微生物青贮接种剂研究进展精品推荐.docx

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微生物青贮接种剂研究进展精品推荐

微生物青贮接种剂研究进展

摘　要　本文综述了微生物青贮接种剂对青贮发酵、青贮质量及动物生产性能的影响，及微生物青贮接种剂使用方法，并展望了微生物青贮接种剂的研究方向。

　　关键词　青贮饲料　微生物接种剂

　　青贮接种剂是微生物青贮接种剂（SilageMicrobialInoculants）的简称，也叫青贮接种菌（SilageBacteriaInoculants）。

人们对青贮接种剂（接种菌）的早期定义是：

一种额外提供给乳酸菌以保证快速而良好青贮发酵的添加剂。

青贮接种剂中应用最普遍的乳酸菌是植物乳杆菌（Lactobacillusplantarum），接种剂中的乳酸菌通常是从作物或青贮料中筛选出来的，之所以被选择是因为其繁殖迅速，并且是同型发酵。

但是随着生产和研究的发展，接种剂不再是单一的同型发酵乳酸菌制剂，一些异型发酵乳酸菌、丙酸菌甚至乙酸菌都成了接种剂的组成成分，它们或单独使用，或联合应用，有时还与某些酶制剂复合在一起。

目前美国市场有200多种青贮添加剂，其中主要是接种剂（林春健，2003）。

　　1　青贮接种剂的种类

　　目前研究和应用的青贮接种剂按使用目的可以分为两类，一类是促进发酵的微生物，主要包括同型发酵乳酸菌；另一类是提高青贮饲料有氧稳定性的微生物，主要包括布氏乳杆菌和丙酸菌，但这些种类又往往会复合在一起，且很多商品制剂种还加入了纤维素酶、半纤维素酶等酶制剂，以增加接种菌的发酵底物，因此，对于商品制剂来说，往往很难分类。

　　同型发酵乳酸菌接种剂是一种传统的接种剂，经常使用的是具有同型发酵能力的如植物乳杆菌（Lactobacillusplantarum）、粪链球菌（Enterococcusfaecium）和片球菌（Pediococcusspp）等，它们可以有效的利用作物的可溶性碳水化合物，增加乳酸的产量、迅速的降低pH值（Weinberg和Muck1996）。

当然，很多接种剂含有一种以上的乳酸菌或含有同一类的几种乳酸菌，因为不同的乳酸菌可以在不同的pH条件下生长良好，这样可以使青贮的不同阶段（pH4～6）都有快速的发酵，多种乳酸菌也可使接种剂对于各种作物、水分和温度均有良好的表现。

　　Whittenbury1961年首先提出了理想接种标准（Seale，1986年），这一原始标准不断的被完善（McDonald，1991；Seale，1986；Woolford和Sawczyc，1984；Hellings等，1985），可将其主要内容可归纳为：

①快速生长并同自然菌株的成功竞争；②糖的同型发酵和乳酸的快速产生；③耐酸性（pH接近4）；④发酵范围较广的糖类；⑤不产生源自蔗糖的不可发酵的右旋糖苷和源自果糖的甘露醇；⑥不降解有机酸；⑦温度在50℃以上时可以增殖或者至少可以生存；⑧低湿度的萎蔫牧草上增殖较好；⑨最好是单产L（+）乳酸异构体的菌株。

　　布氏乳杆菌具有提高青贮饲料有氧稳定性能力，如Lactobacillusbuchneri40788，一种异型发酵乳酸菌，它可以产生高剂量的乙酸抑制酵母和霉菌，从而使青贮饲料在暴露于空气中时不易损坏（Driehuis等1999；Weinberg等2002）。

布氏乳杆菌是近十年来才被人们认识的，它的应用改变了接种剂原有的定义和标准。

此外，还有一些接种剂含有丙酸菌，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　青贮接种剂对发酵的影响

　　接种剂对青贮的主要影响是增加发酵速率和发酵产物的转换，如果接种的同型发酵乳酸菌支配了发酵，它们的快速增殖会引起pH迅速下降及乳酸与乙酸和乙醇的比例增加，由于乳酸的酸性高于乙酸，pH下降的更快，成功的接种剂会造成低的终pH。

