Квашение овощей и силосование кормов происходит с помощью бактерий
Царства Бактерии и Грибы
1. Какие бактерии называют сапротрофами? 2. Какие бактерии называют паразитами? 3. Что такое фотосинтез? 4. Какие примеры круговорота веществ в природе вы знаете?
Бактерии разложения и гниения
Бактерии — важнейшее звено общего круговорота веществ в природе. Растения создают сложные органические вещества из углекислого газа, воды и минеральных солей почвы. Эти вещества возвращаются в почву с отмершими грибами, растениями и трупами животных. Бактерии разлагают сложные вещества на простые, которые снова используют растения.
Бактерии разрушают сложные органические вещества отмерших растений и трупов животных, выделения живых организмов и разные отбросы. Питаясь этими органическими веществами, сапротрофные бактерии гниения превращают их в перегной. Они своеобразные санитары нашей планеты.
Почвенные бактерии
В 1 см3 поверхностного слоя лесной почвы содержатся сотни миллионов сапротрофных почвенных бактерий нескольких видов. Эти бактерии превращают перегной в различные минеральные вещества, которые могут быть поглощены из почвы корнями растений.
Некоторые почвенные бактерии способны поглощать азот из воздуха, используя его в процессах жизнедеятельности. Эти азотофиксирующие бактерии живут самостоятельно или поселяются в корнях бобовых растений. Проникнув в корни бобовых, эти бактерии вызывают разрастание клеток корней и образование на них клубеньков. Их называют клубеньковыми [15].
Эти бактерии выделяют азотные соединения, которые используют растения. От растений бактерии получают углеводы и минеральные соли. Таким образом, между бобовым растением и клубеньковыми бактериями существует тесная связь, полезная как одному, так и другому организму. Это явление называеся симбиоз (от греческого слова «симбиозис» — совместная жизнь).
Благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями бобовые растения обогащают почву азотом, способствуя повышению урожая.
Роль бактерий в хозяйственной деятельности человека
В пищевой промышленности используют молочнокислые бактерии. Питаясь сахаром, содержащимся в молоке, они образуют молочную кислоту. Под ее действием молоко превращается в простоквашу, а сливки — в сметану. Квашение овощей, силосование кормов тоже происходит с помощью молочнокислых бактерий. Образовавшаяся молочная кислота предохраняет овощи и корма от порчи.
Некоторые бактерии делают продукты непригодными для питания. Поскольку бактерии не могут жить без воды и погибают в растворах соли и сахара, продукты сушат, солят, маринуют, засахаривают, консервируют. При консервировании плотно закрытые банки нагревают. При этом погибают не только бактерии, но и их споры. Поэтому консервы сохраняются долгое время.
Есть бактерии, которые портят рыболовные сети, редчайшие рукописи и книги в книгохранилищах. Для предохранения книг от порчи их окуривают сернистым газом. Бактерии портят сено в стогах, если оно недостаточно хорошо высушено.
Болезнетворные бактерии
Некоторые виды бактерий-паразитов проникают в организм человека и поселяются там, вызывая заболевания. В теле человека болезнетворные бактерии питаются, быстро размножаются и отравляют организм продуктами своей жизнедеятельности. Бактерии вызывают тиф, холеру, дифтерию, столбняк, туберкулез, ангину, менингит, сап, сибирскую язву, бруцеллез и другие болезни.
Одними из этих болезней человек может заразиться при общении с больным через мельчайшие капельки слюны при разговоре, кашле и чихании, другими — при употреблении пищи или воды, в которую попали болезнетворные бактерии. Антисанитарные условия, грязь, большая скученность людей, несоблюдение правил личной гигиены создают благоприятные условия для быстрого размножения и распространения болезнетворных бактерий. Это может вызвать эпидемию, т. е. массовое заболевание людей.
Чуму — одно из самых тяжелых заболеваний — вызывают чумные палочки. Опустошительные эпидемии чумы в древности были самым страшным бедствием. Например, в VI в. чума проникла с Востока в Центральную Европу. Свирепствуя там, болезнь истребляла в крупных городах тысячи человек в день. История человеческого общества знает немало эпидемий, подобных этой.
