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添加不同酶制剂对全株玉米青贮发酵品质的影响

2019-06-27 17:24:35      点击:

    青贮是提高玉米秸秆利用率并有效保存其营养价值的重要手段。在制作青贮饲料的过程中,加入青贮添加剂可抑制好氧酸败和致病微生物,减少青贮饲料营养物质的损失。酶制剂作为一种生物活性物质添加剂可用于青贮饲料生产来提高青贮饲料的营养价值与品质,青贮用酶制剂主要为纤维素酶与半纤维素酶类。添加酶制剂有助于植物细胞壁的分解,增加可溶性碳水化合物含量,为乳酸菌的繁殖发酵提供充分的底物,从而提高青贮的发酵品质。前人研究发现,纤维素酶和木聚糖酶都是目前常用的绿色型添加剂,适当添加纤维素酶能够提高饲料的干物质采食量和纤维降解率;添加木聚糖酶则能有效地将纤维素与半纤维素分解为可溶性单糖;果胶酶可有效地分解植物细胞壁间的果胶质,破坏细胞组织,释放营养成分;α-半乳糖苷酶可催化α-半乳糖苷键的水解,将饲料中的抗营养因子α-半乳糖苷类转化分解,改善其营养成分;β-甘露聚糖酶是一种内切水解酶,主要分解细胞壁半纤维素组分中的甘露聚糖,产物可被动物肠道中的有益菌吸收,改善肠道菌群组成;β‐葡聚糖是植物秸秆中的一种抗营养因子,动物本身的消化酶无法消化,但β‐葡聚糖酶可降解秸秆中的葡聚糖,使秸秆质地松软,提高营养价值,增强适口性和采食量,提高畜禽的生长速度和饲料转化效率。然而,目前酶制剂对青贮品质的影响主要集中在纤维素酶和木聚糖酶,对添加果胶酶、α‐半乳糖苷酶、β‐甘露聚糖酶和β‐葡聚糖酶的研究鲜有报道。因此,本试验以全株玉米青贮为试验对象,设定不同酶制剂试验组,以青贮饲料营养品质为指标,研究其对全株玉米青贮品质和营养价值的影响,为生产优质全株玉米青贮提供科学依据。

   1.1  材料

   1.1.1   青贮原料   青贮原料为内蒙古自治区通辽市丰田镇青贮试验田蜡熟期刈割的全株玉米。

   1.1.2  酶饲料添加剂   纤维素酶、木聚糖酶、果胶酶、α‐半乳糖苷酶、β‐甘露聚糖酶和β‐葡聚糖酶均购自北京挑战农业科技有限公司, 酶活力均为2000U/g 。

   1.1.3  青贮饲料制作   将刈割后的全株玉米切短至1~2cm,经过6h萎蔫脱水(含水量为67%)后,每个处理均按照5g/kg 的添加量加入酶制剂,倒入容器内搅拌均匀后装入36cm×25 cm 的聚乙烯真空包装袋内,每个袋中填充全株玉米500g,真空包装,室温条件下贮藏56d 后进行分析。

   1.2  试验设计

   试验分为7组,分别为对照组、纤维素酶、木聚糖酶、果胶酶、α‐半乳糖苷酶、β‐甘露聚糖酶和β‐葡聚糖酶处理组,试验组在青贮袋中添加5g/kg 相应酶制剂,对照组添加等量蒸馏水,每组3个重复。

    1.3  测定指标与方法

1.3.1  感官评定  青贮56d后拆开封口,用四分法取出样品,观察其颜色、茎叶结构状态、气味并记录。使用德国农业协会青贮感官评分法评价青贮饲料的发酵品质,评分标准见表1。根据各指标评分再得出总评分:>16分为优;9~16分为良;5~9分为中等;<5分为劣质。

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    1.3.2  养分含量  将青贮饲料在烘箱中烘干至恒定重量测定干物质(DM)含量,烘干后粉碎过40目,待测各养分含量;采用凯氏KDN‐B 定氮仪(上海新嘉电子有限公司)测定粗蛋白质(CP)含量;范氏纤维测定法测定中性洗涤纤维(NDF) 、酸性洗涤纤维(ADF) 、粗纤维(CF)含量;蒽酮- 硫酸比色法测定可溶性碳水化合物(WSC)含量;索氏脂肪提取法测定粗脂肪(EE)含量。

