甜高粱与苜蓿混合青贮过程pH和主要微生物变化规律的研究

2019-02-26 14:59:31      点击:

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导读

甜高粱(sweet sorghum)是世界五大作物之一,起源于非洲,在非洲有500 多年的栽培历史。由于其生长速度快,光合效率作用高,易栽培,适应性强,抗旱,生物产量和经济产量大特性,甜高粱作为最具优势的可再生生物能源作物之一,已受到有关专家和政府的重视,并被国家发展和改革委员会列入《可再生能源中长期发展规划》。甜高粱与甘蔗,玉米相比,能够更有效地利用CO2,对肥料和水的需求更少。作为饲料作物,制作青贮是目前甜高粱主要的应用形式。

苜蓿(alfalfa)是重要的多年生豆科牧草,营养价值高,蛋白质丰富,适口性好,有牧草之王的美誉。苜蓿地下根系比较发达,具有固氮和改良土壤的作用,苜蓿在改善生态环境,保持水土方面发挥着十分重要的作用。苜蓿因中性洗涤纤维含量低、蛋白质含量高、干物质降解率高而被广泛关注,青贮可以很好的保存苜蓿的营养价值,但是苜蓿缓冲能值高,可溶性糖含量低,导致青贮难以成功。

混合青贮是把两种或两种以上具有不同营养特性的牧草按一定比例混合,达到成功青贮或提高营养价值的一种青贮方法。由于甜高粱富含可溶性糖而蛋白质含量偏低,而苜蓿富含蛋白质而可溶性糖含量偏低,因此选择甜高粱与苜蓿混合青贮更具优势,二者混合青贮不仅可以解决苜蓿单一青贮不易成功的缺陷,而且还可以解决甜高粱青贮蛋白质含量偏低的问题,可以达到互补的优势效果。

随着畜牧业的快速发展,饲料不足已经成为限制畜牧业可持续发展的重要因素,然而青贮饲料为缓解这一难题提供了新的思路。有关混合青贮发酵过程主要微生物变化方面的研究已有文献报道,但有关甜高粱与苜蓿混合青贮过程pH 值和主要微生物变化方面的研究尚未见报道,因此,本研究以不同比例的甜高粱与苜蓿混合青贮为材料,研究分析混合青贮发酵过程pH 值和主要微生物的变化情况,旨在为研究和开发优质甜高粱与苜蓿混合青贮提供科学依据。

1材料与方法

1.1 试验材料

甜高粱与苜蓿混合不同比例的青贮饲料,甜高粱采自塔里木大学动物科学学院实验站,苜蓿采自第一师五团。甜高粱与苜蓿青贮原料的化学成分见表1。

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1.2 混合青贮饲料的制作及试验设计

青贮方式为实验室塑料瓶罐装青贮,塑料瓶容积为1L。将甜高粱与苜蓿按不同的比例进行混合青贮,甜高粱占比为0%、25%、50%、75%、100%,并将瓶内原料压实密封,每种比例混合青贮饲料制作10瓶,放在实验室避光保存备用。

分别在装瓶完成后的第1 d、3 d、5 d、7 d、9 d、11d、15 d、20 d、25 d、30 d、35 d、40 d、45 d、50 d、55 d 和60 d 取样检测样品中的pH 值第1 d、5 d、11 d、20 d、30d、45 d 和60 d 取样检测各样品的乳酸菌、酵母菌、霉菌、好氧菌和大肠杆菌数量,每次处理取3 个重复。


1.3 试验方法

1.3.1 pH 值测定称

取样品5 g 剪碎,加入45 ml 无菌蒸馏水,在5 ℃条件下浸泡0. 5 h,待其充分浸泡后,用电子酸度计测定。

1.3.2 乳酸菌数量测定

采用MRS 培养基 , 分别接种10-5、10-6、10-7、10-8四个稀释梯度的悬浮液,将接种好的培养皿于37 ℃培养24 h 后进行乳酸菌菌落计数。计数时选取培养基上光滑,圆形的灰白色菌落进行计数。

1.3.3 酵母菌数量测定

采用孟加拉红培养基 ,分别接种10-5、10-6、10-7、10-8四个稀释梯度的悬浮液,将接种好的培养皿于30 ℃培养24 h 后进行酵母菌计数。计数时选取培养基上湿润、光滑、不透明、大而厚的菌落进行酵母菌计数。

1.3.4 霉菌数量测定

采用马铃薯培养基 ,分别接种10-5、10-6、10-7、10-8四个稀释梯度的悬浮液,将接种好的培养皿于25 ℃培养72 h 后进行霉菌计数。计数时选取培养基上菌丝细长,菌落疏松呈绒毛状面絮状的菌落进行计数。

