全株藜麦和全株玉米混合青贮的发酵品质及霉菌毒素含量_李倩.pdf

DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2021-0710李倩，郑鑫，路平乐，何超，赵生国，蔡原，焦婷.全株藜麦和全株玉米混合青贮的发酵品质及霉菌毒素含量.草业科学,2023,40(1):218-226.LIQ,ZHENGX,LUPL,HEC,ZHAOSG,CAIY,JIAOT.Analysisoffermentationqualityandmycotoxincontentofmixedsilageofwholequinoaandwholecorn.PrataculturalScience,2023,40(1):218-226.全株藜麦和全株玉米混合青贮的发酵品质及霉菌毒素含量李倩，郑鑫，路平乐，何超，赵生国，蔡原，焦婷（甘肃农业大学动物科学技术学院,甘肃兰州730070）摘要：为探讨全株藜麦(Chenopodium quinoa)和全株玉米(Zea mays)不同比例混合后对发酵品质及霉菌毒素含量的影响，试验共设藜麦和玉米比为 010(T0)、19(T1)、28(T2)、37(T3)、46(T4)、55(T5)、64(T6)、73(T7)、82(T8)、91(T9)、100(T10)11 个组合进行混合青贮，对发酵 60d 后的青贮饲料进行感官评定、发酵指标测定和黄曲霉毒素 B1(AFB1)、玉米赤霉烯酮(ZEN)、呕吐毒素(DON)、赭曲霉毒素(OTA)、T-2 毒素含量的分析。结果表明：混合青贮中，随着藜麦添加比例的增加，青贮饲料的感官评分、粗蛋白呈上升趋势，乳酸含量呈先降后升趋势，pH、氨态氮/总氮和霉菌菌落数呈下降趋势，特别是霉菌毒素含量整体呈显著下降趋势(P0.05)。当全株藜麦添加比例达到 70%及以上时，pH、氨态氮/总氮显著低于其他各处理(P0.05)，粗蛋白、乳酸含量显著高于其他各处理(P0.05)，霉菌菌落数比其他各处理低 12 个数量级，霉菌毒素含量也明显下降。综上可知，与全株玉米混合青贮时，全株藜麦占比不低于 70%时，混合青贮品质较好，视为理想的添加量。关键词：藜麦；玉米；混合青贮；发酵品质；霉菌毒素文献标志码：A文章编号：1001-0629(2023)01-0218-09Analysis of fermentation quality and mycotoxin content ofmixed silage of whole quinoa and whole cornLIQian,ZHENGXin,LUPingle,HEChao,ZHAOShengguo,CAIYuan,JIAOTing(CollegeofAnimalScienceandTechnology,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,Gansu,China)Abstract:Thisexperimentwasconductedtoinvestigatetheeffectsofdifferentproportionsofwholeplantquinoaandwholeplantcorninamixedsilageonthefermentationqualityandmycotoxincontentofthesilage.Elevenmixed-ratiosilagescontainingwholeplantquinoaandwholeplantcornweresetinthisstudy.Themassratioofwholeplantquinoatowhole-plantcornwas010,19,28,37,46,55,64,73,82,91,and100inmixedsilages.After60daysoffermentation,the mixed silages were sampled to perform sensory evaluations and fermentation quality analyses