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纤维素酶对香蕉茎与小麦麸混合青贮效果的影响



全 文 :基金项目:国家菌草工程技术研究中心开放基金课题“菌糟饲料化的发酵保存技术研究”(JCJJ13017)。
第一作者简介:詹湉湉,女,1990年出生,福建南平人,在读硕士,从事动物营养与饲料的研究。通信地址:350002福建省福州市仓山区洪山桥上店路
15号福建农林大学动物科学学院,E-mail:461542461@qq.com。
通讯作者:庄益芬,女,1959年出生,内蒙古通辽人,教授,硕士,主要从事动物营养与饲料的研究。通信地址:350002福建省福州市福建农林大学动
物科学学院,Tel:0591-83789487,E-mail:yfzfz@163.com。
收稿日期:2013-11-19,修回日期:2014-01-17。
纤维素酶对香蕉茎与小麦麸混合青贮效果的影响
詹湉湉,叶 杭,张文昌,陈国富,朱小清,王长康,庄益芬
(福建农林大学动物科学学院,福州 350002)
摘 要:试验旨在研究添加不同水平纤维素酶对香蕉茎与小麦麸混合青贮品质的影响。在调制香蕉茎与
小麦麸质量比为9:1的混合青贮中,设对照组和分别添加纤维素酶0.05 g/kg (WB-CEL1)、0.15 g/kg (WB-
CEL2)和0.25 g/kg (WB-CEL3)的3个处理组,同时调制香蕉茎单贮。每个处理重复 3次。常温下贮存
60天,开封后评定青贮的品质。(1)较香蕉茎单贮,混贮对照组的pH、气体损失率(GLR)和中性洗涤纤维
(NDF)降低(P<0.01);(2)与混贮对照组相比,3个水平纤维素酶组的干物质(DM)和干物质回收率(DMR)
升高、氨态氮(AN/TN)降低(P<0.01);(3)与 0.05 g/kg组相比,0.15 g/kg组和 0.25 g/kg组的AN/TN降低、
水溶性碳水化合物(WSC)升高(P<0.05);(4)与 0.15 g/kg组相比,0.25 g/kg组的NDF降低(P<0.01)。表
明,香蕉茎与小麦麸混贮优于香蕉茎单贮,在香蕉茎与小麦麸混贮中添加不同水平的纤维素酶均能显著
提高青贮品质,以添加0.25 g/kg纤维素酶的效果最好。
关键词:纤维素酶;香蕉茎;小麦麸;青贮
中图分类号:S816.53 文献标志码:A 论文编号:2013-3034
Effects of Cellulase on Efficiency of Mixed Silage of Banana Stem and Wheat Bran
Zhan Tiantian, Ye Hang, Zhang Wenchang, Chen Guofu, Zhu Xiaoqing, Whang Changkang, Zhuang Yifen
(College of Animal Science, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002)
Abstract: The experiment was to study the effect of different levels of cellulase on the quality of silage of the
banana stem and wheat bran. The present test set 4 groups in the modulation of banana stem and wheat bran
with mass ratio of mixed silage of 9:1, including 1 contrast group (WB) and the other 3 treatment groups adding
different levels of cellulase respectively: 0.05 g/kg cellulase (WB-CEL1), 0.15 g/kg cellulase (WB-CEL2) and,
0.25 g/kg cellulase (WB-CEL3). At the same time modulation of banana stem single storage was set (CON).
Each treatment was repeated 3 times. After ensilage for 60 days under normal temperature, the four groups
were unsealed for assessing the quality of silage. The results were as follows: (1)Compared with the control
group, pH, GLR and NDF of the WB group reduced (P<0.01). (2)Compared with the WB group, DM and DMR
of three CEL groups increased (P<0.01), AN/TN reduced (P<0.01). (3)Compared with the 0.05 g/kg group,
AN/TN of the 0.15 g/kg group and the 0.25 g/kg group reduced (P<0.05), WSC increased (P<0.05). (4)
Compared with the 0.15 g/kg group, NDF of the 0.25 g/kg group reduced (P<0.01). This study showed that the
mixed silage of banana stem and wheat bran was better than the single storage of the banana stem. The quality
of silage could be significantly improved with the different levels of cellulase in banana stem and wheat bran,
and adding 0.25 g/kg cellulase was the best.
