呂 平

（天津職業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院，天津 300401）

全株青貯玉米由于具有生物產(chǎn)量高、 營(yíng)養(yǎng)齊全、易于制作青貯飼料等特點(diǎn)，在反芻家畜飼料中占據(jù)重要地位。然而，在全株青貯玉米飼料的生產(chǎn)中，由于玉米品種、氣候、青貯環(huán)境和制作手段的不同， 全株玉米青貯飼料的質(zhì)量不穩(wěn)定， 差異明顯，不能完全滿足畜牧業(yè)發(fā)展的要求。全株青貯玉米飼料制作過程本質(zhì)上是以乳酸菌為主體的混合菌系的發(fā)酵及交替演化的過程， 要對(duì)其進(jìn)行全面和精確的控制比較困難。乳酸菌的快速繁殖、玉米細(xì)胞壁的高效分解、 嚴(yán)格厭氧環(huán)境的維持對(duì)于高質(zhì)量全株玉米青貯飼料的生產(chǎn)至關(guān)重要。 同時(shí)在青貯玉米開窖使用后，高效地抑制由霉菌、酵母菌大量繁殖而帶來的二次發(fā)酵也是控制全株玉米青貯飼料品質(zhì)的關(guān)鍵措施（韓戰(zhàn)強(qiáng)等，2020）。

超聲波是一種頻率高于兩萬(wàn)赫茲不引起聽覺的彈性聲波。超聲輔助提取技術(shù)是一種90 年代興起，現(xiàn)在廣泛使用的生物提取技術(shù)。超聲波借助其在溶液產(chǎn)生的空化效應(yīng)、 直接的機(jī)械振動(dòng)作用以及間接的熱效應(yīng)， 可以比較快速高效地破壞整體堅(jiān)固、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的植物大分子體系。 研究表明，適當(dāng)頻率和功率的超聲波， 既可以破壞植物組織各成分之間的結(jié)合程度，破壞纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的微晶結(jié)構(gòu)，又能破碎植物細(xì)胞本身，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的釋放、擴(kuò)散。同時(shí)對(duì)于單體的微生物而言又產(chǎn)生了滅菌的效果。因此，研究超聲預(yù)處理和乳酸菌添加劑對(duì)全株青貯玉米發(fā)酵品質(zhì)、 營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及其青貯有氧穩(wěn)定性的影響具有理論和現(xiàn)實(shí)意義（董翠英，2017；陳靜等，2016；秦梅頌，2010）。而且， 目前鮮有將超聲波應(yīng)用于全株青貯玉米生產(chǎn)的相關(guān)報(bào)道。

1 材料與方法

1.1 青貯超聲預(yù)處理及乳酸菌添加 供試玉米品種乳熟期收割。 通過揉搓機(jī)粉碎揉搓后，取5000 g 放入安裝有超聲發(fā)生器（頻率20000 赫茲，功率3 千瓦）的固態(tài)發(fā)酵罐（溫度控制在20 ℃、不攪拌、不通氣）中，加入適量蒸餾水進(jìn)行超聲處理。超聲處理后65 ℃烘干備用。

試驗(yàn)分為空白對(duì)照組、 超聲處理組和乳酸菌對(duì)照組。 乳酸菌對(duì)照組是將青貯菌劑[布氏乳桿菌（Lactobacillus buchneri ）、植物乳桿菌（Laobacillus plantarum）， 含量比為 1:1， 活菌數(shù)≥1×108cfu/g，100 g/袋]5 g 溶于 20 mL 蒸餾水中， 均勻噴灑于5000 g 全株玉米青貯中。 超聲處理組分為五組，分別為超聲處理 5、10、15、20、25 min。 超聲處理后按照乳酸菌對(duì)照組相同的方式添加青貯菌劑。 空白對(duì)照組無添加劑，無超聲處理。 各組處理完畢后，調(diào)整全株青貯玉米樣品的水分含量為68% ～72%。 利用兩層塑料袋進(jìn)行全株玉米青貯，塑料袋大小為35 cm×20 cm，每袋裝青貯原料500 g，利用抽真空機(jī)封裝、壓實(shí)、檢查無漏氣后在室內(nèi)陰涼處（20 ～ 25 ℃）貯藏 60 d。

