甜高粱秸秆酒糟的青贮保存效果及其瘤胃降解特性研究

■蒋红琴 李十中* 仉 磊 祖 旭 霍贵成

（1.清华大学核能与新能源技术研究院，北京100083；2.东北农业大学乳品科学教育部重点实验室，黑龙江哈尔滨150030）

面对日趋紧张的资源约束和畜产品需求的爆发式增长，《全国节粮型畜牧业发展规划（2011年～2020年）》提出发展“节粮型”畜牧业就是要充分利用农副产品、工业副产品等非粮资源，在减少粮食消耗的同时达到高效畜产品产出，主要包括奶牛、肉牛、肉羊、绒毛羊等。甜高粱秸秆酒糟是舍饲育肥牛羊理想的粗饲料，但是由于受到来源的限制，故在一定程度上制约了其在饲料中的应用和发展。随着甜高粱秸秆发酵生产燃料乙醇技术的突破和大力推广[1]，大量酒糟的饲料化有效利用既可以减轻环境污染，又可以节约粮食、降低生产成本，也是提高乙醇生产经济效益和社会效益的关键之一。然而，酒糟在饲料化过程中面临的一个重要问题是规模化后产生的酒糟若不及时被养殖场消化利用，高水分的酒糟易于霉变，必须采取合理的措施进行保存。秸秆直接青贮发酵是一种成功的处理方法，但有关发酵处理甜高粱酒糟的营养成分、瘤胃降解特性的数据鲜有报道。为此，本试验测定了青贮前后饲料的营养组成并采用尼龙袋法测定了青贮前后甜高粱秸秆酒糟营养成分在瘤胃中的降解情况，以期为反刍动物饲养业科学利用甜高粱副产品提供理论依据。

1 材料及方法

1.1 甜高粱青贮制备

试验所用甜高粱秸秆酒糟是选择乳熟后期的甜高粱秸秆，经过粉碎采用先进固态发酵（ASSF）生产甜高粱杆乙醇后所得糟渣，原料来自清华大学中美生物燃料昌平实验基地。甜高粱秸秆酒糟按照表1添加芯来旺I-乳酸菌发酵剂（购自芯来旺生物科技有限公司）和0、4%、8%的玉米粉进行青贮发酵。实验分为3个处理，每个处理设4个重复，将样品混匀后，取一定量装填至贴有标签的1 L专用试验青贮玻璃广口瓶储藏，装满压实后盖上瓶盖，在瓶口周围涂上凡士林，并用胶带密封，室温保存45 d后开封取样。

表1 甜高粱生物乙醇残渣青贮保存效果试验设计

1.2 试样的制备

青贮结束后开瓶，从色泽、气味、质地等方面进行感官评定，同时多层、多点取样，从每个瓶采集样品冷冻保藏待用。以“四分法”取各样品于65℃烘箱中烘至恒重后待冷却后用粉碎机磨细，一部分过40目筛用于饲料常规营养成分分析；另一部分过8目筛用于尼龙袋降解试验。

1.3 青贮饲料指标测定

准确称取30 g青贮料，加入270 ml蒸馏水，用多功能搅拌机匀质2 min。匀质液用四层纱布过滤，滤液用于pH值、乳酸（lactic acid，LA）、氨肽氮（NH3-N）、挥发性脂肪酸（volatile fatty acid，VFA）以及水溶性碳水化合物（water soluble carbohydrate，WSC）测定。将剩余部分的青贮饲料收集起来65℃烘干48 h回潮24 h后用微型植物粉碎机粉碎，测定DM、CP、EE、CA、NDF和ADF含量。pH值用雷磁pHS-3C精密pH计测定滤液pH值获得。乳酸使用高效液相色谱仪测定（Water-2695高效液相色谱仪），流动相为甲醇0.1 mol/l磷酸氢二铵，流速1 ml/min，检测波长210 nm，柱温30℃，进样量10 μl。氨态氮采用苯酚－次氯酸钠比色法测定。水溶性碳水化合物采用蒽酮－硫酸比色法测定。VFA采用高效气相色谱仪（日本岛津GC-14B）测定，包括乙酸（acetic acid，AA）、丙酸（propionic acid，PA）与丁酸（butyric acid，BA），测定条件：FID检测器；CPWAX57CB毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm，美国Varian公司）；采用一阶程序升温，初温80℃，保持3 min，然后以15℃/min的速率升至210℃，保持2 min；进样室和检测器的温度都设为250℃。

