Силосование

СИЛОСОВАНИЕ
 
Микробиологические основы силосования
Молочнокислое брожение
Силосование является биологическим способом консервирования кормов, при котором используются процессы превращения растительных веществ, спонтанно протекающие в природе. При условии достаточного обогащения кормов молочной кислотой, которая образуется в результате жизнедеятельности молочнокислых бактерий (МКБ) из легкорастворимых углеводов и протеинов (молочнокислым брожением), и герметизации при силосовании достигается консервирующий эффект. Он обусловлен снижением рН в кормовом штабеле. Другие процессы превращения веществ, происходящие в анаэробных условиях, в значительной мере подавляются. Считается, что лактатам свойственно также определенное бактериостатическое действие. Важной предпосылкой для быстрого протекания молочнокислого брожения является достаточное число бактерий, по крайней мере 105 молочнокислых бактерий на грамм свежей массы, а также быстрое и долгосрочное перекрытие доступа кислорода к силосной массе.

Молочнокислое брожение — единственный желаемый процесс разложения веществ в корме, так как при этом мо-лочнокислые бактерии очень быстро и с наименьшими потерями энергии (около 3-5%) превращают растительные сахара в молочную кислоту. Все другие процессы обмена веществ связаны с большими потерями энергии и поэтому нежелательны. Преимущества молочнокислого брожения при консервировании состоят в следующем.

 
  • Сама молочная кислота является ценным питательным веществом для животных
  • Молочная кислота в качестве консервирующего вещества подавляет другие процессы разложения, например расщепление протеина
  • Ни при каком другом брожении рН не снижается так быстро, как при молочнокислом брожении
  • За исключением дрожжей, в процессе консервирования нейтрализуется деятельность всех микроорганизмов
  • Длинноцепные углеводы, например клетчатка (целлюлоза) или крахмал, а также протеины и витамины не разлагаются
  • Силосование основано на двух процессах.
  • Прекращение аэробного разложения веществ в результате хранения кормов без доступа воздуха, чем подавляется развитие вредных микроорганизмов, которым для роста и развития необходим кислород
  • Регулирование анаэробного разложения веществ быстрым снижением рН за счет молочнокислого брожения

Молочнокислые бактерии являются факультативно анаэробными, не образующими спор палочковидными и коккообразными бактериями. Из многочисленных видов, встречающихся в силосе, важнейшие виды относятся к родам Streptococcus Leuconostos и Lactobacillus. Активность их обмена веществ зависит от источника питания, температуры и реакции среды (рН).

Пик активности одних форм бактерий приходится на температуры от 15 до 30°С, оптимальное развитие других протекает при 40-50°С. Для силосования грубых кормов имеет значение только первая группа. Оптимальной средой является слабо кислотная среда (рН 6,0-6,5). Основными источниками питания для молочнокислых бактерий являются сахара и другие низкомолекулярные углеводы наподобие гексозы. Так как молочнокислые бактерии не образуют амилазу, они не в состоянии сбраживать крахмал. Свою высокую потребность в таких важных питательных веществах, как азотные соединения, витамины и минеральные элементы, они удовлетворяют, как правило, за счет их усвоения из кукурузы.

С точки зрения силосования кукурузы особое значение имеет тот факт, что молочнокислые бактерии по типу обмена веществ делятся на две группы: гомоферментативные и гетероферментативные. Первые формы проводят гомоферментативное молочнокислое брожение по такой схеме.

С6Н12Об -> 2 СН3-СНОН-СООН
Глюкоза             Молочная кислота


Вторые формы проводят гетероферментативное молочнокислое брожение по такой схеме.

6Н1206 -» СНЗ-СНОН-СООН + СНз-СООН+
Глюкоза        Молочная кислота    Уксусная кислота


2СН3-СН2-ОН + CH2OH-CHOH-CH2 OH + CO2
Этиловый спирт         Глицерин                      Диоксид углерода


Желаемым типом молочнокислого брожения является гомоферментативное брожение, так как оно дает больший выход молочной кислоты. Но, как правило, по этой схеме образуется только часть молочной кислоты. Чем благоприятнее условия жизнедеятельности молочнокислых бактерий с самого начала брожения, тем больше доля гомоферментативного молочнокислого брожения.