У животных бактерии вызывают такие болезни, как сап, сибирская язва, бруцеллез. Этими болезнями может заразиться и человек, поэтому, например, в районах, где скот болеет бруцеллезом, нельзя употреблять в пищу сырое молоко.
Поражают бактерии и растения, вызывая пятнистость листьев, увядание, гниение стеблей и т. д. [16].
В настоящее время проводят специальные мероприятия для предупреждения заразных заболеваний. Установлен строгий врачебный контроль за источниками воды и пищевыми продуктами. На водопроводных станциях воду очищают в специальных отстойниках, пропуская ее через фильтры, хлорируют, озонируют.
Больные получают лекарства, которые убивают болезнетворных бактерий. Для уничтожения бактерий в помещении, где находится заразный больной, проводят дезинфекцию, т. е. опрыскивание или окуривание химическими веществами, вызывающими гибель бактерий. Солнечный свет также губителен для многих бактерий, например для бактерий туберкулеза. Для предупреждения заразных заболеваний применяют предохранительные прививки.
Новые понятия
КЛУБЕНЬКОВЫЕ, ИЛИ АЗОТОФИКСИРУЮЩИЕ, БАКТЕРИИ. СИМБИОЗ. БОЛЕЗНЕТВОРНЫЕ БАКТЕРИИ. ЭПИДЕМИЯ
Ответьте на вопросы
1. В чем значение бактерий в природе? 2. Что вы знаете о клубеньковых бактериях ? 3. Как человек использует молочнокислые бактерии? 4. Почему без деятельности бактерий жизнь на Земле была бы невозможна? 5. Как можно защитить продукты питания от бактерий? 6. Как бактерии попадают в организм человека и какой вред они наносят? 7. Какие болезни, вызываемые бактериями, вам известны? 8. Какие условия способствуют распространению болезнетворных бактерий? 9. Какие меры применяют для борьбы с заболеваниями, вызываемыми бактериями?
Дополнительный материал
Микробиологический метод борьбы с насекомыми-вредителями основан на использовании бактерий — возбудителей болезней насекомых. Безвредность этих бактерий для растений и человека позволяет применять этот метод при выращивании сельскохозяйственных растений.
В сельском хозяйстве в качестве удобрения используется препарат нитрогин. В 1 г такого удобрения содержится более 2 млрд клеток азотофиксирующих бактерий. За один вегетационный период эти бактерии могут накопить около 100 кг азота на 1 га, улучшая плодородие почвы.
Источник
Петенко Александр Иванович, заведующий кафедрой биотехнологии, биохимии и биофизики
Кубанского Госагроуниверситета, доктор сх наук, профессор
Силосование является биологическим методом консервирования кормов, в основе которого лежит молочнокислое брожение. Уровень брожения зависит от наличия сахаров, а так же белков, аминокислот, щелочных солей органических кислот и других веществ, обладающих свойствами буфера. Кроме этого характер микробиологических процессов в созревающем силосе определяет бактериальная обсеменность растительной массы.
Организуя силосование и заботясь о максимальном накоплении в силосе молочной кислоты в нем следует помнить, что молочнокислое брожение протекает оптимальным образом, если обеспечиваются:
- необходимая концентрация сбраживаемых углеводов (моносахаридов);
- полная герметизация хранилища — анаэробные условия;
- отсутствие вредной эпифитной микрофлоры на растительном материале;
- температура от 15 до 30ºС;
- быстрое подавление действия гнилостных бактерий.
С зеленой массой кукурузы в силосохранилище попадает огромное количество микроорганизмов. Их видовой состав может меняться в значительных пределах в зависимости от времени года, местности, вида растений, степени загрязненности и многих других условий. В таблице 1 приведены данные о количественном составе микроорганизмов на свежескошенной зеленой массе кукурузы.
Таблица 1 — Региональный состав микрофлоры на зеленой массе кукурузы (данные ВНИИ сх микробиологии)
| Растительная масса | Гнилостные | Молочно-кислые | Дрожжи | Масляно-кислые |
|---|---|---|---|---|
| Кукуруза (Ленинградская обл.) | 13 000 | 250 | 140 | 100 |
| Кукуруза (Краснодарский край.) | 42 000 | 170 | 500 | 1 |
Из данных таблицы 1 видно, что предпосылки для молочнокислого брожения неблагоприятны, что не может не сказаться на силосуемости и качестве получаемого силоса.
