不同发酵处理对玉米秸秆黄贮品质的影响

白 冰， 赵 晶， 朴春香， 严昌国， 李光春

(延边大学农学院农业资源与环境系，吉林 延吉 133002)

吉林省农作物秸秆资源利用方式有过腹还田，造肥还田，农村生活能源和工业原料等，大部分是通过焚烧将秸秆还田，但利用率不高。合理利用玉米秸秆、资源化是一个重要的工作。近年来，很多学者开始研究秸秆资源的再利用问题。部分地区焚烧秸秆的处理方式造成很大危害[1]，吉林省也实施全面禁止露天焚烧秸秆的政策。发展中国家把玉米秸秆发酵成黄贮，作为家畜的饲料[2]。但是秸秆饲料因纤维素含量高，适口性差，饲料的消化率低，不能充分的利用。乳酸菌发酵剂可以把秸秆中的碳水化合物转变为乳酸等有机酸，提高饲料的适口性、保藏性等，提高秸秆发酵品质[3-5]。纤维素酶制剂可分解秸秆中的纤维素，生成糖类，为发酵中的乳酸菌提供底物[6-7]。增殖的乳酸菌加快酸化速度，抑制腐败菌。乳酸菌可以产生乳酸菌素、过氧化氢抑菌物质，防止饲料中霉菌毒素的产生，防止秸秆饲料霉变。乳酸菌还能合成如叶酸、烟酸、维生素B1、维生素B2、小分子肽、蛋氨酸、赖氨酸等，大大提高了饲料的营养价值。但是对干玉米秸秆黄贮饲料方面的研究比较少[8]，而且对黄贮的发酵研究基于青贮发酵比较多。

本文将乳酸菌、纤维素酶、纤维素分解菌-CICC10089等发酵剂添加到玉米秸秆，在30 ℃和45 ℃下研究不同发酵组合和温度对发酵品质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

玉米秸秆为成熟期收获后的干秸秆，将整根的玉米秸秆切碎，长度为2～3 cm(由延边大学农学院牧场提供)。

添加剂中乳酸菌(RS1)由延边大学农学院饲料微生物实验室提供，纤维素分解菌(CICC10089)从中国工业微生物菌种保藏管理中心购买，纤维素酶为南宁东恒华道生物科技有限公司产品(活力：10 000 U/g)。

1.2 方法

黄贮试验是按发酵温度分为I组(45 ℃)和II组(30 ℃)。不同的组合处理进行3个重复。将每处理初期水分调节至60%，每处理玉米秸秆用量为250 g。具体组合方式见表1。

每处理玉米秸秆按组合方式添加，充分搅拌后，装入密封袋中，放入恒温培养箱(HH.BLL.500-S，上海跃进医疗机械厂)，发酵15 d。用于接种的乳酸菌和CICC10089菌液中菌数含量大于108cfu/mL。

表1 不同组合处理

1.3 分析方法

1.3.1 感官评定及pH值测定

将发酵好的秸秆发酵饲料按青贮饲料质量评定标准进行感官评定，分别从气味、色泽、质地、含水率、pH值进行综合评定[9]。

pH值测定：打开密封袋，精确称取10 g，装入三角瓶中，再加入90 mL蒸馏水，混合均匀，在4 ℃冰箱保存24 h后，抽出浸出液2 mL，用pH计(Orion star A211)测定。

1.3.2 有机酸测定

利用气相色谱(GC-FID,HP-5890II Plus)分析有机酸。毛细管柱：CP-Wax 57CB(25 m×0.32 mm×0.2 μm)。分析条件：注入口温度150 ℃；柱温箱50 ℃，2 min，10 ℃/min，150 ℃，18 min；检测器温度200 ℃；柱流速2.0 mL/min；载气为N2，纯度 ≥ 99.999%；进样量1 μL；分流比15∶1。

分析样品：取1 mL样品,进行前处理制备有机酸分析样品[10]。将前处理后的样品经12 000 r/min离心5 min(LX-500，其林贝尔)后，取700 μL上清液，放入4 ℃保存待测。乳酸分析是上述上清液中取100 μL样品，加150 μL 50%硫酸再加400 μL甲醇，在56 ℃水浴锅中水浴30 min进行酯化，冷却后，再加入200 μL蒸馏水和400 μL正己烷，混匀后离心，取上层液进行分析。

