Виробництво силосу

До створення спеціальних заквасок використовували головним чином хімічні консерванти (таблиця 1.5.1.1.), [5], до складу яких входить від однієї до трьох органічних кислот, метаболітами пропіонових бактерій, що є також, правда, частка мурашиної кислоти превалює у складі хімічних консервантів і дуже мала в біологічних.

Хімічні консерванти для силосів.

Було виявлено, що у міру зростання концентрації мурашиної кислоти в силосі спостерігалося зниження рівня молочної і оцтової кислот, як і очікувалося, а також збільшувалася концентрація азоту білка і БРЕШУ завдяки інгібіруванню протеолітичної і дихальної активності мікроорганізмів. Проте використання мурашиної кислоти не завжди дає стійкий ефект при силосуванні.

Дослідження стійкості силосу, обробленого мурашиною кислотою, до дії кисню показали, що деякі дріжджі стійкі до мурашиної кислоти і іноді викликають аеробне бродіння, як тільки бурти відкривалися для використання. До 50% мурашиної кислоти може бути втрачений в процесі силосування, і це також приводить до поганої консервації силосу. Проте промислові препарати мурашиної кислоти ще досить широко використовуються у Великобританії і північній Європі. [1].

Оцтова, пропіонова і акрилова кислоти, як добавки до силосу, виявилися менш ефективними, чим мурашина, для придушення ферментації. Крім того, це слабкі кислоти, і для досягнення інгібірування ферментації їх треба вносити у великій кількості, що означає невиправдані витрати.

Завдяки відомим бактеріостатичним властивостям формалін (40% водний розчин формальдегіду) використовувався як консервант ще в 30-х роках. Інтерес до його використання відродився, коли були опубліковані результати вивчення обробленої формальдегідом люцерни. Було виявлено, що помірні добавки формальдегіду захищають рослинні білки від мікробної атаки в рубці. Проте при польовому застосуванні його втрати можуть бути високі через летючості, і навіть в силосних ямах зміст формальдегіду поступово зменшується унаслідок розкладання, так що через 100 днів залишається тільки 20% початкового змісту. Це приводить до псування силосу через поєднання маслянокислого бродіння у міру падіння концентрації формальдегіду і подальшої аеробної нестійкості при розтині. При застосуванні великих концентрацій виникають інші проблеми. Захист рослинного білка помірними концентраціями формальдегіду може привести до того, що при його високих концентраціях мікроорганізми в рубці будуть позбавлені доступного азоту і загинуть, що погіршить переварювання білка в товстому відділі кишечнику. Також виявлено, що «вільний» формальдегід може переноситися в молоко. [1].

Велика частина цих неприємностей зникає, коли використовують суміші формальдегіду і мурашиної кислоти, які ефективно зменшують протеоліз і маслянокислу ферментацію і не заважають переварюванню білків, що приводить до збільшення змісту СВ в силосі.

1.5.2. Стимулятори ферментації.

Добавки, які активно стимулюють процеси, ферментацій, в силосі, використовуються вже багато років. Додавання патоки, як виявилось, збільшує і зміст сухих речовин, і концентрацію молочної кислоти, з подальшим зменшенням рН і інгібіруваням зростання шкідливих мікроорганізмів, проте цей рівень рН ще дозволяє рости молочнокислим бактеріям. Добавка патоки до культур з низьким змістом БРЕШУ, таким як боби, була тільки тоді корисна, коли застосовувалися відносно високі дози (близько 40-50 г/кг і більш). При таких дозах не всі доступні вуглеводи перетворюються на молочну кислоту лактобацилами, звичайно присутніми в силосі, і до кінця ферментації збережеться досить високий залишковий рівень БРЕШУ. [1].

У таблиці 1.5.2. представлені деякі бактерійні закваски для силосування, які розроблялися в Інституті мікробіології і вірусології Казахстану. [8].

Бактерійні закваски для силосування.

1.6. Роль молочнокислих бактерій в силосних добавках.

Якість природної ферментації силосу сильно залежить від числа і типу молочнокислих бактерій, присутніх у фуражі під час закладки силосу. З чотирьох родів молочнокислих бактерій, пов'язаних з силосом (Lactobacillus, Pediococcus, Streptococcus, Leuconostoc), з часом в силосній мікрофлорі починають домінувати Lactobacillaceae. На ранніх стадіях, коли встановився анаеробіоз, коки швидко розмножуються завдяки їх нормі реакції на кислотність (рН 6.5-5.0 з оптимумом 5.5), хоча деякі педіококки можуть виживати при рН 4.0 із-за їх вищої толерантності до кислоти. [1]. Коли рН падає нижче 5.5 починають переважати лактобацили, і це положення зберігається впродовж всього періоду консервації. Виявлено, що процес силосування починається гомоферментативными лактобацилами, такими як Lactobacillus plantarum і L. curvatus, а до кінця 75-95% лактобацил представлені гетероферментативными видами, переважно L. buchneri і L. brevis. Це пояснюється тим, що гетероферментативні лактобацили стійкіші до оцтової кислоти, яку вони також проводять. Показано також, що може мати місце зрушення від чисто молочнокислого до змішаного бродіння, що включає реферментацію молочної кислоти під дією деяких гомоферментативних бактерій унаслідок браку субстрата. [12].

