張居正， 宋國君， 劉忠民， 宋修華

（1.青島大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島 266071；2.山東龍興塑膜科技股份有限公司，山東濰坊262700）

全株青貯玉米是牛羊等牲畜粗飼料的重要組成部分，尤其是奶牛不可或缺的飼料，青貯飼料的品質(zhì)直接關(guān)系到奶牛營養(yǎng)需求、健康指數(shù)、牛奶質(zhì)量、繁殖能力等，所以提高全株青貯玉米的質(zhì)量成為目前研究的熱點(diǎn)（Gallo等2016；李紅宇，2014；Lisa等，2003）。穩(wěn)定的無氧條件對飼料青貯是至關(guān)重要的。目前國內(nèi)外全株玉米的青貯一般采用窖貯、堆貯或袋貯等方式，都需要使用薄膜材料密封，而且需要在牧場存放12個(gè)月左右，因此塑料薄膜的性能直接影響青貯飼料的質(zhì)量。多層共擠高阻隔青貯膜（Silostop），該薄膜采用尼龍作為阻氧材料，對氧氣有較好的阻隔能力，可改善發(fā)酵特性，進(jìn)而提高牧草和青貯玉米的品質(zhì)，尤其是對干物質(zhì)損失、有氧穩(wěn)定性、青貯微生物菌落組成等有顯著影響 （Bernardes等，2012；Dolci等，2011；Borreani等，2007），而國內(nèi)對這一方面的研究較少。

基于此，本試驗(yàn)以聚乙烯/粘合樹脂/尼龍（PA）/粘合樹脂/聚乙烯五層共擠高阻隔青貯膜、聚乙烯/粘合樹脂/乙烯-乙烯醇 （EVOH）/粘合樹脂/聚乙烯五層共擠高阻隔青貯膜，通過與國外某品牌高阻隔膜進(jìn)行對比研究，探究其對實(shí)驗(yàn)室貯存玉米青貯飼料營養(yǎng)成分、發(fā)酵質(zhì)量、微生物菌落和有氧穩(wěn)定性的影響，以期為不同青貯方式的生產(chǎn)實(shí)踐提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)在山東龍興塑膜科技股份有限公司內(nèi)進(jìn)行，地處魯中北部沿海平原區(qū)，屬暖溫帶季風(fēng)區(qū)大陸性氣候，降水多集中于夏季，年平均相對濕度66%，年平均氣溫12.7℃。選用該公司種植的登海605作為青貯原料 （營養(yǎng)成分見表1），種植時(shí)間120 d，將蠟熟期全株玉米整株粉碎至1～2 cm青貯，然后噴灑復(fù)合乳酸菌接種劑。

表1 青貯玉米秸稈原料營養(yǎng)成分

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 將切碎后的青貯玉米隨機(jī)抽取4份樣品，每份分成兩組，一組用于化學(xué)成分、有氧穩(wěn)定性和微生物數(shù)量變化的分析，一組用于干物質(zhì)重量損失的分析，分裝在四種不同氧氣透過量的青貯袋內(nèi)，青貯袋采用50μm厚的普通聚乙烯塑料膜（簡稱PE-50）、國外某品牌阻氧青貯膜（簡稱SSOB-50）、龍興公司生產(chǎn)的聚乙烯/粘合樹脂/尼龍（PA）/粘合樹脂/聚乙烯五層共擠高阻隔青貯膜（簡稱PA OB-50）和聚乙烯/粘合樹脂/乙烯-乙烯醇 （EVOH）/粘合樹脂/聚乙烯五層共擠高阻隔青貯膜（簡稱EVOH OB-50）熱封制成，袋子折徑為50 cm，高度為70 cm，根據(jù)《GB/T1038-2000塑料薄膜和薄片氣體透過性試驗(yàn)方法》測定這四種塑料薄膜材料的氧氣透過量分別為2962.41、70.25、64.36、6.03 cm3/（m2·24 h·0.1 MPa）， 測試條件為23.0～23.7℃，相對濕度0，裝料密度為550 kg/m3。青貯袋及物料在室內(nèi)環(huán)境溫度（18～22℃）下儲存，用抽真空機(jī)抽真空、密封，室內(nèi)避光保存，30 d和60 d時(shí)打開進(jìn)行營養(yǎng)成分分析、有氧穩(wěn)定性評價(jià)和微生物計(jì)數(shù)。

