CC BY
108
D0l:10.24411/0235-2451-2018-10211
УДК 636.085.7
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И ПРИНЦИПЫ КОНСЕРВИРОВАНИЯ ЛЮЦЕРНЫ
Ю.А. ПОБЕДНОВ1, доктор сельскохозяйственных наук, зав. отделом (e-mail: yurypobednow@yandex. ru)
В.П. КЛИМЕНКО1, доктор сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник
А.А. МАМАЕВ1, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник
К.Е. ЮРТАЕВА2, аспирант
М.С. ИВАНОВА1, аспирант
Федеральный научный центр кормопроизводства и агроэкологии им. В.Р. Вильямса, Научный городок, 1, Лобня, Московская обл., 141055, Российская Федерация
2Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А. Тимирязева, ул. Тимирязевская, 49, Москва, 127550, Российская Федерация
Резюме. Особенность люцерны заключается не только в её высокой буферности и низком содержании сахара, но и в наличии из-за высокого содержания белка и пектина большого количества слабосвязанной воды, обусловливающей при медленном подкислении интенсивное течение протеолиза с последующим дезаминированием образовавшихся аминокислот до аммиака. Именно накопление большого количества аммиака, способствующего дальнейшему увеличению буферной ёмкости зеленой массы, ограничивает возможности силосования люцерны в слабо провяленном виде (30-35 % сухого вещества). Значительно снизить скорость этого процесса можно путем повышения содержания сухого вещества в силосуемой массе до > 40 %. Одновременно быстрое провяливание растений до указанной величины способствует заметному повышению содержания сахара в сухом веществе, улучшая сбраживае-мость массы, а также служит промежуточным консервирующим фактором, ограничивающим интенсивность развития маслянокислых бактерий на первом этапе силосования. В то же время такое провяливание растений сдерживает молочнокислое брожение, замедляя подкисление, что при наличии слабосвязанной воды обусловливает опасность возникновения в корме маслянокислого брожения. Избежать этого можно путем ускорения и усиления подкисления корма при внесении препаратов молочнокислых бактерий, которые в наших опытах по эффективности не уступали смеси молочнокислых бактерий с ферментным препаратом Феркон и химическим консервантам. Ключевые слова: люцерна, буферная емкость, содержание сахара, слабосвязанная вода, провяливание, силос, сенаж, препараты молочнокислых бактерий, химические препараты.
Для цитирования: Биологические особенности и принципы консервирования люцерны / Ю.А. Победнов, В.П. Клименко, А.А. Мамаев и др. // Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 2. С. 44-47. D0I:10.24411/0235-2451-2018-10211.
Люцерна содержит мало сахара и много белка и пектина [1, 2]. Высокая концентрация белка и золы, обладающей щелочными свойствами, обусловливает высокую буферность зеленой массы этой культуры, что на фоне дефицита сахара определяет её принадлежность к несилосующимся растениям [3]. Легко сбраживаемый пектин обеспечивает высокую скорость рубцовой ферментации [4], что увеличивает поедаемость люцернового силоса и сенажа скотом. В то же время вода, связанная белком и пектином, - это наименее связанная вода [5], что ухудшает технологические качества люцерны.
К положительным свойствам люцерны относится, прежде всего, отсутствие на растительных покровах большого количества бактерий кишечной группы [6], которых очень много (107 КОЕ/г и более) на злаковых травах [7]. Кроме того, люцерна продуцирует вторичные растительные метаболиты, обладающие антимикробным действием [8], благодаря которым в лабораторных опытах нередко достигается высокая сохранность корма даже при силосовании растений в свежескошенном виде [3]. Главная особенность люцерны, в принципе отличающая её от провяленных злаковых трав, заключается в том, что основной вид порчи приготовленного из неё корма - масляно-кислое (гнилостное) брожение [9], тогда как другие виды нежелательной микрофлоры не получают значительного развития. На этом и должны основываться принципы и способы её консервирования.
Цель исследований - определение принципов и параметров силосования люцерны в провяленном виде.
