Strefa Bydło

Inokulanty przyszłość czy historia?

Witold Podkówka
Katedra Żywienia Zwierząt i Gospodarki Paszowej
Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. J. J. Śniadeckich w Bydgoszczy

 

Zastosowanie zakwasu czystych kultur bakterii kwasu mlekowego notuje się od czasu gdy poznano proces gromadzenia się kwasu mlekowego w zakiszanych materiałach roślinnych.

 

                Ponad 100 lat temu Crolbois (1909) zastosował bakterie kwasu mlekowego do zakiszanych wysłodków buraczanych. W 1910 roku Anon w USA zastosował dodatek czystych kultur bakterii kwasu mlekowego do krajanki buraków, co spowodowało zahamowanie niepożądanych bakterii, zaś uzyskany produkt cechował się wysoką jakością. Völtz (1918) zaszczepił zakiszaną zielonkę z życicy wielokwiatowej pałeczką Bacillus cucumeris fermentati. Wyprodukowana kiszonka cechowała się wysokim poziomem kwasu mlekowego, zaś stosunek kwasu mlekowego do lotnych kwasów wynosił 3,5:1,0.

                Przeprowadzono wiele badań w krajach europejskich, jak również w USA, jednak metoda zaszczepiania bakteriami kwasu mlekowego nie została powszechnie zastosowana. Wynikało to, z niskiej skuteczności zastosowanych szczepionek w obrocie handlowym. Bakterie kwasu mlekowego w preparatach handlowych szybko traciły swą aktywność, co powodowało brak pozytywnego działania na jakość kiszonki. Rolnik nabywał zakwas bakterii kwasu mlekowego, z którego przygotowywał roztwór roboczy, poprzez namnażanie bakterii na pożywce zawierającej cukier. Mikrobiolodzy wykorzystali krytyczne uwagi rolników i podjęli badania nad opracowaniem nowych szczepionek do kiszonek, które spełniały wymagania rolników i handlowców.

                W drugiej połowie XX wieku następuje dynamiczny rozwój szczepionek bakterii kwasu mlekowego, przeznaczonych do zakiszania pasz, które określono “inokulantami”. Wykorzystywano głównie homofermentacyjne bakterie kwasu mlekowego (homo BKM). Inokulant zawiera jeden lub kilka szczepów żywych liofilizowanych bakterii, które przed użyciem należy rozpuścić w wodzie, uzyskując roztwór roboczy. Najczęściej wymieniane są następujące szczepy: Lactobacillus plantarum, Lactococcus lactis, Pedicoccus pentocaseous, Pediococcus acidilactici, Enterococcus faecium (Davies 2010).

                Później zostały wprowadzone inne szczepy bakterii, takie jak Propionibacteria sp., Lactococcus salivarius, Lactobacillus paracasei, Bacillus sp. i heterofermentacyjny Lactobacillus buchneri (Davies 2010).

                Inokulanty powinny m.in. spełniać następujące wymagania dotyczące:

■             zapewnienia dobrej jakości kiszonki o właściwych walorach smakowych i wysokiej wartości pokarmowej (oczekiwania producenta),

■             ograniczenia negatywnego wpływu na środowisko, głównie zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych,

■             neutralności lub poprawy walorów smakowych i odżywczych produktów spożywczych uzyskiwanych od zwierząt żywionych kiszonkami.

                Celem stosowania inokulantów do produkcji kiszonek jest:

■             sterowanie procesem fermentacji,

■             poprawa tlenowej stabilności uzyskanej paszy,

■             ograniczenie strat,

■             poprawa strawności składników pokarmowych,

■             zwiększenie pobrania kiszonki przez zwierzęta,

■             ograniczenie działalności szkodliwych mikroorganizmów,

■             obniżenie poziomu szkodliwych substancji.

                Inokulant zawierający homofermentacyjne bakterie kwasu mlekowego, dodany do zakiszanej biomasy roślinnej sprzyja rozwojowi właściwego procesu zakiszania. Dominującym produktem fermentacji jest kwas mlekowy, który ma właściwości konserwujące, zaś zakiszana biomasa nie ulega procesowi gnicia.

                W zakiszanej biomasie znajdują się również komórki drożdżowe i zarodniki grzybów, które przy dostępie powietrza w procesie wybierania kiszonki, wykazują swoją aktywność. Zaczyna się proces wtórnej fermentacji, w którym drożdże i grzyby wykorzystują pozostały po fermentacji cukier, jak również kwas mlekowy. W procesie tych reakcji biochemicznych powstaje dwutlenek węgla (CO2), woda (H2O) i ciepło. Kiszonka ulega zagrzaniu, co powoduje obniżenie tlenowej stabilności.

                Występujący w kiszonce kwas mlekowy nie posiada właściwości ograniczających wzrost populacji drożdży i grzybów. Właściwości te wykazuje kwas octowy i propionowy. Z tych względów wzrosło zainteresowanie zastosowaniem heterofermentacyjnych bakterii kwasu mlekowego (hetero BKM). Te szczepy bakterii kwasu mlekowego w procesie fermentacji biomasy, oprócz kwasu mlekowego wytwarzają duże ilości kwasu octowego oraz 1,2 propandiol i kwas propionowy. Typowym przykładem hetero BKM jest Lactobacillus buchneri. Podobne cechy wykazują inne szczepy: Propionibacteria sp. Lactococcus salivarius, Lactobacillus paracasei, Bacillus sp. Wytwarzane przez te szczepy (hetero KBM) kwas octowy i propionowy, wpływają korzystnie na tlenową stabilność kiszonki, ograniczając rozwój drożdży i grzybów.

