甘草提取物和乳酸菌对饲用燕麦青贮饲料品质及消化特性的影响

Effects of licorice extract and lactic acid bacteria on the quality and chemical characteristics of oat silage for feed

摘要

为解决高海拔地区饲用燕麦单独青贮发酵弱的问题，本研究旨在探讨添加不同浓度甘草提取物及其和乳酸菌联用对饲用燕麦青贮饲料品质和体外瘤胃消化特性的影响。共设8组处理，分别为对照组CK（添加等量的水），甘草提取物单独添加的处理为GC0.5、GC1、GC2（分别表示添加0.5%、1%和2%鲜草重量的甘草提取物），对照组LP（添加乳酸菌，添加量为0.1g/kg，活菌数为1×10⁵ CFU/g），甘草提取物和乳酸菌联用的处理分别为GCLP0.5、GCLP1和GCLP2。青贮60 d后开罐取样测定饲用燕麦青贮的营养成分、发酵品质和体外消化特性，并利用熵权—TOPSIS法对燕麦青贮饲料品质进行综合评分。结果表明：1）GC和GCLP处理的NDF、ADF、CP和WSC与CK相比均显著差异（P＜0.05）。2）GC和GCLP处理均会降低青贮燕麦的pH，与CK相比，GC处理的NH₃-N浓度均显著降低（P＜0.05），GC和GCLP处理均会提高LA和AA的含量，在各个处理中均未检测出BA。3）GC0.5和GC1的IVDMD显著高于其他处理（P＜0.05），GCLP处理的IVNDFD均显著高于其他处理（P＜0.05）。4）使用熵权-TOPSIS法进行综合评价得出GCLP2处理的燕麦青贮饲料品质最佳。综上， 2%的甘草提取物和乳酸菌联用饲用燕麦青贮品质最优，体外消化率更高，综合评价得分最高，可以为青海高海拔地区改善饲用燕麦青贮饲料的品质提供参考依据。

Abstract

To address the issue of weak fermentation in forage oat silage at high-altitude regions， this study aimed to investigate the effects of adding different concentrations of licorice extract （LE） alone or in combination with lactic acid bacteria （LAB） on the quality and in vitro ruminal digestion characteristics of oat silage. There are a total of eight treatment groups，namely the control group CK（with the addition of an equal amount of water）， the treatment group GC0.5，GC1 and GC2（with the addition of 0.5%， 1%， and 2% fresh grass weight licorice extract， respectively） ， the control group LP（with the addition of lactic acid acid bacteria at a dosage of 0.1 g/kg and a viable bacterial count of 1×10⁵ CFU/g）. and the treatment group GCLP 0.5， GCLP1 and GCLP2 for the combination of licorice extract and lactic acid bacteria， respectively. After 60 days of ensiling， samples were collected to determine the nutritional composition， fermentation quality， and in vitro digestibility of the oat silage. The entropy-weighted TOPSIS method was applied for comprehensive quality evaluation. The results showed that： 1） The NDF， ADF， CP， and WSC treated with GC and GCLP showed significant differences compared to CK （P＜0.05）.2） GC and GCLP treatments reduced silage pH. Compared to CK， GC treatments significantly decreased NH3-N concentration （P＜0.05）， while both GC and GCLP treatments increased LA and AA content. No BA was detected in any treatment. 3） IVDMD was significantly higher in GC0.5 and GC1 than in other treatments （P＜0.05）， while GCLP treatments exhibited significantly higher IVNDFD （P＜0.05）. 4） The comprehensive evaluation using entropy weight TOPSIS method showed that the quality of oat silage treated with GCLP2 was the best. In conclusion， the combination of 2% LE and LAB optimized oat silage quality， enhanced in vitro digestibility， and achieved the highest comprehensive score. It can provide a reference for the quality of oat silage feed in high-altitude areas of Qinghai.

