ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ
ПРИ СУШКЕ СЕНА И ДРУГИХ КОРМОВ
Наиболее распространенный способ консервирования зеленой массы и других кормов — сушка. Сушку сена проводят по-разному — в прокосах, валках, в копнах, на вешалах и т. д. Даже при сухой погоде и быстро протекающей сушке некоторые потери питательных веществ в корме неизбежны, так как в растительной массе продолжают идти дыхание и другие ферментативные процессы. В случае более или менее затяжной сушки роль отмеченных процессов сильно возрастает, и это, в свою очередь, ведет к увеличению потерь, которые во многом связаны с размножающимися на влажной растительной массе микроорганизмами. Для ограничения потерь питательных веществ стремятся использовать искусственную досушку сена, применяя принудительное вентилирование атмосферным или подогретым воздухом.
При сушке кормов количество жизнедеятельных микроорганизмов в них постепенно уменьшается. Тем не менее на доброкачественном корме растительного происхождения всегда можно найти большее или меньшее количество микробных клеток, свойственных эпифитной микрофлоре, а также других микроорганизмов, попадающих сюда из почвы и воздуха. Они находятся в анабиотическом состоянии.
При увлажнении хранящегося корма в нем бурно начинают протекать микробиологические процессы и одновременно повышается температура. Это явление, получившее название саморазогревания (термогенез), связано с жизнедеятельностью микрофлоры.
Микроорганизмы используют для синтетических целей не более 5—10% энергии потребленных ими питательных веществ. Остальная энергия выделяется в окружающую среду главным образом в виде тепла. Таким образом, термогенез зависит в основном от неполной утилизации микроорганизмами энергии, выделяющейся при осуществлении ими биохимических процессов.
Явление термогенеза становится осязаемым лишь в условиях затрудненной теплоотдачи. В противном случае тепло рассеивается из среды, где размножаются микроорганизмы, без заметного разогревания субстрата. Поэтому в практике отмечается разогревание лишь значительных скоплений различных материалов, то есть таких масс, в которых может происходить аккумуляция тепла.
При самонагревании растительной массы наблюдается четко пыраженная смена микрофлоры. Сначала в разогревающейся массе размножаются мезофильные микроорганизмы. С повышением температуры на смену им приходят термофилы, которые способствуют повышению температуры органических веществ, так как обладают исключительной скоростью размножения.
Сильное разогревание достаточно сухой и пористой массы может вызвать ее обугливание и образование горючих газов — метана и водорода, которые адсорбируются на пористой поверхности обуглившихся растительных частиц, вследствие чего может произойти самовоспламенение. Весьма вероятно, что роль катализатора при воспламенении играют соединения железа. Воспламенение происходит лишь в присутствии воздуха и только если масса недостаточно уплотнена. В ветреную погоду случаи самовоспламенения учащаются.
Термогенез причиняет существенный вред. Он вызывает порчу сена. Однако при умеренном развитии самонагревания термогенез может быть желательным. Например, «самопрелая» солома в результате разогревания лучше поедается скотом и т. д. Явление термогенеза используют для приготовления так называемого бурого сена. Его готовят в местностях, где вследствие климатических условий затруднена сушка сена. При этом для просушивания корма используют не солнечную энергию, а тепло, выделяющееся в результате жизнедеятельности микроорганизмов, обитающих в растительной массе.
В высушенных кормах микроорганизмы находятся в анабиотическом состоянии. При увлажнении корма они начинают размножаться и вызывают его порчу.
КОНСЕРВИРОВАНИЕ КОРМОВ
Силосование (заквашивание) — способ консервирования зеленого корма, при котором растительная масса сохраняется во влажном состоянии в ямах, траншеях или специальных сооружениях — силосных башнях. Корм, более или менее спрессованный и изолированный от доступа воздуха, подвергается брожению. Он приобретает кислый вкус, становится мягче, несколько изменяет цвет (приобретает бурую окраску), но остается сочным.
Силосование имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами консервирования корма. Известны два способа силосования: холодный и горячий.
Холодный способ силосования назван" так потому, что во время созревания силоса в нем происходит умеренное повышение температуры, доходящее в некоторых слоях корма до 40°С, оптимальной температурой считается 25—30°С.
При таком силЪсовании скошенную растительную массу, если нужно, измельчают, укладывают до отказа в кормовместилище, утрамбовывают, а сверху как можно плотнее укрывают для изоляции от воздействия воздуха.
При горячем способе силосное сооружение наполняют по частям. Зеленую массу на 1—2 дня рыхло укладывают слоем около 1 —1,5 м. При большом количестве воздуха в ней развиваются энергичные микробиологические и ферментативные 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 же, 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 определенный груз.
