郭凱軍 尚松林 李佳駿 竇金煥

(北京農(nóng)學(xué)院動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 102206)

玉米(ZeamaysL.)是我國(guó)主要的谷物之一，是重要的飼料作物，也是食品、化工、醫(yī)藥行業(yè)加工產(chǎn)品的來(lái)源。2020年，我國(guó)玉米產(chǎn)量為2.65億t，進(jìn)口玉米1 130萬(wàn)t，同比增長(zhǎng)135.7%；2021年，我國(guó)玉米進(jìn)口量增加到2 835萬(wàn)t[1]。隨著我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)玉米用量需求缺口還將不斷擴(kuò)大。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部《關(guān)于促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品加工環(huán)節(jié)減損增效的指導(dǎo)意見》(農(nóng)產(chǎn)發(fā)[2020]9號(hào))的指導(dǎo)思想是實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品減損增供、減損增收，為鄉(xiāng)村全面振興和農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化提供有力支撐。

高濕玉米又稱高水分玉米、玉米濕貯，是指把籽實(shí)水分含量在28%～33%的玉米經(jīng)過(guò)粉碎加工、壓窖或裹包后，在厭氧環(huán)境下發(fā)酵45 d以上而制成的高淀粉飼料原料[2]，包含純籽實(shí)高濕玉米、含軸高濕玉米、含軸帶苞葉高濕玉米3種類型。對(duì)比傳統(tǒng)干貯玉米和壓片玉米，高濕玉米具有節(jié)省烘干和蒸汽壓片費(fèi)用、保存時(shí)間長(zhǎng)、飼料利用率高、成本低、操作方便等特點(diǎn)，含軸高濕玉米和含軸帶苞葉高濕玉米可增加干物質(zhì)產(chǎn)量15%以上，高濕玉米青貯被認(rèn)為是保存飼料防止霉變、營(yíng)養(yǎng)流失的最優(yōu)方法之一。

高濕玉米在北美及歐洲的應(yīng)用已超過(guò)70年，覆蓋80%的規(guī)模牧場(chǎng)[3]。2018年，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)高濕玉米加工總量?jī)H為8萬(wàn)t。有數(shù)據(jù)顯示2020中國(guó)排名前30的奶牛牧業(yè)集團(tuán)對(duì)高濕玉米的需求量超過(guò)300多萬(wàn)t[4]，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于市場(chǎng)供給量。本文從高濕玉米制作工藝的要點(diǎn)和不同來(lái)源的高濕玉米飼喂動(dòng)物應(yīng)用效果2個(gè)方面著手，綜合分析高濕玉米生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用前景，為高濕玉米的廣泛推廣提供理論基礎(chǔ)。

1 高濕玉米制作工藝的要點(diǎn)

