或添加低水分的原料進(jìn)行調(diào)制,若原料含水量不足,則采用噴水的方法進(jìn)行調(diào)整。
2.2 原料密度對(duì)燕麥青貯品質(zhì)的影響
青貯密度是干物質(zhì)保存的重要參數(shù)之一,可直接影響有機(jī)物質(zhì)的氧化。密度越高則空隙率越低,混入空氣越少,青貯過程中氧氣流動(dòng)就越緩慢,能夠有效促進(jìn)乳酸菌發(fā)酵和酶消化率,減少有氧腐敗帶來的糖損失,還能夠提高料倉容量利用率[22]。李海、Muck RE[23,24]在內(nèi)蒙古天然草原進(jìn)行了天然牧草青貯研究后報(bào)道,將青貯密度控制在350~400 kg·m-3范圍內(nèi),青貯料的感官品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、發(fā)酵品質(zhì)、貯成率及飼喂價(jià)值均顯著高于其它處理。Cheng X等[25]研究表明,大規(guī)模青貯制作時(shí)青貯密度需要機(jī)械壓實(shí),且比較耗時(shí),會(huì)在一定程度增加青貯成本。
理論上,壓實(shí)密度越高越有益于青貯,因?yàn)榭梢宰畲笙薅鹊呐懦諝?,?chuàng)造厭氧環(huán)境,減小營(yíng)養(yǎng)損失,從而提高青貯飼料品質(zhì),青貯密度一般的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為600 kg·m-3,但在高寒地區(qū)最適宜燕麥青貯的壓實(shí)密度還不確定。在青貯時(shí)若達(dá)不到合理密度,可利用纖維素酶等酶制劑使青貯快速形成發(fā)酵所需的厭氧壞境。
2.3 青貯溫度對(duì)燕麥青貯品質(zhì)的影響
溫度也是影響燕麥青貯品質(zhì)的重要因素,溫度變化能夠改變附生乳酸菌菌群,因此溫度過高或者過低都不利于燕麥青貯發(fā)酵的進(jìn)行[26]。
Prochnow等[27,28]研究表明,通常燕麥青貯最適青貯溫度為 25 ℃~30 ℃,高于37 ℃有損青貯飼料的保存,會(huì)導(dǎo)致品質(zhì)下降,有氧穩(wěn)定性降低,梭菌發(fā)酵以及熱損傷導(dǎo)致碳水化合物和蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)降解等一系列問題。Hirakubo T等[29-31]研究表明,溫度過低也不利于發(fā)酵的進(jìn)行,在低溫發(fā)酵條件下,發(fā)酵速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高溫發(fā)酵,青貯產(chǎn)生乳酸不足,致使發(fā)酵品質(zhì)不佳。
青貯發(fā)酵是多種因素共同作用的結(jié)果,劉博群等[32]研究表明,在同一溫度下,不同含水量的青貯品質(zhì)差異較大,因此,合適的發(fā)酵條件除考慮溫度外,需兼顧多種因素影響。高溫或者低溫條件下需要對(duì)發(fā)酵進(jìn)行干預(yù),比如添加相應(yīng)的目的乳酸菌發(fā)酵劑。
2.4 添加劑在燕麥青貯中的作用與影響
青貯添加劑對(duì)改善青貯飼料品質(zhì)具有顯著作用,青貯添加劑主要有營(yíng)養(yǎng)型添加劑、化學(xué)防腐型添加劑(或發(fā)酵抑制型添加劑)和發(fā)酵促進(jìn)型添加劑3種類型。營(yíng)養(yǎng)型添加劑主要物質(zhì)有糖蜜、葡萄糖、乳糖、尿素等;化學(xué)防腐型添加劑主要物質(zhì)有鹽酸、硫酸、甲酸等;發(fā)酵促進(jìn)型添加劑主要物質(zhì)有以乳酸菌為主的菌類微生物和纖維素酶等各種酶制劑。乳酸菌、纖維素酶、甲酸等是目前最常用的青貯添加劑[33-35]。
2.4.1乳酸菌 乳酸菌可以在發(fā)酵初期為青貯飼料提供充足的乳酸菌種,使青貯料快速進(jìn)入到乳酸發(fā)酵階段,進(jìn)而使pH值快速下降,減少梭菌、腐敗菌的發(fā)酵,降低蛋白質(zhì)的損耗,對(duì)于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)青貯飼料意義重大。關(guān)于添加乳酸菌制劑對(duì)青貯飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和發(fā)酵品質(zhì)影響的報(bào)道較多,乳酸菌接種對(duì)青貯飼料品質(zhì)的影響結(jié)論不一致[36-38]。熱杰等[39]按0.005 g·kg-1添加量對(duì)燕麥添加乳酸菌青貯,結(jié)果添加乳酸菌的青貯組氣味、色澤及手感好于對(duì)照組,干物質(zhì)、粗蛋白含量上升,酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量下降,乳酸含量增加顯著,并顯著減少青貯料氨態(tài)氮含量,從而獲得優(yōu)質(zhì)的燕麥青貯料。王昆昆等[40]在青貯時(shí)分別加入0.0025%和0.005%兩種濃度的乳酸菌制劑,結(jié)果表明添加劑對(duì)青貯料的品質(zhì)影響顯著且結(jié)果有差異。萬里強(qiáng)等[41]在苜蓿中添加乳酸菌粉劑獲得了良好的青貯飼料,和對(duì)照組相比,添加劑組在粗蛋白含量、乳酸含量等指標(biāo)上均有一定的優(yōu)勢(shì)。