У районах з помірним кліматом, де вміст цукру у фуражі може бути низьким, потреба молочнокислих бактерій в БРЕШУ силосу може випереджати їх надходження, і тоді може відбутися зміна в схемі ферментації у бік домінування гетероферментативних молочнокислих бактерій. Значущість цих природних схем ферментації ілюструється наступними реакціями Lactobacillus spp.. [12].

Реакції гомоферментативних молочнокислих бактерій:

глюкоза, фруктоза - 2 молочна кислота

арабіноза, ксилоза - молочна кислота + оцтова кислота.

Втрати сухої речовини не відбувається. Втрати енергії трохи.

Реакції гетероферментативних молочнокислих бактерій:

глюкоза - молочна кислота + етанол + СО2

Втрати сухої речовини 20%, енергії 1,7%.

Зростання гетероферментативних Lactobacillus spp. у силосі веде до утворення етанолу і діоксиду вуглецю з подальшою втратою СВ і енергії.

1.7. Додаткові вимоги до мікробіологічних добавок

Будь-яка бактерійна силосна добавка крім селектованих штамів молочнокислих бактерій повинна містити достатнє число життєздатних бактерій, щоб вони могли домінувати в місцевій мікрофлорі при додаванні в скошену траву не менше 105 -106 бактерій на 1 г трави. Коли біологічні силосні добавки і інокуляти тільки стали використовуватися для силосування, в них була така кількість життєздатних бактерій, яка успішно забезпечувала силосування. Якщо корми містили достатню кількість придатних до ферментації цукрів, вони силосувалися без труднощів. Але з іншого боку зелені корми (особливо вирощені в районах помірного клімату), можуть мати низький зміст БРЕШУ (менше 8-20% від СВ), і біологічні добавки, молочнокислі бактерії, що містять тільки, не завжди забезпечують хорошу ферментацію із-за виснаження допустимих цукрів перш, ніж може бути досягнуто задовільного значення рН. Крім того, спостерігалася тенденція використовувати добавки, коли зміст СВ був менше 25%, і в поєднанні з тим, що зміст БРЕШУ було також низьким, ці перші інокуляти були нездатні перешкоджати вторинній клостридіальної ферментації. Коли на силос закладали змішаний фураж - райграс і конюшина або інші боби, наприклад люцерну - результати були ще гірші. Боби створюють краще буферне середовище, чим інші трави, за рахунок високого вмісту органічних кислот і білка, і тому у присутності бобів для досягнення необхідного рН потрібний, щоб бактерії проводили більше молочної кислоти - завдання майже не досяжна, якщо обидві культури були вологими і з низьким змістом ферментуючих цукрів.

Стало ясно, що необхідний спосіб підвищення змісту ферментуючих цукрів в самих кормах, оскільки, хоча рослинні ферменти здатні поволі проводити деяку додаткову кількість БРЕШУ шляхом гідролізу геміцелюлози до пентози, є ще велике невикористане джерело потенційно ферментуючих цукрів усередині незруйнованих рослинних кліток. Кількість і тип вуглеводів, присутніх в травах, залежать від виду трав, погода в період зростання і способів культивації. Велика частина вуглеводів в траві може бути розділена на структурні вуглеводи, що складаються з лігніну і целюлози, і запасні вуглеводи, які включають ферментуючи цукри. В травах помірного поясу волокна звичайно складають 30-40 % від СВ, основних запасних вуглеводів, гемицеллюлозы-5-7 % від СВ, дійсні ферментуючи цукри - близько 10 % від СВ (це глюкоза, фруктоза). У бобів основний запасний вуглевод - крохмаль. [9].

