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Effects of Water Content and Lactobacillus on the Quality of Fermented Bristlegrass(Setaria viridis(L.) Beauv.)

含水量和乳酸菌制剂对狗尾草发酵品质的影响



全 文 :文章编号: 1007-0435( 2006) 03-0269-05
含水量和乳酸菌制剂对狗尾草发酵品质的影响
王 鹏, 刘丹丽, 高仲元, 侯文娟, 曹兵海*
(中国农业大学动物科技学院, 北京 100094)
摘要: 研究含水量( 30%、35%和40% )和乳酸菌制剂添加量( 3%、6%、9%和 12% )对成熟期狗尾草( Setar ia vir id is ( L . )
Beauv .干草发酵品质的影响。结果表明, 在含水量30%条件下添加乳酸菌制剂显著降低粗蛋白质含量(P < 0. 05) ; 含水
量35%和 40%条件下添加乳酸菌制剂显著降低粗纤维和中性洗涤纤维含量(P < 0. 05) ; 随着含水量的升高pH 值趋于降
低, 乳酸、丁酸产量趋于增加; 含水量和乳酸菌制剂对 pH 值、乳酸产量以及乳酸菌数量具有显著的互作效应( P< 0. 05) ;
在含水量30%~40%条件下, 添加乳酸菌制剂3%~12% ,各处理组的发酵品质均为优或良。
关键词: 狗尾草; 含水量; 乳酸菌制剂; 发酵品质
中图分类号: S 816. 5    文献标识码: A
Effects of Water Content and Lactobacillus on the Quality of Fermented
Bristlegrass( Setaria viridis ( L. ) Beauv. )
WANG Peng , LIU Dan-li, GAO ZHong-yuan, HOU Wen-juan, CAO Bing-hai
( College of Animal Science and T echnology, China Agricul tural U nivers ity, Beijing 100094,C hina)
Abstract: The study w as conducted to exam ine the fermentat ion ef fect of adding 3%, 6% , 9% or 12% lacto-
bacil lus concentrat ion to Brist legrass ( Setaria vi ridis ( L . ) Beauv ) . hay o f moisture content of 30%, 35% ,
or 40%. Results indicate that lactobacillus added to hay of 30% moisture content r educed the hay crude protein
( CP) content significant ly ( P< 0. 05) . When hay of 35% or 40% moisture content w as added w ith lactobacil-
lus, the hay crude fiber ( CF) and neutral deterg ent f iber ( NDF) contents r educed notably ( P< 0. 05) . When
moisture content of hay was higher than 35% or 40% , the pH value of hay tended to decrease and its lact ic acid
and butyric acid productions increased. T here is a significant interact ion betw een the hay w ater content and the
effect of lactobacillus on the pH value, lact ic acid product ion and the number o f lactate acid bacter ia( P< 0. 05) .
Tr eatments o f adding 3%~12% lactobacillus to br ist leg rass hay o f 30%~40% mo istur e content bring out su-
perb or quality hay.