                W tabeli 1 przedstawiono wyniki badań nad zakiszaniem biomasy z sorga z dodatkiem bakterii L. plantarum lub L. buchneri oraz dodatku płynnego preparatu chemicznego składającego się z mieszaniny benzoesanu sodu i sorbinianu potasu. Dane te jednoznacznie wskazują, że kiszonka sporządzona z dodatkiem L. buchneri cechowała się najwyższą zawartością kwasu octowego i 1,2 propandiolu oraz etylu octanu.

                Wymienione szczepy hetero KBM cechuje wysoka “efektywność kwasu octowego” jako inhibitora grzybów i drożdży, zwłaszcza przy pH < 4,79. W tabeli 2 przedstawiono wyniki badań, które jednoznacznie wskazują na wyższą efektywność kwasu octowego przy wyższej kwasowości. Kiszonki z kukurydzy sporządzone z dodatkiem L. buchneri cechowały się wyższą zawartością “efektywnego kwasu octowego” w porównaniu do sianokiszonek o wysokim pH.

                “Efektywność kwasu octowego” jest uzależniona od kwasowości kiszonki. I tak przy sianokiszonce o pH 5,0 zawartość efektywnego kwasu octowego wynosiła tylko 1,41% w SM, zaś efektywność tylko 38%. W kiszonkach z kukurydzy przy tym samym poziomie kwasu octowego (pH 3,9-4,1) zawartość efektywnego kwasu octowego wynosiła 3,25-3,07%, zaś efektywność 88-83%.

                Przedstawione wyniki wskazują, że stosowanie dodatku L. buchneri przy sporządzaniu sianokiszonek jest niecelowe, bowiem efekt hamowania wzrostu populacji grzybów i drożdży jest ograniczony.

Powstawanie gazów cieplarnianych w procesie kiszenia biomasy

                Homo BKM w procesie fermentacji biomasy, z cukru wytwarzają głównie kwas mlekowy, według następującego założenia:

1 cząstka cukru → 2 cząstki kwasu mlekowego

                Hetero BKM cukier przetwarzają na kwas mlekowy i inne związki, według następującego równania:

cukier → kwas mlekowy + kwas octowy + 1,2 propandiol + kwas propionowy + CO2

                Znane są szczepy bakterii mlekowych, które w procesie fermentacji wytwarzają więcej kwasu octowego niż kwasu mlekowego. Do takich bakterii zaliczany jest L. buchneri, powszechnie stosowany przy zakiszaniu pasz. Wytworzony kwas octowy poprawia tlenową stabilność kiszonki. L. buchneri produkując kwas octowy w kiszonce, jednocześnie zwiększa ilość produkowanego i emitowanego do atmosfery dwutlenku węgla (McDonald i wsp.,1991) podają, że w kiszonce przy produkcji 1 g kwasu octowego, powstaje 0,733 g CO2. W tabeli 3 przedstawiono dane wskazujące ilości emitowanego CO2 z 1 tony kiszonki, w zależności od stosowanego dodatku.

                Należy podkreślić, że pobrany z kiszonką kwas octowy, w żwaczu krowy jest wykorzystywany przez bakterie metanogenne do powstawania metanu (CH4), który jest emitowany z przewodu pokarmowego do środowiska. Krowa mleczna o wydajności 6 000 kg mleka rocznie, z przewodu pokarmowego emituje 22 g/CH4/kg mleka. Roczna produkcja metanu wynosi 132 kg. Metan w porównaniu do dwutlenku węgla powoduje prawie 30-krotnie większy efekt cieplarniany. Bakterie L. buchneri z jednej strony poprawiają stabilność kiszonki, a z drugiej powodują wzrost gazów cieplarnianych.

Przyszłość inokulantów

                Nowe techniki badań zastosowane w biotechnologii dają duże możliwości wykorzystania homofermentacyjnych szczepów bakterii kwasu mlekowego w konserwowaniu biomasy. Modyfikacja DNA pozwala uzyskać szczepy, które oprócz kwasu mlekowego będą wytwarzały inne związki typu antybiotyków, mające właściwości hamowania drożdży i grzybów w kiszonce. Przykładem może być zmodyfikowany szczep L. lactis.

                Zmodyfikowane szczepy bakterii kwasu mlekowego powinny spełniać wymagania nie tylko rolników, lecz również konsumentów żywności. Nowoczesne inokulanty powinny cechować się określonymi działaniami:

■             produkować dużo kwasu mlekowego”,

■             zapewnić tlenową stabilność kiszonki,

■             ograniczać produkcję metanu w żwaczu,

■             działać przeciw chorobotwórczym organizmom np. Listeria monocytogenes,

■             ochronić białka w żwaczu i ograniczyć powstawanie N2O,

■             rozkładać węglowodany strukturalne i skrobię,

■             rozkładać mykotoksyny,

■             zwiększać zawartość CLA,

■             syntetyzować witaminy,

■             inne.

                Przedstawione dane wskazują, że współczesne inokulanty spełnić mają nie tylko wymagania rolnika, lecz coraz bardziej powinny uwzględniać rosnące potrzeby konsumenta.

Literatura u Autora

 

© 2020 Pro Agricola dom wydawniczy

Wykryto AdBlocka

 

Utrzymanie tej strony jest możliwe dzięki przychodom z reklam.
Aby móc dalej przeglądać tę stronę, prosimy o wyłączenie AdBlocka.