復合菌劑對青貯玉米營養成分及其飼喂灘羊效果的研究

2020-11-19 15:58:12      點擊:

摘要:篩選復配適合寧夏地區的青貯微生物菌劑,可解決在青貯自然發酵過程中,青貯玉米營養損失多且易發霉等問題。本研究對從寧夏中部干旱區自然發酵的青貯玉米飼料中分離鑒定的1株乳酸菌(Lactobacillus acidophilus)和1株酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)進行性能測定,復配后形成復合菌劑并進行45d的大型窖貯青貯發酵試驗,設置不添加菌劑和添加商業菌劑的青貯飼料為對照組。營養成分測定結果顯示,與不加菌劑和添加商業菌劑的對照組相比,經復合菌劑處理后飼料中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維顯著下降(P<0.05),干物質和粗脂肪含量顯著增加(P<0.05),粗蛋白含量變化不顯著。為期75d的灘羊肥育飼喂和5 d的消化代謝試驗表明,對照組與試驗組灘羊的日均采食量差異顯著儼(P<0.05),平均日增重、末重、料重比差異不顯著。試驗組灘羊對青貯玉米飼料中粗蛋白、粗脂肪表觀消化率顯著提高(P<0.05),中性洗滌纖維表觀消化率提高,對酸性洗滌纖維的表觀消化率影響不顯著。結果表明,復合菌劑顯著改善了青貯玉米料的品質,復合菌劑發酵的飼料玉米對灘羊生長有良好的促進作用。

玉米(Zea mays)是三大糧食作物之一,也是主要的飼料作物。用飼料玉米進行青貯已成為反芻動物飼料的主要加工方式。青貯飼料的制作表面簡單,實則是一個極為復雜的微生物厭氧發酵過程。青貯飼料中的微生物主要有乳酸菌(Lactobacillus acidophilus)、酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)及其他腐敗細菌等。借助乳酸菌可以將青貯原料中的可溶性碳水化合物轉化為乳酸、乙酸等有機酸,降低pH,抑制有害微生物繁殖,最大限度地保持青貯原料的營養成分,并延長飼料的保存周期。

寧夏處于我國農牧過渡區,尤其中部干旱地區是農牧交錯區,以灘羊為代表的畜牧業是其主要的農業經濟產業。但飼喂灘羊的青貯玉米依然多采用自然發酵方式。研究表明,青貯原料上天然附著的乳酸菌數量較少,在青貯過程中產酸不足,不能迅速降低青貯體系的pH,抑制青貯飼料中其他微生物的繁殖能力較弱。青貯飼料中微生物大量繁殖,導致青貯飼料蛋白含量下降,降低青貯飼料的營養價值。青貯飼料制作過程中常出現發霉變質現象,不僅造成營養物質的嚴重損失和飼料原料浪費,更嚴重的是霉變的青貯飼料會對動物健康造成嚴重危害,處理不當還會對當地環境造成嚴重污染。研究表明,通過人工添加乳酸菌增加青貯體系中乳酸菌數量,迅速產生大量的乳酸,加快發酵過程,可彌補自然發酵青貯飼料的不足,提高青貯飼料的發酵品質。然而,目前市面上針對寧夏地區專用的青貯玉米菌劑種類較少,且現有商業青貯菌劑成分主要為單一產酸的乳酸菌菌株,其中的乳酸菌不能適應寧夏地區特殊的氣候環境導致乳酸菌活性較低,從而導致商業青貯菌劑的青貯效果不佳。

本研究對從寧夏回族自治區自然發酵的青貯玉米飼料中通過有益菌群篩選、分離出的乳酸菌和酵母菌菌株進行性能評估,復配形成適用于寧夏地區的復合青貯菌劑并接種于玉米飼料青貯,通過微生物的代謝活動提高青貯玉米飼料的營養價值和保存質量,并通過灘羊飼喂和消化代謝試驗,探究青貯玉米飼料的飼喂效果。這將對寧夏地區推廣使用優化的青貯菌劑和灘羊養殖業的發展具有積極意義。

