Лекция 9
Микробиологические основы консервирования кормов
Содержание лекции:
Микробиологические основы сушки сена
Микробиологические основы силосования кормов
Микробиологические основы сенажирования кормов
Микробиологические основы дрожжевания кормов
На поверхностных частях растений постоянно присутствует разнообразная микрофлора, называемая эпифитной. На стеблях, листьях, цветах, плодах наиболее часто встречаются следующие неспоровые виды микроорганизмов: Bact, herbicola составляет 40% всей эпифитной микрофлоры, Ps. fluorescens - 40%, молочнокислые бактерии - 10 %, им подобные - 2 %, дрожжи, плесневые грибы, целлюлозные, маслянокислые, термофильные бактерии - 8 %.
После скашивания и потери сопротивляемости растений, а также в силу механического повреждения их тканей эпифитная и прежде всего гнилостная микрофлора, интенсивно размножаясь, проникает в толщу растительных тканей и вызывает их разложение. Именно поэтому продукцию растениеводства (зерно, грубые и сочные корма) от разрушительного действия эпифитной микрофлоры предохраняют различными методами консервирования.
Известно, что в растениях имеется связанная вода, входящая в состав их химических веществ и свободная — капельно-жидкая. Микроорганизмы могут размножаться в растительной массе только при наличии в ней свободной воды. Одним из наиболее распространенных и доступных методов удаления из продуктов растениеводства свободной воды и, следовательно, их консервирования является высушивание и силосование.
Сушка зерна и сена предусматривает удаление из них свободной воды. Поэтому микроорганизмы на них размножаться не могут до тех пор, пока эти продукты будут сухими.
В свежескошенной неперестоявшей траве воды содержится 70 - 80 %, в высушенном сене только 12—16 %, оставшаяся влага находится в связанном состоянии с органическими веществами и микроорганизмами не используется. Во время сушки сена теряется около 10 % органических веществ, главным образом при разложении белков и сахаров. Особенно большие потери питательных веществ, витаминов и минеральных соединений происходят в высушенном сене, находящемся в прокосах (валках), когда часто идут дожди. Дождевая дистиллированная вода вымывает их до 50 %. Значительные потери сухого вещества происходят в зерне при его самосогревании. Этот процесс обусловлен термогенезом, то есть созданием тепла микроорганизмами. Возникает он потому, что термофильные бактерии используют для своей жизни только 5 - 10 % энергии потребляемых ими питательных веществ, а остальная выделяется в окружающую их среду - зерно, сено.
2. При выращивании кормовых культур (кукурузы, сорго и др.) с одного гектара удается получить в зеленой массе значительно больше кормовых единиц, чем в зерне. По крахмальному эквиваленту питательность зеленой массы при сушке может снизиться до 50 %, а при силосовании только до 20 %. При силосовании не теряются мелкие листья растений, обладающие высокой питательностью, а при высушивании они опадают. Закладку силоса можно производить и при переменной погоде. Хороший силос является сочным, витаминным, молокогонным кормом.
Сущность силосования состоит в том, что в заложенной в емкости измельченной зеленой массе интенсивно размножаются молочнокислые микробы, разлагающие сахара с образованием молочной кислоты, накапливающейся до 1,5—2,5 % к массе силоса. Одновременно размножаются уксуснокислые бактерии, превращающие спирт и другие углеводы в уксусную кислоту; ее накапливается 0,4—0,6 % к массе силоса. Молочная и уксусная кислоты являются сильным ядом для гнилостных микробов, поэтому размножение их прекращается.
