ON THE INFLUENCE OF THE DEGREE OF COMPACTION OF FEED GRAIN ON THE QUALITY OF FERMENTATION WHEN USING VARIOUS PREPARATIONS FOR ITS PRESERVATION

ВЛИЯНИЕ СТЕПЕНИ УПЛОТНЕНИЯ СЫРОГО ФУРАЖНОГО ЗЕРНА НА КАЧЕСТВО БРОЖЕНИЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РАЗЛИЧНЫХ ПРЕПАРАТОВ ДЛЯ ЕГО КОНСЕРВИРОВАНИЯ

Научная статья

Емельянова Е.В.*

Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино, Россия

* Корреспондирующий автор (len.ryabukhina[at]yandex.ru)

Аннотация

Технология консервирования и анаэробного хранения плющеного сырого зерна, сходная с силосованием трав, достаточно хорошо изучена и широко применяется на практике. Вместе с тем имеющиеся отличия этих технологий не позволяют автоматически переносить известные положения технологии силосования на консервирование зерна. Неизвестно, как повлияет, например, разная степень уплотнения зерна на консервирующие свойства химических и биологических препаратов. В результате проведённых исследований нами было установлено, что наибольшее положительное влияние на качество брожения консервируемого сырого плющеного зерна ячменя со средней степенью уплотнения при закладке на хранение оказала порошкообразная сера, обеспечивая преимущество гомоферментативного молочнокислого брожения и преобладание молочной кислоты в общем количестве кислот брожения, а также лучшее подкисление корма в процессе заготовки и хранения.

Ключевые слова: сырое фуражное зерно, консервирование, препараты, кислотность, органические кислоты.

ON THE INFLUENCE OF THE DEGREE OF COMPACTION OF FEED GRAIN ON THE QUALITY OF FERMENTATION WHEN USING VARIOUS PREPARATIONS FOR ITS PRESERVATION

Research article

Emelyanova E.V.*

Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics, Knyaginino, Nizhny Novgorod Oblast, Russia

* Corresponding author (len.ryabukhina[at]yandex.ru)

Abstract

Similar to grass silage, the technology of canning and anaerobic storage of flattened raw grain is sufficiently studied and is widely used in practice. At the same time, the existing differences between these technologies do not allow for an immediate application of the known provisions of the silage technology to grain canning. For instance, It is not known how different degrees of grain compaction will affect the preserving properties of chemical and biological preparations. The results of the research demonstrate that powdered sulfur has the greatest positive effect on the fermentation quality of canned raw flattened barley grain with an average degree of compaction when laying for storage, providing the advantage of homofermentative lactic acid fermentation and the predominance of lactic acid in the total amount of fermentation acids as well as better acidification of feed during harvesting and storage.

Keywords: raw feed grain, canning, preparations, acidity, organic acids.

Введение

Рационы высокопродуктивных сельскохозяйственных животных обладают повышенной концентрацией обменной энергии в сухом веществе и сбалансированы по другим элементам питания. Такую концентрацию энергии обеспечивают концентрированные корма, основной и неотъемлемой частью которых является фуражное зерно. Поэтому в современных условиях сельскохозяйственного производства на передний план выходит проблема наиболее полного сохранения качества зернофуражных кормов собственного приготовления от заготовки до скармливания [1].

Технология герметичного хранения сырого фуражного зерна с влажностью 30 % и более достаточно давно известна и сходна с силосованием тем, что консервирование корма обеспечивается органическими кислотами, получаемыми в ходе брожения. Наиболее желательным типом брожения при этом является молочнокислое. Молочная кислота обладает наибольшими подкисляющими свойствами и её образование происходят с наименьшими потери питательной ценности корма [2]. Однако между силосованием зелёной массы и консервированием сырого зерна имеются принципиальные отличия в силу специфичности способа сохранения последнего. Естественная консервируемость (силосуемость) сырого зерна существенно ниже, чем у трав из-за меньшей влажности и ограниченности содержания простых сахаров. Из-за низкого их содержания молочная кислота в таком сырье образуется медленно. Как показали проведённые исследования [3], [4], размер образования органических кислот в нём в 10 раз меньший, чем при силосовании. К тому же молочнокислые и другие бактерии, образующие в анаэробных условиях органические кислоты, консервирующие такое зерно, в составе эпифитной микрофлоры практически отсутствуют [5].

