引用本文
冯巧娟, 朱琳, 吴安琪, 张建国. 青贮时间和温度对木薯块根和叶发酵品质及氢氰酸含量的影响. 草业科学, 2018,35(5): 1293-1298
Feng Qiao-juan, Zhu Lin, Wu An-qi, Zhang Jian-guo. Effect of ensiling time and temperature on the fermentaion quality and content of hydrocyanic acid in cassava roots and leaves. Pratacultural Science, 2018,35(5): 1293-1298.  
Doi: 10.11829/j.issn.1001-0629.2017-0549
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青贮时间和温度对木薯块根和叶发酵品质及氢氰酸含量的影响
冯巧娟, 朱琳, 吴安琪, 张建国
华南农业大学南方草业研究中心,广东 广州 510642
通讯作者:张建国(1968-),男,内蒙古察右后旗人,教授,博士,主要从事牧草加工利用研究。E-mail:zhangjg@scau.edu.cn

第一作者:冯巧娟(1992-),女,甘肃平凉人,在读硕士生,主要从事牧草加工方面的研究。E-mail:1126513852@qq.com

收稿日期: 2017-10-16 接受日期: 2017-12-21
资助项目: 广东省林业科技创新项目(2016KJCX036)
摘要

为更有效地利用木薯( Manihot esculenta)作为饲料,以华南8号木薯为原料,研究了青贮时间(7、14、21、28 和56 d)和青贮温度(20、30和40 ℃)对木薯块根和叶发酵品质和氢氰酸(HCN)含量的影响。结果表明,随青贮时间的延长,木薯块根和叶青贮料pH逐渐下降,青贮56 d后块根的pH已降至3.73,而叶为4.70;块根的乳酸含量逐渐增加,而叶7 d时最高。青贮温度对木薯块根发酵无显著影响( P>0.05),各温度下块根的pH都接近3.70,而30和40 ℃的叶青贮料比20 ℃有更多的乳酸和更低的pH。木薯块根和叶中HCN含量都随青贮时间延长而减少,但减少主要发生在青贮前两周。随青贮温度升高,木薯块根和叶中HCN含量都显著下降( P<0.05)。40 ℃时块根和叶中HCN去除率分别达到55.82%和63.56%。

关键词: 木薯块根; 木薯叶; 氢氰酸; 青贮; 发酵品质; 温度; 饲料
中图分类号:S816.5+3 文献标志码:A 文章编号:1001-0629(2018)05-1293-06
Effect of ensiling time and temperature on the fermentaion quality and content of hydrocyanic acid in cassava roots and leaves
Feng Qiao-juan, Zhu Lin, Wu An-qi, Zhang Jian-guo
South Pratacultural Research Center, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, Guangdong, China
Corresponding Author: Zhang Jian-guo E-mail: zhangjg@scau.edu.cn
Abstract

To use cassava as feed effectively, the influence of ensiling time and temperature on the fermentation quality and hydrocyanic acid content in cassava roots and leaves was investigated. The results showed, as the ensiling time prolonged, pH of cassava roots and leaves decreased, and they were 3.73 and 4.70 at 56 d, respectively. Lactic acid content of roots increased with the ensiling time, while that of leaves was the highest at 7 d. The ensiling temperature had no significant effects on the fermentation quality of cassava roots( P>0.05), and all roots silages had a pH near 3.70, while the leaves in silages at 30 and 40 ℃ had more lactic acid and lower pH than those at 20 ℃. The hydrocyanic acid content in cassava roots and leaves gradually reduced with ensiling time, and such reductions mainly took place in the first two weeks. As the ensiling temperature rose, the HCN content of roots and leaves significantly reduced ( P<0.05). The detoxification rates of HCN were 55.82% and 63.56% for cassava roots and leaves at 40 ℃, respectively.

Key words: cassava roots; cassava leaves; hydrocyanic acid; ensiling; fermentaion quality; temperature; feed

木薯(Manihot esculenta)是大戟科木薯属植物, 原产于美洲, 现主要分布于热带亚热带地区, 在我国, 主要种植于广东、广西、海南和云南[1]。木薯易种植、生长快、产量高、价格低、用途广, 是粮食、饲料产业和工业兼用的重要作物[2]。木薯块根的淀粉含量丰富、叶片含有丰富的蛋白质、维生素, 可作为植物蛋白加以利用[3]。然而, 木薯鲜薯易腐烂变质, 难以直接用作饲料, 且新鲜木薯块根、茎叶均含有氰甙, 氰甙本身不呈现毒性, 但当被动物采食、咀嚼或被病原体侵染后, 受损植物组织细胞内的氰甙在β -葡萄糖苷酶、α -羟腈酶作用下会水解产生氢氰酸(HCN), 而HCN会引起人体和动物呼吸、神经及内分泌系统中毒。迄今为止, 各国对木薯脱毒开展了大量的研究并建立了多种方法, 其中青贮是一种HCN去除成本低的处理方法, 基本不消耗能量[4], 但对影响青贮去除HCN含量的因素研究较少。因此, 为了提高青贮去除HCN的效率, 本研究探讨青贮时间和温度对木薯块根、叶发酵品质及HCN含量的影响。

