王霄霄，任海偉，，南亭植，王 昱，范文廣，張丙云

(1.蘭州理工大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅蘭州 730050；2.蘭州理工大學(xué)西部能源與環(huán)境研究中心，甘肅蘭州 730050；3.甘肅省生物質(zhì)能與太陽能互補(bǔ)供能系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州 730050)

甜高粱是目前世界上公認(rèn)的最具有開發(fā)利用價值的新型能源之一[1]，中國為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，在2017 年甜高粱全國種植面積就已達(dá)約522.9 萬公頃。因其季節(jié)性收獲的特點(diǎn)，加之農(nóng)耕條件以及習(xí)慣等原因，秸稈通常無法及時采收，導(dǎo)致水分和糖分大量流失[2]，干黃的秸稈已經(jīng)高度纖維化和木質(zhì)化，需要通過適宜的貯存方式提高秸稈的可降解性。Andrea Monti 等[3]將甜高粱秸稈渣接種常用的牧草保存用乳酸菌，將其作為沼氣發(fā)酵罐的原料，研究表明發(fā)酵品質(zhì)得到明顯改善；Garrett 等[4]將甜高粱秸稈青貯制成飼料，并用于飼喂肉牛，結(jié)果表明，飼喂青貯飼料的肉牛瘤胃消化率優(yōu)于飼喂谷物的肉牛。傳統(tǒng)青貯使用的秸稈必須保證含水率在50 %～70 %[5-6]。對干黃秸稈而言，其營養(yǎng)成分含量低，且秸稈莖葉上天然附著的乳酸菌數(shù)量較低，不適宜直接進(jìn)行青貯[7]。作為釀酒行業(yè)副產(chǎn)物的酒糟，其水分含量高、酸度大、蛋白質(zhì)含量高，若不及時處理就會腐敗變質(zhì)[8]。混合青貯，一般是選取一種水分含量較大的原料和另一種水分含量較小原料進(jìn)行混合，且兩種原料之間的成分、微生物多樣性可以進(jìn)行互補(bǔ)，達(dá)到延長貯存時間的目的。國外學(xué)者已廣泛開展酒糟與大麥秸稈、象草等其他農(nóng)副產(chǎn)品進(jìn)行混合青貯的研究[9-13]，國內(nèi)研究起步相對較晚，但也有一些文獻(xiàn)報道：青稞酒糟與西藏地區(qū)青稞秸稈和高羊茅混合青貯[14]；青稞酒糟與紫花苜蓿和多年生黑麥草混合青貯[15]等。本研究以甜高粱秸稈與廢棄鮮酒糟為混合青貯原料，從感官評價、營養(yǎng)組分、纖維組分以及發(fā)酵品質(zhì)對整個貯存過程進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)食鮮酒糟與高粱秸稈在混合貯存過程中一系列指標(biāo)的測定，確定最佳的混貯比例，以期實(shí)現(xiàn)延長其混合固態(tài)發(fā)酵時間并提高發(fā)酵產(chǎn)物營養(yǎng)品質(zhì)的目的。

1 材料與方法

1.1 材料

甜高粱秸稈（Sorghum straw）取自甘肅省白銀市，收集時間2016 年10 月，收集時含水量5.25 %，屬于干黃狀態(tài)，粉碎至0.5～1 cm 備用；白酒糟（Distillers grains）為蒸餾酒之后的丟糟，取自甘肅金徽酒股份有限公司，白酒糟含水量60.34 %。各青貯材料的化學(xué)成分表見表1。

表1 甜高粱秸稈和酒糟原料成分表

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將甜高粱秸稈和酒糟按照不同質(zhì)量比混合成青貯飼料（表2），將其裝入發(fā)酵罐中密封后放置在室溫環(huán)境下進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵。每個處理組進(jìn)行3 個平行試驗(yàn)。分別于40 d、80 d、120 d和160 d時取出樣品，從感官質(zhì)量、營養(yǎng)組分、木質(zhì)纖維組分、發(fā)酵特性等方面對發(fā)酵品質(zhì)進(jìn)行評定，確定甜高粱秸稈與酒糟混合固態(tài)發(fā)酵的最適宜比例。

表2 混合固態(tài)發(fā)酵試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.2 分析測定方法

1.2.2.1 分析方法

干物質(zhì)（DM）測定采用105 ℃烘干法，可溶性碳水化合物（WSC）測定采用蒽酮-硫酸比色法。淀粉（DF）測定采用酸水解法。總氮（TN）測定采用凱氏定氮法，粗蛋白（CP）=TN*6.25。NDF、ADF和ADL 測定采用阿爾法F6800 型全自動纖維分析儀測定，纖維素（CL）和半纖維素（HC）由公式計(jì)算得出，二者之和為總纖維素（HoC），pH 值用Sen Tix 41pH 計(jì)測定。氨態(tài)氮（AN）測定采用苯酚-次氯酸鈉比色法。乳酸（LA）、甲酸（FA）、乙酸（AA）測定采用SBA-40X 生物傳感器[16]。

