Konzervace kukuřičné siláže a aspekty snížení fermentačních ztrát

10. 08. 2024 Ing. Václav Jambor, CSc., Blažena Vosynková, MVDr. Hana Synková, Ing. Soňa Malá; NutriVet, s.r.o., Pohořelice Skladování Zobrazeno 453x

Výživa zvířat, resp. přežvýkavců, představuje požadavek, aby zvíře bylo schopno předloženou siláž přijmout v maximální míře podle aktuálního obsahu bachoru. Vlastní objem bachoru je také závislý na tělesném rámci daného plemene, jako jeden z nejhlavnějších ukazatelů selekčního tlaku v chovu dojnic. Účelem konzervace pícnin je sklizeň dané pícniny v optimální fenofázi jak z hlediska kvantitativních ukazatelů (výnos sušiny pícniny z ha), tak také kvalitativních ukazatelů (obsah N-látek, podíl škrobu, stravitelnost vlákniny, resp. NDF) a následně inhibovat všechny rozkladné procesy biomasy během fermentačního procesu siláží.

Během sklizně pícnin si musíme uvědomit, že v okamžiku oddělení rostliny od kořenů nastávají rozkladné procesy, které je třeba minimalizovat. Účelem je vytvoření kyseliny mléčné ze zkvasitelných cukrů (uhlohydrátů) za anaerobních podmínek, vytvořením optimálního pH siláže pod 4, tím dochází k inhibici rozkladných mikroorganizmů a hydrolytických enzymů a následné stabilizaci biomasy během skladování v silážních žlabech. Výhodné pro proces krmení zvířat i pro výrobu bioplynu je ta skutečnost, že sklízená biomasa je skladována v silážním prostoru, kde dochází k stabilizaci biomasy a následnému postupnému zkrmování zvířatům, případně dávkování do BPS.

Pícnina sklízená v optimální fenofázi má určité vlastnosti, které jsou vhodné nebo nevhodné k úspěšnému fermentačnímu procesu. Např. kukuřičná siláž je pícnina lehce silážovatelná s nízkým obsahem N-látek a vysokým obsahem cukrů (uhlohydrátů), které mikrobiální činností jsou přeměňovány na fermentační kyseliny. Jakmile však sušina stoupne nad 37 %, dostává se rostlina do fenofáze, kdy obsah cukrů klesne na minimum a potom je kukuřice středně těžce silážovatelná. U takové siláže vzniká nebezpečí, že je nestabilní, hlavně během letního období, kdy teplota je vyšší než 20 °C.

Aby byl fermentační proces úspěšný, je nutné v prvé řadě vytvořit anaerobní prostředí bez vzduchu. Vytvořit optimální prostředí pro produkci kyseliny mléčné. Naskladněná biomasa však obsahuje epifytní mikroflóru. Obvykle počty mléčných bakterií jsou nejnižší ze všech mikroorganizmů.

Podle klimatických podmínek před a během sklizně a způsobu sklizně (zahlinění po dešti, během obracení) silážovaná hmota obsahuje nežádoucí mikroorganizmy, jako plísně, kvasinky, klostridie, enterobakterie atd. Tyto nežádoucí bakterie tvoří konkurenci pro mléčné bakterie, které vytváří z cukrů kyselinu mléčnou. V prvé řadě při špatném nastavení řezacího ústrojí na sklízecí řezačce nelze dostatečně siláže udusat a v siláži zůstává kyslík, který podporuje nežádoucí rozkladné mikroorganizmy a inhibuje tvorbu kyseliny mléčné. Současně dochází k prodloužení aerobní fáze fermentace. Nežádoucí mikroorganizmy produkují nejen jedovaté sekundární metabolity, ale zároveň rozkládají organickou hmotu na již zmiňovaný CO₂, teplo a H₂O. Dochází ke zvýšení teploty v siláži a k enormnímu zvýšení fermentačních ztrát sušiny, které mohou dosáhnou 20 až 40 % a více podle podmínek fermentačního procesu. To znamená, že ve žlabu zůstane pouze 60 až 80 % a méně sušiny z naskladněné hmoty a jedna pětina naskladněné hmoty se přemění na již zmíněné teplo (přechází do ovzduší), oxid uhličitý (také přechází do ovzduší a vzniklé skleníkové plyny) a vodu, která snižuje obsah sušiny siláže, hlavně pokud nejsou dodržovány správné technologické zásady při sklizni.

