Силосование кормов как метод анаэробной биоконверсии

Силосование, или заквашивание, — способ консервирования зеленого корма, при котором растительную массу хранят во влажном состоянии в ямах, траншеях или специальных сооружениях — силосных башнях. Корм, более или менее спрессованный и изолированный от доступа воздуха, подвергается брожению, приобретает кислый вкус, становится мягче, несколько изменяет цвет (бурая окраска), но остается сочным.

Способы силосования кормов. Силосование имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами консервирования корма. Известны два способа силосования: холодный и горячий. При холодном способе силосования созревание силоса идет при умеренном повышении температуры, доходящем в некоторых слоях корма до 40 °C; оптимальной температурой считается 25—30 °С. При таком силосовании скошенную растительную массу, если нужно, измельчают, укладывают до отказа в кормовместилище, утрамбовывают, сверху как можно плотнее укрывают для изоляции от воздуха.

При горячем способе силосное сооружение заполняют по частям. Зеленую массу на один-два дня рыхло укладывают слоем около 1 — 1,5 м. При большом количестве воздуха в ней активизируются микробиологические и ферментные процессы, в результате чего температура корма поднимается до 45—50 °С. Затем укладывают второй слой такой же толщины, как и первый, и он, в свою очередь, подвергается разогреванию.

Растения, находящиеся внизу и размягченные под влиянием высокой температуры, спрессовываются под тяжестью нового слоя корма. Это вызывает удаление воздуха из нижнего слоя силоса, отчего аэробные процессы в нем прекращаются и температура начинает снижаться.

Так слой за слоем заполняют все силосохранилище. Самый верхний слой корма утрамбовывают и плотно прикрывают для защиты от воздуха. В связи с тем что силосохранилище при горячем способе силосования обычно делают небольших размеров, на верхний слой силосуемого корма помещают груз.

Разогревание растительной массы связано с потерей иногда значительной части питательных веществ корма. В частности, резко уменьшается переваримость белков. Поэтому горячее силосование не может считаться рациональным способом сохранения растительной массы. Общие потери сухих веществ корма при холодном силосовании не должны превышать 10—15%, во втором достигают 30% и более.

Холодный способ силосования наиболее распространен, что объясняется как сравнительной его простотой, так и хорошим качеством получающегося корма. Горячий способ силосования допустим лишь для квашений грубостебельных, малоценных кормов, которые после разогревания лучше поедаются скотом.

Силосование связано с накоплением в корме кислот, образующихся в результате сбраживания микробами-кислотообразователями содержащихся в растениях сахаристых веществ. Основную роль в процессе силосования играют молочнокислые бактерии, продуцирующие из углеводов (в основном из монои дисахаридов) молочную и частично уксусную кислоты. Данные кислоты приятны на вкус, хорошо усваиваются организмом животного и способствуют возбуждению аппетита. Молочнокислые бактерии снижают реакцию среды корма до pH 4,2—4,0 и ниже.

Накопление молочной и уксусной кислот в силосе обусловливает его сохранность, так как гнилостные и прочие нежелательные для силосования бактерии не способны размножаться в среде с кислой реакцией (ниже pH 4,5—4,7). Сами же молочнокислые бактерии относительно устойчивы к кислотам. Переносящие сильное подкисление плесневые грибы относятся к строгим аэробам и в хорошо укрытом заквашиваемом корме размножаться не могут.

Таким образом, герметизация и кислотность силоса — главнейшие факторы, определяющие его стойкость при хранении. Снижение по тем или иным причинам кислотности корма неминуемо ведет к его порче.

Для нормального силосования различных кормов требуется неодинаковое подкисление. Иногда при содержании молочной кислоты 0,5% корма снижается до 4,2, т. е. до показателя, свойственного хорошему силосу. В других случаях для этого требуется 2% той же кислоты. Такое колебание зависит от различного проявления буферных свойств некоторых составных частей растительного сока.

