014第十三章青贮饲料及其调制(第1-3节)2.ppt

1、第十三章 青贮饲料及其调制,第一节 青贮的意义 第二节 常规青贮发酵的基本原理 第三节 影响青贮饲料品质的因素 第四节 青贮饲料调制技术 第五节 添加剂青贮 第六节 青贮饲料的品质鉴定及饲用技术,青贮历史:公元前10001500年的旧岩画,青贮科学与进步 内田仙二,第一节 青贮的意义,青贮饲料是指经过在青贮容器中的厌氧条件下发酵处理的饲料产品。更确切地说，是在厌氧条件下经过乳酸菌发酵调制保存的青绿多汁饲料。新鲜的或萎蔫的或者是半干的青绿饲料，在密闭条件下利用青贮原料表面上附着的乳酸菌的发酵作用，或者在外来添加剂的作用下促进或抑制微生物发酵，使青贮pH值下降而保存的饲料叫做青贮饲料（silage

2、）。其过程称为青贮（ensilage）。,二、青贮饲料在畜牧业生产上的意义,一、青贮种类,一、青贮种类,青贮饲料按其原料含水量高低，可划分为高水分青贮、凋萎青贮和半干青贮。,（一）高水分青贮,被刈割的青贮原料未经田间干燥即行贮存，一般情况下含水量70%以上。牧草不经晾晒，减少了气候影响和田间损失。高水分对发酵过程有害，容易产生品质差和不稳定的青贮饲料。由于渗漏，会造成营养物质的大量流失，以及增加运输工作量。可以添加能促进乳酸菌或抑制不良发酵的一些有效添加剂，促使其发酵理想。,（二）凋萎青贮,在良好干燥条件下，经过46h的晾晒或风干，使原料含水量达到60%70%之间，再行青贮。将青贮原料晾晒，干

3、物质、胡萝卜素损失有所增加，由于含水量适中，既可抑制不良微生物的繁殖而减少丁酸发酵引起的损失，又可在一定程度上减轻流出液损失。适当凋萎的青贮料无需任何添加剂。此外，凋萎青贮含水量低，减少了运输工作量。,（三）半干青贮,也称低水分青贮，主要应用于牧草（特别是豆科牧草），降低水分至50%以下，限制不良微生物的繁殖和丁酸发酵而达到稳定青贮饲料品质。为了调制高品质的半干青贮饲料，首先通过晾晒或混合其他饲料使其水分含量达到半干青贮的条件，应用密封性强的青贮容器，切碎后快速装填。,根据原料组成分类,根据形状分类,根据发酵酸分类,单一青贮,混合青贮,切短青贮,整株青贮,乳酸型青贮饲料,乙酸型青贮饲料,丁酸型

4、青贮饲料,变质青贮饲料,二、青贮饲料在畜牧业生产上的意义,（五）家畜饲喂青贮饲料，可减少消化系统和寄生虫病的发生，也可减轻杂草危害,（四）调制青贮饲料不受气候等环境条件的影响，并可以长期保存利用,（三）扩大饲料来源，有利于养殖业集约化经营,（二）青贮饲料适口性好，消化率高,（一）青贮饲料营养损失较少,（一）青贮饲料营养损失较少,（二）青贮饲料适口性好，消化率高, 经过青贮后，质地柔软，并且产生大量芳香有机酸，具有了酸甜清香味，从而提高了适口性。 有些植物如菊芋、向日葵茎叶和一些蒿属植物风干后，具有某种特殊气味，而经青贮发酵后，异味消失，适口性增强。,干草和青贮料消化率及营养价值比较,（三）扩大

5、饲料来源，有利于养殖业集约化经营,玉米秸、高粱秸、向日葵茎叶和花盘等农作物秸秆都是很好的饲料来源。但是它们质地粗硬，利用率低，如果能适时抢收并进行青贮，则可成为柔软多汁的青贮饲料。,菊科中的一些植物和马铃薯茎叶等晒成干草后有异味，家畜不喜食,野草、野菜、树叶等无毒青绿植物，经过青贮发酵，也可以变成畜禽喜食的饲料。,各种食品残渣,第一，富含乳酸菌可利用的糖8%-10% 第二，必须含有适当的水分。 适于乳酸菌繁殖的水 分含量为- 豆科牧草以-为好 第三，具有较低的缓冲力 第四，具有适宜的物理结构，以便青贮时易于压实,理想青贮原料应具有的特点,青贮饲料单位容积贮量大，便于大量贮存。青贮饲料所占空间比