Среди молочнокислых бактерий различают гомоферментативные и гетероферментативные. Первые образуют у сбраживаемых ими углеводов в основном молочную кислоту и лишь следы различных побочных продуктов (этиловый спирт, уксусная кислота, углекислый газ). Гетероферментативные молочнокислые бактерии сбраживают в молочную кислоту не более 5% сахара, до 16% — в уксусную кислоту, 10-20% — в спирт и до 30% — в углекислый газ (таблица 2).
Таблица 2 — Ферментативная особенность различных молочнокислых микроорганизмов
| Культуры | Процент сахара, превращенного в | |||
|---|---|---|---|---|
| молочную кислоту | уксусную кислоту | этиловый спирт | углекислый газ | |
| Гомоферментативные | 68-90 | 3,5-7,5 | 0,7-1,5 | 1-6 |
| Гетероферментативные | 27-50 | 4,4-16,0 | 10-21 | 3-25 |
Гомоферментативные процессы при созревании силоса наиболее желательны, так как их развитие связанно с меньшими потерями энергии (потери энергии при гетероферментативных процессах в 4-5 раз выше), а готовый корм отличается высокими органолептическими свойствами. Развитие гетероферментативных форм молочнокислых бактерий, а тем более газообразующих и гнилостных микроорганизмов, вызывает значительные потери питательных веществ и снижает качественную оценку готового корма.
Кроме этих микроорганизмов могут появиться и маслянокислые бактерии.
К этой группе относится множество различных форм, опаснейших конкурентов молочнокислых бактерий, т.к. они сбраживают сахар с выделением в качестве конечных продуктов масляной кислоты, углекислого газа и водорода
При этой реакции происходят большие потери энергии. Маслянокислые бактерии разлагают не только сахар, но и молочную кислоту.
Другими словами, вместо очень кислой молочной кислоты появляется менее кислая масляная кислота. Величина рН возрастает, качество силоса ухудшается, а также снижается его устойчивость при хранении. При наступлении неблагоприятных условий силос быстро портится, причем порча ускоряется вследствие появления сильнощелочного продукта распада белка — аммиака.
С целью улучшения качества брожения, повышения силосуемости корма используют химические и биологические консерванты.
В качестве химических консервантов используют неорганические (серная, соляная и фосфорная) и органические (муравьиная, пропионовая и бензойная) кислоты, их смеси и соли. К биологическим консервирующим добавкам относят препараты, полученные из культур гомоферментативных и гетероферментативных молочнокислых бактерий (гоМКБ и геМКБ) а так же другие микроорганизмы и ферментные препараты, способствующие молочнокислому брожению. Благодаря низким нормам расхода и энергетически положительному действию биологические препараты особенно на основе гоМКБ нашли в последние годы широкое применение на практике.
Цель применения добавки состоит в том, чтобы молочнокислые бактерии (МКБ) быстрее размножались. Снижение рН наступает тем быстрее, чем раньше начнет действовать препарат. Это зависит не только от бактериальной культуры, но и от формы его введения. На рынке есть жидкие препараты, гранулированные препараты, сухие бактериальные культуры и порошки. Недостаток сушеных препаратов состоит в том, что их трудно распределить равномерно, так как МКБ неподвижны, они могут действовать только там, куда попали. Кроме этого, высушенные бактерии сначала должны быть увлажнены.
Основная силосная культура кукуруза легко силосуема, и препараты на основе МКБ применяют, прежде всего, не только для ускорения процесса, но, что особенно важно, для повышения стабильности готового силоса.
Применение заквасок целесообразно при любых способах силосования. Силосование можно проводить в горизонтальных траншеях с боковыми стенками или без них и в вертикальных силосохранилищах (силосных башнях). Самые низкие потери наблюдаются в силосных башнях. Но по экономическим и техническим причинам их используют все реже. Больше всего распространены железобетонные проездные траншейные сооружения с боковыми стенами. Расширяется так же использование технологии силосования в полиэтиленовых рукавах, в то время как силосование в рулонах применяется в основном для силосования малых объемов кормовых злаков.