1 材料与方法
1.1 材料

选用华南8号木薯作为试验品种, 2012年3月20日在华南农业大学增城教学科研基地, 将长10 cm左右的木薯苗斜插种植(起垄后, 将种茎的下端呈45° ~60° 斜插于垄中3~4 cm处, 浅盖土), 行距1.0 m× 0.8 m, 常规田间管理。于2012年11月14日收获木薯块根和叶。将鲜薯块根(带皮)切成1~2 mm薄片, 叶切至3~4 cm, 供分析和青贮用。

1.2 青贮

将切短的材料充分混匀, 装入30 cm× 20 cm的聚乙烯青贮袋中, 每袋200 g, 用真空打包机(SINBO Vacuum Sealer)抽真空后密封, 块根、叶各制作24袋。其中15袋在室温[(15± 3) ℃]条件下暗处贮藏, 其余在20、30和40 ℃的恒温培养箱中遮光贮藏。

1.3 取样和分析

1.3.1 取样 室温条件下贮藏的青贮料分别在7、14、21、28和56 d各开封3袋, 20、30和40 ℃贮藏的在56 d全部开封, 取化学分析样品。

1.3.2 化学分析 干物质(DM)含量采用70 ℃烘箱干燥48 h后测定, 粗蛋白含量采用凯氏定氮法测定, 粗脂肪含量采用乙醚提取法测定, 粗灰分含量采用灼烧法测定[5]; 可溶性碳水化合物(WSC)含量采用蒽酮-硫酸法测定[6]; 缓冲能采用盐酸、氢氧化钠滴定法测定[7]; 粗纤维含量采用改进的滤袋分析法测定[8]; 淀粉含量采用AOAC法测定[9], HCN采用硝酸汞滴定法测定[10]。

1.3.3 青贮发酵品质分析 青贮袋开封后, 取20 g混匀的青贮饲料放入聚乙烯塑料封口袋中, 加入80 mL蒸馏水, 置于4 ℃冰箱里浸泡18 h后过滤, 用pH计测定浸提液pH。氨态氮(NH3-N)含量采用凯氏定氮仪直接蒸馏测定[11]。有机酸含量采用高效液相色谱仪测定[12]。

1.4 数据分析

用Excel 2007和SPSS 19.0软件对数据进行统计及相关数据分析。采用单因素方差分析对营养成分、发酵产物和HCN含量进行显著性检验, 用Duncan法对平均值进行多重比较。

2 结果
2.1 木薯块根和叶的特性

木薯块根干物质、无氮浸出物、淀粉含量高, 可溶性碳水化合物含量低, 而木薯叶水分、粗蛋白和可溶性碳水化合物含量较高(表1)。

表1 华南8号木薯块根和叶特性 Table 1 Characteristcs of cassava roots and leaves
2.2 木薯块根和叶的青贮发酵品质

2.2.1 木薯块根和叶在不同青贮时间下的发酵品质 青贮时间对木薯块根青贮料的pH、乳酸和NH3-N含量均有极显著影响(P< 0.01), 而对乙酸、丙酸和丁酸含量没有显著影响(P> 0.05)(表2)。随着青贮时间的延长, 木薯块根pH逐渐下降, 青贮28 d时pH已降至4.20以下。乳酸含量从14 d开始显著增加, 但14~56 d无显著差异。氨态氮占总氮比例总体偏高。

表2 青贮时间对木薯块根发酵品质的影响 Table 2 Effect of ensiling time on the fermentation quality of cassava roots

青贮时间对木薯叶青贮料的pH、乳酸含量、丁酸含量和NH3-N占总氮比例均有极显著影响(P< 0.01), 而对乙酸和丙酸含量没有显著影响(P> 0.05)(表3)。随着青贮时间延长, 木薯叶pH显著下降(P< 0.05), 但青贮56 d后仍高于4.20; 青贮7 d时乳酸含量最高; 丁酸仅在56 d时被检测到。各处理组的氨态氮占总氮比例和丙酸含量均较低, 而乙酸含量偏高。

表3 青贮时间对木薯叶发酵品质的影响 Table 3 Effect of ensiling time on the fermentation quality of cassava leaves

2.2.2 木薯块根和叶在不同青贮温度下的青贮发酵品质 青贮温度对木薯块根青贮料的pH、乳酸含量、乙酸含量、丙酸含量、丁酸含量和NH3-N占总氮比例均没有显著影响(P> 0.05)(表4), 各处理组的pH均在3.7以下, 乳酸含量较高, 乙酸、丙酸和丁酸含量均较低, 氨态氮占总氮比例超过了15%。

表4 青贮温度对木薯块根发酵品质的影响 Table 4 Effect of ensiling temperature on the fermentation quality of cassava roots

青贮温度对木薯叶青贮料pH、乳酸和乙酸含量均有极显著影响(P< 0.01), 对丙酸含量有显著影响(P< 0.05), 而对丁酸含量和NH3-N占总氮比例没有显著影响(P> 0.05)(表5)。总体上看, 30和40 ℃青贮发酵品质均较好。