1 材料與方法

1.1 分離菌株的性能測定與復配

已分離鑒定的1株乳酸菌和1株酵母菌,來自本實驗室從寧夏中部干旱區多個地點采集的玉米飼料自然發酵樣品,通過有益菌群培養、篩選獲得,本研究進行菌株的性能測定。

乳酸菌產酸速率測定:取分離的乳酸菌于MRS培養液中振蕩培養24h進行活化,之后以3%的接種量接入MRS液體培養基,37℃恒溫振蕩培養。從接種0h開始,每隔2h測定乳酸菌發酵液pH,連續測定30h。

菌株生長性能測定:結合其產酸速率測定實驗進行。從接種培養0h開始,每隔2h取樣,以MRS培養基為空白對照,600am波長下測定樣品吸光值,連續測定30h。酵母菌首先在YPD液體培養基活化培養24h,之后以3%的接種量接入YPD液體培養基,28℃恒溫振蕩培養。從接種0h開始,每隔2h取一次樣,以YPD液體培養基為空白對照,660nm波長下測定樣品吸光值,連續測定30h。

復合菌劑復配:分別取上述乳酸菌和酵母菌菌株,活化并培養后以1:1復配提供菌種,委托慕恩(北京)生物科技有限公司進行生產性發酵。復合菌劑活菌總數≥1×1010CFU·g-1。青貯試驗用的對比菌劑購自山東鼎創生物科技有限公司的商業青貯菌劑,說明書顯示其活菌總數≥1×1010CFU·g-1。

1.2 飼料玉米青貯試驗

青貯用玉米原料產自寧夏回族自治區鹽池縣生長到蠟熟期的全株青貯用玉米。隨機取樣后測定其營養成分。青貯試驗共分4組,青貯菌劑的添加量依據菌劑中活菌數確定。處理A為對照:不添加任何菌劑和添加劑,進行自然發酵;處理B:添加2g·t-1商業菌劑發酵,活菌總數≥1×1010CFU·g-1;處理C:添加3g·t-1商業菌劑發酵,活菌總數≥1.5x1010CFU·g-1;處理D:添加2.5g·t-1復合菌劑發酵,活菌總數≥1×1010CFU·g-1。每個處理3個重復,新鮮全株玉米收割后粉碎成5cm左右的秸稈,菌劑與蒸餾水混勻,噴霧器噴灑至原料,放入青貯窖壓實,塑料薄膜包覆,密封發酵45d。青貯窖的青貯容量在80t以上。

1.3 青貯后玉米飼料營養成分測定

發酵45d后開窖,采用三點取樣法,取每個重復距表層40 cm的青貯玉米飼料混合。每個重復的取樣量為1kg,裝入無菌自封袋,低溫快速送至寧夏大學飼料工程技術研究中心進行營養成分測定。測定指標包括粗蛋白、粗脂肪、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、粗灰分和總氮。

1.4 灘羊飼喂試驗

從鹽池縣種羊場選購體重20kg左右的當年3月齡斷奶灘羊羔羊14只,隨機分為兩組,每組7只。對照飼喂不添加菌劑的處理A自然發酵青貯玉米飼料,試驗組飼喂添加復合菌劑的處理D青貯玉米飼料。在鮮重基礎上日糧組成為:青貯玉米飼料(50%)+羊草(20%)+精料補充料(30%),日糧組成及營養水平見表1。

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試驗期共持續75d,其中預飼期15d,用于羊只適應環境并確定飼喂量。所有試驗羊單欄飼養,飼喂試驗期間所有羊只自由采食、飲水。飼喂試驗開始后,每天稱量每只灘羊的飼喂量和剩余量,計算當日采食量;每隔20d進行稱重一次。試驗結束前,試驗灘羊轉移至消化代謝籠,進行為期5d的消化代謝試驗,收集羊只的全部鮮糞稱重,測定粗蛋白、粗脂肪、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量。

1.5 數據處理

數據經Excel初步整理后,采用SPSS 21.0軟件進行單因素方差分析和T檢驗進行差異顯著性分析,P<0.05為差異顯著判定值。

2 結果與分析

2.1 菌株性能測定

乳酸菌產酸性能和乳酸菌、酵母菌生長性能的測定結果見圖1。從圖1a可知,分離的乳酸菌產酸性能良好,從培養開始至12h內可產生大量乳酸并在24h內使培養液的pH從6.5迅速下降至4.0。從圖1b可知,乳酸菌培養8h可達到生長峰值,酵母菌培養24~26h時達峰值。