2 结果与分析

2.1 感官评价结果与pH值测定分析

I组、II组玉米秸秆黄贮饲料pH值见图1。

试验I组(45 ℃)中处理1(乳酸菌)、处理2(纤维素酶)、处理3(乳酸菌+纤维素酶)、处理4(乳酸菌+CICC10089)的pH值均小于对照(pH值5.31)。表明添加的乳酸菌、纤维素酶和CICC10089均能促进玉米秸秆发酵产生有机酸，降低pH值， 但是差异不是很大。在45 ℃发酵时，乳酸菌和纤维素分解菌CICC10089的活性可能受到温度的限制。

图1 玉米秸秆发酵物pH值比较

试验II组(30 ℃条件)中处理1(乳酸菌)、处理2(纤维素酶)、处理3(乳酸菌+纤维素酶)、处理4(乳酸菌+CICC10089)的pH值均小于对照(pH值4.59)。表明添加乳酸菌、纤维素酶、CICC10089均能降低玉米秸秆发酵物的pH值。其中，处理3的pH值最低，为4.29， 但是每个处理pH值差异不是很大。

不同温度下发酵的乳酸菌和纤维素酶的组合(处理3)比乳酸菌和CICC10089组合(处理4)更适合在30 ℃下促进玉米秸秆黄贮发酵，降低pH值。

对玉米秸秆发酵物的气味、色泽、含水量、质地和pH值评分后，黄贮品质进行综合评定(表2，3)。

表2 发酵温度45 ℃下玉米秸秆黄贮的综合评分

注：1) 分数分配100分，pH值：25分，含水量：20分，色泽：20分，气味：25分，质地：10分。

2) 括号中的数值表示评分情况。

3) 优等:100分 ～ 75分，良好:75分 ～ 51分，一般:50分 ～ 26分，劣质:25分以下,下同。

表3 发酵温度30 ℃下玉米秸秆黄贮的综合评分

试验I组中含水量为60%，温度为45 ℃，黄贮饲料的感官评定其发酵品质均未达到优质饲料的水平。感官评价综合评分表示，处理3(乳酸菌+纤维素酶)的综合评分为51分，为良好。

试验II组中含水量为60%，温度为30 ℃。感官评价综合评分表示，处理3(乳酸菌+纤维素酶)的综合评分最高(75分)，为优等。表明处理3的添加组合发酵品质最好。

2.2 有机酸含量分析

在30和45 ℃不同温度下,对所有处理的乙酸,丙酸及乳酸含量的检测结果列于图2～5。

由图2可知，在30 ℃条件下处理1(乳酸菌)的乙酸含量最高，为429 mg/L,最低的处理3(乳酸菌+纤维素酶)为165 mg/L。处理2(纤维素酶)和处理4(乳酸菌+CICC10089)，均低于对照(238 mg/L)。在30 ℃条件下乙酸的含量总体低于45 ℃发酵。对比II组，45 ℃条件下处理3的差异最大，高于6.8倍，达到1 128 mg/L，处理4的差异最小，仅增加2.7倍，达到461 mg/L。

图2 乙酸含量比较

由图3可知，不同处理组的丙酸含量有明显的区别。对照和处理1(乳酸菌)中的丙酸在30 ℃发酵条件下，分别达到3.4和3.8 mg/L，低于处理2(纤维素酶，4.6 mg/L)、处理3(乳酸菌+纤维素酶，7.9 mg/L)和处理4(乳酸菌+CICC10089，4.0 mg/L)。在45 ℃发酵条件下，处理1的丙酸含量降低到1.9 mg/L水平，处理2中丙酸含量达到了8.2 mg/L，提高了1.8倍。结果表明，添加纤维素酶或分解纤维素菌有助于丙酸的生成。

图3 丙酸含量比较

由图4可知，在30 ℃条件下，对照(6.6 mg/L)和处理2(6.9 mg/L)的含量比其他处理高，其他处理都添加了乳酸菌，可能影响丁酸的生成。在45 ℃条件下，除了处理2的丁酸含量保持较高浓度(6.8 mg/L)外，处理1和处理3均下降。

