纤维素酶对玉米青贮饲料糖和有机酸生成量的影响

摘要：乳熟期、蜡熟期和种子成熟期的饲用玉米分别设对照组和添加纤维素酶组，青贮60天后评定其营养价值。结果表明：添加纤维素酶对不同生长期青贮玉米的pH值无显著影响，但降低了挥发性碱基氮含量，提高了乙酸和乳酸含量，并且乳酸的含量随成熟度而升高；丁酸仅存在于乳熟期的青贮饲料中，且添加组显著低于对照组；纤维素酶的添加显著提高了青贮饲料中可溶性碳水化合物含量，纤维二糖和麦芽糖仅在添加组中测出，且乳熟期加酶组显著高于其它两组，对照组中的鼠李糖、阿拉伯糖和半乳糖的含量显著低于添加组，葡萄糖在种子成熟期添加组中含量最高，为1194ug?g-1 ，显著高于其它两个添加组。
关键词：纤维素酶；青贮玉米；发酵品质；糖；有机酸

青贮饲料是重要的储备饲料，它能有效地保存青绿饲料的营养成分，提高其适口性、采食量、营养物质的消化率等。在青贮调制过程中加入适当的添加剂，可加快青贮的速度、改善青贮饲料的品质、提高青贮饲料的利用率。纤维素酶添加剂国外于80年代初已见报道，但在我国尚处于起步阶段，特别是对不同阶段的饲用玉米青贮料中的糖和有机酸含量和组成的研究报道很少，糖和有机酸的含量和组成是反映青贮品质的重要指标。本试验以不同生长期的饲用玉米为原料，研究了纤维素酶对青贮发酵产生的糖和有机酸产量的影响，旨在为优质、高效生产青贮饲料提供科学理论依据。
1.材料与方法
1.1原料：青贮原料为乳熟期、蜡熟期及种子成熟期的饲料用玉米；添加剂为纤维素分解酶（Acremonium cellulolyticus），按0（对照组）、0.02%(w/w)添加；青贮容器为特制的50升青贮用塑料圆筒。
1.2试验设计：三个时期的玉米原料分别设添加纤维素酶及对照2个组，每组内设3个重复，常温保存60d，供分析测定。
1.3测定项目及分析方法:原料常规成分按文献[4]测定；有机酸用气相色谱法测定；糖类用高效液相色谱法（美国waters公司生产，515型泵，2410型示差折射光检测器）测定。
1.4数据处理：根据SPSS软件进行统计分析，并对显著性进行多重比较。
2.结果与分析
1.1青贮原料营养成分：见表1。

表1 青贮原料营养成分

2.2青贮饲料有机酸组成：
由表2得知：纤维素酶对各组青贮饲料的pH值影响差异不显著；乳酸含量在各处理组中有不同程度的提高，且蜡熟期及种子成熟期均显著高于乳熟期（p<0.05）；对照组中，蜡熟期与种子成熟期乙酸含量显著高于乳熟期，纤维素酶的添加均提高了乙酸的含量，但添加组间差异不显著；丁酸只存在于乳熟期的青贮饲料中，且添加组的含量显著低于对照组；酶制剂的添加提高了乳熟期青贮料中总酸含量及乳酸/总酸、VBN/TN的比例，而在蜡熟期及种子成熟期组中加酶后这三项指标均有所下降，故在对照组中，后两个组中总酸含量及乳酸/总酸、VBN/TN的比例显著高于乳熟期组，而添加组间差异均不显著。
表2玉米青贮饲料有机酸组成（鲜样%）

注：同行数据肩号字母相同者表示差异不显著(p>0.05)，相邻者表示差异显著(p<0.05)，相隔表示差异极显著(p<0.01)
2.3 青贮饲料糖组成
由表3得知：仅添加组产生纤维二糖和麦芽糖，且各组间差异显著，以乳熟期加酶组最高，种子成熟期加酶组最低；纤维素酶的添加，显著提高了鼠李糖含量，以乳熟期加酶组的含量最高为123ug?g -1，约高于对照组12倍，蜡熟期和种子成熟期也高于对照组近4倍；甘露糖在添加组中显著地增加，乳熟期显著高于后两个生长期；阿拉伯糖含量以乳熟期添加组最高，为516 ug?g -1，与对照组相比，提高了近8倍，蜡熟期提高了6倍多，种子成熟期提高了约4倍，添加组间差异显著；添加组中半乳糖含量均高于对照组，且乳熟期显著高于其它两组；添加纤维素酶组木糖含量极显著地提高，乳熟期由362 ug?g -1增加到了1759 ug?g -1 ，提高了将近5倍，蜡熟期及种子成熟期也分别提高了约4和3倍；葡萄糖产量以种子成熟期添加组中最高，为1194 ug?g -1，显著高于其它两个添加组。
表3 玉米青贮饲料糖含量(μg-1g鲜样)

