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日期20020621标题常规青贮饲料
副类别饲料青贮类别青粗饲料加工、贮存
资料来源中国饲料数据库中心
正文 常规青贮饲料 (一)概况 青贮(silage)系指在密封条件下,使青绿饲料在相当长的时间内保持其质量相对不变的一种保鲜技术。silo一词来自希腊语siros,指埋藏鲜玉米的地窖之意。McDonald(1981)在其《青贮饲料的生物化学》一书中曾考证,在埃及发现的公元前1000~1500年前的油画中便有迹象表明古埃及人已掌握青贮技术,该书又引证Kirstein(1963)的报道,在公元前1200年的Carthage遗址中也发现有青贮窖。McDonald认为,在意大利至少有700年的青贮史。18~19世纪,在瑞典、德国及波罗的海沿岸各国都有关于青贮牧草或甜菜的记载。及至”世纪60年代,德国人Reihleu(1862)曾发表有关青贮工艺的论文,1870年被译成法文刊登在《法国农业杂志》上。法国农民Goffart(1877)在实践经验的基础上出版了一本青贮技术的专著,以后被译成英文,在英国发行后迅速传至美国。1886年在纽约举行了第五届青贮会议。嗣后,青贮技术在美国逐渐普及,但在英国普及则较晚。1883年在英国只有6个青贮窖,到1886年才逐渐普及,达到1 605个窖。真正在欧洲普及是二战之后,由于粮食涨价以及机械化畜牧业发展,才有了长足的发展。及至20世纪80年代,全世界在青贮技术方面的研究,每年都有近百篇论文发表,所涉及的问题从微生物学到生物化学,围绕着二次发酵问题(secondary fermentation or deterioration)、低水分青贮(haylage)问题、青贮添加剂问题、豆科牧草青贮技术问题、谷物湿贮问题等均有深入的研究。比较大的专业会议有1975年12月在美国芝加哥召开的第二届国际青贮饲料学术讨论会等。欧洲草原联合会(European Grassland Federation,简称EGF)于1979年11月在英国Brighton召开的“80年代的粗饲料贮存研讨会’’中除了干草的贮藏技术外,在青贮条件,青贮料腐坏原因,青贮料营养价值,青贮料对畜产品质量的影响,青贮料专用添加剂,青贮原料的收割适期及养分损失规律和青贮窖及填装、挖取机械等专题方面均有专门的经验交流。与会国除欧洲外,还有亚洲、非洲、拉丁美洲、美洲许多国家的代表参加。 在实际生产方面,青贮饲料的用量也在不断增加。如在美国1974年玉米青贮总产量比1960年增加了69.6%,1979年牧草青贮总产量也比1959年的730万t增长了3.1倍。与此同时北欧各国及日本的青贮料产量也在不断增长。 青贮技术在中国正式列入科研计划项目是在50年代初期,华北农业科学研究所(1953)曾将收获后玉米秸的青贮技术列入科研规划,并与山东省农业科学研究所、浙江省农业科学研究所合作,就玉米秸的收获适期、营养价值评定、青贮技术、品质鉴定等进行了研究。翌年在晋、冀、鲁等省推广,但限于当时的机械化水平、饲料饲养管理水平以及三秋抢收抢种季节主要忙于粮食,致使这项技术长期未能得到全面推广。80年代以后,随着收贮机械化程度的不断提高,目前青贮饲料已在全国范围内成为养牛业中常规技术。 (二)青贮饲料的发酵过程 对青贮饲料在发酵过程中的菌群演变、化学变化等,从30年代开始由诺贝尔奖金获得者,芬兰学者A.I.Virtanen(1945)进行过大量研究’,相继有A.J.G.Barnett(1954)、C.W.Langston(1958)、P.McDonald(1973)、S.Watsontt(1956)、K.Whittenbury(1961、1967、1968)等进行过大量的工作,并对青贮饲料的发酵过程作过系统的论述。 