乳酸菌微生态制剂在苜蓿种植、青贮饲料及功能食品加工中的研究应

乳酸菌是自然环境中普遍存在的一种安全且可食用微生物，为GRAS和QPS认定的安全食品。乳酸菌作为农业有益微生物和植物促生长细菌中的成员，在农产品种植及其质量安全中发挥着独有的优势。乳酸菌在农产品安全生产领域具有重要生产意义，被广泛应用在饲料和食品储存、加工和保鲜等领域。

紫花苜蓿（Alfalfa，阿拉伯语为所有食物之父），已有3000余年的种植、食用和饲用历史。全球苜蓿种植面积2380万公顷，其中我国种植133万公顷，居各种牧草种植面积之首。苜蓿营养价值高，含有丰富的蛋白质、碳水化合物、矿物质元素、多种氨基酸和维生素，且产量高。

        本研究将乳酸菌微生态制剂应用于苜蓿全产业链中，集苜蓿田间种植、饲料加工贮藏和功能食品开发等环节，实现其在苜蓿农产品安全生产中的应用。
 
        1  乳酸菌在苜蓿种植中的研究应用

        紫花苜蓿在畜禽养殖中发挥着重要作用，随着我国规模化养殖业的发展，苜蓿产能不足凸显严重，而过量使用化肥和农药导致一系列环境问题。如何在增产的同时降低环境污染成为苜蓿种植中面临的困境。乳酸菌微生态制剂在苜蓿增产及品质提升方面具有潜在的应用价值。

        研究采用具有抑制致病性真菌作用的L. plantarum IMAU80065、L. plantarum IMAU70101、L. plantarum IMAU70088、L. plantarum IMAU11048和L. casei IMAU10048经低温长时（25℃，48h）发酵后得到乳酸菌发酵液（活菌数1×10⁹ CFU/mL）。将第五茬紫花苜蓿随机分为试验组和对照组（各400亩），发酵液喷施于苜蓿植株叶面及根部土壤（用量1L/亩），测定其生长指标、营养指标和土壤微生物变化等。

        1.1  乳酸菌微生态制剂可以有效促进苜蓿植株生长（图1）。试验组与对照组相比，苜蓿株高增加18.44%、茎粗增加29.55%、分枝数增加7.20%、茎叶比降低14.56%。
 

   
        1.2  乳酸菌微生态制剂显著提高苜蓿产量和增加经济效益（图2）。试验组苜蓿鲜草和干草产量分别为430.35Kg/亩和158.02 Kg/亩，比对照组鲜草和干草产量分别增加40.98%和37.39%，使用乳酸菌微生态制剂每亩地可多收益120元。

 
        1.3   乳酸菌微生态制剂显著提高苜蓿的饲用价值（图3）。乳酸菌微生态制剂种植苜蓿可以显著提高苜蓿粗蛋白（CP）含量0.64%和可溶性碳水化合物（WSM）含量1.07%（P<0.05）；降低酸性洗涤纤维（ADF）含量2.98%及灰分（Ashes）含量0.94%（P<0.05）；提高苜蓿相对饲用价值（RFV）6.34%。

 
        1.4  乳酸菌微生态制剂可以有效增加土壤有益微生物数量，抑制土壤有害真菌繁殖（图4）。试验组相比对照组土壤细菌总数和放线菌数分别增加20.22%和41.97%，土壤真菌数降低18.52%。
  

        2  乳酸菌在苜蓿青贮饲料中的研究应用

        青贮饲料经发酵后，质地柔软，具有酸甜清香味，牲畜喜食，消化率可提高20%。乳酸菌能够迅速降低青贮饲料pH值，显著抑制青贮原料中梭状芽孢杆菌、大肠杆菌、酵母及霉菌等有害菌的生长，从而提高青贮饲料的品质。
 
        研究选用乳酸菌制剂（L. plantarum Ps-8和L. plantarum Ps-9，固体制剂）发酵苜蓿青贮35d（接种量10⁵CFU/g），通过分析青贮饲料霉菌毒素外，还通过PacBio SMRT方法分析苜蓿青贮饲料的细菌微生物构成，评估青贮饲料的质量。

        2.1  乳酸菌微生态制剂降低苜蓿青贮中的毒素含量，提升饲料安全品质（图5）。青贮饲料中的黄曲霉毒素B1、呕吐毒素和玉米赤霉烯酮可引起奶牛神经系统紊乱，发生呕吐反应，引起食欲下降，免疫机能减退和流产、死胎和畸胎，降低奶牛采食量和产奶量，甚至导致死亡。L. plantarum Ps-8和L. plantarum Ps-9复合乳酸菌制剂能够显著降低苜蓿青贮饲料中的黄曲霉毒素B1、呕吐毒素和玉米赤霉烯酮，降幅分别为10.83%、35.56%和26.98%。