Key words: cellulase; banana stem; wheat bran; silage
中国农学通报 2014,30(11):1-5
Chinese Agricultural Science Bulletin
中国农学通报 http://www.casb.org.cn
0 引言
随着人类食物结构的变化和农业产业结构的调
整,草食动物生产日益受到重视。中国南方牧草缺乏
是制约草食动物生产的关键所在。香蕉茎叶是中国南
方香蕉产区的主要副产品,中国是香蕉种植大国,每年
盛产香蕉的同时,也产生近乎等量的香蕉茎叶。充分
有效地开发利用香蕉茎叶资源,不但可避免废弃的香
蕉茎叶污染环境和破坏农业生态系统,还可提高香蕉
种植业附加经济效益,延长产业链,提高中国香蕉产业
的竞争力。有研究证实香蕉茎叶的营养特点是水分含
量高[1];干物质中碳水化合物含量高、能量值高[2];富含
胡萝卜素、尼克酸、核黄素和硫胺素等多种维生素,以
及大量的钾、钙、镁、磷和硫元素,且钙、磷比例平衡[1-3]。
可见,香蕉茎叶是一种亟待开发的重要饲料资源。为
此,人们开展了一些研究工作。据朱梅芳[4]报道,反刍
动物能较好地消化香蕉茎叶,叶的消化率为65%,假茎
的消化率为 75%。韦英明等 [5]用青贮香蕉茎叶替代
60%的象草饲喂牛,发现其对牛的泌乳量和乳中成分
无影响,又能降低饲料成本。林陆山等[6]利用蕉茎粉、
食用菌废菌料、麸皮、酒糟和添加剂生产菌体蛋白饲
料,可替代 10%~25%的进口饲料。叶涌清[7]利用蕉茎
生产菌体蛋白饲料添加剂,证明该添加剂具有成本低,
能促进鸡的生长发育和增强动物免疫力等优点。魏登
山[8]将食用菌废菌料接种于香蕉茎秆,可生产出适口
性好、营养丰富、能部分替代常规配合饲料的猪饲料。
贾存灵[9]向香蕉茎叶中分别添加尿素、糖蜜、石灰、EB
液、单宁酶粗酶液,青贮60天后,各试验组均不同程度
改善了青贮品质。然而,迄今的相关研究技术还都不
够成熟,香蕉茎叶的利用程度还相当低,离规模化、商
业化应用还有很大的距离。因此,应用现代科学技术、
寻求最佳加工处理和利用的研究方法是当务之急。青
贮法是作为饲料利用香蕉茎叶的极佳方式。因为青贮
法不仅成本低,而且,可以改善饲料的适口性,提高消
化率,并能长期保持青绿多汁的特性,最大限度将原料
的营养保存下来,确保动物一年四季日粮构成均衡,维
持动物稳产和高产[10]。特别是青贮法还能显著降低香
蕉茎叶的单宁含量[11]。香蕉茎的含水率极高,高含水
率下单独青贮很难成功,利用日光晾晒法降低到适宜
含水率需时过长、营养损失多。为此,对香蕉茎进行较
短时间的日光晾晒后,加入适量的小麦麸进行混合青
贮或许更好。因为,小麦麸的干物质含量高,并含有一
定数量淀粉,小麦麸的加入不仅能将青贮原料的含水
率调整到适宜水平,而且能为青贮过程中乳酸发酵提
供发酵底物,进而改善青贮的发酵品质[12-14]。酶制剂作
为添加剂用于提高青贮饲料发酵品质与营养价值已引
起广泛关注[15-16]。青贮用酶制剂应用最多的是纤维素
酶。添加纤维素酶有助于植物细胞壁的分解,增加可
溶性碳水化合物量,为乳酸菌的繁殖发酵提供充分的
底物,进而提高青贮的发酵品质[17-18]。迄今,香蕉茎与
小麦麸混合青贮相关的研究报道甚少,更缺乏不同水
平纤维素酶对香蕉茎小麦麸混合青贮效果影响的深入
研究。于是,本试验将香蕉茎与小麦麸调制成混合青
贮,并在香蕉茎小麦麸混合青贮中添加不同水平的纤
维素酶,研究探讨香蕉茎与小麦麸混合青贮的效果以
及不同水平纤维素酶对香蕉茎小麦麸混合青贮品质的
影响。为充分利用香蕉茎进行大规模青贮饲料生产提
供参考。
1 材料与方法
1.1 材料
青贮原料有香蕉茎(Banana stem)和小麦麸(Wheat
bran)。香蕉茎取自福建农林大学校园内种植的香蕉
树,于 2013年 1月 18日人工刈割,利用日光晒制成预
干的原料;小麦麸由福建光华百斯特生态农牧发展有
限公司提供。
青贮添加剂:由广东溢多利公司提供纯度为 98%
的纤维素酶(Cellulase,CEL),酶活为2万U/g。
1.2 试验设计
试验设5个处理组:香蕉茎单贮对照(CON)组,香
