張嘉賓 李苗苗 靳思玉 王立超 周 昕 黃秋連 王 健 張愛(ài)忠 曹 陽(yáng)
(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院,糧食副產(chǎn)物加工與利用教育部工程研究中心,黑龍江省寒區(qū)飼料資源高效利用與營(yíng)養(yǎng)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,大慶163319)
苜蓿(MedicagosativaL.)為豆科苜蓿屬多年生草本植物,營(yíng)養(yǎng)豐富,常作為草食家畜重要的高蛋白質(zhì)粗飼料,同時(shí)還因生物活性次級(jí)代謝產(chǎn)物含量高在諸多領(lǐng)域(醫(yī)學(xué)、美容、農(nóng)業(yè)等)備受青睞[1-2]。苜蓿中含有多種生物活性物質(zhì),其中黃酮是苜蓿主要的活性成分,黃酮在植物體內(nèi)以糖苷和苷元2種形式存在,其中黃酮糖苷占總黃酮含量的97%左右,黃酮糖苷作為一類大分子物質(zhì),不易滲入上皮細(xì)胞,難以被機(jī)體胃腸道直接吸收,其生物利用率相應(yīng)降低。通過(guò)一定技術(shù)手段將黃酮糖苷經(jīng)去糖基反應(yīng)轉(zhuǎn)化為功能活性更高且可被機(jī)體直接吸收的苷元形式從而提高其利用率。研究證明,黃酮苷元具有抗炎抗菌、抗氧化、抗腫瘤、調(diào)節(jié)脂肪代謝及雌激素樣等多種生理活性[3]。所以探索高黃酮提取率的苜蓿青貯技術(shù),為家畜飼養(yǎng)提供功能性苜蓿青貯飼料、對(duì)家畜養(yǎng)殖中減少藥物使用、為人類提供安全健康的畜產(chǎn)品具有重要意義。在苜蓿青貯中乳酸菌的添加導(dǎo)致多種活性物含量顯著上升,包括多種游離氨基酸和多元醇[4],乳酸菌發(fā)酵法可使黃酮類化合物結(jié)構(gòu)和組分發(fā)生改變,由糖苷轉(zhuǎn)變?yōu)檐赵问絒5]。多種動(dòng)物試驗(yàn)表明,黃酮苷元的吸收程度遠(yuǎn)高于糖苷形式,因此結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變能促進(jìn)其更好地發(fā)揮抗氧化和生物活性[6]。目前國(guó)內(nèi)在苜蓿黃酮糖苷脫糖基轉(zhuǎn)化成苷元方面的研究較少,主要集中于銀杏及大豆異黃酮生物轉(zhuǎn)化的研究。王洋等[7]報(bào)道,添加不同植物乳酸菌均能使苜蓿中黃酮提取率顯著提高,其中以植物乳酸桿菌的效果尤為明顯。黃酮生物轉(zhuǎn)化酶主要包括β-葡萄糖苷酶、β-半乳糖苷酶和α-半乳糖苷酶[8],目前研究最多的為β-葡萄糖苷酶,除優(yōu)越的生物轉(zhuǎn)化功能外,β-葡萄糖苷酶還是重要的增香酶,它能通過(guò)催化水解芳香基和烴基原子團(tuán)之間的糖苷鍵斷裂產(chǎn)生葡萄糖和對(duì)應(yīng)配基,從而釋放芳香因子,常應(yīng)用于食品工業(yè)果酒增香等[9]。因此,本試驗(yàn)擬通過(guò)分析苜蓿青貯過(guò)程中發(fā)酵品質(zhì)、總黃酮提取率、β-葡萄糖苷酶活性及主要黃酮苷元含量,研究添加乳酸菌對(duì)苜蓿青貯過(guò)程中總黃酮提取率的影響,分析苜蓿總黃酮提取率與發(fā)酵產(chǎn)物的關(guān)系,明確苜蓿青貯過(guò)程中總黃酮提取率的影響因素,探索減少苜蓿青貯中黃酮損失的青貯調(diào)制技術(shù)。
苜蓿于初花期刈割,顏色為綠色,莖葉分明,由黑龍江省蓬勃牧草有限公司提供,預(yù)干至含水量約50%并切碎至1~2 cm作為青貯原料,其常規(guī)化學(xué)成分見(jiàn)表1。試驗(yàn)選用的乳酸菌制劑為日本國(guó)立畜產(chǎn)研究所提供的植物乳桿菌Master-LP(Lactobacillusplantarum,日本雪印種苗株式會(huì)社生產(chǎn)),使用方法和劑量依據(jù)其包裝說(shuō)明書(shū),青貯原料中菌劑濃度為25 mg/kg,活菌數(shù)105CFU/g以上。
表1 青貯原料常規(guī)化學(xué)成分(干物質(zhì)基礎(chǔ))