6、干草小得多，1m3青贮饲料的重量为450700kg，其中含干物质150kg ，而1m3的干草重仅70kg，含干物质60kg，1t青贮苜蓿体积为1.25m3，而1t苜蓿干草的体积则为13.313.5m3。,（四）调制青贮饲料不受气候等环境条件的影响，并可以长期保存利用,风吹、日晒、雨淋、鼠害、火灾等。 青贮饲料可贮存2030年，其优良品质保持不变。,（五）家畜饲喂青贮饲料，可减少消化系统和寄生虫病的发生，也可减轻杂草危害,寄生虫及其虫卵或病菌失去生活力，故可减少家畜寄生虫病和消化道疾病的发生。许多杂草的种子，经过青贮后便失去发芽的能力，减少了农田杂草的危害。,第二节 常规青贮发酵的基本原理,三、

7、青贮发酵和微生物,一、青贮发酵过程,二、青贮过程中营养物质的变化与损失,一、青贮发酵过程,在厌氧条件下，利用植物体上附着的乳酸菌，将原料中的糖分分解为乳酸，在乳酸的作用下，抑制有害微生物的繁殖，使其达到安全贮藏的目的。所以说青贮的基本原理是促进乳酸菌活动而抑制其他微生物活动的发酵过程。,青贮发酵过程,Short-term changes during ensiling of forage(from Pitt,1990),阶段 环境条件 主因 物质变化 日期 1 好气 植物细胞 糖类 CO2 2 好气 好气性细菌 糖类 乙酸 约3天 3 厌氧 乳酸菌 糖类开始转化成乳酸 4 厌氧 乳酸菌 乳酸量

8、增至1.0%1.5%，pH降至 23周 4.2以下，进入稳定期 当乳酸生成量不充分的情况下 5 厌氧 梭菌 糖、乳酸 丁酸； 23周以后 蛋白质、氨基酸 氨,（一）植物呼吸期 （二）好气性微生物繁殖期 （三）乳酸发酵期 （四）发酵稳定期 （五）丁酸发酵期 （六）有氧稳定期,（一）植物呼吸期,植物细胞利用青贮容器内残留的氧气，进行呼吸代谢作用，氧化分解可溶性碳水化合物产生CO2、H2O和热量，一直持续到容器内O2被耗尽而形成厌氧状态为止。 C6H12O6 6O2 6CO2 H2O 适量的热有利于乳酸发酵，但如果青贮容器内残留的氧气过多时，植物细胞呼吸期延长，即引起糖原的过多的消耗而影响乳酸发酵，

9、同时也导致青贮容器内温度升高，加大各种营养成分的损失。为此，在制作青贮饲料时，踩实压紧，排除青贮料间隙中的空气，减少氧化损失，对促进乳酸发酵和减少养分损失具有十分重要的意义。,（二）好气性微生物繁殖期,好气性微生物有好气性细菌、酵母菌和霉菌等。青贮后最初几天，窖内尚存氧气，植物细胞受机械切割、压榨而排出汁液，内含丰富的可溶性碳水化合物等养分，好气性微生物强烈活动、繁殖，如Pseudomonas属、Escherichia 属和Bacillus属的细菌开始活跃，分解蛋白质和糖类而产生氨基酸、乳酸和醋酸等物质。 植物体本身的蛋白分解酶的作用下，蛋白质被分解为氨基酸，且进一步脱羟基后产生氨化物与CO2

10、。蛋白分解酶的活性即使达到厌氧状态也并不能立即丧失，而一直持续到青贮料pH值降至4.0以下为止。第一和第二阶段大约为13d，从营养保存和有效发酵的角度考虑，这两个阶段越短越好，如果过长时，对其后的乳酸发酵会不利。,（三）乳酸发酵期,经过3d左右的植物细胞呼吸作用和好气性微生物活动，O2耗尽，窖内形成厌氧状态，开始植物分子间的呼吸（厌氧呼吸）和乳酸发酵。植物分子间呼吸主要是在细胞内酶作用下消耗体内O2而产生CO2、H2O和有机酸，同时放热。 乳酸菌迅速繁殖，分解WSC而产生乳酸，降低pH值，致使腐败细菌、梭菌等活动受抑、停止，甚至死亡。乳酸菌可分为同型乳酸发酵（homolactic fermen

11、tation）和异型乳酸发酵（hetetolactic fermentation）两大类。,同质型乳酸发酵 1.葡萄糖 乳酸 2.果糖 乳酸 异质型乳酸发酵 1.葡萄糖 乳酸 + 乙醇 + 二氧化碳 2. 果糖 乳酸 + 甘露醇 + 乙酸 + 二氧化碳 3. 五碳糖 乳酸 + 乙酸,乳酸发酵大约在原料装入之后46d。 此时的乳酸菌为明串株（球）菌属（Leuconostoc属）、片球菌属（Pediococcus属）、链球菌属（Streptococcus属）、肠道球菌属（Enterococcus属）、乳球菌属（Lactococcus属）等的球菌以及乳杆菌属（Lactobacillus）属的杆菌。