蕉茎+小麦麸混合青贮(WB)组,3个处理组是在香蕉
茎+小麦麸混合青贮中分别添加 0.05 g/kg纤维素酶
(WB-CEL1)组、添加 0.15 g/kg纤维素酶 (WB-CEL2)
组、添加 0.25 g/kg纤维素酶(WB-CEL3)组。每个处理
设3次重复。纤维素酶的添加量按原料质量计。
1.3 青贮的调制
青贮调制于 2013年 1月 20日进行。将香蕉茎切
短成约 1~2 cm长、混合均匀,CON组称取 400 g香蕉
茎,其他处理均称取360 g香蕉茎、并加入40 g小麦麸,
分别装入贴有标签的塑料袋内,分别加入设计的添加
剂和蒸馏水共计 10 mL。混拌均匀后大致分为 3等
份,分别装入贴有标签的真空袋内,用真空泵抽气、用
塑料封口机封口,称重。常温条件下贮存 60天开封,
供分析测定。
1.4 青贮的感官品质评定
青贮饲料开封后参考德国农业协会(DIG)青贮品
质感官评分标准[19]进行鉴定。根据青贮饲料的气味、
结构和色泽评定青贮饲料的优劣。
1.5 风干样本和青贮浸提液的制备
原料与青贮的风干样本是在 65℃下干燥 48 h、回
·· 2
潮、粉碎制成的。取具代表性青贮样品20 g装入有刻
度的 100 mL的广口锥形瓶中,加入蒸馏水定容至
100 mL,放置 4℃冰箱中,18 h后用滤纸过滤,制备青
贮浸提液。
1.6 试验指标的测定和表示方法
采用常规法[20]测定干物质(DM)和粗蛋白质(CP)含
量,中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)用Van
Soest等[21]的方法测定,半纤维素(HC)=NDF-ADF。可
溶性碳水化合物(WSC)用比色法[21]测定,用pH计测定浸
提液的pH;用岛津LC-20AT型高效液相色谱(色谱柱:
Shodex Rspak KC-811 S-DVB gel Column 300×8 mm,
检测器:SPD-M10AVp,流动相:3 mmol/L高氯酸)分
析浸提液的乳酸(LA)、乙酸(AA)、丙酸(PA)、丁酸(BA)
含量[22];用苯酚-次氯酸钠比色法[23]测定青贮浸提液的
氨态氮(AN)。DM用百分比表示,WSC、NDF、ADF、
HC和CP以DM基础的百分比表示,LA、AA、PA和BA
用新鲜(FM)基础的百分比表示,AN换算为占原料总
氮(TN)的百分比(AN/TN)。
1.7 干物质回收率(DMR)和气体损失率(GLR)的测定
和计算方法
准确称取每个处理装填时装入原料重和开封时回
收青贮重,通过如下计算方法得出:
DMR=[(开封时回收青贮重×青贮DM%)/(装填时
装入原料重×原料DM%)]×100%;
GLR=[(装填时装入原料重-开封时回收青贮重)/
(装填时装入原料重×原料DM%)]×100%。
1.8 数据处理和分析
原始数据经Excel2003处理后,采用 SPSS13.0统
计软件进行方差分析和多重比较,结果用平均值±标
准差表示。
2 结果与分析
2.1 原料的化学成分
从表 1可见,香蕉茎的WSC、NDF、ADF、HC较
高,DM、CP较低;较香蕉茎,香蕉茎+小麦麸的DM、
NDF、HC、CP升高,WSC、ADF降低。表明香蕉茎+小
麦麸的含水率更趋于适宜范围,但其WSC的减少则不
利于青贮的乳酸发酵。
2.2 青贮的感官品质评定
从表2可见,所有处理组的3个重复均为黄褐色、
酸香味(CON组的酸香味稍淡)、稍黏,即在色泽、气味
和质地上没有明显的区别。表明所有处理组的感官品
质良好,CON组稍差于其他处理组。
香蕉茎
香蕉茎+小麦麸
DM/%
21.03
27.54
WSC/(%DM)
22.36
20.34
NDF/(%DM)
66.04
69.11
ADF/(%DM)
42.05
39.93
HC/(%DM)
23.99
29.18
CP/(%DM)
3.90
4.93
表1 原料的化学成分
项目
颜色
气味
质地
处理
CON
黄褐色
淡的酸香味
稍粘
WB
黄褐色
较浓的酸香味
稍粘
WB-CEL1
黄褐色
较浓的酸香味
稍粘
WB-CEL2
黄褐色
较浓的酸香味