1.3 測定方法

1.3.1 營養(yǎng)物質(zhì)測定 青貯前和青貯后玉米秸稈的干物質(zhì)含量、灰分、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維等含量根據(jù)張英麗的 《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)》進(jìn)行測定，干物質(zhì)重量損失即青貯時(shí)每個(gè)青貯袋中植物材料的重量與青貯結(jié)束時(shí)青貯飼料的重量之差。pH采用pH計(jì)（PHS-3E，上海雷磁）測定；NH3-N采用苯酚-次氯酸比色法測定；采用高效液相色譜法測定有機(jī)酸（乳酸、乙酸、丙酸和丁酸）含量（傅彤等，2005）；微生物組成采用平板計(jì)數(shù)法進(jìn)行觀察測定。

1.3.2 有氧穩(wěn)定性測定 通過監(jiān)測暴露于空氣中青貯飼料的溫度升高來確定好氧穩(wěn)定性，有氧穩(wěn)定性的評價(jià)通過青貯飼料在高于室溫2℃之前保持穩(wěn)定的小時(shí)數(shù)來表征。青貯發(fā)酵進(jìn)行到30 d和60 d時(shí)，從青貯袋中取1000 g青貯料置于透明干凈的聚乙烯食品包裝箱內(nèi)，聚乙烯箱放置到絕緣隔熱的地方，在每個(gè)箱子青貯飼料上放置一層鋁箔，以防止干燥和灰塵污染，同時(shí)也允許空氣滲透。在青貯物料的中心插入溫度計(jì)測定溫度變化，同時(shí)監(jiān)測室溫。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析 試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)Excel統(tǒng)計(jì)后，用SPSS17.0進(jìn)行方差分析和多重比較，以不同阻氧膜的類型和保存時(shí)間為固定因素，進(jìn)行四次重復(fù)數(shù)據(jù)分析。以酵母菌計(jì)數(shù)為自變量，對好氧穩(wěn)定性數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析。采用Duncan’s方法對各組進(jìn)行多重比較，顯著水平設(shè)置為P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同阻氧能力青貯袋對青貯玉米營養(yǎng)成分的影響 通過表2可以看出，相同青貯時(shí)間不同阻氧能力青貯袋對青貯玉米的干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、NDF、灰分的含量變化影響均不顯著（P＞0.05），對干物質(zhì)重量損失、WSC含量變化影響顯著 （P＜0.05）；青貯第30天和第60天WSC含量，采用EVOH高阻氧青貯袋顯著高于尼龍阻氧青貯袋（P＜0.05），尼龍阻氧青貯袋顯著高于普通聚乙烯青貯袋（P＜0.05）；青貯第30天和第60天時(shí)干物質(zhì)損失，采用普通聚乙烯青貯袋顯著高于尼龍阻氧青貯袋（P＜0.05），尼龍阻氧青貯袋顯著高于EVOH高阻氧青貯袋（P＜0.05）；采用尼龍阻氧青貯袋和國外某品牌阻氧青貯袋的各營養(yǎng)成分含量變化差異不顯著（P＞0.05）。

表2 青貯時(shí)間和不同阻氧青貯袋對青貯玉米營養(yǎng)成分的影響

2.2 不同阻氧能力青貯袋對青貯玉米pH、氨態(tài)氮含量、有機(jī)酸含量的影響 發(fā)酵第60天和第30天時(shí)青貯玉米的化學(xué)成分有明顯變化 （如表3所示），pH均降低，乳酸含量除普通聚乙烯青貯袋升高外，其他青貯袋均降低，乙酸、氨態(tài)氮含量均升高。第30天時(shí)普通聚乙烯青貯袋內(nèi)青貯玉米的pH為4.71，而采用尼龍和EVOH阻氧青貯袋貯存的青貯飼料的pH分別為3.82、3.79，第60天時(shí)普通聚乙烯青貯袋內(nèi)青貯玉米的pH為4.56，采用阻氧袋貯存的三種青貯飼料的pH分別為3.76、3.79、3.74，阻氧青貯袋的pH顯著低于普通聚乙烯青貯袋（P＜0.05）。相同青貯時(shí)間，不同阻氧能力青貯袋貯存的青貯飼料的乳酸、乙酸、氨態(tài)氮含量有一定變化，尼龍阻氧青貯袋的乙酸和氨態(tài)氮含量顯著高于EVOH高阻氧青貯袋（P＜0.05）；普通聚乙烯青貯袋的乳酸含量顯著低于尼龍阻氧青貯袋（P＜0.05），第30天時(shí)，尼龍阻氧青貯袋的顯著低于EVOH高阻氧青貯袋（P＜0.05），第60天時(shí)，兩種青貯袋的乳酸含量無顯著變化（P＞0.05）；青貯相同時(shí)間內(nèi)，尼龍阻氧青貯袋和國外某品牌阻氧青貯袋的乳酸、乙酸、氨態(tài)氮含量變化差異均不顯著（P ＞ 0.05）。

