烏斯?jié)M·依米提 努爾哈提·斯拉甫爾 楊兆岐 米日扎提·艾熱提
(新疆大學生命科學與技術學院,新疆烏魯木齊830046)
在我國北方地區(qū)冬季寒冷又冗長,就會出現(xiàn)飼料匱乏的現(xiàn)象[1],對青貯飼料的需求日益增長。然而我國優(yōu)質青貯飼料資源短缺,而青貯原料碳氮含量不足,滿足不了發(fā)酵初期微生物對碳氮源的需求[2-3],需要添加添加劑來提高青貯飼料的發(fā)酵品質。但這又提高了青貯飼料的成本,故尋求一種天然的、低成本的飼料添加劑成為必要。氨基酸副產(chǎn)物(Amino Acid By-products,ABP)是氨基酸發(fā)酵液經(jīng)離交提取純氨基酸后除菌體的高濃度廢水[4],由有機物和基本鹽分構成[5]。氨基酸發(fā)酵是個巨大的產(chǎn)業(yè),我國作為氨基酸生產(chǎn)大國,每年氨基酸總產(chǎn)量達400.0萬噸[6],而每生產(chǎn)1 t氨基酸純產(chǎn)品就會產(chǎn)生約40.0 m3副產(chǎn)物[7]。ABP 具有pH 值低、碳含量和氮含量高、礦質元素豐富等優(yōu)點[8],作為一種富含氮的產(chǎn)品,可以提高青貯飼料的氨氮含量,抑制有害微生物的生長,降低乙醇產(chǎn)量[9]。其大量排放不僅對環(huán)境產(chǎn)生污染而且是有用資源的浪費。目前國內外將ABP直接添加到青貯飼料的研究較少[10],對其利用局限在提取飼用酵母及菌體蛋白制造家禽飼料或制造有機肥料添加劑等[11-14]。前期進行的“ABP對飼用菌生長量的影響”研究表明適量的ABP對飼用菌生長繁殖具有促進作用[15],本研究在此基礎上將ABP直接添加到青貯彎頭高粱秸稈中,通過補足可溶性碳和氮從而促進飼用菌生長繁殖并破壞秸稈表面蠟質層和橫切面纖維結構,提高飼料的發(fā)酵品質和消化率。將ABP轉化為可利用的資源,測定青貯飼料發(fā)酵品質及消化率,為生產(chǎn)優(yōu)質青貯飼料并緩解飼料短缺現(xiàn)象提供科學依據(jù),具有重大的經(jīng)濟效益與環(huán)境效益。
彎頭高粱秸稈采自新疆托克遜地區(qū),ABP由新疆某生物科技公司提供,于2018 年10 月進行收割取樣。為調節(jié)水分含量新鮮秸稈于室溫下放置24 h 后切割成2.0~3.0 cm 長度,采用瓶裝發(fā)酵法發(fā)酵45 d。試驗分無任何添加劑的對照組,添加2.0% ABP 的試驗組Ⅰ和2.0% ABP+8.0%飼用菌(乳酸菌∶纖維素分解菌∶酵母菌=3∶3∶2)的試驗組Ⅱ。
1.2.1 ABP成分測定
由青島科創(chuàng)質量檢測公司采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀及離子色譜儀測定。
1.2.2 營養(yǎng)成分分析
干物質基礎上按照常規(guī)方法對飼料樣品pH 值、干物質(DM)、粗蛋白(CP)、中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)、酸性洗滌木質素(ADL)、灰分(Ash)及揮發(fā)性脂肪酸進行測定,采用模擬瘤胃消化試驗對各處理組及未發(fā)酵的彎頭高粱秸稈進行體外消化率的測定。
1.2.3 ABP作用機制分析