Key words : Bristleg rass; Mo istur e content ; Lactobacillus ( LABs) ; Ferment quality
  露天和草棚贮藏的散草和草捆易受光、雨、风、虫、
鼠等因素的影响损失营养成分, 甚至自燃或霉变。青贮
能较好地保持牧草的营养价值和延长贮藏时间, 但水
分含量高,开封后容易二次发酵, 不利于长距离运输。
近年来随着禁牧力度的加大和以牛羊为主的草食家畜
存栏量的逐年增加,羊草、苏丹草、黑麦草、燕麦草以及
芦苇等主要禾本科牧草的长距离异地流通量逐年增
加。除了需要进一步提高加工和贮藏技术外,降低运输
成本已成为一个不可忽视的问题。
通常以含水量在45%~60%为宜 [ 1~3]的袋装半干
青贮,能解决贮藏和运输问题,但不能降低牧草单位干
物质重量的运输成本。当调制含水量低于40%的产品
时,发酵速度的降低[ 4]会延长出售时间、加大贮藏成
本。添加乳酸菌制剂能加速半干青贮发酵、获得理想的
青贮效果, 这已被用禾本科[ 5~7]牧草、豆科牧草 [ 8, 9]和
农作物秸秆[ 10]为试验材料的大量研究所证实。这些研
究还表明,水分和乳酸菌制剂的添加量是左右发酵速
度和品质的重要因素。对于含水量低于40%时, 添加乳
酸菌制剂是否还能加速发酵、获得理想的发酵效果, 尚
未见报道。
收稿日期: 2005-10-10; 修回日期: 2006-04-03
作者简介: 王鹏( 1982-) ,男,吉林省长春市人,硕士研究生,研究方向为动物营养及粗饲料加工, E-mail: w an gpeng 820616@yahoo. com . cn; * 通
讯作者 Author for correspond ence, E-mail: caobingh ai@ 163. com
第 14 卷 第3 期
 Vol. 14  No . 3
草 地 学 报
ACTA AGREST IA SINICA
   2006 年  9 月
 Sep.   2006
  本文以狗尾草为试验材料,研究了低于40%的含
水量和乳酸菌制剂添加量对发酵品质的影响,为开发
兼备低水分、便于长途运输的牧草发酵产品提供基础
依据。
1 材料与方法
1. 1 材料
1. 1. 1 试验材料
收 割 成 熟 期 狗 尾 草 ( Setaria virid is ( L . )
Beauv. ) , 晾晒 48 h 调制成含水量为8. 5%的干草, 用
铡刀切短至2~5 cm,作为发酵原料。
1. 1. 2 混合乳酸菌制剂
从自然界采集、分离原代植物乳酸杆菌( L acto-
bacillus p lantarum )、肠 膜明串珠菌 ( L eucono-stoc
mesenteroides)、粪链球菌 ( Strep tococcus f aecal is) 和
短乳杆菌 ( L actobacillus br evis)。以11∶5∶3∶1的比
例混合以上4种乳酸菌。用糖蜜1份兑水5份的调和液
将上述混合乳酸菌总数量调制成 6. 63 ( log 10CFU /
ml) ,密封待用。
1. 2 试验设计
设30%、35%和40% 3个发酵水分组, 每组分别添
加混合乳酸菌制剂3%、6%、9%和12%(干物质基础) ,
即每克干物质分别添加乳酸菌总数 lo g10CFU 为: 6.
14、6. 41、6. 58、6. 71。共12个处理,每个处理重复3次。
以原干草作为对照。
1. 3 发酵处理
将蒸馏水和混合乳酸菌制剂按照试验设计均匀混
合并喷洒在原料干草上, 搅拌混匀后装入容积为 5 L
的白色塑料桶中,压实后盖上内盖, 用胶带密封, 盖上
外盖后置于室温20~25℃条件下, 发酵30 d( 2004年9
月10日- 2004年10月10日)。
1. 4 测评项目及方法
1. 4. 1 感官质量评定 按照德国农业协会青贮质量
感官评分标准进行评定 [ 2]。
1. 4. 2 pH 值 取发酵样品20 g, 加入180 m l蒸馏水,
搅拌均匀,放于冰箱冷藏室静置24 h,用酸度计测定青
贮浸出液的pH 值。
1. 4. 3 营养成分含量 粗蛋白质( CP)和粗纤维( CF)
采用常规养分分析方法 [ 11] 测定。酸性洗涤纤维
( ADF)、中性洗涤纤维( NDF) 采用Van Soest 法[ 11]测
