Микробиологическая химия силоса – как наука

Санкт –Петербургский Государственный Аграрный университет

Кафедра кормления  и гигиены животных 
 
 
 
 
 

Реферат на тему :

 «Микробиологическая  химия силоса – как наука» 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнила: студентка  гр. 5512

Жукова М.А 
 
 

Санкт-Петербург

2011 

Содержание

1.Общие сведения о силосе

2.Микробиологические  процессы, протекающие в силосуемой  массе.

   2.1 Аэробные  процессы. Термогенез.

   2.2 Анаэробные  процессы.

   2.3 Этапы превращения  питательных веществ в силосуемой  массе

   2.4 Ферментация  силосуемой массы. Виды ферментации.

         2.4.1 Аэробная ферментация (дыхание)

                  2.4.1.1. Гидролиз белков ,углеводов и липидов силосуемой массы

                  2.4.1.2. Катаболизм белков, углеводов  липидов силосуемой массы

         2.4.2. Аэробная ферментация (брожение). Виды брожения и фазы        силосования

                  2.4.2.1. Молочнокислое брожение. Виды  молочнокислого брожения.

                   2.4.2.2. Спиртовое брожение

                   2.4.2.3. Пропионовокислое брожение

                   2.4.2.4. Маслянокислое брожение

3. Ингибирование  ферментов в силосуемой массе  химическими консервантами.

              
 
 
 
 
 

1.Общие сведения  о силосе

   Силос — законсервированная в процессе силосования зелёная масса кукурузы, подсолнечника и других силосных культур. Сочный корм для сельскохозяйственных животных всех видов, по питательности близок к зелёным кормам.

    Силосование зеленых кормов сопровождается меньшими потерями питательных веществ, в частности протеина (белка), чем при сушке на сено. Если при обычных условиях уборки на сено из зеленой травы теряется до 30% и более питательных веществ, то при правильно проведенном силосовании в хороших силосных сооружениях потери в общей питательности редко достигают 10%, а в белке близки к нулю. Белки в процессе силосования распадаются частично на пептиды и аминокислоты, но это не существенно снижает их питательность.

   Силосование дает возможность заготавливать сравнительно дешевый сочный корм на зимний период, а в засушливых районах — и на летние месяцы при недостатке пастбищного корма; позволяет возделывать такие кормовые культуры, которые дают наивысший урожай, и убирать их независимо от погоды в наиболее удобное для хозяйства время; дает возможность широко пользоваться пожнивными и промежуточными культурами, а также хорошо использовать осенью отаву, которую не удается высушить на сено; позволяет использовать на корм сорняки и грубое разнотравье, из которых при сушке получается плохое сено, а при силосовании — вполне удовлетворительный сочный корм.

   В настоящее время трудно представить зимние рационы животных без силоса. Силос повышает аппетит животных, улучшает пищеварение, обеспечивает потребность животных в витаминах и минеральных веществах. В значительной мере этим качествам способствует специфический вкус и запах силоса, образующийся в процессе сложных биохимических превращений белка и углеводов силосуемой массы и напоминающий запах квашеной капусты и других овощей, хлебного кваса и свежевыпеченного хлеба. [6 ]

   Основное преимущество силосования состоит в том, что доброкачественный силос по своей питательности и биологической ценности почти не отличается от зеленой травы. В силосованном корме количество протеина, жира, клетчатки, минеральных веществ и каротина почти не изменяется. Уменьшается лишь содержание сахара на 60-90%, который расходуется на образование органических кислот, главным образом, молочной кислоты. Органические кислоты по своим энергетическим свойствам незначительно уступают простым сахарам и легко усваиваются организмом животного. Например, уксусная кислота, накапливающаяся в процессе силосования, необходима для образования молочного жира. В целом силос высокого качества оказывает положительное влияние на молочную продуктивность коров. Переваримость основных питательных веществ силоса по сравнению со свежескошенной травой изменяется незначительно. 

 2.Микробиологические процессы, протекающие в силосуемой массе.

2.1 Аэробные  процессы. Термогенез.

