抗冻融乳酸菌的筛选及其对燕麦青贮品质和有氧稳定性的影响

doi:10.11686/cyxb2022087

草业学报 ›› 2022, Vol. 31 ›› Issue (12): 158-170.DOI: 10.11686/cyxb2022087

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抗冻融乳酸菌的筛选及其对燕麦青贮品质和有氧稳定性的影响

李海萍¹^,³(), 关皓², 贾志锋¹, 刘文辉¹, 马祥¹, 刘勇¹, 汪辉², 马力⁴, 周青平²()

^1.青海大学畜牧兽医科学院，青海西宁 810016
^2.西南民族大学四川若尔盖高寒湿地生态系统国家野外科学观测研究站，四川成都 610041
^3.青海师范大学数学与统计学院，青海西宁 810016
^4.青海省草原总站，青海西宁 810016

收稿日期:2022-02-22 修回日期:2022-04-14 出版日期:2022-12-20 发布日期:2022-10-17
通讯作者: 周青平
作者简介:E-mail： qpingzh@aliyun.com
李海萍（1989-），女，青海西宁人，讲师，在读博士。E-mail： 2015263@edu.qhnu.cn
基金资助:
高寒区饲草高效种植与精细加工技术集成与示范(2021-QY-208);高品质燕麦生产及牦牛高效转化利用关键技术研究(2022-NK-130);国家现代牧草产业技术体系(CARS-34)

Screening of antifreeze-thawed lactic acid bacteria and their effects on oat silage fermentation quality and aerobic stability

Hai-ping LI¹^,³(), Hao GUAN², Zhi-feng JIA¹, Wen-hui LIU¹, Xiang MA¹, Yong LIU¹, Hui WANG², Li MA⁴, Qing-ping ZHOU²()

^1.Qinghai Academy of Animal Science and Veterinary Medicine，Qinghai University，Xining 810016，China
^2.Sichuan Zoige Alpine Wetland Ecosystem National Observation and Research Station，Southwest Minzu University，Chengdu 610041，China
^3.School of Mathematics and Statistics，Qinghai Normal University，Xining 810016，China
^4.Qinghai Grassland Station，Xining 810016，China

Received:2022-02-22 Revised:2022-04-14 Online:2022-12-20 Published:2022-10-17
Contact: Qing-ping ZHOU

摘要/Abstract

摘要：

为提高冻融条件下燕麦青贮的发酵品质和有氧稳定性，利用传统的平板培养法，从青藏高原地区分离到437株乳酸菌，从中筛选出4株在反复冻融条件下（20 ℃/-5 ℃）能快速生长、高效产酸的抗冻融乳酸菌。经生理、生化特性检测和16S rRNA基因序列比对鉴定，4株菌分别是植物乳杆菌157（LP157）、植物乳杆菌160（LP160）、短乳杆菌248（LB248）和戊糖乳杆菌260（LPE260）。为进一步评价其在冻融条件下对燕麦青贮发酵品质、营养成分、微生物数量及有氧稳定性的影响，试验设7个处理，分别为：1）LP157； 2）LP160； 3）LB248； 4）LPE260； 5）LP160+鼠李糖乳杆菌753混合（MIX）； 6）商业菌（COM）； 7）等量灭菌蒸馏水（CK），在20 ℃恒温和20 ℃/-5 ℃每12 h交替条件（冻融）下分别青贮60 d。结果表明，无论在20 ℃恒温条件还是在冻融条件下，LP157、LP160、LB248和LPE260处理组青贮后的pH和干物质损失显著低于CK（P<0.05），乳酸、乙酸含量均显著高于CK（P<0.05），肠杆菌、酵母菌和霉菌等不良微生物的生长得到抑制，提高了燕麦青贮品质。有氧暴露5 d后，LP157、LP160、LB248和LPE260处理组pH和NH₃-N显著（P<0.05）低于CK、MIX和COM处理组，提高了燕麦青贮的有氧稳定性，尤其LP160作用最显著（70 h VS. 对照11 h）。结果表明，筛选出的4株乳酸菌均具有作为青藏高原地区冻融环境下青贮调制用乳酸菌添加剂的潜质。

关键词: 乳酸菌, 冻融, 发酵品质, 有氧稳定性, 燕麦青贮

Abstract:

The effects of freeze-thaw conditions on the fermentation quality and aerobic stability of oat silage were investigated. Four strains of freeze-thaw-resistant lactic acid bacteria （LAB） with rapid growth and efficient acid production were screened from 437 strains， which had been isolated from the Qinghai-Tibetan Plateau. Based on physiological and biochemical characteristics and 16S rRNA gene sequence alignment， the four strains were identified as Lactobacillus plantarum 157 （LP157）， L. plantarum 160 （LP160）， Lactobacillus brevis 248 （LB248）， and Lactobacillus pentosus 260 （LPE260）. In order to investigate their effects on the fermentation quality， nutrient composition， microbial counts and aerobic stability of oat silage under freeze-thaw conditions， seven treatments were tested as follows： 1） LP157； 2） LP160； 3） LB248； 4） LPE260； 5） LP160+Lactobacillusrhamnosus 753 mixture （MIX）； 6） A commercial bacterial silage additive （COM）； 7） The same amount of sterilized distilled water （CK）. All treatments were ensiled for 60 days at a constant temperature of 20 ℃ and under a 20 ℃/-5 ℃ regime alternating every 12 h （freeze-thaw）. LP inoculation improved silage quality： The pH and dry matter loss in silages inoculated with LP157， LP160， LB248 and LPE260 were significantly lower than CK （P<0.05） and lactic acid and acetic acid contents were significantly higher than CK （P<0.05）， and the growth of spoilage micro-organisms such as coliform bacteria， yeast and mold were inhibited， both with fermentation at constant 20 ℃ and under freeze-thaw conditions. After aerobic exposure for 5 days， the pH and NH₃-N of silages treated with LP157， LP160， LB248 and LPE260 were significantly （P<0.05） lower than CK， MIX and COM. The aerobic stability of oat silage was improved， especially when inoculated with LP160 （70 h vs. CK 11 h）. The results show that the four screened strains can be used as effective LAB inoculants for silage preparation in the freeze-thaw environment of the Qinghai-Tibetan Plateau.

Key words: lactic acid bacteria, freeze-thaw, fermentation quality, aerobic stability, oat silage

李海萍, 关皓, 贾志锋, 刘文辉, 马祥, 刘勇, 汪辉, 马力, 周青平. 抗冻融乳酸菌的筛选及其对燕麦青贮品质和有氧稳定性的影响[J]. 草业学报, 2022, 31(12): 158-170.

Hai-ping LI, Hao GUAN, Zhi-feng JIA, Wen-hui LIU, Xiang MA, Yong LIU, Hui WANG, Li MA, Qing-ping ZHOU. Screening of antifreeze-thawed lactic acid bacteria and their effects on oat silage fermentation quality and aerobic stability[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2022, 31(12): 158-170.

图/表 9

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项目 Item	菌株Strain
项目 Item	9	10	67	74	103	117	157	160	248	260	270	286	365	376	407
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形状Shape	杆菌Rod	杆菌Rod	杆菌Rod	杆菌Rod	杆菌Rod	杆菌Rod	杆菌Rod	杆菌Rod	杆菌Rod	杆菌Rod	杆菌Rod	杆菌Rod	杆菌Rod	杆菌Rod	杆菌Rod
革兰氏染色Gram stain	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
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底物 Substrate	菌株Strain
底物 Substrate	9	10	67	74	103	117	157	160	248	260	270	286	365	376	407
菊糖Inulin	+	+	+	+	+	+	+	+	-	+	-	-	+	+	+
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M-蔗糖M-saccharose	+	+	+	+	+	+	+	+	-	+	-	-	+	+	-
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木糖醇Xylitol	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
七叶苷Esculin	+	+	+	+	+	+	+	+	-	+	-	-	+	+	+
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甘露醇Mannitol	-	+	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
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纤维二糖Cellobiose	+	+	+	+	+	+	+	+	-	+	-	-	+	+	+
阿拉伯糖Arabinose	w	-	-	-	-	-	w	-	+	-	+	+	-	-	-
葡萄糖Glucose	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
麦芽糖Maltose	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
蜜二糖Melibiose	-	-	-	+	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
马尿酸Hippuric acid	+	+	+	+	+	+	+	+	-	+	+	-	+	+	+
葡萄糖Glucose （产气Gas production）	-	-	-	-	-	-	-	-	+	+	+	-	+	+	+

