青贮饲料中乳酸菌的作用
青贮饲料(silage)是把新鲜的青饲料如玉米秸秆、根茎类饲料、栽培牧草等经切碎并压紧在青贮窖或青贮塔中，密封后，经过微生物的发酵作用而调制成的一种多汁、耐贮藏、能供家畜全年食用的饲料，这种调制饲料的方法称为青贮。其原理是利用青贮原料上存在的乳酸菌等微生物，通过厌氧呼吸将青贮原料中的碳水化合物转化成有机酸，使pH值降到3.8～4.2，抑制有害菌的生长，从而实现长期保存饲料及其营养物质的目的。同时，微生物的活动使青贮饲料带有芳香酸甜的味道，提高了家畜的适口性。早在20世纪，国内外就出现了大量关于玉米青贮中乳酸菌的研究，最初的研究重点集中在青贮饲料乳酸菌的发酵机理、青贮各个阶段乳酸菌数量的变化和营养物质的损失，但具体是哪一种乳酸菌起到何种作用，乳酸菌与其他微生物之间的关系以及青贮发酵过程中各种微生物产生的抑制或促进其他微生物生长的物质还了解甚少。同时，要想提高动物的饲喂效果，就必须在了解青贮基本原理的基础上，提高青贮饲料的品质，缩短青贮的时间，控制二次发酵。目前，国内外的研究主要集中在乳酸菌接种剂对青贮饲料的发酵时间、温度、pH值和品质的影响，以及不同原料青贮过程中乳酸菌种类及微生物多样性、二次发酵的主要原因、促进青贮饲料的有氧稳定性、缩短发酵时间、寻求理想的发酵品质以及乳酸菌发酵终产物是什么等问题的研究。这些研究仍在继续，但都没有形成确切而成型的理论。到目前为止，人们对乳酸菌产生的抗菌物质和芳香物质是什么以及产生过程等问题仍涉及较少。
1乳酸菌在青贮过程中的作用
1.1产酸及其他物质
根据乳酸菌发酵糖生成乳酸能力的不同，将乳酸菌分为两类，一类是同型发酵乳酸菌，另一类是异型发酵乳酸菌。玉米青贮饲料中同型乳酸菌利用葡萄糖发酵产生乳酸以及部分乙酸、甲酸和丙酸，使pH值迅速下降到4.0左右，从而抑制其他各种微生物的活动，当pH值下降至3.8时，乳酸菌本身的生长也受到抑制，青贮饲料中的生物化学过程也会停止。如果在发酵过程中乳酸菌不能迅速成为优势菌群，则大量腐败的微生物迅速生长，影响青贮饲料的品质，因此，向青贮原料中添加乳酸菌，可增加青贮原料中乳酸菌的数量，使得乳酸菌迅速成为优势菌群，从而提高饲料的营养价值和品质。但近年来的很多研究表明，单独添加单一的乳酸菌，如植物乳杆菌等同型发酵乳酸菌，增加了乳酸产生的浓度，增加了霉菌和酵母菌生长的底物，加快了青贮饲料在空气中的败坏时间而影响青贮品质。所以，刘飞用产酸能力较强的玉米乳杆菌和坚强肠球菌制备全株玉米青贮，不但缩短了玉米青贮的时间，而且还显著提高了玉米青贮的品质。且张大伟添加植物乳杆菌和乳酸片球菌混合菌于玉米青贮饲料中，青贮饲料发酵品质较好。青贮饲料中的异型乳酸菌发酵1分子葡萄糖产生1分子家畜不易代谢的D-型乳酸，转化为乳酸的效率是同型发酵的17%～50%，并产气，可造成饲料中营养物质的浪费，而且使青贮饲料的酸度下降缓慢，为腐败菌的增殖提供了条件。有研究表明，同型发酵乳酸菌在产乳酸和改善青贮饲料品质方面比异型乳酸发酵更有效，而郭旭生等研究表明，乳酸菌中异型发酵乳酸菌的效果优于同型发酵乳酸菌。也有研究表明，同型乳杆菌与异型乳杆菌混合使用可大大地提高青贮品质，其品质好于单独添加一种乳酸菌的青贮。而任付平在青贮过程中添加了含有黑曲霉UV-11、绿色木霉、枯草芽胞杆菌MC7、德氏乳杆菌和酒精酵母5种微生物的固体菌剂作为青贮复合菌种添加剂，青贮的效果好于单独添加乳酸菌的处理组。这说明在青贮过程中添加微生物添加剂不仅要考虑乳酸菌添加剂，更应考虑各种微生物的颉颃作用，才能最终达到提高青贮品质的目的。许多乳酸菌都能进行异型乳酸发酵，由于利用的碳源不同，其发酵产物和途径也有差异。如瑞士乳杆菌可发酵葡萄糖生成乳酸、乙醇和CO2，发酵核糖的产物为乳酸和乙酸，也可转化果糖为乳酸、乙酸、CO2和甘露醇。有些乳酸菌如戊糖乳杆菌能发酵半纤维素酸解产物戊糖，产生乳酸和少量的乙酸，而无CO2生成，所以青贮饲料干物质不会损失，并且生成的乙酸还有利于抑制腐败菌生长。农作物在生长过程中本身会分泌大量有机酸，最常见的是柠檬酸和苹果酸，在青贮过程中，柠檬酸和苹果酸可被肠杆菌、内生细菌或乳酸菌的好氧代谢转化成乳酸、乙酸、2，3-丁二醇、乙醇等小分子有机酸，同时有大量的CO2生成，造成了干物质的损失。乳酸菌还能发酵柠檬酸形成双乙酰，但在青贮饲料制备中并没有发现这种现象。乳酸菌一般没有蛋白质水解能力，青贮过程中蛋白质的分解主要由梭状芽胞杆菌所致。