注：同行数据肩号字母相同者表示差异不显著(p>0.05)，相邻者表示差异显著(p<0.05)，相隔表示差异极显著(p<0.01)
3讨论
3.1原料营养成分对青贮品质的影响
青贮饲料的营养价值主要取决于原料的营养价值和发酵品质的好坏两个方面，而原料的营养成分随其成熟度而变化，因此青贮玉米的收获期对青贮饲料品质影响很大。一般来说，青贮玉米要在产量高、营养较为丰富的时期收获，收获过早，含水量高，干物质少，养分含量低，而收获过晚则组织木质化程度高，可消化养分含量降低。从表1也可以看出，青贮玉米伴随着成熟度的增加，水分含量逐渐减少，粗纤维的含量升高，干物质中可溶性碳水化合物含量减少。
另外，丁酸是影响青贮品质的一项重要指标，它由腐败菌（梭菌）发酵产生的，其含量高对青贮饲料的品质和保存不利。公认的青贮饲料酸度为pH 4.0时，可抑制梭状芽孢杆菌的活动，而本次试验中的青贮饲料pH都在3.8以下，但乳熟期组中仍然产生丁酸，这可能跟乳熟期的玉米含水量较高有关。因为原料水分含量越高，则抑制腐败菌的临界pH值就会越低。青贮作物的干物质含量在30%或更高时，就几乎没有梭状芽孢杆菌发生作用，饲料可保存良好。从本次试验看，饲用玉米在蜡熟期至种子成熟期收获时，产量高，可消化总养分含量高，且在青贮过程中不产生丁酸，因此是适宜的收获时期。
3.2 纤维素酶添加对青贮品质的影响
纤维素酶的添加是否有改善青贮饲料发酵品质及改善动物生产性能的作用，至今尚有争议。究其原因是酶制剂使用过程中的干拢因素太多，导致作用效果不稳定。酶制剂的影响因素主要在于两个方面，即酶本身的特性和原料的性质。在青贮过程中，酶的活性是否保持足够水平是酶制剂对青贮饲料产生效果的关键。酶作为生物活性物质，其活性受温度、pH、水活性、酶的来源和原料的影响。多数情况下认为添加酶制剂可不同程度地改善发酵品质，如降低青贮饲料pH、纤维素含量，同时提高有机酸和残余水溶性碳水化合物（WSC）含量。
在本试验中，首先从pH值来看，处理组比对照组略有降低，但差异不显著，均在3.6～3.8左右。优质青贮饲料的pH值要求在3.4～3.8，因此，本次试验中各组?符合优质青贮饲料标准，添加纤维素分解酶对青贮饲料pH值无显著影响，Pitt也证实，当青贮原料的WSC充足时，酶制剂对青贮饲料的pH值没有影响。
挥发性碱基氮/总氮是衡量发酵品质的重要指标，它由腐败菌发酵蛋白质产生，若挥发性碱基氮/总氮高，则不良发酵比重大，营养成分破坏严重，青贮品质和营养价值低。有研究表明，添加糖蜜和乳酸菌，能提高乳酸水平，减少氨态氮损失。本研究中挥发性碱基氮生成量在后两个生长期的添加组中略有降低，说明纤维素酶对提高青贮饲料的品质也有一定作用。
从有机酸的情况来看，酶制剂的添加显著地降低了乳熟期青贮玉米的丁酸含量，可能是由于酶制剂的添加，降低了pH，进而抑制腐败菌繁殖所致，但添加酶并没有大幅度提高有机酸含量，这可能是由于原料中WSC含量丰富，为乳酸菌的繁殖提供了有利条件。
有关纤维素酶对青贮饲料糖含量影响的报道很少，有报道认为，添加酶制剂可使发酵过程中糖含量降低。而本研究中，纤维素酶显著地增加了五碳糖、六碳糖和衍生单糖的含量，纤维二糖和麦芽糖只在添加纤维素酶的情况下产生，说明经过酶处理的青贮饲料，纤维素的含量有所下降，青贮饲料的品质得到了显著改善。添加纤维素酶显著提高了葡萄糖的含量，且种子成熟期组含量最高，而此组中纤维二糖和麦芽糖含量均显著低于其它两组，可能是因为种子成熟期青贮玉米淀粉含量相对较高所致。阿拉伯糖和木糖含量因添加纤维素酶而显著增加，尤其以乳熟期组提高幅度最大，其在青贮饲料中的作用和意义还有待进一步深入研究。

参 考 文 献
[1] 农业部畜牧兽医司.关于下发青贮饲料质量评定标准（试行）的通知,1996.
[2] 张宁摘译.青贮饲料品质的鉴定法.国外畜牧学-饲料,1990,(1):34-35.
[3] 陈海燕 ，严冰， 石红霞等.添加稻草对大头菜青贮饲料发酵品质和瘤胃降解的效果.浙江农业学报,1998,10(4):215-219.
[4] 杨胜 主编. 饲料分析及饲料质量检测技术. 北京农业大学出版社, 第一版 1999 ,58-63.
[5] 赵国琦，丁健，刘大林等.添加剂对稻草调节水分的大黍青贮饲料品质影响.扬州大学学报（农业与生命科学版）,2002,23(1):31-34.
[6] 高娃，张欣，孔祥辉等.高压液相色谱法测定常见单糖、双糖. 生物技术，1998，4(2):42-46.
[7] 韩鲁佳， 刘向阳， 李道俄等.我国秸秆饲料资源开发利用的研究. 农业工程学报，1997，13.增刊.120-124.
[8] BIRO,D.;JURACEK,M. Effect of bacterial /enzyme additives on the fermentation process and fibre composition in ensiled grass .Acta Fytotechnica et Zootechnica,1999,2(3)64-67.
[9] Chen，J. Stokes，MR，Wallace，CR. Effects of enzymeinoculants systems on preservation and nutritive value of haycrop and corn silages. J.Dairy. Sci，1994，77：501-512.
[10] Dubois M, Gilles KA,Hamilton JK,Rebers PA and Smitn F. Colorimentric method for determination of sugars and
related substances. Analytical chemistry，1956，28-350.
[11] Jacobs JL，Mcallan AB.Enzymes as silage additives.Ⅰ.Silage quality digestion digestibility and performance in growing cattle. Crass and Forage Sci，1991，46：63-73.