底物 Substrate	菌株Strain
底物 Substrate	9	10	67	74	103	117	157	160	248	260	270	286	365	376	407
菊糖Inulin	+	+	+	+	+	+	+	+	-	+	-	-	+	+	+
水杨苷Salicin （1% NaCl）	+	+	+	+	+	+	-	+	-	+	+	-	-	+	-
M01a乳糖M01a actose	-	+	+	-	-	+	w	-	-	+	-	-	w	-	-
M-蔗糖M-saccharose	+	+	+	+	+	+	+	+	-	+	-	-	+	+	-
山梨醇Sorbitol	-	-	w	+	-	-	-	-	-	-	-	-	w	w	-
半乳糖Galactose	-	-	-	-	w	-	-	-	-	-	w	+	-	-	-
果糖Fructose	+	w	-	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
木糖醇Xylitol	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
七叶苷Esculin	+	+	+	+	+	+	+	+	-	+	-	-	+	+	+
棉子糖Raffinose	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
L-蔗糖L-saccharose	+	+	+	+	+	+	+	+	-	+	-	-	+	+	+
甘露醇Mannitol	-	+	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
甘露糖Mannose	+	+	+	+	+	+	+	+	-	+	-	-	+	+	+
水杨苷Salicin	+	+	+	+	+	+	+	+	-	-	-	-	+	+	+
鼠李糖Rhamnose	-	-	-	+	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
纤维二糖Cellobiose	+	+	+	+	+	+	+	+	-	+	-	-	+	+	+
阿拉伯糖Arabinose	w	-	-	-	-	-	w	-	+	-	+	+	-	-	-
葡萄糖Glucose	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
麦芽糖Maltose	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
蜜二糖Melibiose	-	-	-	+	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
马尿酸Hippuric acid	+	+	+	+	+	+	+	+	-	+	+	-	+	+	+
葡萄糖Glucose （产气Gas production）	-	-	-	-	-	-	-	-	+	+	+	-	+	+	+

项目Item	含量Content
干物质Dry matter （DM， %FW）	28.96±0.350
粗蛋白Crude protein （CP， %DM）	11.01±0.129
灰分Ash （%DM）	8.90±0.175
中性洗涤纤维Neutral detergent fiber （NDF， %DM）	65.17±1.169
酸性洗涤纤维Acid detergent fiber （ADF， %DM）	29.69±0.982
水溶性碳水化合物Water-soluble carbohydrates （WSC， %DM）	13.30±1.050
乳酸菌Lactic acid bacteria （lg cfu·g^-1 FW， LAB）	3.70
肠杆菌Coliform bacteria （lg cfu·g^-1 FW， CB）	4.12
酵母菌Yeast （lg cfu·g^-1 FW）	2.89
霉菌Mold （lg cfu·g^-1 FW）	3.14

抗冻融乳酸菌的筛选及其对燕麦青贮品质和有氧稳定性的影响

Screening of antifreeze-thawed lactic acid bacteria and their effects on oat silage fermentation quality and aerobic stability

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温度 Temperature （℃）	菌剂 Inoculation	pH	NH₃-N/TN （%）	乳酸LA （mg·g^-1 DM）	乙酸AA （mg·g^-1 DM）	丙酸PA （mg·g^-1 DM）	丁酸BA （mg·g^-1 DM）	LA/AA
20	对照CK	4.59abc	3.86a	46.86g	21.95b	ND	ND	2.14g
	LP157	4.01c	1.34fgh	69.31ab	24.70ab	ND	ND	2.81def
	LP160	4.02c	1.65def	58.44d	12.60de	ND	ND	4.68a
	LB248	4.02c	1.39fgh	71.41a	27.78a	ND	ND	2.59efg
	LPE260	3.99c	1.09h	69.56ab	24.71ab	ND	ND	2.85def
	MIX	4.37abc	2.08bc	44.46g	13.46de	ND	ND	3.31cd
	COM	4.90a	1.49efg	54.27ef	18.04c	ND	ND	3.01cde
20/-5	对照CK	4.81ab	2.33b	27.73h	6.61f	ND	ND	4.21ab
	LP157	4.00c	1.75de	56.82def	15.75cd	ND	ND	3.64bc
	LP160	4.02c	1.84cd	66.75bc	15.50cd	ND	ND	4.34a
	LB248	4.04c	1.38fgh	57.93de	17.83c	ND	ND	3.26cd
	LPE260	4.03c	1.35fgh	64.15c	22.93b	ND	ND	2.83def
	MIX	4.07c	1.24gh	53.22f	11.67e	ND	ND	4.58a
	COM	4.16bc	1.97cd	55.39def	24.16ab	ND	ND	2.32fg
标准误SEM		0.228	0.027	0.341	0.317	ND	ND	0.054
菌剂Inoculation （I）		*	**	**	**	ND	ND	**
温度Temperature （T）		NS	**	**	**	ND	ND	**
I×T		NS	**	**	**	ND	ND	**