1.2 全株青貯玉米感官評(píng)定 使用德國(guó)農(nóng)業(yè)協(xié)會(huì)（DLG）青貯玉米評(píng)價(jià)法進(jìn)行感官評(píng)定。 主要評(píng)價(jià)指標(biāo)有飼料色澤、氣味、質(zhì)地，每個(gè)指標(biāo)分為三或四個(gè)等級(jí)。累計(jì)每項(xiàng)分?jǐn)?shù)的評(píng)價(jià)總得分，總評(píng)分在 16 ～ 20 分為 1 級(jí)（優(yōu)），總評(píng)分在 10 ～ 15 分為2 級(jí)（良），總評(píng)分在 5 ～ 9 分為 3 級(jí)（中等），總評(píng)分在 0 ～4 分為 4 級(jí)（腐?。?青貯玉米感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 青貯飼料感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.3 全株青貯玉米發(fā)酵品質(zhì)測(cè)定 在超凈工作臺(tái)上小心打開青貯密封袋， 稱取50 g 青貯飼料，放入高速組織搗碎機(jī)，加入200 mL 蒸餾水，攪拌5 min，先用6 層紗布過濾，然后抽濾過濾，得到約20 mL 提取液，進(jìn)行pH、有機(jī)酸及氨態(tài)氮總氮比測(cè)定。 pH 用雷磁 PHS-3C 型 pH 計(jì)測(cè)定； 乳酸（LA）、乙酸（AA）、丙酸（PA）和丁酸（BA）含量采用SHIMADZE-l0A 型高效液相色譜儀分析，色譜柱為 KC-811column，Shimadzu，SPD-M10AVP 檢測(cè)器，3 mmol/L 高氯酸流動(dòng)相，流速 1 mL/min，5 μL進(jìn)樣量， 柱溫 50 ℃， 檢測(cè)波長(zhǎng) 210 nm。 氨態(tài)氮（NH3-N）用苯酚-次氯酸比色法測(cè)定。

1.4 全株青貯玉米營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定 在超凈工作臺(tái)上小心打開青貯密封袋， 取500 g 全株青貯玉米樣品于65 ℃烘干，中藥粉碎機(jī)粉碎，過40 目篩待用。 微量凱氏定氮法測(cè)定青貯玉米粗蛋白質(zhì)含量 （CP）； 范氏法測(cè)定青貯玉米中性洗滌纖維（NDF）、酸性洗滌纖維（ADF）和酸性洗滌木質(zhì)素（ADL） 含量； 索式提取法測(cè)定青貯玉米粗脂肪（EE）含量；蒽酮-硫酸比色法測(cè)定青貯玉米水溶性碳水化合物（WSC）；青貯玉米干物質(zhì)含量（DM）測(cè)定采用干燥箱105 ℃恒溫、干燥至恒重的方法。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析 利用Excel 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，SPSS 軟件包進(jìn)行單因素 ANOVA 方差分析和Duncan’s 多重比較分析，試驗(yàn)結(jié)果采用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，P ＜0.05 表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 全株青貯玉米感官評(píng)定 由表2 可知，超聲處理15 min 組和超聲處理20 min 組屬于 1 級(jí)（優(yōu)良級(jí) ） 全株玉米青貯飼料 ， 其他各組均為2級(jí)（良好級(jí)）全株玉米青貯飼料。