Вместе с тем при высоком содержании сухого вещества и крахмала сырое плющеное зерно является идеальным субстратом для развития дрожжей и плесени [6]. Это может привести к потере дорогостоящих зерновых кормов и стать причиной тяжёлых заболеваний скота (микотоксикозы). Поэтому при консервировании зерна повышенной влажности требуется использование специальных приёмов, которые предотвращаю развитие такой микрофлоры. К таким приёмам можно отнести обработку сырого зерна химическими или биологическими консервантами, применение которых некоторые авторы считают обязательным [7], [8].

Учитывая разницу по биохимическому составу, уровню содержания сухого вещества и другим параметрам между зернофуражом и силосной массой трав, можно предположить, что при использовании одних и тех же технологических приёмов результаты консервирования могут быть совершенно разными. В связи с этим целью наших исследований являлось определение влияния отдельных технологических приёмов на результаты консервирования сырого фуражного зерна.

Методы и принципы исследования

В лабораторных условиях изучали влияние химического консерванта «Промир», состоящего из 43-48 % муравьиной кислоты, 18-23 % пропионовой кислоты и 4-8 % формиата аммония, порошкообразной серы, содержание которой в препарате составляет 99,5 %, а кроме того, в нём также содержится 0,2% влаги и 0,05% золы (АС. 1099937) и биопрепарата Биосил НН, в состав которого включены молочнокислые бактерии Lactobacillus casei и Lactococus lactic на результаты консервирования сырого плющеного зерна ячменя. Доза внесения препарата «Промир» составляла 3 л/т, биологического препарата Биосил НН – 1 л/40 т, порошкообразной серы – 1 кг/т зерна. Зерно закладывалось на хранение в трёхкратной повторности в герметические ёмкости объёмом 1 дм³ без принудительного уплотнения (самоуплотнение), со средней и сильной степенью трамбовки. Срок хранения – 4 месяца. Методика закладки лабораторного опыта общепринятая [9]. Обработка результатов исследования проведена методом вариационной статистики на РС Pentium IV с помощью стандартного набора статистических программ.

Основные результаты

Консервирование сырого фуражного зерна происходит за счёт образующихся при брожении в анаэробных условиях органических кислот, состав и удельная масса которых корректируется вносимыми добавками. В нашем исследовании наивысшая концентрация кислот брожения в сухом веществе консервированного зерна, в т.ч. молочной, наблюдалась при его хранении без добавок при сильном и среднем уплотнении и при самоуплотнении с препаратом «Промир», уксусной – при среднем и сильном уплотнении и хранении без добавок и с препаратом «Промир» при самоуплотнении и сильном уплотнении (см. таблицу 1). Следует отметить, что третьим по концентрации молочной кислоты в сухом веществе было зерно с порошкообразной серой, уложенной на хранение при средней степени уплотнения.

 