定。
1. 4. 4 挥发性脂肪酸( Volat ile Fat ty Acid, VFA) 
采用林国兴[ 12]的方法进行测定。
1. 4. 5 乳酸菌 采用 MRS 培养基平板计数法 [ 13]测
定发酵后的乳酸菌数量。
1. 5 数据处理
采用SAS( Statistical Analysis System )软件对试
验结果进行方差分析和Duncan 多重比较。
2 结果与分析
2. 1 含水量和乳酸菌制剂添加量对营养成分含量的
影响
与对照组相比,含水量为30%时,添加乳酸菌制剂
CP 含量显著下降( P< 0. 05) , 其中以3%添加组的CP
含量最低,明显低于其他添加组( P< 0. 05)。含水量为
35%时,只有12%乳酸菌制剂添加组的CP 含量显著低
于对照组( P< 0. 05)。当含水量为40%时, 乳酸菌制剂
对CP 含量没有影响(表1)。
含水量35%、添加9%乳酸菌制剂和含水量40%、
添加9%和12%乳酸菌制剂组的CF 含量显著低于对照
组( P< 0. 05)。含水量35%、添加9%和12%乳酸菌制
剂和含水量 40%的所有添加组( P< 0. 05)的 NDF 含
量显著低于对照组( P< 0. 05)。含水量30%时, 添加乳
酸菌制剂对CF 和NDF 含量没有影响。ADF 含量不受
含水量和乳酸菌制剂添加量的影响(表1)。
2. 2 含水量和乳酸菌制剂对pH 值的影响
含水量和乳酸菌制剂对pH 值的影响结果见表2。
所有试验组的pH 值均在5. 0以下, pH 值有随水分含
量的升高而下降的趋势。含水量35%、添加12%乳酸菌
制剂组的pH 值显著低于同等含水量条件下的其他剂
量组( P< 0. 05)。含水量30%和40%条件下, pH 值未
受乳酸菌制剂添加量的影响。含水量和乳酸菌制剂对
pH 值存在显著的互作效应( P< 0. 05)。
2. 3 感官和等级评定
感官评定结果为, 含水量30%的各处理组, 发酵后
颜色呈现原干草的黄绿色, 含水量35%和40%的各处
理呈褐绿色。各个试验组均无霉变现象, 呈苹果酸香
味。在相同发酵水分条件下,添加9%和12%乳酸菌制
剂组在气味上要好于添加 3%和 6%乳酸菌制剂组
(表2)。
其中以含水量30%、添加12%乳酸菌制剂的处理
为优,其余均为2级良好; 含水量35%时, 除添加9%乳
270 草 地 学 报 第 14卷
酸菌制剂处理为3级尚可外,其余各种添加处理均为 优;含水量40%条件下各添加处理均为2级良好。
表1 含水量和乳酸菌制剂添加量对营养成分含量的影响(占DM % )
Table 1 Effect of w ater content and lactobacillus addition on nut rient content of hay ( DM % )
含水量
Water conten t ( % )
乳酸菌制剂添加量
LABs ( % )
粗蛋白质
CP ( % )
粗纤维
CF( % )
中性洗涤纤维
NDF ( % )
酸性洗涤纤维
ADF( % )
30 对照 Cont rol 9. 98a 29. 09 71. 61 39. 30
3 8. 09c 27. 92 75. 17 43. 21
6 8. 91b 28. 46 67. 44 37. 37
9 8. 87b 28. 05 70. 67 45. 66
12 9. 03b 28. 87 71. 81 39. 52
Pooled SE 0. 12 0. 01 0. 03 0. 02
35 对照 Cont rol 9. 98a 29. 09a 71. 61a 39. 30
3 9. 26ab 27. 80a 69. 14a 35. 89
6 9. 60ab 27. 95a 72. 42a 35. 72
9 10. 05a 27. 48b 55. 15c 40. 27
12 9. 11b 29. 12a 62. 20b 38. 93
Pooled SE 0. 16 0. 00 0. 02 0. 00
40 对照Cont rol 9. 98 29. 09a 71. 61a 39. 30
3 9. 02 28. 28a 63. 82b 40. 69
6 9. 09 28. 56a 63. 87b 48. 25