1.4 瘤胃降解试验

1.4.1 试验动物

选取3头发育正常，健康状况良好，装有永久性瘤胃瘘管的干奶期中国荷斯坦奶牛。试验奶牛的粗饲料由玉米青贮、苜蓿和羊干草组成，精料由玉米、豆粕等饲料构成。按照中国奶牛饲养标准（2007）配制奶牛试验饲粮，饲粮组成及营养水平见表2。试验期间，奶牛采用拴系饲养，每天06：00和18：00饲喂两次，自由饮水。试验在东北农业大学香坊农场进行。

1.4.2 试验方法

选择孔眼为50 μm的尼龙过滤布，裁成17 cm×13 cm的长方块，对折，用尼龙线双道，制成长×宽为8 cm×12 cm的尼龙袋，散边用塑料封口机热烫。称取一定量的粗饲料样品约2 g，放入尼龙袋内，袋口用橡皮筋扎好。每两个袋拴在一个塑料管上，每头牛每个时间点设两个平行样（两个重复）。按照一次投入分别取出的原则，分别在6、12、24、36、48、72 h 6个时间点将袋取出，统一放在自来水下细流冲洗至水清亮为止。65℃烘干至恒重，称重。装入可封口塑料袋中保存，测定干物质、蛋白质、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维在瘤胃中不同时间点的消失率。粗蛋白（CP）、粗脂肪（EE）、粗灰分（CA）水平根据AOAC[2]测定而得，中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）、酸性洗涤木质素（ADL）则根据Van Soest等[3]的方法测定而得。0 h样品直接冲洗。洗后，置于65℃烘箱烘48 h至恒量。

表2 日粮组成及其营养水平（风干基础）

2 结果计算与数据统计

2.1 待测饲草饲料的DM、CP、NDF在瘤胃中不同时间点的降解率计算

DM降解率（%）=（放入尼龙袋的饲草饲料DM重量-某时间点消化后所剩DM的重量）/放入尼龙袋的饲草饲料DM重量×100；

CP的降解率（%）=[放入尼龙袋的饲草饲料DM重量×饲草饲料CP（%）-某时间点消化后所剩DM的重量×消化后残渣CP（%）]/[放入尼龙袋的饲草饲料DM重量×饲草饲料CP（%）]×100；

NDF的降解率（%）=[放入尼龙袋的饲草饲料DM重量×饲草饲料NDF（%）-某时间点消化后所剩DM的重量×消化后残渣NDF（%）]/[放入尼龙袋的饲草饲料DM重量×饲草饲料NDF（%）]×100。

2.2 统计分析

采用Microsoft Office Excel 2003和IBM SPSS 21.0中单因子方差分析法（ANOVA）对酒糟发酵特性、营养组成和饲料样本在瘤胃内的降解率进行了差异显著性分析，以P＜0.05作为差异显著性判断标准。

3 结果

3.1 玉米粉对甜高粱秆酒糟发酵特性的影响

添加玉米粉对甜高粱秆酒糟发酵特性的影响结果如表3。未添加玉米粉的酒糟对照组乳酸含量低，pH值和氨肽氮含量较高，未达到青贮安全保存饲料的要求，且有丁酸产生，出现腐烂霉变现象。添加4%或8%玉米粉的处理组，pH值均低于4.2，乳酸、乙酸、总酸含量显著高于对照组，尤其是8%玉米添加组，无丁酸产生，保存质量很好，无霉变产生。

表3 添加玉米粉对甜高粱秆酒糟发酵特性的影响(按鲜样计)

3.2 甜高粱秸秆鲜糟以及酒糟青贮后化学组成

甜高粱秸秆鲜糟以及酒糟青贮后化学组成见表4。由表4可见，0%青贮处理组干物质含量低于其他处理组，尤其是添加玉米粉处理组，达到显著水平（P＜0.05）；0%青贮处理的EE含量、蛋白含量显著低于其他两个青贮处理组以及鲜糟组（P＜0.05），而NDF、ADF和ADL则高于其他处理组，尤其是高于高剂量添加玉米青贮处理组（P＜0.05）。添加玉米的两个青贮处理组DM含量相比鲜糟有显著提高，EE、CP水平也高于鲜糟组，但未达到显著水平（P＞0.05）；NDF、ADF和ADL含量均随着玉米粉添加剂量的增加而降低（P＜0.05）。

表4 甜高粱鲜糟以及甜高粱酒糟青贮后化学组成分析(%)

3.3 甜高粱鲜糟以及青贮甜高粱酒糟各营养成分的瘤胃降解率

鲜糟渣、青贮糟渣和添加发酵基质青贮糟渣在瘤胃停留不同时间的DM、CP和NDF的消失率结果见图1、2和3。从图1～3可以看出，不同时间段的DM、CP和NDF瘤胃降解率均以添加4%或8%的玉米粉效果最好，鲜糟的DM、CP和NDF降解率优于0%青贮组，尤其在粗CP上效果显著（P＜0.05）。随着玉米粉添加剂量的增加瘤胃降解率越高，因此8%处理组降解效果最佳。DM各处理在48 h的降解率分别为42.72%、38.10%、47.45%和51.46%；CP在48 h的降解率分别为55.88%、48.44%、62.95%和69.83%；NDF在48 h的降解率分别为38.06%、34.69%、41.59%和43.52%。