表3 青貯時(shí)間和不同阻氧青貯袋對青貯玉米發(fā)酵品質(zhì)的影響

2.3 不同阻氧能力青貯袋對青貯玉米有氧穩(wěn)定性的影響 由圖1可以看出，不同阻氧能力青貯袋對青貯玉米有氧穩(wěn)定性的差異極顯著 （P＜0.01），青貯袋的阻氧能力越強(qiáng)，青貯玉米有氧穩(wěn)定時(shí)間越長，其中采用EVOH高阻氧青貯袋貯存的青貯玉米有氧穩(wěn)定時(shí)間最長，在青貯第30天和第60天時(shí)，有氧穩(wěn)定時(shí)間分別達(dá)到149 h和297 h。

圖1 不同阻氧青貯袋對青貯玉米有氧穩(wěn)定性的影響

2.4 不同阻氧能力青貯袋對青貯玉米微生物數(shù)量的影響 由表4可知，青貯到第30天和第60天時(shí)，不同阻氧能力青貯袋對乳酸菌和霉菌數(shù)量的影響不顯著（P＞0.05），尼龍和EVOH阻氧青貯袋內(nèi)青貯飼料的酵母菌和好氧細(xì)菌數(shù)量顯著低于普通聚乙烯青貯袋（P＜0.05），從青貯第30天到第60天，尼龍阻氧袋內(nèi)的酵母菌和好氧細(xì)菌數(shù)量比普通聚乙烯袋內(nèi)的數(shù)量少了一個(gè)數(shù)量級以上，而EVOH阻氧袋內(nèi)的酵母菌、好氧細(xì)菌數(shù)量比尼龍阻氧袋內(nèi)的數(shù)量少了一個(gè)數(shù)量級以上；尼龍阻氧青貯袋和國外某品牌阻氧青貯袋的酵母菌數(shù)量變化差異不顯著（P＞0.05）。

表4 青貯時(shí)間和不同阻氧青貯袋對青貯玉米微生物數(shù)量的影響lg cfu/g

2.5 青貯袋阻氧能力與發(fā)酵時(shí)間對青貯玉米發(fā)酵特性和微生物數(shù)量的作用 由表5可以看出，發(fā)酵時(shí)間對pH、WSC、有機(jī)酸和NH3-N含量及酵母菌數(shù)量影響極顯著（P＜0.01），對DM、粗蛋白質(zhì)、NDF、ADF、干物質(zhì)損失、灰分含量和好氧細(xì)菌數(shù)量影響顯著（P＜0.05），對其余指標(biāo)影響不顯著（P＞0.05）；青貯袋的阻氧能力對WSC、干物質(zhì)損失、有機(jī)酸含量和酵母菌數(shù)量影響極顯著 （P＜0.01），對 pH、灰分含量、DM、ADF、NH3-N 和好氧細(xì)菌數(shù)量影響顯著（P＜0.05），對其余指標(biāo)影響不顯著（P＞0.05）；發(fā)酵時(shí)間與青貯袋的阻氧能力的交互作用對pH、WSC、干物質(zhì)損失、有機(jī)酸、NH3-N含量及酵母菌數(shù)量影響極顯著（P＜0.01），對其余指標(biāo)影響不顯著（P＞0.05）。

表5 青貯玉米營養(yǎng)成分及微生物數(shù)量的雙因素方差分析

3 討論

3.1 不同阻氧能力青貯袋對青貯玉米營養(yǎng)成分的影響 有效地保存青貯飼料貯存過程中的營養(yǎng)成分并且將這一期間的營養(yǎng)損失降到最低，一直是為反芻家畜提供基本營養(yǎng)的研究重點(diǎn)（Wilkinson等，2013），影響青貯飼料青貯過程中保鮮程度的最重要因素是在貯存期內(nèi)厭氧發(fā)酵達(dá)到的程度及其維持情況（Woolford等，1990）。

從青貯第30天到第60天，EVOH阻氧袋、尼龍阻氧袋與普通聚乙烯青貯袋的WSC含量降低，這與 Bernardes等（2012）和 Borreani等（2007）的研究結(jié)果類似。可溶性碳水化合物是青貯發(fā)酵的底物，是乳酸菌發(fā)酵的基礎(chǔ)，青貯初期被微生物有氧呼吸消耗分解，所以WSC含量都會減少，但是EVOH相比尼龍和聚乙烯具有更高的阻氧能力，能最早創(chuàng)造厭氧環(huán)境，所以WSC損耗最少。

