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青贮饲料的调制技术及在牛饲养中的应用,青 [复制链接]

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一、青贮的特点

1.青贮饲料能够保存青绿饲料的营养特性

青绿饲料在密封厌氧条件下保藏,由于不受日晒、雨淋的影响,也不受机械损失影响;贮藏过程中,氧化分解作用微弱,养分损失少,一般不超过10%。青绿饲料在晒制成干草的过程中,养分损失一般达20%~40%。每千克青贮甘薯藤干物质中含胡萝卜素可达94.7毫克,而在自然晒制的干藤中,每千克干物质只含2.5毫克。在相同单位面积耕地上,所产的全株玉米青贮料的营养价值比所产的玉米籽粒加干玉米秸秆的营养价值高出30%~50%。

2.可以四季供给家畜青绿多汁饲料

调制良好的青贮料,若管理得当可贮藏多年,因此可以保证牛一年四季都能吃到优良的多汁饲料。青贮饲料仍保持着青绿饲料的水分高、维生素含量高、颜色青绿等优点。我国西北、东北、华北地区气候寒冷、生长期短,青绿饲料的生产受到限制,整个冬春季节都缺乏青绿饲料,调制青贮饲料把夏、秋多余的青绿饲料保存起来,供冬春利用,解决了冬春家畜缺乏青绿饲料的问题。

3.消化性强,适口性好

青贮饲料经过乳酸菌发酵,产生大量乳酸和芳香族化合物,具有酸香味,柔软多汁,适口性好,各种家畜都喜食。青贮料对提高牛日粮内其他饲料的消化也有良好的作用。用同类青草制成的青贮饲料和干草,青贮料的消化率有所提高。

4.青贮饲料单位容积内贮量大

青贮饲料贮藏空间比干草小,可节约存放场地。1米3青贮料重量为~千克,其中含干物质为千克,而1米3干草的重量仅有70千克,约含干物质60千克。1吨青贮苜蓿占体积1.25米3,而1吨苜蓿干草则占体积13.3~13.5米3。

在贮藏过程中,青贮饲料不受风吹、日晒、雨淋的影响,也不会发生火灾等事故。青贮饲料经发酵后,可使原料中含有的病菌虫卵和杂草种子失去活力,减少对农田的危害。如玉米螟的幼虫常钻入玉米秸秆越冬,翌年便孵化为成虫继续繁殖为害。秸秆青贮是防治玉米螟的最有效措施之一。

5.青贮饲料调制方便,可以扩大饲料资源

青贮饲料的调制方法简单、易于掌握。修建青贮窖或制备塑料袋的费用较少,一次调制可长久利用。调制过程受天气条件的限制较小,在阴雨季节或天气不好时,晒制干草困难,对青贮的进行则影响较小。调制青贮饲料可以扩大饲料资源,一些植物和菊科类及马铃薯茎叶在青饲时,具有异味,适口性差,饲料利用率低。但经青贮后,气味改善,柔软多汁,提高了适口性,成为牛喜食的优质青绿多汁饲料。有些农副产品如甘薯、萝卜叶、甜菜叶等收获期很集中,收获量很大,短时间内用不完,又不能直接存放,或因天气条件限制不易晒干,若及时调制成青贮饲料,则可充分发挥此类饲料的作用。

二、青贮饲料的种类与选择

(一)青贮饲料的种类

青贮饲料按原料含水量或按发酵难易程度可以划分成几个种类。

1.按原料含水量划分

青贮饲料按原料含水量可以划分成半干青贮、中水分青贮和高水分青贮。其中,半干青贮(低水分青贮)含水量在65%以下,原料水分含量低,使微生物处于生理干燥状态,生长繁殖受到抑制,饲料中微生物发酵弱,养分不被分解,从而达到保存养分的目的。该类青贮由于水分含量低,其他条件要求不严格,故较一般青贮扩大了原料的范围,尤其对于常规青贮不易成功的饲料,如苜蓿,是一种较好的青贮方式。其他两种,中水分青贮的含水量在65%~75%,高水分青贮的含水量在75%以上。

2.按发酵难易程度划分

按发酵难易程度划分可以分成一般青贮、混合青贮、添加剂青贮。

一般青贮是将原料切碎、压实、密封,在厌氧环境下使乳酸菌大量繁殖,从而将饲料中的淀粉和可溶性糖变成乳酸。当乳酸积累到一定浓度后,便抑制腐败菌的生长,将青绿饲料中的养分保存下来。

