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岛津公司解说青贮饲料化学成分、微生物及感官特性的综合分析(青贮研究进展-12)

发布日期:2018-05-14 [行业新闻]

岛津公司解说青贮饲料化学成分、微生物及感官特性的综合分析(青贮研究进展-12

       生产青贮饲料的目的是制作稳定保存新鲜牧草的干物质、能量及可消化营养的饲料。青贮中微生物产生一系列发酵产物,可以改变牧草的营养特性。优质青贮饲料应避免产生对动物生产性能、环境和农场收入有负面影响的物质。这篇综述主要以北美视角,分析了常见青贮饲料发酵终产物、微生物种群、感官特性以及青贮期间营养品质的变化。 

       在隔绝空气的情况下,牧草中的可溶性碳水化合物会被发酵产生多种终产物,最终使牧草以青贮饲料的形式得以保存。测定pH值及有机酸和醇类物质含量是评估青贮饲料发酵的主要依据。必要时,还会量化青贮中的其它成分,包括霉菌毒素和各种含氮化合物。感官特性也可以用来评估青贮品质,因为许多发酵终产物的挥发性会产生各种不同的气味。一般认为青贮发酵数周后就可以到达稳定状态,但其实一些微小却显著的变化会持续数月,并影响最终的青贮品质。评估青贮饲料质量的最佳方法是适当取样,并在专业分析实验室进行发酵和营养指标分析。本文总结了青贮饲料中常见化学成分、微生物和感官特性以及影响它们的因素(重点放在北美角度)。

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1 青贮饲料中化学成分及微生物分析

       用于评估青贮发酵的最常用指标包括pH值、有机酸、醇类、NH3-N及各种微生物种群。理想的发酵是同型发酵乳酸菌利用可溶性糖生长并代谢产生乳酸,最终得到较高的干物质回收率和能量。但实际的牧草青贮发酵过程十分复杂,涉及多种微生物,并产生多种终产物。

1.1  青贮pH值和乳酸

       青贮样品的pH值是度量其酸度的指标。全株玉米和苜蓿(美国奶牛的主要饲料作物)在切碎后立即具有约5.5 ~ 6.0的pH水平。在青贮期间,由乳酸菌(LAB)产生的乳酸(酸度系数pKa为3.86)通常是在青贮中含量最高的酸,且它对发酵过程中pH的下降贡献最大,因为它的酸性强度约为青贮中其它酸类的10 ~ 12倍(如乙酸(pKa:4.75)和丙酸(pKa:4.87)。青贮饲料中乳酸浓度一般为2% ~ 4%DM。在正常饲养条件下,青贮料中的乳酸在瘤胃中转化为丙酸。青贮饲料的最终pH值受许多因素影响,但主要因素是乳酸和饲草本身的缓冲能值。

1.2  挥发酸

       乙酸是在青贮饲料中发现的第二高浓度的酸,浓度通常为的1 ~ 3%DM。与乳酸类似,乙酸的浓度通常与干物质含量成反比。青贮罐中适当的乙酸浓度是有益的,因为它抑制酵母,提高有氧稳定性。丙酸在优质的发酵青贮饲料中通常检测不到或浓度很低(< 0.1%)。目前,已经在青贮中发现了将葡萄糖和乳酸转化成丙酸和乙酸的丙酸杆菌,但多数研究认为高浓度的丙酸(> 0.3 ~ 0.5%)更常见于梭菌发酵,可能是由丙酸梭菌引起的。在发酵良好的青贮饲料中不应检测到丁酸,这种酸的出现意味着梭菌的代谢,会导致严重的干物质和能量损失。

1.3 醇和酯

       乙醇是青贮中最常见的醇类物质。它可以由多种微生物(异型发酵乳酸菌、肠杆菌和酵母)产生,通常在全株玉米和豆科青贮中含量较低(0.5 ~ 1.5%)。奶牛摄入的乙醇在瘤胃中转化为乙酸或被瘤胃壁吸收,随后可转化为乳脂或用于身体新陈代谢。甘蔗青贮饲料不在北美进行饲喂,但有研究发现,这种青贮饲料中含有超过15%DM的乙醇(大量附生酵母将蔗糖转化为乙醇)。包括梭菌、酵母在内的许多微生物可以代谢产生1,2丙二醇。青贮中1,2丙二醇一般认为是布氏乳杆菌代谢乳酸的结果。有研究报道,玉米青贮饲料中乳酸乙酯浓度高达1305 mg/kg,乙酸乙酯浓度高达1109 mg / kg。且乳酸乙酯与山羊干物质采食量呈现微弱的负相关。