1.1 玉米的含水量

收獲時(shí)玉米籽粒的含水量影響高濕玉米的發(fā)酵品質(zhì)。若收獲太早，籽粒含水量過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致玉米成熟度不好，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量降低；若收獲過(guò)晚，玉米含水量過(guò)低，則玉米不易壓實(shí)，會(huì)導(dǎo)致霉菌的生長(zhǎng)，同時(shí)降低飼料消化率，蛋白質(zhì)、維生素A和維生素E的含量以及有氧穩(wěn)定性[5]。王興亞等[6]報(bào)道，籽粒型HMC發(fā)酵90 d后，低水分組(20%～30%)的pH為4.71，顯著高于高水分組(30%～40%)的4.18，其乳酸和氨態(tài)氮含量顯著低于高水分組，低水分組的霉菌數(shù)量與嘔吐毒素含量也顯著高于高水分組。在發(fā)酵過(guò)程中乳酸菌通過(guò)產(chǎn)生乳酸使玉米籽粒變?yōu)樗嵝?，逐漸形成不利于腐敗菌生長(zhǎng)的條件[7]。適宜的水分含量是乳酸菌生長(zhǎng)的必要條件，較高水分含量物料乳酸菌比較活躍，而低水分含量物料難以壓實(shí)，乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)酸較少，pH降低相對(duì)緩慢[8]。當(dāng)籽粒含水量小于30%時(shí)，乳酸菌生長(zhǎng)將會(huì)受到抑制，此時(shí)酵母菌將會(huì)與乳酸菌爭(zhēng)奪糖分快速繁殖，從而使發(fā)酵飼料的有氧穩(wěn)定性以及發(fā)酵品質(zhì)降低[7]。梁怡[9]將含水量分別為32.5%、37.5%、42.5%、47.5%的粉碎的帶軸玉米棒發(fā)酵60 d后，對(duì)其進(jìn)行外觀氣味評(píng)分以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，含水量為47.5%時(shí)帶軸高濕玉米的質(zhì)量評(píng)分最高并且最穩(wěn)定、重量損失比例最低，乳酸/乙酸值最高；然而，6個(gè)月后，含水量為37.5%時(shí)的帶軸高濕玉米逐漸顯示出優(yōu)勢(shì)。一般而言，當(dāng)玉米籽粒含水量在28%～33%時(shí)，加上玉米軸，含水量會(huì)根據(jù)玉米品種、天氣、玉米軸的顏色而增加5%～15%。具體的適宜含水量還要根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況以及高濕玉米類型進(jìn)行對(duì)比研究。

1.2 籽粒破碎程度

高濕玉米青貯作為一種儲(chǔ)存飼料的方法，在壓窖或裹包密封前，要進(jìn)行籽粒破碎，而籽粒破碎程度影響玉米的淀粉消化率。若玉米粉碎恰當(dāng)，淀粉消化率可達(dá) 90%～95%；若粉碎不當(dāng)，淀粉消化率不足70%[10]。研究發(fā)現(xiàn)，整粒飼喂高濕玉米時(shí)，奶牛糞便中殘留的高濕玉米占糞便干物質(zhì)的15%～30%[10]。高濕玉米含有較高濃度的可溶性粗蛋白質(zhì)，細(xì)磨的高濕玉米其淀粉-蛋白質(zhì)基質(zhì)降解更加充分[11]，由于蛋白質(zhì)基質(zhì)是疏水性的，其和淀粉結(jié)合形成了瘤胃微生物分解淀粉的物理化學(xué)屏障，因此基質(zhì)的降解可以提高瘤胃淀粉的消化率。Ferraretto等[12]報(bào)道，高濕玉米中可溶性粗蛋白質(zhì)濃度與7 h體外淀粉消化率之間呈正相關(guān)關(guān)系。Saylor等[13]將收獲的高水分玉米籽粒進(jìn)行粗磨[平均粒度(3 798±40) μm]與精磨[平均粒度(984±42) μm]處理，發(fā)酵28 d后發(fā)現(xiàn)，精磨可強(qiáng)化發(fā)酵并改善瘤胃淀粉降解?？讘c斌等[10]的研究也顯示，當(dāng)玉米籽粒的破碎度為1～4 mm時(shí)，奶牛對(duì)玉米籽粒的淀粉消化率最高。然而，制作高濕玉米的玉米籽粒也不宜過(guò)細(xì)，籽粒越細(xì)，淀粉消化率越高，瘤胃酸中毒的風(fēng)險(xiǎn)也就越大[14]。因此，建議將制作高濕玉米的籽粒粉碎粒度控制在4 mm左右，不但可提高發(fā)酵質(zhì)量，還能改善瘤胃淀粉降解。

1.3 青貯添加劑

選擇正確的青貯添加劑可以促進(jìn)乳酸菌的發(fā)酵，抑制腐敗菌的增殖，增加青貯飼料的有氧穩(wěn)定性，并能提高青貯飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[15]。苯甲酸、山梨酸及其鹽類可抑制青貯過(guò)程中梭菌和酵母菌的生長(zhǎng)，降低pH及氨態(tài)氮和丁酸濃度，提升青貯發(fā)酵品質(zhì)，提高高濕玉米的有氧穩(wěn)定性[16]。Agma等[17]用1%的蘋果酸與0.5%的雙乙酸納處理的高濕玉米，在青貯120 d后，干物質(zhì)含量、氨態(tài)氮濃度、乳酸產(chǎn)量、乳酸菌數(shù)量均顯著高于未處理的對(duì)照組。