Силос сохраняется в хорошем состоянии до трех лет, пока в нем содержится не менее 2 % молочной и уксусной кислот, а рН составляет 4—4,2. Если размножение молочнокислых и уксусных бактерий ослабевает, то концентрация кислот снижается. В это время одновременно начинают размножаться дрожжи, плесени, маслянокислые и гнилостные бактерии и силос портится. Таким образом, получение хорошего силоса зависит прежде всего от наличия в зеленой массе сахароз и интенсивности развития молочнокислых бактерий. Для получения качественного силоса не меньшее значение имеет создание анаэробных условий – плотная трамбовка и хорошая герметизация. В силосе, полученном в негерметичных условиях (аэробных), количество молочнокислых бактерий после начального увеличения быстро падает, в герметичных (анаэробных) – оно остается высоким. На седьмые сутки брожения при анаэробных условиях наблюдается высокий процент гомоферментативных бактерий, в аэробных – педиококков. Хотя позднее в этом силосе и появляется достаточное количество молочнокислых палочек, но они уже не могут предотвратить размножение нежелательных микроорганизмов.
Таким образом, молочнокислые бактерии отличаются следующими особенностями, важными для силосования:
Нуждаются для обмена веществ, главным образом, в углеводах (сахар, реже крахмал);
Белок не разлагают (некоторые виды в ничтожном количестве);
Они факультативные анаэробы, т.е. развиваются без кислорода и при наличии кислорода;
Температурный оптимум чаще всего составляет 300С (мезофильные молочнокислые бактерии), но у некоторых форм он достигает 600С (термофильные молочнокислые бактерии);
Выдерживают кислотность до рН 3,0;
Могут размножаться в силосе с очень высоким содержанием сухого вещества;
Легко переносят высокие концентрации NаClи обладают устойчивостью к некоторым другим химическим препаратам;
Помимо молочной кислоты, которая играет решающую роль в подавлении нежелательных типов брожения, молочнокислые бактерии выделяют биологически активные вещества (витамины группы В и др.). Они обладают профилактическими (или лечебными) свойствами, стимулируют рост и развитие с.-х. животных.При благоприятных условиях (достаточное содержание в исходном растительном материале водорастворимых углеводов, анаробиоз) молочнокислое брожение заканчивается всего за несколько дней и рН достигает оптимального значения – 4,0-4,2.
В процессе созревания силоса различают три микробиологические фазы, характеризующиеся специфическим видовым составом микрофлоры.
Первая фаза характеризуется размножением смешанной микрофлоры с некоторым преобладанием гнилостных аэробных неспоровых бактерий — кишечной палочки, псевдомонас, молочнокислых микробов, дрожжей. Спороносные гнилостные и маслянокислые бактерии размножаются медленно и не преобладают над молочнокислыми. Основной средой для развития смешанной микрофлоры в этой стадии является растительный сок, выделяющийся из тканей растений и заполняющий пространство между измельченной растительной массой. Это способствует созданию анаэробных условий в силосе, что угнетает развитие гнилостных бактерий и благоприятствует размножению молочнокислых микробов. Первая фаза при плотной укладке силоса, то есть в анаэробных условиях, продолжается всего 1—3 дня, при рыхлой укладке в аэробных условиях она более продолжительна и длится 1—2 недели. За это время силос разогревается благодаря интенсивным аэробным микробиологическим процессам. Вторая фаза созревания силоса характеризуется бурным размножением молочнокислых микробов, причем вначале развиваются преимущественно кокковые формы, которые затем сменяются молочнокислыми бактериями.
Благодаря накоплению молочной кислоты прекращается развитие всех гнилостных и маслянокислых микроорганизмов, при этом вегетативные их формы погибают, остаются лишь спороносные (в форме спор). При полном соблюдении технологии закладки силоса в этой фазе размножаются гомоферментативные молочнокислые бактерии, образующие з Сахаров только молочную кислоту. При нарушении технологии закладки силоса, когда в нем. содержится воздух, развивается микрофлора гетероферментативного брожения, в результате чего образуются нежелательные летучие кислоты — масляная, уксусная и др. Длительность второй фазы — от двух недель до трех месяцев.
Третья фаза характеризуется постепенным отмиранием в силосе молочнокислых микробов из-за высокой концентрации молочной кислоты (2,5 %). В это время созревание силоса завершается, условным показателем пригодности его к скармливанию считается кислотность силосной массы, снижающаяся до рН 4,2 - 4,5 (рис. 37). В аэробных условиях начинают размножаться плесени и дрожжи, которые расщепляют молочную кислоту, этим пользуются маслянокислые и гнилостные бактерии, прорастающие из спор, в результате силос плесневеет и загнивает.