anddeterminethecontentsofaflatoxinB1(AFB1),zearalenone(ZEN),deoxynivalenol(DON),ochratoxin(OTA)andT-2toxin.Theresultsshowedthatwithincreasesinthequinoaratio,thesensoryscoreandcrudeproteinofthesilageincreased,thelacticacidcontentinitiallydecreasedandthenincreased,thepH,ratioofammonianitrogentototalnitrogen,andfungalcolonynumberdecreased,andthemycotoxincontentdecreasedsignificantly(P0.05).Comparedwiththeothertreatments,whentheproportionofquinoaaddedtomixedsilagewasgreaterthanorequalto70%,thepHandratioofammonianitrogen收稿日期：2021-11-25接受日期：2022-03-17基金项目：甘肃省教育厅产业支撑计划项目(2021CYZC-39)；中央引导地方科技发展专项(特色藜麦产业培育及科技扶贫模式推广)第一作者：李倩(1996-)，女，甘肃白银人，在读硕士生，主要从事畜禽动物健康养殖(畜牧)。E-mail:通信作者：蔡原(1974-)，女，甘肃兰州人，教授，博士，主要从事动物遗传学的理论与应用研究。E-mail:218-226草业科学第40卷第1期1/2023PRATACULTURALSCIENCEVol.40,No.1http:/tototalnitrogenweresignificantlylower(P0.05),thecrudeproteinandlacticacidcontentsweresignificantlyhigher(P0.05),themoldcolonynumberwas12ordersofmagnitudelower,andthemycotoxincontentalsoobviouslydecreased.Inconclusion,whentheproportionofwholequinoainmixedsilageisatleast70%,themixedsilagequalityisincreased;thus,suchamendmentscanberegardedasideal.Keywords:quinoa;corn;mixedsilage;fermentationquality;mycotoxinCorresponding author:CAIYuanE-mail:藜麦(Chenopodium quinoa)是苋科藜属植物1，原产于南美洲安第斯山脉，与其他粮食作物相比，具有耐寒、耐旱、耐贫瘠、耐盐碱等抗性特征2。饲用型藜麦可代替苜蓿(Medicago sativa)作为优质饲草，也可替代玉米(Zea mays)等高碳饲草3，且木质素含量低，适口性好，生物降解和消化率高，可作为牛、羊等反刍动物优质饲料4。用藜麦青贮饲喂绵羊，其日增重约为饲喂大麦(Hordeum vulgare)青贮的两倍5，育肥羔羊日粮中添加藜麦秸秆，其日增重、料重比及养分利用率均有显著提高6。霉菌及其有毒代谢产物对饲料的污染较为严重，易引起致癌性、致突变性、肾毒性、肝毒性等一系列的生理和生物毒害，被认为是饲料和食品中的最大危害7-8，成为全球普遍关注的焦点9，所以对青贮饲料中的霉菌及霉菌毒素进行控制至关重要。有研究表明，在玉米秸秆青贮中添加辣木叶(Moringa oleifera)能减少青贮饲料中有害微生物数量，改善青贮发酵质量，提高玉米秸秆的青贮发酵品质10；全株荞麦(Fagopyrum esculentum)和全株玉米混合青贮能提高厚壁菌门和乳酸菌(lacticacidbacteria,LAB)菌种的丰度，有效抑制腐败菌生长11。而藜麦作为一种新型饲草资源，蛋白含量高、粗纤维含量低，相对于玉米和小麦秸秆，更接近家畜的日粮需要量，而且其秸秆中亦含有益于动物健康的天然抑菌成分12。有研究表明，藜麦皂苷具备抗氧化、抑菌、免疫调节等药理活性13，而皂苷可以和细菌、真菌等细胞膜的表面甾醇结合，致使膜破裂，达到良好的抗菌效果14。由此可见其突出的饲用价值，但目前青贮利用研究较少。本研究将全株藜麦和全株玉米按不同比例进行混合青贮，分析其发酵品质、霉菌及霉菌毒素的含量变化规律，寻找最优的青贮比例，以期为藜麦高效饲用性提供参考依据。1 材料与方法 1.1 试验材料试验材料种植于甘肃省农业科学院位于广河县的农业科技试验示范基地，该地平均海拔 1953m，属温带半干旱气候，年平均气温 6.6，年平均降水量 481.2mm，全年无霜期 212d，平均日照 2602h。全株藜麦(台湾红藜)于结实期、全株玉米(金凯3 号)于蜡熟期同时收获。两种青贮原料的营养成分如表 1 所列。