关键词

甘草提取物 / 饲用燕麦 / 青贮品质 / 体外瘤胃消化特性

Key words

licorice extract / forage oats / silage fermentation quality / in vitro ruminal digestibility

青海高寒牧区主要位于青藏高原的东北部，地势高峻，平均海拔在4 000 m，该地区的经济活动以畜牧业为主。目前，高海拔地区牲畜数量增长过快，草原的生产能力不能维持畜牧业的持续发展需求，因此，草畜矛盾成为亟需解决的突出问题^［1］。饲用燕麦（Avena sativa L.）具有产量高、耐寒抗旱、营养成分含量高、适口性好等特点，在维系高海拔地区畜牧业的发展上具有重要作用^［2-3］。新鲜饲用燕麦不便于长期保存，晾晒干草是该地区主要的加工方式^［4］。同干草相比，燕麦青贮能使其长期保持新鲜青绿的状态，可以更好地保持其营养价值，延长贮藏时间，可有效解决季节性饲草供应不均衡的问题^［5-6］。

中草药含有粗脂肪、氨基酸、蛋白质和微量元素等营养物质，富含生物活性化合物，具有抗氧化、抗病毒和抗菌等生物活性，将中草药作为饲料添加剂，可以平衡和提高饲粮营养水平，改善青贮饲料利用率^［7-9］。甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）是一种常见的药用植物，为豆科甘草属多年生草本植物，具有抗寒、耐旱、耐盐碱等特性，在内蒙古、甘肃和青海等地种植广泛^［10-11］。甘草茎叶部位含有丰富的糖类、氨基酸、矿物质和纤维等营养成分，对动物的生长发育有良好的促进作用^［12］。甘草提取物（Licorice extract， GC）中含有甘草多糖、三萜皂苷和黄酮类等多种活性物质，可作为新型植物源饲料添加剂应用于畜禽养殖，提高生长性能和免疫性能^［13-14］。

高海拔地区饲用燕麦单独青贮发酵弱，将中草药提取物作为饲料添加剂对饲用燕麦青贮品质影响的相关报道较少。本研究通过探讨添加不同浓度甘草提取物及其和乳酸菌联用对燕麦青贮饲料的品质和体外瘤胃消化特性的影响，以期为改善高海拔地区饲用燕麦青贮品质提供理论依据。

1　材料与方法

1.1　试验地概况

本试验在青海省玉树藏族自治州杂多县昂塞乡年都村进行，此区域位于澜沧江上游扎曲河流域峡谷地带，地理坐标为北纬32° 79'，东经95° 61'，平均海拔约4 000 m。此地区属于大陆性高原气候，全年气候寒冷，年均温度0.8 ℃，四季不分明，只有冷暖之别，年平均降水量约490.3 mm。

1.2　试验材料与试验设计

本试验共设8组处理，分别为对照组CK（添加等量的水），甘草提取物单独添加的处理为GC0.5、GC1和GC2（分别表示添加0.5%、1%和2%鲜草重量的甘草提取物），对照组LP（添加乳酸菌，添加量为0.1 g/kg，活菌数为1×10⁵ CFU/g），甘草提取物和乳酸菌联用的处理分别为GCLP0.5、GCLP1和GCLP2。供试饲用燕麦品种为‘青海444’，将其于抽穗期收获，使用铡草机切碎至2 cm左右，与对应浓度的甘草提取物或其与乳酸菌混合均匀放入青贮罐中，每罐700 g，压实后盖上内外盖，用胶带密封，每个处理3个重复。青贮 60 d后开罐取样分析。植物乳杆菌由中国农业大学饲草加工团队提供，甘草提取物在实验室制备。燕麦原料的营养水平见表1。

将甘草（2 kg）粉碎后用10 L的蒸馏水浸提7 d，每天超声1 h，随后用布氏漏斗进行抽滤，将得到的滤液用旋转蒸发仪减压浓缩至浸膏状，重复4次后得到甘草水提取物，冷冻干燥，得到甘草水提取物粉末。

1.3　测定指标及方法

1.3.1　营养品质测定

称取饲用燕麦青贮样品150 g，置于65 ℃烘箱中烘48 h，获得的风干样品用于测定干物质（Dry matter， DM）。将烘干后的样品粉碎，过1 mm筛。参照《饲料分析及饲料质量检测技术》^［15］，采用Van Soest法测定中性洗涤纤维（Neutral detergent fiber， NDF）和酸性洗涤纤维（Acid detergent fiber， ADF）含量，采用凯氏定氮法测定粗蛋白质（Crude protein， CP）含量，采用索氏抽提法测定粗脂肪（Ether extract， EE）含量，采用蒽酮-硫酸比色法测定可溶性碳水化合物（Water-soluble carbohydrate， WSC）含量。