图1 甜高粱鲜糟以及青贮酒糟的DM降解曲线

图2 甜高粱鲜糟以及青贮酒糟的CP降解曲线

图3 甜高粱鲜糟以及青贮酒糟的NDF降解曲线

4 讨论

4.1 玉米粉对甜高粱秆酒糟发酵特性及其化学组成的影响

在实验室刚蒸馏出来的酒糟pH值为4.31，高于优良青贮要求的pH值在4.2以下的要求[4]，因此需要降低酸度值进行保存。影响青贮成功与否的最主要的因素之一是青贮料的水分，适宜的水分含量是影响青贮成功的关键因素。甜高粱秆酒糟的特点是含水量大，如表4所示，干物质含量只有21.95%。另外，由于甜高粱秸秆在发酵生产乙醇后，其中的糖被转化成了乙醇，因此酒糟中的可溶性碳水化合物含量很低，然而可溶性碳水化合物是乳酸菌生长繁殖的底物，它的不足会影响乳酸菌的生长以及青贮的品质。因此，直接青贮酒糟没有获得理想的效果。在酒糟中添加一定比例的玉米，这样一方面调节了原料的水分，减少流汁的形成，降低养分损失[5]，另一方面玉米粉中含有相当数量的可溶性碳水化合物，可以弥补酒糟中可溶性碳水化合物含量不足的问题[6-7]，因此青贮水分和WSC含量更趋于适宜范围便于贮存。因此添加玉米后的青贮发酵品质优于直接青贮组，具有较低的pH值、NH3-N/TN及微量的丙酸，较高的乳酸/乙酸比和乳酸含量，尤其是8%玉米粉添加组，水分含量达到65%～75%的合适水平，因此效果最佳。

与鲜糟组相比，添加玉米粉青贮后的CP、EE含量有所提高，NDF、ADF和ADL的含量有所下降，因此添加玉米粉后青贮的营养价值有所提高。未添加玉米粉鲜糟青贮组由于青贮过程出现了腐败，从NH3-N/TN（%）水平上就可以反映出来，0%处理组显著高于添加玉米粉的处理组（见表3）。青贮中的氨态氮主要由好氧性微生物分解原料中的蛋白产生，青贮中氨氮、氨氮/总氮的水平反映了青贮粗蛋白损失的情况，数值高说明蛋白损失严重，青贮的发酵品质及营养价值降低，营养损失严重。因此与玉米粉添加组相比，0%处理组的CP、EE含量显著降低，NDF和ADF的含量显著提高（见表4）。另外，自然发酵过程具有降低细胞壁NDF、ADF含量的作用[8]，这可能也是造成添加玉米粉青贮组NDF、ADF含量降低的一个因素。

4.2 甜高粱鲜糟以及青贮甜高粱酒糟各营养成分的瘤胃降解率

添加玉米粉青贮显著改善了甜高粱秸秆酒糟的DM和CP瘤胃降解率，这可能一方面是由于添加了玉米，玉米的DM和CP消化率明显高于富含细胞壁的秸秆类；另一方面添加玉米青贮组经过45 d的厌氧贮存过程，青贮中蛋白质的水解增加，导致非蛋白氮和可溶性蛋白含量升高，而这两者又与可降解蛋白含量成正比关系，因此可以提高可降解蛋白含量。李玲等[9]研究也认为，青贮可提高饲草降解蛋白的含量，因此有助于提高动物的蛋白消化率，提高动物对饲料蛋白质的利用效率。

与淀粉类物质相比，纤维类物质由于对微生物活性具有限制作用，因而会使消化时间延长[10]。本试验中在细胞壁含量上，添加玉米青贮组＜鲜糟组＜0%青贮组，因此在初始瘤胃降解率上添加玉米青贮组＞鲜糟组＞0%青贮组。由于直接青贮酒糟没有获得理想的保存效果，养分损失严重，细胞壁成分含量尤其高，这就造成了直接青贮酒糟的瘤胃纤维降解率低于鲜糟处理组。

5 结论

综合各项指标得出如下结论：①添加玉米粉后的甜高粱秸秆酒糟具有良好的青贮品质，显著优于单独青贮甜高粱秸秆酒糟，以8%添加效果最好；②添加玉米粉使得甜高粱秸秆的酒糟营养价值有所改善，CP、NDF和ADF的瘤胃降解率也显著提高。