青贮饲料的发酵过程大体可分为植物呼吸期、微生物竞争期、乳酸发酵期、稳定期等4个阶段。优质青贮料的植物呼吸期不到5d,微生物竞争期及乳酸发酵期一般为5~15d,1个月以后就转入稳定期,可长达10年以上。 1.植物呼吸期刚收割下来的青绿植株中的细胞并未立即死亡。切碎的青贮原料被装窖后虽然密封,但仍有空气,植株中的活细胞大约在3d左右仍然进行着呼吸作用(呼出CO2,消耗O2),一直到窖内氧气被耗尽形成厌氧状态。此后植物细胞开始窒息,好氧性细菌活动减弱,而厌氧性细菌(主要是乳酸菌)迅速增殖。植物细胞的呼吸作用消耗青贮原料中的糖类而生成热,反应式; C6H12O6+6O2→一6CO2↑十+6H2O↑十热(2.82MJ)
青贮饲料发酵与微生物的变化
适量的热有利于乳酸发酵,但如窖内残氧量过多时,植物细胞呼吸期延长,不仅会引起糖原的浪费,窖温过高,也不利于各种营养成分的保存。为此,在制作青贮饲料时,排除青贮料中的间隙中空气,减少氧化损失有着十分重要意义。 植物细胞呼吸阶段的后期转化为氧化酶作用下的分子内呼吸期。此期间垂死的细胞继续分解一部分碳水化合物,与此同时一部分蛋白质则在细菌与真菌的作用下也被部分地降解,进一步脱羟基后产生氨化物与二氧化碳,有些则经过脱氨基产生挥发性脂肪酸。酵母的活动也会将碳水化合物转化为醇及有机酸类(下图)。
2.微生物竞争期 (1)乳酸发酵:青贮原料经切碎装入青贮窖中后,经过3天左右的呼吸作用,将氧耗尽,窖内变成厌氧状态,厌氧的乳酸菌迅速增殖。乳酸菌利用原料中的糖及水溶性碳水化合物(water soluble carbahydrates,简称WSC)产生乳酸,这样就使pH急剧下降,起到防腐保鲜作用。分同型乳酸发酵(homolactic fermentation}和异型乳酸发酵(heterolactic fermentation)两大类。前者将葡萄糖分解为乳酸,或将果糖分解为乳酸,而后者将葡萄糖分解为乳酸、乙醇、二氧化碳,将果糖分解为乳酸、甘露醇、醋酸、二氧化碳;将五碳糖分解为乳酸、醋酸。所以同型发酵的产物主要是乳酸,而异型发酵的产物除了乳酸外,还生成二氧化碳、乙醇、醋酸等。可见,同型乳酸发酵养分消耗少,较为理想。 青贮饲料中主要的同型发酵乳酸菌和异型发酵乳酸菌种类约有20多种。
青贮饲料中重要乳酸苗分类
青贮饲料中乳酸发酵过程微生物要发生很大变化。开始时乳酸球菌、链球菌、片球菌、明串珠菌数目多,随着原料切短,密封,厌氧条件的形成,pH变化,乳酸杆菌占了统治地位,其他菌类也发生变化。1g原料草中,开始时乳酸球菌为480个,丁酸菌在10个以下,一般细菌为120万个,蛋白质分解菌2.8万个,酵母为940个,霉菌为8.2万个,共131万个。 到第7d乳酸球菌约6亿个,第10d乳酸杆菌就多了,到30d减至6 100万个。pH第7d以后由4.3降到4.1。丁酸菌大体在20个以下。普通细菌第7d达3.1亿个,以后下降。蛋白分解菌第7d最多达6 30d万个,30d降到360个。霉菌则在迅速减少,30d减到10个以下。 总酸和乳酸在15d分别为原 料的3.1%和2.8%;而在第3d已达1.9%和1.7%,相反,干物质中的糖,3d由7.3%降到4.5%,7d降到2.1%。
不同时间青贮饲料中微生物、pH和有机酸的变化
