不同青貯添加劑對全株玉米青貯營養價值、發酵品質和瘤胃降解率的影響
摘要:本試驗旨在研究不同青貯添加劑對全株玉米青貯營養價值、發酵品質和瘤胃降解率的影響。全株玉米青貯時分別添加不同青貯添加劑,試驗共設5個組,分別為對照組(不添加任何青貯添加劑)、乳酸菌組(添加5×105CFU/g乳酸菌制劑)、有機酸組(甲酸、乙酸和丙酸按照7∶1∶2的體積比進行混合,添加量為4mL/kg)、有機酸鹽組(苯甲酸鈉和山梨酸鉀按照1∶1的質量比進行混合,添加量為2g/kg)和纖維素酶組(添加50mg/kg纖維素酶),每組4個重復。青貯45d后,測定全株玉米青貯的營養成分、發酵品質和瘤胃降解率。結果表明:1) 有機酸組的粗蛋白質含量顯著高于其他各組(P<0.05),有機酸鹽組和纖維素酶組的中性洗滌纖維含量顯著低于對照組(P<0.05),有機酸鹽組和纖維素酶組的相對飼喂價值和非中性洗滌纖維性碳水化合物含量顯著高于對照組(P<0.05),乳酸菌組、有機酸組、有機酸鹽組和纖維素酶組的有機酸和可溶性糖含量均顯著高于對照組(P<0.05)。2) 乳酸菌組和有機酸組的總可消化養分含量、消化能、代謝能、維持凈能和增重凈能顯著高于對照組、有機酸鹽組和纖維素酶組(P<0.05)。3) 乳酸菌組、有機酸鹽組和纖維素酶組的pH顯著低于對照組(P<0.05),乳酸菌組、有機酸組、有機酸鹽組和纖維素酶的乳酸含量顯著高于對照組(P<0.05),有機酸組和有機酸鹽組的氨態氮/總氮(NH3-N/TN)顯著低于對照組(P<0.05),有機酸組和纖維素酶組的發酵系數、費氏評分、24h干物質降解率和24h中性洗滌纖維降解率顯著高于對照組(P<0.05)。由此可見,乳酸菌、有機酸、有機酸鹽和纖維素酶對全株玉米青貯的營養成分含量、發酵品質和瘤胃降解率均有不同程度的提升作用。綜合以上各項指標進行評價,各組全株玉米青貯的綜合營養價值從高到低依次為:纖維素酶組>有機酸鹽組>有機酸組>乳酸菌組>對照組。
全株玉米青貯具有生物學產量高、營養價值高、適口性好、貯藏時間長等優點,是反芻動物生產中重要的粗飼料來源。全株玉米青貯的制作質量直接關系到反芻動物的健康、生產性能以及養殖場的經濟效益,如何生產優質全株玉米青貯是養殖業普遍關注的問題。提升青貯飼料的發酵品質是生產優質全株玉米青貯的重要環節,盡管青貯發酵是一個復雜的微生物活動和生物化學變化過程,但可以在青貯過程中加入青貯添加劑進行調控,青貯添加劑已被作為一種提升青貯飼料發酵品質、營養價值和動物適口性的有效手段。
青貯飼料添加劑的種類較多,根據其功能可分為4類:發酵促進劑、發酵抑制劑、好氧性腐敗菌抑制劑和營養性添加劑。國內外有關青貯添加劑的研究主要集中于乳酸菌復合制劑、纖維素酶、有機酸及其對應的鹽類等。乳酸菌復合制劑綜合了同型和異型發酵乳酸菌的優勢,在發酵前期,同型發酵乳酸菌快速產生大量乳酸并降低青貯pH,有效抑制有害菌的生長,進而降低干物質損失;在發酵后期,異型發酵乳酸菌發酵產生的乙酸可提升青貯飼料有氧穩定性,防止二次發酵。
纖維素酶一方面可水解植物細胞壁為單糖,增加乳酸菌發酵底物,另一方面可改變植物的纖維素結構并降低纖維含量,改善青貯飼料適口性的同時,提高其消化率。甲酸、乙酸及丙酸等有機酸能夠直接酸化青貯飼料,迅速降低pH,抑制好氧微生物的活力和不良微生物的生長,防止青貯飼料的腐敗,有利于保存飼料營養價值。
苯甲酸、山梨酸及其鹽類可抑制青貯中梭菌和酵母菌的生長,降低pH及氨態氮和丁酸濃度,提升青貯發酵品質。盡管國內外有關青貯添加劑的研究已經十分廣泛和深入,但多數研究只是針對單一或2種添加劑進行研究,關于多種青貯添加劑比較的研究較少。
因此,本研究在前人研究的基礎上,探討不同青貯添加劑(乳酸菌、有機酸、有機酸鹽、纖維素酶)對全株玉米青貯營養價值、發酵品質和瘤胃降解率的影響,以期為青貯添加劑的合理選擇和使用提供數據支持。
1材料與方法
1.1 試驗材料