Таблица 1 – Кислотообразование

Показатель	Вариант консервирования	Степень уплотнения, % от сухого вещества
		самоуплотнение	средняя	сильная
Сумма органических кислот	без добавок	0,82±0,21	1,26±0,01	1,39±0,06
	с «Промиром»	1,36±0,31	0,69±0,06	1,13±0,03
	с Биосилом НН	0,41±0,04	0,30±0,01	0,38±0,04
	с порошкообразной серой	0,49±0,05	0,81±0,07	0,61±0,06
В т.ч.: молочная	без добавок	0,36±0,02	0,51±0,05	0,78±0,04
	с «Промиром»	0,72±0,13	0,33±0,02	0,51±0,05
	с Биосилом НН	0,19±0,02	0,15±0,01	0,18±0,03
	с порошкообразной серой	0,24±0,01	0,55±0,05	0,41±0,05
уксусная	без добавок	0,45±0,06	0,75±0,04	0,61±0,12
	с «Промиром»	0,64±0,16	0,36±0,05	0,62±0,03
	с Биосилом НН	0,22±0,02	0,15±0,00	0,20±0,06
	с порошкообразной серой	0,21±0,04	0,24±0,02	0,20±0,01
Соотношение кислот: молочная/уксусная	без добавок	0,80/1,00	0,68/1,00	1,28/1,00
	с «Промиром»	1,12/1,00	0,92/1,00	0,82/1,00
	с Биосилом НН	0,86/1,00	1,00/1,00	0,90/1,00
	с порошкообразной серой	1,14/1,00	2,29/1,00	2,02/1,00

 

Масляная кислота в составе продуктов брожения консервированного зерна не была обнаружена, что говорит о высоком его качестве.

Кроме общего количества молочной кислоты в составе консервированного продукта интенсивность его подкисления обеспечивается доминированием этого продукта в составе всего объёма кислотообразования. В нашем случае наивысшее превосходство молочной кислоты над уксусной наблюдалось в составе зерна с порошкообразной серой, заложенного на хранение при среднем и максимальном уплотнении (см. таблицу 1). Самыми близкими по значению к этим вариантам хранения зерна были показатели сильно уплотнённого зерна без добавок. В остальных случаях преимущество было либо незначительным, либо отсутствовало.

Влияние массовой доли молочной кислоты в общем объёме кислотообразования на степень подкисления консервируемого зерна была подтверждена корреляционным анализом (r=-0,651; Р<0,01), и в этом также нетрудно убедиться из данных, представленных в таблицах 1-2. Как уже отмечалось, наибольшее превосходство (более чем 2-кратное) содержания молочной кислоты над уксусной было при консервировании её порошкообразной серой и укладке на хранение со средней и сильной степенью уплотнения. Именно в этих вариантах хранения зерно оказалось наиболее подкисленным (см. таблицу 2).

 

Таблица 2 – Кислотность зерна

Степень уплотнения	Варианты консервирования
	без добавок	с «Промиром»	с Биосилом НН	с порошкообразной серой
самоуплотнение	6,23±0,02	6,23±0,02	6,22±0,06	5,85±0,08
средняя	6,28±0,07	6,93±0,06	6,20±0,05	4,78±0,12
сильная	6,20±0,00	5,97±0,03	6,25±0,03	5,40±0,17

 

Сравнение показателей подкисления зерна со средним значением рН по опыту подтвердило указанную тенденцию. При всех способах уплотнения лучшее подкисление (значения ниже 1) обеспечивалось лишь при использовании порошкообразной серы, тогда как действие других препаратов на этот показатель было слабым (см. рисунок 1A).

Рис. 1 – Влияние степени уплотнения на общее кислотообразование (D), размер синтеза молочной (C) и уксусной (B) кислот и подкисление зерна (А) при использовании разных консервирующих добавок

 

При усилении степени уплотнения зерна общее кислотообразование повышалось как при спонтанном брожении и использовании порошкообразной серы (см. таблицу 1), так и в среднем по всем вариантам опыта (см. рисунок 1D). При самоуплотнении наибольшее положительное отклонение от среднего значения (в 1,8 раза), отрицательное – с Биосилим НН (примерно в 2 раза). При среднем уплотнении выше средних значений содержание органических кислот было у зерна без добавок и с порошкообразной серой, при сильном – у зерна без добавок и с химическим консервантом «Промир».

Молочная кислота является наиболее желательным продуктом брожения при заквашивании кормов, так как от остальных кислот брожения отличается самой высокой подкисляющей способностью и её образование сопровождается наименьшими потерями питательной ценности исходного материала. При использовании химического консерванта «Промир» и молочнокислой закваски Биосил НН самое высокое содержание молочной кислоты в зерне отмечалось тогда, когда оно закладывалось на хранение без принудительного уплотнения, порошкообразной серы – при среднем и без добавок – при сильном уплотнении (см. таблицу 1). При этом кроме биопрепарата остальные виды добавок и самоконсервирование позволяли довести её содержание до значений, превышающих средние показатели по опыту (см. рисунок 1C).