采用雙因素(添加×?xí)r間)完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì),將苜蓿原料分別進(jìn)行乳酸菌添加及無(wú)添加處理(對(duì)照),添加乳酸菌是將菌粉與無(wú)菌水以1∶400比例混合制備成菌液,并以菌液形式按1∶100添加于青貯原料中,菌劑最終添加量為0.002 5%,活菌數(shù)為105CFU/mL。稱取200 g以上處理的樣品裝入聚乙烯袋(16 cm×25 cm),使用真空包裝機(jī)(AT-620;Jodpack Co.,Ltd.,北京)真空密封,每個(gè)處理50個(gè)重復(fù),置于避光處貯藏,貯藏溫度為(24±2) ℃,經(jīng)過(guò)0、1、3、5、7、15、22、39、46、53、60、67、74 d發(fā)酵后,各處理分別開(kāi)封3袋,進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定。
根據(jù)AOAC[10](1990)中的方法,通過(guò)電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(DGG-920B,上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)測(cè)定干物質(zhì)(DM)含量;茂福爐(SX2-4-10,天津中環(huán)實(shí)驗(yàn)電爐有限公司)測(cè)定有機(jī)物(OM)含量;利用凱氏定氮儀(K1100F,濟(jì)南海能儀器股份有限公司)測(cè)定粗蛋白質(zhì)(CP)、總氮含量;利用索氏提取器測(cè)定粗脂肪(EE)含量。中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)含量通過(guò)纖維分析儀(ANKOM A200i,美國(guó)安康)依據(jù)Van Soest等[11]的方法進(jìn)行分析。根據(jù)馮宗慈等[12]的分光光度計(jì)法,利用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(UV-6100A,上海元析儀器有限公司)測(cè)定氨態(tài)氮的含量。
取20 g苜蓿青貯樣品裝入聚乙烯袋中,并加180 mL滅菌蒸餾水,利用均質(zhì)器(BagMixer-400VW;Interscience,法國(guó))拍打90 s使袋中樣品充分混合制成青貯浸提液。采用便攜式pH計(jì)(FG-2;Mettler Toledo,上海)測(cè)定青貯浸提液pH。取袋中部分混合液用4層紗布過(guò)濾,所獲得濾液經(jīng)高速低溫離心機(jī)(6 500×g,4 ℃)離心5 min,再經(jīng)0.45 μm濾膜過(guò)濾,利用高效液相色譜儀(HPLC;JascoCorp,日本)分析測(cè)定乳酸、乙酸、丙酸及丁酸的含量。
參照劉香萍等[13]的方法,采用超聲波輔助法提取苜蓿青貯樣品所含黃酮類化合物。以縱坐標(biāo)為吸光度(A),橫坐標(biāo)為蘆丁質(zhì)量濃度(C,mg/g)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,本試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)曲線為Y=12.06X+0.011(R2=0.999 9)。取2 mL提取液測(cè)定510 nm處吸光度,按照標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算苜蓿總黃酮提取率:
總黃酮提取率(mg/g)=(C×N×V)/m。
式中:C為曲線質(zhì)量濃度(mg/mL);N為提取液稀釋倍數(shù);V為最初提取液定容體積(mL);m為樣品質(zhì)量(g)。
參考Funamoto等[14]和Kaewsuksaeng等[15]的方法制得酶粗提液,使用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)試劑盒(上海源葉生物科技有限公司)對(duì)酶粗提液進(jìn)行β-葡萄糖苷酶活性的測(cè)定。