青貯原料為來自山東省陽信縣河流鎮蠟熟期刈割的全株玉米(登海605),全株玉米青貯前營養成分見表1。乳酸菌制劑主要成分為戊糖片球菌、屎腸球菌、植物乳桿菌和布氏乳桿菌,乳酸菌含量為5×1010CFU/g。甲酸、乙酸、丙酸、苯甲酸鈉和山梨酸鉀均為實驗室用分析純試劑,購自國藥集團化學試劑有限公司。纖維素酶(綠色木酶,又稱1,4-β-D-葡聚糖葡糖苷水解酶,活性為400000U/g)購自上海源葉生物科技有限公司。聚乙烯單向呼吸閥厭氧袋(22cm×40cm)購自平陽勝光實業有限公司。
1.2 試驗設計
全株玉米用粉碎機切短至1~2cm,混合均勻后備用。試驗共設5個組,分別為對照組(不添加任何青貯添加劑)、乳酸菌組(添加5×105CFU/g乳酸菌制劑)、有機酸組(甲酸、乙酸和丙酸按照7∶1∶2的體積比進行混合,添加量為4mL/kg)、有機酸鹽組(苯甲酸鈉和山梨酸鉀按照1∶1的質量比進行混合,添加量為2g/kg)和纖維素酶組(添加50mg/kg纖維素酶),添加劑的添加量均以青貯鮮重為基礎,每組4個重復。各組混合均勻后,稱取約1kg樣品于聚乙烯厭氧袋中,真空密封,于室溫避光發酵45d后開袋取樣,隨后開展相關指標的測定。
1.3 指標測定
1.3.1 常規營養成分指標
全株玉米青貯前和開袋后分別取約500g樣品,在65℃烘箱(DHG-9053A型)中烘干48h,采用粉碎機(Tecator 1093,瑞典)粉碎至1mm待測。干物質(DM)、粗灰分(Ash)、粗蛋白質(CP)和粗脂肪(EE)含量參照AOAC(2005)方法進行測定,其中DM含量采用重量法測定,Ash含量含量采用灰化法測定,CP含量采用凱氏定氮法測定,EE含量采用索氏浸提法(乙醚浸出法)測定。
鈣(Ca)含量參照GB/T 6436—2018,采用高錳酸鉀法測定。磷(P)含量參照GB/T 6437—2018,采用分光光度法測定。中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)和酸性洗滌木質素(ADL)含量參照Van Soest等的方法,采用Ringbio纖維分析儀(R-2000,英國)測定。水溶性碳水化合物(WSC)含量參照蒽酮-硫酸比色法,采用分光光度計(Alpha-1506,上海)進行測定。淀粉(Starch)含量采用高氯酸水解-蒽酮比色法測定。相對飼喂價值(RFV)根據公式進行計算:
RFV=DMI(%BW)×DDM(%DM)/1.29;
DMI(%BW)=120/NDF(%DM);
DDM(%DM)=88.9-0.779×ADF(%DM)。
式中:DMI為干物質采食量;BW為體重;DDM為可消化干物質。
1.3.2 碳水化合物組分指標
碳水化合物組分剖分參照NRC(2016)的方法,各組分計算公式如下:
總碳水化合物(CHO,%DM)=100-CP(%DM)-EE(%DM)-Ash(%DM);
非中性洗滌纖維性碳水化合物(Non-NDF,%DM)=100-CP(%DM)-NDF(%DM)-EE(%DM)-Ash(%DM);
有機酸(OA,%DM)=乳酸(%DM)+乙酸(%DM)+丙酸(%DM)+丁酸(%DM)+其他有機酸(%DM);
不可利用纖維(CC,%DM)=ADL(%DM)×2.4;
可溶性糖(CA,%DM)=WSC(%DM);
淀粉(CB1,%DM)=Starch(%DM);
中性洗滌可溶纖維(CB2,%DM)=Non-NDF(%DM)-OA(%DM)-CA(%DM)-CB1(%DM);
不可利用中性洗滌纖維(CC,%DM)=2.4×ADL(%DM);
可利用中性洗滌纖維(CB3,%DM)=NDF(%DM)-CC(%DM)。
1.3.3 預測能值指標
總可消化養分(TDN)根據Weiss等的方法計算,計算公式如下:
TDN(%)=0.98×(100-NDFn-CP-Ash-EE)+0.93×CP+2.25×(EE-1)+0.75×(NDFn-ADL)×[1-(ADL/NDFn)0.667]-7;