Pokud je do siláže přimíchána hlína, ať už se jedná o hlínu na rostlinách po deštích nebo mechanizačními prostředky během sklizně vlivem špatného seřízení techniky, snižuje se úspěšnost požadovaného fermentačního procesu siláží. Do silážované biomasy se přimíchávají nežádoucí mikroorganizmy, zejména to jsou klostridie. Tuto technologickou nekázeň jsme schopni zjistit stanovením obsahu popelovin v siláži.

V letech, kdy během sklizně pícnin je špatné počasí, resp. je deštivé počasí, tak v naší laboratoři zjišťujeme zvýšený obsah popelovin, někdy dokonce 20 a více %. Z těchto důvodů doporučujeme používat pásové shrnovače píce, které jsou sice dražší, avšak při sklizni ve zhoršených povětrnostních podmínkách dokážou účinně snížit obsah popelovin.

Možnosti ovlivnění fermentačního procesu

Dostáváme se do situace, jakým způsobem je možné ovlivnit fermentační proces. Pokud vytvoříme anaerobní prostředí dostatečným ušlapáním biomasy ve žlabu, minimalizujeme činnost nežádoucích mikroorganizmů, zkrátíme aerobní fázi fermentačního procesu. Díky dostatečnému obsahu cukrů v kukuřičné siláži je možné vytvořit úspěšný fermentační proces.

Mléčné bakterie produkují kyselinu mléčné pouze za anaerobního prostředí bez přístupu vzduchu. V poslední době se velmi osvědčily konzervační přípravky na bázi mléčných bakterií - hlavně je to kmen Lactobacillus plantarum. Tento kmen je také na rostlinách, avšak podle povětrnostních a dalších již zmíněných podmínek bylo zjištěno, že počty těchto žádoucích mikroorganizmů jsou většinou nízké. V poslední době se velmi osvědčilo aplikovat mléčné bakterie také na rostliny během vegetace, kdy tyto bakterie zabrání osídlení nežádoucími mikroorganizmy. Dochází k tomu, že jejich rozvoj, resp. rozmnožování, je pomalé, a tudíž mají šanci využívat dostupné cukry i nežádoucí mikroorganizmy, které z cukrů nevyrábí kyselinu mléčnou, ale nežádoucí již zmíněné rozkladné látky (CO₂, teplo a H₂O). V případě, kdy jsou k silážované hmotě dodány bakterie mléčného kvašení ve formě živých kulturních kmenů mléčných bakterií, dochází k urychlení tvorby kyseliny mléčné a snížení potřeby uhlohydrátů, které zůstávají v siláži jako reziduální cukry. Tyto cukry mají velký význam pro výživu zvířat.

U siláží, které byly ošetřeny mléčnými bakteriemi se snižuje podíl kyseliny octové, která je sice důležitá pro stabilitu siláže, avšak její tvorba v siláži znamená i zvýšení ztrát organické hmoty, ještě v době, kdy je biomasa skladována ve žlabu. Používáním heterofermentativních mléčných bakterií Lactobacillus Buchneri, jak již z názvu vyplývá, se tvoří kyselina octová a oxid uhličitý.

Následující údaje dokumentují vliv biologických konzervačních přípravků na bázi homofermentativních bakterií (Lactobacillus plantarum) a heterofermentativních bakterií (Lactobacillus Buchneri) na potenciál tvorby kyseliny octové na tvorbu emisí při výrobě siláží, kterou publikoval Danner at al. 2003 a D. Davies 2010. Kromě těchto ztrát vznikají ztráty i tím, že L. Buchneri tvoří alkoholy, zejména etanol, 1,2-propandiol a 2,3-butandiol. Avšak tyto rozbory se běžně v laboratořích neprovádí kvůli ceně. Také se běžně neanalyzují siláže na obsah mykotoxinů (sekundární metabolity plísní) a jedovaté biogenní aminy, které produkují klostridie a jsou součástí tvorby kyseliny máselné.

Potenciál kyseliny octové na tvorbu emisí při výrobě siláží CO₂ (D. Davies 2010):

• L. plantarum inoculant - 10 g/kg suš. kyseliny octové,
• neošetřená siláž - 27 g/kg suš. kyseliny octové,
• 250 tun vyprodukuje navíc 3,1 tuny CO₂,
• L. Buchneri inoculant v laboratorních studiích prokázal často vyšší tvorbu CO₂ než u neošetřené siláže. Danner et al. (2003) uvádějí produkci 55,3 g/kg suš. kyseliny octové!