9 9. 04 27. 57a 65. 63b 38. 64
12 10. 15 25. 25b 63. 17b 39. 70
Pooled SE 0. 35 0. 00 0. 01 0. 02
水分×乳酸菌制剂
Water×LABs
F 值
F value
0. 002 NS 0. 003 NS 0. 006 NS 0. 011 NS
  注:在相同水分条件下进行比较;同列肩标不同字母者为差异显著 ( P < 0. 05) ; NS:无显著性差异 ( P > 0. 05)
Note: Comparis on is condu cted in the same moisture conten t level. T he values w ith dif f erent sub scrip t let ters ar e sig nifican tly dif feren t ( P <
0. 05) . NS : n ot sign ificant
2. 4 乳酸和挥发性脂肪酸的变化
各处理的乳酸在总酸中的比例均在76%以上。在
相同水分条件下,各种挥发性脂肪酸的产量不受乳酸
菌制剂添加量的影响。当乳酸菌制剂添加量为12%时,
乳酸产量大都显著高于其他添加组( P< 0. 05)。乳酸
和丁酸的产量随着含水量的升高趋于增加。含水量和
乳酸菌制剂对乳酸产量具有显著的互作效应( P <
0. 05) (表2)。
表2 含水量和乳酸菌制剂对pH值、乳酸、挥发性脂肪酸产量及其占总酸比例的影响 (占DM % )
Table 2 Effect of w ater content and lactobacillus addition on pH, lactic acid, vo lat ile f atty a cid ( VFA )
pr oduct ion, and VFA / gr oss acid ( DM % )
含水量 乳酸菌制剂添加量 pH 值 乳酸 比例 乙酸 比例 丁酸 比例 评分 等级评价
Water content ( % ) LABs( % ) pH valu e LA ( %) Rate( % ) A A( % ) Rate( % ) BA ( % ) Rate( % ) V-SCORE Grade
30 3 4. 77 3. 93c 82. 05b 0. 73 15. 24 0. 13 2. 71 81. 8 良好 Second
6 4. 90 4. 95b 87. 92a 0. 48 8. 53 0. 20 3. 55 87. 9 良好 Second
9 4. 73 5. 89a 87. 78a 0. 67 9. 99 0. 15 2. 24 87. 7 良好 Second
12 4. 90 5. 84a 89. 43a 0. 67 10. 26 0. 02 0. 31 89. 4 优 Fir st
Pooled SE 0. 30 0. 03 1. 01 0. 07 1. 64 0. 06 1. 67
35 3 4. 70a 4. 50c 85. 88a 0. 68 12. 98 0. 06 1. 15 88. 1 优 Firs t
6 4. 88a 4. 86c 76. 18c 1. 10 17. 24 0. 42 6. 58 74. 2 尚可 T hird
9 4. 61a 5. 25b 84. 68b 0. 93 15. 00 0. 02 0. 32 84. 9 优 Firs t
12 4. 42b 6. 11a 82. 79b 1. 23 16. 67 0. 04 0. 54 82. 8 优 Firs t
Pooled SE 0. 14 0. 05 0. 66 0. 10 2. 97 0. 12 3. 36
40 3 4. 34 4. 53d 78. 37d 0. 95 16. 44a 0. 30 5. 19 78. 6 良好 Second
6 4. 19 5. 78b 83. 14b 0. 87 12. 55ab 0. 28 4. 04 83. 5 良好 Second
9 4. 40 5. 42c 81. 38c 1. 12 16. 82a 0. 12 1. 80 80. 8 良好 Second
12 4. 28 7. 31a 88. 71a 0. 77 11. 03b 0. 19 2. 25 88. 3 良好 Second