1.2.2.2 感官分析

采用德國農(nóng)業(yè)協(xié)會的青貯質(zhì)量評分標(biāo)準(zhǔn)對開封后的樣品進(jìn)行氣味、結(jié)構(gòu)、色澤等感官質(zhì)量評定，滿分為20 分，16～20 為優(yōu)秀，10～15 為良好，5～9為較差，0～4為腐敗[17]。

1.2.2.3 青貯發(fā)酵品質(zhì)分析

青貯發(fā)酵的品質(zhì)評定選用費(fèi)氏評分法，評分標(biāo)準(zhǔn)是0～20 分為失敗，21～40 分為差，41～60 分為合格，61～80分為好，81～100為很好[17]。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2010 初步整理并制作圖表，利用SPSS 20.0 軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因子ANOVO 模型處理，并用Duncan 方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較分析，以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示測定結(jié)果，P＜0.05代表數(shù)據(jù)存在顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 感官評定結(jié)果分析

表3為發(fā)酵過程中感官評定的結(jié)果。由表3可知，SDI 組在整個發(fā)酵周期內(nèi)，感官評定結(jié)果均為“優(yōu)等”，芳香果味，秸稈莖葉結(jié)構(gòu)保持良好，呈淡褐色；SDⅡ組發(fā)酵80～160 d 時，感官評定結(jié)果均為“優(yōu)等”，發(fā)酵40 d 時為“良好”，主要差異體現(xiàn)在秸稈莖葉結(jié)構(gòu)保持較差，呈深褐色；SDⅢ組發(fā)酵40～80 d 時，感官評定結(jié)果均為“優(yōu)等”，發(fā)酵160 d時為“良好”，發(fā)酵120～160 d 時輕度污染，變色嚴(yán)重；SDⅣ組發(fā)酵40～120 d 期間，感官評定結(jié)果均為“優(yōu)等”，發(fā)酵160 d 時為“良好”；SDV 組發(fā)酵40～80 d 時，感官評定結(jié)果為“優(yōu)等”，發(fā)酵120～160 d時為“良好”，主要差異在丁酸臭味較重。

表3 發(fā)酵過程中感官評定結(jié)果

2.2 發(fā)酵過程中營養(yǎng)組分分析

由表4 可知，不同處理組的DM 含量隨著青貯時間的延長，總體呈現(xiàn)先下降后上升趨勢。五個處理組隨著發(fā)酵時間的延長其WSC 含量顯著（P＜0.05）下降，貯存40 d 時，SDⅣ組的WSC 含量顯著（P＜0.05）高于其他幾個處理組。五個處理組的DF 含量隨發(fā)酵時間的延長呈升高趨勢。SDI、SDⅡ、SDⅢ三個處理組的DF含量在貯存80 d和160 d相比差異不顯著（P＞0.05）；SDⅣ組的DF含量在0 d和40 d 時差異不顯著（P＞0.05）。SDI —SDV 五個處理組的CP含量隨著鮮酒糟含量所占比重的增大，其含量也明顯增大，隨著發(fā)酵時間延長，SDⅡ、SDⅣ、SDV 三個處理組的CP含量均呈現(xiàn)升高的趨勢，SDI 組的CP 含量呈“升高-降低-升高”的趨勢，在40 d 和80 d 時差異不顯著（P＞0.05），SDⅢ處理組呈先升高再降低的趨勢。

表4 發(fā)酵過程中營養(yǎng)組分分析

2.3 發(fā)酵過程中木質(zhì)纖維組分分析與討論

由表5可以看出，隨著貯存時間的延長，SDI、SDⅡ和SDⅢ三個處理組的NDF 含量均呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，均在貯存40 d 時NDF 含量最大，SDV 組的NDF含量呈先減少后增加再減少趨勢且含量顯著（P＜0.05）低于其他四個處理組。SDI、SDⅡ和SDⅢ三個處理組的ADF 含量呈先增加后減少的趨勢，SDI 組的ADF 含量在貯存80 d 和120 d 時差異不顯著（P＞0.05），SDⅡ組的ADF 含量在貯存40 d 和80 d 時差異不顯著（P＞0.05），SDⅣ組的ADF 含量呈增加趨勢。SDV 組ADF 含量呈先上升后下降趨勢。隨著貯存時間的延長，SD I、SDⅡ和SDⅢ的ADL 含量呈先增后減的趨勢，在貯存40～160 d 期間呈下降趨勢，貯存120 d 和160 d 時差異不顯著（P＞0.05），SDⅣ組的ADL 含量呈先減后增的趨勢，SDV 組的ADL呈減少趨勢。