式中:NDFn為無氮中性洗滌纖維[NDFn=NDF-中洗不溶蛋白(NDICP)];各組分的單位均為%DM。
消化能(DE)、代謝能(ME)、維持凈能(NEm)和增重凈能(NEg)參照NRC(2016),在TDN基礎上進行計算,公式如下:
DE(MJ/kg)=0.04409×TDN(%DM);
ME(MJ/kg)=0.82×DE(MJ/kg);
NEm(MJ/kg)=1.37×ME(MJ/kg)-0.138×ME2(MJ/kg)+0.0105×ME3(MJ/kg)-1.12;
NEg(MJ/kg)=1.42×ME(MJ/kg)-0.174×ME2(MJ/kg)+0.0122×ME3(MJ/kg)-1.65。
泌乳凈能(NEL)根據Undersander的方法進行計算,公式如下:
NEL(MJ/kg)=[0.9265-(0.00793×ADF)]/0.4536。
1.3.4 發酵指標
稱取25g新鮮青貯樣品,置于榨汁機(HR2027,飛利浦)中,加入250mL無菌蒸餾水,間歇榨汁攪拌5~6次,每次5s。用4層紗布過濾上清液至三角瓶中,混勻,立即使用pH計(HANNA HI 9125,意大利)測定pH,隨后使用0.1mol/LHCl滴定至pH為3.0,然后用0.1mol/LNaOH滴定至pH為10.0,緩沖力(BC)按照pH每變化0.5個單位所消耗0.1mol/LNaOH的體積進行計算;另取濾液于-20℃冰箱保存,用于后續測定揮發性脂肪酸(VFA)、乳酸和氨態氮(NH3-N)含量。
VFA含量采用氣相色譜法測定;乳酸含量采用對羥基聯苯比色法測定;NH3-N含量采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定。參照王國艮的方法計算發酵系數(fermentation coefficient,FC)和費氏評分(Fleig score,FS),公式如下:
發酵系數=DM(%)+8×WSC(%DM)/BC;費氏評分=220+[2×DM(%)-15]-(40×pH)。
1.3.5 瘤胃降解率指標
選用3頭體況良好、體重(550±50)kg、安裝永久性瘤胃瘺管的荷斯坦奶牛,試驗飼糧組成(DM基礎)為:玉米24.1%、麩皮12.3%、豆粕11.6%、苜蓿14.4%、羊草11.2%、全株玉米青貯24.4%、預混料2%;營養水平為:CP15.03%、NDF38.13%、ADF20.15%、NEL6.49MJ/kg,每天于06:00和18:00進行飼喂,全天自由飲水。
采用尼龍袋法測定青貯飼料24和48h的干物質降解率(DMD)和中性洗滌纖維降解率(NDFD)。尼龍袋規格為12cm×6cm,孔徑為50μm,稱量3g左右青貯樣品裝入尼龍袋中,每個樣品每個時間點每頭牛設置4個重復,尼龍袋取出后,使用自來水沖洗干凈,在65℃烘箱中烘干48h,采用粉碎機粉碎至1mm,后續測定DM和NDF含量,計算降解率,公式如下:
DMD(%)=[(消化前樣品DM含量-消化后樣品DM含量)/消化前樣品DM含量]×100;
NDFD(%)=[(消化前樣品NDF含量-消化后樣品NDF含量)/消化前樣品NDF含量]×100。
1.3.6 營養價值綜合評價
采用模糊數學隸屬函數法對青貯營養價值進行綜合評價,如果測定的指標與青貯的營養價值呈正相關,計算公式如下:
R(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)。
如果為負相關,則用反隸屬函數進行轉換,計算公式如下:
R(Xi)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)。
式中:R(Xi)為指標測定值,Xmin和Xmax分別為某一指標所有測定值中的最小值和最大值。
對所有指標隸屬函數值進行相加,求其平均值,以平均值大小進行排名。
1.4 統計分析
