王東升，張露露，劉禎

（1.上海光明荷斯坦牧業(yè)有限公司，上海 200436；2.北京中農(nóng)榜樣蛋雞育種有限責(zé)任公司，北京 102100）

防止青貯飼料中存留有害微生物的工藝與策略

王東升1，張露露2，劉禎1

（1.上海光明荷斯坦牧業(yè)有限公司，上海 200436；2.北京中農(nóng)榜樣蛋雞育種有限責(zé)任公司，北京 102100）

青貯是基于乳酸菌在無氧條件下產(chǎn)生的有機(jī)酸來保存高水分農(nóng)作物的一種方法。然而，青貯飼料也可以作為有害微生物的載體，損害農(nóng)作物的保存、動物的生產(chǎn)性能，以及動物和人類的健康。為了提高青貯飼料的保存期和品質(zhì)，一些化學(xué)類、 酶類以及菌類青貯添加劑被應(yīng)用到青貯加工過程中。本文的目的是回顧存在于青貯加工過程中的有益和有害微生物，介紹了防止青貯飼料中存留有害微生物的工藝與策略，以便為青貯飼料的生產(chǎn)質(zhì)量管理提供參考依據(jù)。

青貯；有害微生物；生產(chǎn)管理規(guī)范

青貯是無氧條件下基于自然乳酸發(fā)酵的一種保存農(nóng)作物的方法[1]。青貯的主要目的是保持青飼料的全年可利用性，而且由于青貯飼料最大限度地保存了青飼料的營養(yǎng)成分，加之較高的性價比，從而成為反芻動物主要的飼料來源。青貯飼料在提高畜牧生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境的可持續(xù)性方面反揮重要作用。制作青貯飼料最主要的農(nóng)作物是全株玉米、紫花苜蓿以及其他多種牧草[2]。

青貯加工過程涉及步驟較多，如果處理不當(dāng)就會導(dǎo)致青貯飼料中存留有害微生物，飼喂家畜會影響其健康及生產(chǎn)性能，給牧場造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至給人類健康帶來風(fēng)險。本文概括介紹了防止青貯飼料中存留有害微生物的工藝與策略，以供行業(yè)同仁參考。

1 青貯飼料加工過程

青貯飼料加工過程包括以下步驟：在最佳成熟期收割、切斷、存入、壓實、封閉隔離空氣、儲存和最終開窖供動物飼用。用生物化學(xué)和微生物學(xué)來描述青貯飼料加工過程，可分為需氧階段、發(fā)酵階段、青貯階段和開窖階段四個階段[3]。不同階段理論氧含量、pH值及不同微生物種群變化見圖1。

圖1 青貯飼料加工過程中不同階段理論氧含量、pH 值及不同微生物種群的變化[4]

2 有害微生物及其代謝產(chǎn)物

青貯飼料中易存留的有害微生物及其代謝產(chǎn)物會對動物和人類健康帶來不良影響。

2．1 酵母菌和霉菌

在青貯初期或開窖使用階段，酵母菌被認(rèn)為是參與有氧腐敗最重要的有害微生物群體[5]。酵母菌具有耐酸性，在開窖使用階段青貯飼料的氧化作用重新啟動了其有機(jī)酸（琥珀酸、檸檬酸和乳酸）代謝途徑，造成青貯料pH值升高，抑制了耐酸性微生物的生長，從而損害青貯飼料質(zhì)量，降低動物的采食量[6]。

青霉菌、鐮刀菌和曲霉菌是從玉米青貯飼料中分離出的最活躍的可產(chǎn)生毒素的真菌[7]。這些真菌可在青貯玉米飼料中產(chǎn)生300種霉菌毒素，其中危害最大的是黃曲霉毒素[8]。將含有黃曲霉毒素的青貯飼料喂給奶?？稍斐筛闻K損傷，導(dǎo)致免疫機(jī)能抑制、乳房炎發(fā)病率上升、產(chǎn)奶量降低及牛奶質(zhì)量下降等多種不良后果。