表5 發(fā)酵過程中木質(zhì)纖維組分分析(干物質(zhì)基礎(chǔ))

隨著貯存時間的延長，SDI 組的CL 含量呈下降趨勢，貯存40～120 d 時與0 d 相比，差異不明顯（P＞0.05）；SDⅡ、SDⅢ和SDⅣ三個處理組的CL含量呈先增后減的趨勢；SDV 組的CL 含量呈升高趨勢；貯存40 d 時，SDI 組的CL 含量顯著（P＜0.05）高于其他處理組。SDI、SDⅡ兩個處理組的HC 含量呈先增后減的趨勢，SDⅢ、SDⅣ和SDV 三個處理組呈先減后增的趨勢，貯存80 d 時，SDI 組的HC 含量顯著（P＜0.05）高于其他組。五個處理組的HoC 含量隨著貯存時間的延長均呈現(xiàn)先增后減的趨勢，SDV 組的HoC 含量在貯存40 d 與0 d時，差異不顯著（P＞0.05）。貯存80 d 時，五個處理組的HoC 含量逐漸下降，在貯存40 d 時，HoC 含量達(dá)到最大值。

2.4 發(fā)酵過程中發(fā)酵特性分析

由表6 可知，隨著發(fā)酵時間的延長，除SDⅢ外，其他四個組的pH 值整體均呈下降趨勢，其中SDⅢ組40 d 和120 d 的pH 值差異不顯著（P＜0.05），SDV 組80 d 和120 d 的pH 差異不顯著（P＜0.05），SDV 組在160 d 時pH 降到最低。SDI —SD V 五個處理組中的AN/TN 隨發(fā)酵時間的延長均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，且SDⅣ組在貯存80 d 時達(dá)到最大。LA 含量隨著青貯時間的延長，一直呈上升趨勢，SDV 組在貯存160 d 時LA 含量達(dá)到最高；AA 含量逐漸提高，SDV 組貯存120 d 時，LA 含量達(dá)到最高，SDⅢ組貯存120 d 時，F(xiàn)A 含量達(dá)到最高；SDV 組在貯存40 d 時乳乙比達(dá)到最高，費(fèi)氏評分法所得出的分?jǐn)?shù)也相應(yīng)最高。

表6 發(fā)酵過程中發(fā)酵特性分析表(干物質(zhì)基礎(chǔ))

3 討論

3.1 不同質(zhì)量比例對發(fā)酵過程中營養(yǎng)組分的影響

由表4 可知，不同處理組的DM 含量均有不同程度的下降，主要原因在于青貯發(fā)酵過程中秸稈表面附著的乳酸菌、酵母菌等微生物能把可溶性糖、乳酸及部分半纖維素分解為揮發(fā)性脂肪酸、二氧化碳和水，造成一定的干物質(zhì)損失，與高曉梅、王嘯林等[18-19]的研究結(jié)果一致。Van Vuuren 等[20]的研究發(fā)現(xiàn)隨著發(fā)酵時間的延長，WSC 含量明顯地下降，但整個發(fā)酵過程中的WSC 含量均不低于鮮重的1.0 %～1.5 %[21]。SDI —SDV 五個處理組在40 d時WSC 含量顯著（P＜0.05）下降，原料中的WSC在混貯初始階段給乳酸菌生長提供了良好營養(yǎng)源，使其快速繁殖，進(jìn)入乳酸發(fā)酵期產(chǎn)生乳酸，與任海偉等[7]的研究結(jié)果一致。試驗(yàn)中SDI —SDV 五個處理組的DF含量在0～120 d時明顯隨著發(fā)酵體系中酒糟（D）質(zhì)量比例的增加而增大，酒糟（D）中DF含量較大，在一定程度上彌補(bǔ)了酒糟（D）中WSC含量的不足。CP 也是混合貯存過程中主要營養(yǎng)組分之一，試驗(yàn)中SDI —SDV 五個處理組的CP 含量很明顯隨著發(fā)酵體系中酒糟（D）質(zhì)量比例的增加而增大，發(fā)酵120 d 時的CP 含量顯著低于其他發(fā)酵階段，說明發(fā)酵120 d 時的CP 含量沒有得到較好地保存。