根據(jù)黃寧[16]的方法分析槲皮素、山奈酚、異鼠李素的含量。本試驗(yàn)采用高效液相色譜儀對(duì)苜蓿青貯中3種黃酮苷元含量進(jìn)行定量分析。試驗(yàn)參照黨亞鋒等[17]方法,色譜條件:c18硅膠柱(4.6 mm×250 mm,5 μm);柱溫25 ℃;流動(dòng)相,乙腈:0.25%磷酸水溶液(50∶50);檢測(cè)波長(zhǎng)360 nm;進(jìn)樣量10 μL;單次分析時(shí)間10 min。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2010整理,根據(jù)雙因素完全隨機(jī)設(shè)計(jì)模型,使用SAS 9.0的GLM程序分析數(shù)據(jù):
Yijl=μ+αi+βj+(α×β)ij+eijl。
式中:Yijl代表青貯發(fā)酵品質(zhì);μ為總體平均值;αi為添加處理i(i=1,2)的效應(yīng);βj為發(fā)酵時(shí)間處理j(j=0,1,3,5,7,15,22,39,46,53,60,67,74)的效應(yīng);(α×β)ij為添加處理與發(fā)酵時(shí)間處理的互作效應(yīng);eijl為試驗(yàn)誤差。采用Tukey法鑒定比較均值差異顯著性(P<0.05)。
采用SPSS Statistics 21軟件對(duì)有機(jī)酸含量、總黃酮提取率進(jìn)行相關(guān)性分析,P<0.05為顯著水平,P<0.01為極顯著水平;采用中線性回歸分析程序逐步回歸分析,在P<0.05水平下,建立回歸方程。
由表2可知,隨著發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng),粗脂肪含量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì),干物質(zhì)、有機(jī)物、粗蛋白質(zhì)、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維含量均呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。添加乳酸菌組干物質(zhì)含量在發(fā)酵第0、1、3、15、22、39、60、74天顯著高于對(duì)照組(P<0.05),有機(jī)物含量在第3、5、39、46、74天顯著高于對(duì)照組(P<0.05),粗蛋白質(zhì)含量在第22、46、53、60、67、74天顯著高于對(duì)照組(P<0.05),粗脂肪含量在第1、3、5、7、15、22、46、53天顯著高于對(duì)照組(P<0.05),添加及時(shí)間處理在各指標(biāo)上均表現(xiàn)出顯著的交互作用(P<0.05)。
表2 添加乳酸菌對(duì)苜蓿青貯常規(guī)化學(xué)成分的影響(干物質(zhì)基礎(chǔ))
續(xù)表2項(xiàng)目 Items干物質(zhì)DM有機(jī)物OM粗蛋白質(zhì)CP粗脂肪EE酸性洗滌纖維ADF中性洗滌纖維NDF無(wú)添加(對(duì)照) No addition (Control)添加乳酸菌 Addition LAB第15天Day 1542.84±0.25b88.93±0.1625.94±0.066.43±0.00b27.13±0.7941.78±2.0445.23±0.28a89.29±0.1925.94±0.066.55±0.01a26.59±1.0140.89±1.34無(wú)添加(對(duì)照) No addition (Control)添加乳酸菌 Addition LAB第22天Day 2241.01±0.44b88.99±0.1426.20a±0.036.76±0.01b27.25±0.9744.19±0.53a45.73±0.32a89.29±0.1426.00b±0.386.91±0.10a26.66±1.4040.11±0.93b無(wú)添加(對(duì)照) No addition (Control)添加乳酸菌 Addition LAB第39天Day 