1.2促进有氧稳定性，防止二次发酵
同型发酵乳酸菌能利用少量的碳水化合物产生大量乳酸，对饲料有很好的保鲜作用。而Weinberg等用含有植物乳杆菌、粪肠球菌和乳酸片球菌的接种剂接种青贮，结果由于大量的酵母菌孳生破坏了青贮饲料的有氧稳定性。而异型乳酸菌可促进有氧稳定性，防止二次发酵。当青贮饲料暴露于空气中时，同型发酵乳酸菌植物乳杆菌发酵产生大量乳酸，而产生的能够抑制酵母菌、霉菌等生长繁殖的短链脂肪酸却非常少，由于乳酸的产生为乳酸同化型酵母菌提供了生长繁殖所需的底物，从而引起饲料的腐败和霉变。有研究表明，微生物接种剂接种青贮饲料的效果好于添加糖蜜组，接种微生物接种剂的青贮玉米较对照组和添加糖蜜组更加稳定，更能促进有氧稳定性，而添加糖蜜处理的玉米青贮可增加乙醇和乳酸的浓度但不能促进有氧稳定性。玉米青贮饲料中添加布氏乳杆菌可显著促进青贮饲料的有氧稳定性，有效地防止二次发酵，延长青贮饲料暴露在空气中败坏的时间，为动物饲喂带来了方便。郭旭生等的研究也证明了这一点。在高湿玉米青贮中添加布氏乳杆菌40788使得青贮中乙酸的含量升高，抑制了酵母菌的生长，从而促进了青贮饲料的有氧稳定性。说明布氏乳杆菌可使青贮饲料中乙酸含量增高从而促进有氧稳定性。布氏乳杆菌异型发酵代谢产物中除了乳酸和乙酸外，还有少量的1，2-丙二醇及丙醇二酸，但在青贮发酵中真正起作用的主要是乙酸，乙酸对腐败微生物显示出很强的抑制作用。而Kleinschmit等添加布氏乳杆菌和戊糖片球菌R1094调制玉米青贮，研究表明，酵母菌的抑制因子是多方面的，其他菌如乙酸菌可能对有氧稳定性起作用。也有报道表明，布氏乳杆菌株与酶制剂(如β-葡聚糖苷酶、α-淀粉酶、β-木聚糖酶)、同型发酵菌株植物乳杆菌、戊糖片球菌混合使用，有氧条件下青贮饲料表面的酵母菌和霉菌数量明显降低。异型发酵中报道较多，且青贮效果最好的是布氏乳杆菌。
1.3产生抗菌物质，抑制有害微生物的生长繁殖
乳酸菌产生的抗菌物质有乳酸、乙酸、甲酸、丁酸和其他挥发性短链脂肪酸，对酵母和霉菌均有很强的抑制作用，其中，乙酸对酵母菌的生长有抑制作用，对霉菌则无效，而霉菌生长能被山梨酸抑制。短链脂肪酸中，丙酸抑制真菌能力最强，对腐败的酵母和霉菌生长均有抑制作用，且随着pH值的降低，抑菌能力增强。然而研究发现，乳酸菌产生的其他代谢产物也有抗菌作用，像2，3-丁二酮、3-羟基丙醛、乙醛、过氧化氢、羟自由基以及肽或蛋白质类的细菌素。植物乳杆菌产生3-苯基乳酸、一些3-羟基脂肪酸和一系列的哌嗪二酮衍生物，其中3-羟基脂肪酸是最有效的抗真菌物质，而3-羟基脂肪酸以及哌嗪二酮衍生物的活性较小，但这些物质可以有效地抑制有害微生物的生长，如洛克福青霉和烟曲霉的生长。Anders等的试验研究结果表明，青贮饲料中产生的乳酸菌代谢物质有3-羟基癸酸、2-羟基-4-甲基戊酸、苯甲酸、邻苯二酚、氢化肉桂酸、水杨酸、3-苯基乳酸、4-羟基苯甲酸、(反式，反式)-3，4-二羟基环己烷-1-羧酸、P-氢化香豆酸、香草酸、壬二酸、氢化阿魏酸、香豆酸、氢化咖啡酸、阿魏酸和咖啡酸。其中，抗真菌物质是3-苯基乳酸和3-羟基癸酸，其他的代谢产物如P-氢化香豆酸、氢化阿魏酸和香豆酸从添加了乳酸菌的青贮饲料中释放出来。同时，证明了植物乳杆菌在培养基和青贮饲料中产生的抗真菌物质相同，但在青贮中还产生其他物质。玉米青贮中的乳酸菌可以产生一些具有抑菌或杀菌作用的细菌素，该物质对梭状芽胞杆菌、葡萄球菌、链球菌、李斯特菌等病原菌均有很强的抑制作用。目前，对青贮饲料中乳酸菌产生细菌素的研究和应用较少。