多花黑麦草添加乳酸菌青贮特性及发酵机理研究

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多花黑麦草在冬春季节产量丰富,对克服一年内牲畜生产与有效饲料供应季节性失衡之间的差异有重大意义。然而,其含水量高(>82%),附着酵母、大肠杆菌和霉菌丰富,自然发酵困难。本研究利用本土筛选的优势同型发酵鼠李糖乳杆菌(Lacticaseibacillus rhamnosus)和异型发酵布氏乳杆菌(Lentilactobacillus buchneri)接种后青贮,作以下处理:CK(对照组);HO(接种Lacticaseibacillus rhamnosus);HE(接种Lentilactobacillus buchneri)和M(Lacticaseibacillus rhamnosus和Lentilactobacillus buchneri组合接种)。研究了鲜样和青贮3、7、15、30、45和60 d以及有氧暴露2、6和9 d微生物群落和代谢组。主要研究结果如下:(1)乳酸菌(LAB)接种处理丰富了LAB数量,降低了p H,降低丁酸(BA)产量,同时增加了乳酸(LA)产量,增强了高水分青贮饲料发酵品质。但高水分青贮p H降低相对延缓,青贮前3 d所有处理依然保持6.0以上p H值;相对于其它正常水分青贮,本研究LA产量普遍较低,LA发酵不充分,也只产生少量乙酸(AA)和丙酸(PA);营养方面,可溶性碳水化合物(WSC)消耗增加,青贮后粗蛋白(CP)增加;LAB接种处理有效抑制霉菌和大肠杆菌滋生,但增加了酵母菌数量。有氧暴露期LA持续被消耗,但相较于CK,接种处理组有更多的有机酸含量。(2)青贮时间和接种处理对细菌和真菌群落影响显著。青贮3 d后,细菌群落未见明显差异,7 d以后各组间差异明显。60 d发酵后,真菌丰富度显著降低,多样性显著增加(P<0.05);与CK相比,各处理组的真菌丰富度和多样性均有所增加。(3)青贮前3 d,不利于发酵的泛菌属(Pantoea)占主导地位,7 d以后,LAB处理组乳杆菌(Lactobacillus)主导发酵,LAB接种促进乳杆菌的生长;CK组15 d以前以附着的魏斯氏菌(Weissella)为主,但丰度都低于25%,之后由乳杆菌替代,但都显著低于接种处理组。60 d青贮后,汉纳酵母(Hannaella)、担孢酵母(Erythrobasidium)、Mrakiella和Papiliotrema丰度增加,尤其是在LAB处理组中更明显。(4)青贮时间和接种处理显著改变了代谢物组成和代谢通路。青贮3 d后,各组间代谢物差异不明显,而青贮60 d后,各组间代谢物差异显著;青贮3 d和青贮60 d代谢物差异也显著。从混合模式下共检出多达2999种代谢产物,注释到1015种。LAB接种处理组富集了不同的代谢通路,影响代谢物组成。高水分环境下LAB选择了不同的代谢路径,诸如富马酸、香草醛、柠檬酸和阿魏酸等之前报道的代谢物在本研究中下调,而苯甲酸、N-乙酰基-L-苯丙氨酸和氢化肉桂酸等有机酸大量积累。(5)CK和HO组有氧暴露9 d后腐败,HE和M组达到了20 d超长有氧稳定期。(6)有氧暴露时间增加了细菌多样性,但LAB处理组较CK组细菌多样性较低;HE和M组细菌群落相似,并与其它组差异显著(P<0.05)。LAB接种处理显著增加真菌丰富度和多样性。除M处理外,随着有氧暴露时间的延长,所有处理真菌丰富度和多样性显著降低。(7)厚壁菌门(Firmicutes)仍然是有氧暴露期最丰富的细菌门,乳杆菌仍然是所有处理中主要的细菌属;CK组中包括Clostridium seneu stricto 12、假单胞菌属(Pseudomonas)、募养单胞菌(Stenotrophomonas)、Allorhizobium-neorhizobium-pararhizobium-rhizobium等不良细菌滋生。属水平真菌青霉菌(Penicillium)和伊萨酵母(Issatchenkia)共同作用导致CK组有氧腐败;青霉菌是导致HO组有氧腐败主要真菌;导致HE组有氧腐败的真菌大部分未被注释。(8)LAB处理改变了有氧暴露后代谢物组成模式。代表较差发酵品质的组胺(Histamine)和尸胺(Cadaverine)在CK组中大量积累。香草醛和鞣酸在HO组中持续下调,表明有氧暴露期鼠李糖乳杆菌单独处理时有更多的营养损失;布氏乳杆菌接种处理不利于抗坏血酸(Ascorbic acid)和阿魏酸(Ferulic acid)等抗氧化合物的积累,但有氧暴露前期积累抗氧化剂N-乙酰基-L-苯丙氨酸和3,4-二羟基苯基丙酸,而后期积累生物链素A和苯甲酸。综上,两株LAB接种增加了LA产量降低了p H,都促进乳杆菌属生长,以不同方式改变了微生物群落和代谢通路,布氏乳杆菌单独处理和组合处理增强了有氧稳定性。
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