Pooled SE 0. 30 0. 02 0. 32 0. 05 1. 32 0. 05 1. 32
水分×乳酸菌制剂
Water×LABs
F 值
F value
4. 31* 3. 95* 3. 70* 0. 06 NS 0. 09 NS 0. 91 NS 1. 09 NS
  注:在相同水分条件下进行比较;同列肩标不同字母为者差异显著( P< 0. 05) ; * :互作效应显著( P< 0. 05) , NS :无显著性差异
Note: Comparis on is condu cted in the same moisture conten t level. T he values w ith dif f erent sub scrip t let ters ar e sig nifican tly dif feren t ( P <
0. 05) . * indicates signif icant interact ion ( P < 0. 05) . NS: not s ignif icant . L A, lact ic acid ; AA, acet ic acid; BA, bu tyric acid
271第 3期 王 鹏等:含水量和乳酸菌制剂对狗尾草发酵品质的影响
2. 5 乳酸菌数量的变化
乳酸菌制剂对发酵后乳酸菌数量 ( lo g10 CFU/ g
DM )的影响结果见表3。在相同水分条件下,乳酸菌数
量呈现随着乳酸菌制剂添加量增加而升高的趋势, 其
中含水量35%、添加12%乳酸菌制剂处理组与其他处
理有显著差异( P< 0. 05)。在含水量40%条件下,乳酸
菌制剂添加量6%~12%各组与添加3%组, 添加12%
组与添加6%和9%组之间有显著差异( P< 0. 05)。在
相同添加剂量条件下,乳酸菌数量随着含水量的升高
而增加,其中添加量9%和12%组在40%水分下与其他
水分条件组之间存在显著差异( P< 0. 05)。含水量和
乳酸菌制剂添加量对发酵后的乳酸菌数量有显著的互
作效应( P< 0. 05)。
表3 含水量和乳酸菌制剂对发酵后乳酸菌数量( log10CFU/ g DM )的影响
T able 3 Effect o f w ater cont ent and lact obacillus addit ion on lactic acid bact eria
count after ferment ation( lo g 10CFU / g DM)
含水量 Water content ( % ) 乳酸菌制剂添加量 LABs( % )
3. 0 6. 0 9. 0 12. 0
30 7. 20±0. 66 7. 83±0. 74 8. 10±0. 69b 9. 99±1. 00b
35 8. 92±0. 83B 9. 15±0. 83B 9. 22±0. 80Bb 10. 49±0. 97Ab
40 9. 95±0. 97C 10. 72±1. 05B 11. 50±1. 10Ba 13. 53±1. 13Aa
水分×乳酸菌制剂
Water×LABs F 值 F valu e 3. 963*
  注:同行标注不同大写字母者及同列标注不同小写字母者为差异显著 ( P < 0. 05) ; * :互作效应显著 (P < 0. 05)
Note: Differ ent small and capital let ters in the s ame column and line in dicate signif icant dif ferences (P < 0. 05) ; * Indicates s ignif icant in terac-
t ion ( P < 0. 05)
3 讨 论
3. 1 含水量、乳酸菌添加量与发酵前后营养成分含量
的关系
添加乳酸菌制剂后的粗蛋白含量较低,在含水量
30%时,只要添加乳酸菌制剂就会使粗蛋白明显降低
(表1)。原因可能有三: 第一,通常低水分是产生氨态氮
和硝态氮的重要因素,而植物乳杆菌能够使硝酸盐还
原成氨 [ 14] ; 第二, 低水分导致 pH 值相对较高, 好氧微
生物抑制不够充分, 加大了对蛋白质的分解程度; 第
三, 原料草附着某些可降解蛋白的异型发酵乳酸