同時(shí)EVOH青貯袋隔絕了外部氧氣滲透，有利于乳酸菌厭氧發(fā)酵，所以青貯初期EVOH青貯袋內(nèi)乳酸菌較為活躍，能提供更低的pH環(huán)境，從而抑制腐敗微生物利用DM、WSC和蛋白質(zhì)，進(jìn)而使得EVOH青貯袋內(nèi)青貯玉米干物質(zhì)、水溶性碳水化合物和蛋白質(zhì)消耗相對較慢，與尼龍和聚乙烯青貯袋內(nèi)的青貯玉米相比，干物質(zhì)損失、灰分降低較少；而聚乙烯青貯袋氧氣透過率高，加上內(nèi)部殘留氧氣，能維持一定好氧細(xì)菌、兼性厭氧細(xì)菌的生長繁殖，從而消耗大量碳水化合物及其他有機(jī)物，所以聚乙烯青貯袋內(nèi)干物質(zhì)損失最為嚴(yán)重；尼龍青貯袋的阻氧能力優(yōu)于聚乙烯而弱于EVOH，所以WSC損耗、干物質(zhì)損失居中。

3.2 不同阻氧能力青貯袋對青貯玉米pH、氨態(tài)氮、有機(jī)酸的影響 青貯飼料的pH可以反映青貯飼料質(zhì)量及受腐敗菌影響的程度。本試驗(yàn)中，采用不同阻氧能力青貯袋貯存的青貯玉米的pH和乳酸、乙酸含量變化差異較大。通過數(shù)據(jù)可以看出，EVOH阻氧青貯袋內(nèi)青貯飼料的pH最低，其次是阻氧性能較好的尼龍青貯袋，這主要是因?yàn)槿樗峋侨樗岚l(fā)酵的啟動(dòng)菌，塑料薄膜的阻氧能力越強(qiáng)，內(nèi)部氧氣更快耗盡，無氧環(huán)境越早出現(xiàn)，從而有助于乳酸菌的生長，優(yōu)異的厭氧環(huán)境導(dǎo)致乳酸菌厭氧發(fā)酵產(chǎn)生大量乳酸；而后期pH降低是因?yàn)橐宜釢舛仍龈撸@與異型乳酸菌新陳代謝活躍，產(chǎn)生了大量乙酸有關(guān)。Der等（2012）和 Kleinschmit等（2006）研究發(fā)現(xiàn)，隨著貯存期的延長，干物質(zhì)逐漸消耗，異型乳酸菌產(chǎn)生的乙酸穩(wěn)定增長。Oude等（2001）研究發(fā)現(xiàn)，無氧條件下布氏乳桿菌能消耗乳酸分解成乙酸和1，2-丙二醇和二氧化碳，EVOH阻氧能力最強(qiáng)，所以最早進(jìn)行無氧呼吸，導(dǎo)致乳酸、乙酸濃度最高，且含量相對穩(wěn)定。

青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)的好壞還可以通過氨態(tài)氮/總氮比值來判斷，其比值越小說明青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)越好（劉建新等，1999）。本研究發(fā)現(xiàn)，青貯玉米發(fā)酵第30天和第60天時(shí)，EVOH阻氧青貯袋內(nèi)青貯飼料的NH3-N含量最低，而聚乙烯青貯袋內(nèi)青貯飼料在第60天時(shí)NH3-N含量略有升高，這是因?yàn)楹笃谟猩倭垦鯕鉂B透，導(dǎo)致部分好氧細(xì)菌活動(dòng)，分解消耗了部分蛋白質(zhì)。綜合乳酸含量及氨態(tài)氮/總氮比值可以看出，EVOH高阻氧青貯袋貯存的青貯玉米發(fā)酵品質(zhì)最好。