这可能归咎于两个原因：

接种剂中典型的乳酸菌可以在较低的pH下生长，以便在其被抑制之前持续发酵造成更低的pH值；即使受到糖的限制，由于从乙酸向乳酸的发酵转换仍可以使pH更低。

　　蔡义民等（1995）在意大利黑麦草添加乳酸菌有效地抑制了与青贮饲料共存的丝状菌（霉菌）、酵母菌及一般细菌的繁殖，乳酸杆菌制菌效果大于乳酸球菌。

此外，添加乳酸菌使pH及氨态氮与全氮比值（NH3-N/TN）降低，乳酸含量提高，改善了青贮饲料发酵品质。

还增加了L（+）乳酸的生成比率。

傅彤（2005）报道了添加植物乳杆菌和乳酸片球菌，降低了全株玉米青贮的pH值，提高了乳酸、总有机酸生成量及乳乙酸比例，减少了乙酸生成量。

Muck和Kung（1997）对从1990～1995年期间发表的使用青贮接种剂的试验结果进行总结时发现：

接种菌可以有效降低pH，并使发酵时乳酸含量升高的试验超过60％；接种菌的效果依不同的青贮原料而定，禾本科牧草、紫花苜蓿和三叶草效果最为明显（59％～64％的试验降低了pH）；而玉米青贮和小粒谷类作物效果则不显著（31％～44％的试验降低了pH）。

此外，氨的水平也有明显下降，这说明接种菌可以较好保留蛋白质。

青贮接种剂的效果受饲草上天然乳酸菌的数量和质量、饲草的青贮特性及接种剂的品质等多种因素的影响。

　　3　青贮接种剂对青贮质量的影响

　　3.1　青贮接种剂对干物质回收率的影响

　　堪萨斯州立大学的研究人员在用直立水泥青贮塔试验接种剂对玉米青贮的保存和饲喂效果时，发现接种的19个玉米青贮其干物质回收率比未处理的高1.3个百分点（Bolsen等，1991）。

发酵产物的转变会增加干物质的回收率，同型发酵几乎没有干物质的损失而异型发酵干物质损失明显，一般接种菌会提高干物质回收率的1%~3%，但结果不一致，约有50~60%的试验表现出这种积极效应（Muck，1993&1997）。

原则上接种菌不能明显的改善能量的损失，事实上，干物质的损失必然会造成一定的能量损失（见表1）。

表1一些重要发酵途径的干物质和能量损失

乳酸菌

同型发酵

葡萄糖/果糖+2ADP+2Pi=2乳酸+2ATP+2H2O

干物质没有损失，能量损失0.7%

异型发酵

葡萄糖+ADP+Pi=乳酸+乙醇+CO2+ATP+H2O

干物质损失24%，能量损失1.7%

3果糖+2ADP+2Pi=乳酸+乙酸+2甘露醇+2CO2+ATP+H2O

干物质损失4.8%，能量损失1.0%

肠细菌

葡萄糖+3ADP+Pi=乙酸+乙醇+2CO2+2H2+3ATP+2H2O

干物质损失4.8%，能量损失17%

酵母

葡萄糖+ADP+Pi=乳酸+乙醇+CO2+ATP+H2O

干物质损失4.8%，能量损失0.2%

梭菌

乳酸+ADP+Pi=丁酸+2CO2+2H2+ATP+H2O

干物质损失51%，能量损失18.4%

摘自：

McDonald等（1991）

　　3.2　青贮接种剂对有氧稳定性的影响

　　3.2.1　青贮饲料的有氧稳定性

　　有氧稳定性（AerobicStability）是指青贮饲料在青贮窖中或饲槽中保持新鲜（不变质）的能力。

装窖时空气的排出的程度对青贮质量影响很大，压实良好的青贮料30分钟内可使环境氧低于0.5%（Woolford，1990年）。

青贮过程要求的环境氧最高不能超过1%（体积比），高于这个数值厌氧环境就会被破坏（Liske等，1989），但这种环境仍可足以维持一些需氧微生物的生长，如果青贮料处理不善这个问题会变得更为严重。

