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洪 梅 刁其玉
摘 要 青贮饲料是反刍动物日粮的重要组成部分,青贮发酵是通过微生物作用完成的,在青贮发酵过程中产酸益生菌可以加快青贮物料酸化的速度,改善青贮产品品质,有效延长青贮饲料的保存时间,因此具有重要的使用价值。文中就青贮发酵过程中的同型发酵接种剂和异型发酵接种剂的作用原理及其对青贮质量的影响和动物生产性能的影响进行综述,并且展望了青贮菌制剂的未来发展趋势。
关键词 青贮饲料；同型发酵接种剂；异型发酵接种剂
中图分类号 S816.6
青贮的原理是在厌氧条件下，通过附着于植物体的乳酸菌利用原料中的可溶性碳水化合物，发酵产生有机酸（主要是乳酸），迅速降低pH值，从而杀灭或者抑制各种微生物的活动，达到长期保存青绿饲料的目的。
长久以来，在青贮饲料的研究过程中，人们通过多种方法提高青贮饲料的品质。通常根据对发酵的作用效果可将青贮添加剂分为四类：①发酵促进型添加剂，主要包括微生物接种剂（乳酸菌）、纤维素酶、葡萄糖、糖蜜;②发酵抑制型添加剂，这类添加剂包括硫酸、盐酸、甲酸、乙酸、甲醛等;③营养型添加剂，包括尿素、氨、乳糖、矿物质等；④好气性腐败菌抑制剂，如丙酸、山梨酸、丙烯酸等。
目前，在美国和欧洲，人们使用最多的是微生物制剂，也称为青贮接种菌或者微生物青贮接种剂。目前研究和应用的青贮接种剂按照作用特点可分为两类，一类是同型发酵乳酸菌，例如植物乳杆菌、粪链球菌和片球菌，它们能够迅速降低pH值，提高乳乙酸的生成比例，有效降低乙醇和氨态氮的产量；另一类是异型发酵乳酸菌，其典型代表是布氏乳杆菌。布氏乳杆菌是近年来逐步被人们认识并接受的，它能够产生高剂量的乙酸抑制青贮饲料中的真菌，从而使青贮饲料暴露于空气中时不易损坏。尽管两种类型乳酸菌通过不同的方式影响青贮饲料发酵，但是其主要使用目的都是尽量多的保存青贮饲料中的营养物质，而且很多商品制剂中还加入了纤维素酶、半纤维素酶等酶制剂，以增加接种菌的发酵底物。以下将对这两种类型的乳酸菌接种剂展开详细论述。
1 同型发酵乳酸菌
同型发酵乳酸菌接种剂是一种传统的接种剂，能够利用1分子葡萄糖产生2分子乳酸，引起青贮饲料的pH值迅速下降到4.2以下，进而抑制微生物的活性，达到长期保存青贮饲料的目的。
1.1 同型发酵乳酸菌对青贮发酵的影响
同型发酵乳酸菌对青贮的主要影响是增加发酵速率和发酵产物的转换。当接种的同型发酵乳酸菌主导了发酵过程，它们的快速增殖会引起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。
Muck等（1997）将1990～1995年间发表的关于使用青贮接种剂的试验结果进行总结时发现：同型发酵乳酸菌可以有效降低pH值,在60%的试验中降低了乳乙酸的生成比例，并且大约有55%的试验中降低了氨态氮与总氮的比例。尽管苜蓿本身附着的乳酸菌的数量较少，但大量的文献表明，同型发酵乳酸菌对于苜蓿发酵有积极的影响。Muck（2007）通过试验也得出相同的结论：他利用6种不同的同型发酵乳酸菌接种收割的第一茬苜蓿，发酵30 d时，与对照相比，6种同型发酵乳酸菌的pH值均显著降低（P<0.05），其中接种剂组pH值最高为4.51，最低为4.33，而对照组为5.08；同时，与对照组40.5%相比，接种剂组乳酸含量明显增加，乳酸含量为68.0%~83.5%;同时乳乙酸的生成比例与对照组相比提高了54.86%~246.53%，高含量的乳酸和乳乙酸生成比例反映出接种了同型发酵乳酸菌的青贮苜蓿有更多的乳酸发酵，这与Kung等(1984)得出的结论相同。
同型发酵乳酸菌对青贮品质的影响与微生物的剂量有关。在Muck等(2007)的试验中还发现，添加到第二茬苜蓿的接种菌的数量为1×106 cfu/g，而植物本身的附着菌数为2.7×107 cfu/g。试验结果表明，对照组的乳酸含量显著高于另外6个同型发酵乳酸菌处理组，这6株同型发酵乳酸菌对苜蓿发酵过程产生的积极影响较小。针对这一问题，前人专门做过研究，据Muck（1989）报道，当青贮中添加接种菌的数量为天然乳酸菌数量的10%或更多时，接种菌会显著提高青贮发酵的品质。而且当接种量小于天然乳酸菌数量的1%时，接种菌对青贮发酵品质不会表现出显著的影响。