混合青贮指禾本科牧草与豆科牧草或富含碳水化合物(包括玉米粉、大麦粉、马铃薯)的原料混合后的一种青贮。

添加剂青贮是在青贮时加进一些添加剂来影响青贮的发酵作用。如添加各种可溶性碳水化合物、接种乳酸菌、加入酶制剂等,可促进乳酸发酵,迅速产生大量的乳酸,使青贮的pH值很快降低达到要求(pH3.8~4.2);或加入各种酸类、抑菌剂等可抑制腐败菌等不利于青贮的微生物的生长;或加入尿素、氨化物等可提高青贮饲料的养分含量。这样可提高青贮效果,扩大青贮原料的范围。

(二)对青贮原料的要求

青贮原料的组成对青贮饲料发酵品质有重要影响。其中主要包括干物质含量、可溶性碳水化合物含量和缓冲能力三个部分。

1.干物质含量

青贮饲料干物质的含量直接影响到青贮饲料中营养物的流失、微生物生长、压实程度。

(1)营养流失 青贮流失物主要包含水溶性碳水化合物、蛋白质、矿物质及发酵产物,水溶性碳水化合物的损失将减少青贮发酵时其可利用的数量。青贮流失物不仅造成养分的损失,也会造成严重的环境污染。流失物(各种来源)污染水系统的问题越来越受到各种环境保护部门的重视,在欧洲的许多国家,如果青贮流失物进入水系统,农牧场主将会被指控。一般青贮饲料养分流失主要有两种情况:①在青贮的早期阶段,由于压实作用和植物体内酶的作用、微生物活动,细胞结构被破坏,汁液从细胞内释放出来。②饲草干物质含量低的情况下,尤其是未萎蔫饲草中过剩的水分(包含水溶性化合物)会从青贮窖或青贮捆流失。流失量与制作青贮的饲草的干物质含量及青贮的压实程度直接相关。

干物质含量增加,流失量下降,当干物质含量达到大约30%时,流失将不会发生。为防止养分的损失,有些牧场在青贮窖底部开一个下水道,将汁液引流出来。由于汁液营养丰富,可将流出汁液浇于饲喂的青贮饲料里;也可在窖底铺麦秸吸附汁液,这样不至发霉、浪费又增加麦秸营养。但目前青贮前饲草萎蔫被认为是减少青贮过程中养分流失的有效管理措施。

(2)微生物生长 发酵阶段微生物的生长受到饲草干物质含量的直接影响。当饲草干物质含量增加及青贮pH值下降时,所有青贮微生物活性下降。由于pH值下降发酵被终止,一些水溶性碳水化合物可能未被发酵。剩余的水溶性碳水化合物可能导致青贮在好氧条件下更不稳定,最终导致在饲喂过程中更大的损失。当饲草干物质含量增加,细菌的活性在较高pH值时即停止。通常干物质含量大于30%时可以限制梭菌生长,利于乳酸菌生长,改善青贮发酵质量。梭菌是引起青贮腐败的主要的一种细菌,对干物质含量极为敏感,且在低干物质条件下能够迅速增值。

(3)压实和青贮密度 在制作青贮饲料时,如果饲草干物质含量太高,更难获得合适的压实程度,从而造成表层物料的大量损失。如果青贮的密度低,氧气将残留在青贮窖内,一方面增加细菌呼吸和干物质及能量损失;另一方面饲草暴露在氧气中,增加霉菌污染的概率。

2.水溶性碳水化合物的含量

青贮饲料主要依赖于乳酸菌将水溶性化合物发酵转变成乳酸,可溶性碳水化合物是青贮发酵的重要底物之一。青贮原料中应含有足够的易溶的碳水化合物,这是保证乳酸菌大量繁殖、形成足量乳酸的基本条件。发酵良好的青贮饲料,基于鲜重,水溶性化合物在青贮原料中的含量应该大于2.5%,如果低于2.5%,青贮发酵不充分,pH值就不能迅速下降,从而腐败菌得以繁殖,使得发酵品质降低。使pH值达4.2时所需要的原料含糖量是十分重要的条件,通常把它叫做最低需要含糖量。原料中实际含糖量大于最低需要含糖量,凡是青贮原料为正青贮糖差就容易青贮,且正数越大越易青贮。青贮发酵所消耗的葡萄糖只有60%转变成乳酸,即每形成1克乳酸就需要1.7克葡萄糖,因此糖分不足会影响青贮效果,青贮原料中糖分至少应占鲜重的1%~1.5%。