表 1 青贮原料营养成分Table 1 Nutritional components of the silage material指标Parameter全株藜麦Quinoa全株玉米Corn干物质Drymatter/%FM35.5032.64粗蛋白Crudeprotein/%DM13.517.42粗脂肪Etherextract/%DM7.396.09粗灰分Crudeash/%DM13.204.61中性洗涤纤维Neutraldetergentfiber/%DM48.3754.54酸性洗涤纤维Aciddetergentfiber/%DM31.8425.01FM：鲜物质基础；DM：干物质基础；下表同。FM:freshmatterbasis;DM:drymatterbasis;thisisapplicableforthefollowingtablesaswell.1.2 试验设计采用单因素试验设计，桶装青贮，根据全株藜麦和全株玉米的鲜重混合青贮，混合比例为 010(T0)、19(T1)、28(T2)、37(T3)、46(T4)、55(T5)、64(T6)、73(T7)、82(T8)、91(T9)、100(T10)，共 11 个处理，每个处理 3 个重复。1.3 青贮调制与样品采集将刈割的全株藜麦和全株玉米切短为 23cm，按照比例混合均匀后，快速装入 20L 的青贮塑料第1期李倩等：全株藜麦和全株玉米混合青贮的发酵品质及霉菌毒素含量219http:/桶中压实密封，每桶总重 1213kg。于常温条件下贮藏 60d 后开桶取样，取样时去掉上层 5cm 的样品，然后将桶内样品混合均匀后，参照饲料采样15(随机布置 3 个取样点，混匀取样点样品后，用等分法随机取 3 个重复装入铝箔袋真空密封)进行样品采集。1.4 测定指标及方法1.4.1 感官评定全株藜麦和全株玉米混合青贮饲料感官评定依据德国农业协会(DeutscheLandwirtschaftsGesellschaft，DLG)感官青贮评分标准进行16。根据气味、色泽、质地 3 项指标进行评分，评定结果划分为优、可、中、下 4 个级别。1.4.2 发酵品质测定称取 20g 混合青贮饲料，加入 180mL 去离子水，充分搅拌均匀，置于 4 冰箱浸提 24h，依次用 4 层纱布和定性滤纸过滤制备青贮提取液17，测定 pH、乳酸(lacticacid,LA)及氨态氮(NH3-N)。采用 P611 型酸度测定仪测定 pH，气相色谱法18测定乳酸浓度(气相色谱仪型号为安捷伦-8890)；采用苯酚次氯酸钠比色法19测定氨态氮，凯式定氮法测定20粗蛋白质(crudeprotein,CP)。1.4.3 霉菌及霉菌毒素检测称取 25g 新鲜青贮饲料，剪碎置于含有 225mL灭菌生理盐水的锥形瓶内，加少量玻璃珠摇床振荡30min。将所得菌悬液进行连续的 10 倍梯度稀释，选择 3 个合适的稀释梯度，分别吸取 100L 滴在马铃薯葡萄糖琼脂培养基(PDA 培养基)21上，用涂布棒涂匀，每个梯度 3 个重复，于 25 培养 3d后统计霉菌菌落数。采用酶联免疫吸附法(ELISA)测定各混合青贮饲料中黄曲霉毒素 B1(aflatoxin,AFB1)、玉米赤霉 烯 酮(zearalenone,ZEN)、呕 吐 毒 素(vomitoxin,DON)、赭曲霉毒素(ochratoxins,OTA)和 T-2 毒素含量(试剂盒购自北京索莱宝科技有限公司)，具体步骤参照 ELISA 试剂盒说明书进行。测定结果与中国饲料卫生标准22规定的霉菌毒素允许限量进行比对，评价饲料污染情况。其中黄曲霉毒素 B130gkg1、玉米赤霉烯酮1000gkg1、呕吐毒素5000gkg1、赭曲霉毒素 A100gkg1、T-2 毒素500gkg1。1.5 数据分析用 Excel2010 对数据进行初步处理后，采用SPSS22.0 统计分析后进行 Duncan 多重比较，以 P0.05 表示显著水平。2 结果与分析 2.1 青贮感官评定全株藜麦和全株玉米按照不同混合比例青贮60d 后开封进行感官评定(表 2)。色泽：除 T0T4这 5 个处理颜色呈淡黄色外，其余处理组的颜色均与青贮前的原料鲜样接近，呈黄绿色；气味：T0T3组酸香味较淡，其他处理组均有明显而舒适的面表 2 混合青贮饲料感官评定Table 2 Sensory evaluation of mixed silage处理Treatment气味Smell色泽Color质地Textures综合评分Generalscore等级RatingT0101213中MediumT1101213中MediumT2101213中MediumT3121215中MediumT4121215中MediumT5132318优ExcellentT6132318优ExcellentT7142319优ExcellentT8142319优ExcellentT9142319优ExcellentT10142319优Excellent青贮感官等级评定标准：1620为优，1015为中，59为可，04分为下。