Z uvedených hodnot je patrné, že nejvyšší produkce oxidu uhličitého (fermentační ztráty) byla zjištěna u varianty ošetřené heterofermentativními bakteriemi L. Buchneri. U neošetřené kontrolní varianty byl potenciál tvorby emisí dokonce poloviční oproti siláži ošetřené L. Buchneri. Při použití těchto bakterií dochází ke zvýšeným ztrátám organické hmoty. Současně tyto bakterie produkují alkoholy, které taktéž vytváří zdroj fermentačních ztrát.

Bohužel analýza alkoholů v silážích není běžnou praxí, a tak uživatel se nedozví, zda v silážích je alkohol jako indikátor zvýšených fermentačních ztrát. U zvířat kvůli zvýšené produkci alkoholu v silážích při aplikaci heterofermentativních bakterií a zvýšené populaci kvasinek dochází ke snížení příjmu sušiny kukuřičných siláží. Již zmíněný 1,2-propandiol není zdrojem energie pro mikroorganizmy v bachoru, ale je zdrojem energie a po vstřebání do krve. Bachorové mikroorganizmy kvůli absenci pohotových cukrů musí počkat až na rozklad cukrů ze škrobu a vlákniny až díky enzymatické činnosti, která je vždy zpožděná.

Schéma fermentačního procesu u konzervovaných krmiv

Ze schématu fermentačního procesu je vidět, že hlavním zdrojem energie pro tvorbu fermentačních kyselin jsou uhlohydráty ve formě cukrů. Dále je patrné, že pokud vytvoříme anaerobní prostředí v siláži díky odpovídající délce řezanky a rychlému utlačení siláže, nemusí vždy dojít k úspěšné fermentaci a následné konzervaci živin. Je to způsobeno tím, že nežádoucí mikroorganizmy (plísně, kvasinky a klostridie) jsou také anaerobní, stejně jako mléčné bakterie. V případě, že epifytní mikroflóra obsahuje zvýšené množství kvasinek (vlhké počasí), klostridií (zahlinění při obracení) a plísně (výskyt houbových chorob na porostech), tak nám nepomůže přídavek mléčných bakterií, protože ty tvoří jen konkurenci ostatním nežádoucím mikroorganizmům v boji o cukry. V takovém případě, kdy obsah popelovin je zvýšen kvůli nesprávně nastavené technologii, dochází k snížení produkce kyseliny mléčné, a taková siláž není dostatečně zakonzervována (zvýšené pH siláže nad tzv. minimum dle obsahu sušiny) a brzy se kazí. Z tohoto důvodu se v poslední době používají chemické přípravky, které mají za úkol inhibici a případně likvidaci nežádoucí mikroflóry, a tím i likvidaci konkurence o cukry pro mléčné bakterie.

Výsledky s používáním kombinace chemických přípravků na bázi solí kyselin a mléčných bakterií se vyznačují tím, že se výrazně sníží fermentační ztráty, což znamená, že v silážní jámě zůstane více sušiny siláže. Tím, že zabráníme rozkladu organické hmoty, uchováme organickou hmotu ve žlabu, výrazně snížíme náklady na 1 t vyrobené siláže, protože náklady na výrobu jsou fixní. Díky snížené fermentaci siláže potom mají nižší obsah fermentačních kyselin, avšak tyto siláže jsou stabilnější (jsou odolnější sekundární fermentaci), protože soli kyselin potlačí nežádoucí mikroflóru, tedy konkurenci mléčným bakteriím. To má velký význam v tom, že siláže obsahují vyšší procento reziduálních cukrů a tyto cukry mají velký význam pro rychlý začátek fermentace v bachoru a zvířata přijímají mnohem menší obsah fermentačních kyselin. Výsledná siláž potom mnohem vyšší obsah stravitelné organické hmoty. Velký význam má nízký obsah sekundárních jedovatých metabolitů, které zvířata nemusí detoxikovat. Ušetřená energie je použita na výrobu masa nebo mléka.