Второй по значению в правильно законсервированном корме является уксусная кислота. Уксусная кислота образуется либо молочнокислыми бактериями из пентоз при гомоферментативном брожении, либо уксуснокислыми бактериями в аэробных условиях. Второй путь при консервировании зерна также вполне реален, учитывая долгое сохранение аэробных условий в межзерновом пространстве. Если при силосовании трав в силосохранилище в результате быстрого уплотнения растительной массы анаэробные условия возникают в течении нескольких часов после закладки, то при хранении влажного зерна они создаются только через 2-3 суток [10].

Наиболее высокое содержание этой кислоты, как правило, превосходящее средние значения по вариантам уплотнения (значения выше 1), отмечено в зерне с химическим консервантом «Промир» и в самоконсервированном при сильном уплотнении и при его отсутствии (см. рисунок 1B).

Консервирование зерна порошкообразной серой и использование для этих целей биопрепарата Биосил НН при закладке на хранение приводило к снижению содержания в нём уксусной кислоты ниже средних значений по опыту практически при всех способах уплотнения.

Обсуждение

Изменение степени уплотнения зерна по-разному сказывалось на ход брожения консервируемого сырого плющенного зерна с влажностью около 25 % при использовании различных химических и биологического препарата. Общее кислотообразование наиболее интенсивно происходило в самоконсервируемом зерне и его размеры возрастали при усилении степени уплотнения. При этом при самоуплотнении и средней интенсивности трамбовки в общем количестве кислот брожения преобладала уксусная кислота, при сильной – молочная. Такие изменения состава кислот, вероятно, можно объяснить уменьшением количества кислорода в межзерновом пространстве при усилении степени уплотнения и более быстром создании анаэробных условий, что активизирует молочнокислое брожение. Уксуснокислые бактерии, как облигатные аэробы, способны развиваться только в присутствии кислорода воздуха. Меньшее образование уксусной кислоты в зерне при отсутствии трамбовки, вероятно, связано с конкуренцией этого вида бактерий за сахар с другой аэробной силосной микрофлорой, например, гнилостными бактериями.

При консервировании зерна препаратом «Промир» изменения содержания и соотношения кислот брожения было противоположным результатам консервирования зерна без добавок. При усилении степени уплотнения количество органических кислот в составе зерна по окончании срока хранения уменьшалось. Возможно, такой характер брожения объясняется тем, что в неуплотнённом зерне летучие жирные кислоты из состава препарата равномернее распределялись в массе зерна, что приводило к ингибированию, в первую очередь, порочных типов брожения, в т.ч. отчасти и уксуснокислого. Наибольшую ингибирующую способность препарат проявлял при средней степени уплотнения, при которой резко падало количество обнаруженных в зерне органических кислот. Дальнейшее усиление трамбовки уменьшало подавляющую способность химического консерванта, что приводило к увеличению образования органических кислот. При использовании консерванта «Промир» в зерне в среднем содержалось примерно столько же органических кислот, как и при спонтанном брожении зерна без добавок. Это может быть связано как при увеличении их количества за счёт состава самого консерванта, так и из-за активизации процессов брожения при его использовании.

Самое заторможенное течение процесса брожения наблюдалось при консервировании зерна с биопрепаратом Биосил НН. Усиление степени уплотнения зерна вначале снижало кислотообразование, а затем возвращало его к значениям самоуплотнения при некотором улучшении качества брожения – увеличении доли молочной кислоты в их общем количестве. Торможение процессов брожения могло быть обусловлено увеличением численности молочнокислых бактерий за счёт внесения закваски и усилением конкуренции с эпифитной микрофлорой за легкогидролизуемые сахара. Вместе с тем отсутствие осмотолерантных видов молочнокислых бактерий в составе закваски, медленное создание анаэробиоза и низкое содержание сахара в зерне не позволили направить молочнокислое брожение по гомоферментативному пути и добиться доминирования молочной кислоты в составе продуктов брожения. Из-за низкого содержания кислот брожения подкисление зерна во всех вариантах уплотнения было слабым.