(2)丁酸发酵:丁酸菌又名酪酸菌(Clostriclium sp.),是一种梭状芽胞杆菌,在完全厌氧条件下和高水分条件下生长繁殖。它不耐酸,在乳酸生成量不足和pH高时更易增殖。 丁酸菌增殖时可将已生成的乳酸或原料中的糖分解生成丁酸,还可将蛋白质分解生成大量的胺或氨,使青贮饲料具有恶臭,降低了青贮品质,影响了饲料采食量。丁酸菌在生成丁酸的过程中,还造成能量的损失。 2(C3H6O)→C4H8O2+2CO2↑+2H2↑ 乳酸丁酸二氧化碳氢气 2.73MJ 2.19MJ(损失19.6%) C6H12O6→C4H8O2+2CO2↑+2H2↑ 糖丁酸 2.82MJ2.19MJ(损失22.1%) 所以在青贮制作时必须尽快创造乳酸发酵所必需的厌氧、低pH的环境,控制其他菌群的繁衍条件(图),尽早促使乳酸发酵在青贮饲料中占主导地位,控制丁酸发酵,这是青贮技术成败的关键。
青贮料内微生物生长适宜pH的界限
(3)腐生菌的破坏作用:腐生菌种类颇多,它们几乎不受温度、有氧或缺氧等条件的限制,主要有无芽胞杆菌中的假单胞菌属(Pseudomonas)、荧光菌属(Fluorenscens)、单生杆菌(P.herbicola)及有芽胞杆菌中的马铃薯菌(B.mesentericus)、枯草杆菌(B.subtilis)等。腐生菌主要是破坏青贮饲料中的蛋白质及氨基酸。第一种破坏方式是促使氨基酸脱羧。例如丙氨酸脱羧后可变为乙基胺,赖氨酸可变为戊二胺(尸胺),其反应如下: CH3CHNH2COOH→CH3CH2NH2+CO2↑ 第二种破坏方式是促使氨基酸水解,例如各氨基酸经水解后变为丙酸、醋酸、氨气、氢气与碳酸气。这些气体的逸出,说明蛋白质的损失,其反应如下: 5COOHCHNH2(CH2)2COOH+6H2O→6CH3COOH十2CH3(OH2)2COOH (4)其他杂菌及醋酸的形成:在青贮饲料的有机酸中,一般含有相当量醋酸。其来源有以下几个途径: ①乳酸发酵:将五碳糖或六碳糖转化为乳酸及醋酸。如前所述而乳酸本身也通过以下途径可转化为醋酸、丙酸及丁酸。 3CH3CH(OH) COOH→2CH3CH2COOH+CH3COOH+CO2↑+H2O ②酵母发酵:将六碳糖转化为乙醇,乙醇又被氧化而为醋酸。 参与这些物质转化的微生物中除乳酸菌外还有醋酸菌、大肠杆菌(B.coil)等。但这类微生物在厌氧条件、低pH环境中即停止活动,而醋酸的形成主要仍来源于乳酸发酵。 3.玉米青贮时的发酵进程见表玉米青贮时的发酵进程。
玉米青贮时的发酵进程
(三清贮技术要点 1.原料水分青贮原料的水分一般为60%~70%。 玉米的收割期分乳熟期、糊熟期、糊熟后期、黄熟期、完熟期。以黄熟期或糊熟后期单位面积的营养成分总收获量最高,而且也接近于调制青贮饲料时的理想水分要求。 对水分高的原料,可适当翻晒预干或添加秸秆、麦麸等,调整水分后再贮。原料水分不够,易霉变,应切碎、压实。 2.原料中糖分
青贮饲料原料中的水溶性碳水化合物含量
及含水量与其发酵品质的关系
根据研究与分析,适时收割的玉米植株、高梁植株、饲用甘蓝、菊芋植株,其干物质中水溶性碳水化合物(WSC)含量约为20%。适时收割的大麦植株、黑麦草、胡萝卜茎叶、向日葵植株,其WSC含量约在12%~19%。这些原料都可制成优良品质青贮料。豆科牧草中的WSC含量约在9%~11%,单贮不易,应与含WSC多的禾本科牧草混贮。 高野(1983)报道,青贮原料中WSC含量、水分含量与乳酸发酵品质有密切关系,WSC含量在4%以上者,可制成上等优质青贮料;含量在2.5%以上者,可制成良好质量的青贮料;含量在1.5%~2.5%者,质量难以保证,WSC含量在1.5%以下者,多为劣质青贮料,要制成良质青贮料,需经预干,降低水分含量(图)。 3.创造厌氧条件青贮窖壁应不漏气,四边压紧踩实,一般应集中力量在2~3天之内装满封顶,3m高的窖应装4m,以备原料蔫萎下沉。顶上铺塑料布,上用重物盖严、压实。 高野(1977)报道,及时封顶可促进厌氧发酵,乳酸含量高,酪酸含量少,pH低,干物质回收率高,发酵温度低(下表)。如果青贮延长到6天以后封顶,青贮料的质量将严重下降。
