Бактериальные закваски для силосования

Добавки, которые активно стимулируют ферментационные процессы в силосе, используются уже много лет. Одна из актуальных групп промышленных стимуляторов ферментации – это вещества, включающие молочнокислые бактерии и/или ферменты, известные в совокупности как микробные или биологические силосные добавки. В таблице 4 представлены некоторые бактериальные закваски для силосования, которые разрабатывались ранее в Институте микробиологии и вирусологии Казахстана.

Казбиосил. Биологический препарат для развития кормовой базы животноводства «КАЗБИОСИЛ» Биопрепарат «Казбиосил» – закваска для заготовки силоса и сенажа из растительных культур, состоит из высокоактивных штаммов молочнокислых и пропионовокислых бактерий. Механизм действия: При консервировании кормов происходит микробиологический процесс расщепления сахара растений в органические кислоты с преобладанием молочной, что обеспечивает подкисление консервируемой массы до оптимального значения рН 4,2. Подкисление сырья приводит к подавлению вредной микрофлоры силоса: плесневых грибов, гнилостных и масляно-кислых бактерий. Подавление гнилостной микрофлоры сдерживает процесс распада белковых веществ до образования аммиака, что обеспечивает сохранение белка в корме.

Название	Место создания	Штаммы	Силосуемые растения
АМС «Казахсил»	Институт микробиологии и вирусологии АН Казахстана	Streptococcus lactisdiastaticus (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. lactisdiastaticus, P. shermanii, L. pentoaceticus	Кукурузная солома
Силами (АМС, ПКБ)	-	Str. lactisdiastaticus, P. shermanii	Легкосилосуемые, высокосахаристые
АПП (АМС, ПМБ)	-	Str. lactisdiastaticus, L. pentosus	Многолетние и однолетние с соломой, бобовые.солома

Препарат АМС (амилолитический молочнокислый стрептококк) предназначен для приготовления силоса из трудносилосуемых растений: бобовые травы, амарант в фазе цветения, полынь, осока, могар, ботва картофеля, тростник и т.д., при этом молочнокислый стрептококк использует не только легкодоступные сахара, содержащиеся в соке растений, но и полисахариды второго порядка – крахмал, декстрины, тем самым обеспечивает быстрое подкисление силосуемой массы до рН 4,1–4,3, благодаря чемуугнетается жизнедеятельность гнилостной микрофлоры и сдерживается процесс распада белковых веществ до аммиака. Наряду со сбраживанием полисахаридов, под воздействием стрептококка образуется значительное количество витамина В2. Кроме того,штамм обладает повышенной осмофильностью, что позволяет ему развиваться в провяленной массе растений с низкой влажностью. Препарат ПМБП (пентозосбраживающие молочнокислые бактерии) используется для силосования соломы и других грубостебельчатых остатков растений. Пентозосбраживающие молочнокислые бактерии способствуют накоплению органических кислот в силосе за счет сбраживания пентозанов, подкисляя силос до рН 4,4–4,5. В силосованной соломе резко увеличивается коэффициент переваримости питательных веществ. Препарат ПКБ Препарат ПКБ (пропионовокислые бактерии) рекомендован для силосования легко силосуемых растений: кукурузы, подсолнечника, сорго и т.д. Пропионовокислые бактерии раскисляют силос из легкосилосующихся растений путем перевода избыточного количества молочной кислоты в менее диссоциируемые – пропионовую и уксусную кислоты. В таком силосе не накапливается масляная кислота. Кроме того, пропионовая кислота, обладая сильными фунгицидными свойствами, обеспечивает аэробную стабильность силосованной массы при выемке и скармливании. Силос, заготовленной этой закваской, не плесневеет, имеет стабильный рН 4,2–4,3, не перекисает, что предупреждает развитие дисбактериоза, появление кетоза и ацидоза. Комбинированные закваски. Многолетние научные и производственные испытания технологии заготовки сочных кормов показали высокую эффективность использования заквасок «Казбиосил» в различных сочетаниях в зависимости от вида растений и их химического состава. Для консервирования высокосахаристых растений (кукуруза, сорго, подсолнечник) используют закваску ПКБ в сочетании с АМС. Однолетние и многолетние бобовые и злаковые, бобово-злаковые травосмеси, горное разнотравье, тростник в чистом виде при влажности 60–65 % и в смеси с соломой консервируют с закваской АМС или в сочетании ее с ПМБ. Со смешанной закваской из АМС, ПКБ, ПМБ консервируют кукурузную солому. Солома злаковых (пшеничная, рисовая, ржаная, овсяная) силосует с закваской ПМБ в сочетании с АМС. 2.1 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. 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 гетероферментативныелактобациллы 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.

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.

Реакции гомоферментативных молочнокислых бактерий: глюкоза, фруктоза → 2 молочная кислота, арабиноза, ксилоза → молочная кислота + уксусная кислота. Потери сухого вещества не происходит. Потери энергии незначительно.

Реакции гетероферментативных молочнокислых бактерий: глюкоза → 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:

- быстро расти и быть способными к быстрому доминированию над местной силосной микрофлорой;

- быть гомоферментативными и, таким образом, производить молочную кислоту из доступных вру;

- быть устойчивыми к кислоте, по крайней мере, при рн 4,0;

- быть способными сбраживать гексозы, пентозы и фруктаны;

- не производить декстраны и никак не воздействовать на органические кислоты.

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.