Закладку силоса следует проводить в кратчайший срок. Необходимо стремиться к тому, чтобы быстро и по возможности более полно прекратить доступ кислорода воздуха в силосуемую массу.
Следующее технологическое требование: растительную массу следует достаточно мелко нарезать. Этим ускоряются начало брожения, осуществление уплотнения и выгрузки силоса. Длину резки определяют в зависимости от содержания СМ (сухой массы). При 33% СМ она должна составлять 1,5-2,0 см, при 40 % СМ — 0,8-1,0 см.
После загрузки силосохранилища сразу же проводят уплотнение силосной массы до достижения необходимой физической плотности. Внутренняя и нижняя часть силоса уплотнены лучше, и стабильность их выше. Это следует учитывать при заборе корма. В любом случае потери от вторичной ферментации при применении заквасок в процессе использования силоса всегда гарантированно меньше.
Уплотнять необходимо относительно тонкие слои силосуемой массы (≤ 30 см) при скорости движения трактора от 2 до 5 км/ч. Загруженную силосную массу необходимо сразу же укрыть пленками, которые должны отвечать определенным требованиям. Целесообразно использовать для этого две пленки: тонкую эластичную (0,04мм), которая плотно облегает поверхность силосуемой массы, предотвращает газообмен и защищает от загрязнения, и вторую, более толстую (0,2-0,5 мм) пленку. Последняя служит для защиты первой пленки от механических повреждений и погодных условий. Она имеет низкую проницаемость для кислорода, по ней можно ходить, она может использоваться несколько лет, сверху ее следует придавливать соответствующими материалами. Все это защищает силос от морозов. В неукрытой силосуемой массе потери могут составить 20% и более только за счет порчи боковых и верхнего слоев.
В период закладки силосуемою массу каждый вечер после работы следует укрывать. Для предотвращения самонагревания силосного бурта в верхнем к силосуемой массе в этой части хранилищ можно добавлять мочевину (800 г/м2).
Правильная организация кормозаготовительных работ возможна только на основе знания биологических и химических процессов силосования. Молочнокислое брожение требует необходимой концентрации сбраживаемых углеводов, полной герметизации хранилища, отсутствия вредной эпифитной микрофлоры на растительном материале и определенного диапазона температур.
С целью улучшения качества брожения, повышения аэробной стабильности (особенно при выгрузке), снижения объема образуемого силосного сока и улучшения кормовой ценности силоса хорошие результаты дает применение разного рода консервирующих добавок. Лучший комплексный результат обеспечивают биологические закваски. Современным решением для предприятий, не имеющих подходящих силосохранилищ, является силосование в полимерных рукавах с применением микробиологических заквасок, из которых предпочтительные полиштаммовые гомоферментативные препараты. Закваски с лихвой окупаются так же и при традиционном силосовании в траншеях, и даже в курганах, где опасность развития микробиологических процессов нежелательного типа наиболее вероятна.
Эту статью можно так же посмотреть в Агропромышленной газете № 25-26 (90-91) 30 июля — 12 августа 2007 года
Источник
Силосование(от испанского silos – яма) – это биологический метод консервирования кормов, в основе которого лежит молочнокислое брожение.
Технология силосования: 1) скашивание (с провяливанием или без него) и измельчение растений; 2) транспортировка зеленой массы к месту силосования; 3) укладка в хранилища (траншеи, ямы), разравнивание и уплотнение силосуемой массы; 4) плотное укрытие и изоляция силосуемого сырья от воздуха после заполнения хранилища. Различают силос из кукурузы, силос из однолетних и многолетних растений, комбинированный силос.
Преимущества силосования: 1) сочную растительную массу можно силосовать в любую погоду, при этом потери составных частей корма, в том числе и витаминов, значительно ниже, чем, например, при заготовке сена; 2) правильно заквашенный корм хорошо поедается животными, в результате чего повышается их продуктивность; 3) силосовать можно такие корма (ботва свеклы, картофеля, отходы крахмало-паточного производства), которые часто не используются в хозяйствах; 4) засилосованный корм можно хранить длительное время, иногда десятилетиями; 5) правильно приготовленный силос имеет хорошие вкусовые качества, возбуждает аппетит и в сбалансированных рационах улучшает использование разных составных частей корма.