1.2 同型发酵乳酸菌对动物采食量和生产性能的影响
很多研究表明，接种了同型发酵乳酸菌的青贮饲料能够提高动物采食量和生产性能。Kung等(1997)总结了1990~1995年期间发表的使用青贮接种剂的文献,其中家畜采食量提高的试验占28%(n=67),增重提高了的试验占53%(n=15),奶牛产奶量提高了的试验占47%(n=36)。在提高了产奶量的试验中,平均提高量为1.4 kg/d。张乃峰等(2005)试验结果表明，添加同型发酵乳酸菌的青贮饲料较饲喂普通青贮饲料的奶牛平均产奶量增加了0.82 kg/d,提高4.6%，与Kung等（2001）的研究结果相近。Kung等（2003b）总结了12个由北美和欧洲的大学和政府研究机构采用Lactobacillus plantarum MTD 1进行的奶牛试验,统计学研究表明,尽管接种剂对采食量没有影响,但可以提高4.6%的产奶量,并且这些试验涵盖了不同原料(禾本科牧草、玉米和苜蓿)和不同的DM含量(150～460 g/kg)。
事实上，同型发酵乳酸菌对于动物生产性能的影响效果差异很大，这与植物的种类、植物中天然乳酸菌的数量、可利用糖的含量、干物质含量以及饲喂方式有关。Muck等(1997)发现：接种菌对禾本科牧草、紫花苜蓿和三叶草效果最为明显(其中59%～64%的试验中青贮饲料的pH值有所降低)；而对玉米和小粒谷类作物效果则不明显(其中只有31%～44%的试验中青贮饲料的pH值有所降低)。另外有些研究中,尽管接种剂对发酵的常规指标没有影响,但仍然提高了动物的生产性能。而Keady等(1996)报道，在饲喂前将植物乳杆菌（109 cfu/g）添加到青贮饲料中，对羔羊的生产性能没有显著影响。
2 异型发酵乳酸菌
异型发酵乳酸菌利用1分子葡萄糖仅能产生1分子乳酸，将碳水化合物转化为乳酸的效率仅为同型发酵乳酸菌的17%～50%。
青贮饲料暴露于空气中会腐败变质，酵母菌被认为是引起饲料变质的元凶，它能够利用乳酸发酵，引起青贮饲料的pH值升高，从而引起条件性细菌和真菌的生长繁殖，进一步加剧饲料腐败。青贮饲料在青贮窖或饲槽中保持新鲜（不变质）的能力通常用有氧稳定性表示。有氧稳定性是指青贮饲料暴露于空气中，饲料温度高于环境温度2 ℃所需要的时间。Muck(1996)第一次提出布氏乳杆菌或许可以提高青贮饲料的有氧稳定性后，后人就此做了大量的研究。Elferink等（2001）发现，布氏乳杆菌通过将乳酸转化为乙酸来提高青贮饲料的有氧稳定性，但是目前关于异型发酵乳酸菌的作用效果仍然有很多争议。首先，有些学者怀疑异型发酵乳酸菌改变青贮饲料发酵过程和提高有氧稳定性的能力；另外有些学者认为添加了布氏乳杆菌的青贮饲料中产生的高剂量乙酸会降低动物的采食量，进而影响动物的生产性能；当然其中也不乏怀疑异型发酵乳酸菌功效的人，因为他们认为异型发酵乳酸菌没有有效的途径能够利用大量的干物质。布氏乳杆菌的应用改变了接种剂原有的定义和标准。除此之外，丙酸菌也作为接种剂使用，其目的和使用布氏乳杆菌相似，即利用其生产丙酸的能力来提高青贮饲料的有氧稳定性。
2.1 异型发酵乳酸菌对青贮的影响
异型发酵乳酸菌会引起青贮饲料pH值的下降，乳酸和酵母数量的减少，但是却增加了乙酸的生成量。关于异型发酵乳酸菌，很多学者更多地研究了它与各种青贮饲料有氧稳定性的关系,包括玉米、禾本科牧草、苜蓿、整株小麦、整株大麦、高水分玉米和高粱。这些研究结果表明,布氏乳杆菌可以明显改善青贮饲料的有氧稳定性。尽管其对有氧稳定性的提高程度不尽相同,从一天到数周不等,但所表现的积极效应是稳定的。
2.2 异型发酵乳酸菌对动物采食量和生产性能的影响