稍粘
WB-CEL3
黄褐色
较浓的酸香味
稍粘
表2 青贮品质的感官评定
2.3 香蕉茎与小麦麸混合青贮的效果
从表3可见,较CON组,WB组的pH、DMR、GLR、
WSC、NDF、ADF极显著降低或减少 (P<0.01),BA、
DM、AN/TN显著或极显著升高 (P<0.05,P<0.01)。
表明,香蕉茎与小麦麸混合青贮时,虽然改善了 pH、
GLR、NDF、ADF、DM,却使 BA、DMR、AN/TN、WSC
变差。
2.4 不同水平纤维素酶对香蕉茎与小麦麸混合青贮品
质的影响
从表 3可见,与WB组相比,添加纤维素酶组的
DM和DMR均极显著提高(P<0.01),AN/TN均极显著
降低(P<0.01),在WSC上WB-CEL2组和WB-CEL3
组极显著增加 (P<0.01),在 NDF上WB- CEL1组和
WB-CEL2组显著降低(P<0.05)、WB-CEL3组极显著
降低(P<0.01),对于ADF只有WB-CEL3组极显著降
低(P<0.01)。表明,不同水平的纤维素酶均可改善香
蕉茎与小麦麸混合青贮的品质。
添加纤维素酶组之间相互比较:与WB-CEL1组
相比,WB-CEL2组的AN/TN显著降低(P<0.05),WSC
显著提高(P<0.05);WB-CEL3组的AN/TN和ADF显
詹湉湉等:纤维素酶对香蕉茎与小麦麸混合青贮效果的影响 ·· 3
中国农学通报 http://www.casb.org.cn
著降低(P<0.05),NDF极显著降低(P<0.01),而WSC
显著提高(P<0.05)。与WB-CEL2组相比,WB-CEL3
组的NDF极显著降低(P<0.01)。表明,随纤维素酶添
加水平的升高添加效果提高。
3 讨论
3.1 原料的化学成分
青贮成功与否决定于原料中可溶性碳水化合物的
含量,一般牧草青贮时,可溶性碳水化合物的足够数量
应占干物质的10%以上[24]。本试验香蕉茎干物质中可
溶性碳水化合物含量为 22.36%,远远超过足够水平,
在香蕉茎中加入小麦麸后虽降至20.34%,但也达足够
水平的 2倍。说明香蕉茎和香蕉茎+小麦麸都是适于
青贮的原料。
3.2 青贮的感官品质评定
青贮品质的优劣与青贮原料种类、收割时期以及
青贮技术等密切相关。本试验所有处理组的感官品质
良好,CON组稍差于其他处理组。证明香蕉茎和香蕉
茎+小麦麸都是适于青贮的原料,也表明青贮技术是
正确的。
3.3 香蕉茎与小麦麸混合青贮的效果
常规青贮法原料的适宜含水率为65%~75%,而本
试验的香蕉茎虽然经过 1天多晾晒,含水率仍高达
78.97%。Fransen等 [25]指出,对于较高水分的材料青
贮,添加吸收剂可减少流汁的形成,从而降低养分损
失,提高青贮饲料发酵品质及营养价值。本试验按9:1
的比例将香蕉茎与小麦麸混合后含水率降低到
72.46%,达到适宜水平。在青贮方面,较CON组,WB
组的pH、GLR、NDF和ADF极显著降低,DM极显著升
高(P<0.01)。这些指标符合Fransen等[25]的论述,也与
孔凡德 [26]与 Jones等 [27]的结果一致。但是,在 BA、
DMR、AN/TN和WSC上却不一致。分析其原因,在
BA、DMR和AN/TN上,可能与小麦麸的物理性质有
关。小麦麸结构疏松、容重小,粗蛋白质含量较高,青
贮装填时不易压实,残留空气比较多,植物呼吸、微生
物和酶活动时间较长,导致丁酸的生成量多、蛋白质降
解为氨态氮的比率升高和营养损失增多。此外,在
AN/TN上,也可能与小麦麸的CP含量高有关。对此
有待进一步验证。而在WSC上,WB组低于CON组,
则与香蕉茎+小麦麸低于香蕉茎是一致的(见表1)。
3.4 不同水平纤维素酶对香蕉茎与小麦麸混合青贮品
质的影响
纤维素酶能够将纤维素、半纤维素降解为单糖,为
乳酸菌的发酵提供更多的底物。朱旺生等[28]在皇竹草
青贮中添加纤维素酶有效降低了 pH,增加了乳酸、干
物质和粗蛋白质;王继成等[29]研究发现不同水平纤维
素酶和木聚糖酶混合添加对高粱青贮品质的影响不
同。说明在青贮中添加纤维素酶存在一个最适宜量的
问题。赵政等[30]的研究证明添加纤维素酶能显著降低玉
