迷迭香、香茅和茶树精油对高粱青贮发酵特性与有氧稳定性的影响

《Food Science & Nutrition》：Effects of Rosemary, Citronella, and Tea Tree Essential Oils on Fermentation Characteristics and Aerobic Stability of Sorghum Silage

　　

本研究评估了递增剂量的迷迭香、香茅和茶树精油对高粱青贮发酵特性、营养价值、微生物数量、损失及有氧稳定性的影响。研究采用完全随机设计，按3×4因子方案设置，包括三种精油（香茅、迷迭香和茶树）及四个添加水平：0（不使用添加剂对照青贮）、500、1000和2000 mg kg^?1新鲜牧草，每个处理设4个重复。迷迭香精油的添加提高了粗蛋白（crude protein, CP）含量（p=0.006），同时降低了氨态氮（ammonia nitrogen, NH₃-N）浓度（p=0.029）和丁酸浓度（p<0.001）。随着精油添加水平的升高，青贮pH呈二次响应（p=0.003），乳酸浓度呈线性下降（p=0.018）。此外，较高的添加水平导致干物质回收率（dry matter recovery, DMR）降低（p=0.001），乳酸菌（lactic acid bacteria, LAB）数量增加（p=0.016）。在有氧稳定性方面，添加1000 mg kg^?1香茅精油使稳定性延长了96小时。精油处理还影响了有氧暴露期间青贮pH的动力学变化（p<0.05）。总体而言，精油改变了高粱青贮的发酵过程和有氧稳定性。迷迭香精油与较低的NH₃-N和丁酸浓度相关，而较高的添加水平则增加了LAB数量。

**研究背景与目的**：高粱青贮因含有较多残留的水溶性碳水化合物，在青贮开窖接触氧气后易发生有氧变质。酵母菌和其他好氧微生物可代谢残糖及发酵酸，导致青贮温度和pH升高，并造成营养损失。添加抗真菌化合物是改善发酵动态、减少营养损失并提升青贮品质的重要策略。精油（essential oils, EO）因其天然抗菌特性而受到关注，已有研究报道其能抑制全株玉米青贮中真菌生长。然而，精油的效果并非恒定，取决于其化学组成和添加水平。基于精油成分（如迷迭香的1,8-桉叶素、香茅的香茅醛和香叶醇、茶树的松油烯-4-醇）所表现出的抗菌活性，研究人员假设迷迭香、香茅和茶树精油能够调节高粱青贮的发酵过程和有氧稳定性，且响应取决于精油类型和添加水平。

**研究内容与总体结论**：研究采用完全随机设计，按3×4因子方案设置三种精油来源（香茅、迷迭香、茶树）和四个添加水平（0、500、1000、2000 mg kg^?1新鲜牧草），每个处理4个重复。结果显示，迷迭香精油提高了粗蛋白含量并降低了NH₃-N和丁酸浓度；添加水平的增加使青贮pH呈二次响应、乳酸浓度线性下降，并降低了干物质回收率、增加了乳酸菌数量。1000 mg kg^?1香茅精油将青贮有氧稳定性延长了96小时。总体而言，精油改变了高粱青贮的发酵特性和有氧稳定性，其中迷迭香精油在降低蛋白降解和丁酸方面表现最佳，而香茅精油在提高有氧稳定性方面效果最显著。

**主要技术方法**：实验在巴西坎波斯杜斯戈伊塔卡泽斯（21°45′45″S, 41°17′06″W）进行。以高粱杂交种BRS 658为原料，收获时干物质平均为380.36 g kg^?1（鲜基），切碎至约1.5 cm后装入聚氯乙烯实验室青贮管（15 cm直径×50 cm高），压实密度为600 kg m^?3（鲜基），在25°C±3.2°C条件下发酵60天。精油为市售蒸汽蒸馏产品，按设定水平用50 mL乙醇均匀喷洒至牧草中。测定了化学组成（DM、CP、NDF等）、体外降解率（IVDMD、IVNDFD）、发酵参数（pH、有机酸、NH₃-N）、微生物计数（LAB、肠杆菌、真菌）、发酵损失（气体损失、渗出液损失、DMR、Flieg评分）以及有氧稳定性（温度超过环境温度2°C的时间）。统计分析采用混合模型多项式回归和Tukey多重比较检验（α=0.05）。

**主要研究结果**：

**化学组成与体外降解率**：迷迭香精油处理的青贮粗蛋白含量显著高于其他精油来源（p=0.006），而其他化学组成变量无显著差异。添加水平的提高对有机质（OM；p=0.049）和粗蛋白（CP；p<0.001）有影响，均呈多项式回归关系。

**发酵参数**：迷迭香精油显著降低了NH₃-N浓度（p=0.029）和丁酸浓度（p<0.001），与茶树脂和香茅精油相比，丁酸浓度降低了85.7%。随着精油添加水平的增加，青贮pH呈二次响应（p=0.003），乳酸浓度呈线性下降（p=0.018），相关性表达式分别为pH=4.08±0.11+0.42±0.10×Levels?0.08±0.02×Levels²，乳酸=89.78±4.20?5.29±1.53×Levels。

**损失、干物质回收率与微生物计数**：精油类型对气体损失、渗出液损失、干物质回收率及微生物种群均无显著影响。然而，随着精油添加水平的增加，干物质回收率呈线性下降（p=0.001），乳酸菌数量呈线性增加（p=0.016）。2000 mg kg^?1添加水平下干物质回收率仅下降0.5%，所有处理均高于94%，表明对整体保存效率影响有限。

**有氧稳定性与pH动态**：在精油来源间交互作用不显著的前提下，按精油来源分别进行剂量-响应分析时，添加1000 mg kg^?1香茅精油的青贮有氧稳定性显著延长（p=0.036），较其他添加水平延长96小时。此外，精油处理显著影响有氧暴露期间青贮pH的变化动态（p<0.05），其中500 mg kg^?1茶树和迷迭香精油处理在整个评估期间表现出较高pH值。

**讨论与结论**：迷迭香精油降低NH₃-N和丁酸浓度可能与其抗菌活性和抗氧化特性有关，如1,8-桉叶素等化合物可减少蛋白质降解和梭菌活性；但研究人员未评估特定微生物类群，且原料较高的干物质含量本身也可能限制梭菌活动。乳酸菌数量与乳酸浓度的分离现象表明，精油可能抑制了乳酸菌的代谢活性而未显著减少其存活数量，或改变了菌群组成，但研究仅测定总乳酸菌数量，尚需培养非依赖的分子技术进一步阐明机制。有氧稳定性方面，1000 mg kg^?1香茅精油的延长效果与其主要成分β-香茅醛和香叶醇的抗真菌活性有关。总体而言，迷迭香精油在降低蛋白质降解和丁酸浓度方面最有效，1000 mg kg^?1香茅精油则为高粱青贮有氧稳定性提供了最佳改善；精油添加未显著影响发酵损失；500 mg kg^?1添加水平与适宜的粗蛋白含量相关，而1000 mg kg^?1添加水平在整体有氧稳定性方面表现最佳。