Условия, материалы и методы. Объектом исследований служила люцерна изменчивая (Medicago varia). Провяленную до содержания сухого вещества 31,3; 38,4; 47,4 и 51,3 % и измельчённую на отрезки длиной 20-30 мм зеленую массу силосовали в лабораторных сосудах вместимостью 0,5 л, оснащённых устройствами для учёта выделившихся газов, обычным способом и с препаратом Биотроф, созданным на основе гомоферментативного осмотолерантного штамма Lactobacillus plantarum № 60. Готовый корм анализировали на содержание сухого вещества путём высушивания навесок до постоянной массы при температуре 105 0С, органических кислот - методом капиллярного электрофореза, аммиака - по Лонги, сахара - по Бертрану [10], рН - с помощью потенциометра И-500.
Для определения переваримости и питательности готового корма по 200 кг провяленной до содержания сухого вещества 40,88-44,49 % и тщательно измельченной люцерны силосовали в 2-х слойных полиэтиленовых мешках обычным способом, с препаратом Биотроф, с полиферментным препаратом Феркон в сочетании с молочнокислой закваской Биосиб и с химическим консервантом АИВ-2 Плюс. Указанные препараты вносили в дозах, рекомендуемых заводами-изготовителями. Заготовленный силос последовательно скармливали одной и той же тройке валухов в качестве единственного корма в соответствии с методическими рекомендациями по оценке кормов на основе их переваримости [11]. Статистическую обработку проводили с использованием t-критерия Стьюдента. Достоверным считали результаты при р < 0,05.
Результаты и обсуждение. Как и следовало ожидать, одним из основных факторов, определяющих высокую сохранность силоса из люцерны, служит содержание сухого вещества в исходной массе. Так, по мере его увеличения в силосуемой массе с 31,4 до 51,3 % распад питательных веществ до газообразных продуктов сократился в 6 раз, а содержание аммиака
Таблица 1. Объём выделившихся газов и биохимические показатели люцернового силоса
Вариант силосования Объём выделившихся газов, л/кг СВ массы рН Содержание в сухом веществе силоса, %
аммиака органических кислот сахара
молочной | масляной
Люцерна с содержанием сухого вещества 31,3 %
Без добавок 18,0 5,06 0,54 14,03 0,00 0,16
С Биотрофом 25,1* 5,02 0,62 11,80 0,00 0,22
Люцерна с содержанием сухого вещества 38,4 %
Без добавок 4,6 6,02 0,18 3,59 0,00 4,35
С Биотрофом 9,7* 4,62* 0,19 10,59* 0,00 0,35*
Люцерна с содержанием сухого вещества 47,4 %
Без добавок 2,4 5,59 0,23 0,30 0,20 2,26
С Биотрофом 5,7* 4,31* 0,27 15,48* 0,15* 0,73*
Люцерна с содержанием сухого вещества 51,3 %
Без добавок 3,0 5,45 0,17 2,86 0,31 4,63
С Биотрофом 4,6* 4,25 0,14* 14,06* 0,11* 1,25*
*разница достоверна, по отношению с обычным силосованием, р < 0,05
в сухом веществе корма снизилось в 3,2 раза (табл. 1). Важно отметить, что даже при обычном силосовании люцерны с содержанием сухого вещества 31,4 % весь растительный сахар сбраживался преимущественно в молочную кислоту.