1.3.2　发酵品质测定

开罐后将饲用燕麦青贮样品混匀称取20 g，将其加入180 mL水中，用榨汁机搅碎1 min，然后将匀浆液用4层纱布过滤得到浸出液。使用pH计（Mettler Toledo）测定pH。采用苯酚-次氯酸钠比色法测定氨态氮（Ammonia nitrogen， NH₃-N）浓度^［16］。采用SHIMADZE-10A型高效液相色谱分别测定乳酸（Lactic acid， LA）、乙酸（Acetic acid， AA）、丙酸（Propionic acid， PA）和丁酸（Butyric acid， BA）含量。检测仪器为 SPD-M10AVP，色谱柱为Shodex Rspak KC-811S-DVB gel Column 30 mm×8 mm，以3 mmol/L高氯酸为流动相，流速为 1 mL/min，检测波长为210 nm，进样量为 5 μL^［17］。

1.3.3　体外消化特性测定

采用DAISY Ⅱ体外模拟培养箱模拟动物胃肠消化，测定48 h体外干物质消化率（IVDMD）、体外中性洗涤纤维消化率（IVNDFD）及体外酸性洗涤纤维消化率（IVADFD）^［18］。称取饲用燕麦青贮样品0.5 g装入纤维袋并密封。取晨饲前安格斯牛瘤胃液，经4层纱布过滤后，将瘤胃液400 mL、A缓冲液1 330 mL、B缓冲液266 mL加入预先39 ℃恒温预热的消化罐中，随后放入样品，通入CO₂营造厌氧环境，密封后将消化罐放入体外模拟培养箱中39 ℃持续培养48 h。培养结束后取出样品，用蒸馏水进行冲洗，然后烘干称量其质量，测定未消化的DM、NDF和ADF含量，计算体外消化率，公式如下：

IVDMD/%=[样品DM－（未消化的DM-空白DM）]/样品DM×100（1）

IVNDFD/%＝（样品 NDF－未消化的 NDF）/样品 NDF×100（2）

IVADFD/%＝（样品 ADF－未消化的 ADF）/样品 ADF×100（3）

1.4　数据统计及分析

试验数据采用Excel 2021进行整理，采用SPSS 22.0统计软件进行单因素方差分析，分析添加不同浓度甘草提取物及其和乳酸菌对饲用燕麦青贮品质的影响，采用Duncan’s法进行多重比较，以P<0.05表示差异显著。采用熵权法对饲用燕麦青贮饲料的营养成分、发酵品质和体外瘤胃消化特性指标计算权重系数，将权重系数与初始矩阵相乘得到加权矩阵，并采用TOPSIS法计算最优和最劣矩阵向量、评价对象与正理想解距离或负理想解距离，结合距离值计算出综合得分，以此排序并进行综合评价^［19］。

2　结果与分析

2.1　添加不同浓度甘草提取物和乳酸菌对饲用燕麦青贮营养成分的影响

由表2可知，GC和GCLP处理的NDF、ADF、CP和WSC与CK相比均显著差异（P＜0.05），其中，在对ADF的影响中，GCLP2显著低于除LP和GCLP1的其他处理（P＜0.05）；对CP的影响中，GC0.5处理显著高于CK，而GCLP0.5、GCLP1和GCLP2处理显著低于CK（P＜0.05）；对WSC的影响中，GCLP0.5、GCLP1和GCLP2均显著高于CK和其他处理（P＜0.05），GC0.5处理的WSC含量最低。

2.2　添加不同浓度甘草提取物和乳酸菌对饲用燕麦青贮发酵品质的影响

由表3可知，GC和GCLP处理均会降低饲用燕麦青贮饲料的pH，其中GCLP2处理后的pH显著低于CK和除LP和GCLP1外的其他处理（P＜0.05）；与CK相比，GC处理的NH₃-N浓度均显著降低（P＜0.05）；在对有机酸的影响中，GC和GCLP处理均会提高LA和AA的含量，其中GC2处理后的LA含量显著高于CK和其他处理，各个处理的AA含量均显著高于CK（P＜0.05），并且LP和GC1处理的AA含量最高。另外，在各个处理中均未检测出BA。