Способы силосования кормов: 1) Холодный способ – проходит при температуре (25 – 35 °С). При этом измельченная силосуемая масса плотно укладывается и хорошо изолируется от воздуха. Холодный способ силосования в нашей стране распространен повсеместно. 2) Горячий способ – проходит при температуре 50 ºС. При этом корм укладывают рыхло и постепенно, что создает условия для более бурного развития микробиологических процессов. При такой технологии происходит потеря больших количеств питательных веществ.
Главное консервирующее средство – молочная кислота. Микроорганизмы способны превращать сахара в молочную, уксусную, пропионовую и другие кислоты, которые придают корму острый специфический запах. Кроме сахаров в растениях содержатся протеины, аминокислоты, минеральные соли, которые нейтрализуют, связывают образовавшиеся кислоты и выполняют роль буферных веществ.
Силосуемость растений определяется сахарным минимумом – это процент сахара в растениях, необходимый для накопления молочной кислоты в количестве, обеспечивающем смещение рН силоса до 4,2 при данной буферности исходного сырья.
При содержании в растениях большого количества сахаров и недостатке протеина силос получается перекисленным и животные его плохо поедают. Избыточное содержание влаги в силосуемой массе ведет к накоплению большого количества жидкости, и жизнь клеток скошенных растений продлевается, на что используются сахара, крахмал, протеин. Чтобы предотвратить ферментативные процессы, силосуемую массу быстро закладывают в кормохранилища и изолируют от воздуха.
При несоблюдении правил силосования наряду начинают развиваться микробиологические процессы. Это ведет к повышению температуры, протеины вступают во взаимодействие с сахарами; образуются пахучие вещества – изовалеоиановый альдегид (напоминает запах ржаного хлеба), фурфурол (запах яблок), оксиметилфурфурол (запах меда). Такой корм охотно поедается животными, так как ароматические вещества возбуждают у них аппетит. Однако он беден протеином, каротином и другими питательными веществами, необходимыми для нормальной жизнедеятельности организма животных.
Микрофлора силоса
Молочнокислые бактерии.Возбудителей молочнокислого брожения делят на две группы: 1) гомоферментативные – образуют из сахаров в основном молочную кислоту; 2) гетероферментативные – кроме молочной образуют уксусную кислоту, диоксид углерода, иногда этиловый спирт.
Бактерии группы кишечной палочки – участвуют в гетероферментативном молочнокислом брожении и образуют большое количество газов (Е. coli). В кормовой массе они встречаются в начале силосования; с накоплением молочной кислоты их численность уменьшается. В результате их жизнедеятельности происходит превращение сахаров в малоценные продукты, что снижает питательность корма.
Аммонификаторы (гнилостные микробы) – всегда имеются на поверхности растений (сенная, картофельная, капустная и другие бациллы, а также эшерихии и протей). Они вызывают энергичное разложение белков в начале процесса силосования, когда рН более 4,5 – 4,7. При медленном подкислении корма аммонификаторы продолжают усиленно размножаться, накапливаются продукты распада протеина, которые могут вызывать отравление животных.
Дрожжи – всегда могут быть в растительной массе. Они сбраживают сахара до спирта, придают корму приятный запах и вкус, что возбуждает у животных аппетит, продуцируют витамины и другие биологически активные вещества, что способствует развитию микроорганизмов. Однако дрожжи для своей жизнедеятельности используют сахара, а, следовательно, уменьшают образование молочной кислоты. Некоторые из дрожжей даже разлагают органические кислоты, что тормозит процесс силосования. Обычно дрожжи усиленно размножаются в начале процесса, а затем их численность уменьшается.
Плесневые грибы (Penicillium, Aspergillu s и др.). В силосной массе сохраняются недолго. Они хорошо переносят кислую среду, но являются аэробами. При доступе воздуха плесневые грибы энергично размножаются и используют молочную и другие органические кислоты. Это ведет к повышению рН, созданию условий для развития споровых форм микробов – маслянокислых и аммонификаторов, в результате чего корм становится непригодным к скармливанию животным.