米秸秆青贮的丁酸含量。本试验中3个纤维素酶组的
DM、DMR、WSC均高于WB组,AN/TN、NDF和ADF均
低于WB组,说明添加纤维素酶显著改善了青贮的发酵
品质和化学组成。这一结果与许多研究一致 [28,30- 31]。
表3 青贮的发酵品质和化学成分
项目
pH
LA/(%FM)
AA/(%FM)
PA/(%FM)
BA/(%FM)
DM/%
DMR/%
GLR/%
AN/TN/%
WSC/(%DM)
NDF/(%DM)
ADF/(%DM)
HC/(%DM)
处理
CON
4.34±0.06Aa
1.36±0.33b
0.37±0.09
0.01±0.02Bb
0.01±0.01Bb
21.33±0.98Cc
89.86±0.63Bb
5.40±0.51Aa
8.19±0.57Cd
16.93±0.78Aa
67.44±1.00Aa
48.15±2.61Aa
19.29±1.78
WB
4.21±0.03Bb
2.49±1.13ab
0.74±0.37
0.05±0.02ABab
0.20±0.11ABa
24.98±0.91Bb
85.02±1.59Cc
4.35±0.32Bb
12.44±0.49Aa
12.81±1.05Cc
58.62±0.57Bb
37.35±1.22Bb
21.26±1.39
WB-CEL1
4.17±0.03Bb
2.19±0.40ab
0.81±0.49
0.03±0.01ABab
0.18±0.02ABa
28.65±0.81Aa
95.65±0.45Aa
4.55±0.33Bb
10.60±0.54Bb
13.54±0.94BCc
56.56±1.03Bc
36.80±0.32BCb
19.74±1.32
WB-CEL2
4.19±0.03Bb
2.75±1.34ab
0.95±0.49
0.07±0.04ABa
0.23±0.13ABa
28.42±0.61Aa
95.23±1.25Aa
4.49±0.15Bb
9.69±0.52Bc
15.20±0.15ABb
56.23±1.37Bc
35.22±0.78BCbc
21.01±1.33
WB-CEL3
4.15±0.01Bb
3.28±0.08a
1.33±0.49
0.08±0.03Aa
0.33±0.05Aa
27.96±1.56Aa
95.42±1.36Aa
4.18±0.15Bb
9.31±0.13BCc
15.20±0.72ABb
53.33±0.75Cd
33.11±1.49Cc
20.22±2.07
注:同行标注不同大写字母(A、B、C)者表示差异极显著(P<0.01),标注不同小写字母(a、b、c、d)者表示差异显著(P<0.05)。
·· 4
然而,兴丽等[31]的研究表明纤维素酶对全株玉米青贮
的效果不明显或不一致,可能与纤维素酶的来源、纯度
以及添加量有关,也与原料上的乳酸菌数量有关。本
试验中,与WB-CEL1组相比,WB-CEL2组的AN/TN
显著降低,WSC显著提高;WB-CEL3组的AN/TN和
ADF显著降低,NDF极显著降低,而WSC显著提高。
与WB-CEL2组相比,WB-CEL3组的NDF极显著降
低。表明随纤维素酶添加水平升高添加效果有一定提
高,也从另一个侧面说明添加水平未过量或未达到最
佳水平。
4 结论
随着养殖业的快速发展,饲料资源的短缺是畜牧
业发展的首要限制因素,因此,开发新型饲料资源已成
为当务之急。动物营养学家对饲料的研究热点已从以
往的优质蛋白或谷物类转向不被人类食用的粗纤维含
量高的非常规饲料。在青贮饲料调制过程中,选用恰
当的青贮方式以及加入适当的添加剂,不但可以提高
青贮的成功率,而且还能提高发酵品质。本试验综合
各项指标显示:(1)香蕉茎与小麦麸混合青贮稍好于香
蕉茎单独青贮;(2)在香蕉茎小麦麸混合青贮中添加不
同水平的纤维素酶均能显著提高青贮品质,其中,以添
加0.25 g/kg纤维素酶的效果最好。
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詹湉湉等:纤维素酶对香蕉茎与小麦麸混合青贮效果的影响 ·· 5