表1 添加菌群促進(jìn)青貯飼料酸化的防腐效果

2．2 其他有害細(xì)菌

除了酵母菌和霉菌，目前在青貯飼料中發(fā)現(xiàn)的有害細(xì)菌還有克氏桿菌、大腸桿菌、蠟狀芽孢桿菌、遲緩芽孢桿菌和球形芽孢桿菌等腐敗菌。

2．3 生物胺

生物胺（BA）是由幾種乳酸菌在酶的作用下進(jìn)行氨基酸脫羧反應(yīng)產(chǎn)生的，這些乳酸菌包括乳酸桿菌屬、明串珠菌屬、腸球菌屬和片球菌屬等[9]，其中多種菌可能出現(xiàn)在青貯飼料中，例如梭狀芽孢桿菌、芽孢桿菌、克雷伯氏桿菌、埃希氏桿菌和假單胞菌等[10]。青貯飼料中發(fā)現(xiàn)的生物胺主要是腐胺、尸胺和酪胺，分別來源于精氨酸、賴氨酸和酪氨酸。生物胺被認(rèn)為是酮血癥的誘發(fā)因素，在發(fā)生酸中毒的反芻動物中瘤胃組胺的吸收被認(rèn)為是引起系統(tǒng)性組胺癥的主要原因[11]。

表2 青貯過程中添加異型發(fā)酵菌劑的作用以及其參與有氧穩(wěn)定性的微生物機(jī)制

3 限制青貯飼料降解和減輕其經(jīng)濟(jì)損失及對人類健康影響的策略

3．1 控制病原微生物的侵入

病原微生物可以通過青貯倉和機(jī)械設(shè)備侵入青貯飼料中。因此在青貯之前進(jìn)行有效清理可以明顯減少污染的風(fēng)險。青貯倉密閉管理可以避免嚙齒類和鳥類動物與青貯飼料的接觸，這些動物往往是病原微生物的潛在媒介。在飼喂青貯料之前要將料槽中剩余飼料清理干凈，以避免動物因采食變質(zhì)飼料而影響健康。

3．2 促進(jìn)厭氧環(huán)境的建立

厭氧環(huán)境的迅速建立能夠有效防止發(fā)酵液的產(chǎn)生以及促進(jìn)乳酸菌的形成和酸化。加工制作時要將青貯原料迅速裝進(jìn)倉內(nèi)，壓平實以排凈空氣。由于植物細(xì)胞和好氧微生物的呼吸作用會產(chǎn)生一定的發(fā)酵液，而發(fā)酵液會引發(fā)一些環(huán)境問題，如引起水質(zhì)BOD超標(biāo)等[2]。因此，為了減少發(fā)酵液的產(chǎn)生，應(yīng)該選用干物質(zhì)含量在30%～40%的青貯原料，并將原料切割長度控制在4～6cm。

3．3 促進(jìn)酸化作用

酸化是影響青貯飼料保存的主要因素，其依賴于厭氧活動、緩沖能力和青貯原料的干物質(zhì)含量。青貯過程中若摻入土壤可增加青貯料緩沖能力[2]。如果緩沖能力過高，好氧微生物則會在青貯前期出現(xiàn)，并在一定程度上保持活力，進(jìn)而導(dǎo)致接下來的乳酸菌發(fā)酵中己糖和戊糖品質(zhì)降低。此時青貯飼料的發(fā)酵將會延遲，在pH值升高和進(jìn)一步腐敗之后，乳酸會轉(zhuǎn)變成相對較弱的丁酸，由此將會開始由梭狀芽孢桿菌引發(fā)的二次發(fā)酵。

