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分解尿素的細菌的篩選與鑒定

Scott Dennis/Bill Mahanna 譯 者 賈春旺

青貯作為反刍動物非常重要的原料草之一，其質量對牛群健康、奶産量和奶質量具有很大的影響。然而，生産實踐中青貯開封飼喂期間有氧變質腐敗現象很是普遍，造成資源浪費，營養物質大量流失。導緻青貯有氧腐敗變質方面的研究很多，乙酸菌作為導緻青貯腐敗變質是新發現的。乙酸菌導緻青貯腐敗變質的深層生化過程和機理值得進一步研究。

青貯制作中，乳酸菌成功的将可溶性糖轉化為乳酸，這時候青貯得到了很好的保存。青貯過程中産生大量的乳酸，乳酸使得青貯的pH降低，這種酸性環境抑制了植物表面的有害微生物的活性和産酶活性，這些有害微生物主要包括植物表面附着細菌、梭狀芽胞杆菌、酵母菌、黴菌等等，這些有害菌都附着在青貯植株的表面。

衆所周知，乳酸是青貯發酵最為理想的發酵産物，因為它比其他有機酸的生物學利用效率更高，其他的有機酸主要包括乙酸、丙酸、丁酸，這些有機酸由青貯微生物代謝産生。青貯初期，快速有效的實現低pH環境可以降低青貯飼料中糖分的損失，同時也會減少蛋白質的降解。這種微生物發酵過程保存和提升了青貯飼料的營養物質和飼用價值。

乳酸菌接種劑，或者是乳酸菌發酵劑被大家廣泛認可并且被商業化，主要是其在發酵初期能夠降低幹物質的損失。在制作青貯過程中，給青貯材料上面噴灑“同型”乳酸菌（植物乳杆菌）。噴灑同型乳酸菌後，青貯發酵一開始就會被同型乳酸菌發酵占主導地位，将含有6個碳原子的6碳糖轉化成2份子3個碳原子的乳酸。這樣乳酸導緻pH迅速降低，酸性環境會抑制植株表面其他的有害微生物，盡可能的保存好青貯飼料。然而，在青貯開封期間，這種微生物接種劑在防止青貯産熱變質方面是失敗的，沒有提升青貯有氧穩定性的作用。

青貯開封期間的發熱變質是生産面臨的大問題

讓牧場生産者很頭疼的是某些對乳酸有很強利用率的酵母菌（假絲酵母和奶酥酵母），這些酵母菌對高濃度的乳酸不敏感，對低pH環境的耐受力很強，酸性環境無法抑制它的活性。它們在青貯酸性環境下生長的很好，當青貯開封後，開始飼喂期間，它們在接觸空氣後活性是青貯密封環境中的兩倍。在有氧暴露期間，這些酵母菌可以利用乳酸，将乳酸作為能量物質，酵母菌的有氧活動因為對乳酸的利用消耗，會導緻青貯pH上升，使得酸性環境減弱，這樣的環境下其他好氧細菌和黴菌也随之活動，青貯腐敗程度加深。

最終，好氧微生物的活動會導緻糖分、澱粉和蛋白質損失，同時也會因為微生物的大量繁殖和活動，産生很多熱量。現在有很多科研論文論述了在玉米青貯、牧草青貯和高水分玉米上面（苜蓿上不多）有數量很多的酵母菌，并且這些足夠數量的酵母菌在青貯初期大量繁殖，在菌群中占據絕對優勢，酵母菌的大量繁殖和活動導緻青貯發熱。

如果對酵母菌導緻青貯發熱進行分析，青貯微生物發酵劑的下一代菌落裡發現了“異型”乳酸菌（布氏乳杆菌）。這些接種劑将6碳糖轉化成1分子3碳乳酸和1分子2碳乙酸，并且會釋放1分子的二氧化碳（二氧化碳會釋放到空氣中造成幹物質的損失）。

從實質方面和應用方面來講，這些異型乳酸菌不建議作為青貯發酵劑菌種，主要原因是異型乳酸菌不能像同型乳酸菌一樣将pH降的很低，并且在發酵過程中每份糖通過發酵都會損失一分子二氧化碳。然而，對體積比較大的青貯窖，在開窖飼喂的時候其暴露于空氣中的面積比較大，但是由于青貯窖切面比較大，使用速度可能比較慢，其橫切面暴露于空氣中的時間就越長，與空氣接觸後，好氧微生物開始大量繁殖，青貯玉米就會發熱，高水分玉米發熱更為明顯，同時産熱的過程中會損失大量的營養物質，并且會因為腐敗變質造成飼糧在料槽被采食的時候适口性下降。然而乙酸的酸性不及乳酸強，布氏乳杆菌在發酵過程中産生乙酸和其他化合物，這些物質對酵母菌繁殖具有一定的抑制作用。

