Варианты опытов силосования различных культур
(кукуруза, люцерна) с применением силосных добавок.
При разработке технологии получения препаратов силосных бактерий в качестве сырья используют отходы молочной промышленности: подсырную, творожную и казеиновую сыворотки и пивную дробину. Солодовые ростки, ржаная и гороховая мука используются в гидролизованном виде при помощи кислот или ферментативным путем.
При анализе развития микробиологических процессов в силосе (таблица 5) [10], приготовленного в природных условиях, выяснено, что при спонтанном процессе брожения (контрольные силосы) очень интенсивно росли гнилостные бактерии, в частности в силосе из отавы люцерны, в связи с чем их количество на 7 сутки выросло до 680 млн. на 1 г. В результате бурного развития аммонификаторов в силосе из бобовых замедлилось обогащение молочнокислыми бактериями; в силосе из кукурузы оно было очень интенсивным. В контрольном силосе, приготовленном из отавы люцерны, всвязи с замедлением молочнокислого брожения в конце опыта наблюдались маслянокислые бактерии (титр 103 ). Вследствие сильного роста аммонификаторов контрольный силос из бобовых при органолептической имел неприятный запах распада белков. При применении препаратов силосных бактерий - промышленной подсырно-сывороточной закваски, биомассы силосных бактерий и культуры с высоким титром силосных бактерий - рост молочнокислых бактерий во всех видах силоса был интенсивным, но в силосе из отавы люцерны рост их был значительно медленнее. В результате активного молочнокислого брожения падение рН во всех вариантах опыта было более высоким, в связи с чем рост гнилостных бактерий тормозился раньше, чем в контрольном силосе без добавок. В силосе из отавы люцерны при внесении биологических добавок рос молочнокислых бактерий, несмотря на небольшое количество углеводов, происходил интенсивнее, чем в контрольном силосе из этого же сырья. Следовательно, при применении добавок рост гнилостных бактерий замедлялся, что способствовало сохранению в силосе углеводов, необходимых для молочнокислого брожения. В силосах, заправленных биологическими добавками, уже с первых дней доминировали L. plantarum , всвязи с чем закваски, с точки зрения более экономичного использования углеводов, имели огромное значение.
6. Производственные рекомендации.
При выращивании бактерий в ферментерах производство педиококков и стрептококков гораздо дешевле, чем молочнокислых бактерий. Они не так привередливы в пищевых потребностях, как лактобациллы, растут в ферментерах до большей плотности, лучше выдерживают лиофилизацию и более стабильны при обычных условиях хранения на ферме. Выбор кокков для включения их в продукт должен диктоваться их способностью быстро размножаться в ограниченно аэробных и анаэробных условиях и достигать рН ниже 5.0 быстро, так чтобы клостридии и другие портящие силос микроорганизмы не смогли размножаться.
Еще более важен выбор штаммов Lactobacillus plantarum . В идеале выбранный штамм должен происходить из естественных условий, т.е. из хорошо законсервированного травяного силоса; быть способным к быстрому размножению, чтобы доминировать в силосной микрофлоре; производить много молочной кислоты и быть устойчивым к значению рН , по крайней мере, 4.0. Помимо этих основных условий штаммы Lactobacillus должны утилизировать пентозы также, как гексозы, особенно, если гемицеллюлолитические ферменты, производящие пентозы, включены в конечный продукт. Другими словами, ферменты и молочнокислые бактерии в продукте должны дополнять друг друга. Необходим очень строгий контроль за сохранением ферментативной активности Lactobacillus spp. При использовании штаммов с высоким выходом молочной кислоты конечный выход бактериальной биомассы неизменно ниже, чем у штаммов с низкой продукцией кислоты, вероятно, из-за слабых изменений проницаемости и устойчивости бактериальной клеточной стенки. Для сохранения пигментации при оптимальном для роста значении рН обычно важна нейтрализация щелочью, но необходимо постоянно следить за концентрацией молочной кислоты в ростовой среде, чтобы предотвратить в дальнейшем уменьшение выхода бактерий из-за выделения токсичных метаболитов. Следовательно, необходима оптимизация условий роста при производстве штаммов Lactobacillus spp., которые были выбраны за специфические благоприятные характеристики, такие как образование молочной кислоты. Поскольку дальнейшие потери происходят на этапах изъятия из ферментера и лиофилизации, необходим тщательный выбор криопротекторов, а также долговременные испытания на сохранность для выяснения жизнеспособности бактерий в товарных продуктах при хранении.
7. Эффективность биодобавок к силосу
Долговременный мониторинг эффективности некоторых биологических добавок к силосу “в поле”, проведенный английским фермерским хозяйством, отражен в таблице 6 [18 ] , где даны средние результаты примерно 400 анализов силоса (преимущественно травяного) за трехлетний период. Они показывают, что биодобавки могут быть существенной помощью при ферментации, особенно в условиях низкого содержания СВ. Оба показателя - и рН, и содержание аммонийного азота - отражают категорию “очень хороший” ферментации, при этом необходимо отметить, что эти анализы обладают “негативным” отклонением, поскольку фермеры используют добавки только тогда, когда ожидаются плохие условия ферментации (например, низкое содержание СВ). Учитывая это, полученные результаты особенно обнадеживающие.