1.4 乳酸/乙酸

       乳酸与乙酸的比值通常用作发酵的定性指标。良好的青贮发酵这个比例为2.5 ~ 3.0。在应用同型发酵乳酸菌剂,特别是处理豆科青贮料时,乳酸与乙酸的比值稍高,因为同型发酵乳酸菌剂只产生乳酸。相比之下,布氏乳杆菌的接种处理有更高的乙酸浓度和较低比例的乳酸与乙酸比值。但一般布氏乳杆菌引起的适度乙酸增加在正常范围内,且该接种剂处理的青贮饲料在饲喂时对进食量没有负面影响。乳酸/乙酸比例过高的青贮饲料有时可能导致有氧稳定性的下降,因为低浓度的乙酸可能不足以抑制酵母的生长。但是乳酸/乙酸比例低于1通常表示发酵异常。      

1.5 可溶性氮和氨态氮

       青贮中植物和微生物的蛋白水解过程会引起含氮化合物的变化。简而言之,发酵导致可溶性氮和NH3-N的增加。一般来说,高水分青贮具有比低水分青贮更高浓度的可溶性氮和NH3-N(前者发酵程度更高)。

1.6 微生物菌群

       对青贮中的酵母和霉菌计数是有必要的,因为如前所述,青贮中高浓度的乙醇通常与酵母菌数量有关,且其数量通常与青贮的有氧稳定性成反比,玉米作物尤其如此。

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2 青贮发酵的感官特性

2.1 气味

       发酵良好的青贮饲料不应具有强烈的特殊气味,因为乳酸(发酵过程中的主要有机酸)几乎没有气味。然而,大多数青贮饲料往往会有温和的醋味(乙酸),因为这种酸浓度仅次于乳酸并且易挥发。当青贮饲料乙酸浓度过高时,会让人的眼睛和鼻子感觉强烈刺激。除了气味外,含有过量乙酸的青贮饲料还会呈现黄色。人们常会将具有果香、甜味的青贮饲料与良好的发酵错误联系在一起。事实上,这些气味通常是由酵母菌产生的高浓度醇类物质产生,醇可与青贮中的酸反应产生酯,进而增加果香气味。

2.2  温度

       青贮发酵会伴随热量产生。如果青贮饲料包装快速并密封良好,饲料的平均温度不会超过环境温度5 ~ 8°C。然而,由于设备故障或恶劣天气造成的包装延误,饲料最上层(顶部5 ~ 10cm)的温度可能高达45 ~ 60°C。这种高温是残留的过量空气被饲料中的好氧微生物氧化的结果。温度过高会损坏蛋白也不利于乳酸菌的发酵。因此,青贮时应将饲草充分切碎,迅速包装,并尽快密封。当发酵活跃期结束时,青贮仓核心的温度通常会缓慢下降至25 ~ 30°C。小体积的青贮比大型青贮更易快速冷却。在大型青贮仓中,核心青贮饲料的温度通常会长时间保持,因为大量的饲料有隔热作用,导致热量消耗非常缓慢。

3 青贮时间对发酵的影响

       总体而言,青贮过程的发酵阶段被认为持续7 ~ 45 天。然而,最近研究表明,全株玉米和高水分玉米青贮的发酵持续时间更长。全株玉米青贮pH值的降低通常比豆科青贮更快,因为后者具有更高的缓冲能力。在豆类青贮饲料中,低干物质(< 30%)与高干物质(> 40%)相比,前者青贮饲料pH值下降的更快,因为其含有更多的水用于代谢。

4 青贮发酵终产物潜在的环境问题

       在某些特殊情况下,青贮饲料可能含有潜在的有毒化合物,如硝酸盐、氢氰酸和霉菌毒素。先前报告里已经全面涵盖了青贮饲料中的这类问题。这里重点介绍青贮中挥发性有机物的环境问题。有研究表明,集中农业区域空气质量差的一个重要原因是青贮饲料中挥发性有机物的排放。未来,青贮中挥发性有机化合物的测量将变得越来越重要。

5 结论

       青贮饲料中的化学成分、微生物和感官特性可用于解释青贮发酵类型,并预测当这些数据偏离常态时饲喂反刍动物的不良后果。控制来自青贮饲料的挥发性有机物将成为需要解决的农场环境问题。未来,需要建立更多预测性的化学数据,以便更好地解释动物生产性能。

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