需氧菌的生长和代谢会导致乳酸含量较低而乙酸含量较高，氨态氮增加（Ruxton和McDonald，1974年）。

这种低质量的青贮饲料会使不耐酸病原菌的增殖，如致命性的梭菌和李氏杆菌（Ruxton和Gibson，1995年）。

　　当青贮窖打开时，青贮饲料暴露于空气中，好氧微生物分解乳酸和残余的可溶性碳水化合物引起腐败，产生CO2、分解蛋白质和氨基酸为氨或胺类物质（Seale，1986）。

有氧腐败产生大量的热，增加了pH，降低了饲料消化率，其中主要是蛋白质的消化率，并导致适口性降低（Woolford,1990）。

玉米等含糖量高的作物青贮后残留的糖和乳酸的量较高，开窖后有氧稳定性更低（Ohyama等，1975）。

青贮料严重变质时可以提供丝状真菌生长的条件，这类微生物可以产生有害的毒枝菌素（Nout等，1993；Ohmomo等，1994）。

因此如何提高青贮饲料的有氧稳定性，防止二次发酵是目前的研究热点，同时，这项研究也极具商业价值。

关于二次发酵的机理尚不十分清楚，Woolford（1990）发现酵母在多种作物青贮的腐败过程中担当重要角色。

如果乳酸利用酵母的数量超过l05cfug-1DM，青贮饲料很可能会在开窖后迅速腐败，然而，青贮中即使有大量的酵母，若乳酸利用酵母不足，也不会迅速变质（Jonsson，1984）。

乳酸利用酵母或许是有氧变质的发起因素。

　　3.2.2　同型发酵乳酸菌对青贮饲料有氧稳定性的影响

　　Muck和Kung（1997）的总结也提到了大约三分之一的报告指出同型发酵乳酸菌降低了青贮饲料的有氧稳定性，特别是全株玉米和禾本科牧草青贮。

Mnck（2002）发现1999～2001年三年中对四个传统接种剂进行的十次的试验中仅有一次提高了有氧稳定性（16h），其余的都有消极作用，其中两组损坏严重，平均比对照组减少了17h。

尽管这种减少微不足道，但在夏季就凸显重要了。

其原因可能是乳酸菌接种剂导致了发酵产物由乙酸向乳酸转换，乙酸在特定的pH值下对酵母的抑制作用大于乳酸（Moon，1983），而酵母通常是青贮饲料腐败产热的发起者（Woolford，1990）。

　　3.2.3　布氏乳杆菌对青贮饲料有氧稳定性的影响

　　近年来一种新型的接种菌——布氏乳杆菌受到人们的广泛关注。

布氏乳杆菌与其它的接种菌有明显区别，它是一种异型发酵乳酸菌。

这种乳酸菌在2001才刚刚被FDA认可为青贮添加剂。

很多试验研究了它与各种青贮原料有氧稳定性的关系，包括玉米（Driehuis等，1999a&1999b；Ranjit和Kung，2000；Ranjit等，2002）、禾本科牧草（Driehuis等，2001）、苜蓿（Kung等，2003a）、整株小麦（Weinberg等，1999）、整株大麦（Kung和Ranjit，2001；Taylor等，2002）、高水分玉米（Kendall等，2002；Taylor和Kung，2002）和高粱（Weinberg等，1999）。

这些研究表明，布氏乳杆菌可以明显而稳定的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。

美国奶牛与牧草中心在通过三年的连续试验表明，布氏乳杆菌可以提高玉米青贮的有氧稳定性，三年试验的数据相似，与对照组相比提高100到811h，足以见其效果的稳定性（Muck，2002）。

最近Driehuis等（2001）使用同型发酵乳酸菌（Pediococcuspentosaceus和L.plantarum）降低了青贮饲料的有氧稳定性，但与布氏乳杆菌共同使用时提高了有氧稳定性，二者具有协同效应。

　　3.2.4　丙酸菌对青贮饲料有氧稳定性的影响

　　丙酸菌是一种特殊的厌氧微生物，它可以发酵3mol乳酸生成2mol丙酸、1mol乙酸和1molCO2（Hettinga和Reinbold，1972）。

一些丙酸菌可以产生细菌素（Grinstead和Barefoot，1992；Lyon和Glatz，1993）。

丙酸菌作为接种剂来提高青贮饲料的有氧稳定性。

密希根大学的科研工作人员将丙酸菌接种到高水分青贮玉米中，56天开窖后，分析短链脂肪酸、酵母菌及霉菌的含量，发现接种丙酸菌比未接种的高水分玉米青贮丙酸含量高，酵母菌和霉菌含量低。

它们后来从高水分玉米青贮中分离出一株丙酸菌，并利用试管作为青贮设备评定了这株丙酸菌在全株玉米青贮中的作用，结果表明25天发酵后，接种丙酸菌与添加1％丙酸的玉米青贮中酵母和霉菌的数量相同，但比对照组少（Dawson等，1991&1993）。

　　丙酸菌作用效果很不稳定，通常在pH下降缓慢和终p