Разогревание растительной массы связано с потерей (иногда значительной) части питательных веществ корма. В частности, резко уменьшается переваримость его белков. Поэтому горячее силоеование не может считаться рациональным способом сохранения растительной массы.
Холодный способ силосования наиболее распространен. Это объясняется как сравнительной его простотой, так и хорошим качеством получающегося корма. Горячий способ силосования признан допустимым лишь для квашений грубостебельных, малоценных кормов, так как разогревание улучшает их поедаемость.
Силосование связано с накоплением в корме кислот, образующихся в результате сбраживания микробами-кислотообразовате-лями содержащихся в растениях сахаристых веществ. Основную роль в процессе силосования играют молочнокислые бактерии, продуцирующие из углеводов (в основном из моно- и дисахаридов) молочную и частично уксусную кислоты. Эти кислоты имеют приятные вкусовые свойства, хорошо усваиваются организмом животного и возбуждают у него аппетит. Молочнокислые бактерии снижают рН корма до 4,2—4 и ниже.
Накопление молочной и уксусной кислот в силосе обусловливает его сохранность потому, что гнилостные и прочие нежелательные для силосования бактерии не могут размножаться в среде с кислой реакцией (ниже 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. Если по тем или иным причинам кислотность корма уменьшается, то это неминуемо ведет к его порче, так как создаются условия, благоприятные для вредных микробов.
Для нормального силосования различных кормов требуется неодинаковое подкисление. Иногда 0,5% молочной кислоты снижает значение рН корма до 4,2, то есть до показателя, свойственного хорошему силосу. В других случаях для ^этого требуется 2% той же кислоты. Такое колебание зависит от различного проявления буферных свойств у 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, рН среды почти не снижается до тех пор, пока не израсходован весь буфер. В силосе образуется запас так называемых связанных буферами кислот. Роль буферов могут играть различные соли и некоторые органические вещества (например, протеины), входящие в состав растительного сока. Более 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 буферности сока растений, можно теоретически вычислить нормы сахара, необходимые для успешного силосования различного растительного сырья.
Буферность 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 хотя и много белка (около 20%). но содержится достаточно углеводов (более 20%). Приведенные показатели рассчитаны на сухое вещество.
Зная буферность корма и его химический состав, можно решить вопрос о силосуемости того или иного растения. В основном сило-суемость связывают с запасом моно- и дисахаридов, дающих необходимое подкисление определенного корма. Минимальное их содержание для доведения значения рН корма до 4,2 может быть названо сахарным минимумом. По данным А. А. Зубрилина, если корм содержит больше сахара, чем показывает вычисленный сахарный минимум, то он будет хорошо силосоваться.
Технически определить сахарный минимум несложно. Титрованием устанавливают необходимое количество кислот для под-кисления пробы исследуемого корма до рН 4,2. Затем определяют количество простых Сахаров в корме. Допуская, что около 60% Сахаров корма превращается в молочную кислоту, нетрудно рассчитать, хватает ли имеющегося сахара для должного подкисления корма.
Для улучшения силосуемости кормов, в которых мало углеводов, их смешивают с кормами, содержащими много сахара. Можно также улучшить состав силосуемого корма, добавив к нему по определенному расчету патоку-мелассу.
В некоторых кормах бывает слишком много углеводов. При силосовании таких кормов возникает избыточная кислотность (явление перекисления силоса). Слишком кислый корм животные неохотно поедают. Для борьбы с перекислением силоса корма, содержащие много сахара, смешивают с кормами, в которых мало углеводов. Кислый корм может быть нейтрализован добавкой СаСО3.
В процессе квашения некоторая часть белка превращается в аминокислоты. На основании экспериментальных данных в настоящее время считают, что подобная трансформация в основном связана с деятельностью ферментов растительных тканей, а не бактерий.
Поскольку аминокислоты хорошо усваиваются организмом животных, частичный перевод протеинов в аминокислоты не должен сказываться на уменьшении кормовых достоинств силосуемой массы. Глубокого распада белка с образованием аммиака в хорошем силосе не бывает.
Во время силосования происходит частичная потеря витаминов в заквашиваемой массе, но, как правило, значительно меньшая, чем при сушке сена.
Общие потери сухих веществ корма при холодном силосовании значительно меньше, чем при горячем. В первом случае они не должны превышать 10—15%, во втором достигают 30% и более.
Среди молочнокислых бактерий имеются кокки и неспорообра-зующие палочки. Некоторые из этих бактерий из сахара образуют в основном молочную кислоту и лишь следы других органических кислот (гомоферментативные формы). Другие же, помимо молочной кислоты, накапливают заметные количества уксусной кислоты (гетероферментативные формы).