3940.72±2.04b88.99±0.04b26.07±0.056.82±0.0326.99±1.5540.09±0.7645.21±0.90a89.30±0.09a26.45±0.087.19±0.0226.32±1.2740.25±1.52無(wú)添加(對(duì)照) No addition (Control)添加乳酸菌 Addition LAB第46天Day 4642.16±1.3388.87±0.04b25.37±0.06b6.79±0.01b26.45±0.6138.72±1.8043.98±0.5189.18±0.09a25.58±0.01a6.99±0.02a26.20±1.9638.78±1.15無(wú)添加(對(duì)照) No addition (Control)添加乳酸菌 Addition LAB第53天Day 5341.86±1.3188.82±0.2626.32±0.05b7.14±0.01b26.33±2.4040.07±1.6144.03±1.0489.17±0.3226.50±0.03a7.30±0.01a25.98±1.2539.84±0.83無(wú)添加(對(duì)照) No addition (Control)添加乳酸菌 Addition LAB第60天Day 6041.10±1.39b88.84±0.1125.85±0.06b7.10±0.3326.20±2.9739.30±3.9445.38±0.33a89.01±0.1026.03±0.05a7.17±0.1225.60±0.7339.19±2.63無(wú)添加(對(duì)照) No addition (Control)添加乳酸菌 Addition LAB第67天Day 6741.89±2.4588.82±0.2125.03±0.02a6.92±1.0826.07±3.0937.94±2.5744.85±0.3688.98±0.2924.83±0.08b7.13±0.2525.30±2.2537.14±1.47無(wú)添加(對(duì)照) No addition (Control)添加乳酸菌 Addition LAB第74天Day 7440.73±0.98b88.85±0.04b24.69±0.03b6.98±0.1325.70±2.4237.28±2.4844.89±0.38a88.90±0.05a24.85±0.03a7.30±0.1625.06±1.7437.12±2.14SEM0.778 0.3110.0910.1521.1351.361時(shí)間 Time<0.0050.0070.1060.0050.2170.267添加 Addition0.016 <0.005 <0.005 <0.005 0.001<0.005添加×?xí)r間 Addition×time<0.005<0.005<0.005<0.0050.002<0.005
由表3可知,苜蓿青貯pH隨著苜蓿青貯發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)顯著降低(P<0.05),乳酸、乙酸含量及氨態(tài)氮/總氮均顯著上升(P<0.05);添加乳酸菌組pH在第15、39、60、74天顯著低于對(duì)照組(P<0.05),除第0、3、5天外,其他發(fā)酵天數(shù)乳酸含量顯著高于對(duì)照組(P<0.05);除第0、3、74天外,其他發(fā)酵天數(shù)乙酸含量顯著高于對(duì)照組(P<0.05);第3、5、7、15、22、39、53天丙酸含量顯著高于對(duì)照組(P<0.05),第3、7、15、46、53、60天氨態(tài)氮/總氮顯著低于對(duì)照組(P<0.05);所有樣品中均未檢出丙酸和丁酸。添加及時(shí)間處理在各指標(biāo)上均表現(xiàn)出顯著交互作用(P<0.05)。