Z hlediska výsledné ekonomiky výroby siláží a zavadlých siláží je nejdůležitějším faktorem snížení fermentačních ztrát. V provozních podmínkách je velmi obtížné tyto fermentační ztráty kvantifikovat, a proto doporučujeme při vyhodnocení počítat s průměrnými ztrátami v rozmezí 5 až 15 %. Snížením fermentačních ztrát, se sníží náklady na výrobu 1 t siláže, ale kromě toho ušetříme výsevní plochu pro pícniny. Na ušetřených hektarech následně můžeme produkovat tržní plodinu.

Kromě biologických konzervačních přípravků na bází mléčných bakterií, je možné použít také chemické konzervační přípravky na bázi organických kyselin a jejich solí (kyselina mravenčí, kyselina propionová, kyselina octová, kyselina benzoová, kyselina sorbová, dusitan sodný) s různým zastoupením. Složení konzervačního přípravku je komerčně sestaveno tak, aby cena a účinek odpovídal danému účelu. V oblasti konzervace pro výrobu bioplynu je kyselina octová naopak žádoucí (i když pokud vzniká při fermentačním procesu, způsobuje fermentační ztráty sušiny), protože tvoří prekurzor pro metanogenezi.

V pokusech bylo zjištěno, že pokud použijeme kyselinu octovou exogenní, tedy ve formě konzervačního přípravku, tak tato kyselina octová inhibuje mikrobiální činnost, ale i tvorbu kyseliny octové během fermentačního procesu. To dokazuje, že se snižuje podíl fermentačních ztrát v siláži. Tento způsob konzervace je významný v tom, že aplikací kyseliny octové na řezanku dochází k inhibici nežádoucí mikroflóry a tedy obsah této kyseliny se nezvyšuje. Jedná se o kyselinu, která byla do siláže přidána před fermentaci. Nejedná se o kyselinu, která by v siláži vznikla.

Inhibicí nežádoucí mikroflóry dochází k tomu, že celkový obsah kyselin v siláži je podobný jako při přirozené fermentaci siláží bez konzervačních přípravků, a ještě dochází ke snížení fermentačních ztrát sušiny, což je významné pro ekonomiku výroby siláže k produkci metanu. Náklady na výrobu 1 t siláže se výrazně snižují. Původně se myslelo, že při aplikaci kyseliny octové do siláže bude její obsah nad 1 % a bude tedy snižovat příjem sušiny. Avšak můžeme konstatovat, že ani při aplikaci 6 litrů 90 % kyseliny octové na kukuřičnou siláž obsah kyseliny octové v siláži nepřevýšil 1 %. To dokázalo, že aplikace kyseliny octové na kukuřičnou siláž inhibuje produkci všech fermentačních kyselin a díky tomu, že mléčné bakterie jsou velmi odolné vůči kyselému prostředí, tak došlo k produkci kyseliny mléčné. Ostatní TMK byly výrazně inhibovány.

Fermentace v bachoru dojnic

Z fylogenetického hlediska je fermentační proces v bachoru založen na maximální produkci mikrobiální biomasy obsahující mikrobiální bílkoviny. V TMR u vysoko produkčních dojnic při zkrmování siláží chudých na pohotovou energii kvůli výše popsanému způsobu fermentačního procesu přichází do bachoru TMR, která neobsahuje přirozené rychle degradovatelnou energii ve formě cukrů. Mikroflóra v bachoru je zásobena určitým podílem nebílkovinných N-látek, avšak pohotová energie (cukry) v bachoru chybí. Z tohoto důvodu, po příchodu TMR do bachoru, vzniká absence pohotové, resp. rozpustné energie, což má za následek, že fermentace není dostatečně akcelerována a mikroorganizmy v bachoru musí počkat 2 až 3 hodiny, než dojde k rozložení škrobu na glukózu. Až mikroorganizmy mají k dispozici dostatek glukózy, tak díky tomu dochází k zrychlení produkce mikrobiální bílkovin. Avšak kvůli počáteční absenci pohotové energie dochází k tomu, že celková produkce bílkovin v bachoru je nižší. Pokud do TMR nedoplníme další N-látky, dochází k poklesu produkce mléka.

Jako druhou možnost vidíme v možnosti použití zkrmování pohotové energie ve formě melasy, případně jemně šrotovaných obilovin.