1.3.5 大肠杆菌数量测定

采用伊红美兰培养基 ,分别接种10-5、10-6、10-7、10-8四个稀释梯度的悬浮液,将接种好的培养皿于30 ℃培养24 h 后进行大肠杆菌计数。计数时选取边缘整齐、圆形、表面有光泽呈灰白色的菌落进行计数。

1.3.6 好氧菌数量测定

采用营养琼脂培养基,分别接种10-5、10-6、10-7、10-8四个稀释梯度的悬浮液,将接种好的培养皿于30 ℃培养24 h 后进行好氧菌计数。计数时选取边缘整齐,菌落隆起,光滑的菌落进行计数。


1.4 数据整理与分析

试验数据采用Excel 2007 进行整理。整理后数据采用SPSS 17.0 统计软件进行One Way Anova 方差分析。

2结果与分析

2.1 不同混合比例青贮饲料青贮过程中pH的变化

5 种不同混合比例青贮饲料青贮过程中pH 的变化见图1。由图1 可知,随着青贮发酵时间的延长,5 个处理组的pH 值在青贮初期下降较快,中期较平稳,在青贮第45 d 时,基本都下降到了4. 5 以下,最后趋于4. 2,达到了良好青贮的标准 。甜高粱所占比例中50% 和75%的混合青贮pH 最接近优质青贮pH 值。

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2.2 不同混合比例青贮饲料青贮过程中微生物数量的变化

2.2.1 乳酸菌的变化规律

青贮过程中乳酸菌数量随发酵时间的变化如表2,随着青贮发酵时间的延长,5 种不同比例的混合青贮饲料中的乳酸菌数量迅速增加,25%的青贮饲料在青贮发酵的第11 d 乳酸菌的数量达到高峰,为109数量级,50%、75%、100%在第20 d 乳酸菌数量达到高峰,为109 数量级,然后随着青贮发酵时间的延长逐渐下降并趋于平缓,到青贮发酵的第35 d 时,5 种不同比例混合青贮饲料中的乳酸菌数量都稳定下来。

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2.2.2 酵母菌的变化规律

表3 显示,各比例青贮饲料的酵母菌数量随着青贮时间的延长整体呈下降趋势,0% 的青贮饲料中酵母菌数量在青贮发酵的第11 d 达到高峰,为109 数量级,25%的青贮饲料中酵母菌数量在青贮发酵的第15 d 达到高峰,为109 数量级,50%、75% 的青贮饲料中酵母菌数量在青贮发酵的第5 d 达到高峰,为109数量级,100% 的青贮饲料中酵母菌数量在青贮发酵的第11 d 达到高峰,为1010数量级。

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2.2.3 霉菌的变化规律

表4 显示,青贮过程中随着发酵时间的延长,不同比例混合青贮饲料中霉菌数量均迅速减少至105数量级,其中0%的青贮饲料在第60 d 时检测不出霉菌的存在,75%和100%的青贮饲料中的霉菌数量在青贮发酵的第30 d 左右几乎检测不到,25% 的青贮饲料在青贮发酵的第45 d 几乎检测不出霉菌的存在。

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2.2.5 好氧菌的变化规律

由表6 可以看出,5 种不同比例混合青贮过程中好氧菌数量的变化基本呈下降的趋势,0%、25% 和100%的青贮饲料中好氧菌数量在发酵第20 d 出现高峰,0%和100% 的青贮饲料分别在第60 d 和45 d之后检测不出好氧菌。

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讨 论

3.1 不同混合比例青贮饲料青贮过程中pH 值的变化

pH 的高低是青贮饲料能否成功的重要指标,它能反映出青贮饲料是否得到了很好的保存以及被腐败菌分解的程度,品质优良的青贮饲料pH 为3. 8~4. 2。青贮过程中pH 越低,酸度越大,青贮饲料则更容易保存。甜高粱和苜蓿混贮时,初期甜高粱中含有的大量碳水化合物转化为乳酸,一定程度上抑制了苜蓿中含有大量蛋白质腐败产生的腐败菌的生长,导致pH 值迅速下降。然后随着青贮发酵时间的延长发酵程度减弱,此时乳酸菌受低pH 值和自己所产乳酸的抑制逐渐下降并趋于平缓,直至稳定。本试验中,75% 的青贮饲料pH 值下降较快,第45 d便降到4. 5 左右,效果较好,使饲料中的有害微生物处于不活跃被抑制的状态。杨云贵等指出,玉米青贮饲料的pH 值第2 d 下降到4. 00 以下,这可能与牧草的种类及青贮温度有关。