Пороки силоса микробного происхождения. При несоблюдении надлежащих условий закладки и хранения силоса в нем возникают определенные пороки.
Гниение силоса, сопровождающееся значительным самосогреванием, отмечают при рыхлой его укладке и недостаточном уплотнении. Бурному развитию гнилостных и термофильных микробов способствует находящийся в силосе воздух. В результате разложения белка силос приобретает гнилостный, аммиачный запах и становится непригодным приобретает гнилостный, аммиачный запах.Гниение силоса происходит в первой микробиологической фазе, когда задерживается развитие молочнокислых микробов и накопление молочной кислоты, подавляющей гнилостных бактерий. Чтобы прекратить развитие последних, необходимо рН в силосе снизить до 4,2—4,5. Гниение силоса вызывают Er. herbicola, E. coli, Ps. aerogenes. P. vulgaris, B. subtilis, Ps. Fluorescens. Прогоркание силоса обусловлено накоплением в нем масляной кислоты, обладающей резким горьким вкусом и неприятным запахом. В хорошем силосе масляная кислота отсутствует, в силосе среднего качества ее обнаруживают до 0,2%, а в непригодном к скармливанию — до I %.
Возбудители маслянокислого брожения способны превращать молочную в масляную кислоту, а также вызывать гнилостный распад белков, что усугубляет их отрицательное действие на качество силоса. Мас-лянокислое брожение проявляется при медленном развитии молочнокислых бактерий и недостаточном накоплении молочной кислоты, при рН выше 4,7. При быстром же накоплении молочной кислоты в силосе до 2 % и рН 4—4,2 маслянокислого брожения не происходит.
Основные возбудители маслянокислого брожения в силосе: Cl. pasteurianum, Cl. felsineum. Перекисание силоса наблюдается при энергичном размножении в нем уксуснокислых, а также гнилостных бактерий, способных продуцировать уксусную кислоту. Уксуснокислые бактерии особенно интенсивно размножаются при наличии в силосе этилового спирта, накапливаемого дрожжами спиртового брожения. Дрожжи и уксуснокислые бактерии — аэробы, поэтому значительное содержание уксусной кислоты в силосе и, следовательно, его перекисание отмечают при наличии в силосе воздуха.
Плесневение силоса происходит при наличии в силосе воздуха, что благоприятствует интенсивному развитию плесеней и дрожжей. Эти микроорганизмы всегда обнаруживают на растениях, поэтому при благоприятных условиях начинается их быстрое размножение.
3.Принято считать, что основное сообщество микроорганизмов, которое выявляется в процессе созревания сенажа представлено так же как и в силосе тремя основными физиологическими группами (молочнокислыми, гнилостными бактериями и дрожжами), но в меньшем количестве. Максимальное количество микроорганизмов в подвяленном материале выявляется до 15 суток (в силосе до 7). В сенаже меньше органических кислот, больше сахара, а его кислотность, как правило, ниже кислотности силоса. Биологической основой приготовления сенажа является ограничение остаточного дыхания растительных клеток и нежелательных микроорганизмов путем «физиологической сухости». Водоудерживающая сила в сенаже равна примерно 50 атм., а осмотическое давление у большинства бактерий составляет 50-52 атм., т.е. при влажности травы 40-55% вода находится в малодоступной для большинства бактерий форме. Благодаря повышенному осмотическому давлению в сенажной массе маслянокислые бактерии и их споры не могут использовать влагу корма для своего развития и прорастания. Плесени могут развиваться с указанной влажностью, но их существование затруднено из-за отсутствия воздуха (кислорода).Осмотолерантные виды молочнокислых бактерий могут развиваться при такой влажности. У культур молочнокислых бактерий сенажа осмотическая активность, активность размножения, накопление молочной кислоты, а также способность сбраживать сложные углеводы (крахмал и др.) выше, чем у культур молочнокислых бактерий силоса. Поэтому, как и при силосовании должны создаваться оптимальные условия для развития молочнокислых бактерий (непрерывное уплотнение во время закладки и герметичное укрытие полиэтиленовой пленкой для ограничения доступа воздуха.