Механизм действия буферов заключается в том, что в их присутствии значительная часть ионов водорода нейтрализуется. Поэтому, несмотря на накопление кислоты, реакция среды почти не снижается до тех нор, пока не израсходован весь буфер. В силосе образуется запас гак называемых связанных буферами кислот. Роль буферов могут играть различные соли и некоторые органические вещества (например, протеины), входящие в состав растительного сока.

Болес буферный корм для получения хорошего силоса должен иметь больше сахаров, чем менее буферный. Следовательно, силосуемость растений определяется не только богатством их сахарами, но и специфическими буферными свойствами. Основываясь на буферное™ сока растений, можно теоретически вычислить нормы сахара, необходимые для успешного силосования различного растительного сырья.

Буфсрность сока растений находится в прямой зависимости от количества в них белков. Поэтому большинство бобовых растений трудно силосуется, так как в них относительно мало сахара (3— 6%) и много белка (20—40%). Прекрасная силосная культура — кукуруза. В стеблях и початках ее содержится 8—10% белка и около 12% сахара. Хорошо силосуется подсолнечник, в котором много белка (около 20%) и достаточно углеводов (более 20%). Приведенные показатели рассчитаны на сухое вещество.

Зная буфсрность корма и его химический состав, можно решить вопрос о силосуемости того или иного растения. В основном силосусмость связывают с запасом монои дисахаридов, дающих необходимое подкисление. Минимальное их содержание для доведения значения реакции среды корма до pH 4,2 может быть названо сахарным минимумом. По данным А. А. Зубрилина, если корм содержит больше сахара, чем показывает вычисленный сахарный минимум, он будет хорошо силосоваться.

Технически определить сахарный минимум несложно. Титрованием устанавливают необходимое количество кислот для подкисления пробы исследуемого корма до pH 4,2. Затем определяют количество простых сахаров в корме. Допуская, что около 60% сахаров корма превращается в молочную кислоту, нетрудно рассчитать, хватает ли имеющеюся сахара для должного подкисления корма.

Для улучшения силосуемости корма с низким содержанием углеродов его смешивают с кормами, содержащими много сахара. Можно улучшить состав силосуемого корма, добавив к нему по определенному расчету патоку-мелассу. В некоторых кормах слишком много углеводов. При силосовании в таком случае возникает избыточная кислотность (явление перекислсния силоса). Слишком кислый корм животные поедают неохотно. Для борьбы с псрскислснием силоса корма, содержащие много сахара, смешивают с кормами, в которых мало углеводов. Кислый корм может быть нейтрализован добавкой СаС0₃.

В процессе квашения некоторая часть белка превращается в аминокислоты. Подобная трансформация в основном связана с деятельностью ферментов растительных тканей, а не бактерий. Поскольку аминокислоты животные усваивают хорошо, частичный перевод протеинов в аминокислоты не должен сказываться на уменьшении кормовых достоинств силосуемой массы. Глубокого распада белка с образованием аммиака в хорошем силосе нс бывает. Во время силосования происходит частичная потеря витаминов в заквашиваемой массе, но, как правило, значительно меньшая, чем при сушке сена.

Микрофлора силоса. Среди молочнокислых бактерий силоса имеются кокки и неспорообразующие палочки: Streptococcus lactis, S. thermophilus, Lactobacillus plantarum, L. brevis, являющиеся анаэробами.

На характере продуктов, образуемых молочнокислыми бактериями, сказываются не только биохимические особенности той или иной культуры, но и вид углевода. Например, если сбраживается не гексоза, а пентоза, то один продукт брожения имеет три атома углерода, а другой только два (первое вещество — молочная кислота, второе — уксусная):

В растительном сырье имеются пентозаны, дающие при гидролизе пснтозы. Поэтому даже при нормально идущем созревании силоса в нем обычно накапливается некоторое количество уксусной кислоты, которая также образуется некоторыми другими молочнокислыми бактериями из гексоз.

Большинство молочнокислых бактерий живут при температуре 7—42 °С (оптимум около 25—30 °С). Отдельные культуры проявляют активность при низких температурах (около 5 °С). Отмечено, что при разогревании силоса до 60—65 °С в нем накапливается молочная кислота, которую продуцируют некоторые тсрмотолсрантные бактерии, например Bacillus subtilis.