按照代謝己糖產(chǎn)物的不同，乳酸菌被劃分為2種發(fā)酵類型，其中代謝只產(chǎn)生乳酸的菌株為同型發(fā)酵乳酸菌(homofermentative LAB)，而產(chǎn)生多種產(chǎn)物的菌株為異型發(fā)酵乳酸菌(heterofermentative LAB)。同型乳酸菌的主要作用是促進(jìn)青貯的早期發(fā)酵，提高發(fā)酵效率，快速降低青貯的pH，抑制霉菌等有害微生物的活動(dòng)，利于青貯發(fā)酵的快速啟動(dòng)[18]；而異型發(fā)酵乳酸菌可以產(chǎn)生乳酸和揮發(fā)性脂肪酸，且能夠抑制好氧菌的生長(zhǎng)，提高青貯的有氧穩(wěn)定性[19]?，F(xiàn)在市面上大多是同型和異型發(fā)酵乳酸菌混合使用。復(fù)合使用的異型發(fā)酵乳酸菌一般為布氏乳桿菌，在植物乳桿菌的同型發(fā)酵之后，布氏桿菌會(huì)緩慢地將同型發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸轉(zhuǎn)化為乙酸和1,2-丙二醇[20]，改善青貯飼料的有氧穩(wěn)定性，防止二次發(fā)酵[21]。1,2-丙二醇還可以被附著的雙歧乳桿菌轉(zhuǎn)化為丙酸[22]。乙酸和丙酸都可以抑制引發(fā)需氧變質(zhì)的酵母菌的生長(zhǎng)，從而提高青貯飼料的有氧穩(wěn)定性。Saylor等[13]的研究結(jié)果顯示，復(fù)合使用布氏桿菌和乳酸乳球菌的制備的高濕玉米比未處理的對(duì)照組瘤胃淀粉消化率更高，有氧穩(wěn)定性提升5倍。

1.4 植物提取物

部分植物提取物含有豐富的活性成分并具有廣譜抗菌活性，如肉桂醛、檸檬醛和丁香酚，還能對(duì)黃曲霉等霉菌毒素的生長(zhǎng)起到抑制作用；紫荊花提取物可以抑制芽孢桿菌和大腸桿菌的生長(zhǎng)。梁丹丹等[23]研究發(fā)現(xiàn)，在玉米籽粒中添加肉桂醛時(shí)，對(duì)黃曲霉毒素B1的抑制率為97.98%。此外，植物提取物中蛋白質(zhì)含量豐富，會(huì)提高青貯飼料的蛋白質(zhì)含量[24]。

良好的發(fā)酵質(zhì)量總是伴隨著青貯飼料中大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的保存。富含單寧的植物提取物可減緩瘤胃或青貯飼料中的蛋白質(zhì)水解[25]，降低丁酸、氨態(tài)氮和游離氨基酸濃度[26]，降低腸桿菌或梭菌等不良細(xì)菌的相對(duì)豐度，增加乳酸菌、魏氏菌或腸球菌等產(chǎn)酸細(xì)菌的相對(duì)豐度。藥用植物可以優(yōu)化高水分青貯飼料的細(xì)菌群落和發(fā)酵質(zhì)量，這可能得益于其豐富的活性成分(如揮發(fā)性酸、多酚)和多種生物活性，如抗菌和抗真菌活性[26]。