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2.2 發酵前后青貯飼料玉米的營養成分

由表2可知,D組青貯飼料玉米的干物質含量顯著高于A、B、C3組,B、C組在添加商業菌劑后干物質含量較A組提高,但顯著低于D組。與對照A相比,添加商業菌劑的B、C組粗蛋白含量均顯著下降(P<0.05),B、C組之間差異不顯著;添加復合菌劑的D組雖略有下降,但與對照組差異不顯著;但D組的粗蛋白含量顯著高于B、C組(P<0.05)。說明復合菌劑抑制青貯飼料中蛋白質分解的作用優于商業菌劑組。

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與對照A比較,添加復合菌劑發酵后最顯著的變化是酸性和中性洗滌纖維含量的降低。復合菌劑D組無論是酸性洗滌纖維還是中性洗滌纖維均顯著低于A、B、C組(P<0.05),說明復合菌劑降解青貯玉米飼料中纖維素、半纖維素的能力遠大于商業菌劑。相反,D組的粗脂肪含量顯著高于A、B、C組(P<0.05),表明經復合菌劑發酵后能夠提高青貯玉米飼料的脂溶性物質含量;商業菌劑的粗脂肪含量則隨活菌數增加有進一步降低的可能。表中數據也表明,玉米飼料經菌劑發酵后粗灰分和總氮含量均有降低,但復合菌劑D組的降低程度均低于商業菌劑B、C組,并且粗灰分與B、C組差異達顯著水平(P<0.05)。

綜合分析青貯后玉米飼料的營養指標結果,盡管復合菌劑D組的粗蛋白含量較A組略有下降,但在其他指標上,尤其在提高粗脂肪、降鋸酸性和中性洗滌纖維含量方面均顯著優于A、B、C組。

2.3 復合菌劑青貯玉米飼料對灘羊生長性能的飼喂效果

與對照組相比,處理組灘羊的日均采食量顯著增加(P<0.01)。飼喂結束時的末體重、平均日增重和料重比雖然未達到顯著差異水平,但處理組末體重和平均日增重明顯較對照組提高,料重比下降。說明復合菌劑改善了青貯玉米飼料的適口性,提高了灘羊的日均采食量,對飼料的利用率增加,進而提高了灘羊的平均日增重,最終提高了飼料轉換效率(表3)。

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2.4 復合茵劑青貯玉米飼料對灘羊的表觀消化率

與對照組相比,處理組灘羊極顯著地提高了對飼料中粗蛋白的表觀消化率(P<0.01),對粗脂肪的表觀消化率也顯著提高(P<0.05);對中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的表觀消化率有提高趨勢,尤其是中性洗滌纖維接近了差異顯著水平(P=0.053)(表4)。

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3 討論

乳酸菌的初始產酸量和菌群的生長速度往往決定玉米青貯的質量和成敗。良好的菌株必須達到以下基本條件:快速增殖,能與其他微生物區系競爭而且成為優勢菌種;能快速產生乳酸并盡快降低pH最終達到4.0;菌株本身耐酸等。本試驗結果顯示,我們分離出的乳酸菌菌株具有上述特性。目前市面上普遍使用的商業化菌劑中一般是植物乳桿菌(Lactobacillus plantarum)和戊糖片球菌(Pediococcus pentosaceus),兩者均屬于具有較強產酸能力的同型發酵乳酸菌,其進入指數生長末期的時間均是12~13h。本研究分離的乳酸菌能在8h達到指數生長的高峰,比一般菌劑提前4~5h,且能在12h內產生大量的乳酸并在24h內速降低培養液的pH到4.0,說明該菌株是在長期進化和適應當地氣候環境中形成的優勢菌株,具有迅速產生青貯發酵酸環境的良好功效。

粗蛋白含量是感官測定外衡量青貯飼料品質的一個重要指標。席興軍在青貯玉米飼料中添加乳酸菌后也觀測到粗蛋白含量從7.22%下降至6.74%,與本研究結果的趨勢一致。主要原因是由于在青貯發酵初期,青貯原料中存在多種厭氧、耐酸的梭菌,可以把青貯原料中的蛋白質分解成氨氣和胺;同時,由于青貯原料刈割后植物呼吸作用和植物蛋白酶的作用,使青貯原料中的蛋白質被分解為肽、游離氨基酸等,導致青貯飼料粗蛋白含量下降。本研究結果顯示,分離得到的乳酸菌能夠在接種后8 h迅速大量繁殖,在發酵初期就能有效降低植物呼吸作用和酶的活性,抑制有害附生微生物繁殖,減少了青貯早期的植物呼吸作用對糖的氧化和對蛋白質的水解,從而抑制蛋白質降解成非蛋白氮,較好地保持了青貯原料的營養價值,因而相較于商業菌劑的發酵青貯,復合菌劑發酵的玉米青貯粗蛋白含量下降較少。同時,復合菌劑中的酵母菌可以增加青貯飼料中微生物蛋白質的含量,同時生成醇類等物質,使青貯飼料具有特殊的香味,能夠提高青貯飼料的營養價值和適口性,進而導致飼喂試驗中日均采食量顯著增加。