图4 丁酸含量比较

乳酸的含量是评价秸秆发酵饲料品质的指标之一。由图5可知，在30 ℃发酵条件下处理1的乳酸含量最高，达到4 588 mg/L，比对照的乳酸含量高(3 794 mg/L)。处理2的乳酸含量最低，仅为3 458 mg/L；处理3(3 991 mg/L)和处理4(3 879 mg/L)均高于对照和处理2，说明这与添加乳酸菌有直接的关系。在45 ℃条件下，乳酸含量有明显的变化。处理1最低，下降到2 356 mg/L，说明温度的升高不利于乳酸菌的发酵。仅添加纤维素酶的处理2中乳酸的含量变化不大，处理4中纤维素分解菌CICC10089比处理3的纤维素酶更能影响乳酸菌的发酵。

图5 乳酸含量比较

3 讨论与结论

不同温度下，对照玉米秸秆黄贮的感官评定、发酵品质评价均未达到优质饲料的水平。在不添加发酵剂的情况下，秸秆发酵缓慢、发酵不良等原因造成发酵品质下降。另外，对照pH值均偏高，不能有效抑制不良微生物的繁殖。在30 ℃发酵条件下生成大量丁酸，导致发酵品质低，表明玉米秸秆直接黄贮不利于改善玉米秸秆发酵品质。

2组试验结果表明，II组(30 ℃)的整体发酵品质比I组(45 ℃)的发酵品质好。这可能是作为黄贮添加剂的乳酸菌和CICC10089比较适合在30 ℃下进行玉米秸秆的黄贮发酵，在30 ℃以上秸秆发酵受到抑制，效果相对较差。2组试验的综合评分均表明纤维素酶和乳酸菌添加处理的试验黄贮的发酵品质最好。纤维素酶可降解玉米秸秆中的纤维，生成可溶性碳水化合物，乳酸菌将其作为底物加以利用可促进黄贮发酵，同时生成大量乳酸，降低pH值抑制腐败菌的生长和繁殖。

在30 ℃发酵时，处理1(乳酸菌)的pH值和丁酸含量低于对照，乙酸和乳酸含量高于对照和其它处理。添加乳酸菌的繁殖产生乳酸，快速降低pH值，抑制不良微生物繁殖，改善玉米秸秆的发酵品质。因乙酸与发酵品质成负相关[11],部分丙酸可以抑制青贮的腐败[12]。Kung等的研究表明，丙酸的含量并不影响发酵品质[13]。丁酸的含量越低表示黄贮的发酵品质越好[14]，表明添加乳酸菌可以提高玉米秸秆黄贮饲料的发酵品质。处理2(纤维素酶)的pH值和乙酸含量低于对照，添加纤维素酶可有效改善黄贮发酵。处理3(乳酸菌+纤维素酶)pH值最低，乳酸含量除了处理1外均高于其他处理，且丁酸和乙酸低于对照，丙酸含量高于其他处理。处理4(乳酸菌+CICC10089)的结果与处理3表现出类似的趋势，但是处理3的发酵效果更好。综合有机酸含量的分析，处理3(乳酸菌+纤维素酶)发酵后黄贮品质最佳。

两组试验中各处理的综合质量评分均大于对照，说明不同组合添加剂的处理均可促进玉米秸秆黄贮的发酵。两组试验中，2种添加剂组合处理综合质量评分均高于单一添加剂的处理。综合质量评分结果与有机酸含量分析结果一致。结合上述分析，该试验条件下2种添加剂组合发酵效果比1种添加剂的发酵效果好。30 ℃试验组的整体发酵水平高于45 ℃试验组。处理3(乳酸菌+纤维素酶)的添加剂组合对发酵黄贮品质影响最大。

本试验中，玉米秸秆直接黄贮饲料的发酵品质较低。添加乳酸菌，纤维素酶，纤维素分解菌后，可改善玉米秸秆黄贮的品质。结合综合质量评价和有机酸分析得出，在30 ℃，添加乳酸菌和纤维素酶进行发酵，玉米秸秆黄贮品质最好。

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