過去認(rèn)為礦物質(zhì)酸（如硫酸和碳酸）能促進(jìn)青貯飼料的酸化和限制病原微生物的生長。但由于礦物質(zhì)酸對人類和動物有危害，所以現(xiàn)在更青睞于利用有機(jī)酸。但是必須注意，安全性是使用酸性物質(zhì)的一個關(guān)鍵點，為防止酸性物質(zhì)對皮膚、眼睛和呼吸道造成的腐蝕，目前主要選用有機(jī)酸鹽，但必須加大其用量才能保證效果[12]。

此外，在青貯飼料發(fā)酵過程中可通過額外添加糖漿或者碳水化合物[6]，以及通過添加纖維素酶促進(jìn)植物細(xì)胞壁和半纖維素水解為糖類[13]，進(jìn)而促進(jìn)酸化過程。

除添加化學(xué)物質(zhì)和酶制劑外，接種細(xì)菌通常也被用于青貯飼料的保存。通過在青貯料中添加細(xì)菌可使有機(jī)酸快速生成，以減少發(fā)酵和干物質(zhì)的流失（表1）。

3．4 青貯過程中防止空氣進(jìn)入

從開始入窖到整個青貯期都應(yīng)該避免青貯作物營養(yǎng)物質(zhì)流失。為達(dá)到此目標(biāo)，通常使用聚乙烯塑料薄膜對青貯倉進(jìn)行密封[19]，防止空氣進(jìn)入青貯過程中。研究證明，青貯倉覆蓋隔氧薄膜能有效抑制腐敗和降低干物質(zhì)損失，提高青貯飼料的穩(wěn)定性[20]。

3．5 提高有氧穩(wěn)定性

目前，細(xì)菌添加劑被廣泛用于青貯料，以確保開窖后青貯料的有氧穩(wěn)定性（表2）。盡管同型菌被認(rèn)為是對青貯最有效的接種劑，但一些研究證實，在非厭氧條件下，乳酸被酵母菌用作底物會使青貯飼料變質(zhì)[25]。因此，混合乳酸發(fā)酵是提高青貯飼料有氧穩(wěn)定性的首選。

3．6 直接抑制有害微生物

為了確保青貯飼料的質(zhì)量，通常是將能夠抑制有害微生物生長的添加劑添加到青貯飼料中。研究發(fā)現(xiàn)，烏洛托品結(jié)合亞硝酸鈉能夠有效抑制梭狀芽孢桿菌的生長，而苯甲酸鈉則可以抑制酵母的生長[29]。甲酸鈣、苯甲酸鈉和亞硝酸鈉混合使用可以得到高質(zhì)量的青貯飼料，并且能夠顯著降低玉米赤霉烯酮、脫氧萎鐮菌醇、總赫曲霉毒素以及總串珠鐮孢菌素的濃度[30]。

國外多位學(xué)者曾對通過細(xì)菌接種限制病原微生物生長的機(jī)制進(jìn)行研究，如表3所示。眾所周知，除了有機(jī)酸，細(xì)菌接種也能夠產(chǎn)生具有抗菌能力的一些物質(zhì)：如雙氧水、乙醇、二乙酰以及表多糖[31,32]和抗菌肽（細(xì)菌素類）[33]。

表3 細(xì)菌接種劑對青貯飼料中有害微生物生長、代謝的影響及其微生物機(jī)制

谷物中包含多種酚類化合物，如阿魏酸和對香豆酸，其為植物中存在的天然抗菌物質(zhì)[37]。研究證實，酚類化合物能夠改變大腸桿菌（O157∶H7和O111）[38]以及其他致病菌（產(chǎn)單核細(xì)胞、沙門氏菌和耶爾森菌屬）[39]的細(xì)胞組成。阿魏酸酯主要用于促進(jìn)瘤胃中的纖維消化[40]。接種阿魏酸酯可以通過阿魏酸的活性來反映青貯飼料的抗微生物效應(yīng)。然而，目前大多數(shù)研究并沒有著重研究其確切的抗微生物機(jī)制。在CAZy數(shù)據(jù)庫中(http∶//www.cazy.org)根據(jù)其酶活性列出了細(xì)菌的種類[41]。乳酸桿菌屬、乳酸球菌屬、丙酸桿菌屬以及腸球菌屬在內(nèi)的多種具有酯酶基因的菌屬，都需要進(jìn)一步對其潛在的抗微生物機(jī)制進(jìn)行研究。