現在被廣泛應用和認可的接種劑中同時含有同型乳酸菌（為了降低pH）和異型布氏乳杆菌（為了抑制酵母菌）的混合微生物接種劑，這樣既能保證青貯厭氧發酵期間成功發酵，也能确保在開窖飼喂期間減少發熱變質腐敗。混合接種劑有時候很難解釋實驗室檢測的揮發性脂肪酸結果，讓分析起來有點混亂。其中主要原因是在青貯窖密封發酵期間，布氏乳杆菌比同型乳酸菌生長速度慢，活性低，但是随着pH降低，布氏乳杆菌活性更強。

在低pH環境中，布氏乳杆菌更多地利用乳酸作為主要的能源物質，比利用糖作為能源物質要多。因此，在保持青貯中糖分不變的情況下乳酸水平下降，乙酸水平上升。

導緻變質腐敗的“新罪犯”

青貯專家近期調查研究了發酵良好的玉米青貯，發現了生産上存在這種情況，青貯中乙酸含量很高，酵母菌數量很低，但是青貯還會發熱變質。如果按照之前的科研成果分析，乙酸含量高酵母菌數量低，青貯的有氧穩定性是比較好的，是不容易腐敗變質的。

通過進一步研究，這種玉米青貯中，通過深層取樣，樣品的乙醇含量比正常青貯的含量要高，但是乙醇在青貯表面是不存在的，因為它容易揮發。這樣的研究結果通過青貯微生物專家分析後，他們認為肯定在青貯中有微生物将某種物質轉化為乙醇。通過對這種青貯采樣後培養分析，研究人員确實發現了影響青貯有氧穩定性的新的破壞性微生物——乙酸菌。

乙酸菌是一種能夠代謝産生醋酸的細菌（經常被用于商業釀醋中），乙酸菌能夠在青貯開封飼喂期間，與氧氣接觸後能夠将乙醇（酵母菌代謝産物）轉化為乙酸。即使乙醇含量較低的時候，它們也能夠将乳酸和乙酸轉化為二氧化碳、水和熱量。

乙酸菌是一種好氧型革蘭氏陰性菌，它能耐受酸性環境，因此低pH環境中有很強的耐受性，能正常生存。乙酸菌在環境中無處不在，在土壤、水、空氣和青貯中都有，它的形态特征與乳酸菌不同，乳酸菌有鞭毛，需要依附其他物質。對酵母菌和乙酸菌進行研究後發現，它們通過代謝都會産生“指甲油原料”，裡面含有乙酸乙酯和乳酸乙酯，這兩種物質都有一定的不愉快味道，這也解釋了飼喂這種青貯為什麼會導緻牛群采食量下降的現象。

在厭氧條件下（沒有氧氣存在），酵母産生乙醇，然後乙酸菌通過酸化反應将其轉化為乙酸乙酯和乳酸乙酯。在有氧條件下，乙酸菌非常活躍，能夠代謝産生大量的乙酸乙酯和乳酸乙酯。在含有大量乙酸菌的青貯中，研究者發現了在青貯發熱變質前的24小時會含有大量的“指甲油原料”芳香族物質。

歐洲專家研究發現在青貯開封暴露于空氣中時，乙酸菌和酵母菌的活躍程度相似，都很活躍。但是，酵母菌是導緻有氧暴露期間青貯發熱變質的主要有害微生物。美國奶牛粗飼料研究中心的專家研究發現在他們所有的實驗中，有氧暴露期間腐敗發熱的青貯中都含有乙酸菌，而酵母菌隻有在三分之一的研究中發現具有引起發熱的現象。

這些研究結論很好的解釋了在開窖飼喂有氧暴露期間為什麼容易發熱，主要是乙酸菌更活躍，比之前的研究結論更具有說服力。對乙酸菌在青貯有氧腐敗方面的理解和認識不夠深入，主要是在選擇性的培養基上面對乙酸菌進行培養計數的難度比較大。一些商業微生物公司給的化驗報告是所有好氧細菌的數量，這樣不能準确反應出乙酸菌的數量，其中主要是杆菌數量、好氧細菌中包括了乙酸菌。

在調制良好、壓的很嚴實的青貯中也發現了乙酸菌，在厭氧環境下，酵母菌生長代謝中産生乙醇，乙醇含量有所提升。然而，布氏乳杆菌不能抑制乙酸菌數量，但是抑制酵母菌繁殖，降低酵母菌數量和它們的代謝産物乙醇含量。乙醇作為乙酸菌代謝底物，乙醇含量少了，自然就會減緩乙酸菌對青貯的負面影響。

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