1.5 青貯時(shí)間的長(zhǎng)短

選擇適當(dāng)?shù)那噘A時(shí)間可改善高濕玉米的發(fā)酵質(zhì)量。Silva等[27]發(fā)現(xiàn)，隨著青貯時(shí)間從21 d延長(zhǎng)至90 d，高濕玉米的pH和乙醇含量降低，這極大地改善了高濕玉米的發(fā)酵質(zhì)量。青貯時(shí)間的延長(zhǎng)還會(huì)增加淀粉的消化率。Simpson[28]發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)時(shí)間青貯(>120 d)有助于淀粉顆粒周圍的蛋白質(zhì)基質(zhì)分解，使淀粉在瘤胃中更容易吸收。同時(shí)，隨著青貯時(shí)間的延長(zhǎng)，微生物群落也會(huì)發(fā)生改變。在青貯32、60和90 d后，青貯飼料中的細(xì)菌群落以乳酸桿菌為主，不動(dòng)桿菌是一個(gè)次要分類群[29-30]；但青貯350 d后，不動(dòng)桿菌成為主要的細(xì)菌群，乳酸桿菌成為次要分類群[30]。這可能與由于乳酸菌在低pH下受到的影響大于不動(dòng)桿菌。不動(dòng)桿菌是一組革蘭氏陰性、嚴(yán)格需氧、非發(fā)酵生物體，對(duì)動(dòng)物和人類具有致病性。因此，在長(zhǎng)時(shí)間青貯制備高濕玉米時(shí)，有必要使用產(chǎn)酸能力和抗性更強(qiáng)的接種劑，尤其是抑制有害微生物的乳酸桿菌。綜合上述研究結(jié)果，建議制備高濕玉米時(shí)青貯時(shí)間在60 d以上，但不要超過(guò)1年。

2 高濕玉米在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用效果

2.1 高濕玉米能夠提高奶牛生產(chǎn)性能和免疫性能、降低飼養(yǎng)成本

飼喂高濕玉米對(duì)奶牛生產(chǎn)性能有積極的作用，能夠提高奶牛的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率、產(chǎn)奶量和飼料轉(zhuǎn)化率。由于青貯期間高濕玉米淀粉顆粒周圍疏水性淀粉-蛋白質(zhì)基質(zhì)的分解，反芻動(dòng)物可對(duì)淀粉進(jìn)行更多的微生物發(fā)酵和酶消化[31]。高濕玉米的淀粉消化率在瘤胃、小腸和全腸道中均高于干玉米和蒸汽壓片玉米，與蒸汽壓片玉米相比，帶軸高濕玉米可提高中性洗滌纖維(NDF)、粗蛋白質(zhì)、淀粉和游離葡萄糖的消化率，增加微生物蛋白產(chǎn)量和氨態(tài)氮的利用效率[32]，為奶牛提供更多的能量，從而提高生產(chǎn)性能。Eun等[33]研究發(fā)現(xiàn)，在基于苜蓿干草的飼糧中添加帶軸高濕玉米能顯著提高奶牛的飼料轉(zhuǎn)化效率，與添加蒸汽壓片玉米相比，在優(yōu)質(zhì)苜蓿干草飼糧中添加帶軸高濕玉米可使奶牛的產(chǎn)奶量提高0.8 kg/d。Wilkerson等[34]研究發(fā)現(xiàn)，含有籽粒高濕玉米的飼糧的泌乳凈能比含干貯玉米的飼糧高(1.78 Mcal/kg DM vs. 1.64 Mcal/kg DM)，對(duì)應(yīng)的奶牛產(chǎn)奶量提高2 kg/d。Rojas-Garduno等[35]研究發(fā)現(xiàn)，高濕玉米不僅可以顯著提高奶牛的產(chǎn)奶量，還可提高牛奶中長(zhǎng)鏈單不飽和脂肪酸的濃度，特別是增加牛奶中C18∶1的濃度，同時(shí)降低牛奶中C12∶0、C14∶0和C16∶0的濃度。C12∶0、C14∶0和C16∶0會(huì)增加低密度脂蛋白膽固醇的含量，因此奶牛飼糧中添加高濕玉米會(huì)間接地降低人類患冠心病的風(fēng)險(xiǎn)[36]。

