青贮饲料是畜牧养殖业中一类重要的饲料资源,它是以新鲜的、萎蔫的或半干的青绿饲料作物或牧草为原料,经过切短、装填和封窖等操作流程,在密闭的条件下利用以乳酸菌为主的多种微生物通过厌氧发酵而调制成的一种多汁饲料,青贮原料的含水量一般要求在65%-75%[1]。青贮饲料能最大程度的保存饲料中原有的养分,而且经过厌氧菌的发酵可以增加有机酸的含量,由此带来PH值的降低,可以抑制造成牧草腐烂的霉菌或好氧菌类的活动,从而长期保存[1]。青贮饲料有机酸的总量以及构成可以反映青贮发酵过程的好坏,其中重要的是乳酸、乙酸、丙酸和丁酸,可溶性碳水化合物(water-soluble carbohydrate, WSC)发酵产生的丙酸较多,而粗纤维较多的粗饲料则发酵乙酸较多。发酵过程中也会有乳酸产生,对反刍动物也是一种可利用提供能量的有机酸。优良的青贮饲料,含有较多的乳酸、乙酸和丙酸,如果丁酸含量较多,表明青贮品质较差[3]。实验室可以采用气相、液相色谱法测定青贮饲料中的有机酸含量。青贮发酵过程中产生的有机酸是为反刍动物供能的主要物质,为反刍动物提供70%-80%的可消化能[4],在反刍动物体内主要经过瘤胃上皮吸收,是糖异生、脂肪合成等生理生化途径的重要前体物质,成为主要的供能物质。同时,有机酸可以使瘤胃保持一个较为理想的酸性环境,利于瘤胃微生物的生长与繁殖[5]。
本文总结了青贮饲料调制过程中有机酸产生的途径,及在反刍动物体内代谢利用的过程,并叙述了青贮中有机酸对反刍动物营养的意义。由此,对于在生产中调制优质青贮饲料,以及开发应用微生态菌制剂来调控青贮发酵过程提供理论参考。
1 青贮中的微生物种类和作用
通过调制青贮来保存青绿多汁饲料的方式主要是利用了乳酸菌厌氧发酵来实现的。收获的青绿饲料上除了有天然乳酸菌群落,还有其他的微生物细菌,包括李斯特菌、酵母、霉菌等多种微生物,他们都会影响发酵过程及最终青贮饲料的质量[6]。
乳酸菌(Lactic acid bacteria):乳酸菌是兼性厌氧菌,它是青贮发酵中主要的菌种,是一种有益菌。通常存在于小批量的生长作物中,能够在收获后迅速繁殖,尤其是在切碎和割碎的作物中。一般分成两类:同型发酵菌(葡萄糖经过EMP途径发酵,只生成乳酸这一种代谢产物,但是在微生物发酵过程中由于其他因素的干扰,完全转化的几率一般不存在,所以通常默认为乳酸的转化率达到80%以上即可以算作同型乳酸发酵)和异型发酵菌(因缺乏EMP中的醛缩酶和异构酶,所以葡萄糖依赖HMP途径发酵,产物除主要产生乳酸外,还产生1,2-丙二醇、乙酸和少量乙醇、二氧化碳等)。研究表明,同型发酵乳酸菌可有效提高发酵过程中青贮品质,而异型发酵乳酸菌利用初期发酵的乳酸产生乙酸,而乙酸能够直接抑制好氧微生物的生长,可以改善青贮饲料有氧稳定性,降低厌氧贮存阶段和开窖后酵母和霉菌的生长[7-10];1,2-丙二醇也被称为丙二醇,被用作一种高能量饲料补充物,以防止奶牛的酮症[11]。尽管异型发酵会产生不利产物,但在长期的发酵过程中,有氧稳定性的改善是有益的,因此在最初的发酵过程中产生的少量损失就不那么重要了。作物在青贮过程中,将水溶性碳水化合物发酵成有机酸,主要是乳酸,从而降低PH值,促使腐败菌、梭菌等活动受抑停止,甚至绝迹[6]。PH值下降也有一定的范围,通常在4.2以下时,对青贮发酵不利的微生物生长都会受限,只有乳酸杆菌可以继续存活,当PH继续下降至3时,此时发酵活动基本结束。在青贮过程中,还会发生半纤维素的水解,释放戊糖,大多数类型的乳酸菌都可以将它们发酵成乳酸和乙酸。
梭菌(丁酸菌)(Clostridia):在青贮饲料发酵过程中或产生丁酸、胺类物质等。在青贮调制过程中是一种有害菌。在青贮饲料中的梭菌的主要来源是于土壤污染,主要以孢子的形式存在,并且只有在严格的厌氧条件下才能生长[4, 10]。可以被分为两个主要的种类:糖溶性梭菌和蛋白水解梭菌,糖溶性梭菌可以使葡萄糖和乳酸分解产生具有挥发性臭味的丁酸,同时产生氢气和二氧化碳,导致PH升高。蛋白水解菌类主要是把氨基酸发酵成各类产品,包括乙酸、丁酸、氨和胺,使原料发臭变粘。梭菌生长的适宜PH是7.0-7.4,他们不能忍受酸性环境,通常PH达到4.2就足够抑制梭菌生长,梭菌对于水的可用性尤其敏感,在湿润的环境下才能快速生长,水分充足的作物,即使PH降低至4也不能抑制其活性。在被污染的青贮饲料的基础上,梭菌对动物饮食的影响可能是危害健康。[12]在青贮作物生长过程中,如果施用大量未腐熟好的养殖场粪尿肥,会有大量的有害菌存在,如果收割原料靠近地面,则会有大量有害菌被带入收获的原料中。因此,一般要求收割时要离地20cm以上,减少杂菌污染。