Производства силоса

 

Примерное соотношение  кислот в силосе разного качества  Табл.1

Качество силоса	Реакция среды	Соотношение кислот
Очень хорошее	4,2 и ниже	молочная - 60% и более, уксусная - 40% и менее, масляная - 0%
Хорошее	4.5 и ниже	молочная - 40-60 %, уксусная - 60-40%, масляная - следы
Среднее	около 4.5	молочная - 40-60%, уксусная - 60-40%, масляная - до 0,2%
Плохое	выше 4.7	молочная - мало, масляная - значительно
Очень плохое	выше 5.5	преобладают летучие  кислоты, в том числе и масляная

 

Для регулирования процесса силосования существует несколько  приемов.

Как уже говорилось, на практике быстрое достижение анаэробных условий в буртах или ямах не всегда гарантировано. Непросто также достичь идеального содержания СВ в скошенной траве из-за погодных условий. Поэтому в течение долгого времени велись поиски химических средств, которые могли бы влиять на консервацию силоса.

 

1.3 Силосные  добавки

 

По их действию на процесс  ферментации силосные добавки делятся на 2 основные группы: ингибиторы и стимуляторы ферментации. Ингибиторы- это кислотные добавки (серная и муравьиная кислоты) и консерванты (например, формальдегид и параформальдегид). Стимуляторы- это источники углеводов- патока и барда - или разнообразные добавки, такие как молочнокислые бактерии и ферменты.

 

1.Ингибиторы  ферментации. 

 

Опыты по кормлению показали, что силос с рН ниже 3.0 (значение легкодостижимое с помощью сильных неорганических кислот) был неприятным для животных, и даже если они его ели, вызывал ацидоз в рубце. Было вычислено количество кислоты, необходимое для достижения рН 3.6-4.0, более пригодного для питания животных, однако все еще ингибирующего некоторые вредные процессы ферментации. Хотя серная кислота и смесь серной и соляной кислот в качестве добавок были популярны во многих североевропейских странах, они постепенно вышли из употребления из-за коррозионного действия и возникновения проблем, связанных с использованием этих кислот.

Еще в двадцатые годы было предложено в качестве добавок использовать органические кислоты. Но разбрызгивание смеси муравьиной и соляной кислот по силосной массе не привело к успеху. Неудача была связана в основном с трудностью равномерного распределения кислоты в толще силосной массы, но с появлением специальных уборочных машин и накопительных фургонов стало возможным обрызгивать кормовую культуру муравьиной кислотой сразу после скашивания. В частности, использование добавок муравьиной кислоты стало промышленно доступной в 50-х годах. Хотя муравьиная кислота слабее неорганических кислот, она понижает значение рН ниже 4.0, если добавлять ее в концентрации, пропорциональной содержанию СВ. Муравьиная кислота обладает антибактериальной активностью за счет сочетания действия водородного иона и бактерицидности самой недиссоциированной кислоты. Хотя она действует ингибирующе на Clostridium spp., энтеробактерии и некоторые штаммы Streptococcus spp. и Pediococcus spp., но при этом значении рН  не полностью подавляет Lactobacillus spp. и, таким образом, некоторая микробная активность сохраняется. [8].

До создания специальных  заквасок использовали главным образом  химические консерванты (таблица 2), [4] , в состав которых входит от одной до трех органических кислот, являющихся также метаболитами пропионовых бактерий, правда, доля муравьиной кислоты превалирует в составе химических консервантов и очень мала в биологических.

 

Таблица 2 Химические консерванты  для силосов.    

Название	Состав, %
ВИК-1	муравьиная кислота  -27 уксусная кислота -27 пропионовая кислота -26 вода -20
АИВ-2	муравьиная кислота -80 ортофосфорная кислота - 2 вода -18
ВИК-11	муравьиная кислота -80 уксусная кислота -9 пропионовая кислота -11

 

Было обнаружено, что  по мере возрастания концентрации муравьиной кислоты в силосе наблюдалось снижение уровня молочной и уксусной кислот, как и ожидалось, а также увеличивалась концентрация азота белка и ВРУ благодаря ингибированию протеолитической и дыхательной активности микроорганизмов. Однако использование муравьиной кислоты не всегда дает устойчивый эффект при силосовании.

Исследования устойчивости силоса, обработанного муравьиной кислотой, к воздействию кислорода показали, что некоторые дрожжи устойчивы к муравьиной кислоте и иногда вызывают аэробное брожение, как только бурты открывались для использования. До 50% муравьиной кислоты может быть потеряно в процессе силосования, и это также приводит к плохой консервации силоса. Однако промышленные препараты муравьиной кислоты еще достаточно широко используются в Великобритании и северной Европе. [1].