通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察飼料樣品葉與莖表面及橫切面結構,探討ABP對彎頭高粱秸稈青貯飼料發(fā)酵品質及消化率的作用機制。
用Microsoft Excel 2010 統(tǒng)計數(shù)據(jù)并制表,用SPSS22.0 軟件對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析和多重比較,其中P<0.01 表示差異極顯著、P<0.05 表示差異顯著、P>0.05 表示差異不顯著,用Photoshop CS6對圖片進行編輯。
表1 ABP成分及含量
由表1 可知,ABP 總氮及總碳含量高,具有豐富的礦質元素。
彎頭高粱秸稈原料pH 值、干物質、粗蛋白、纖維素等成分測定結果如表2所示。
表2 彎頭高粱秸稈營養(yǎng)成分及含量(干物質基礎,%)
依據(jù)國內青貯飼料感官評定標準對彎頭高粱秸稈青貯飼料進行感官評定[16],結果如表3所示。由表3可知,各試驗組pH值顯著低于對照組(P<0.05);試驗組感官評定總分明顯高于對照組,處于優(yōu)質青貯飼料區(qū)間,表明青貯彎頭高粱秸稈中直接添加2.0%的ABP可有效改善青貯飼料感官指標。
表3 ABP對青貯彎頭高粱秸稈感官評定的影響
表4 ABP對青貯彎頭高粱秸桿發(fā)酵品質的影響
由表4可知,試驗組Ⅱ乳酸含量極顯著高于對照組與試驗組Ⅰ(P<0.01),高出對照組113.95%;各試驗組乙酸含量顯著高于對照組(P<0.05),丁酸含量顯著低于對照組(P<0.05),其中試驗組Ⅱ丁酸含量比對照組低了31.78%;試驗組Ⅱ乳酸/總酸、乳酸/乙酸都顯著高于其他組(P<0.05)。表明2.0%的ABP秸稈,可提高乳酸和乙酸含量、降低丁酸含量,對彎頭高粱秸稈青貯飼料發(fā)酵品質具有明顯的改善效果。
表5 ABP對青貯彎頭高粱秸稈營養(yǎng)成分的影響(%)
由表5知,試驗組DM含量低于對照組,其中試驗組Ⅰ含量最低為28.42%,試驗組Ⅱ與對照組相比差異不顯著(P>0.05);各試驗組CP含量極顯著高于對照組(P<0.01),試驗組ⅠCP 是高粱秸稈原料的134.47%、試驗組Ⅱ為高粱秸稈原料的165.66%;試驗組NDF和ADL含量極顯著低于對照組(P<0.01),各試驗組之間差異不顯著(P>0.05),其中試驗組ⅠNDF比高粱秸稈原料降低了20.59個百分點、試驗組Ⅱ比高粱秸稈原料降低了21.26個百分點;ADF含量顯著低于對照組(P<0.05),試驗組Ⅰ比高粱秸稈原料降低了20.21個百分點、試驗組Ⅱ比高粱秸稈原料降低了21.13個百分點;HC 與Ash 各處理組之間差異不顯著(P>0.05)。表明將2.0%的ABP直接添加到青貯彎頭高粱秸稈中促進微生物的生長繁殖從而可提高粗蛋白含量、降低纖維含量,明顯提高青貯彎頭高粱的營養(yǎng)成分。
表6 ABP對青貯彎頭高粱秸稈消化率的影響(%)
由表6 可知,試驗組DM 消化率極顯著高于對照組和未發(fā)酵秸稈(P<0.01),其中試驗組ⅡDM 消化率最佳為47.67%,高出對照組18.67 個百分點;NDF 和ADF 消化率各試驗組顯著高于對照組和未發(fā)酵秸稈(P<0.05),都是試驗組Ⅱ效果最佳,其中試驗組ⅡNDF 消化率高出對照組21.30 個百分點,試驗組ⅡADF消化率高出9.93個百分點,表明彎頭高粱秸稈添加2.0%的ABP后,可顯著提高其消化率,若ABP與飼用菌混合添加則消化率更高。