   Микрофлора силоса. При соблюдении технологических правил заготовки и хранения в силосе создаются условия (анаэробиоз, повышенная кислотность, температура), при которых количество первоначальной микрофлоры, в том числе «полевой», значительно сокращается. Однако ряд грибов приспосабливается к этим условиям и составляет так называемую силосную микрофлору. К ней, помимо дрожжей, представляющих доминантную грибную флору силоса хорошего качества, относят Geotrichum candidum, некоторые Muco-raceae (Mucor griseo-cyanus, M. hiemalis, Absidia corymbifera, Rhizo-pus arrhizusn др.), Manascus pursureus, Penicillium rogueforti, а также Byssochlamys (B. nivea, B. fulva) и их конидиальные стадии, относящиеся к роду Palcilomyces. Наибольшую опасность представляют грибы двух последних родов, способные продуцировать микотоксин—патулин.

   Кроме того, в периферийных участках силосуемой массы (верхние и боковые слои, поверхность среза — в траншеях; пристеночные части — в башнях) локализуются Fusarium (F. роае, F. graminea-тит), Aspergillus (A. fumigatus, A. flavus, A. glaucus), виды группы Botrytis, Trichoderma и др. При значительных нарушениях технологии заготовки силоса эти грибы могут интенсивно развиваться в глубинных слоях, поражая либо отдельные участки, либо всю его массу, вызывая заплесневение.[1]

    В случаях длительной закладки корма, плохой трамбовки массы и недостаточной герметизации увеличивается ее аэрация и постепенно наступает самосогревание. В этом процессе большую роль играют грибы, образующие плесени. Температура массы силоса может повышаться до 60—70 °С. Термогенез сопровождается снижением содержания углеводов, переваримого протеина, каротина и других веществ. Самосогревшийся корм становится малоценным, а в ряде случаев при интенсивном гнилостном распаде белковой части растительной массы и вредным для здоровья животных. Токсигенные штаммы грибов в таких благоприятных условиях для их развития могут продуцировать различные микотоксины.

   При нарушении правил выемки усиливаются аэрация и подсыхание корма, в обнажившемся слое начинает развиваться микофлора.[3]

   В результате нарушений технологии силосования в силосе в больших количествах образуются масляная, капроновая, валериановая кислоты, кетоновые тела. Такой корм вреден для организма жвачных. Повышенное содержание масляной кислоты в рационе или усиленное маслянокислое брожение в рубце обусловливают развитие субклинической формы кетоза, которая в дальнейшем переходит в клинически выраженный кетоз.[4] 

2.2 Анаэробные  процессы. 

      Недостаточное уплотнение и

        плохое укрывание  силосных буртов.

    Приведенная причина может также привести к плохой консервации и большим потерям при силосовании из-за доступа воздуха (кислорода). В таких условиях значение рН 4.0 не достигается. Следовательно, могут быстро размножаться микроорганизмы, которые обычно ингибированы анаэробиозом. Энтеробактерии и Clostridium, которые ингибируются низкими значениями рН, будут способны расти и утилизировать молочную кислоту,белок последующей утратой пищевой ценности силоса. Рост видов Clostridium, имеющий оптимум при рН 7.2, не ингибируется до тех пор, пока рН не упадет ниже  5.5. Следовательно, в плохо законсервированном влажном силосе они могут доминировать среди микрофлоры. Виды Clostridium предпочитают также более высокую влажность и силос с низким содержанием СВ.

   Сахаролитические виды, такие как Clostridium tyrobutyricum, используют ВРУ и молочную кислоту в процессе своего роста, и в силосе, который может изначально иметь низкую концентрацию молочной кислоты, неизбежно будет расти рН из-за наработки масляной кислоты, которая слабее, чем молочная. [6]

   Протеолитические виды бактерий, такие как С.sporogenes, используют многие из аминокислот силоса, продуцируя преимущественно масляную кислоту и аммиак. Эти реакции меняют условия среды, усиливая развитие С.spp.