Это подтверждает положение о том, что основной причиной порчи люцернового силоса и сенажа служит маслянокислое (гнилостное) брожение. Отсутствие последнего в лабораторных опытах привело к тому, что, несмотря на медленное подкисление массы, основная часть сахара была сброжена молочнокислыми бактериям. Этим же обусловлена неэффективность внесения молочнокислой закваски при силосовании такой массы, которая не способствовала увеличению выхода молочной кислоты из сахара и усилению подкисления корма. Благоприятный процесс брожения в провяленной до содержания сухого вещества 31,4 % люцерне на фоне высокого содержания аммиака в готовом корме указывает и на то, что причиной появления последнего служит не активность нежелательной микрофлоры, а интенсивное течение протеолиза с последующим дезаминированием аминокислот до аммиака на фоне медленного подкисления корма и наличия в нём большого количества слабосвязанной воды. Согласно имеющимся данным [12], протеолиз в первые двое суток силосования провяленной до содержания сухого вещества 35 % люцерны составляет 25 ммоль аминокислот в час на 1 кг сухого вещества. Немаловажно и то, что оптимальная для активности протеолитических ферментов величина рН у люцерны находится на более низком, чем у злаковых трав и клевера лугового, уровне - соответственно 6,0 и 6,5 [13]. То есть, для ограничения протеолиза люцерна должна подкисляться более интенсивно, чем другие перечисленные культуры. С учётом высокой буферности и низкого содержания сахара в слабо провяленной люцерне это невозможно даже при использовании препаратов молочнокислых бактерий. Такая ситуация связана с тем, что восприимчивость маслянокислых бактерий к активной кислотности хотя и возрастает по мере увеличения содержания сухого вещества в зелёной массе, что позволяет обеспечить высокую сохранность силоса уже при гораздо более высоком рН, однако и в этом случае корм при каждом конкретном содержании сухого вещества должен обязательно, а, главное, достаточно быстро подкислиться до строго определённого рН, иначе в нём не устраняется опасность возникновения
маслянокислого брожения [14]. Именно из-за накопления большого количества аммиака и возросшей буферности корм из слабо провяленной люцерны не в состоянии подкислиться до уровня, исключающего развитие маслянокислых бактерий, значение рН которого при содержании сухого вещества в зелёной массе около 30 % должно быть < 4,45.
Иная картина наблюдается при силосовании люцерны, провяленной до содержания сухого вещества 38,4 % и более. Как следует из представленных данных, в этом случае наблюдается значительное снижение содержания аммиака в полученном корме: с 0,54 до 0,23-0,17 %. Следует, однако, отметить, что глубокое провяливание люцерны, как и усиление её подкисления, не ограничивают протеолиз, как таковой, а всего лишь уменьшают скорость дезаминиро-вания аминокислот с образованием аммиака [15]. Улучшению сбраживаемости способствует и то, что быстрое провяливание люцерны до указанной влажности приводит к увеличению содержания сахара в её сухом веществе [16]. Однако сбраживаемость не может реализоваться из-за сильного ограничения молочнокислого брожения в такой массе, вследствие чего рН корма и в этом случае в течение длительного времени не достигает критического для маслянокислых бактерий уровня, обусловливая необходимость применения препаратов на основе гомофермента-тивных осмотолерантных штаммов молочнокислых бактерий. Эффективность последних проявляется только на фоне низкой активности эпифитных молочнокислых бактерий, отмечающейся при силосовании люцерны с высоким содержанием сухого вещества. Увеличивая выход молочной кислоты из сахара, они способствуют подкислению корма до рН 4,62-4,25. При этом, чем сильнее провялена люцерна, тем больше сахара достаётся молочнокислым бактериям из состава внесённых препаратов, и, следовательно, сильнее подкисляется корм, приобретая всё большую стабильность при хранении. Такое положение хорошо иллюстрируют результаты сенажирования в производственных условиях провяленной до содержания сухого вещества 50 % люцерны обычным способом и с препаратом молочнокислых бактерий [17]. Они свидетельствуют, что по мере увеличения срока хранения обычного сенажа в траншеях под плёнками с 1 до 6 месяцев количество аммиачного азота в его сухом веществе увеличилось с 32,3 до 88,7 мг/%, содержание масляной кислоты - с 0,15 до 0,21 %, а рН возрос с 5,08 до 5,32. То есть, корм
Таблица 2. Биохимические показатели люцернового силоса
Силос рН Содержание в сухом веществе, %
аммиака органических кислот сахара
молочной | уксусной | масляной
без добавок 4,80 0,32 15,92 2,02 0,31 0,78
с Биотрофом 4,53* 0,25* 16,21 1,94 0,18* 0,44*
Феркон +Биосиб 4,42* 0,20* 14,82* 1,38* 0,12* 0,40*
с АИВ-2 Плюс 4,70* 0,33 11,20* 1,19* 0,20* 2,95*
*разница достоверна, по отношению к контролю, р < 0,05
был нестабилен при хранении. Напротив, внесение молочнокислой закваски, способствующей быстрому подкислению корма до рН 4,81, обеспечило его хорошую стабильность при хранении. На это указывает одинаковое в течение всего срока хранения содержание аммиачного азота в сухом веществе сенажа (11,6-12,2 мг/%), отсутствие в нём масляной кислоты и стабильный рН (4,81-4,70).