Маслянокислые бациллы (клостридии) – попадают на растения из почвы. Это – облигатные анаэробы, поэтому при хорошем уплотнении силосуемой массы создаются условия для их развития. Они сбраживают сахара с образованием масляной кислоты, диоксида углерода и водорода. Кроме того могут образовываться уксусная, пропионовая и муравьиная кислоты, а также спирты (этиловый, бутиловый и ацетон). Маслянокислые бациллы способны переводить молочную кислоту в масляную. Она придает горький вкус и неприятный запах корму, поэтому он плохо поедается животными. При попадании маслянокислых бацилл из корма в молоко и молочные продукты (сыры) ухудшается их качество, развиваются процессы, приводящие к порче продуктов. Маслянокислые бациллы имеют мощный ферментативный аппарат, способны усваивать молекулярный азот из воздуха. При рН 4,7 и ниже маслянокислые бациллы развиваться не могут.
Уксуснокислые и целлюлозоразлагающие микробы – являютсяаэробами, и в хорошо засилосованном корме нет условий для их развития. Уксусная кислота может образовываться некоторыми молочнокислыми бактериями, поэтому она всегда присутствует в силосе. Целлюлозоразлагающие микробы не выдерживают кислой среды, не размножаются в силосе и практически не вызывают изменения клетки.
Силосование – динамический процесс, в котором выделяют три фазы:
Первая фаза – развитие смешанной микрофлоры. После скашивания растений изменяется их физиологическое состояние. Нарушается целостность клеток, в окружающую среду выделяется сок, а вместе с ним и легкорастворимые сахара. Пространство между растениями заполняется соком, но в некоторых местах остается воздух, создаются условия для развития разных физиологических групп. С уплотнением силосной массы условия меняются, прекращается доступ кислорода воздуха, интенсивнее развиваются молочнокислые бактерии, накапливаются кислоты, тормозится развитие других физиологических групп микроорганизмов. Эта фаза сравнительно быстро проходит при холодном способе силосования и длится дольше при горячем способе.
Вторая фаза – основное брожение. При этом преобладают молочнокислые бактерии. Они продолжают подкислять корм. Происходит гибель и задержка роста неспорообразующих микробов, сохраняются бациллы. Молочнокислые кокки постепенно заменяются молочнокислыми палочками. К этому времени питательные вещества корма в значительной степени расходуются, наступают неблагоприятные условия для развития микроорганизмов, поэтому их количество постепенно уменьшается.
Третья фаза – окончание микробиологических процессов в силосуемой массе. При этом накапливается большое количество молочной кислоты, постепенно отмирают кокковые и палочковидные формы микробов.
Химические процессы, которые происходят при силосовании зеленой массы растений, разделяют на 5 фаз: 1)Растительные клетки продолжают дышать; при этом они выделяют углекислый газ и расходуют углеводы; 2)Образование уксусной кислоты; 3) образование молочной кислоты. Первые три фазы продолжаются по 3 – 5 дней. 4) Накопление молочной кислоты; рН снижается до 4,2 – 3,8; длится 12 – 21 день; 5) начинает образовываться масляная кислота, если содержание молочной недостаточно высоко. При этом разрушаются молочная кислота, протеины, углеводы. Это вызывает порчу силоса.
При силосовании кормов определенную роль играют антимикробные выделения растений – фитонциды, которые убивают на живых листьях и стеблях микроорганизмы или не дают им воспользоваться питательными веществами. После отмирания растений эти защитные свойства утрачиваются. Поскольку скошенные растения отмирают не сразу, то они некоторое время сохраняют свою фитонцидность. Действие этих веществ на гнилостные и маслянокислые микроорганизмы более сильное, чем на молочнокислые бактерии. Поэтому в изолированной растительной массе размножение гнилостной и маслянокислой микрофлоры задерживается веществами, выделяемыми травами. Молочнокислые бактерии в это время будут развиваться и перерабатывать сахара в молочную кислоту, которая подкисляет силосную массу. Достаточно кислая среда подавляет жизнедеятельность гнилостной и маслянокислой микрофлоры.
Источник