Типичные реакции  клостридий, расщепляющих сахара:

глюкоза à  масляная кислота + 2 СО₂ + 2 Н₂,

2 молочная кислота à масляная кислота + 2 СО₂ + 2 Н₂.

Типичные реакции  протеолитических клостридий:

1. дезаминирование

лизин à уксусная кислота + масляная кислота + 2 NH₃ ,

2. декарбоксилирование

глутаминовая кислота à g - аминомасляная кислота + СО₂ ,

3. окислительно-восстановительная реакция

аланин + 2 глицин à уксусная кислота + 3 NH₃  + СО₂.

      Скармливание  коровам, молоко которых идет на сыр, недоброкачественного силоса, подвергавшегося  маслянокислому брожению, вызывает в сыре подобное брожение.

      Также нежелательны в силосе и дрожжи. Обычно после начального быстрого размножения  аэробные виды, такие как Candidas spp. и Pichia spp., «остаются в спячке» в анаэробных условиях, пока силос не откроют для кормления животных. Аэробная порча силоса на поверхности бурта может быть очень быстрой и приводить к полной потере питательности, сопровождаясь образованием диоксида углерода, воды и выделением теплоты, как видно из приведенных ниже типичных реакций дрожжей.

Анаэробиоз:

глюкоза à 2 этанол + 2 СО₂ + 64,7 кДж.

Потеря сухого вещества 100%, энергии 9%.  

2.3 Этапы  превращения питательных веществ  в силосуемой массе 

Рассмотрим динамику созревания силоса. Процесс квашения можно условно разбить на три  фазы.

   Первая фаза созревания заквашиваемого корма характеризуется развитием смешанной микрофлоры. На растительной массе начинается бурное размножение разнообразных групп микроорганизмов, внесенных с кормов в силосное помещение. Силосование связано с накоплением в корме кислот, образующихся в результате сбраживания микробами-кислотообразователями содержащихся в растениях сахаристых веществ. Основную роль в процессе силосования играют молочнокислые бактерии, продуцирующие из углеводов (в основном из моно- и дисахаридов) молочную и частично уксусную кислоты. Данные кислоты имеют приятные вкусовые свойства, хорошо усваиваются организмом животного и возбуждают у него аппетит. Молочнокислые бактерии снижают реакцию среды корма до pH 4.2...4.0 и ниже. Накопление молочной и уксусной кислот в силосе обусловливает его сохранность, так как гнилостные и прочие нежелательные для силосования бактерии не способны размножаться в среде с кислой реакцией (ниже рН 4.5...4.7 ). Сами же молочнокислые бактерии относительно устойчивы к кислотам. [9]

   Обычно первая фаза брожения бывает кратковременной. Вначале захваченный атмосферный кислород в сырье используется растительными ферментами в еще дышащих растениях, но кислород вскоре кончается, и далее брожение происходит в анаэробных условиях. В это время молочнокислые бактерии, присутствующие вначале в небольшом количестве, начинают быстро размножаться до концентрации 109 -1010 клеток/г, используя сахара, освобожденные из разрушенных растительных клеток, как основной источник энергии.

   Во второй фазе - главного брожения - основную роль играют молочнокислые бактерии, продолжающие подкислять корм. Большинство неспороносных бактерий погибает, но бациллярные формы в виде спор могут длительное время сохраняться в заквашенном корме. В начале второй фазы брожения в силосе обычно преобладают кокки, которые позднее сменяются палочковидными молочнокислыми бактериями, отличающимися большой кислотоустойчивостью. При идеальных условиях рН стабилизируется на уровне 3.8 - 4.2, в зависимости от содержания сухого вещества, и силос эффективно консервируется за несколько недель. Однако, когда содержание СВ скошенной травы менее 25%, условия не идеальные, процесс консервации может пройти плохо, особенно если уровень ВРУ также низок (как часто бывает у трав, выросших в умеренном климате). Для нормального силосования нормальных кормов требуется неодинаковое подкисление, в зависимости от различного проявления буферных свойств некоторых составных частей растительного сока.