由表4可知,隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),總黃酮提取率、β-葡萄糖苷酶活性呈先升高后降低的趨勢(shì),槲皮素、山奈酚、異鼠李素含量均顯著上升(P<0.05);在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中,添加乳酸菌組的總黃酮提取率顯著高于對(duì)照組(P<0.05),β-葡萄糖苷酶活性在第3、5、53天顯著高于對(duì)照組(P<0.05),槲皮素含量在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程均顯著高于對(duì)照組(P<0.05),山奈酚含量除第1、15、22、46、67天外,其他天數(shù)均顯著高于對(duì)照組(P<0.05),異鼠李素含量除第0、1、5、15天外,其他天數(shù)均顯著高于對(duì)照組(P<0.05);添加及時(shí)間處理在各指標(biāo)上均表現(xiàn)出顯著交互作用(P<0.05)。
表3 添加乳酸菌對(duì)苜蓿青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響
由表5可知,總黃酮提取率與pH存在極顯著負(fù)相關(guān)性(P<0.01),與乳酸含量存在極顯著正相關(guān)性(P<0.01),與乙酸含量存在顯著正相關(guān)性(P<0.05)。
選用處理(X1,對(duì)照組=0,LAB組=1)和天數(shù)(X2)為自變量,以總黃酮提取率(mg/g)為因變量(Y),建立回歸方程:Y=4.958+0.692X1+0.022X2,其中,樣本量n=3,相關(guān)系數(shù)R=0.733,添加和時(shí)間處理均對(duì)總黃酮提取率有極顯著影響(P<0.01)。
選用處理(X1,對(duì)照組=0,LAB組=1)和天數(shù)(X2)為自變量,以槲皮素含量(μg/mL)為因變量(Y),建立回歸方程為:Y=15.925X1+0.244X2-7.365,其中,樣本量n=3,相關(guān)系數(shù)R=0.840,添加和時(shí)間處理均對(duì)槲皮素含量有極顯著影響(P<0.01)。
選用處理(X1,對(duì)照組=0,LAB組=1)和天數(shù)(X2)為自變量,以異鼠李素含量(μg/mL)為因變量(Y),建立回歸方程為:Y=1.669X1+0.174X2+1.564,其中,樣本量n=3,相關(guān)系數(shù)R=0.982,添加和時(shí)間處理均對(duì)異鼠李素含量有極顯著影響(P<0.01)。
選用處理(X1,對(duì)照組=0,LAB處理組=1),天數(shù)(X2)為自變量,以山奈酚含量(μg/mL)為因變量(Y),建立回歸方程為:Y=55.338X1+3.489X2+157.752,其中,樣本量n=3,相關(guān)系數(shù)R=0.842,添加和時(shí)間處理均對(duì)異鼠李素含量有極顯著影響(P<0.01)。
表4 添加乳酸菌對(duì)苜蓿青貯總黃酮提取率、β-葡萄糖苷酶活性、主要苷元含量的影響
表5 總黃酮提取率與pH及有機(jī)酸含量的相關(guān)性分析
氨態(tài)氮含量反映了青貯飼料蛋白質(zhì)降解程度,被廣泛應(yīng)用于衡量青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)的好壞,其比值越大,說(shuō)明被分解的氨基酸和蛋白質(zhì)越多,青貯效果越差[18]。本研究中,添加乳酸菌組青貯的pH、氨態(tài)氮/總氮顯著降低,乳酸、乙酸、丙酸含量顯著增加;隨著發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng),pH逐漸顯著降低,氨態(tài)氮/總氮及乳酸、乙酸、丙酸含量均逐漸顯著增加。王木川等[19]通過(guò)比較多種添加劑對(duì)苜蓿青貯品質(zhì),發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌添加降低了苜蓿青貯的pH、氨態(tài)氮/總氮,提高了乳酸、乙酸含量,同時(shí)添加乳酸菌組未檢出丁酸。王麗學(xué)等[20]比較植物乳桿菌、片球菌和芽孢桿菌對(duì)苜蓿青貯發(fā)酵品質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)成分的影響,發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌能顯著降低pH,顯著提高乳酸含量。