青贮塔封顶时间对青贮料品质的影响
(四)青贮饲料的二次发酵 二次发酵(secondaryfermentation)系指经过乳酸发酵后的青贮料,在启窖后由于温度上升,霉菌丛生而引起的品质败坏现象而言。准确地讲也可称之为好气性败坏(aerobic aeterioration)。在二次发酵的青贮料上的微生物有汉森酵母(S.hansenula)、毕赤酵母(S.pichia)、丝酵母(S.candida)等酵母菌及青霉属(Penicillium)、曲霉属(Aspergillus)、地霉属(Geotrichum)、丝衣霉属(Byssochlamys)、毛霉属(Mucor)等霉菌,在败坏过程中的温度变化有2个高峰,最初1~2d出现的高峰是由于酵母发酵引起的。第二个高峰则是由于霉菌增殖的结果,但也有在启窖后温度持续上升直至败坏的现象。对二次发酵的菌相尚未完全弄清,但总的原因是由于在厌氧条件下形成了有机酸及残留的糖分,一旦启窖后氧气侵入,从而给上述微生物提供了养料及滋生条件,进一步引起败坏。在好氧条件下,喷洒防霉剂,降低pH也不能起到防止败坏作用。 青贮料二次发酵大体有以下3种类型: 1.快速败坏型在启窖后第一天青贮料的温度即达到最高峰,pH也随着时间的推移而上升。当青贮料的缓冲能力达到极限时,pH急速上升,经过中性一微碱性阶段,最后彻底腐烂,呈堆肥状。 2.亚快速败坏型是在启窖后第2~3d开始出现第一个升温高峰,随着温度下降到接近气温,到第4~5d时又出现第二个升温高峰,pH在出现第一个高峰后持续上升,pH上升的原因主要是由于挥发性盐基态氮(VBN)的积累所致。由于pH的上升再进一步诱发好氧性微生物增殖,从而又促使蛋白质、氨基酸分解,如此形成一个恶性循环,直到第“温度达到最高峰之后温度开始下降,走向腐烂。 3.缓慢升温型青贮料的温度直到第5~8d以后才开始逐渐上升。 事实上在二次发酵的第二次发热高峰阶段外观已完全变质,失去作为饲料的价值。 酵母菌能在相当低的pH环境下增殖。因此,不能保证由于青贮料中有足够的乳酸即能防止酵母发酵,或不引起二次发酵。防止二次发酵的方法主要有2个途径:①隔绝空气,创造厌氧条件;②喷洒药剂。从国情出发,选好原料,增加青贮密度,有计划地采取青贮饲料及时喂用乃是切实可行的措施。一般认为控制青贮水分在65%~70%,窖高为15~18m,直径5~6m的青贮塔,密度控制在700~800kg/m3,启窖后整块取出即可防止败坏。青贮密度可根据其窖高、水分含量进行推算,设窖高为X,则在不同水分条件下的密度(Y)为: 水分70%Y=492.3+8.40X(r=0.99) 水分60%Y=376.5+6.13X(r=0.99) 水分50%Y=310.6+4.83X(r=0.93) McDonald及Henderson(1974)曾就若干脂肪酸对青贮发酵的影响进行了研究,结果发现每千克青贮料中添加50mmol的己酸(caproic acid),可以控制乳酸的产量。又据Woolford(1975)、Ohyama(1977)报道,丁酸发酵的青贮料反而不易发生二次发酵,这是由于丁酸等挥发性脂肪酸具有一定的抑菌作用,在有机酸中依其含有碳原子数目的多少而异,其规律是含碳原子数目越多,抑制作用越强,顺序是:醋酸CH3COOH(aceticacid);丙酸C2H5COOH(propionic acid);丁酸C3H7COOH(butyric acid);戊酸C4H9COOH(valericacid);己酸C5H11COOH(caproicacid)。 