12、发酵初期以球菌繁殖为主，随着pH的下降其繁殖能力减弱，接着耐酸的乳酸菌的繁殖占主导地位，进一步降低pH。,（四）发酵稳定期,经过旺盛的乳酸发酵，乳酸生成量达到新鲜物的1.0%1.5%（若含水量80%的情况下，相当于干物质中的5.0%7.5%），当pH值降至4.2以下时，就会抑制不良细菌的繁殖，使青贮发酵进入稳定状态。 如果原料中的可溶性糖含量充足，并且能保证厌氧条件，乳酸生成量一般能达到原料的1.0%1.5%，而且pH值迅速降至4.0以下。,（五）丁酸发酵期,若青贮原料、调制方法和青贮设施能满足条件，就能保证青贮饲料品质的稳定性。否则，乳酸发酵过程中所产生的乳酸转化为丁酸，并且蛋白质和氨基酸也

13、分解成氨类物质，导致pH值升高，青贮品质下降。通常这种变化在原料被装填后30d左右发生。 引起丁酸发酵的主因是梭菌的繁殖，该菌能够使糖类和乳酸转化成丁酸，属于一种厌氧性芽孢形成菌，在完全厌氧条件下也能生长。若大量产生丁酸时，青贮料不仅有腐臭味，而且引起大量养分的损失。同时，梭菌的繁殖也引起蛋白质的分解而产生大量的氨和胺类物质。这些物质和丁酸一起引起青贮料腐败，饲喂奶牛时易导致产奶量的下降，并且发生痢疾和乳房炎等疾病。,(六)有氧稳定期,literally means any fermentation that takes place after the primary fermentation

14、 (i.e. after the lactic acid production). However, some use secondary fermentation only to refer to clostridial fermentation in the silage. Others use the term only to describe fermentation of the silage by yeasts and so the onset of aerobic instability. Technically both are correct, provided there

15、has been an initial lactic fermentation.,二、青贮过程中营养物质的变化与损失,营养物质损失数量的估测,青贮过程中营养物质变化,正常青贮时，青贮原料中的可溶性碳水化合物大部分转化为乳酸、乙酸、琥珀酸以及醇类等，其中主要为乳酸，同时放出少量热量。 同型乳酸发酵过程中碳水化合物转化为乳酸是非氧化分解过程，不产生二氧化碳，所以能量损失较少。 乙酸主要是由乙醇通过微生物的作用生成的，产生的时间比乳酸早，一旦酸度提高，厌气状态形成后，乙酸菌等活动受到抑制，乙酸的生成量也就减少。当乙酸浓度高时，呈游离状态；浓度低时，与盐基结合成乙酸盐。 梭菌把碳水化合物、蛋白质和氨基

16、酸分解生成丁酸、胺、氨和二氧化碳等。,青贮过程中营养物质变化,纤维素变化，脂肪变化。 青贮饲料中蛋白的变化，与pH的高低密切相关。当pH小于4.4时，蛋白质因植物细胞酶的作用部分分解，损失极少。当pH大于4.4时，由于腐败菌的活动氨基酸便分解为氨、硫化氢和胺类等，使蛋白质受损失。,青贮过程中营养物质变化,青贮损失一般在10%15%之间。如采取一切措施防止损失，青贮饲料总能量损失可下降至10%以下；而措施不当则超过15%以上。,营养物质损失数量的估测,氧化损失,田间损失,发酵损失,渗出液损失,淋雨损失,生化损失,机械损失,营养物质损失数量的估测,Estimated total field and

17、 harvest loss and storage loss when grass or legume forages are harvested at varying moisture levels and by alternative harvesting methods.Source: Forages: The Science of Grassland Agriculture, 1980.,二、青贮发酵和微生物,（一）好气性细菌 （二）梭菌 （三）酵母菌 （四）霉菌（又称丝状菌） （五）乳酸菌,细菌：属种 好气性细菌(Aerobic bacteria) Escherichia, Aero

18、bacter Pseudomonas, Bacillus 乳酸菌(Lactic acid bacteria) Lactobacillus,Enterococcus, Pediococcus, Leuconostoc Lactococcus Weissella 梭菌(Clostridia) Clostridium 放射菌：10种,真菌：属種 丝状菌(Fungi) Aspergillus, Penicillium Monascus, Paecilomyces 酵 母(Yeasts) Pichia, Saccharomyces Candida, Debaryomyses,菌数：10cfu / sil