Стало ясно, что необходим способ повышения содержания ферментируемых сахаров в самих кормах, так как, хотя растительные ферменты способны медленно производить некоторое добавочное количество ВРУ путем гидролиза гемицеллюлоз до пентоз, есть еще большой неиспользованный источник потенциально ферментируемых сахаров внутри неразрушенных растительных клеток. Количество и тип углеводов, присутствующих в травах, зависят от вида трав, погоды в период роста и способов культивации. Большая часть углеводов в траве может быть разделена на структурные углеводы, состоящие из лигнина и целлюлозы, и запасные углеводы, которые включают ферментируемые сахара. В травах умеренного пояса волокна обычно составляют 30–40 % от СВ, основные запасные углеводы, фруктаны и гемицеллюлозы – 5–7 % от СВ, истинные ферментируемые сахара – около 10 % от СВ (это глюкоза, фруктоза, сахароза). У бобовых основной запасной углевод – крахмал.

В последние несколько лет появились силосные добавки второго поколения, включающие различные смеси ферментов, способные гидролизовать многие из обычно неподдающихся запасных полисахаридов до гексоз и пентоз, которые могут быть усвоены гомоферментативными молочнокислыми бактериями. Структурные углеводы остаются нетронутыми, так как лигнин и целлюлозу трудно эффективно гидролизовать при нормальных условиях, существующих в силосе. Скорость целлюлазных реакций мала, и поскольку эти ферменты требуют для эффективного гидролиза повышенной температуры и большого времени, реально они мало полезны. Однако есть много выделенных из грибов доступных гемицеллюлаз и амилоглюкозидаз, которые могут производить быстрый гидролиз гемицеллюлозных компонентов неструктурных углеводов в травах с низким содержанием СВ при температуре и рН, существующих в силосе при обычных условиях.

Поэтому в качестве биологических консервантов кормов используют микорм, амилолитические, целлюлозолитические и комплексные цитолитические ферментные препараты. Ведущее место при этом занимают неочищенные ферментные препараты грибного происхождения и микорм.

Так, добавление в закладываемый силос 2 % кукурузных стержней, обогащенных белково-ферментным комплексом, способствует молочнокислому брожению, значительному повышению содержания молочной кислоты и получению силоса высокого качества, а введение 0,5–1 % амилоризина в смесь люцерновой травы и сырого картофеля – улучшению соотношения молочной и уксусной кислот (81,6 : 18,4 и 85,9 : 14,1 %), отсутствию масляной кислоты и получению биологически ценного комбинированного силоса. Добавление в закладываемую смесь (картофель – 50 %, измельченные початки кукурузы без обверток – 25 %, отава люцерны – 25 %) глюкаваморина в количестве 5 кг/т способствует улучшению соотношения молочной и уксусной кислот (85,2 : 14,8 %), сокращению потерь СВ в 3 раза.

В связи с включением подобных ферментов в биодобавки к силосу важно отметить, что гексозы и пентозы, получающиеся в результате их деятельности, должны соответствовать ферментативным способностям молочнокислых бактерий в силосе.

Тогда как С6 сахара используются всеми гомо- и гетероферментативными лактобациллами, пентозы могут быть использованы лишь относительно небольшим числом лактобацилл. Из травяного силоса были изолированы штаммы L. plantarum, которые могут утилизировать также и пентозы, и эти штаммы должны использоваться вместе со смесью энзимов, которые продуцируют пентозы. Продукция пентоз особенно полезна, так как оба типа утилизирующих пентозы гомо - и гетероферментативных штаммов лактобацилл выделяют уксусную и молочную кислоты без потерь СВ или энергии.

Последние из появившихся биологических добавок – те, которые содержат только ферменты. Целлюлолитические и гемицеллюлоли-тические ферменты, содержащиеся в этих продуктах, превращают запасные полисахариды травы в гексозы и пентозы, которые затем используются молочнокислыми бактериями, обычно присутствую-щими в силосе. Однако, как уже говорилось ранее, в большей части натурального силоса имеется тенденция к размножению гетероферментативных молочнокислых бактерий с последующей потерей СВ из-за образования этанола и диоксида углерода.

Следовательно, превращение ВРУ в молочную кислоту с помощью чисто ферментативных добавок менее выгодно энергетически, чем, если включаются гомоферментативные молочнокислые бактерии. Если ферменты, присутствующие в этих добавках, также производят пентозы, как и гексозы, С5 сахара не могут быть утилизированы из-за того, что пентозоусваивающие молочнокислые бактерии в естественных силосах встречаются относительно редко.

Следовательно, кажется целесообразным включать гемицеллюлолитические ферменты, так и гомоферментативные молочнокислые бактерии в биологические добавки к силосу, чтобы перекрыть все возможные сочетания условий силосования. Добавки, которые содержат гомоферментативные молочнокислые бактерии, только тогда будут хорошо работать, когда имеется достаточная концентрация ВРУ для поддержания их пищевых потребностей, и , тем самым, будет достигнуто низкое значение рН и стабильная ферментация. Однако в силосах с низкой концентрацией ВРУ эти бактерии израсходуют все питательные вещества задолго до того, как будет достигнуто стабильное значение рН, и, таким образом, они не будут способны ингибировать рост клостридиальных бактерий.

С другой стороны, добавки, содержащие только ферменты, рассчитаны на наличие естественных, преимущественно гетероферментативных молочнокислых бактерий, способных производить достаточное количество кислоты для понижения рН.

Хотя ВРУ может быть достаточно благодаря гидролитической активности ферментов, гетероферментативные молочнокислые бактерии менее энергетически эффективны, чем гомофермен-тативные, что приводит к потере питательных веществ. Если фураж при закладке на силосование также содержит мало эндогенных молочнокислых бактерий, период, необходимый для того чтобы значение рН снизилось достаточно для ингибирования других микроорганизмов, может затянуться на несколько дней – время достаточное для того, чтобы вредные микроорганизмы начали влиять на процесс ферментации.

Однако, добавляя гемицеллюлолитические ферменты одновременно с гомоферментативными молочнокислыми бактериями, можно преодолеть оба этих затруднения.