類黃酮是苜蓿含有的主要活性生物成分之一,其含量受光照、溫度、土壤及空氣條件、生物因素的影響,苜蓿青貯中黃酮含量受發(fā)酵過(guò)程及添加劑的影響[21]。本研究中,乳酸菌的添加顯著提高了苜蓿青貯總黃酮提取率,隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)總黃酮提取率呈先升高后降低的趨勢(shì)。pH與總黃酮提取率存在極顯著負(fù)相關(guān)性,隨著乳酸菌的添加和發(fā)酵天數(shù)的延長(zhǎng)pH下降,總黃酮提取率也逐漸上升;乳酸、乙酸的逐漸產(chǎn)生也會(huì)造成pH的下降,所以乳酸、乙酸含量對(duì)總黃酮提取率存在顯著正相關(guān)性。王洋等[7]分別以植物乳桿菌、干酪乳桿菌及戊糖片球菌為添加劑制作苜蓿青貯,分別在30、60 d測(cè)定總黃酮提取率,結(jié)果表明3種乳酸菌的添加均能顯著提高苜蓿總黃酮提取率,其中植物乳桿菌添加效果最明顯,同時(shí)各添加組60 d黃酮提取率均高于或等于30 d。姜義寶等[22]在苜蓿青貯中添加植物乳桿菌,分別在3、5、7、15、30、60 d測(cè)定總黃酮提取率,研究發(fā)現(xiàn)隨著苜蓿青貯發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)總黃酮提取率逐漸增加,除3 d外其余發(fā)酵天數(shù)植物乳桿菌添加組黃酮提取率均高于對(duì)照組。
β-葡萄糖苷酶是重要的纖維素水解酶,能水解類黃酮糖苷鍵將化合態(tài)黃酮糖苷轉(zhuǎn)化為可被動(dòng)物吸收利用的游離態(tài)黃酮苷元,常應(yīng)用于類黃酮的生物轉(zhuǎn)化。本研究中,乳酸菌的添加能顯著提高β-葡萄糖苷酶活性,同時(shí)隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),β-葡萄糖苷酶活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。曾子毅等[23]研究發(fā)現(xiàn),5株植物乳桿菌均具有產(chǎn)β-葡萄糖苷酶特性,其酶活性為4.630~14.168 U/g。Donkor等[24]研究發(fā)現(xiàn),嗜酸乳桿菌、乳酸雙歧桿菌及干酪乳桿菌發(fā)酵大豆均能產(chǎn)生β-葡萄糖苷酶。因此,β-葡萄糖苷酶的活性在一定程度上與乳桿菌數(shù)量成正比,這與本試驗(yàn)結(jié)果一致。
黃酮類化合物的主要活性形式苷元僅占總黃酮含量的3%左右,因此將黃酮由結(jié)合態(tài)糖苷轉(zhuǎn)化為游離態(tài)苷元的技術(shù)手段尤為重要[25]。本研究中,添加乳酸菌顯著提高了槲皮素、山奈酚、異鼠李素3種黃酮苷元含量。隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),槲皮素、山奈酚、異鼠李素含量呈逐漸上升趨勢(shì)。賴婷等[26]分別以7種不同乳酸菌為添加劑對(duì)桂圓肉進(jìn)行發(fā)酵,并檢測(cè)發(fā)酵前后結(jié)合態(tài)與游離態(tài)黃酮含量比值,發(fā)現(xiàn)7種乳酸菌均能不同程度增加結(jié)合態(tài)與游離態(tài)黃酮含量比值,其中植物乳桿菌轉(zhuǎn)換能力最強(qiáng)。Wei等[27]采用5株不同乳酸菌對(duì)豆乳進(jìn)行發(fā)酵并檢測(cè)發(fā)酵前后游離態(tài)黃酮苷元含量,發(fā)現(xiàn)結(jié)合態(tài)至游離態(tài)轉(zhuǎn)化率高達(dá)62%~96%。李俶等[28]利用嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌對(duì)南酸棗進(jìn)行發(fā)酵,發(fā)現(xiàn)發(fā)酵后南酸棗中游離黃酮含量提高1.1倍。
綜上所述,添加乳酸菌可以顯著提高苜蓿青貯的發(fā)酵品質(zhì),發(fā)酵品質(zhì)良好的苜蓿青貯可以提高總黃酮提取率、β-葡萄糖苷酶活性以及槲皮素、山奈酚和異鼠李素含量。
動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào)2021年3期