Результаты силосования (обычным способом, с внесением биологических препаратов и консерванта АИВ-2 Плюс) провяленной до содержания сухого вещества > 40 % люцерны в 2-х слойных полиэтиленовых мешках показали (табл. 2), что использование как одного только препарата Биотроф, так и смеси полиферментного препарата Феркон с молочнокислой закваской Биосиб, не привело к заметному увеличению накопления молочной кислоты в сухом веществе корма.
То есть, как и в ранее представленных лабораторных опытах, при всех перечисленных способах силосования провяленной до указанного содержания сухого вещества люцерны сахар сбраживали преимущественно молочнокислые бактерии. В то же время ускорение подкисления провяленной массы под влиянием внесённых препаратов способствовало снижению содержания аммиака и, как следствие, усилению степени её подкисления, что привело и к достоверному уменьшению концентрации масляной кислоты в сухом веществе корма.
Последнее объясняется тем, что, в отличие от молочнокислых бактерий, маслянокислые присутствуют на растениях в виде спор, для прорастания которых требуется доступная вода. Чем сильнее провялена люцерна, тем меньше в ней содержится доступной для бактерий воды и, следовательно, в течение большего срока прорастают споры клостридий, за этот период корм под влиянием внесённых биологических препаратов успевает подкислиться до рН, исключающего их дальнейшее развитие. Отсюда вытекает ещё одна особенность силосования люцерны в провяленном виде, основанная на её биологических свойствах. Поскольку высокая буферность растений препятствует быстрому подкислению корма даже при внесении молочнокислых заквасок, требуется промежуточный консервирующий фактор, сдерживающий развитие клостридий на первом этапе силосования. Таким ограничивающим фактором служит высокое содержание сухого вещества в силосуемой массе.
В идеале люцерну следует провяливать до «сенаж-ной» влажности (> 45 % сухого вещества), используя для повышения стабильности корма препараты молочнокислых бактерий. Однако в практических условиях содержание сухого вещества в провяленной люцерне в силу различных причин сильно колеблется, что в большинстве случаев и служит причиной заготовки некачественного сенажа. Применение упомянутых препаратов позволяет устранить этот недо-
статок, обусловливая возможность колебания сухого вещества в сенажируемой люцерне без каких-либо последствий с 38 до 50 % и более при среднем его содержании около 45 %. Иными словами, применение препаратов молочнокислых бактерий делает технологию сенажирования люцерны более надёжной.
Использование химического консерванта АИВ-2 Плюс оказалось менее эффективным, чем применение биологических препаратов. Такая ситуация объясняется тем, что рекомендуемая доза химического консерванта (0,5 % к массе) оказалось недостаточной для того, чтобы входящая в его состав муравьиная кислота быстро снизила рН провяленной массы до необходимого предела. Одновременно внесение химического консерванта ограничило молочнокислое брожение в корме, что, хотя и способствовало лучшей сохранности сахара, но в ещё большей степени увеличило период его подкисления до необходимого предела. В результате использование АИВ-2 Плюс, хотя и способствовало достоверному снижению рН и содержания масляной кислоты в корме, его параметры были хуже, чем у силоса, заготовленного с биологическими препаратами, и не привело к уменьшению содержания аммиака в готовом корме.
Несмотря на улучшение биохимических показателей силоса, внесённые препараты не оказали достоверного влияния на увеличение переваримости его сухого вещества и отдельных питательных веществ (сырого протеина, сырого жира, сырой клетчатки и сырых БЭВ). В результате энергетическая питательность сухого вещества обычного и приготовленного с препаратами Биотроф, Феркон + Биосиб и АИВ -2 Плюс силоса из провяленной люцерны составила, соответственно 8,9±0,05; 8,9±0,22; 9,0±0,23 и 8,8±0,18 МДж ОЭ в 1 кг (р>0,05). На этом основании можно заключить, что роль биологических и химических консервантов при силосовании провяленной до содержания сухого вещества > 40 % люцерны сводится лишь к улучшению биохимических показателей корма и повышению его стабильности при хранении, однако из-за благоприятного направления процесса брожения в такой массе они не приводят к заметному повышению сохранности и энергетической питательности корма.