3.2 不同混貯比例對發(fā)酵過程中木質(zhì)纖維組分的影響

纖維組分作為常規(guī)評價纖維品質(zhì)的重要指標(biāo)，在后續(xù)飼料貯存品質(zhì)的研究中起著重要作用。一般認(rèn)為，ADF 含量越高，動物的消化與吸收速率越慢，ADF 含量越低，動物擇食消化吸收越好，飼草料的喂養(yǎng)價值相對越高[22]。SDI、SDⅡ和SDⅢ三個處理組的ADF 含量呈先增加后減少的趨勢，這可能與高梁秸稈所占的比重逐漸減小有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)中SDI —SDV 五個處理組的NDF含量總體上沒有明顯的下降，且SDⅡ組的NDF 在貯存40 d 時最大，可能需要后期添加纖維素酶降低NDF 含量[23]。隨著貯存時間的延長，SDI —SDV 五個處理組的ADL 含量有所下降，SDV 的ADL 含量略高于其他幾組，這可能與鮮酒糟中木質(zhì)素含量較大有關(guān)。SDI 和SDⅡ兩組在混貯初期ADL 含量顯著增加，這可能是因?yàn)榫圃愫窟^少，在相關(guān)酶的作用下，秸稈中水溶性糖轉(zhuǎn)化為木質(zhì)素和纖維素，使秸稈的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化[24]。試驗(yàn)中SDI —SDV 五個處理組的CL和半纖維素HC含量貯存后期均有上升的趨勢，說明貯存后期CL 和HC 含量保存較好，SDⅡ組的HC 含量貯存40 d 時值最大。SDI —SDV 五個處理組的HoC 含量沒有明顯的差異，SDI 和SDⅡ組HoC的含量略高于其他幾個處理組。

3.3 不同質(zhì)量比例對發(fā)酵過程中發(fā)酵特性的影響

pH 值與青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)之間具有非常緊密的關(guān)聯(lián)，pH 值越低，青貯品質(zhì)越好，pH＜4.2 時青貯飼料品質(zhì)最佳[25]。由表6 可知，隨著發(fā)酵時間的延長，除SDⅢ外，其他四個組的pH 值整體均呈下降趨勢，隨著酒糟比例的增加，SDV 組在160 d 時pH 值降到最低。水分較高的SDⅣ和SDV 兩個處理組的pH 值均在最佳范圍之內(nèi)。SDI —SDV 五個處理組AN/TN 值均在10 %推薦范圍內(nèi)[26-27]，且AN/TN 值總體隨著鮮酒糟比例的增大而增大，在SDⅣ組貯存80 d 時達(dá)到最大，這可能是因?yàn)轷r酒糟中的CP 含量較高，水分較大，給梭狀芽孢桿菌的生長提供了有利條件，導(dǎo)致了蛋白質(zhì)的降解及氨態(tài)氮的產(chǎn)生。發(fā)酵有機(jī)酸的含量是評判青貯飼料品質(zhì)的關(guān)鍵依據(jù)，乳酸具有促進(jìn)發(fā)酵，降低青貯飼料中pH 值等作用[28]。一般認(rèn)為，LA 含量與青貯品質(zhì)呈正相關(guān)[29-30]。試驗(yàn)中SDI —SDV 五個處理組的LA 含量隨著發(fā)酵體系中酒糟質(zhì)量比例的增加而增大，均在發(fā)酵80 d 時LA 含量最低。賈春旺等[15]的研究發(fā)現(xiàn)添加20%和30%的青稞酒糟可以顯著增加LA 的含量和降低pH 值，和本試驗(yàn)的研究結(jié)果一致。適量的FA 可降低pH 值，還具有顯著的抗菌效果，能夠抑制芽孢桿菌和一些革蘭氏陰性菌，從而抑制青貯微生物中的有害菌,但濃度不宜超過6 mL/kg[31]。Mcdonald[31]研究表明良好青貯飼料的LA/AA 應(yīng)大于1∶2，除個別幾組外都符合標(biāo)準(zhǔn)，SD V 組的LA/AA 明顯高于其他四組，表明青貯過程中乳酸發(fā)酵以同型乳酸發(fā)酵為主，明顯增加了LA含量，改善了混合青貯的發(fā)酵品質(zhì)，降低了pH 值和乙酸含量[32]。費(fèi)氏評分隨著酒糟含量的增加逐漸升高，在SDV 達(dá)到最大值，其青貯品質(zhì)最好。

甜高粱秸稈與鮮酒糟混合青貯能夠顯著提高發(fā)酵品質(zhì)和營養(yǎng)價值，較好的解決了高粱秸稈直接飼喂和單獨(dú)青貯營養(yǎng)價值低，鮮酒糟因水分含量高保存困難等問題。通過感官品質(zhì)與營養(yǎng)價值的綜合評價，當(dāng)甜高粱秸稈與酒糟在1∶6 比例下混貯時，可顯著提高營養(yǎng)組分，降低pH 值和木質(zhì)纖維組分，感官評分較高，青貯效果最佳，可作為甜高粱秸稈與鮮酒糟混合青貯的最佳配比方案。