根据糖含量可将青贮分为三类。第一类是易于青贮、含糖高的原料,如玉米、甜高粱、燕麦、禾本科牧草、野生植物、甘薯秧、芜菁、甘蓝、甜菜叶、胡萝卜、菊芋、向日葵等。第二类是不易青贮、含糖低但饲料品质、营养价值较高,如苜蓿、草木樨、红豆草、沙打旺、三叶草、大豆、毛苕子、苋菜、饲用粟、直立蒿、马铃薯茎叶等,它们可与第一类混贮或添加制糖副产物混贮(表1-1)。第三类是不能单独青贮、含糖低、营养低、适口性差的原料,需添加高糖原料才能调制出中等质量青贮,如南瓜蔓、西瓜蔓、甜瓜蔓、番茄茎叶、水蓼、稗草等。

表1-1 一些青贮原料的干物质中含糖量

注:引自王成章主编《饲料生产学》,。

温带禾草中主要的糖类是葡萄糖、果糖、蔗糖和果聚糖。温带豆科作物的主要糖类是果糖、葡萄糖、蔗糖。温带豆科作物、热带禾草和热带豆科作物水溶性化合物含量低于温带禾草的含量。在温带禾草中果聚糖是最重要的贮存碳水化合物的形式,而温带豆科饲草中主要的贮存碳水化合物的是淀粉,淀粉不溶于水。在谷类作物中水溶性碳水化合物的含量在营养生长期较高,但是随着灌浆的进行,水溶性碳水化合物含量下降,淀粉含量增加。但大多数自然存在的乳酸菌不能发酵淀粉,因此,淀粉不是乳酸菌生长的理想发酵物,除非淀粉被植物淀粉酶降解或发酵过程中被酸水解,使淀粉转变为水溶性碳水化合物。另外,大多数乳酸菌不能发酵半纤维素,但半纤维素水解后(由于植物酶和青贮饲料酸)可以释放发酵所需的糖类。影响饲草水溶性碳水化合物含量的因素很多,但植物的种类和生长阶段是最大的因素。

3.缓冲能力

缓冲能力的高低将直接影响青贮发酵的品质。植物原料的缓冲能力或抗pH值变化的能力是影响青贮的重要因素。缓冲力较高时,由于缓冲剂中和了一些青贮酸,限制和延迟pH值的下降,发酵较慢,营养物质损失就多,不良发酵的风险就会增大。而成功的发酵与饲料干物质含量、可溶性碳水化合物含量(占干物质96%)与缓冲容量之比有关。饲草作物的缓冲能力由阴离子(有机酸盐、正磷酸盐、硫酸盐、硝酸盐、氯化物)和植物蛋白共同来完成,其中蛋白的贡献量大约占10%~20%。原料的缓冲力与粗蛋白含量有关,它们二者之间成正比例关系。

影响饲草缓冲能力的因子主要有如下因素。

(1)植物种类 如苜蓿、多花黑麦草等豆科牧草类的缓冲能力较玉米、高粱等禾本科饲料作物强,蛋白质含量多,可溶性碳水化合物低,缓冲能力也高,发酵时不易形成低pH值状态,故较难青贮成功。

(2)生长期 关于牧草和饲草作物的大量事实表明,随着作物成熟,缓冲能力下降。

(3)氮肥施用 施用氮肥可以提高缓冲能力。

(4)萎蔫 饲草萎蔫后,饲草中有机酸的含量下降,导致缓冲能力下降。但在不适条件下萎蔫,植株没有达到有效萎蔫,就不会收到这种效果。

三、青贮饲料的发酵

三、青贮饲料的发酵原理与过程

(一)青贮发酵的原理

青贮主要是利用青贮原料上附着的乳酸菌等微生物的生命活动,将青贮原料中的糖类等碳水化合物,变成乳酸等有机酸。随着青贮饲料酸度的增加,抑制了各种有害细菌微生物的活动,从而达到青贮料长期保存的目的。

1.乳酸菌

乳酸菌种类很多,它是青贮发酵的主要微生物,在青贮过程中乳酸菌不但能够改善发酵品质,促进青贮过程的顺利进行,还能够保证牛的饲喂安全。同时通过不断促进乳酸菌在竞争中的优势地位,pH值降低,从而抑制其他有害微生物的产生,提高青贮饲料的有氧稳定性,这是由于添加乳酸菌能够与酵母菌产生竞争,从而可以抑制青贮饲料开窖后的二次发酵。