19、age,酵母,丝状菌,好气性细菌,乳酸菌,（一）好气性细菌,1）以孢子形态存在的菌类 2）具有较强的耐热特性 3）好气性细菌能分解原料中的糖,1.乙酸菌,在自然界中分布较广，水果、蔬菜和植物表面均可找到。 青贮初期：青贮料中，能大量繁殖。 能把糖分解成乙酸，是酿醋的生产菌。 在青贮、发酵饲料中繁殖，产生乙酸，增加饲料的酸度。但进入无氧状态后，乙酸菌活动就会停止，甚至死亡。,好氧、耐酸。 乙酸杆菌属（Acetobacter sp.） 青贮后期： 能氧化乳酸，使乙酸生成CO2和H2O。 导致青贮料有氧变质。,2.肠细菌,除了好气性细菌以外还有共性厌氧性细菌也能生息，其中共性厌氧性细菌无论是在有氧条

20、件还是无氧条件下均能活动。,新鲜作物上：草生欧文菌（Erwinia herbicola）和水生拉恩菌（Rahnella aquitilis）,青贮后：土传肠细菌，哈夫尼肠杆菌（Hafnia alvei）、埃希大肠杆菌（Escherichia coli）和居泉沙雷菌（Serratia fonticola）,青贮料pH低于4.2可抑制肠细菌的生长。 厌氧环境也抑制肠细菌的生长。,肠细菌,青贮初期与乳酸菌争夺WSC。 部分具水解蛋白活性，使蛋白脱氨、脱羧，产生有毒化合物（胺和分支脂肪酸），胺具臭味。 对含氮化合物具有转化作用。,硝酸还原为亚硝酸，再还原为氨和一氧化二氮 一氧化二氮氧化为一氧化氮和硝酸

21、。 有氧条件下，一氧化氮氧化成二氧化氮、三氧化二氮、四氧化二氮的混合气体，呈黄褐色。 气态一氧化氮和二氧化氮与水接触生成硝酸和亚硝酸，对肺细胞有损伤。 亚硝酸和一氧化氮抑制梭菌生长。,3.芽孢杆菌,好氧或兼性好氧。 常见的有蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）、迟缓芽孢杆菌（B. lentus）、坚强芽孢杆菌（B. firmus）、球状芽孢杆菌（B. sphaericus）、地衣芽孢杆菌（B. licheniformis）和多粘芽孢杆菌（B. polymyxa）。,可利用有机酸、乙醇、2,3-丁二醇、甘油等作为碳源。 B. cereus孢子可通过奶牛消化道、粪便，污染牛奶，引起牛奶和

22、奶制品腐败变质，甚至食物中毒。 有氧变质后期存在。 减少土壤和肥料污染，密封严紧、降低贮存温度等措施防止芽孢杆菌生长。,4.利斯特菌,好氧或兼性好氧。 食物和饲料中常见的致病菌。 单核细胞增生利斯特菌（Listeria monocytogenes）最为常见。 对青贮没有影响，但对动物有毒性。 绵羊和山羊的利斯特病，污染牛奶。 氧气对其生长有促进作用。,5.丙酸菌,产丙酸的细菌 主要为丙酸杆菌（Propioni bacterium） 可发酵糖类和乳酸，生成丙酸,（二）梭菌,梭状芽孢杆菌又叫丁酸菌，简称梭菌。 是一种厌氧菌，在缺氧条件下繁殖旺盛。耐高温，在60的高温下仍能繁殖。本身能形成酸，但不耐

23、酸，当pH值降到4.2以下时，即停止繁殖和生长，甚至死亡。 梭菌在无氧条件下进行丁酸发酵，分解糖和乳酸而形成丁酸等物质，造成糖分的损失。,葡萄糖 C6H12O6 CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + 2H2O 葡萄糖 丁酸 二氧化碳 水 乳酸 2C3H6O3 2H2 + 2CO2 + CH3CH2CH2COOH 乳酸 氢气 二氧化碳 丁酸 蛋白质 蛋白质 氨基酸或者胺和硫化氢,生物化学变化：,梭菌分解蛋白质的途径有三种： 1脱氨作用：使氨基酸释放出氨，留下有机酸残基。 2脱羧作用：使氨基酸形成胺。 3氧化还原作用：在Stickland偶联反应中，一个氨基酸被氧化为较原来化合物少一个碳原