处理 Treatment	乳酸菌LAB		肠杆菌CB		酵母菌Yeast		霉菌Mold
处理 Treatment	20 ℃	20 ℃/-5 ℃	20 ℃	20 ℃/-5 ℃	20 ℃	20 ℃/-5 ℃	20 ℃	20 ℃/-5 ℃
对照CK	4.62	4.63	ND	4.06	2.30	3.78	ND	2.00
LP157	2.95	3.32	ND	2.95	0.90	1.25	ND	ND
LP160	3.46	4.00	ND	ND	ND	1.70	ND	ND
LB248	4.21	4.03	ND	ND	0.08	0.63	ND	ND
LPE260	5.26	4.71	1.60	ND	4.29	ND	2.70	ND
MIX	4.79	4.77	1.54	ND	3.62	ND	2.48	ND
COM	5.83	4.06	4.70	ND	4.37	3.72	3.75	ND

温度Temperature （℃）	菌剂Inoculation	干物质DM（%FW）	干物质损失DM loss （%）	灰分Ash （%DM）	中性洗涤纤维NDF （%DM）	酸性洗涤纤维ADF （%DM）	粗蛋白CP （%DM）	水溶性碳水化合物WSC （%DM）
20	对照CK	28.35f	1.22a	8.09a	54.28cd	29.76bc	9.05abcd	4.84def
	LP157	28.67ef	0.09e	7.99a	48.36e	23.01e	9.18abc	4.64efg
	LP160	29.18ef	0.39cde	7.96a	46.24e	21.26e	9.15abcd	5.36cde
	LB248	28.61ef	0.24de	7.98a	54.21cd	26.75d	9.67a	4.00fg
	LPE260	28.53ef	0.07e	8.00a	53.53d	27.84cd	9.24ab	7.70b
	MIX	29.20ef	0.12de	8.38a	56.61bcd	30.01bc	8.71bcd	6.93b
	COM	28.60ef	0.19de	7.25a	56.35bcd	29.26bcd	8.82bcd	3.73g
20/-5	对照CK	31.38b	0.89abc	7.84a	58.45bc	31.76ab	8.78bcd	5.85c
	LP157	30.60bc	0.43cde	7.46a	59.06b	31.01b	8.55cde	5.73cd
	LP160	29.58de	0.52cde	7.98a	55.28bcd	30.44bc	8.48de	4.59efg
	LB248	31.03bc	0.37cde	7.88a	56.22bcd	31.73ab	9.36ab	4.20fg
	LPE260	32.49a	0.67bcd	7.38a	56.48bcd	29.25bcd	8.91bcd	5.92c
	MIX	32.70a	1.13ab	8.13a	63.82a	34.10a	7.76f	10.39a
	COM	30.31cd	0.49cde	7.97a	56.77bcd	30.68bc	8.06ef	5.38cde
标准误SEM		0.090	0.045	0.370	1.340	0.930	0.050	0.300
菌剂Inoculation （I）		**	**	NS	**	**	**	**
温度Temperature （T）		**	**	NS	**	**	**	**
I×T		**	*	NS	**	**	NS	**

温度 Temperature （℃）	菌剂 Inoculation	pH	NH₃-N （mg·g^-1 DM）	乳酸LA （mg·g^-1 DM）	乙酸AA （mg·g^-1 DM）	丙酸PA （mg·g^-1 DM）	丁酸BA （mg·g^-1 DM）	LA/AA
20	对照CK	8.68ab	3.38bc	23.65de	13.59bc	ND	ND	1.74g
	LP157	4.24e	2.79d	41.56b	14.27b	ND	ND	2.91cd
	LP160	4.01e	1.35f	25.68d	7.36f	ND	ND	3.49b
	LB248	4.33e	1.60f	79.29a	31.92a	ND	ND	2.49e
	LPE260	8.06b	2.84d	20.31f	12.77c	ND	ND	1.59g
	MIX	8.99a	3.48bc	20.19f	9.29e	ND	ND	2.17f
	COM	8.97a	4.39a	11.00h	6.50f	ND	ND	1.69g
20/-5	对照CK	8.79ab	4.54a	13.14gh	5.59g	ND	ND	2.35e
	LP157	6.62c	3.03cd	25.41d	9.21e	ND	ND	2.76d
	LP160	5.70d	2.22e	35.73c	5.47g	ND	ND	6.54a
	LB248	7.07c	2.59de	21.68ef	7.27f	ND	ND	2.99c
	LPE260	6.86c	3.41bc	42.24b	11.60d	ND	ND	3.64b
	MIX	8.76ab	3.53b	41.81b	11.76d	ND	ND	3.56b
	COM	8.44ab	4.30a	15.15g	5.27g	ND	ND	2.87cd
标准误SEM		0.277	0.040	0.253	0.076	ND	ND	0.016
菌剂Inoculation （I）		**	**	**	**	ND	ND	**
温度Temperature （T）		**	**	**	**	ND	ND	**
I×T		**	**	**	**	ND	ND	**

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