Наиболее благоприятные условия для улучшения качества брожения сырого фуражного зерна при использовании порошкообразной серы сложились при средней степени его уплотнения при закладке на хранение. В этом случае образовалось самое большое по сравнению с использованием других добавок общее количество кислот брожения, в т.ч. молочной кислоты и обеспечена самая высокая доля этой кислоты в составе кислот брожения (около 2/3). Возможным объяснением этому может служить создание благоприятных условий для трансформации серы в различные соединения с консервирующими свойствами. В частности, такие соединения явились хорошими подкислителями, на что указывает усиление степени подкисления зерна с серой в сравнении с остальными вариантами его консервирования.

Заключение

Наиболее выраженным стимулирующим воздействием на подкисление зерна при средней степени уплотнения обладала порошкообразная сера. При её использовании существенно улучшалось качество брожения за счёт увеличения синтеза молочной кислоты и существенном преобладании её над остальными кислотами брожения. Комплексное влияние ингибирующих и подкисляющих свойств препарата и повышенного образования молочной кислоты при отсутствии масляной оказали наибольшее положительное влияние на успех консервирования сырого плющеного зерна.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Перекопский А. Н. Ресурсосберегающая технология производства фуражного зерна плющением и консервированием / А. Н. Перекопский // Экология и сельскохозяйственная техника: материалы 3-й научно-практической конференции СЗНИИМЭСХ. Санкт Петербург, 2002. Т. 2. С. 150‒156.
2. Победнов Ю. А. Силосование люцерны с препаратами молочнокислых бактерий. / Ю. А. Победнов А. А. Мамаев, М. С. Иванова и др. // Животноводство и кормопроизводство. 2018. Том 101. № 1. С. 213-220.
3. Рамане, И. А. Консервирование влажного зерна / И. А. Рамане // Кормопроизводство. – 1983. – № 8.
4. Рамане, И. А. Консервирование сырого зерна в герметичной среде / И. А. Рамане // Технология заготовки кормов и кормление сельскохозяйственных животных. – Рига, 1974. – С. 41-44.
5. Кашеваров, Н. И. Научное обеспечение производства зернофуража в Сибири / Н. И. Кашеваров, В. Ф. Резников // Зернофураж в России. – М. - Киров: ОАО «Дом печати – Вятка», 2009. – С. 154-160.
6. Виноградов, В. Н. Использование зернофуража в кормлении молочного скота / В. Н. Виноградов, М. П. Кириллов, В. М. Дуборезов // Зернофураж в России. – М. - Киров: ОАО «Дом печати – Вятка», 2009. – С. 342-350.
7. Для заготовки влажного плющеного зерна злаковых и зернобобовых культур, кукурузы и корнажа // [Электронный ресурс]. – URL: http://lallemand.su/index.php?Itemid=25&id=16&option=com_content&task=view (дата обращения 06.01.2014)
8. Нефѐдов, Г. Г. Плющеное зерно – дёшево и качественно [Электронный ресурс]. – URL: http://www.dairynews.ru/ dairyfarm/plyushchenoe-zerno-dyeshevo-i-kachestvenno.html (дата обращения 05.01.2014)
9. Проведение опытов по консервированию и хранению объемистых кормов: методические рекомендации / В.А. Бондарев, В.М. Косолапов, Ю.А. Победнов [и др.]. М.: ФГУ РЦСК, 2008. 67 с.