      1.3.3  品质评定  取20g青贮样品,加入180mL蒸馏水,在立体式全温震荡培养箱(HZQ‐F160,常州首创仪器设备有限公司)震荡2h,然后通过6层纱布和1层定性滤纸过滤,用pH测定仪(雷磁pHS‐3c精密pH计,上海精密科学仪器有限公司)测其pH ;参照侯美玲等法测定乳酸含量;采用苯酚—次氯酸钠比色法测定氨态氮含量。

    1.4  数据处理与分析

    数据采用Excel进行初步整理,采用SPSS19.0软件中One一WayANOVA进行单因素方差分析,多重比较采用S‐N‐K法,结果用平均值±标准差表示,以P<0.05为差异显著性判断标准。

2.1  全株玉米原料的养分含量

    由表2、可知,全株玉米原料的DM、CP、WSC、NDF和ADF、含量分别达到66.50% 、6.34% 、6.38% 、52.01% 和29.95% 。

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2.2  青贮饲料感官评定

    由表3可知,纤维素酶组、β‐葡聚糖酶组和木聚糖酶组评分依次为20、20和19分。3组青贮饲料品质均较高,等级为优;这3组全株玉米青贮饲料都有较重的香味,优于对照组;在结构上来看,各处理组的青贮全株玉米茎叶结构完整,无黏结成块现象;从颜色上来看,纤维素酶组、α‐半乳糖苷酶组、β‐甘露聚糖酶组和β‐葡聚糖酶组青贮饲料颜色和青贮前的颜色最为接近。

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2.3  酶制剂对全株玉米青贮饲料发酵品质的影响

    由表4可知,与对照组相比,木聚糖酶组、α‐半乳糖苷酶组和β‐甘露聚糖酶组pH显著升高(P<0.05) ,果胶酶组pH 最低,为3.56,与对照组差异显著(P<0.05) ,而纤维素酶组也有所降低但与对照组差异不显著(P>0.05);除了α‐半乳糖苷酶组,其余各处理组的乳酸含量与对照组相比均显著升高(P< 0.05) ;添加酶制剂各处理组氨态氮/总氮均显著降低(P<0.05),其中α‐半乳糖苷酶组的氨态氮/总氮最低,为0.44%;纤维素酶组、木聚糖酶组、β‐甘露聚糖酶组和β‐葡聚糖酶组处理均显著提高了全株玉米青贮的WSC含量(P< 0.05) 。

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2.4  酶制剂对全株玉米青贮饲料营养成分的影响

    由表5可知,β‐葡聚糖酶处理组DM 与其他处理组相比显著降低(P< 0.05),其他酶制剂处理组DM 与对照组相比无显著差异(P>0.05),其中纤维素酶组DM 含量最高;纤维酶组的CP 与对照组相比显著升高(P<0.05),但与α‐半乳糖苷酶组相差不大,其余处理组CP 含量都与对照组接近(P>0.05);各处理组的粗脂肪与对照组相比无显著差异(P>0.05);与对照组相比,β‐甘露聚糖酶组和β‐葡聚糖酶组NDF含量显著降低(P< 0.05);纤维素酶组、β‐葡聚糖酶组ADF与对照组相比均显著降低(P<0.05)。

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3.1  酶制剂对全株玉米青贮发酵品质的影响

    青贮是利用好气性微生物和植物细胞本身的呼吸作用使青贮窖内尽快形成厌氧环境,然后在密闭厌氧条件下利用乳酸菌的活动,产生乳酸,抑制其他腐败微生物的活动,达到饲料长期保存及使用的目的,一般包括好氧细菌活动阶段、乳酸菌发酵阶段和发酵稳定阶段等。本研究表明,经过56d 发酵后,各组全株玉米青贮感官评价综合评分均在15~20分,说明各处理组青贮效果均较好;各组pH均为3.56~3.73,均达到了青贮临界值(4.2)以下,发酵效果均较好。乳酸含量分析结果表明,添加酶制剂可提高发酵后的乳酸含量,说明添加酶制剂可提高青贮早期乳酸生成量,改善青贮品质。但α‐半乳糖苷酶组的乳酸含量显著低于对照组,可能是因为本试验采用的α‐半乳糖苷酶可催化α‐半乳糖苷键的水解,改善和消除饲料及豆制品中的抗营养成分,但产生的可利用糖很少,从而导致乳酸减少。青贮饲料中氨态氮主要由植物酶对蛋白质的降解和微生物分解利用蛋白质和氨基酸产生,总氮中氨态氮含量反映了青贮饲料蛋白质降解的程度。从氨态氮的结果来看,各处理组均显著降低,说明各处理的蛋白分解较少,而WSC含量显著增加,改善了发酵品质,这与玉柱等和李静研究结果一致。说明酶制剂增加了乳酸发酵底物数量,促进了乳酸发酵过程,并且加快了发酵的进程。