數據使用Excel 2013進行匯總和整理,使用SAS 9.1軟件中GLM過程進行方差分析和Duncan氏法多重比較檢驗,結果以最小二乘均值表示,P<0.05為差異顯著,0.05≤P<0.10為存在趨勢。
2結 果
2.1 不同青貯添加劑對全株玉米青貯營養成分的影響
由表2可以看出,不同青貯添加劑對全株玉米青貯的DM、ADF、ADL、EE、Ca和P含量無顯著影響(P>0.05)。有機酸組的CP含量顯著高于其他各組(P<0.05),較對照組提高了8.33%。有機酸鹽組和纖維素酶組的NDF含量顯著低于其他各組(P<0.05)。有機酸鹽組的Ash含量顯著高于有機酸組和纖維素酶組(P<0.05)。有機酸鹽組和纖維素酶組的RFV顯著高于對照組(P<0.05)。
2.2 不同青貯添加劑對全株玉米青貯碳水化合物組分含量的影響
由表3可以看出,不同青貯添加劑對全株玉米青貯的CHO、CB1、CB2、CB3和CC含量無顯著影響(P>0.05)。有機酸鹽組和纖維素酶組的Non-NDF含量顯著高于對照組(P<0.05),較對照組分別增加了3.75%和3.66%。乳酸菌組、有機酸組、有機酸鹽組和纖維素酶組的OA和CA含量均顯著高于對照組(P<0.05),其中乳酸菌組的OA和CA含量最高。
2.3 不同青貯添加劑對全株玉米青貯預測能值的影響
由表4可以看出,乳酸菌組和有機酸組的TDN含量顯著高于對照組、有機酸鹽組和纖維素酶組(P<0.05),乳酸菌組和有機酸組的DE、ME、NEm和NEg均顯著高于對照組、有機酸鹽組和纖維素酶組(P<0.05)。不同青貯添加劑對全株玉米青貯的NEL無顯著影響(P>0.05)。
2.4 不同青貯添加劑對全株玉米青貯發酵參數的影響
由表5可以看出,乳酸菌組、有機酸鹽組和纖維素酶組的pH顯著低于對照組(P<0.05),乳酸菌組、有機酸組、有機酸鹽組和纖維素酶組的乳酸含量顯著高于對照組(P<0.05),其中,乳酸菌組的pH最低,乳酸含量最高。有機酸組的丙酸含量顯著高于其他各組(P<0.05)。有機酸組和有機酸鹽組的氨態氮/總氮(NH3-N/TN)顯著低于對照組(P<0.05)。有機酸組、有機酸鹽組和纖維素酶組的發酵系數顯著高于對照組(P<0.05)。乳酸菌組、有機酸鹽組和纖維素酶組的費氏評分高于對照組(P<0.05)。不同青貯添加劑對全株玉米青貯的乙酸和丁酸含量無顯著影響(P>0.05)。
2.5 不同青貯添加劑對全株玉米青貯瘤胃降解率的影響
由表6可以看出,有機酸鹽組的DMD24h和NDFD24h顯著高于對照組(P<0.05),纖維素酶組的DMD24h、NDFD24h和DMD48h顯著高于對照組(P<0.05)。不同青貯添加劑對全株玉米青貯的NDFD48h無顯著影響(P>0.05)。
2.6 不同青貯添加劑處理的全株玉米青貯的營養價值綜合評價
將各組有顯著差異的15個指標進行隸屬函數分析,其中CP、RFV、Non-NDF、CB1、TDN、乳酸、發酵系數、費氏評分、DMD24h、DMD48h和NDF24h為正相關指標,NDF、Ash、pH和NH3-N/TN為負相關指標。依據15個指標的平均隸屬函數值進行排序,數值越大則綜合營養價值越高,綜合營養價值從高到低為:纖維素酶組>有機酸鹽組>有機酸組>乳酸菌組>對照組。
3討 論
3.1 不同青貯添加劑對全株玉米青貯營養成分的影響
本試驗中,乳酸菌組的常規營養成分與對照組無顯著差異,與孫貴賓等和李金俐等的研究結果一致,而尉小強等添加植物乳桿菌顯著降低了全株玉米青貯的NDF和ADF含量,不同研究采用的乳酸菌種類和濃度不同可能是結果存在分歧的原因。
本試驗中,有機酸組的CP和WSC含量較對照組顯著增加,與和張晴晴等分別在天然牧草和燕麥青貯中添加甲酸的結果一致,原因可能是有機酸直接酸化青貯飼料,抑制了腐敗菌和梭菌等有害微生物的活動,同時降低了青貯發酵早期植物自身呼吸作用對CP和WSC的消耗,有效保留了營養物質。有機酸鹽組和纖維素酶組的NDF和ADF含量較對照組顯著降低,而Non-NDF含量顯著增加,由于有機酸鹽和纖維素酶對植物細胞壁有降解作用,尤其是對半纖維素和纖維素的降解,進而提高了非結構性碳水化合物的含量。