乳酸菌主要是两种:一种是同质型发酵乳酸,发酵后只产生乳酸。主要是乳酸链球、德氏乳酸杆菌。利用1分子葡萄糖产生2分子乳酸,其中发酵主要产生的是乳酸,引起pH值迅速下降,乳乙酸生成比例增加,同时降低丁酸和乙醇的生成量,从而抑制梭菌和肠细菌的生长。且在青贮过程中养分损失较少,但产生的能够抑制酵母菌、霉菌等生长繁殖的短链脂肪酸的数量非常少,当贮料与空气接触后发酵产生的乳酸和碳水化合物为好氧性微生物利用,就容易产生二次发酵。另一种是异质型发酵菌,发酵产物为乳酸和乙酸,还产生大量的乙醇、醋酸、甘油和二氧化碳等。

异质型发酵比同质型发酵在青贮过程中损失的饲料养分要多,青贮饲料中的异型乳酸菌发酵1分子葡萄糖产生1分子牛不易代谢的D型乳酸,转化为乳酸的效率是同质型发酵的17%~50%,并产气,可造成饲料中营养物质的浪费,而且使青贮饲料的酸度下降缓慢,为腐败菌的增殖提供了条件,但异质型发酵的乳酸菌能够提高贮料的有氧稳定性和贮料品质。

乳酸的大量形成,一方面为乳酸菌本身的生长繁殖创造了条件,另一方面产生的乳酸使其他微生物如腐败菌、酪酸菌等死亡。乳酸积累的结果使酸度增强,乳酸菌自身也受到抑制而停止活动。在良好的青贮饲料中,乳酸含量一般约占青饲料重的1%~2%,pH值下降到4.2以下时,只有少量的乳酸菌存在。

2.梭菌

梭菌又称丁酸菌或酪酸菌。菌形呈棒状或杆状。它在厌氧的状态下生长,能分解糖、有机酸和蛋白质,是青贮饲料中的有害微生物。根据梭菌的有害作用,可划分为乳酸发酵和氨基酸发酵两大生理类型,即一些梭菌发酵乳酸和糖为丁酸,这种梭菌主要有丁酸梭菌、类腐败梭菌和酪丁酸梭菌;另一些可以发酵氨基酸为氨、胺和挥发性脂肪酸,这种梭菌主要有双酶梭菌和生孢梭菌,降低牛对青贮中氮的利用,导致干物质和能量损失,降低适口性。梭菌在中性pH值和湿润的环境下容易繁殖,pH值约为4以下、水分为75%以下时梭菌会被抑制。

3.酵母菌

酵母菌是好氧性菌,喜潮湿,不耐酸。酵母菌只在青贮原料青饲料切碎尚未装贮完毕之前的表层繁殖,待封窖后,氧气越来越少,其作用随即减弱。酵母菌利用原料间残存氧气与乳酸菌争夺糖分并发酵产生乙醇,因此青贮饲料具有酒香味。而乙醇对青贮饲料几乎无保存价值。除产生乙醇外,酵母菌发酵还产生正丙醇、异戊醇、乙酸、丙酸和异丁酸以及少量的乳酸。在有氧条件下,糖分被酵母彻底氧化产生二氧化碳和水。

4.霉菌

霉菌是青贮饲料的有害微生物,也是导致青贮变质的主要好氧性微生物,低pH值和厌氧条件足以抑制霉菌的生长,所以仅存在于青贮饲料的青贮初期,易在青贮饲料表层或边缘等易接触空气的部分产生。除了使纤维素和其他细胞壁组分分解外,还能通过呼吸作用分解糖分和乳酸,分解蛋白质产生氨,使青贮料发霉变质并产生酸败味,降低其品质,甚至失去饲用价值。

5.醋酸菌

醋酸菌是一类专性好氧微生物,属醋酸杆菌属。它是酵母或乳酸发酵产生的乙醇,再经醋酸发酵产生醋酸。通常在青贮初期青贮窖内氧气残存过多,醋酸可大量产生,因醋酸有刺鼻气味,会影响青贮适口性并使品质降低。