 2.2  乳酸菌微生态制剂改善苜蓿青贮发酵过程中的微生物构成，有利于饲料生物安全（图6）。通过单分子实时测序发现，苜蓿青贮样品中细菌归属于407个属、960个种，发酵前后样品的优势菌属差距较大。发酵前样品的优势属为Enterobacter、优势种为Bacillus megaterium；而发酵后的样品中P. acidilactici和L. plantarum为优势菌种，其中使用乳酸菌制剂（L. plantarum Ps-8、L. plantarum Ps-9）发酵后的苜蓿青贮中L. plantarum（56.09%）为绝对优势菌种。

 
 
        3  乳酸菌在苜蓿食品中的应用开发

        紫花苜蓿（Alfalfa，阿拉伯语为所有食物之父），已有3000余年的种植、食用和饲用历史。欧美、日本等一些发达国家早在多年前就已培育苜蓿芽菜，据统计现在北美每年苜蓿嫩芽销售额达2.5亿美元。苜蓿含有丰富的蛋白质（叶蛋白）、维生素（生育酚）、膳食纤维、矿物质（磷、钙）等重要营养元素，此外还含有多种生物活性成分（多糖、皂苷、黄酮、异黄酮、香豆素）。其食用、药用价值早在明代的《本草纲目》中就有详尽的记载。非乳益生菌发酵食品已成为益生菌食品发展的重要趋势，以苜蓿为基质的益生菌食品较传统发酵乳制品具有高蛋白、高膳食纤维、低脂肪和低胆固醇等优点。

        本研究利用1株分离自泡菜中具有抑制肠道致病菌和腐败真菌，高产抑菌物质（苯乳酸）以及后酸化程度较低的生物保鲜菌L. plantarum SCI-01，与益生菌L. plantarum P-8、B. lactis V9和L. casei Zhang复配发酵苜蓿嫩芽粉，不但能够改善和提高苜蓿的营养价值和口感，还能形成益生菌加益生元的健康功效。

        经工艺优化得出复合益生菌发酵苜蓿粉的配方为：苜蓿嫩芽粉970~1000g、蔗糖8~12g、大豆蛋白粉8~12g，L. plantarum SCI-01、L. plantarum P-8、B. lactisV9和L. case Zhang总接种量为1×10⁷CFU/g（1:1:1:2），37℃发酵至pH5.0。复合益生菌苜蓿发酵产物添加保护剂后经真空冷冻干燥，益生菌活菌数达到1.0×10¹⁰CFU/g以上。所述的复合益生菌苜蓿冻干粉直接或与木糖醇等调配后成型为片剂、粉剂和胶囊制剂，制剂中益生菌活菌数不低于2.0×10⁹ CFU/g。制剂贮藏稳定性好，富含蛋白质、膳食纤维等营养物质，此外还含有对人体有益的黄酮类、异黄酮类物质。

        3.1  乳酸菌发酵苜蓿嫩芽粉有利于维生素B6和B1的积累（图7）。乳酸菌发酵苜蓿嫩芽粉中维生素B1和B6含量均有不同程度的提高。发酵后VB1含量较发酵前提高65.4%；VB6含量增加显著，发酵后含量为24.59ug/g。

3.2  乳酸菌发酵苜蓿嫩芽粉有利于活性异黄酮含量的增加，利于人体对异黄酮的吸收（图8）。发酵后活性较弱的葡萄糖苷型异黄酮（染料木苷）含量降低30.7%，为3.88ug/g，而黄豆苷元的含量在发酵后增加0.44ug/g，含量较发酵前提高了76.0%。

        3.3  乳酸菌发酵能够提高苜蓿嫩芽粉中黄酮类物质的含量（图9）。发酵冻干后的苜蓿粉中木犀草素的含量为15.66ug/g，较发酵前增加89.1%。
 

 
        结论：

        乳酸菌作为公认的安全微生态制剂，在农业种植、饲料加工及食品生产领域具有重要的研究和应用价值。本研究以苜蓿为对象，实现了乳酸菌制剂在种植，饲料加工及食品开发中的全产业链应用。乳酸菌微生态制剂能够提高苜蓿产量和品质、改善土壤微生态环境、增加种植户经济效益；提升苜蓿发酵饲料生物安全品质，降低养殖风险；此外，利用乳酸菌发酵技术开发的苜蓿功能食品，营养天然，为高附加值苜蓿产品的开发提供了新的思路。
 
 
        文献来源：

        [1]     赵旭. 乳酸菌及其代谢产物在紫花苜蓿种植中的应用[D]. 内蒙古农业大学,2016.

        [2]     Bao W, Mi Z, Xu H, et al. Assessing quality of Medicago sativa silage by monitoring bacterial composition with single molecule, real-time sequencing technology and various physiological parameters[J]. Scientific Reports, 2016, 6:28358.

        [3]     刘晓军, 张建军. 一种复合益生菌发酵苜蓿嫰芽粉制剂及其制备方法和应用[P], 中国专利: CN105802876A,2016-07-27.