Niderkorn等[35]研究表明，乳酸菌通過形成穩(wěn)定復(fù)合物的形式來中和鐮刀菌毒素。而降低飼料中真菌毒素含量的最好方法就是防止這些毒素在田間產(chǎn)生。但僅僅這樣是不夠的，還要使用吸附劑。吸附劑能夠在通過動物胃腸道時選擇性地吸附去除毒素。還有一條途徑是通過使用酶制劑或者是具有解毒功能的微生物[42]。

與酵母菌和真菌不同，有關(guān)細(xì)菌接種對利斯塔氏菌屬[43]、梭菌屬[44]或致病性大腸桿菌[45]這樣的病原微生物抑制效應(yīng)的研究較少。研究表明，接種戊糖片球菌和丙酸桿菌能夠促進(jìn)大麥青貯飼料中大腸桿菌O157∶H7的清除，而在青貯開始階段添加布氏乳桿菌和動物源糞腸球菌能夠分別抑制大腸桿菌O157∶H7和大腸桿菌O26的生長。GMP目前仍然是規(guī)范青貯飼料中病原微生物含量的主要依據(jù)。

4 結(jié)論

青貯的目的是為了保持青綠飼料的鮮嫩，并以此來保證家畜全年的飼料供應(yīng)。其作用機(jī)制是基于厭氧乳酸發(fā)酵來維持作物的營養(yǎng)和品質(zhì)。然而，青貯過程中極易滋生病原微生物，導(dǎo)致營養(yǎng)物質(zhì)流失并造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。 而且青貯飼料還可能會作為病原微生物的載體對動物和人類的健康構(gòu)成威脅。因此在飼料領(lǐng)域，特別是青貯飼料領(lǐng)域，必須采取安全措施來阻止有害微生物存留預(yù)防動物疾病，以免其通過食物鏈威脅人類健康。研究表明，青貯加工保存過程遵循生產(chǎn)規(guī)范以及各種添加劑的使用，有利于青貯飼料的發(fā)酵和保存，并使之保持較高的營養(yǎng)水平。

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Silage Processing and Strategies to Prevent Persistence of Undesirable Microorganisms

WANG Dong-sheng1, ZHANG Lu-lu2, LIU Zhen1
(1.Shanghai Bright Holstan CO., Ltd., Shanghai 200436; 2.Beijing Middle Example Laying Hens Breeding CO.,Ltd., Beijing 102100)

Ensiling is a method for preserving moist crops based on organic acid production by lactic acid bacteria under anaerobic conditions. However, silage can be a vector for undesirable microorganisms, impairing crop preservation, animal performance or the health of both animals and humans.To improve silage preservation and guarantee the quality of this animal feed, silage additives such as chemicals, enzymes and bacterial agents can be employed. The purpose of the present paper is to review existing information on the desirable and undesirable microorganisms involved in silage processing, and provide possible methods for farmer.

Silage; Pathogenic microorganisms; Good manufacturing practices

S823.4

A

1004-4264（2017）11-0005-06

10.19305/j.cnki.11-3009/s.2017.11.002

2017-03-08

生鮮牛乳中潛在生物性危害因子的風(fēng)險評估及預(yù)防控制技術(shù)體系的研究[滬農(nóng)科攻字（2013）第3-1號]。

王東升（1987-），男，山東省濰坊市人，碩士，主要從事奶牛研發(fā)項目管理工作。

劉禎（1984-），女，漢，新疆人，碩士，主要從事反芻動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)等研究工作。