飼喂高濕玉米對(duì)奶牛的免疫能力有明顯的改善作用。Albornoz等[37]研究發(fā)現(xiàn)，在新產(chǎn)牛上飼喂含高濕玉米的飼糧時(shí)，低淀粉(22%)的高濕玉米能夠降低新產(chǎn)牛早期炎癥；與低淀粉的干磨玉米組相比，高淀粉(28%)或低淀粉的高濕玉米組新產(chǎn)牛血漿中觸珠蛋白、脂多糖結(jié)合蛋白(LBP)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)的濃度更低；同時(shí)，高淀粉的高濕玉米組的觸珠蛋白、LBP濃度較低淀粉的高濕玉米組高。

飼喂高濕玉米能顯著降低成本。韓吉雨等[2]研究發(fā)現(xiàn)，用2.6 kg高濕玉米等干物質(zhì)替代原配方中2 kg壓片玉米飼喂奶牛，在不影響生產(chǎn)性能的情況下，降低試驗(yàn)牛群奶成本0.12元/kg，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)本增效的目標(biāo)。焦蓓蕾等[38]指出，高濕玉米不存在烘干晾曬成本，沒有玉米穗丟在田間，收獲時(shí)畝產(chǎn)量極大增加，故高濕玉米的成本比普通玉米粉及壓片玉米低。

2.2 高濕玉米能夠提高肉牛生產(chǎn)性能、改善肌內(nèi)脂肪組成

高濕玉米可提升肉牛的日增重、采食量、消化率等性能，減少飼喂成本。Stacia等[39]研究發(fā)現(xiàn)，飼喂高濕玉米的肉牛日增重/采食量(G/F)顯著高于飼喂干貯玉米的肉牛。Stock等[40]分別用破碎籽粒高濕玉米、整粒高濕玉米、干碾壓玉米飼喂12月齡閹牛，發(fā)現(xiàn)破碎籽粒高濕玉米組閹牛的日增重和G/F均優(yōu)于其他2組。Gorocica-Buenfil等[41]用破碎籽粒高濕玉米飼喂肉牛，比干貯磨碎玉米相比，維持凈能(NEm)提高6%，淀粉全消化道消化率提高近10%。周玉森[42]研究發(fā)現(xiàn)，雖然飼喂全果穗高濕玉米對(duì)直線育肥牛的生長(zhǎng)增肥無(wú)任何影響，但能顯著降低成本，提高育肥牛的經(jīng)濟(jì)效益。由此看出，不同組分的高濕玉米飼喂肉牛的效果并一致，在使用高濕玉米時(shí)，需要進(jìn)行更精準(zhǔn)的營(yíng)養(yǎng)測(cè)定和更科學(xué)的飼料配比[43]。

飼喂高濕玉米對(duì)肉牛肌內(nèi)脂肪酸組成有改善效果。Silva等[44]發(fā)現(xiàn)，飼喂高濕玉米會(huì)提高Nellore閹牛背最長(zhǎng)肌中多不飽和脂肪酸(PUFA)和共軛亞油酸(CLA)的含量。除此之外，飼喂高濕玉米還能改善養(yǎng)殖場(chǎng)的氣味。Archibeque等[45]報(bào)道，由于飼喂高濕玉米，育肥牛糞便中用于微生物發(fā)酵的淀粉較少，對(duì)減少糞便中惡臭味化合物的合成有積極作用。