24、子的脂肪酸，而另一个则被还原为与原分子碳原子数相同的脂肪酸。通常被氧化的氨基酸包括丙氨酸、组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、丝氨酸、色氨酸和酪氨酸，被还原的包括精氨酸、天门冬氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、蛋氨酸、鸟氨酸、脯氨酸、色氨酸和酪酸。除脯氨酸外，均可通过两种发酵途径释放出NH3。丙氨酸和甘氨酸的发酵是一个典型的Stickland反应，其发酵产物为乙酸、NH3和CO2。其反应式如下： CH3CHNH2COOH 2CH2NH2COOH H2O ADP 3CH3COOH 3NH3 CO2 ADP,在青贮饲料内出现氨的量，是梭菌分解蛋白质活动程度的可靠指标。因为在青贮饲料内其它微生物和植物酶产生的

25、氨量相对较少。 梭菌活动产生的丁酸和氨等，具难闻的臭味，降低青贮饲料的品质。 梭菌广泛分布在自然界，但植物体上附着的梭菌数量少，它们主要与土壤一起带入青贮料中，或青贮窖本身被污染而带入。 青贮时压得不实、高温贮藏、原料含水量高、可溶性糖量低、缓冲力高或者青贮窖密封迟缓都助长梭菌的增殖。,与乳酸菌竞争 蛋白质会被强烈分解而形成具有刺 鼻臭味的产物 梭菌又能破坏叶绿素，在其外表 形成不同程度的黄斑,丁酸发酵的后果,饲料未经切碎 水分含量较高 被微生物污染 原料压实不良,青贮中梭菌的繁殖原因：,与土壤一起带入青贮料中 由于青贮窖本身被污染,梭菌传染途径：,杜绝传播途径 调制青贮得当 加入酸类物质,抑

26、制梭菌繁殖的方法,From: Silage Science and Technology,（三）酵母,它是一种需氧真菌，耐酸性极弱，在青贮中一般只生活45d。青贮后，酸性迅速积累，便很快阻止它的活动。在原料中多数是以隐球酵母菌（Cryptococcus属）和红酵母属（Rhodotorula属）的无芽孢酵母菌为主，而贮藏之后这些酵母菌减少，当青贮发酵完成时主要以酵母属（Saccharomyces属）和汉逊酵母属（Hansenula属）的有芽孢酵母菌为主。在好气条件下，酵母菌发酵产生乙醇以及正丙醇、异丁醇、异戊醇、乙酸、丙酸和异丁酸以及少量的乳酸等。糖分被酵母菌彻底氧化产生CO2和H2O。,（四）

27、霉菌（又称丝状菌）,霉菌是青贮饲料的有害微生物，也是导致青贮饲料好气性变质的主要微生物。它的生存需要氧气，青贮料中含水量不适当，或踩压不紧，封闭不严而透气时，便会出现白色或黄色丝状结块，特别是在青贮饲料上层和窖周围，这是霉菌繁殖的结果。霉菌会降低青贮饲料品质，因为它除了使纤维素和其他细胞壁组织分解外，还通过呼吸作用分解糖分和乳酸。此外，某些霉菌还产生对动物有害的物质。,青贮容器开封后，青贮饲料与空气接触，酵母菌与霉菌又可繁殖起来，导致青贮饲料有氧变质。有氧变质在青贮容器覆盖物损坏、透气的情况下也可发生。其后果是温度升高，消耗营养物质，导致青贮饲料变质腐败。,繁殖条件： 含水量不当，踩压不紧，封

28、闭不厌 结果：降低青贮料的品质,（五）乳酸菌,乳酸菌是在原料中附着的或在收获过程中机械上附着的乳酸菌被带入青贮设施内，并且在短时间内繁殖起来的。有些情况下原料上附着的乳酸菌数量不一定充足。 当装填原料时通常情况下要求每克新鲜物质重量中保证105106cfu（colony forming unit 菌落形成单位）。,乳酸菌根据其细胞形态可分为杆菌和球菌，又根据其葡萄糖的发酵形式可分为同质型和异质型。此外，因乳酸菌的种类不同而产生D型(不良)、L型或者DL型乳酸异构体，大部分乳酸菌产生DL型乳酸。 乳酸菌为了繁殖生长，以碳水化合物（葡萄糖和其他糖类）、蛋白质（氨基酸和肽）、维生素和矿物质作为营养物质，其中以葡萄糖作为能量源产生乳酸。同质型发酵菌种，在理论上将葡萄糖和果糖以100%的效率转化成乳酸；异质型发酵菌种由于除了产生乳酸以外还要生成乙醇、乙酸和CO2等物质，所以它的乳酸转化率为50%。因此，从青贮发酵角度来看，促进同质型发酵菌种的增殖能提高乳酸生成效率。,同型乳酸发酵： 嗜酸