T0T10处理分别代表全株藜麦和全株玉米的青贮鲜重混合比例分别为010、19、28、37、46、55、64、73、82、91、100。下同。Evaluationstandardforthesensorygradeofsilage:16to20isexcellent,10to15ismedium,5to9isfair,and0to4islowgrade.ThecodeT0T10indicatedthemassratioofwholeplantquinoatowhole-plantcornwas010,19,28,37,46,55,64,73,82,91,and100inmixedsilages.Thisisappilicableforthefollowingtablesandfiguresaswell.220草业科学第40卷http:/包酸香味；质地：T5T10处理组的青贮饲料茎叶结构保持良好，而 T0T4处理组的青贮饲料茎叶结构保持一般，略有黏手现象。综合评价来看，随着藜麦比例增加，青贮饲料的感官品质逐渐提高，特别是藜麦添加比例过半时，青贮饲料的感官品质均达到了优级。2.2 青贮品质及霉菌数量分析青贮品质各指标分析结果表明，各组的 pH3.814.02，其中，T6组的 pH 显著高于其他各组(P0.05)，T10组显著低于 T0组(P0.05)(表 3)。粗蛋白含量及乳酸含量随全株藜麦添加比例的增加整体呈现上升趋势。T9和 T10组的粗蛋白含量显著高于其他处理组(P0.05)。氨态氮占总氮百分比是衡量蛋白质保存的重要指标。T0组氨态氮占总氮的百分含量较 T10组高，差异显著(P0.05)。霉菌数量分析表明，T0T3组霉菌菌落数最高，菌落数介于 4.904.97lgcfug1，而 T10组菌落数最低，仅为 2.89lgcfug1，显著低于其他各组(P0.05)。总体来看，随着全株藜麦在全株玉米中添加比例的增加，霉菌菌落数呈下降趋势。2.3 霉菌毒素含量分析在各处理组中，AFB1、ZEN、DON、OTA 和 T-2在各组中的检出率均为 100%(表 4)，其中，ZEN、DON、OTA 和 T-2 含量均在国家饲料卫生标准规定的限量范围之内，AFB1 含量在藜麦添加比例为60%及其以下的 7 组(T0T6组)中，才超出限量范表 3 混合青贮饲料的青贮品质及霉菌数量Table 3 Fermentation quality and mold count of mixed silage处理TreatmentpH粗蛋白Crudeprotein/%DM乳酸Lacticacid/(gkg1DM)氨态氮/总氮NH3-N/totalnitrogen/%霉菌数量Mold/(lgcfug1FM)T03.860.01d7.420.60de22.500.14ab7.170.04a4.970.03aT13.870.01d6.760.44e22.220.17abc6.550.26bcd4.960.03aT23.950.04b7.550.68de21.520.50c6.810.16abc4.930.02aT33.970.02b7.980.30d21.370.04c6.900.24ab4.900.04aT43.970.03b9.860.33bc21.890.12bc6.910.10ab4.160.02bT53.960.02b9.160.24c20.440.76d6.890.31ab4.180.03bT64.020.01a10.100.38b21.880.11bc6.880.50ab4.150.05bT73.840.01de10.460.36b22.820.18ab6.210.19d4.010.08cT83.820.02e10.650.39b22.830.94ab6.370.16cd3.210.04dT93.910.02c12.900.60a22.830.97ab6.220.10d3.000.02eT103.810.01e13.390.27a23.010.27a6.290.37d2.890.08fP0.010.370.150.070.13同列不同小写字母表示不同青贮处理组间相同指标差异显著(P0.05)。