2.3 高濕玉米能夠提高羊?qū)I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化率

2.4 高濕玉米能夠調(diào)節(jié)仔豬腸道微生物菌群、增加豬肉脂肪酸沉積

高濕玉米經(jīng)過(guò)發(fā)酵儲(chǔ)存不僅能夠減少烘干成本，還能為畜禽提供有益的益生菌，調(diào)節(jié)腸道菌群，特別是乳酸菌及其代謝產(chǎn)物，能夠降低胃腸道pH，有效抑制有害菌如沙門氏菌和大腸桿菌的生長(zhǎng)，從而改善畜禽健康狀態(tài)，促進(jìn)生長(zhǎng)[49]。Wang等[50]發(fā)現(xiàn)，飼喂益生菌發(fā)酵的高濕玉米能夠調(diào)節(jié)斷奶仔豬的腸道微生物菌群，正常飼料組和益生菌發(fā)酵組斷奶仔豬糞便中大腸菌群數(shù)量均顯著低于嗜酸乳桿菌發(fā)酵組，且益生菌發(fā)酵組斷奶仔豬糞便中大腸菌群數(shù)量最低；試驗(yàn)后3周，益生菌發(fā)酵組斷奶仔豬的平均日增重最高，顯著高于嗜酸乳桿菌發(fā)酵組。

高濕玉米中的亞油酸會(huì)使豬背膘中脂肪酸的沉積增加。研究表明，在豬的飼糧中添加55%的高濕玉米可顯著提高背膘中脂肪酸的沉積[51]。

2.5 高濕玉米能夠改善雞肉顏色、影響火雞胃腸道糖苷酶活性

飼喂高濕玉米對(duì)蛋雞的產(chǎn)蛋量、產(chǎn)蛋率等效果不明顯，但是會(huì)顯著提高蛋雞的肉色、采食量等。Kunishige等[52]研究發(fā)現(xiàn)，與飼喂含48%干貯玉米的飼糧相比，飼喂含55.7%帶軸高濕玉米或48.5%籽粒高濕玉米的飼糧對(duì)蛋雞的產(chǎn)蛋量、產(chǎn)蛋率、蛋重和飼料利用率等生產(chǎn)性能沒有顯著影響；但是，飼喂帶軸高濕玉米和籽粒高濕玉米的蛋雞的采食量顯著高于正常組蛋雞，肌肉亮度值和黃度值也顯著高于正常組蛋雞。

飼喂高濕玉米顯著影響火雞腸道糖苷酶活性。Konieczka等[53]發(fā)現(xiàn)，1日齡火雞飼糧中添加有機(jī)酸保存的高濕玉米(150 g/kg)，與干玉米粒相比，前者對(duì)其胴體特征沒有不利影響，但顯著增加了血紅蛋白濃度，顯著提高了盲腸α-半乳糖苷酶的活性，降低了α-阿拉伯呋喃糖苷酶的活性；對(duì)于8日齡肉雞，當(dāng)飼糧中添加200或300 g/kg高濕玉米時(shí)，肉雞回腸中的乳酸濃度顯著下降[54]。

3 小結(jié)與展望

制作高濕玉米的原料類型、含水量、破碎粒度以及青貯添加劑、青貯時(shí)間因素等都會(huì)影響高濕玉米的發(fā)酵品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，除了要求破碎粒度在4 mm左右，青貯添加劑推薦同型和異型發(fā)酵乳酸菌結(jié)合使用外，高濕玉米制作時(shí)還需要因地制宜的確定最佳生產(chǎn)條件。高濕玉米對(duì)奶牛、肉牛、豬、雞等畜禽都表現(xiàn)出提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率和生產(chǎn)性能、降低成本的優(yōu)勢(shì)，特別是對(duì)牛奶、牛肉、豬肉的脂肪酸組成有明顯的改善作用，能夠?yàn)槿祟惙婪缎难芗膊∑鸬椒e極的作用。然而高濕玉米由于制作原料不同而具有不同的特性，在使用時(shí)需要嚴(yán)格區(qū)分，同時(shí)由于水分含量較高，不適合使用粉料的養(yǎng)殖場(chǎng)使用。將來(lái)仍需要擴(kuò)大在反芻動(dòng)物上的應(yīng)用研究和推廣使用，特別是帶軸高濕玉米和全果穗高濕玉米的制作和使用，將大幅度提高玉米生物質(zhì)的產(chǎn)量和利用效率、