3.2 乳酸菌、酵母菌、霉菌、大肠杆菌和好氧菌数量的变化

在青贮饲料发酵过程中,乳酸菌是起主要作用的有益微生物,它在厌氧状态下可以将原料中的碳水化合物转化为乳酸。在青贮原料切碎装入青贮窖后,青贮饲料中乳酸菌的数量会很快达到109 CFU/ g或1010 CFU/ g 鲜样,在微生物的数量变化曲线上出现高峰。本试验中,5 种不同比例的混合青贮饲料中的乳酸菌数量迅速增加,25%的青贮饲料在青贮发酵的第11 d 乳酸菌的数量达到高峰,为109 数量级,50%、75%、100%在第20 d 乳酸菌数量达到高峰,为109 数量级,然后随着青贮发酵时间的延长逐渐下降并趋于平缓。这与程银华,张慧杰等的研究结果相似。不同比例混合青贮pH 值结果表明,25%,50%,75%的青贮饲料pH 下降较快,第45 d 时便降到了4. 5 左右,这与其乳酸菌的变化趋势基本是一致的。

酵母菌在厌氧条件下利用青贮饲料中的糖分进行繁殖,生成乙醇和二氧化碳,使饲料具有酒香味。有研究表明酵母菌能够提高干物质的采食量,调节瘤胃微生物、pH 和VFA 并且能够提高奶牛的产奶量。但是在青贮饲料发酵过程中如果酵母菌剧烈繁殖是不利的,乳酸的降解会导致pH 值的上升,从而引起其他多种有机物质的腐败,还有可能会导致青贮饲料的二次发酵。本试验中,5 种不同的比例的混合青贮饲料中的酵母菌含量整体呈下降趋势,0% 的青贮饲料中酵母菌数量在青贮发酵的第11 d 达到高峰为109 数量级,25%的青贮饲料中酵母菌数量在青贮发酵的第15 d 达到高峰为109 数量级,50%、75% 的青贮饲料中酵母菌数量在青贮发酵的第5 d 达到高峰,为109 数量级,100% 的青贮饲料中酵母菌数量在青贮发酵的第11 d 达到高峰,为1010 数量级。不同比例甜高粱与苜蓿混合青贮发酵过程中酵母菌的波动状态可能与青贮原料的特性有关。

霉菌是饲料中的有害微生物,它能够导致青贮饲料好气性变质,它常存在于饲料的表层和边缘与空气接触的部分,使饲料被污染,导致适口性下降,从而降低了饲料的营养价值。通常采用降低饲料的pH 值和保证厌氧环境来抑制霉菌的生长。本试验中,5 种不同比例混合青贮饲料中霉菌数量均迅速减少至105 数量级,其中0% 的青贮饲料中的霉菌在青贮的第60 d 左右几乎检测不到,75%和100%的青贮饲料中的霉菌数量在青贮发酵的第30 d 左右几乎检测不到,25%的青贮饲料在青贮发酵的第45 d 几乎检测不到。

大肠杆菌是一类兼性厌氧菌,它适应性广,是一类与青贮饲料有关的腐败菌,他们主要分解青贮饲料中的蛋白质和氨基酸,使青贮饲料腐烂变质,从而导致青贮饲料的饲喂价值降低,但是它不耐酸,当pH降低至4. 4 时,可以抑制大肠杆菌的繁殖。所以在青贮过程中酸性环境可以有效地抑制大肠杆菌的生长发育。本试验中,随着青贮发酵时间的延长,5 种不同比例混合青贮过程中大肠杆菌的数量大体呈先增加后逐渐减少的趋势,直至最后检测不出大肠杆菌的数量。

好氧菌由于在青贮的初期由于刚被切碎,细胞并未立即死亡,仍进行呼吸作用,以及在青贮初期由于空气的残留使得好氧细菌数量大大增加,但是随着呼吸作用的继续进行,残留的空气被消耗,好氧菌的数量也会逐渐减少,因此装罐时空气排出的程度对青贮品质影响很大,压实良好的青贮饲料半小时内可以使环境含氧量低于0. 5%,青贮过程中要求环境含氧量最高不能超过1%,高于这个数值青贮的厌氧环境就会被破坏。本试验中,5 种不同比例混合青贮过程中好氧菌数量的变化基本呈下降的趋势,直至检测不出。

4结 论

在青贮发酵后的5 d 时,各比例混合青贮的pH值下降速度较快,达到了5. 5 左右;发酵的5 ~ 35 d期间,青贮pH 下降速度缓慢;在55 d 时,0% 的甜高粱混贮pH 最大,其它比例混合青贮基本降到了4.2左右。

随着发酵时间的延长,不同混合青贮中主要微生物的数量均呈逐步减少的趋势,发酵至第11 d 时,25% 的青贮饲料中乳酸菌达到最高峰;50%、75%、100%的青贮饲料中乳酸菌数量在第20 d 时达到高峰。之后乳酸菌数量缓慢下降,75%的青贮饲料中乳酸菌数量下降较慢且数量最多。综上所述,75%的青贮饲料有利于甜高粱混贮饲料的制作。

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