У останні декілька років з'явилися силосні добавки другого покоління, що включають різні суміші ферментів, здатні гідролізувати багато із запасних полісахаридів, що звичайно не піддаються, до гексоз і пентоз, які можуть бути засвоєні гомоферментативними молочнокислими бактеріями. Структурні вуглеводи залишаються незайманими, оскільки лігнін і целюлозу важко ефективно гідролізувати за нормальних умов, що існують в силосі. Швидкість целюлазних реакцій мала, і оскільки ці ферменти вимагають для ефективного гідролізу підвищеної температури і великого часу, реально вони мало корисні. Проте є багато виділених з грибів доступних геміцеллюлаз і аміло-глюкозідаз, які можуть проводити швидкий гідроліз геміицеллюлозних компонентів неструктурних вуглеводів в травах з низьким змістом СВ при температурі і рН, що існують в силосі за звичайних умов.

Тому як біологічні консерванти кормів використовують мікорм, амілолітичні, целлюлозолітичні і комплексні цитолітичні ферментні препарати. Що веде місце при цьому займають неочищені ферментні препарати грибного походження і мікорм. Так, додавання в силос, що закладається, 2% кукурудзяних стрижнів, збагачених білково-ферментним комплексом, сприяє молочнокислому бродінню, значному підвищенню змісту молочної кислоти і отриманню силосу високої якості, а введення 0,5-1% амілоризина Пх, в суміш люцернової трави і сирої картоплі - поліпшенню співвідношення молочної і оцтової кислот (81,6: 18,4 і 85,9:14,1%), відсутності масляної кислоти і отриманню біологічно цінного комбінованого силосу. Додавання в суміш (картопля - 50%, подрібнені качани кукурудзи без обгорнень - 25%, отава люцерни - 25%) глюкаваморина Пх, що закладається, в кількості 5 кг/т сприяє поліпшенню співвідношення молочної і оцтової кислот (85,2:14,8%), скороченню втрат СВ в 3 рази. [2].

У зв'язку з включенням подібних ферментів в біодобавки до силосу важливо відзначити, що гексози і пентози, що виходять в результаті їх діяльності, повинні відповідати ферментативним здібностям молочнокислих бактерій в силосі. Тоді як С6 – цукри використовуються всіма гомо- і гетероферментативними лактобацилами, пентози можуть бути використані лише відносно невеликим числом лактобацил. З трав'яного силосу були ізольовані штами L.plantarum, які можуть утилізувати також і пентози, і ці штами повинні використовуватися разом з сумішшю ензимів, які продукують пентози. Продукція пентоз особливо корисна, оскільки обидва типу гомо- і гетероферментативних штамів лактобацил, що утилізували пентози, виділяють оцтову і молочну кислоти без втрат СВ або енергії.

Останні з біологічних, що з'явилися, добавок - ті, які містять тільки ферменти. Целюлітичні і геміцеллюлолітичні ферменти, що містяться в цих продуктах, перетворюють запасні полісахариди трави в гексози і пентози, які потім використовуються молочнокислими бактеріями, звичайно присутніми в силосі. Проте, як вже мовилося раніше, в більшій частині натурального силосу є тенденція до розмноження гетероферментативних молочнокислих бактерій з подальшою втратою СВ через утворення етанолу і діоксиду вуглецю. Отже, перетворення БРЕШУ в молочну кислоту за допомогою чисто ферментативних добавок менш вигідно енергетично, чим якщо включаються гомоферментативніе молочнокислі бактерії. Якщо ферменти, присутні в цих добавках, також проводять пентози, як і гексозы.

1.7.1. Пропіонові бактерії в силосуванні.

З свіжих трав пропіонові бактерії не виділялися, а з силосів виділялися, але в дуже невеликій кількості, тому їх дійсна участь в силосуванні в природних умовах сильно знівелювала. При внесенні пропіонових бактерій (ПКБ) в рослини, що силосуються, перш за все з високим вмістом цукрів (кукурудза), одержали корм вищої якості, ніж в контролі (без внесення ПКБ). Він мав низьку кислотність, був збагачений вітамінами В2 і В12, пропіоновою кислотою і не піддавався плеснівінню. [6].

В результаті згодовування такого силосу в перебігу 3 місяців підвищилася яйценоскість птахів, виводимість курчат, збереження молодняку тварин, в крові яких збільшується зміст каротину і знижується зміст аміаку [5]. У одному грамі бакконцентрату “Казахсил” ПКМ міститься 109 життєздатних кліток, і в 1 тонну маси, що силосується, рекомендують вносити 1,5 г препарату. Особливо високий ефект (див. таблицю 3) досягається при використанні одночасно трьох бакконцентратів: ПКБ, АМС, ПМБ (пентозозброжуюче молочнокислі бактерії).

1.8. Виробничі рекомендації.