圖1 青貯彎頭高粱秸稈掃描電鏡結構
由圖1 可知,對照組飼料表面蠟質層結構完整,黏附著少量飼用菌,橫切面纖維結構完整,無飼用菌;試驗組Ⅰ飼料表面蠟質層被破壞并黏附著大量飼用菌,橫切面纖維結構被破壞,也黏附著少量飼用菌;試驗組Ⅱ表面蠟質層被破壞黏附著較多的飼用菌,橫切面纖維結構被破壞并有飼用菌黏附于其上。表明ABP通過破壞飼料表面蠟質層和橫切面纖維結構,促進飼用菌黏附,從而提高青貯彎頭高粱秸稈發(fā)酵品質及消化率。
本研究意在探討青貯彎頭高粱秸稈中添加適量的ABP 能否改善飼料發(fā)酵品質及提高消化率。試驗從青貯飼料感官評定、發(fā)酵品質、體外消化率及青貯飼料表面與橫切面結構變化等方面對各處理組進行比較,彎頭高粱秸稈青貯時pH值、干物質及營養(yǎng)成分變化情況符合青貯飼料發(fā)酵后物質變化規(guī)律[17],即發(fā)酵初期飼料細胞進行有氧呼吸,消耗發(fā)酵瓶內的氧氣并產(chǎn)生熱,使干物質損失;隨著發(fā)酵的進行,飼用菌成為優(yōu)勢菌體,將ABP中的碳氮源轉換為有機酸,使pH值下降、減緩干物質與營養(yǎng)成分的損失、提高酸含量。
本研究中添加2.0%的ABP后彎頭高粱秸稈發(fā)酵品質得到明顯改善,感官評定屬于優(yōu)質青貯飼料區(qū)間;粗蛋白含量極顯著提高,其中試驗組Ⅰ與試驗組Ⅱ含量分別為10.22%、12.59%;NDF、ADF 和ADL 含量顯著降低;乳酸和乙酸含量得到提高,丁酸含量降低。彎頭高粱秸稈中的碳氮含量滿足不了乳酸菌與纖維素分解菌的需求,添加ABP 后補足了碳氮源,使乳酸菌與纖維素分解菌處于理想的發(fā)酵環(huán)境中,促進乳酸菌與纖維素分解菌的生長繁殖,提高了彎頭高粱秸稈青貯過程中的生化反應效率,從而改善了青貯彎頭高粱秸稈的發(fā)酵品質。
添加ABP 后青貯彎頭高粱秸稈DM 消化率、NDF消化率與ADF 消化率都得到提高,其中ABP 與飼用菌混合添加后各種消化率都最高,表明ABP單獨添加亦可提高青貯彎頭高粱秸稈消化率,但與飼用菌混合添加效果最佳。Yimiti等[10]和Yamamoto等[18]的研究表明氨基酸發(fā)酵副產(chǎn)液中硫酸根和氯離子等無機酸直接影響飼料秸稈細胞壁的酸性水解,從而破壞細胞壁與蠟質層結構;本試驗所用的ABP 碳氮含量高,為乳酸菌和纖維素分解菌等飼用菌提供充足的能源,促進其對飼料細胞壁的破壞,降解纖維成分,而ABP 豐富的硫酸根離子和氯離子影響飼料細胞壁的酸性水解,進一步破壞表面蠟質層與橫切面纖維結構,促使益生菌的黏附,從而提高青貯彎頭高粱秸稈的消化率。
彎頭高粱秸稈添加2.0%的ABP 后,ABP 中的可溶性碳和氮被飼用菌利用,從而可降低飼料pH值,感官評定屬于優(yōu)質青貯飼料區(qū)間;乳酸、乙酸含量顯著提高,丁酸含量降低;粗蛋白含量極顯著提高,NDF、ADF 及ADL 含量降低;DM 消化率、NDF 消化率及ADF消化率明顯提高;掃描電鏡結果證實ABP促進飼用菌的生長繁殖并通過破壞葉表面蠟質層促進纖維素分解菌降解細胞壁纖維成分從而改善青貯飼料發(fā)酵品質并提高消化率。