另外Ohyama(1981)还报道在青贮原料中加50mm01/kg的己酸,对防止启窖后青贮饲料的败坏有一定的效果。 (五)青贮饲料的品质鉴定 1.弗氏评分法德国Flieg(1938)曾提出青贮饲料的评分方法,Zummer(1966)对弗氏法进行了修改,即为今日的弗氏青贮评分法,世界各地均有采用(表7-8)。
Flieg氏青贮评分方案
举例说明用法: 设某青贮中含乳酸1.27%、醋酸0.83%、丁酸0.05%,按修订的Flieg氏评分方案重量比分别为59.07、38.60和2.33,查表7-8分别应得17分、5分和30分,总计得分52分。 用文字表示时:81~100分为优(sehrgut);61~80分为良(gut);41~60分为可(befriedigend);21~40分为中(massig);0~20分为劣(schlecht)。 修订方案计算比较简单,表达方式也较明确,但由于“青贮品质”容易与“饲料价值”混淆。为此有人主张避免用“青贮品质”这个词,而用Flieg氏评分法作为表示青贮饲料贮藏效果的方法。当然也有足够的试验证明,Flieg氏评分高的青贮饲料一般营养损失较少。大山(1980)报道,对104个乳牛户青贮饲料品质调查的结果,Flieg氏评分与干物质消化率、可消化总养分的相关系数分别为0.972(P<0.01)和0.938(P<0.05)。 Fileg氏评分法是以青贮饲料中的3种主要有机酸--乳酸、醋酸、丁酸的比例为基础进行评分的。因此,对高温发酵条件下的劣质青贮则不适合,因为高温发酵是在青贮初期由于好氧条件延续,呼吸作用旺盛,窖内形成高温,从而造成蛋白质的可消化性差,但表现在Flieg氏评分并不低。 此外,当青贮饲料在启窖后,由于酵母、霉菌以及其他好氧性细菌的作用会引起二次发酵,这时丁酸虽然形成不多,但乳酸、醋酸也被消耗。因此,三者比例也随之发生变化,所以Flieg氏评分法只适用于常规青贮的鉴定。 2.德国农业协会(DLG)评分法德国农业协会(Deutche Landwirtschafts Gesellschaft)根据嗅觉、结构、色泽3项进行评分,然后再按得分分成优、可、中、下4等进行感观评分。由于受每个评分者的主观因素影响较大,所以需要由训练有素的技术人员进行评分。由于不需要任何仪器设备,所以只要克服主观性仍不失为一种快速而有实用意义的方法(表)。
德国DLG感观青贮评分标准及等级评定
3.氨态氮法根据氨态氮与总氮的比例(NH3一N/TN%)进行评分。由于丁酸菌分解氨基酸后产生(NH3)一(N),依其含量可以判断青贮发酵的品质。NH3一N测定也比较简单,而且其含量与丁酸含量呈强相关。McDonald(1973)等建议NH3一N含量占总氮量为12.5%时青贮品质为优等;12.5%~15.05%时为良;15.1%~17.5%时为中;17.6%~20.0%时为不良;20.1%以上时极不良。这种评分方法不像pH那样受青贮饲料中水分含量的影响,可以较好表达青贮饲料的品质。 4.中国试行法20世纪90年代,中国青贮饲料多在农区,而且以玉米青贮料为主,牧区青贮的数量较少。目前国家尚未发布有关青贮饲料的标准鉴定方法,在试行或建议的种种方案中,比较实用可行者多以色、味、嗅、质地、切草长度、水分含量等感官指数为根据,分优、中、劣3级进行鉴定。
负责人熊本海博士



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