Effects of Brown Sugar Supplementation on Fermentation Quality and Microbiota of Mixed Silage of Wheat Straw and Pennisetum giganteum

Technische Samenvatting: Effecten van Bruine Suiker Supplementatie op de Fermentatiekwaliteit en Microbiota van Gemengd Silage van Tarwestro en Pennisetum giganteum

Probleemstelling
Pennisetum giganteum is een hoogopbrengstgevende meerjarige grassoort met aanzienlijk potentieel als veevoer; de ensilering ervan wordt echter vaak belemmerd door een hoge buffercapaciteit en een laag gehalte aan wateroplosbare koolhydraten (WSC), wat leidt tot inadequate fermentatie, een trage pH-daling en een slechte silagekwaliteit. Hoewel melasse is bestudeerd als suikeradditief, blijft direct onderzoek naar bruine suiker—een breed beschikbare, gestandaardiseerde en gemakkelijk te bewaren alternatief—beperkt, ondanks het feit dat het een hoog rendement heeft. Deze studie adresseert het gat in het begrip van hoe variërende niveaus van bruine suikersupplementatie de fermentatiekwaliteit en de microbiële gemeenschapsdynamiek van gemengd Pennisetum giganteum en tarwestro silage beïnvloeden.

Methodologie
De studie maakte gebruik van een gecontroleerd experimenteel ontwerp met een mengsel van verse Pennisetum giganteum en tarwestro (7:3 vers-naar-droog ratio). Vijf behandelgroepen werden vastgesteld door bruine suiker toe te voegen op niveaus van 0 (T0), 2 (T2), 4 (T4), 6 (T6) en 8 g·kg⁻¹ (T8). Elke behandeling bevatte drie replicates. Een zelfontwikkeld microbieel inoculum bestaande uit Lactobacillus plantarum, Lactobacillus buchneri en cellulase werd op alle monsters toegepast. De mengsels werden vacuüm verpakt in polyethyleen zakken en gefermenteerd bij kamertemperatuur (20–26°C) gedurende 60 dagen.

De fermentatiekwaliteit werd beoordeeld door het meten van pH, vochtgehalte, ammoniakstikstof (NH3-N) en organische zuren (melkzuur, azijnzuur, propionzuur en boterzuur) via High-Performance Liquid Chromatography (HPLC). De structuur van de microbiële gemeenschap werd geanalyseerd met behulp van high-throughput sequencing van het 16S rRNA-gen (V3-V4 regio) op het Illumina NovaSeq 6000 platform. Statistische analyses omvatten ANOVA, PCoA, NMDS en netwerktopologie-analyse (met behulp van Gephi) om bacteriële co-occurrence patronen te evalueren op basis van Pearson-correlaties onder de top 50 genera.

Belangrijkste Resultaten

1. Fermentatiekwaliteit: De toevoeging van bruine suiker beïnvloedde de organische zuurprofielen significant. De T6-groep (6 g·kg⁻¹) vertoonde de hoogste melkzuurconcentratie (397,89 g/kg) en azijnzuurconcentratie (55,59 g/kg), die significant hoger waren dan in andere groepen (P < 0,01 en P < 0,05 respectievelijk). Daarentegen waren de boterzuurniveaus in T6 en T8 significant lager dan in de controle (T0) en T2, wat wijst op verminderde bederfelijkheid. Het vochtgehalte nam progressief af met toenemende suikerbijvoeging, terwijl de pH binnen een gunstig bereik bleef (3,8–4,2) in alle behandelingen.
2. Microbiële Diversiteit en Compositie: Toevoeging van bruine suiker veranderde de alfa-diversiteitsindices (Chao1, Shannon, Simpson) niet significant over de behandelingen heen, hoewel alle groepen een hoge dekking (>0,99) vertoonden. Beta-diversiteitsanalyses (PCoA en NMDS) toonden echter een duidelijke scheiding tussen de controle (T0) en de T6-groep, wat wijst op een significante verschuiving in de algehele gemeenschapsstructuur.
   • Op het niveau van het rijk (phylum) was de relatieve abundantie van Fusobacteriota (geassocieerd met eiwitafbraak) significant lager in alle met suiker behandelde groepen vergeleken met T0.
   • Op het niveau van het genus was Exiguobacterium significant meer abundant in de behandelde groepen.
   • LEfSe-analyse identificeerde specifieke biomarkers: T0 werd gekenmerkt door Fusobacteriota en verwante taxa, terwijl T4 werd gekenmerkt door Alcanivoracaceae en Alcanivorax.
3. Netwerkstructuur: Netwerkanalyse van bacteriële co-occurrence toonde aan dat de groepen T4 en T6 de hoogste topologische complexiteit bezaten, met het maximale aantal edges (166), gemiddelde graad (11,067) en grafendichtheid (0,382). Dit suggereert dat een passende toevoeging van suiker de samenwerking en de nauwheid van interacties tussen bacteriële genera heeft verbeterd, wat resulteert in een stabieler en efficiënter microbiële netwerk.

Belangrijkste Bijdragen

• Optimalisatie van de Additiefdosering: De studie identificeert 6 g·kg⁻¹ als de optimale dosering van bruine suiker voor gemengd Pennisetum giganteum en tarwestro silage, waarbij een balans wordt gevonden tussen substraatbeschikbaarheid en microbiële regulatie.
• Verduidelijking van het Microbiële Mechanisme: Het onderzoek levert bewijs dat bruine suiker fungeert als een direct beschikbaar koolstofbron die de proliferatie van melkzuurbacteriën stimuleert, schadelijke taxa zoals Fusobacteriota onderdrukt en de microbiële co-occurrence netwerk herstructureert naar een nauwere, meer synergetische staat.
• Differentiatie van Melasse: Door specifiek op bruine suiker te focussen, biedt de studie gegevens die verschillen van melasse-gebaseerd onderzoek, waarbij de specifieke compositionele verschillen (bijv. mineraal- en stikstofgehalte) tussen de twee additieven worden geadresseerd.

Betekenis en Claims
De auteurs beweren dat de toevoeging van een passende hoeveelheid bruine suiker de fermentatiekwaliteit van gemengd silage effectief verbetert door de accumulatie van melkzuur te bevorderen en de productie van boterzuur te remmen. De studie stelt dat de T6-behandeling een optimaal evenwicht bereikt waarbij de microbiële gemeenschap evolueert naar een "nauwere en efficiëntere fermentatie-netwerk", gekenmerkt door een hoge grafendichtheid en versterkte coöperatieve interacties tussen kerngenera.

Het artikel concludeert dat deze aanpak een theoretische basis biedt voor het optimaliseren van ensileringstechnieken voor Pennisetum giganteum en het verbeteren van de benutting van landbouwbijproducten zoals tarwestro. De auteurs merken expliciet de beperkingen op, waaronder het gebruik van een microbiële inoculatie in alle behandelingen en het gebrek aan beoordeling van de aerobe stabiliteit of dierprestatie-metrieken. Bijgevolg kaderen zij hun bevindingen als een fundamentele stap, waarbij zij suggereren dat toekomstig onderzoek de T6-behandeling onder aerobe blootstelling en in vivo voedingsproeven moet valideren.