В силосе могут развиваться кислотоустойчивые дрожжи, не оказывающие вредного влияния на качество корма. В правильно заложенной заквашиваемой массе дрожжи активно не размножаются. Это объясняется тем, что они не могут расти при низком уровне окислительно-восстановительного потенциала, создаваемого в силосе молочнокислыми бактериями. Критические точки гН₂ для масляно-кислых бактерий — около 3, для молочнокислых бактерий — 6—9, для дрожжей — 12—14.

Развитие маслянокислых бактерий связано со следующими их особенностями. Эти бактерии более строгие анаэробы, чем молочнокислые бактерии, но неустойчивы к высокой кислотности и прекращают расти при реакции среды, близкой к pH 4,7—5,0, как и большинство гнилостных бактерий. Накопление масляной кислоты нежелательно, так как она имеет неприятный запах и содержащий ее корм скот поедает плохо. При подобном брожении корма кроме масляной кислоты накапливаются амины, аммиак и другие вредные продукты.

В растительной массе, заложенной в силос, могут быть бактерии кишечной группы. Они вызывают гнилостный распад белка, а сахар превращают в малоценные для консервирования продукты. При нормально протекающем силосовании бактерии кишечной группы быстро отмирают, так как они некислотоустойчивы.

Фазы созревания силоса. Рассмотрим динамику созревания силоса. Процесс квашения можно условно разбить на три фазы.

Первая фаза созревания заквашиваемого корма характеризуется развитием смешанной микрофлоры. На растительной массе начинается бурное размножение разнообразных групп микроорганизмов, внесенных с кормом в силосное помещение. Обычно первая фаза брожения бывает кратковременной. Окончание первой, или предварительной, фазы брожения связано с подкислением среды, угнетающей деятельность большей части микрофлоры корма. К этому времени в силосе устанавливаются анаэробные условия, так как весь кислород уже израсходован аэробами.

Во второй фазе — фазе главного брожения —основную роль играют молочнокислые бактерии, продолжающие подкислять корм. Большинство неспорообразующих бактерий погибает, но бациллярные формы в виде спор могут длительное время сохраняться в заквашенном корме. В начале второй фазы брожения в силосе обычно преобладают кокки, которые позднее сменяются палочковидными молочнокислыми бактериями, отличающимися большой кислотоустойчивостью.

Третья фаза брожения корма — конечная — связана с постепенным отмиранием в созревающем силосе возбудителей молочнокислого процесса. К этому времени силосование подходит к естественному завершению. Быстрота подкисления корма зависит не только от количества углеводов в нем, но и от структуры растительных тканей. Чем быстрее отдают растения сок, тем скорее идет процесс квашения при одних и тех же условиях. Быстроте заквашивания способствует измельчение массы, облегчающее отделение сока.

О качестве силосованного корма можно судить по составу органических кислот, накопившихся при брожении (табл. 23).

Таблица 23.

Примерное соотношение кислот в силосе разного качества.

яшш Регулирование процесса силосования. Для регулирования процесса силосования существует несколько приемов. Среди них отметим использование заквасок молочнокислых бактерий. Указанные микроорганизмы находятся на поверхности растений, но в небольшом количестве. Поэтому требуется определенный срок, в течение которого молочнокислые бактерии усиленно размножаются, и только тогда заметно проявляется их полезная деятельность. Данный срок можно сократить, искусственно обогащая корм молочнокислыми бактериями. Особенно целесообразно внесение заквасок при работе с трудное ил осуемым материалом.

Предложена технология приготовления и использования бактериальных заквасок, улучшающих качество корма. В большинстве случаев рекомендуют использовать молочнокислую бактерию Lactobacillus plantarum. Иногда к ней добавляют другого возбудителя молочнокислого брожения. Готовят как жидкие, так и сухие закваски. Данный микроорганизм в отличие от других молочнокислых бактерий может сбраживать не только простые углеводы, но и крахмал.