目前关于布氏乳杆菌争论颇多的是在发酵过程中产生的高剂量乙酸是否会影响动物的采食量。很多学者做了相关的研究，结果表明，用布氏乳杆菌处理过的青贮饲料饲喂奶牛和绵羊，动物的干物质采食量并没有受到影响。Kleinschmit等（2006）的试验结果显示，添加了布氏乳杆菌的青贮饲料产生的乙酸含量是适中的，而且尽管接种剂引起的干物质损失是显著的，但是数量很小。
布氏乳杆菌对于青贮饲料的影响与青贮原料和添加剂量有很大关系。Kleinschmit等（2006）报道，布氏乳杆菌添加量大于105 cfu/g时，接种剂对玉米青贮的效果要好于禾本科牧草和小颗粒谷物饲料；而且随着添加量的增加，3种青贮饲料的有氧稳定性都逐步提高。
3 影响青贮接种剂使用效果的原因分析
事实上，接种剂对青贮饲料的作用效果很不稳定,有些接种剂的添加效果并不理想。出现这种情况的原因很多，比如青贮原料不适合，植物中天然乳酸菌的数量较多，可利用糖的含量较少，青贮时没有保证厌氧环境，以及青贮过程中接种剂喷洒不均匀等等。而乳酸菌的接种量是影响饲料发酵的关键因素，因为不同植物中天然乳酸菌的数量是显著不同的，如果接种菌在发酵过程中不能占据主导地位就很难保证达到预期的效果。Weinberg等（1996)建议，当接种菌数目在105～106 cfu/g FM就可以抑制植物体附着的野生乳酸菌生长,从而统治发酵过程。Ranjit等(2002)的试验表明，当布氏乳杆菌用量大于5×105 cfu/g FM时就可以达到满意的效果。Pitt等(1987)建议接种菌的数量至少应该超过野生乳酸菌数目的10倍才能在青贮过程中主导发酵。
青贮原料中代谢水的含量也会影响接种剂的使用效果。代谢水缺乏会抑制乳酸菌的活性，然而，或许正因为如此，接种剂在这种条件下能更好的发挥作用。例如，禾本科牧草青贮时，如果干物质含量大于450 g/kg，牧草中天然乳酸菌只有10%会生长繁殖。同样地，干物质含量为500~600 g/kg的青贮苜蓿与干物质含量小于450 g/kg的青贮苜蓿相比，pH值的下降受接种剂的影响更加明显。而且，干物质含量较高的饲料直接青贮和添加接种剂青贮的最终pH值差异更加显著。Driehuis等（1997）报道，干物质含量高（421~568 g/kg）的禾本科牧草青贮,试验组在20~30 d时pH值降到最低并稳定，而对照组则需要180 d。
4 青贮菌制剂的前景展望
青贮接种剂的使用效果应从物理、化学和生物学以及动物营养指标进行综合评价，而目前缺乏科学统一的评价体系，尤其对生物学特性和动物营养评价两个方面重视程度不够。青贮牧草的目的是饲喂家畜，满足其营养需要，提高动物生产性能，给农户带来经济效益。所以从动物营养角度出发对青贮牧草进行评价会十分有意义。而事实上，现今对于青贮牧草在家畜营养方面作用的研究尚不够深入，应进一步加强。
微生物接种剂与化学添加剂相比，以其安全，廉价及使用方便的特点正在被越来越多的人接受并使用，而且在一定条件下，很多品种都可以在不同的情况下显著改善饲料青贮品质。近年来我国青贮饲料产业得到了快速的发展，几乎所有的大、中、小型奶牛场所用的粗饲料都是以青贮饲料为主，但是我国自主研发的微生物青贮接种剂的种类和数量都很少，与发达国家存在很大差距，这与我国目前的生产力发展水平是极不相适的，所以有待加强这方面的研究。特别需要指出的是，随着生产和研究的发展，同型发酵乳酸菌和异型发酵乳酸菌的联合接种才是最佳选择，因为这样既能够加快发酵进程、降低pH值，又能提高青贮饲料的有氧稳定性。应加强同型发酵乳酸菌和异型发酵乳酸菌复合接种剂方面的研究，并尽快将其应用于生产实践。
（参考文献58篇，刊略，需者可函索）
（编辑：高 雁，）
洪梅，中国农业科学院饲料研究所，100081，北京市海淀区中关村南大街12号。
刁其玉(通讯作者)，单位及通讯地址同第一作者。
收稿日期：2009-09-21
★ 国家“十一五”科技支撑项目，“优质青贮和半干青贮技术研究及微生物添加剂开发”（编号：2006BAD04A04-05）
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