Вредные организмы
На молочнокислое брожение и силосование отрицательно влияют некоторые группы микроорганизмов. К ним относятся аэробные спорообразующие виды, в основном рода Bacillus. Они представляют основной состав эпифитной микробной флоры.

Их отрицательное действие состоит в том, что они конкурируют с молочнокислыми бактериями за источники углеводов. Большинство этих видов в состоянии сбраживать крахмал, так как они производят амилазу. Некоторые из них в состоянии расщеплять пектины. Их споры вместе с силосом могут через пищеварительный тракт попадать в кал, загрязнять молоко и вызывать порчу пастеризованных продуктов. Они могут в больших количествах (до 10 млн. спор/г силоса) находиться на поверхности силоса. При правильном силосовании уже в первые дни брожения их жизнедеятельность подавляется.

Нежелательными микроорганизмами при силосовании являются факультативно анаэробные бактерии группы Coli-Aerogenes (колиформные бактерии семейства Enterobacteriaceae), прежде всего родов Aerobacter и Escherichia. Они бурно развиваются непосредственно после закладки силоса и являются опасными конкурентами молочнокислых бактерий. Сбраживание сахара бактериями происходит по типу уксуснокислого брожения.

С6Н1206 -> 2СН3-СООН + CO2
Глюкоза        Уксусная кислота    Диоксид углерода


Большое количество уксусной кислоты вызывает резкий запах силоса и снижает его поедаемость. Интенсивным молочнокислым брожением можно подавить активность этой группы бактерий, но полностью исключить ее невозможно.

Очень вредной группой микроорганизмов при силосовании являются облигатно анаэробные спорообразующие маслянокислые бактерии рода клостридий (Сlostridium), которые обычно попадают в силосуемый материал в виде спор. Основным продуктом маслянокислого брожения является масляная кислота.

С6Н1206  ->  СНз-СН2-СНз-СООН   +     2СО2      +     2Н2
Глюкоза                Масляная кислота          Диоксид углерода   Водород


Маслянокислое брожение приводит к потерям энергии до 20%. Особая опасность этих бактерий состоит в том, что они могут разлагать уже образовавшуюся молочную кислоту по такой схеме.

2СН3-СНОН-СООН -> СН3-СН2-СН2-СООН
  Молочная кислота                Масляная кислота


+ 2С02     +         2Н2
Диоксид углерода     Водород


В результате этого процесса снова повышается рН и начинается порча силоса. К тому же такой силос плохо поедается животными. Среди клостридий, кроме сбраживающих углеводы (сахаролитических), есть виды, которые сбраживают протеин (протеблитические) или оба вещества. Так как масляная кислота имеет более низкую степень диссоциации, при маслянокислом брожении повышается рН и, таким образом, создаются благоприятные условия для развития более чувствительных к кислоте протеолитических бактерий.

Часть протеина в процессе силосования гидролизуется. При таком гидролизе более крупные молекулы белка, расщепляются на более мелкие.
 
Протеаза
Н2N-R-СО-NН-R1-СООН -» Н2 N-R-СООН + Н2ОН2N-R1-СООН

Ценность протеина при этом не снижается, но клостридий вызывают расщепление аминокислот, что ухудшает состав белка.
 
Декарбоксиллирование
 
R - СНNН2  -  СООН -> R-СН22 + С02
Аминокислота    Амин                       Диоксид углерода

 
Дезаминирование
R-СН22 ->R-СН2-СООН   +   NH2
    Амин          Жирная кислота       Аммиак


В то время как в нормальном силосе спектр аминокислот соответствует их содержанию в исходном растительном материале, при образовании масляной кислоты содержание аминокислот снилсается на 50%. Особенно снижается содержание лизина и других незаменимых аминокислот. Образование аминов и длинноцепных жирных кислот (валериановой кислоты, капроновой кислоты и др.) отрицательно влияет на поедаемость силоса. Кроме того, биогенные амины ядовиты. При протеолитической реакции образуется также аммиак, в результате чего повышается буферная емкость в силосе.