Предлагают также добавлять в силосуемую массу, бедную моносахаридами, ферментные препараты (мальтаза, целлюлаза), разлагающие полисахариды и обогащающие корм сахарами, доступными молочнокислым бактериям.

При силосовании кормов с большим запасом углеводов, например кукурузы, образуется слишком кислый корм, что нежелательно. Поэтому в таких случаях готовят закваску из пропионовокислых бактерий. При ее использовании часть молочной кислоты превращается в пропионовую и уксусную кислоты, которые слабо диссоциируют. В результате корм становится менее кислым. Пропионовокислые бактерии полезны еще и тем, что вырабатывают значительное количество витамина В,₂.

Для улучшения силосуемости труднозаквашиваемых кормов используют препарат мил азы. Указанный фермент участвует в превращении крахмала в мальтозу, что увеличивает резерв сахаров, доступных молочнокислым бактериям, и усиливает подкисление корма.

Рекомендованы также буферные кислотные смеси, в состав которых входят разные минеральные кислоты. С успехом используют органические кислоты, например муравьиную.

Кислотные препараты пригодны для труднозаквашиваемых кормов. Их введение в силосуемый корм подавляет развитие сапротрофной микрофлоры первой фазы брожения, а снижение реакции среды до pH 4 не препятствует развитию молочнокислых бактерий, которые поддерживают кислотность корма на низком уровне.

Для консервирования плохо заквашиваемых кормов пригодны также препараты, содержащие формиат кальция, метабисульфит, пиросульфит натрия, сульфаминовую, бензойную, муравьиную кислоты и другие вещества, подавляющие побочные микробиологические процессы в силосуемом корме и сохраняющие его.

Другие способы микробиологического консервирования кормов. Изложенные выше сведения относятся к консервированию кормов, имеющих нормальную влажность (около 75%). При влажности консервируемой массы 50—65% происходит хорошая ферментация даже при дефиците углеводов и получается корм высокого качества — сенаж. При этом реакция среды корма может быть довольно высокой — около 5, так как гнилостные бактерии обладают меньшим осмотическим давлением, чем молочнокислые.

При подсушивании корма в нем приостанавливаются гнилостные процессы, но продолжают действовать возбудители молочнокислого брожения. На этом основано приготовление сенажа, во время которого несколько подсушенную массу закладывают для консервирования, как при холодном силосовании.

В клевере, влажность которого составляет 50% и ниже, также развиваются микробиологические процессы. Они протекают тем слабее, чем суше корм. Доминирующей микрофлорой в консервируемом корме очень быстро становятся молочнокислые бактерии. Данная группа довольно специфичных микроорганизмов близка к Lactobacillus plantarum, но отличается способностью расти в условиях значительно более сухой среды и сбраживать крахмал. Развитие указанных микроорганизмов в корме приводит к накоплению в нем некоторого количества молочной и уксусной кислот. По типу сенажирования хорошо сохраняются и предназначенные на корм измельченные початки кукурузы с влажностью 26—50% (оптимум 30−40%).

В последнее время рекомендовано обрабатывать недосушенное сено (влажностью около 35%) жидким аммиаком, который действует как консервант. При введении аммиака в корме создается щелочная реакция, блокирующая микробиологические и ферментные процессы. После обработки аммиаком корм укрывают изоляционным материалом.

Некоторые технологические приемы консервирования кормов основаны на принципах, исключающих развитие в корме микробиологических и ферментативных процессов. Например, производство травяной муки, гранулирование, брикетирование и изготовление смесей идут с применением высоких температур, а иногда и высокого давления.

Контрольные вопросы и задания

• 1. Какие процессы используют при подготовке кормов к хранению? 2. Жизнедеятельность каких бактерий обусловливает силосование зеленою корма?
• 3. Чем различается деятельность гомоферментативных и гстсрофсрмснтативных форм бактерий? 4. Какие условия определяют характер продуктов, образуемых молочнокислыми бактериями?