Из типичных представителей первой группы бактерий можно назвать Streptococcus lactis, Str. thermophilus, Streptobacterium plantarum, а из представителей второй — Lactobacillus brevis и Betabacterium breve. Эти микробы факультативные анаэробы.
На характере продуктов, образуемых молочнокислыми бактериями, сказываются не только биохимические особенности той или иной культуры, но и состав питательной среды. 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 таком случае процесс брожения может быть выражен примерно следующим уравнением:
В растительном сырье имеются пентозаны, дающие при гидролизе пентозы. Поэтому даже при нормально идущем созревании силоса в нем обычно накапливается некоторое количество уксусной кислоты, которая также образуется гетероферментативными молочнокислыми бактериями из гексоз.
Большинство молочнокислых бактерий живет 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 термотолерантные бактерии, например Вас. subtilis.
В силосе могут размножаться кислотоустойчивые дрожжи, не оказывающие вредного влияния на качество корма. В правильно заложенной заквашиваемой массе дрожжи сильно 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 маслянокислых бактерий — около 3, для молочнокислых бактерий — 6—9, для дрожжей — 12—14.
Развитие маслянокислых бактерий связано со следующими их особенностями. Они более строгие анаэробы, чем дрожжи, но неустойчивы к высокой кислотности и прекращают расти при рН, близком к 4,7—5, как и большинство гнилостных бактерий. Накопление масляной кислоты нежелательно, так как она имеет неприятный запах, и корм, содержащий ее, плохо поедается скотом. При порочном брожении корма, кроме масляной кислоты, в нем накапливаются такие вредные продукты, как амины, аммиак и т. д.
В растительной массе, заложенной в силос, могут быть бактерии кишечной группы. Они вызывают гнилостный распад белка, а сахар превращается в малоценные для консервирования продукты.
При нормально протекающем процессе силосования бактерии кишечной группы быстро отмирают, так как они не кислотоустойчивы.
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 развитие 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, что угнетает деятельность большей части микрофлоры корма. К этому времени в силосе устанавливаются анаэробные условия, так как потребляется кислород.
Во вторую фазу — фазу главного брожения — основную роль играют молочнокислые бактерии, продолжающие подкислять корм. Большинство неспороносных 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 свидетельствует состав органических кислот, накопившихся в нем при брожении (табл. 36).
Для регулирования процесса силосования рекомендуется несколько приемов. Среди них отметим использование заквасок молочнокислых бактерий. Эти 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. Этот срок можно сократить искусственно, обогащая корм молочнокислыми бактериями. Особенно целесообразно внесение заквасок при работе с трудносилосуемым материалом.
Предложена технология приготовления и использования бактериальных заквасок, улучшающих качество корма. В большинстве случаев рекомендуют использовать молочнокислую бактерию Lactobacillus plantarum. Иногда к этому микроорганизму добавляют другой возбудитель молочнокислого брожения. Готовят как жидкие, так и сухие закваски.
Для кормов, имеющих малый запас моносахаридов, готовят препарат с Streptococcus lactis diastaticus. Этот микроорганизм, в отличие от других молочнокислых бактерий, может сбраживать не только простые углеводы, но и крахмал.
Имеются предложения о добавке в силосуемую массу, бедную моносахаридами, ферментных препаратов (мальтазы, целлюлазы), разлагающих полисахариды и обогащающих корм сахарами, доступными молочнокислым бактериям.
При силосовании кормов с большим запасом углеводов (например, кукуруза), дающих слишком кислый корм, что нежелательно, готовят закваску из пропионовокислых бактерий. При ее использовании часть молочной кислоты превращается в пропионовую и уксусную, которые слабо диссоциируют, и корм становится менее кислым. К тому же пропионовокислые бактерии вырабатывают значительное количество витамина Bi2.
Для улучшения силосуемости труднозаквашиваемых кормов предложено использовать препарат амилазы. Этот фермент превращает крахмал корма 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. В СССР предложены препараты ААЗ, ВИК и др. За рубежом применяют A1V, Penrhesta и др. С успехом используют органические кислоты (например, муравьиную).
Кислотные препараты применяют для трудно заквашиваемых кормов. Их введение в силосуемый корм подавляет развитие сапрофитной микрофлоры первой фазы брожения. Создаваемый в растительной массе кислотными смесями рН (около 4) не препятствует развитию молочнокислых бактерий, которые поддерживают рН корма на низком уровне.
Для консервирования плохо заквашиваемых кормов рекомендуют также препараты, содержащие формиат кальция, метабисуль-фит, пиросульфит натрия, сульфаминовую, бензойную, муравьиную кислоты и другие вещества, подавляющие микробиологические процессы в силосуемом корме и сохраняющие его.