Выводы. Консервирование люцерны путём силосования и сенажирования основывается на известном увеличении восприимчивости маслянокислых бактерий к активной кислотности корма по мере роста содержания сухого вещества в зелёной массе. Это позволяет обеспечить высокую сохранность корма при большем значении рН, нежели тот, который необходим при силосовании провяленных злаковых трав, когда маслянокислое брожение - вторичный процесс, причиной возникновения которого служит высокая активность энтеробактерий - прямых конкурентов молочнокислых бактерий по сбраживанию сахара. В то же время при любом содержании сухого
вещества корм должен обязательно, а, главное, достаточно быстро подкислиться до строго определённого значения рН, иначе в нём не устраняется маслянокислое брожение. С учётом биологических особенностей люцерны это трудно обеспечить при её силосовании в слабо провяленном виде. Повысить сбраживаемость (потенциальную способность к подкислению) люцерны можно путем быстрого провяливания до содержания сухого вещества > 40 %, которое одновременно служит промежуточным консервирующим фактором, ограничивающим интенсивность развития маслянокислых бактерий на первом этапе силосования. С другой стороны, высокое осмотическое давление в растительных клетках сдерживает молочнокислое брожение, что сводит на нет значение промежуточного консервирующего
фактора, обусловливая необходимость применения препаратов молочнокислых бактерий. Последние, ускоряя подкисление массы до необходимого предела, улучшают биохимические показатели силоса, устраняя опасность накопления в нём некоторого количества масляной кислоты. Поскольку при сбраживании сахара маслянокислыми бактериями потери энергии корма практически не отличаются от таковых, возникающих при молочнокислом брожении, основной эффект от использования препаратов молочнокислых бактерий при силосовании провяленной до содержания сухого вещества > 40 % люцерны сводится лишь к улучшению стабильности корма при хранении, не приводя к сколько-нибудь заметному повышению его сохранности и энергетической питательности.
Литература.
1. Производство грубых кормов (в 2-х книгах) / под ред. Д. Шпаара. Торжок: ООО «Вариант», 2002. Кн.1. 360 с.
2. Мак-Дональд П., Эдвардс Р., Гринхалдж Дж. Питание животных/пер. с англ. М.: «Колос», 1970. 503 с.
3. Зафрен С.Я. Технология приготовления кормов (справочное пособие). М.: «Колос», 1977. 240 с.
4. Эннисон Е.Ф., Льюис Д. Обмен веществ в рубце / пер. с англ. М.: Издательство с.-х. литературы, журналов и плакатов, 1962. 173 с.
5. Ребиндер П.А. О формах связи воды с материалом в процессе сушки// Сб. материалов Всесоюзного совещания по интенсивности процессов и улучшению качества материалов при сушке в основных отраслях промышленности и сельского хозяйства. М.: «Профиздат», 1958. С.14.
6. Шурхно Р.А. Микробиологический препарат для биоконсервирования растительных ресурсов на основе новых штаммов Lactobacillus plantarum, выделенных из природных источников: дис. ... д-ра биол. наук. Казань, 2015. 309 с.
7. Fehrmann E., Müller Th. Jaresverlauf des epiphytischen Mikrobenbesatzes auf einen Graslandstandort // Das Wirtschaftseigene Futter. 1990. Bd. 36. H. 1. S. 66-78.
8. Weissbach F. Consequences of grassland de-intensification for ensilability and feeding value of herbage // Landbauforschung Völkenrode. 1999. Sonderheft 206. Рр. 41-53.
9. Победнов Ю.А. Причины порчи силоса и сенажа // Сельскохозяйственные вести. 2016. № 3. С. 46-47.
10. Методы анализа кормов / В.М. Косолапов, И.Ф. Драганов, В.А. Чуйков и др. М.: ООО «Угрешская типография», 2011. 219 с.