При вирощуванні бактерій у ферментерах виробництво педіококків і стрептококів набагато дешевше, ніж молочнокислих бактерій. Вони не так вередливі в харчових потребах, як лактобацили, ростуть у ферментерах до більшої щільності, краще витримують ліофілізацію і стабільніші за звичайних умов зберігання на фермі. Вибір коків для включення їх в продукт повинен диктуватися їх здатністю швидко розмножуватися в обмежено аеробних і анаеробних умовах і досягати рН нижче 5.0 швидко, так щоб клостридії і інші псуючі силос мікроорганізми не змогли розмножуватися.

Ще важливіший вибір штамів Lactobacillus plantarum . У ідеалі вибраний штам повинен походити з природних умов, тобто з добре законсервованого трав'яного силосу; бути здібним до швидкого розмноження, щоб домінувати в силосній мікрофлорі; проводити багато молочної кислоти і бути стійким до значення рН, принаймні, 4.0. Крім цих основних умов штами Lactobacillus повинні утилізувати пентози також, як гексози, особливо, якщо геміцеллюлолитичні ферменти, що проводять пентози, включені в кінцевий продукт. Іншими словами, ферменти і молочнокислі бактерії в продукті повинні доповнювати один одного. Необхідний дуже строгий контроль за збереженням ферментативної активності Lactobacillus spp. При використанні штамів з високим виходом молочної кислоти кінцевий вихід бактерійної біомаси незмінно нижче, ніж у штамів з низькою продукцією кислоти, ймовірно, із-за слабких змін проникності і стійкості бактерійної клітинної стінки. Для збереження пігментації при оптимальному для зростання значенні рН звичайно важлива нейтралізація лугом, але необхідно постійно стежити за концентрацією молочної кислоти в ростовому середовищі, щоб запобігти надалі зменшенню виходу бактерій із-за виділення токсичних метаболітів. Отже, необхідна оптимізація умов зростання при виробництві штамів Lactobacillus spp., які були вибрані за специфічні сприятливі характеристики, такі як утворення молочної кислоти. Оскільки подальші втрати відбуваються на етапах вилучення з ферментера і ліофілізації, необхідний ретельний вибір криопротекторов, а також довготривалі випробування на збереження для з'ясування життєздатності бактерій в товарних продуктах при зберіганні.

Література.

1. Авраменко П.С., Постовалова Л.М. Производство силосованных кормов. Минск.: Урожай, 1984. - 110 c.

2. Бакай С.М. Биотехнология обогащения кормов мицелиальным белком. - К.: Урожай, 1987.- с.133-135

3. Богданов Г.А. та інш. Кормление сельскохозяйственных животных.-М.: Агропромиздат, 1990.- 624 с.

4. Боярский Л.Г. Технология приготовления силоса. - М.: Агропромиздат, 1988. - с.13-20.

5. Домрачева Г.И., Кононов Ю.В., Майданюк А.Э. Влияние пропионовокислых бактерий на качество силоса, рост и развитие молодняка животных // Научн. тр. Сиб. научно иссл. Ин-та с.-х. животных. Омск, 1970. №15. с.173-177.

6. Ильина К.А., Беседина С.Ф. Влияние Propionibacterium shermanii на состав органических кислот в силосе // Тр. Ин-та микр. и вирусол. АН Каз.ССР. 1966 Т.9 с.29-35

7. Клаар Я. И. Технология производства препарата силосных бактерий (L.plantarum) и их применение для силосования. - Таллин, 1961.- 32 с.

8. Коноплев Е.Г., Щербаков Л.А. Применение комплексной закваски пропионовокислых бактерий и дрожжей при силосовании кукурузы // Изв. АН СССР. Сер.Биол. 1970. №1 с.142-144.

9. Мак-Доналд П. Биохимия силоса: пер. с англ. М.: Агропромиздат, 1985.

10. Методические указания по силосованию зеленой люцерны с помощью ферментного препарата целловиридина и скармливанию её животным / под ред. В.М. Бегрина и др. - Ташкент: МСХ УзССР, 1982. - 11 с.

11. Рекомендации по силосованию зеленых кормов с использованием закваски молочнокислых бактерий / Отделение ВАСХНИЛ по нечерноземной зоне РСФСР. Ярославский НИИ животноводства и кормопроизводства. Произв. управл. с.-х. Ярославского облисполкома; Сост.: Н.В. Колесников, Т.Ф. Ерофеева.- Ярославль, 1982.- 10 с.

12. Теппер Е. З. и др. Практикум по микробиологии/ Е. З. Теппер, В.К. Шильникова, Г.И. Переверзева. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1993. - с.149.

13. Шлегель Г. Общая микробиология: пер. с нем. / под ред. Е. Н. Кондратьевой. - М.: Мир, 1987. - 566с.