Изложенные сведения относятся к консервированию кормов, имеющих нормальную влажность (около 75%). Если влажность консервируемой массы значительно ниже (50—65%), то происходит хорошая ферментация даже при дефиците углеводов и получается корм высокого качества — сенаж. При этом рН корма может быть довольно высоким — 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, когда несколько подсушенную массу закладывают для консервирования, как при холодном силосовании.
Исследованиями авторов было показано, что в клевере, влажность которого составляла 50% и ниже, развиваются микробиологические процессы. Они протекают тем слабее, чем суше корм. Доминирующей микрофлорой в консервируемом корме очень быстро становятся молочнокислые бактерии. Эта группа довольно специфичных микроорганизмов близка к Lactobacillus plantarum, но отличается способностью расти в условиях значительно более сухой среды и сбраживать крахмал. Их развитие в корме приводит к накоплению в нем некоторого количества молочной и уксусной кислот.
По типу сенажирования хорошо сохраняются предназначенные на корм измельченные початки кукурузы с влажностью 26—50% (оптимум 30—40%).
В последнее время Куйбышевским сельскохозяйственным институтом рекомендовано обрабатывать недосушенное сено (влажностью около 35%) жидким аммиаком, который действует как консервант.
При введении аммиака в корме создается щелочная реакция, блокирующая микробиологические и ферментативные процессы. Обработанный аммиаком корм должен быть покрыт каким-либо изоляционным материалом.
Некоторые технологические приемы консервирования кормов основаны на принципах, исключающих развитие в корме микробиологических и ферментативных процессов. Это производство травяной муки, гранулирование, брикетирование и изготовление смесей с применением высоких температур, а иногда и высокого давления.
Глава 24
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОДУКТОВ МИКРОБНОГО СИНТЕЗА ДЛЯ КОРМЛЕНИЯ ЖИВОТНЫХ
СИНТЕЗ КОРМОВОГО БЕЛКА И АМИНОКИСЛОТ
Корма, содержащие недостаточно протеина, незаменимых аминокислот и витаминов, неэффективны и невыгодны. Расход их для получения той или иной животноводческой продукции повышается в несколько раз. В условиях интенсивного ведения хозяйства важно не только обеспечить достаточное валовое производство кормов, но и получать корма с высоким содержанием в них белка и сбалансированными по аминокислотному составу.
Белковый и аминокислотный обмен различен у жвачных и нежвачных животных. У последних желудок однокамерный, и микрофлора их желудочно-кишечного тракта проявляет свою активность в кишечнике. Существенных синтетических процессов микробиологического характера в желудке нежвачных животных не протекает. Под влиянием желудочного сока здесь из белков корма образуются аминокислоты и осуществляется реакция пере-аминирования. Однако такие незаменимые аминокислоты, как лизин, треонин, аргинин, в результате переаминирования не синтезируются вовсе или синтезируются в таком малом количестве, что это не имеет практического значения. Поэтому для нежвачных животных данные аминокислоты в необходимых количествах должны присутствовать в пищевом рационе.
Жвачные животные менее требовательны к полноценности белков корма, так как обитающая в их преджелудках богатая микрофлора синтезирует даже из простых, содержащих азот веществ все аминокислоты, в том числе и незаменимые. Первоначально микроорганизмы синтезируют белок в своих клетках, после отмирания которых аминокислоты освобождаются и становятся достоянием животного-хозяина.
Эта особенность жвачных животных позволяет для частичного восполнения дефицита белков использовать в их рационе содержащие азот простые химические вещества (мочевину и соли аммония). В рубце жвачных животных "микроорганизмы синтезируют в больших количествах глютамин, глютаминовую кислоту, глицин и валин. Они транспортируются в печень, где синтезируются другие аминокислоты.
В существующих кормовых рационах далеко не всегда имеется достаточно белка, необходимых аминокислот и витаминов. Поэтому ставится вопрос о дальнейшем введении их в корм в виде тех или иных препаратов, в частности, полученных с помощью микроорганизмов. Так, большое внимание ученых привлекает вопрос получения кормового белка путем микробного синтеза. Вследствие быстрого размножения продуктивность микроорганизмов по сравнению с высшими организмами несопоставимо велика. Например, сравнительно небольшой дрожжевой завод в сутки выпускает около 30 т массы, содержащей 15 т белка, то есть 5,5 тыс. т в год. Чтобы получить такую продукцию от крупного рогатого скота, надо иметь стадо в несколько десятков тысяч голов.
<предыдущая страница | следующая страница>