表2 全株青貯玉米感官評(píng)定

2.2 超聲預(yù)處理和添加乳酸菌劑對(duì)玉米青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響 由表3 可知， 超聲處理和添加乳酸菌劑顯著降低了玉米青貯的pH。乳酸菌對(duì)照組pH 相比空白對(duì)照組下降0.18，降幅4.48%。 隨著超聲處理時(shí)間的增加，pH 先降低后增加，15 min超聲處理時(shí)，pH 最低，為3.71，相比空白對(duì)照組下降0.31，降幅7.71%，而且每個(gè)超聲處理組之間基本都有顯著性差異。 超聲處理和添加乳酸菌劑降低了玉米青貯的氨氮總氮比。 乳酸菌對(duì)照組氨氮總氮比相比空白對(duì)照組下降0.22%，降幅5.93%。隨著超聲處理時(shí)間的增加， 氨氮總氮比先降低后升高，15 min 超聲處理時(shí)， 氨氮總氮比最低，為3.42%，相比空白對(duì)照組下降0.29%，降幅7.82%，5、10、20 min 超聲處理組之間差異不顯著。

表3 超聲預(yù)處理和添加乳酸菌劑對(duì)玉米青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響

超聲處理和添加乳酸菌劑顯著提高了玉米青貯的乳酸含量。 乳酸菌對(duì)照組乳酸含量相比空白對(duì)照組提高0.65%，漲幅15.48%。 隨著超聲處理時(shí)間的增加， 乳酸含量先升高后穩(wěn)定，15 min 超聲處理時(shí)，乳酸含量最高，為6.39%，相比空白對(duì)照組提高2.19%，漲幅高達(dá)52.14%，而且每個(gè)超聲處理組之間基本都有顯著性差異。 超聲處理大幅度提高了玉米青貯的乙酸含量。 隨著超聲處理時(shí)間的增加， 乙酸含量不斷提高，15 min 超聲處理后乙酸含量基本穩(wěn)定，為0.71%，相比空白對(duì)照組提高0.35%，漲幅高達(dá)97.22%。 但乳酸菌對(duì)照組乙酸含量增加不明顯， 相比空白對(duì)照組只提高0.01%，漲幅2.78%。 空白對(duì)照組和添加乳酸菌組均沒有檢測(cè)到丙酸和丁酸，超聲處理各組，只有在25 min 時(shí)有檢測(cè)出丙酸和丁酸， 但含量非常低，與感官評(píng)價(jià)相一致， 并沒有發(fā)現(xiàn)有刺鼻的丁酸氣味，可認(rèn)為對(duì)全株玉米青貯品質(zhì)基本沒有影響?？傮w上看，15 min 超聲處理組 pH 和 NH3-N/TN 最低， 乳酸和乙酸含量最高， 沒有檢測(cè)出丙酸和丁酸，是發(fā)酵品質(zhì)最優(yōu)處理組。

2.3 超聲預(yù)處理和添加乳酸菌劑對(duì)玉米青貯營(yíng)養(yǎng)成分的影響 由表4 可知， 超聲處理提高了玉米青貯的干物質(zhì)含量。隨著超聲處理時(shí)間的增加，干物質(zhì)含量先升高后降低，20 min 超聲處理時(shí)，干物質(zhì)含量最高，為29.67%，相比對(duì)照組提高了1.76%，漲幅達(dá)6.31%。 各超聲處理組之間干物質(zhì)含量差異顯著。 乳酸菌對(duì)照組干物質(zhì)含量相比對(duì)照組變化不大，降低了0.9%，降幅達(dá)3.22%。 超聲處理可以顯著提高玉米青貯的水溶性碳水化合物含量。隨著超聲處理時(shí)間的增加，水溶性碳水化合物含量先增加后減少，20 min 超聲處理時(shí)， 水溶性碳水化合物含量最高，為6.17%，相比對(duì)照組增加了0.84%，漲幅為15.76%。 各超聲處理組之間水溶性碳水化合物含量差異比較顯著。 乳酸菌對(duì)照組水溶性碳水化合物含量與對(duì)照相比提高了0.15%，漲幅為2.81%。 超聲處理大幅提高了玉米青貯的粗脂肪含量。 隨著超聲處理時(shí)間的增加，粗脂肪含量呈現(xiàn)出凸形曲線，20 min 超聲處理時(shí)，粗脂肪含量最高，為4.81%，相比對(duì)照組提高0.79%，漲幅19.65%。各超聲處理組之間粗脂肪含量差異顯著。 乳酸菌對(duì)照組粗脂肪含量與對(duì)照組相比降低了0.18%，降幅為4.48%。 超聲處理大幅提高了玉米青貯的粗蛋白質(zhì)含量。 隨著超聲處理時(shí)間的增加，粗蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)單蜂曲線，20 min超聲處理時(shí)，粗蛋白質(zhì)含量最高，為9.47%，相比對(duì)照組提高了1.33%，漲幅達(dá)16.34%。 各超聲處理組之間粗蛋白質(zhì)含量差異顯著。 乳酸菌對(duì)照組粗蛋白質(zhì)含量與對(duì)照相比小幅增加了0.22%，漲幅為2.70%。