    本研究中,纤维素酶和木聚糖酶的发酵品质相对较好,有研究者认为其与对照组相比能够降低青贮pH和氨态氮的含量,增加WSC、乳酸的含量。兴丽等发现,添加纤维素酶使玉米青贮饲料中的氨态氮含量显著降低。许留兴发现添加纤维素酶会显著降低pH 和氨态氮含量,显著提高WSC的含量。本研究中,纤维素酶处理青贮后,与对照组相比,氨态氮含量显著降低,pH降低,但效果不明显,而乳酸及WSC含量显著增加。原因可能是纤维素酶降解了细胞壁成分,使细胞壁结构松散,同时木质素中的苯环被解链,并进一步降解使得其松软,表面积增大,微生物与其接触面积增大,从而促进纤维的降解 。

3.2  酶制剂对全株玉米青贮营养成分的影响

    全株玉米青贮的营养成分是评价青贮质量好坏的另一项重要指标。本研究发现,添加纤维素酶可一定程度上提高全株玉米青贮DM中的CP含量。陈兴等报道纤维素酶能提高玉米秸青贮CP含量,降低NDF与ADF含量,并增加玉米秸青贮的DM与CP在奶牛瘤胃中的有效降解率。上述试验结果与本研究类似,推测纤维素酶可能通过降低全株玉米在储存过程中蛋白质的降解作用或抑制腐败微生物的分解作用,从而降低总氮中氨态氮含量,间接提高CP含量,提高了其营养价值。此外,本研究还发现,其他组青贮DM中NDF和ADF含量不同程度地降低,这与花梅等研究结果类似。玉米秸秆中含有较为丰富的WSC,为乳酸菌的繁殖提供了丰富的营养物质,酶制剂的加入可能促进了秸秆中WSC 的分解利用,使得细胞壁中难以降解的碳水化合物如NDF等组分有所下降。综合各营养成分指标结果发现,尽管试验组CP含量较对照组提高,但各组的含量差异并不显著,说明试验组全株玉米青贮的无氮化合物含量存在一定程度降低,这可能与乳酸菌利用了全株玉米青贮的WSC等营养成分进行生长繁殖有关,乳酸菌的生长抑制了腐败微生物作用引起的蛋白质降解,从而使青贮品质维持在较高水平。

    对于纤维素酶,有研究者认为其与对照组相比能够降低青贮DM中NDF和ADF的含量 。马慧等发现,添加纤维素酶使玉米青贮饲料DM含量显著升高。本研究中,与对照组相比,纤维素酶处理组DM 中ADF含量显著降低,NDF含量降低,但效果不明显,这可能是纤维素酶降解了细胞壁成分,使细胞壁结构松散,同时木质素中的苯环被解链,使其表面积增大,微生物与其接触面积增大,从而促进纤维的降解。而Jr等研究结果则认为纤维素酶青贮饲料DM中NDF和ADF含量没有明显变化,原因可能是与所选的纤维素酶的种类有关。庄苏等认为木聚糖酶与对照组相比能够降低青贮DM中NDF和ADF的含量,与本研究结果相一致。本研究发现β‐葡聚糖酶可提高DM含量,使NDF和ADF含量显著下降,改善了营养品质,这可能是β‐葡聚糖酶降解了秸秆中的葡聚糖,使秸秆质地松软,从而提高营养价值。

    本试验结果显示,添加酶制剂有利于全株玉米青贮发酵,在提高发酵品质方面纤维素酶和木聚糖酶效果优于其他酶制剂;在营养品质方面纤维素酶、木聚糖酶和β‐葡聚糖酶的效果优于其他酶制剂。综合考虑,纤维素酶、木聚糖酶和β‐葡聚糖酶3种酶制剂更适合作为全株玉米青贮的添加剂。

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