10. Эффективное консервирование плющеного зерна / Г. Ю. Лаптев, Н. И. Новикова, Е. А. Йылдырым и др. // Сельскохозяйственные вести. – 2017. – №3. – С. 38-39.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Perekopskiy A. N. Resursosberegayushchaya tekhnologiya proizvodstva furazhnogo zerna plyushcheniyem i konservirovaniyem [Resource-saving technology for the production of feed grain by flattening and canning] / A. N. Perekopskiy // Ekologiya i sel'skokho-zyaystvennaya tekhnika [Ecology and agricultural technology]: materialy 3-y nauchno-prakticheskoy konferentsii SZNIIMESKH Saint Petersburg [materials of the 3rd scientific-practical conference SZNIIMESH. Saint Petersburg] 2002. – Vol. 2. – P. 150‒156. [in Russian]
2. Pobednov YU.A. Silosova-niye lyutserny s preparatami molochnokislykh bakteriy [Silage of alfalfa with lactic acid bacteria preparations]. / YU. A. Pobednov, A. A. Mamayev, M. S. Ivanova et al. // Zhivotnovodstvo i kormoproizvodstvo [Livestock and fodder production]. – 2018. – Vol. 101. – No. 1. – P. 213-220. [in Russian]
3. Ramane I. A. Konservirovaniye vlazhnogo zerna [Canning wet grain] / I. A. Ramane // Kormoproizvodstvo [Feed production]. – 1983. - No. 8. [in Russian]
4. Ramane I. A. Konservirovaniye syrogo zerna v germetichnoy srede [Preserving raw grain in an airtight environment] / I. A Ramane //Tekhnologiya zagotovki kormov i kormleniye sel'skokhozyaystvennykh zhivotnykh [Technology of feed preparation and feeding of agricultural animals]. – Riga, 1974. – P. 41-44 [in Russian]
5. Kashevarov N. I. Nauchnoye obespecheniye proizvodstva zernofurazha v Sibiri [Scientific support of grain fodder production in Siberia] / N. I. Kashevarov, V. F. Reznikov // Zernofurazh v Rossii [Grain fodder in Russia]. – M. - Kirov: OAO «Dom pechati – Vyatka» [M. - Kirov: JSC "House of the press - Vyatka] 2009. – P. 154-160. [in Russian]
6. Vinogradov V. N. Ispol'zovaniye zernofurazha v kormlenii molochnogo skota [The use of grain fodder in feeding dairy cattle] / V. N. Vinogradov, M. P. Kirillov, V. M. Duborezov // Zernofurazh v Rossii. [Grain forage in Russia]. – M. - Kirov: OAO «Dom pechati – Vyatka» [M. - Kirov: JSC "House of the press - Vyatka"] 2009. – P. 342-350. [in Russian]
7. Dlya zagotovki vlazhnogo plyushchenogo zerna zlakovykh i zernobobovykh kul'tur, kukuruzy i kornazha [For harvesting wet crimped grain of cereals and leguminous crops, corn and cornage] [Electronic resource]. - URL: http://lallemand.su/index.php?Itemid=25&id=16&option=com_content&task=view (accessed 01.06.2014) [in Russian]
8. Nefèdov, G. G. Plyushchenoye zerno – doshevo i kachestvenno [Stuffed grain - cheap and high quality] [Electronic resource]. - URL: http://www.dairynews.ru/ dairyfarm / plyushchenoe-zerno-dyeshevo-i-kachestvenno.html (accessed 01.05.2014) [in Russian]
9. Provedeniye opytov po konservirovaniyu i khraneniyu ob"yemistykh kormov: metodicheskiye rekomendatsii [Conducting experiments on canning and storing bulky feed: guidelines] / V.А. Bondarev, V.M. Kosolapov, Yu.A. Pobednov et al. – Moscow: FGU RCSK, 2008. – 67 p. [in Russian]
10. Effektivnoye konservirovaniye plyushchenogo zerna [Effective preservation of crimped grain] / G. Yu. Laptev, N. I. Novikova, E. A. Yildirim et al. // Sel'skokhozyaystvennyye vesti [Agricultural news]. – 2017. – No. 3. – P. 38-39 [in Russian].