Влияние азотных удобрений
Из таблицы 6 видно, что в 1985 году наблюдались несколько повышенные значения рН и содержания аммонийного азота и вдвое больший коэффициент вариации по содержанию аммонийного азота по сравнению с предыдущими годами. Такие результаты объяснимы влиянием холодной и дождливой погоды на большей части территории Великобритании. На рисунке 4 показаны результаты анализа силоса и газожидкостной хроматографии летучих жирных кислот для трех различных “типов” силоса. Рисунок 4 а - типичный пример прекрасной ферментации при низком содержании СВ с хорошим сохранением питательных веществ. На рисунке 4 б показан, наоборот, пример типичного “маслянокислого” силосного профиля с высоким рН и содержании аммонийного азота и с пиком масляной кислоты. В этом случае трава была оставлена на поле на 6 дней из-за продолжительного дождя. а потом все-таки собрана. В довершении всего был плохо заложен бурт: уплотнение фуража и закрытие бурта были недостаточными. Поэтому плохие результаты неудивительны. Однако результаты, представленные на рисунке 4 в, нетипичны. Фермер, получивший такой анализ, будет убежден, что его силос должен подвергнуться вторичной ферментации. Судя только по результатам стандартного анализа, это следует из значения рН 4.7 и содержания аммонийного азота 19%. Однако кривая газожидкостной хроматографии опровергает это предположение, так как на ней не обнаруживается следов масляной кислоты. Это не частный случай, т.к. в 1985 г., особенно в очень влажных силосах, были зарегистрированы сходные результаты анализов. Оказывается, это не связано с силосными добавками, поскольку это явление наблюдалось в необработанных силосах, а также в силосах с добавлением патоки, кислот и биодобавок. Общим во всех этих случаях было то, что травы были скошены и заложены на силос сразу после подкормки азотными удобрениями, иногда через 2-3 недели после внесения удобрений. При холодной дождливой погоде растения не успели превратить эти нитраты в свои белки, и, таким образом, в силосной массе был избыток нитратов вне и внутри растений.
Высокий уровень нитратов в силосной массе может влиять на последующую ферментацию. Содержание ВРУ в траве отрицательно коррелирует с уровнем нитратов, использованных для подкормки растений, из-за быстрого роста травостоя. При содержании общего азота в образцах, превышающем 100 г/кг, видимо, молочнокислые бактерии силоса не способны понижать рН до уровня, достаточного для подавления активности клостридий из-за ограниченного количества субстрата. Однако результаты, приведенные на рисунке 4 в, показывают, что и вторичная ферментация в таких условиях не идет [17].
Впоследствии было обнаружено, что при умеренно кислой среде в силосе нитраты будут быстро исчезать, превращаясь в аммиак через промежуточные продукты распада - нитриты. Затем образовавшийся аммоний постепенно поднимает рН до уровня, при котором может начаться активная жизнедеятельность клостридий (рН 5.0), в результате чего начинается “неправильная” ферментация силоса. Некоторые виды клостридий и некоторые штаммы молочнокислых бактерий могут даже утилизировать сами нитраты, так что в это время вторичная ферментация может быть быстрой. Однако известно, что нитриты будут ингибировать рост клостридий, и, следовательно, даже при высоких значениях рН масляная кислота может не выделяться.
Содержание нитратов может оставаться на высоком уровне в течении всего периода консервации силоса. Следовательно, если нитраты медленно, но непрерывно превращаются в нитриты в течении длительного времени, рост клостридий может быть полностью остановлен, несмотря на то, что рН при этом около 5.0. Это может быть причиной ситуации с силосом, показанной на рисунке 4в, проба которого была взята через 3 месяца после закладки.
Деградация нитратов в силосе может ингибировать рост Clostridium spp. путем временного накопления нитритов и газообразного азота, даже несмотря на то, что выделяющийся аммоний противодействует подкислению и поднимает рН до уровня, при котором активность клостридий может иметь место. [14]
Следовательно, хотя уровень аммонийного азота достигает 19% от общего азота (рисунок 4в), то есть достаточен для повышения рН до 4.7, все же вторичная ферментация не идет, так что разумно предположить, что большая часть этого аммонийного азота образовалась вследствие разложения нитратов, а не из-за протеолитической активности бактерий рода Clostridium. Если в конце концов образуется еще больше аммония, рН может подняться еще выше, до точки, где даже нитриты не способны ингибировать активность клостридий. Если начнется вторичная ферментация, и образуется масляная кислота, трудно определить, был ли избыток нитратов начальной причиной проблемы, до тех пор пока силос не будет последовательно проанализирован. Поэтому влияние нитратов на ферментацию силоса нуждается в дальнейшем изучении.