11. Методические рекомендации по оценке кормов на основе их переваримости / Н.Г. Григорьев, Е.С. Воробьёв, А.И. Фицев и др. М.: ВАСХНИЛ, 1989. 44 с.
12. McKersie B., Buchanan-Smith J. Changes in the levels of proteolytic enzymes in ensiled alfalfa forage // Canadian Journal of Plant Science. 1982. Vol. 62. № 1. Pp. 111-116.
13. McKersie B.D. Effect of pH on proteolysis in ensiled legume forage // Agronomy Journal. 1983. Vol. 77. № 1. Pp. 81-86.
14. Вайсбах Ф. Будущее консервирования кормов. // Проблемы биологии продуктивных животных. 2012. № 2. С. 49-70.
15. Dimitrova R. Einfluss einiger Konservierungsmethoden auf der Einweiss- und Aminosäurengehalt von Luzerne // International Grassland Congress (Leipzig, GDR, Mai 18-27, 1977). Leipzig, 1977. Pp. 179-186.
16. Победнов Ю.А. О новообразовании сахара при провяливании трав. //Кормопроизводство. 2012. № 8. С. 37-38.
17. Курнаев О.М. Вплив технологи заготiвлi снажу на втрати сирого протешу та його фракцшний склад упродовж зберiгания // Корми i кормовиробництво: мiжвiдомчий тематичний науковий збiрник. Внниця, 2010. В. 66. С. 274-280.
BIOLOGICAL PECULIARITIES AND THE MAIN PRINCIPLES OF ALFALFA CONSERVATION
Yu.A. Pobednov1, V.P. Klimenko1, A.A. Mamaev1, K.E. Yurtaeva2, M.S. Ivanova1
'V.R. Williams Federal Scientific Center of Fodder Production and Agroecology, Nauchnyi gorodok, k. 1, Lobnya, Moskovskaya obl., 141055, Russian Federation
2Russian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural Academy, ul. Timiryazevskaya, 49, Moskva, 127550, Russian Federation
Abstract. The high buffering and low content of sugar are the main properties of alfalfa. Besides, this forage crop is characterized by a considerable quantity of slightly coupled water due to high protein and pectin content. This water causes intensive proteolysis with the subsequent amino acids deamination with ammonia release under conditions of low acidification. Accumulation of ammonia, contributing to a further increase in the buffer capacity of green mass, limits the ensiling of weekly-wilted alfalfa (30-35% of dry matter). The increase in the dry matter content in the ensiled plant mass to 40% or more makes it possible to significantly reduce the speed of amino acids deamination. At the same time, rapid wilting of plants to the specified value promotes a significant increase in the sugar content in their dry matter, improves fermentability of the mass, and also serves as an intermediate preserving factor that inhibits the development of butyric-acid bacteria in the first stage of silage. However such way of plant wilting limits lactic acid fermentation and causes reduction of feed acidification. In the presence of slightly coupled water in alfalfa plants, it causes a higher risk of butyric acid fermentation. Lactic acid bacterial inoculants intensify feed acidification and prevent undesirable process during ensiling. According to our experiments, the effectiveness of the applied bacterial inoculants on the base of lactic acid bacteria is not less than bacterial-ferment additive Ferkon as well as chemical preservatives.
Keywords: alfalfa, buffer capacity, sugar content, slightly coupled water, plant wilting, silage, haylage, lactic acid additives, chemical preparations.
Author Details: Yu.A. Pobednov, D. Sc. (Agr.), head of division (e-mail: [email protected]); V.P. Klimenko, D. Sc. (Agr.), leading research fellow; A.A. Mamaev, Cand. Sc. (Agr.), senior research fellow; K.E. Yurtaeva, post graduate student; M.S. Ivanova, post graduate student.
For citation: Pobednov Yu.A., Klimenko V.P., Mamaev A.A., Yurtaeva K.E., Ivanova M.S. Biological Peculiarities and the Main Principles of Alfalfa Conservation. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2018. Vol. 32. No. 2. Pp. 44-47 (in Russ.). DOI: 10.24411/02352451-2018-10211.
