Микробиологические процессы при консервировании кормов силосование

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Силосование — сложный микробиологический и биохимический процесс консервирования сочной растительной массы. Сущность силосования зеленых растений заключается в том, что в свежескошенной или провяленной растительной массе, уложенной в траншеи или башни, плотно утрамбованной и изолированной от воздуха, интенсивно протекают биохимические и микробиологические процессы, в результате которых образуются молочная, уксусная, масляная, пропионовая и другие органические кислоты (сдвигающие значение pH в кислую сторону), диоксид углерода, антибиотические вещества (выделяемые клетками растений и микроорганизмами), которые вместе служат комплексным консервирующим средством, предохраняющим массу от порчи.

После скашивания растений вместо фотосинтеза в клетках начинается распад питательных веществ, в основном углеводов. Этот юо

процесс в отмирающмх клетках растений получил название голодного обмена. Он интенсивно протекает при доступе кислорода воздуха и связан с большими потерями энергии в виде тепла, от чего корм разогревается:

В анаэробных условиях растительные клетки отмирают не сразу — еще некоторое время они поддерживают жизнь путем интрамолекулярного (анаэробного) дыхания. При этом сахар разлагается до диоксида углерода (С02). Окончательное отмирание клеток связано с накоплением конечных продуктов обмена (5-6% С02 в атмосфере). Однако эти продукты не способны законсервировать массу и предохранить ее от воздействия микроорганизмов.

На поверхности кормовых растений постоянно присутствуют различные виды микроорганизмов, количество которых зависит от климатических условий (влажности, температуры воздуха), места произрастания культуры, расстояния от полей до животноводческих помещений, жилья. По данным ВИЖ, в 1 г зеленой свежескошенной массы в зависимости от места произрастания культуры, климатических и других условий содержится молочно-кислых бактерий — 8—730 тыс., масляно-кислых — 1—100 тыс., гнилостных — 42 млн.

Каждая группа микроорганизмов способна развиваться и размножаться при строго определенных условиях влажности, температуры, кислотности среды, энергетического и азотного питания.

В зависимости от потребности в кислороде микроорганизмы разделяют на три группы:

• 1) размножающиеся как в кислородной, так и в бескислородной среде. К ним относят гомоферментативные и гетероферментативные молочно-кислые бактерии, среди которых имеются мезофильные (холодолюбивые) и термофильные (теплолюбивые) формы и дрожжи;
• 2) размножающиеся только при доступе кислорода — облигатные аэробы. Представителями этой группы являются плесени и большинство гнилостных бактерий, развитие которых портит силос и делает его непригодным к использованию;
• 3) размножающиеся только в бескислородной среде — анаэробы. Сюда относится группа масляно-кислых бактерий, развитие которых в силосе нежелательно. Масляно-кислые бактерии сбраживают сахара до масляной кислоты, которая снижает качество силоса, разрушают белки.

Развитие отдельных групп микроорганизмов в силосе находится в зависимости от кислотности среды (Зафрен, 1977): минимальное значение pH для группы кишечной палочки составляет — 5,0, масляно-кислых бактерий — 4,5, гнилостных бактерий — около 4,4, молочно-кислых кокков — 3,5, молочно-кислых палочек и дрожжей — 3,0, плесени — 1,0.

Установлено, что масляно-кислые бактерии хорошо развиваются в среде с pH в пределах 4,5—8,3, гнилостные — 4,4—9,4, а молочнокислые — 3,0—8,6.

Следовательно, молочно-кислые бактерии обладают замечательной биологической особенностью: продуцируя молочную кислоту, они способны довести ее образование до такой степени концентрации, при которой жизнедеятельность гнилостных и маслянокислых бактерий становится невозможной. Благодаря своей большой стойкости по отношению к кислотам молочно-кислые бактерии в соответствующих условиях быстро занимают доминирующее положение среди других бактериальных групп.

Развитие плесеней, которые могут переносить очень кислую среду (до pH 1,2—1,6) и высокую концентрацию сухого вещества, можно предотвратить, тщательно уплотняя и укрывая силосную массу, так как плесени за небольшим исключением (плесень Мисог) развиваются только при доступе воздуха.

С точки зрения физиологии питания молочная кислота в тех количествах, в которых она образуется в свободном виде (1—3%), является совершенно безвредной, а условия, обеспечивающие ее накопление в зеленом корме, и составляют сущность его силосования.

В период силосования развитие разных групп микроорганизмов проходит неравномерно и зависит от многих причин. Академик Е.Н. Мишустин течение микробиологических процессов делит на три фазы.