中性洗滌纖維代表青貯飼料中的結構性碳水化合物,與青貯飼料的適口性相關,青貯飼料的中性洗滌纖維含量越低,家畜的采食量越高;酸性洗滌纖維影響反芻動物對青貯飼料的消化能力,青貯飼料中酸性洗滌纖維含量越低,青貯飼料的消化率越高。本研究顯示,添加復合菌劑后青貯玉米飼料的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量均有較大程度下降,說明乳酸菌和酵母菌在青貯發酵過程中產生的纖維素酶和脂酶等酶類起到了降解纖維素的作用,這與任付平的研究結果一致。

相關研究表明,青貯飼料中的粗脂肪含量相對較少,粗脂肪作為一種高能量物質在動物營養中發揮著重要作用。使用復合菌劑青貯后,青貯的粗脂肪含量顯著上升,高于對照組和商業菌劑組,說明在復合菌劑及其分泌的酶類作用下產生了一些脂溶性營養物質,致使青貯飼料具有更高的營養價值,這與李旭業等的研究結果一致。

飼喂和消化代謝試驗結果顯示,在日糧代謝能和粗蛋白水平近似的情況下,飼喂添加復合菌劑的青貯玉米飼料,灘羊日均采食量、平均日增重和末體重均高于對照組,這也與Nkosi等、Basso等、Ando等報道的研究結果一致或相似,表明飼喂菌劑青貯飼料對灘羊生長產生了促進作用。除日均采食量的提高,青貯飼料持續保持的低pH環境也有助于降低乙酸、丁酸以及其他有害微生物的數量,提高干物質回收率,提高了青貯飼料的利用率,從而提高動物的生產性能。同時,青貯玉米飼料中的乳酸菌、酵母菌等有益微生物作為益生菌進入反芻動物瘤胃后,在瘤胃中生長繁殖,可以抑制胃腸道病原微生物的生長,起到調節胃腸道菌群平衡的作用;也刺激消化道上皮組織,促進了營養物質的吸收。

日糧的營養水平是影響反芻動物消化代謝的直接因素。本研究證明,試驗羊只對飼料粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和粗脂肪的表觀消化率顯著增加,其他研究者也得到菌劑青貯飼料可以提高粗蛋白以及中性洗滌纖維例消化率的結果。玉米經青貯復合菌劑青貯發酵后,飼料中的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維顯著降低,致使相同配比日糧中菌劑青貯組的纖維含量明顯低于對照組。低纖維日糧增加青貯飼料、羊草等在瘤胃內的滯留時間,降低飼料在胃腸道中的流通速度,從而提高了粗蛋白、粗脂肪以及鈣、磷等礦物質在消化道中的表觀消化率。青貯飼料中的乳酸能在灘羊瘤胃內被瘤胃微生物有效利用,促進了瘤胃微生物的繁殖,進而促進了瘤胃微生物將青貯飼料中的氮轉化為微生物蛋白氮的生化反應,提高了粗蛋白的消化利用率。同時,酵母菌和乳酸菌在增殖中產生的大量消化酶類,進一步加快了中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維在瘤胃內的降解,提高了灘羊對青貯飼料營養成分的利用率。

4 結論

本研究結果表明,復合菌劑接種后8h可迅速大量繁殖、24h時pH達到并穩定在4.0,可以顯著降解玉米飼料的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維,提高干物質和粗脂肪含量,延緩粗蛋白的分解。使用復合菌劑發酵的玉米青貯飼喂灘羊,可顯著增加灘羊的日均采食量,提高粗蛋白、粗脂肪和中性洗滌纖維的表觀消化率,進而提高灘羊生長性能。

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