4. Дрожжи содержат много легкопереваримого белка, богаты эргостерином, легко переходящим в витамин А витаминами А, В, Е; энергично размножаются, неприхотливы к среде обитания, их можно легко выращивать на отходах сельского хозяйства и промышленности. Кормовые дрожжи в настоящее время готовят в больших количествах, размножая их на производственных отходах, в том числе растительных гидролизатах (солома, древесные отходы и т. д.). Сейчас найдены дрожжи (Candida), хорошо размножающиеся на углеводородах. Это дает возможность готовить дешевые кормовые дрожжи на отходах нефтяной промышленности. Помимо добавления в кормовой рацион сухих дрожжей, применяют дрожжевание корма. Для этого в измельченную и увлажненную растительную массу вносят культуру дрожжей. Периодически перемешивают. Дрожжи обильно размножаются в корме, что обычно совпадает с его подкислением. Однако накопление кислот объясняется развитием молочнокислых бактерий, всегда обитающих на растительной массе. Для активного размножения дрожжей в кормах необходим ряд условий: хорошо подготовленная питательная среда (измельченность, влажность, температура 25—27С, достаточная аэрация, рН среды 3,8—4,2). Дрожжевать можно лишь корма, богатые моно- и дисахаридами. В противном случае дрожжи и молочнокислые бактерии развиваться не будут. Помимо концентратов, дрожжеванию подвергают сочные корма, к которым примешивают грубые корма. При дрожжевании концентрированных кормов теряется 5—6% сухих веществ. Эти потери падают главным образом на углеводы, сбраживаемые дрожжами. При дрожжевании кормов представляет интерес возможность обогащения корма белком за счет вносимого минерального азота. Дрожжи, потребляя соли аммония, обогащают субстрат белком на 13—17% (в расчете на сухое вещество). Дрожжевание делает корм приятно-кислым, обогащает его витаминами, возбуждает у животных аппетит, устраняет многие заболевания (паратифозные инфекции, рахит молодняка, поражения кожи и другие болезни), благоприятно влияет на продукцию молока у коров, яйценоскость птицы, увеличение привеса у животных.
Рекомендуемая литература:
основная литература:
1.1. Емцев, В.Т. Микробиология/ В.Т Емцев, Е.Н. Мишустин - М.:
Дрофа,2006.-444с.
1.2.Конспекты лекций
2.дополнительная литература
2.1.Теппер, Е.З. Практикум по микробиологии / Е.З.Теппер, В.К. Шильникова, Г.И. Переверзева.- М.:, Дрофа, 2005.-256с.
2.2. Гусев, М.В. Микробиология / М. В. Гусев, Л.А. Минеева.- М.:
Академия, 2006-446с.
3 Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:
3.1 www.microbiolody.ucor.org
3.2 www.micro-biolog.ru
3.3.www/bio-x.ru/books/practicu-po-microbiologii-tepper
3.4.www.inbi.ras.ru/pbm.html
3.5 Электронное пособие «Микробиология»» [ Электронный
ресурс] Режимдоступа: \\bserver.ssaa.local\e-books\!content.
3.6 Тесты по разделам дисциплины «Микробиология» [ Электронный
ресурс ] - Режимдоступа: \\bserver.ssaa.local\e-books\!content.\
Вопросы для самоконтроля:
1. Какой микробиологический процесс лежит в основе силосования?
2. Какие микробиологические процессы вызывают порчу силоса?
3. Накопление какой кислоты в силосе может привести к отравлению животных?
4. Что такое термогенез и условия его возникновения?
5. За счет каких факторов подавляется жизнедеятельность микроорганизмов при заготовке сенажа?
6. Какие микроорганизмы используются для дрожжевания кормов?
7. В чем заключается повышения белковости кормов при дрожжевании?
8. Какими показателями характеризуется качественный силос?
9. Причины порчи сенажа?
10. Причины потери питательности сена?