3.3 不同阻氧能力青貯袋對青貯玉米有氧穩(wěn)定性的影響 通過提高青貯袋的阻氧能力可以顯著提高青貯飼料的有氧穩(wěn)定性，進(jìn)而降低二次發(fā)酵的機(jī)率，避免飼料發(fā)霉腐敗，減少飼料損失。因?yàn)榻湍妇臄?shù)量和繁殖速度是破壞有氧穩(wěn)定性的主要原因之一（李健等，2015）。本試驗(yàn)中，由于酵母菌的消耗，青貯60 d時(shí)各類青貯袋的好氧穩(wěn)定性都比青貯30 d時(shí)的時(shí)間延長，但隨著青貯袋阻氧能力的增強(qiáng)，青貯飼料的好氧穩(wěn)定性也相應(yīng)提高，EVOH青貯袋內(nèi)青貯飼料的好氧穩(wěn)定性比尼龍青貯袋提高了約兩倍，尼龍青貯袋內(nèi)青貯飼料的好氧穩(wěn)定性比聚乙烯青貯袋的提高了約兩倍，而且本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同青貯袋開封后青貯飼料的有氧穩(wěn)定時(shí)間與酵母菌數(shù)量呈正相關(guān)，這與Tabacco等（2011）、Muck 等（2004）、Kung等（1998）的研究結(jié)果一致。

呂文龍等（2011）研究發(fā)現(xiàn)，異性乳酸菌可明顯改善青貯飼料在空氣中的有氧穩(wěn)定性，本試驗(yàn)中阻氧青貯袋可隔絕氧氣進(jìn)入，既有利于同質(zhì)型乳酸菌生長，也有利于異型乳酸菌生長，異型乳酸菌可在青貯發(fā)酵過程中產(chǎn)生乙酸，其可以抑制霉菌等有害菌的生長，隨著保存時(shí)間延長，乙酸濃度逐漸增加，從而顯著提高青貯飼料的有氧穩(wěn)定性。Danner等（2003）研究發(fā)現(xiàn)，醋酸作為有害微生物的抑制劑，青貯飼料開窖后即使DM達(dá)到5%，當(dāng)添加一定量的乙酸，有氧穩(wěn)定性也可以超出100 h。Orosz等（2013）和 Mc Donell（2008）研究發(fā)現(xiàn)，即使高阻隔膜有較低濃度的乙酸，但其有氧穩(wěn)定性也要高于普通聚乙烯膜，因?yàn)楦咦韪裟ぷ柚沽搜鯕鉂B透，為青貯飼料提供了一個(gè)穩(wěn)定的無氧環(huán)境，影響了青貯飼料的營養(yǎng)成分、溫濕度、pH、微生物組成，進(jìn)而延長了青貯飼料的有氧穩(wěn)定性。

3.4 不同阻氧能力青貯袋對青貯玉米微生物數(shù)量的影響 不同微生物菌群的組成對發(fā)酵過程有至關(guān)重要的影響，乳酸菌無氧發(fā)酵產(chǎn)生有機(jī)酸，而酵母菌有氧發(fā)酵則消耗乳酸產(chǎn)生乙醇，引起青貯飼料腐敗變質(zhì)，好氧細(xì)菌與霉菌發(fā)酵不僅消耗營養(yǎng)物質(zhì)，還會產(chǎn)生有毒物質(zhì)（Lisa等，2003）。本試驗(yàn)中，青貯袋的阻氧能力越強(qiáng)，好氧呼吸期越短，越早進(jìn)入乳酸發(fā)酵期，乳酸菌數(shù)量越早處于恒定；阻氧能力越強(qiáng)的青貯袋內(nèi)同型和異型乳酸菌越活躍，乙酸濃度升高越快，pH降低較快，酵母菌、霉菌、好氧細(xì)菌數(shù)量降低也較快，其中酵母菌數(shù)量變化尤為明顯。青貯過程中氧氣滲透量是影響酵母菌組成和數(shù)量的重要因素之一，Jonsson等（1984）研究發(fā)現(xiàn)，保持無氧環(huán)境能將酵母菌數(shù)量維持在一個(gè)低于檢測范圍的水平，如果增加氧氣滲透量，酵母菌數(shù)量能增加到106cfu/g以上。該研究發(fā)現(xiàn)酵母菌數(shù)量的減少與布氏乳桿菌的滋生、青貯飼料中乙酸濃度的逐漸升高、較低的氧濃度環(huán)境有關(guān)。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)的結(jié)果證明，不同阻氧能力青貯袋對青貯玉米的發(fā)酵品質(zhì)、微生物數(shù)量和有氧穩(wěn)定性有較顯著影響，提高青貯袋的阻氧能力，有助于改善青貯玉米儲存過程中的發(fā)酵品質(zhì)，減少酵母菌和好氧細(xì)菌的數(shù)量，提高玉米青貯的好氧穩(wěn)定性，綜合評價(jià)表明，五層共擠EVOH阻氧膜的青貯效果最好。