2.3　添加不同浓度甘草提取物和乳酸菌对饲用燕麦青贮体外瘤胃消化特性的影响

由表4可知，GC0.5和GC1的IVDMD显著高于其他处理（P＜0.05）。GCLP处理的IVDMD均低于其他处理，而IVNDFD均高于其他处理，其中，GCLP2的IVNDFD最高；而GCLP2的IVADFD显著低于其他处理（P＜0.05），并且其他各处理间的IVADFD没有显著差异（P＞0.05）。

2.4　熵权法对添加不同浓度甘草提取物和乳酸菌饲用燕麦青贮品质的综合评价

由表5可知，根据熵权法计算得出的GC和GCLP处理的饲用燕麦青贮饲料品质各项指标在使用TOPSIS法进行综合评价时所占的权重为4.848%~14.135%。由此计算得到的青贮饲料品质综合评价排序见表6，GCLP处理的饲用燕麦青贮品质均比GC处理的品质好，其中GCLP2处理的饲用燕麦青贮饲料的品质最佳，GC1处理的品质最差。

3　讨 论

3.1　添加不同浓度甘草提取物和乳酸菌对饲用燕麦青贮营养成分的影响

燕麦青贮饲料的营养成分变化是判定青贮品质的重要指标之一。本研究中，GC0.5和GC1的DM含量高于CK，而GC2低于CK，其原因可能是甘草提取物本身DM含量较高，添加适量的甘草提取物提高了饲用燕麦青贮饲料的DM含量^［20］。GCLP处理组的DM含量均高于CK，这可能是因为乳酸菌的添加降低了饲用燕麦青贮饲料的pH，抑制了大多数有害微生物的生长，并且甘草提取物可以为LP繁殖提供更多的发酵底物，从而使LP成为优势菌，有助于减少DM的损失^［21］。本研究中，GC处理和GCLP处理均会降低饲用燕麦青贮饲料中的NDF和ADF含量，且GCLP处理降低的更显著，这与石亚奇等^［22］在紫花苜蓿（Medicago sativa L.）青贮时添加连翘的结果相似。这可能是由于甘草提取物中的甘草多糖可以促进酸性水解酶或溶解纤维蛋白酶的产生，使饲用燕麦青贮饲料中的纤维含量降低^［23］；而GCLP处理组的NDF和ADF更低，可能是由于甘草多糖可以进一步促进LP产生降解纤维素的酶（如阿魏酸酯酶），可进一步促进发酵过程中纤维素的分解^［24］。CP和WSC被认为是评价牧草营养价值的重要指标，一般来说CP和WSC含量越高牧草的营养价值就越高^［25-26］。本研究中，GC处理组的CP含量均高于CK，这可能是由于甘草提取物中含有甘草酸二胺能够较好地抑制丁酸梭菌的繁殖，减少CP的分解^［27-28］。GCLP处理组的CP含量均低于其他处理，可能是甘草提取物和乳酸菌联用对真蛋白和以肽氮保留的降解比例均较高，导致CP含量减少^［29-30］。GC处理组的WSC含量低于CK，且甘草提取物浓度越大，WSC含量越高，这可能是因为添加的提取物浓度越高，甘草多糖的含量越高，并且甘草多糖经发酵后可以降解成更易吸收的小分子糖类物质，以满足发酵底物的需要^［31］。GCLP处理组的WSC含量显著高于其他处理，可能是由于在添加LP降低pH的基础上，甘草多糖可以抑制肠杆菌等不良微生物的繁殖，因此可以保留更多的WSC^［32］。