Differentlowercaseletterswithinthesamecolumnindicatesignificantdifferencesamongthedifferentmixedsilagetreatmentsatthe0.05level.表 4 混合青贮饲料中霉菌毒素检测结果Table 4 Results of the mycotoxin test for mixed silage项目Item黄曲霉毒素B1(AFB1)AflatoxinB1玉米赤霉烯酮(ZEN)Zearalenone呕吐毒素(DON)Vomitoxin赭曲霉毒素(OTA)OchratoxinsT-2毒素T-2toxin检测组数Numberofdetectiongroups1111111111检出范围Detectionrange/(gkg1)14.9932.58148.28268.89341.05486.0223.3261.5423.2659.95检出率Detectionrate/%100100100100100超标数Excessivenumber70000第1期李倩等：全株藜麦和全株玉米混合青贮的发酵品质及霉菌毒素含量221http:/围。整体上来看，5 种霉菌毒素在各组中随藜麦添加比例的增加呈降低趋势。AFB1 的含量从 T6到T10组整体呈明显下降趋势，T10组含量最低，仅有14.99gkg1，显著低于其他各组(P0.05)。T0组ZEN 含量(268.89gkg1)高于T10组(148.28gkg1)，差异显著(P0.05)。DON 在 T0和 T10组间也存在类似情况，含量分别为 486.02 和 341.05gkg1，差异显著(P0.05)。OTA 含量从 T6(57.23gkg1)到T10组(23.32gkg1)，各组间整体呈显著下降趋势(P0.05)。T-2 毒素含量从 T2(59.88gkg1)到 T7组(23.26gkg1)，各组间也呈显著下降趋势(P0.05)，T7组显著低于其他各组(P0.05)(图 1)。3 讨论 3.1 藜麦和玉米混合青贮的感官评价优质的青贮饲料具有愉悦的酸香味，颜色接近原本植株颜色，且茎叶分明、质地松软。生产中一般通过感官评定快速而直观地判断青贮品质的优劣23。本研究制作的青贮饲料经 60d 发酵后，感官评分随藜麦比例的增加逐渐升高，表明藜麦与玉米混合青贮可以有效改善青贮饲料的感官品质。3.2 添加藜麦对青贮发酵品质的改善饲料青贮过程中乳酸积累促进 pH 下降，抑制腐败菌繁殖，减少饲料营养物质流失，特别是 pH 介于 3.804.20 时，可以确保青贮发酵品质24-26。本研究中乳酸含量随全株藜麦添加比例的增加呈上升趋势，有效提高了青贮过程中的同型发酵程度27，降低了营养物质流失，保证了优良的发酵品质28。另外，青贮过程中各种微生物将饲料中的蛋白质降解为氨态氮(NH3-N)而导致氮源流失，降低了饲料中蛋白质的质量。因此，氨态氮占总氮的百分比(NH3-N/TN)是衡量青贮饲料蛋白质品质的关键指标，且营养优良的青贮饲料 NH3-N/TN 值不得高于10%29。本研究中各处理的 NH3-N/TN 值均低于10%，且随藜麦比例增加呈降低趋势，表明藜麦和玉米混合青贮，可改善发酵效果，降低青贮饲料中蛋白质的损失，确保青贮饲料品质30。3.3 混合青贮饲料中霉菌数量变化规律饲料青贮过程也是一个复杂的微生物发酵过程，乳酸菌是决定青贮发酵成功与否的关键微生物31，而霉菌是引起青贮饲料发生有氧变质，导致二次发酵的主要好氧性微生物32，据报道，青贮饲料因发生有氧变质的损失率在 10%15%33。现已从藜麦植株中分离出了具有抗氧化、抑菌等药理活性的生物活性物质皂苷34。针对皂苷的抑菌研究表明，其抑菌效果呈现浓度依赖性，且二者表现为正相关关系35，尤其是碱处理后的皂苷更不101520253035黄曲霉毒素 B1(AFB1)含量Aflatoxin content/(gkg1)处理 Treatment处理 TreatmentT0T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T0T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T0T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T0T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T0T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10处理 Treatmentabbccd dede