Маслянокислые бактерии теплолюбивы, и при температуре 30-40°С их обмен веществ проходит очень активно. Оптимальное значение рН наблюдается в слабокислотной среде, но они довольно толерантны к рН. Их чувствительность к кислотности тем выше, чем ниже влажность среды. Из этого следует, что чувствительность маслянокислых бактерий к кислотности растет вместе с повышением содержания СМ в силосуемом субстрате. Чем выше содержание СМ, тем меньше следует понижать рН для подавления их жизнедеятельности. Показатель рН, при котором прекращается рост клостридий, называется критическим показателем рН.

При достижении критического показателя рН обеспечивается стабильность силоса и, следовательно, успех силосования. В то время как при 200 г СМ/кг силосуемой массы требуется понижение рН до 4,2 или меньше, при 400 г СМ/кг силосуемой массы — только до 4,75. В силосе с сильным маслянокислым брожением и связанным с этим повышением рН хорошие условия для своего развития находят гнилостные бактерии родов Pseudomonas и Аlcaligenes. Эти бактерии разлагают протеин. Оптимальный уровень кислотности для развития гнилостных процессов достигается в нейтральной и слабощелочной среде. Поэтому гнилостные бактерии активны только в плохо сбраживаемом силосе. В таких силосах (рН более 5,0) встречаются грамположительные бактерии рода Listeria, например L. monocyogenes являющиеся возбудителями зооантропонозов у животных. В силосе плохого качества складываются хорошие условия для развития этих факультативно-анаэробных, психотропных бактерий. Следует заметить, что имеются и нечувствительные к температурам и кислотности штаммы бактерий, которые могут развиваться и в силосе хорошего качества.

Аэробные плесневые грибы, прежде всего родов Penicillium, Aspergillus, Mucor и Monascus, вызывают плесневение поверхности силоса при доступе воздуха. Грибы разлагают молочную кислоту, углеводы и протеин.

Плесневение является индикатором доступа воздуха к силосу. Заплесневевший корм непригоден для кормления из-за возможного содержания в нем крайне ядовитых микотоксинов.

Отрицательно на силосование и силос действуют дрожжи. При анаэробных условиях они досбраживают углеводы. При доступе кислорода дрожжи в состоянии переключить обмен веществ на дыхание. Возможное отрицательное действие их состоит в том, что они сбраживают оставшийся после молочнокислого брожения сахар в спирт.

С6Н12О6 -> 2СН3-СН2-ОН + 2С02
Глюкоза      Этиловый спирт     Диоксид кислорода


Жизнедеятельность дрожжей снижает аэробную устойчивость силоса, т.е. изменение качества силоса под воздействием воздуха, например при его открытии.

Так как микроорганизмы, встречающиеся на силосном материале и образующиеся в процессе силосования, предъявляют разные требования к внешней среде, в процессе силосования можно целенаправленно способствовать размножению молочнокислых бактерий и подавлять развитие вредных микроорганизмов. Поскольку минимальное значение рН для роста большинства вредных групп ниже, чем для молочнокислых бактерий, можно, за исключением дрожжей и плесневых грибов, интенсивным молочнокислым брожением подавлять их развитие за счет снижения рН. Плесени можно избегать, только предотвратив доступ воздуха. Активность дрожжей и аэробных спорообразующих бактерий также лучше всего подавляется при помощи хорошей герметизации. Для стимулирования молочнокислого брожения необходимо быстро удалять кислород из штабеля силоса, сохранять температуру в рамках оптимальных условий развития холодных форм молочнокислых бактерий и быстро снижать рН свежей растительной массы, который в начале силосования составляет примерно 6,5. Быстрое прекращение доступа воздуха и создание оптимальных условий для молочнокислого брожения являются залогом исключения нежелательных процессов при силосовании и получения хорошего корма.
naiinc.ru