Уксусная, пропионовая  и акриловая кислоты, в качестве добавок к силосу, оказались менее  эффективными, чем муравьиная, для  подавления ферментации. Кроме того, это слабые кислоты, и для достижения ингибирования ферментации их надо вносить в большом количестве, что означает неоправданные затраты.

Благодаря известным  бактериостатическим свойствам  формалин (40% водный раствор формальдегида) использовался как консервант еще в 30-х годах. Интерес к его использованию возродился, когда были опубликованы результаты изучения обработанной формальдегидом люцерны. Было обнаружено, что умеренные добавки формальдегида защищают растительные белки от микробной атаки в рубце. Однако при полевом применении его потери могут быть высоки из-за летучести, и даже в силосных ямах содержание формальдегида постепенно уменьшается вследствие разложения, так что через 100 дней остается только 20% исходного содержания. Это приводит к порче силоса из-за сочетания маслянокислого брожения по мере падения концентрации формальдегида и последующей аэробной неустойчивости при вскрытии. При применении больших концентраций возникают другие проблемы. Защита растительного белка умеренными концентрациями формальдегида может привести к тому, что при его высоких концентрациях микроорганизмы в рубце будут лишены доступного азота и погибнут, что ухудшит переваривание белка в толстом отделе кишечника. Также обнаружено, что «свободный» формальдегид может переноситься в молоко. [1].

Большая часть этих неприятностей  исчезает, когда используют смеси формальдегида и муравьиной кислоты, которые эффективно уменьшают протеолиз и маслянокислую ферментацию и не мешают перевариванию белков, что приводит к увеличению содержания СВ в силосе.

2. Стимуляторы  ферментации.

 

Добавки, которые активно  стимулируют ферментационные процессы в силосе, используются уже много лет. Добавление патоки, как оказалось, увеличивает и содержание сухих веществ, и концентрацию молочной кислоты, с последующим уменьшением рН и ингибированием роста вредных микроорганизмов, однако этот уровень рН еще позволяет расти молочнокислым бактериям. Добавка патоки к культурам с низким содержанием ВРУ, таким как бобовые, была только тогда полезна, когда применялись относительно высокие дозы (около 40-50 г/кг и более). При таких дозах не все доступные углеводы превращаются в молочную кислоту лактобациллами, обычно присутствующими в силосе, и к концу ферментации сохранится довольно высокий остаточный уровень ВРУ. [1].

Последняя группа промышленных стимуляторов ферментации - это вещества, включающие молочнокислые бактерии и/или ферменты, известные в совокупности как микробные или биологические силосные добавки.

В таблице 3 представлены некоторые бактериальные закваски для силосования, которые разрабатывались в Институте микробиологии и вирусологии Казахстана. [7].

 

Таблица 3 Бактериальные закваски для силосования   

Название	Место создания	Штаммы	Силосуемые растения
АМС “Казахсил”	Институт микробиологии и вирусологии АН Казахстана	Streptococcus lactis diastaticus (сухой)	Трудносилосуемые (бобовые, злаковые, травосмеси, тростник)
ПКБ	“”	Propionibacterium shermanii	Высокосахаристые, легкосилосуемые (кукуруза, подсолнечник)
ПМБ	“”	Lactobacterium pentoaceticus	Солома и грубостебельчатые остатки растений
Смешанные закваски: АПП (АМС, ПКБ, ПМБ)	“”	Str. lactis diastaticus, P. shermanii,  L.pentoaceticus	Кукурузная солома
Силамп (АМС, ПКБ)	“”	Str. lactis diastaticus, P. shermanii	Легкосилосуемые, высокосахаристые
АПП (АМС, ПМБ)	“”	Str. lactis diastaticus, L.pentosus	Многолетние и однолетние с соломой, бобовые. солома

2 Роль молочнокислых бактерий в силосных добавках

 