RFV是評定粗飼料營養價值的重要指標,其主要基于粗飼料中NDF和ADF含量進行估算,NDF和ADF含量越低,粗飼料品質越好。因此,有機酸鹽組和纖維素酶組的高RFV與其低NDF含量直接相關。TDN是飼料有效能值的一種表現形式,比較全面的綜合了飼料的NDF、CP、Ash、ADL和EE等指標。但李悅銘等發現,添加不同濃度的甲丙混合酸對全株小麥青貯的能量指標無顯著影響。不同研究間采用的青貯原料種類以及測定能值的方法不同可能是結果存在分歧的原因。由于DE、ME、NEm和NEg均是在TDN的基礎上計算而來,因此各能值指標的變化規律與TDN相似。
3.2 不同青貯添加劑對全株玉米青貯發酵品質的影響
青貯pH、乳酸含量和NH3-N/TN是衡量青貯飼料發酵品質的重要指標。優質青貯飼料的pH應在4.2以下,NH3-N/TN低于10%,乳酸含量在4%~6%。本試驗中,對照組青貯的各項指標均達到優質青貯飼料的要求,表明全株玉米青貯是一種較易獲得高品質青貯飼料的原料,主要與其高WSC含量和附生乳酸菌數量較大有關。
盡管如此,本試驗添加不同青貯添加劑均可進一步提升青貯飼料的發酵品質,不同程度地提升了乳酸含量,降低了pH和NH3-N/TN,其中,乳酸菌組提升乳酸含量的能力強于有機酸組,原因主要與二者調控青貯發酵的模式不同有關,乳酸菌作為青貯發酵促進劑,增加了乳酸菌的數量,進而促進WSC被乳酸菌利用而產生大量的乳酸,而有機酸作為青貯發酵抑制劑,直接酸化青貯飼料來抑制有害微生物的活動,保留飼料營養價值和改善發酵品質的同時,會對乳酸菌的活動造成影響。李悅銘等在小麥青貯中添加不同濃度的甲丙混合酸,隨著甲丙混合酸濃度的增加,乳酸含量顯著線性降低。而薛春勝等在苜蓿青貯中添加甲酸顯著提升了青貯乳酸含量。
因此,應用有機酸作為青貯添加劑,使用前應需根據飼草的屬性篩選出適宜的添加量。NH3-N/TN是反映青貯過程中蛋白質降解程度的指標,其含量直接影響飼料的適口性和營養價值,NH3-N/TN越高則表明蛋白氮降解越多,青貯發酵品質越差。本試驗中,有機酸鹽組和有機酸組的NH3-N/TN較對照組顯著降低,與DaSilva等的結果一致,表明有機酸及其鹽對青貯飼料蛋白質具有較強的保護能力。費氏評分作為評估青貯飼料質量優劣的標準之一,主要由青貯DM和pH計算得出,由于各組的DM含量無顯著差異,因此,本研究中費氏評分的變化規律與pH一致。
3.3 不同青貯添加劑對全株玉米青貯瘤胃降解率的影響
青貯飼料的DM和NDF瘤胃降解率是影響反芻動物干物質采食量(DMI)的重要因素。目前,有關青貯添加劑對青貯飼料瘤胃DMD和NDFD影響的結果存在分歧,本試驗中,有機酸鹽組和纖維素酶組的DMD24h和NDFD24h較對照組顯著增加,且纖維素酶組最高,而乳酸菌組和有機酸組的DMD和NDFD與對照組無顯著差異。但劉帥等添加乳酸菌提高了全株玉米青貯DM和NDF的有效降解率。苗樹君等和萬江春等研究表明,添加乳酸菌分別提高了玉米秸稈和棉花秸稈的NDFD。
李悅銘等研究表明,添加甲丙混合酸增加了小麥青貯的DMD和NDFD。通過分析發現,青貯飼料DMD和NDFD與其NDF含量密切相關,以上研究中,青貯添加劑提升DMD和NDFD的同時,NDF含量均顯著降低。相比之下,纖維素酶對DMD和NDFD的影響研究結果較為一致。萬江春等研究發現,添加纖維素酶分別增加了玉米秸稈和草原天然牧草青貯的NDFD,與本試驗結果一致,主要原因是纖維素酶可水解植物細胞壁為單糖,改變其纖維素結構并降低纖維含量。因此,添加纖維
4結 論
乳酸菌、有機酸、有機酸鹽和纖維素酶對全株玉米青貯的營養成分含量、發酵品質和瘤胃降解率均有不同程度的提升作用,各組全株玉米青貯的綜合營養價值從高到低依次為:纖維素酶組>有機酸鹽組>有機酸組>乳酸菌組>對照組。
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