Kromě toho bychom vám chtěli představit tři krmiva, která vznikla výrobou odpadních produktů z pekárenského průmyslu. Odpadní produkty mají sice nevýhodu v tom, že je nelze zkrmovat přímo dojnicím. Tyto odpady se musí homogenizovat, aby výživa vysoko produkčních dojnic byla vyrovnaná. V tabulce 1 jsou uvedeny výsledky hodnocení tří nových krmiv, která jsou k dispozici pro zemědělskou veřejnost.

U všech krmiv se jedná o homogenní směs vyznačující se vysokou sušinou 92,3 až 96,24 %, která se dobře zamíchá do TMR v krmném voze.

Směs čokomix 1 a 2 se vyznačuje relativně vysokým obsahem N-látek 14,65 resp. 15,92 %, u směsi z piškotů je obsah N-látek jen 9,08 %.

Jako významný zdroj energie můžeme považovat vysoký obsah tuku 16,19 %, 12,77 % a 17,31 %. Abychom zjistili kvalitu tuku z uvedených krmiv, tak jsme všechny tři krmiva nechali inkubovat po dobu 24 hodin v bachoru kanylovaných dojnic metodou nylonových pytlíků. Po 24hodinové inkubaci jsme zjistili, že téměř 100 % tuku bylo degradováno v bachoru. Degradovatelnost tuku u čokomixu 1 je 91,51 %, u čokomixu 2 je to 94,7 % a u směsi piškotů to je 100 %. Můžeme konstatovat, že u všech směsí dochází k degradovatelnosti tuku v bachoru. Z výživařského hlediska, je však třeba kontrolovat, aby obsah tuku z těchto krmiv v TMR nepřekročil 3,5 až 4 %, protože by mohlo dojít k inhibici mikrobiální fermentace.

Vzhledem k tomu, že se jedná o pekárenské odpadní krmiva, tak jsme se zaměřili na rychlost degradovatelnosti organické hmoty a neutrálně degradovatelné vlákniny (NDF), jako další zdroj energie. Jednotlivé směsi jsme nechali inkubovat 1, 2, 3 a 24 hodin v bachoru. Z výsledků v tabulce 2 vyplývá, že nejrychlejší degradovatelnost organické hmoty (SOH) a SNDF byla zjištěna u piškotů. Nejpomalejší degradovatelnost SOH a SNDF byla zjištěna u směsi čokomix 1, čemuž odpovídá i nejvyšší obsah NDF v tomto krmivu (38,8 % NDF). Piškoty obsahovaly pouze 12,6 % NDF.

Obsah cukrů byl u všech krmiv zjištěn v rozmezí 4,85 až 10,86 %. Z počátku jsme mysleli, že tyto krmiva budou obsahovat vyšší obsah cukrů, avšak díky rychlé degradovatelnosti organické hmoty (SOH) u piškotů lze konstatovat, že je rychlá degradovatelnost i škrobu, protože tento škrob je tepelně upraven. U směsi čokomix 1 byla zjištěna nejnižší degradovatelnost organické hmoty v bachoru (67,3 % SOH za 24 hod. inkubace) a degradovatelnosti SNDF (58,70 % SNDF za 24 hod. inkubace). Naopak u piškotů byla zjištěna degradovatelnost organické hmoty SOH 100 % a SNDF 96,8 %.

V tabulce 1 jsou uvedeny hodnoty potenciální produkce bioplynu, která byla vypočítána pomocí regresní rovnice (AMON et al 2008) podle obsahu jednotlivých organických živin. Pokud víme, že průměrná produkce bioplynu u kukuřičné siláže se pohybuje v rozmezí 280 až 360 l/kg sušiny, potom zjištěné hodnoty u všech tří směsí testovaných krmiv jsou nadprůměrné v rozmezí 645 až 733 l/kg sušiny. Lze toto krmivo doporučit pro podporu fermentace v BPS na produkci bioplynu. Nutno však konstatovat, že dávkování musí být velmi opatrné, protože při vysokých dávkách by mohlo dojít k rychlé produkci fermentačních kyselin ve fermentoru s následným rychlým poklesem pH ve fermentoru s následným zastavením produkce bioplynu.

Tab. 1: Obsah organických živin a minerálních látek u krmiv

Tab. 2: Degradovatelnost organické hmoty (%) a NDF (%)

Článek byl vytvořen s podporou projektů MZe: QK22010251, QK1010344.