Качество естественной ферментации силоса сильно зависит  от числа и типа молочнокислых бактерий, присутствующих в фураже во время закладки силоса. Из четырех родов молочнокислых бактерий, связанных с силосом (Lactobacillus, Pediococcus, Streptococcus, Leuconostoc), со временем в силосной микрофлоре начинают доминировать Lactobacillaceae. На ранних стадиях, когда установился анаэробиоз, кокки быстро размножаются благодаря их норме реакции на кислотность (рН 6.5-5.0 с оптимумом 5.5), хотя некоторые педиококки могут выживать при рН 4.0 из-за их более высокой толерантности к кислоте. [1]. Когда рН падает ниже 5.5 начинают преобладать лактобациллы, и это положение сохраняется на протяжении всего периода консервации. Обнаружено, что процесс силосования начинается гомоферментативными лактобациллами, такими как Lactobacillus plantarum и L. curvatus, а к концу 75-95% лактобацилл представлены гетероферментативными видами, преимущественно L. buchneri и L. brevis. Это объясняется тем, что гетероферментативные лактобациллы более устойчивы к уксусной кислоте, которую они также производят. Показано также, что может иметь место сдвиг от чисто молочнокислого к смешанному брожению, включающему реферментацию молочной кислоты под действием некоторых гомоферментативных бактерий вследствие нехватки субстрата. [12].

В районах с умеренным  климатом, где содержание сахара в  фураже может быть низким, потребность молочнокислых бактерий в ВРУ силоса может опережать их поступление, и тогда может произойти изменение в схеме ферментации в сторону доминирования гетероферментативных молочнокислых бактерий. Значимость этих естественных схем ферментации иллюстрируется следующими реакциями Lactobacillus spp.. [12].

Реакции гомоферментативных молочнокислых бактерий:

глюкоза, фруктоза à 2 молочная кислота,

арабиноза, ксилоза à молочная кислота + уксусная кислота.

Потери сухого вещества не происходит. Потери энергии незначительно.

Реакции гетероферментативных молочнокислых  бактерий:

глюкоза à молочная кислота + этанол + СО₂

Потери сухого вещества 20%, энергии 1,7%.

Рост гетероферментативных Lactobacillus spp. в силосе ведет к образованию этанола и диоксида углерода с последующей потерей СВ и энергии.

 

Селекция  штаммов при разработке силосных добавок.

 

Выбранные виды молочнокислых бактерий с целью включения их в силосные добавки должны:

1. Быстро  расти и быть способными к быстрому доминированию над местной силосной микрофлорой;
2. Быть гомоферментативными и, таким образом, производить молочную кислоту из доступных ВРУ;
3. Быть устойчивыми к кислоте, по крайней мере, при рН 4.0;
4. Быть способными сбраживать гексозы, пентозы и фруктаны;
5. Не производить декстраны и никак не воздействовать на органические кислоты;
6. Обладать способность к росту при температуре до 50 °С.

Некоторые штаммы Lactobacillus plantarum обладают всеми этими свойствами, и потому  этот вид был выбран для включения в биологические силосные добавки. Однако, т.к. Lactobacillus spp. медленно растут, пока рН силоса не упадет до 5.0, продукт редко состоит исключительно из них. Обычно еще добавляют Pediococcus или Streptococcus spp., т.к. эти виды активны при рН 5.0 - 6.5 и, следовательно, отражая естественный ход ферментации, кокки будут доминировать на ранних стадиях силосования, а при рН ниже 5.0 они будут подавлены гомоферментативными Lactobacillus plantarum.

 

Дополнительные  требования к микробиологическим добавкам

 

Любая бактериальная  силосная добавка помимо селектированных  штаммов молочнокислых бактерий должна содержать достаточное число  жизнеспособных бактерий, чтобы они  могли доминировать в местной  микрофлоре при добавлении в скошенную  траву не менее 10⁵ -10⁶ бактерий на 1 г травы. Когда биологические силосные добавки и инокуляты только стали использоваться для силосования, в них было такое количество жизнеспособных бактерий, которое успешно обеспечивало силосование. Если корма содержали достаточное количество пригодных к ферментации сахаров, они силосовались без трудностей. Но с другой стороны зеленые корма (особенно выращенные в районах умеренного климата), могут иметь низкое содержание ВРУ (менее 8-20% от СВ), и биологические добавки, содержащие только молочнокислые бактерии, не всегда обеспечивают хорошую ферментацию из-за истощения допустимых сахаров прежде, чем может быть достигнуто удовлетворительное значение рН. Кроме того, наблюдалась тенденция использовать добавки, когда содержание СВ было менее 25%, и в сочетании с тем, что содержание ВРУ было также низким, эти первые инокуляты были неспособны препятствовать вторичной клостридиальной ферментации. Когда на силос закладывали смешанный фураж - райграсс и клевер или другие бобовые, например люцерну - результаты были еще хуже. Бобовые создают лучшую буферную среду, чем другие травы,  за счет высокого содержания органических кислот и белка, и поэтому в присутствии бобовых для достижения необходимого рН требуется , чтобы бактерии производили больше молочной кислоты- задача почти не достижимая, если обе культуры были влажными и с низким содержанием ферментируемых сахаров.