2.4.2纖維素酶 纖維素酶屬于細(xì)胞壁降解酶的一種,它作為添加劑在青貯中的應(yīng)用較為廣泛,十九世紀(jì)五六十年代就開始在青貯中添加纖維素酶來提高青貯飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和品質(zhì)。添加纖維素酶主要作用是創(chuàng)造適合乳酸菌生長(zhǎng)的厭氧環(huán)境,因?yàn)槔w維素酶中含有較多氧化還原酶成分,這些氧化還原酶進(jìn)行生化反應(yīng)時(shí)需要消耗大量氧氣,從而創(chuàng)造出更適合青貯發(fā)酵的厭氧環(huán)境[42,44]。侯殿明等[45]在構(gòu)樹葉青貯中加入纖維素酶,獲得了優(yōu)質(zhì)的青貯料,其中青貯料的粗纖維含量和pH值顯著降低,乳酸生成量和可溶性糖含量增加。楊富裕等[46]在黑麥草青貯試驗(yàn)中加入纖維素酶作為青貯添加劑,在30 d后對(duì)青貯料進(jìn)行試驗(yàn)分析,和對(duì)照組相比,添加纖維素酶組青貯料的pH值、氨態(tài)氮含量、酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量降低,而乳酸含量顯著升高,可溶性糖含量也得到提高。史占全[47]在研究添加劑對(duì)燕麥-箭筈豌豆青貯的影響時(shí),用0.12%、0.16%、0.20% 3個(gè)濃度的纖維素復(fù)合酶對(duì)混合青貯料進(jìn)行處理,在青貯的不同階段對(duì)其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果表明,纖維素復(fù)合酶添加量為0.20%時(shí),混合青貯料在不同青貯階段(3 d、10 d、21 d)纖維素類物質(zhì)的降解程度均表現(xiàn)最好。
但不同的酶對(duì)底物有一定的專一性,對(duì)不同的飼料作物的作用效果存在差異,而且酶對(duì)內(nèi)環(huán)境的要求很高,沒有達(dá)到合適的溫度和pH值,不能滿足纖維素酶發(fā)揮作用的條件,可能就發(fā)揮不了應(yīng)有的作用。
2.4.3甲酸的研究現(xiàn)狀 甲酸又名蟻酸,作為一種青貯添加劑在國(guó)內(nèi)外被廣泛使用,尤其在北歐挪威、英國(guó)等國(guó)家,甲酸發(fā)揮著重要的作用。它不同于硫酸、鹽酸等污染環(huán)境的強(qiáng)腐蝕性無機(jī)酸,甲酸屬強(qiáng)的有機(jī)酸,具有較強(qiáng)的還原力,在青貯中作為添加劑效果較好[48-50]。許慶芳等[54]研究表明,添加甲酸的主要作用是利用甲酸的強(qiáng)酸性提高酸化效果,在青貯發(fā)酵初期快速減低青貯料的pH值,為乳酸菌等有益菌的發(fā)酵提供良好的生存環(huán)境。Nonaka K等[51]研究表明,甲酸的強(qiáng)酸性還可以抑制植物呼吸和發(fā)酵過程中不良微生物的發(fā)酵作用。Kaiser E[52]研究表明,甲酸的使用可以通過抑制梭菌和大腸桿菌等不良微生物的發(fā)酵作用,減少青貯飼料蛋白的分解,降低蛋白損失率,產(chǎn)生較少的氨態(tài)氮。朱慧森、董寬虎等[53]在苜蓿青貯中加入甲酸作為添加劑,結(jié)果表明5.5 mL·kg-1和6.0 mL·kg-1的甲酸對(duì)獲得良好青貯料效果顯著,這兩個(gè)濃度的甲酸添加劑均能抑制青貯的自然發(fā)酵過程,所測(cè)得的乳酸含量顯著低于對(duì)照。楊富裕等[54]在草木樨青貯中添加4.0 mL·kg-1的甲酸,發(fā)現(xiàn)青貯料的可溶性糖含量較多,可溶性碳水化合物得以保存,并降低了青貯料的氨態(tài)氮含量。朱慧森、董寬虎研究不同青貯添加劑對(duì)苜蓿青貯品質(zhì)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn),紫花苜蓿添加甲酸(6.0 mL·kg-1)處理后青貯效果僅次于蔗糖(30 g·kg-1)。
大量的研究表明添加甲酸可使青貯發(fā)酵品質(zhì)一定程度上得以改善,但也有一些研究發(fā)現(xiàn)它并不能很好的改善青貯品質(zhì),余國(guó)輝[54-56]研究表明甲酸對(duì)青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)并沒有明顯的改善作用。
針對(duì)燕麥青貯技術(shù)的研究,國(guó)內(nèi)外已有許多研究成果,但針對(duì)高寒地區(qū)特有的氣候條件下燕麥青貯的系統(tǒng)性研究較少,特別是針對(duì)溫度、壓實(shí)密度、含水量等關(guān)鍵因素的研究仍不明確。同時(shí),溫度、壓實(shí)密度對(duì)燕麥青貯品質(zhì)影響的研究也較少,高寒地區(qū)燕麥青貯不同時(shí)期微生物及其他營(yíng)養(yǎng)成分的含量變化情況也可作為今后研究的方向。
目前用于青貯的添加劑較多,但適用于高寒地區(qū)低溫條件下燕麥青貯的專用型添加劑的研究較少,燕麥青貯原料在不同含水量時(shí)最適的添加劑種類及濃度的研究也較少,可作為今后的重要研究方向。