(二)青贮的发酵过程

青贮的发酵过程,大体上可分为四个阶段。

1.青贮饲料的预备发酵阶段

青贮饲料的预备发酵阶段也可称好氧阶段,当作物被收割,就意味着好氧阶段的开始。由于青鲜饲料受铡断或挤压,其中的可溶性营养成分会外渗,且在植株间隙中还残余有氧气,这两者维持植物和微生物的呼吸作用,各种需氧菌和兼性厌氧菌都旺盛地繁殖起来,包括腐败菌、酵母菌、肠道细菌和霉菌等。植物酶利用水溶性碳水化合物进行呼吸直到所有发酵物或可利用的氧气耗尽,同时产生热量。蛋白酶开始分解蛋白质转变为各种非蛋白氮化合物——多肽、氨基酸、氨基化合物和氨-蛋白质水解。一旦青贮窖形成厌氧环境,呼吸作用也就停止。

预备发酵期的长短依赖于很多因素,包括饲草的特性、萎蔫时间的长短及条件、原料的化学成分和填窖的紧密程度。对于那些切碎、压实良好的青贮原料,这个有氧过程可以最大程度缩短。预备发酵期通常是在青贮后2天左右结束。但如果密封后此阶段持续时间较长,与密封不严或不当有很大关系,此时将会产生大量的热,导致青贮窖温度升高,造成青贮饲料发生美拉德反应,这类饲料具有宜人的香甜焦糖味道,适口性也很好,适合维持生长。但由于受高温影响,青贮饲料蛋白质和氨基酸与半纤维素结合时,生成动物自身分泌的消化酶不能降解的氨基-糖复合物,影响氨基酸的吸收利用,降低了饲料的营养价值。

2.青贮饲料的发酵阶段

一旦青贮窖形成厌氧环境,厌氧发酵就立即开始。在发酵阶段开始后,由于植物细胞酶的作用,发酵物的释放会持续1天左右,各种微生物的代谢活动逐渐活跃,例如糖代谢,产生了乳酸、醋酸、琥珀酸等,使青贮料变为酸性。在发酵良好的青贮饲料中,产生乳酸,pH值在5以下时,绝大多数微生物的活动便被抑制,霉菌也因厌氧环境而不能活动,干物质和能量损失很小。由于乳酸杆菌的大量繁殖,乳酸进一步积累,pH值下降,使饲料酸化成熟。其他细菌就全部都被抑制了,无芽孢的细菌逐渐死亡,有芽孢的细菌则以芽孢形式保存休眠下来,青贮料进入最后一个阶段。

乳酸菌迅速支配发酵过程,该发酵是较为理想的状态,乳酸生产是最有效的化学途径。但如果pH值下降很慢,有可能大肠杆菌支配发酵,利用水溶性碳水化合物发酵产生醋酸、少量乳酸和二氧化碳,造成干物质和能量损失,产生醋酸盐青贮。如果没有产生足够的乳酸或产生的太慢,就会形成梭菌青贮,梭菌发酵水溶性碳水化合物、乳酸和蛋白质,产生丁酸、丙酸、醋酸和氨基氮气,产生二级发酵,青贮饲料具有腐臭的气味,对家畜适口性差。如果存在厌氧酵母,可产生乙醇、二氧化碳造成干物质损失,但能量损失不显著。

3.青贮饲料发酵稳定阶段

第三个阶段是稳定期,由于乳酸菌迅速繁殖形成大量的乳酸,不耐酸的一些细菌如腐败细菌、丁酸菌等死亡,几种高耐酸性的酵母以无活性状态继续存在,而一些杆菌和梭菌以孢子形式蛰伏,仅有耐酸的糖酶和蛋白酶保持一定活力。糖酶能引起植物组织缓慢的酸水解,产生少量的可溶性糖,持续地补充发酵底物,而蛋白酶会导致氮的复合物向氨的转化。随着发酵程度的减弱,乳酸菌的繁殖亦被自身产生的酸所抑制,青贮进入了稳定阶段。

4.饲喂阶段

青贮开窖后进入饲喂期。在这个阶段,由于青贮饲料暴露于空气中,氧气可以自由进入青贮窖表面,导致在厌氧阶段休眠的好氧微生物包括酵母和霉菌孢子,利用发酵物乳酸、醋酸及剩余水溶性碳水化合物而快速增值,产生二氧化碳、水、热,导致青贮饲料发热,乳酸分解,pH值上升,营养价值降低。而微生物开始活动的信号是青贮饲料表面发热,温度可能达到50℃或者更高。这与青贮饲料的组成、发酵质量、干物质含量、微生物群落有关,也与饲喂因素如环境温度、饲喂速率、青贮饲料管理有关。

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