表4 超聲預(yù)處理和添加乳酸菌劑對(duì)玉米青貯營(yíng)養(yǎng)成分的影響

超聲處理大幅度降低了玉米青貯的中性洗滌纖維含量。隨著超聲處理時(shí)間的增加，中性洗滌纖維含量不斷下降，15 min 超聲處理后趨于穩(wěn)定，25 min 超聲處理后中性洗滌纖維含量最低，為36.21%， 相比對(duì)照下降了 12.79%， 降幅達(dá)26.10%。 各超聲處理組之間中性洗滌纖維含量差異顯著。 乳酸菌對(duì)照組中性洗滌纖維含量與對(duì)照相比變化不大，降低了1.51%，降幅為3.08%。 超聲處理顯著降低了玉米青貯的酸性洗滌纖維含量。隨著超聲處理時(shí)間的增加，酸性洗滌纖維含量不斷下降，10 min 超聲處理后基本穩(wěn)定，25 min超聲處理后酸性洗滌纖維含量最低， 為19.91%，相比對(duì)照下降了5.76%，降幅達(dá)22.44%。 乳酸菌對(duì)照組酸性洗滌纖維含量與對(duì)照相比降低了1.12%，降幅為4.36%。 超聲處理大幅度降低了玉米青貯的酸性洗滌木質(zhì)素含量。 隨著超聲處理時(shí)間的增加， 酸性洗滌木質(zhì)素不斷下降，15 min 超聲處理后基本穩(wěn)定，15 min 超聲處理后酸性洗滌木質(zhì)素含量最低， 為4.39%， 相比對(duì)照下降了1.8%，降幅達(dá)29.08%。 乳酸菌對(duì)照組酸性洗滌木質(zhì)素含量與對(duì)照相比降低了0.23%， 降幅達(dá)3.72%。 總體上看，20 min 超聲處理 DM 、EE、CP 和 WSC 含量最高，而 NDF、ADF、ADL 含量雖然不是最高，但與最高值相差不大，可以認(rèn)為是營(yíng)養(yǎng)成分最優(yōu)處理組。

3 討論

超聲輔助提取技術(shù)目前已經(jīng)在中藥有效成分、食品功能組分的提取中取得了良好的效果，對(duì)其提取機(jī)理也已有比較全面的認(rèn)識(shí)。早在19 世紀(jì)30 年代，Brohult（1937）就發(fā)現(xiàn)超聲波可以有效降解生物高聚物。 超聲波的機(jī)械效應(yīng)使得青貯玉米劇烈振動(dòng)，引起玉米組織和細(xì)胞變形，并產(chǎn)生高速摩擦； 超聲波定向推動(dòng)細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間的氣泡形成振動(dòng)腔，瞬間爆破產(chǎn)生局部高溫和高壓，撕裂細(xì)胞和細(xì)胞間的黏連結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生超聲空化效應(yīng)；超聲波在傳播的過程中， 細(xì)胞和細(xì)胞間質(zhì)不斷吸收熱能，溫度升高，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)釋放和細(xì)胞間破裂的成分快速溶解，實(shí)現(xiàn)熱效應(yīng)（勞超等，2017；李冬梅等，2015；張麗芬等，2011）。對(duì)于全株玉米來說，超聲處理后玉米細(xì)胞壁和細(xì)胞間質(zhì)應(yīng)有一定程度的破壞，這一方面使得細(xì)胞膜內(nèi)的可溶性糖類、蛋白和脂類成分被大量釋放出來， 另一方面使得細(xì)胞膜外由纖維素、 半纖維素和木質(zhì)素構(gòu)成的細(xì)胞壁及其間質(zhì)結(jié)構(gòu)也被嚴(yán)重破壞。 但同時(shí)也要注意到超聲處理會(huì)顯著地降低玉米表面所附著的微生物含量，這可能會(huì)導(dǎo)致玉米菌群數(shù)量過低，不利于青貯玉米的發(fā)酵。因此，在本試驗(yàn)中，超聲處理后，為了保證青貯的成功，各處理組都添加了乳酸菌劑。

