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

doi:10.11686/cyxb2022087

Abstract

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

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Figures/Tables 9

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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	+	+	+	+	+	+	+	+	-	+	-	-	+	+	+
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	+	+	+	+	+	+	+	+	-	+	-	-	+	+	+
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葡萄糖Glucose	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
麦芽糖Maltose	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
蜜二糖Melibiose	-	-	-	+	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
马尿酸Hippuric acid	+	+	+	+	+	+	+	+	-	+	+	-	+	+	+
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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