effgh130160190220250280玉米赤霉烯酮(ZEN)含量Zearalenone content/(gkg1)aabcdddeefff20253035404550556065赭曲霉毒素(OTA)含量Ochratoxins content/(gkg1)cab bcbdbceefg300350400450500呕吐毒素(DON)含量Vomitoxin content/(gkg1)aabccddeffg203040506070T-2 毒素含量T-2 toxin content/(gkg1)ababccdgfee图 1 混合青贮饲料中霉菌毒素含量的变化Figure 1 Changes of mycotoxin content in mixed silage222草业科学第40卷http:/利于有害菌生长与孢子萌发36。在不同处理的研究结果中，霉菌菌落数随藜麦比例的增加而降低，这可能与藜麦皂苷具有与中药材皂苷一样的抗菌活性37，表现出对霉菌繁殖的抑制作用有关。3.4 混合青贮饲料中霉菌毒素含量变化规律青贮饲料中霉菌及霉菌毒素的污染问题及其所导致的对动物饲用的安全问题一直以来备受人们的关注。而霉菌毒素是霉菌在青贮过程中产生的有毒次级代谢产物38，可通过饲料进入动物体内降低动物生产性能及产品品质，甚至导致动物中毒死亡39。本研究中所有混合青贮饲料通过感官评定，均无明显霉变现象，然而 5 种霉菌毒素在各处理中的检测结果均呈阳性，证明了无明显霉菌污染的青贮饲料也可以检测到霉菌毒素的存在40，也表明青贮饲料的安全检测对动物机体健康的重要性。5 种霉菌毒素在各处理中整体随全株藜麦比例增加表现为不同程度的降低趋势。这种现象可能与产毒霉菌的数量有关，因 pH 随藜麦比例增加而下降，使霉菌活动受到抑制，因而霉菌毒素产量也相应降低。此外，霉菌毒素的含量受青贮原料及收获时的环境影响41，DON 的含量就与玉米青贮饲料收获当天的平均气温和最低气温呈正相关关系42。本研究的青贮制作于 10 月中旬，当地平均气温 15，最低气温 5，气温较低，有效控制了霉菌毒素产生。与其他 4 种霉菌毒素不同，本研究中 DON 平均含量最高，可能是因为 DON 属单端孢霉烯族化合物，而这类化合物不受酸性和厌氧条件影响43。AFB1 和 OTA 是曲霉属真菌产生的代谢产物44，本研究发现，其含量随藜麦添加量的增加而下降，而与玉米的添加呈相反趋势，这是因为大多数真菌易感染和定殖于玉米作物45，其中主要是曲霉菌属和镰刀菌属的真菌46，且曲霉菌比镰刀菌更适宜存活于低水分活度及较高温度下47。而其他 3 种霉菌毒素可能是由镰刀菌所产生48，温度和水分活度会影响该菌的生存49。由此可见，饲喂添加藜麦的青贮饲料有助于提高动物的健康水平。本研究中，全株藜麦在混贮饲料中的添加比例不低于 70%时，5 种霉菌毒素含量均低于标准安全限以下，可以安全使用。4 结论全株藜麦和全株玉米混合青贮有助于改善青贮饲料的感官品质和发酵品质，降低霉菌数量及毒素水平。综合考虑，与玉米混合青贮时，全株藜麦的添加比例达到 70%及以上时，感官评价、青贮品质、发酵效果和健康水平较好，可以得到品质较优的青贮饲料。参考文献 References:BHARGAVAA,SHUKLAS,OHRID.Chenopodium quinoa:AnIndianperspective.IndustrialCropsandProducts,2006,23(1):73-87.1JACOBSENSE,MUJICAA,JENSENCR.Theresistanceofquinoa(Chenopodium quinoaWilld.)toadverseabioticfactors.FoodReviewsInternational,2003,19(1/2):99-109.2高菊霞.藜麦的发展与应用潜力分析.农业技术与装备,2020(10):156-157.GAOJX.Developmentandapplicationpotentialofquinoa.AgriculturalTechnologyandEquipment,2020(10):156-157.3陈光,孙旸,王刚,陈欢,唐珊珊,于潇潇.藜麦全植株的综合利用及开发前景.吉林农业大学学报,2018,40(1):1-6.CHENG,SUNY,WANGG,CHENH,TANGSS,YUXX.Comprehensiveutilizationanddevelopmentprospectofwhole-plantChenopodium 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