菌[ 15 ] ,降解蛋白质为氨态氮, 增加了蛋白损失 [ 7] , 但此
现象在35%和40%含水量组相对较弱。
粗纤维及NDF 含量随着水分含量的上升或同水
分条件下随乳酸菌添加量的增加趋于下降(表1)。这是
因为木质化程度低和非木质化的组织在发酵启动初期
被好氧微生物部分降解(如薄壁组织) , 发酵过程中乳
酸菌又以半纤维素水解得到的木糖和阿拉伯糖作为底
物进行戊糖发酵所致, Mustafa A F 等( 2003)在三叶
草青贮的研究也得到了相同的结论[ 16]。ADF 的主要
成分是木质素,木质素很难在短期内被微生物分解, 因
此本研究中ADF 含量未受到发酵水分和乳酸菌添加
量的显著影响。
3. 2 含水量、乳酸菌添加量与pH值、乳酸、挥发性脂
肪产量的关系
在相同水分条件下, pH 值基本不受乳酸菌添加
量的影响,但随着水分含量的提高趋于下降(表2)。水
分含量的提高引起的有机酸产量增加可能是造成pH
值随着水分含量的增加而降低的主要原因。如含水量
35%、添加12%乳酸菌制剂,或含水量40%、添加3%乳
酸菌制剂,均可将 pH 值降到4. 4以下。含水量和乳酸
菌制剂添加量之间的互作关系可以在生产上灵活运
用,例如,可以根据原料草的水分含量适当调整乳酸菌
制剂的添加量。一般认为, pH 值5. 0以下的结果属于
正常发酵, 刘建新等[ 17]认为最理想的 pH 值是 4. 0~
4. 4。本研究所得到的pH 值在4. 19~4. 9之间, 说明含
水量 30%条件下添加乳酸菌制剂能正常发酵,适当提
高水分含量可使发酵效果更加理想。
有机酸的产量及其比例影响青贮效果,乳酸产量
或其占总酸的比例越大青贮效果越好 [ 7, 9, 17]。本研究
中,无论含水量和乳酸菌制剂添加量如何, 乳酸产量占
干物质的比例大都在4%以上,占总酸比例大都在76%
以上,因此各处理组在V-SCORE 和等级评价上大都
得到了良好的结果。
3. 3 含水量、乳酸菌添加量与发酵后乳酸菌数量的关系
提高乳酸菌添加量造成了发酵后乳酸菌数量的增
加。乳酸菌分为乳酸球菌和乳酸杆菌,二者均在厌氧条
件下利用发酵底物中的糖类生成乳酸[ 14] ,前者在发酵
初期是优势菌,在生产乳酸降低pH 值的同时活性逐
渐受到抑制,后者随着pH 值的降低活性升高,作为优
272 草 地 学 报 第 14卷
势菌主导发酵过程 [ 18] , 但4. 0以下的pH 值会抑制其增
殖[ 14 ]。本试验所用的混合乳酸菌中,球菌约占40%, 对
发酵初期迅速降低pH 值、为约占60%的杆菌进一步增
殖创造了有利条件;另一方面,本研究中pH 值最低为
4. 19, 降低的酸度并未达到足以抑制乳酸菌增殖的程
度,这也是同水分条件下乳酸菌数量随着乳酸菌制剂
添加量增加而增加的直接原因之一, 同时佐证了混合
菌种的效果好于单一菌种的结论 [ 5]。
含水量的提高也造成了发酵后乳酸菌数量的增
加。乳酸菌的增殖需要一定的液相环境和发酵底
物[ 19 ]。本研究所用的狗尾草含有较多的碳水化合物,
因此发酵后乳酸菌的数量在同乳酸菌添加量的条件下
随水分含量的增加而增加。
在晾晒牧草过程中,叶面上的乳酸菌数量会随水
分的损失而减少, 当含水量降低到35%以下时, 其数量
还不足每克牧草105个[ 14]。至于本研究,晾晒后干草的
水分已经降到了8. 5% ,其叶面上的乳酸菌将会更少,
但通过对干草补加水分和乳酸菌制剂后仍得到了较为
理想的发酵效果。由此可以推测,如果把所晾晒干草的
水分直接调整到30%~40% ,通过叶面乳酸菌和乳酸
菌制剂的共同作用,将有可能进一步提高发酵效果。
4 结 论
4. 1 对每克干物质添加 6. 14( log 10CFU )以上的混合
乳酸菌, 可使狗尾草( Elsholtj ia cyp r iani)干草在30%
~40%水分条件下启动发酵,并获得良好的发酵效果。
4. 2 在相同乳酸菌制剂浓度下,发酵品质随发酵水分
含量的提高而提高。
4. 3 在 35%和 40%水分条件下添加乳酸菌制剂可显
著降低pH 值、CF 和 NDF 含量, 添加量以 9%和12%
为佳。
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(责任编辑 孙洪仁)
273第 3期 王 鹏等:含水量和乳酸菌制剂对狗尾草发酵品质的影响