超聲處理后玉米青貯的pH 低于添加乳酸菌和空白對(duì)照組，可能是由于超聲使得青貯體系釋放了更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)成分，促進(jìn)了乳酸菌群的生長(zhǎng)和發(fā)酵。 這點(diǎn)在乳酸含量、氨氮總氮和乙酸含量都有所體現(xiàn)，尤其是乙酸的含量最為突出，提高了近一倍多。超聲處理后雖然有個(gè)別處理監(jiān)測(cè)到有丙酸和丁酸，但含量非常低。 總體上說，超聲處理后各組pH 低于4.2，氨態(tài)總氮比均低于10%，表明發(fā)酵過程良好，青貯成功，這也與感官評(píng)價(jià)相一致。同時(shí)乙酸含量的大幅度提高，對(duì)于延長(zhǎng)全株玉米青貯的有氧穩(wěn)定期至關(guān)重要，進(jìn)一步提高青貯品質(zhì)。

超聲處理可提高玉米青貯的干物質(zhì)含量，并顯著提高玉米青貯的粗脂肪、 粗蛋白質(zhì)和水溶性碳水化合物含量。 但超聲處理顯著降低了中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和酸性洗滌木質(zhì)素含量，而且降低幅度很接近，都在23%～29%，展現(xiàn)出明顯的關(guān)聯(lián)性。 中性洗滌纖維包含酸性洗滌纖維和半纖維素含量，而酸性洗滌纖維又包括纖維素、木質(zhì)素和硅酸鹽等。因此，可以認(rèn)為超聲波在一定程度上破壞了細(xì)胞壁和細(xì)胞間質(zhì)結(jié)構(gòu)， 釋放出的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，并進(jìn)一步被超聲波降解，形成了可以被乳酸菌為主體的青貯菌群利用的營(yíng)養(yǎng)成分。一般認(rèn)為，反芻動(dòng)物瘤胃可以消化纖維素和半纖維素， 但由于木質(zhì)素對(duì)纖維素和半纖維素的包裹，使得他們又不能被充分利用，而經(jīng)過超聲處理后青貯玉米的木質(zhì)素含量下降， 釋放出纖維素和半纖維素，可以被青貯菌群利用，相當(dāng)于對(duì)青貯玉米進(jìn)行了預(yù)消化， 可以更好地被反芻動(dòng)物瘤胃所消化吸收，從而提高全株青貯玉米質(zhì)量。

感官評(píng)價(jià)反映超聲處理15 min 組超聲處理20 min 組屬于 1 級(jí)， 發(fā)酵品質(zhì)試驗(yàn)說明15 min超聲是最優(yōu)處理組，營(yíng)養(yǎng)成分試驗(yàn)說明20 min 超聲可以認(rèn)為是最優(yōu)處理組。綜上所述，全株玉米經(jīng)過15 ～20 min 的超聲處理可以明顯的提高青貯品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，有推廣的價(jià)值。

4 結(jié)論

全株青貯玉米在適合的超聲條件預(yù)處理后pH 和氨氮比降低，乳酸和乙酸含量提高，干物質(zhì)、水溶性碳水化合物、粗脂肪和粗蛋白質(zhì)含量提高，中性洗滌纖維、 酸性洗滌纖維和酸性洗滌木質(zhì)素含量顯著降低。 表明15 ～20 min 超聲處理可以明顯提高全株玉米的青貯質(zhì)量。