表5 青贮温度对木薯叶发酵品质的影响 Table 5 Effect of ensiling temperature on the fermentation quality of cassava leaves
2.3 青贮对木薯块根和叶中HCN含量的影响

2.3.1 木薯块根和叶在不同青贮时间下的HCN含量 青贮时间对木薯块根、叶中HCN含量均有显著影响(P< 0.05)。在0~14 d随青贮时间的延长, 木薯块根中HCN含量显著降低(P< 0.05)。青贮14 d时, HCN含量由原料的202.74 mg· kg-1 降至118.30 mg· kg-1, 去除率为41.65%。14 d后, 块根中HCN含量变化差异不显著(P> 0.05, 图1)。随青贮时间的延长, 木薯叶中HCN含量也呈下降趋势, 07 d HCN含量变化差异显著, 青贮14 d时, HCN的去除率为20.07%, 之后差异并不显著(P> 0.05)(图2)。

图1 青贮时间对木薯块根HCN含量的影响
不同小写字母表示不同青贮时间间差异显著(P< 0.05)。下同。Fig. 1 Effect of ensiling time on the HCN content of cassava roots
Different lowercase letters indicate significant difference at the 0.05 level; similarly for the following figures.

图2 青贮时间对木薯叶HCN含量的影响Fig. 2 Effect of ensiling time on the HCN content of cassava leaves

2.3.2 木薯块根和叶在不同青贮温度下的HCN含量 随青贮温度升高, 木薯块根和叶中HCN含量都显著下降(P< 0.05)(图3、图4)。40 ℃时块根中的HCN含量由原料的202.74 mg· kg-1 降至89.56 mg· kg-1 , 去除率达55.82%; 叶中HCN含量由原料的715.64 mg· kg-1 降至260.80 mg· kg-1 , 去除率达63.56%。

图3 青贮温度对木薯块根HCN含量的影响Fig. 3 Effect of ensiling temperature on the HCN content of cassava roots

图4 青贮温度对木薯叶HCN含量的影响Fig. 4 Effect of ensiling temperature on the HCN content of cassava leaves

3 讨论

以干物质为基础, 木薯块根含有粗蛋白1.9%~3.5%、粗脂肪0.5%~1.5%、粗纤维2.0%~4.5%、粗灰分2.0%~4.2%以及无氮浸出物90%~92%[13, 14],

本研究结果与其基本一致。原料的水分和可溶性碳水化合物含量是影响青贮饲料品质的重要因素[15], 一般情况下, 原料含水量低于70%, 可溶性碳水化合物含量超过3%[16], 较易获得优质青贮料。华南8号木薯块根可溶性碳水化合物含量比叶低, 但其青贮料产生了更多的乳酸和更低的pH, 这可能是由于青贮过程中块根中的淀粉分解产生了可溶性糖。另外, 块根的水分含量也较低, 有利于乳酸发酵。

无论是木薯块根还是叶, 随青贮时间延长, 其青贮料pH下降, 这与琚泽亮等[17]对燕麦(Avena sativa)及燕麦+箭筈豌豆(Vicia sativa)裹包青贮pH随时间变化的研究结果一致。块根的乳酸含量随青贮时间增加, 而叶青贮7 d时乳酸含量最高。在青贮时间和温度两个处理中, 木薯块根的pH都比叶低, 而NH3-N在总氮中的比例都比叶高。一方面可能原材料中NH3-N比例较高, 另一方面可能由于块根中总氮含量本身极低, 即使少量的NH3-N产生也造成相对比例较高。另外, 叶青贮料的乙酸和丙酸都比块根高, 一方面说明木薯叶表面异型发酵乳酸菌可能较多, 另一方面可能因其水分含量高促进了乙酸发酵[18]。

随着青贮时间的延长, 木薯块根和叶HCN含量显著降低, 但青贮14 d后, pH继续降低而HCN含量变化不显著, 这说明HCN的减少主要发生在青贮的初期。水煮、烘干等去除HCN主要是由于其沸点低挥发所致[19], 而青贮去除HCN的机理尚未见报道, 或许与降解产物的积累或酶本身活性的下降有关。青贮温度研究中, 随着温度的升高, 木薯块根、叶的HCN含量极显著降低。40 ℃青贮56 d, 木薯块根和叶的HCN去除率最高。这一方面由于高温HCN挥发增加, 另一方面多数酶的活性在较高温度下活性增强。

4 结论

木薯块根水分和粗蛋白含量少, 青贮料的pH低, 而木薯叶水分多、粗蛋白含量高, 其青贮料pH较高, 56 d时丁酸含量最高。在20~40 ℃范围内, 温度对木薯块根青贮无显著影响, 而高温促进叶青贮料的乳酸发酵。木薯块根和叶中HCN降低主要发生在青贮的前两周, 随温度升高, HCN的去除率显著增加。

The authors have declared that no competing interests exist.

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