Первая фаза силосования (смешанное брожение) начинается одновременно с началом заполнения хранилища и заканчивается при создании анаэробных условий в силосуемой массе и ее небольшом подкислении. Этот период характеризуется активным развитием смешанной микрофлоры, поступившей с силосуемой массой. Клетки растений продолжают дышать, но, исчерпав запас кислорода воздуха, отмирают. В этой фазе наряду с факультативными анаэробами (молочно-кислыми бактериями и дрожжами) могут развиваться нежелательные аэробные формы (гнилостные бактерии и плесени), которые препятствуют закислению силоса. Развитие масляно-кислого брожения тормозится из-за аэробных условий.

При длительных сроках закладки и отсутствии тщательного трамбования силосуемой массы увеличивается продолжительность первой фазы силосования, что ведет к повышению потерь питательных веществ и снижению качества силоса. Неплотно уложенная масса сильно разогревается. При повышении температуры силосной массы свыше 40 °С белки и аминокислоты вступают в химические реакции с сахарами, в результате чего образуются мела- ноиды, представляющие собой сложный и стойкий комплекс, белки которого не перевариваются животными. В ходе взаимодействия белков с сахарами образуются ароматические вещества типа фурфурола, оксиметилфурфурола и изовалерианового альдегида, которые придают силосу запах яблок, меда или ржаного хлеба. Перегретый силос имеет коричневый или бурый цвет, охотно поедается животными, но переваримость питательных веществ резко снижается.

Поэтому сокращение фазы смешанного брожения и создание анаэробных условий для развития молочно-кислого брожения — основная задача получения доброкачественного силоса. К числу хозяйственных приемов, позволяющих сократить период смешанного брожения, относятся продолжительность закладки, качество уплотнения и укрытия силосуемой массы.

Вторая фаза силосования характеризуется созданием анаэробных условий и бурным развитием молочно-кислого брожения, в результате чего корм подкисляется. Образующиеся кислоты угнетают развитие нежелательной микрофлоры. В этот период развивается дрожжевое брожение, и часть сахаров превращается в спирт.

Третья фаза силосования связана с окончанием основных процессов брожения. При накоплении в силосе органических кислот и снижении pH до 4,0—4,2 развитие молочно-кислых бактерий прекращается.

При нормальном брожении в составе органических кислот молочная кислота составляет 65—75%, уксусная — 25—35%, а масляной кислоты не бывает. При нарушении технологии силосования, например при плохой изоляции от доступа воздуха, когда начинают развиваться нежелательные гнилостные микроорганизмы (сенная, картофельная, кишечная палочки), дрожжевые клетки, уксуснокислые бактерии и др., количество уксусной кислоты значительно возрастает. Одновременно молочная кислота постоянно нейтрализуется аммиаком, образующимся при разрушении белков гнилостными масляно-кислыми бактериями.

Процесс силосования растений должен быть направлен на максимальное снижение потерь питательных веществ при брожении. Использование потенциальной энергии сахаров при различных видах брожения неодинаково. Наиболее экономично с точки зрения последующего питания животных используют сахара молочнокислые бактерии. При сбраживании сахара до молочной кислоты теряется примерно 3% энергии, до уксусной — 15, до масляной — 24. Дрожжевое брожение сахаров и образовавшейся молочной кислоты связано с дальнейшей потерей энергии.

юз

Процесс использования (утилизации) сахаров различными видами молочно-кислых бактерий протекает по характерным для них схемам:

• гомоферментативное молочно-кислое брожение:

• гетероферментативное молочно-кислое брожение:

Менее эффективно используют сахара бактерии кишечной палочки. В процессе их жизнедеятельности образуется значительное количество газообразных продуктов:

Согласно разным источникам потери энергии сахаров при дрожжевом брожении составляют от 3 до 9%. Дрожжевое брожение протекает по схеме:

При дрожжевом брожении возможны и дальнейшие потери кормами энергии, когда дрожжевые клетки при недостатке сахара в силосуемой массе переключаются на сбраживание молочной кислоты и при этом дополнительно образуется диоксид углерода:

Еще большие потери энергетической питательности кормов наблюдаются, когда силосование проходит в условиях, благоприятных для развития масляно-кислого брожения (pH 4,6 и выше). Потери энергии в этом случае увеличиваются в результате сбраживания масляно-кислыми бактериями сахара и молочной кислоты:

Кроме сахара и молочной кислоты в процессе жизнедеятельности масляно-кислые бактерии могут использовать отдельные аминокислоты. Например, конечными продуктами разложения глутаминовой кислоты масляно-кислыми бактериями являются масляная и уксусная кислоты и газы в виде аммиака, диоксида углерода и водорода.

Масляно-кислое брожение при силосовании нежелательно, так как оно указывает на неблагоприятные условия силосования, сопровождается гнилостным распадом белков и накоплением многих вредных для организмов животных побочных продуктов жизнедеятельности этих бактерий.

Предотвратить развитие масляно-кислого брожения при силосовании кормов можно путем быстрого снижения значения pH среды до 4,2.