3.2　添加不同浓度甘草提取物和乳酸菌对饲用燕麦青贮发酵品质的影响

pH是反映青贮饲料发酵品质好坏最直接的指标，优质的青贮饲料pH一般在3.6~4.2^［33］。本研究中，各处理的pH均低于4.2，说明燕麦青贮饲料发酵良好。GC处理组的pH显著低于CK，这可能是由于甘草提取物对金黄色葡萄球菌等不良微生物有一定的抑制作用，促进乳酸菌繁殖，从而产生更多的LA降低燕麦青贮饲料的pH^［34］。乳酸菌是主导青贮发酵的优势菌群，本研究中GCLP处理组的pH显著低于其他处理，可能是因为在燕麦青贮饲料中添加LP可以直接或间接改变青贮发酵进程，并且甘草提取物中的一些活性成分可以为LP的生长提供良好的生存环境^［35-36］，因此甘草提取物和LP联用对pH降低的效果更显著。优质青贮饲料的有机酸组成主要以LA为主，AA、PA和BA等含量较少^［37］。本研究中，各处理的LA含量均高于CK，并且随着甘草提取物浓度的增加，LA含量呈上升趋势，这与Ke等^［38］研究结果一致。青贮过程中的BA主要来源于梭菌，有研究发现，甘草提取物中因含有黄酮类等物质，能够起到一定的抑菌作用，本研究中各处理中均未检测到BA，可能是因为黄酮类化合物可以破坏细菌细胞壁及细胞膜的完整性，导致膜的电子传递、营养吸收及ATP活性等功能障碍从而抑制细菌繁殖^［39-40］。氨态氮含量反映了青贮饲料中蛋白质分解的程度，在低pH条件下植物蛋白酶的活性会受到抑制^［41］。本研究中，GC处理的NH₃-N含量显著低于CK，可能是在燕麦青贮饲料的低pH条件下，抑制蛋白酶活性，降低了NH₃-N含量。

3.3　添加不同浓度甘草提取物和乳酸菌对饲用燕麦青贮体外消化特性的影响

已有研究表明，青贮饲料中的化学成分与瘤胃营养物质消化率之间存在相关性，IVDMD和IVNDFD与CP含量呈正相关，与NDF含量呈负相关^［20］。本研究中，GC0.5和GC12个处理的IVDMD高于CK，这可能与甘草提取物中含有三萜皂苷相关，Liu等^［42］研究发现在羔羊日粮中添加的苜蓿皂苷对羔羊干物质表观消化率具有显著的提升作用；而GCLP处理组的IVDMD普遍偏低，与 毕庆悦等^［43］研究结果相似，可能是因为GCLP处理下中性洗涤纤维含量较高，营养物质比例不当，从而对干物质消化率造成负面影响^［19］。GCLP处理组的IVNDFD均高于其他处理，这可能是由于LP在发酵初期快速降低燕麦青贮饲料的pH，营造了长时间的酸性环境，破坏了燕麦细胞壁的纤维结构，使各营养物质更易于被反刍动物消化，进而提高了燕麦的IVNDFD^［5，41］。

3.4　熵权法对添加不同浓度甘草提取物和乳酸菌青贮饲用燕麦青贮品质的综合评价

熵权－TOPSIS法利用熵权法确定指标权重，减少主观性影响，综合考虑各指标的优劣，得出全面评价结果^［44］。本研究运用熵权－TOPSIS法对添加不同浓度甘草提取物及其和乳酸菌联用的饲用燕麦青贮的营养成分、发酵品质以及体外消化特性进行综合评价，从综合得分来看：GCLP2＞LP＞GCLP0.5＞GCLP1＞GC2＞GC0.5＞GC1＞CK，结合各项指标来看，GCLP处理的青贮品质及瘤胃体外消化特性优于其他处理，其中GCLP1的青贮品质最好，体外消化率较高。

4　结 论

添加适量的甘草提取物及其和乳酸菌联用可以改善饲用燕麦青贮的品质，且甘草提取物和乳酸菌联用的改善效果更好，其中2%的甘草提取物和乳酸菌联用的综合评价得分最高，可以为青海高海拔低地区高质量饲用燕麦青贮饲料生产提供参考依据。

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基金资助

国家重点研发计划“政府间国际科技创新合作”重点专项(2022YFE0111000)

2023年国家草业技术创新中心（筹）重大创新平台建设专项(CCPTZX2023B07)