Химическое консервирование кормов

Химическое консервирование основано на подавлении (ингибировании) действия ферментов микроорганизмов и самого корма с помощью химических веществ. Консерванты-ингибиторы тормозят биосинтез фермента (генетический уровень) или непосредственно его действие (кинетический уровень); иногда оба действия происходят одновременно. С помощью ингибиторов можно консервировать в различных климатических зонах и при любой погоде все кормовые растения, а также отходы растениеводства и пищевой промышленности независимо от их влажности и сахарного минимума. Химические консерванты значительно снижают потери при консервировании, а в ряде случаев улучшают переваримость питательных веществ корма и обогащают его за счет своих составных элементов. Этот эффективный способ консервирования находит широкое применение во многих странах мира.

Ингибиторы кинетического уровня могут быть необратимого и обратимого действия. Первые более эффективны в сохранении кормов, а вторые быстрее и легче освобождаются от ферментов кормов в желудочно-кишечном тракте животного. Консерванты могут связываться с активной группой молекулы фермента (кофактором), конкурируя при этом с субстратом. Другие консерванты не конкурируют с субстратом, так как связываются с белковой частью фермента (апоферментом), видоизменяя молекулу фермента, что называют аллостерическим ингибированием. В таком случае консервант может подавлять одновременно несколько ферментов и его действие сильнее, чем у конкурентных консервантов. Ингибирование может происходить по принципу обратной связи, если фермент первой стадии подавляется конечным продуктом ферментативной цепи, которому аналогичен или идентичен консервант.

Химические консерванты должны обладать фунгицидным или бактерицидным действием, т. е. убивать грибки (плесени и т. д.), бактерии или вызывать бактериостаз, при котором бактерия остается живой, но временно теряет способность к размножению под влиянием неблагоприятных условий (химического вещества). Взаимодействие консерванта с микрофлорой и кормовыми растениями лучше осуществляется в жидкой среде, поэтому предпочтительны консерванты, хорошо растворимые в воде и соках растений. Вместе с тем они должны быть безвредными для людей и животных и не вызывать коррозии машин.

Химическое консервирование целесообразно применять в следующих случаях: 1) при заготовке трудносилосующихся и несилосующихся растений; 2) при уборке в условиях сезона дождей, когда другими способами консервирования трудно приготовить корма хорошего качества; 3) в условиях жаркого и сухого климата, когда эпифитная микрофлора бедна молочнокислыми бактериями и быстро развиваются гнилостные бактерии и плесени; 4) при необходимости заготовки слабопровяленных кормов или сена повышенной влажности; 5) при консервировании отходов пищевой промышленности с повышенной влажностью и т. д.

В качестве химических консервантов используют неорганические кислоты и их смеси, неорганические соединения (аммонийные соли, соли натрия и др.), органические кислоты и их производные, нейтральные органические вещества, смеси, с включением органических соединений, и газообразные вещества.

В конце XIX в. в Италии был предложен способ использования кислоты для улучшения процесса силосования. Для этих целей была, в частности, выбрана соляная кислота, входящая в состав желудочных соков. В 1928 г. финским ученым А.И. Виртаненом впервые дано научное обоснование применения химических препаратов для консервирования кормов и разработан препарат АИВ, состоящий из серной и соляной кислот.

Механизм консервирующего действия минеральных кислот основан на быстром подкислении кормовой массы до pH 3,8-4,2, при котором нарушается действие большинства ферментов и прекращается распад питательных веществ. Кроме соляной и серной кислот, в качестве консервантов применяют фосфорную кислоту, смеси этих кислот с солями. Кислотный способ консервирования позволяет использовать на корм некоторые дикорастущие растения (верблюжья колючка, солодка, камыш), которые в зеленом виде скотом не поедаются.

При наполнении силосуемой массой 1/3 хранилища вносят 75 % дозы консерванта, в среднюю часть — 100 %, а в верхнюю — 125 %. Во время хранения растворы кислот постепенно просачиваются в нижние слои, и их распределение в силосуемой массе становится равномерным. Так как высокобелковые растения (например, бобовые) обладают большей буферной емкостью, нормы кислотных препаратов для них всегда выше, чем для злаков (таблица 4.1).

Соли неорганических кислот, как сухие консерванты, более удобны в применении, чем жидкие препараты. Некоторые из них не только консервируют, но и обогащают корма азотом, фосфором, серой и др. элементами. Широко используются соли натрия. Так, натрий хлористый, или поваренная соль, является самым древним химическим веществом, применяемым человеком при квашении и солении продуктов. Как консервант она используется при заготовке сена с несколько повышенной влажностью, при силосовании же кормов не всегда дает положительные результаты. Кроме того, при высоких дозах соли корма становятся малосъедобными.

Пиросульфит, или метабисульфит натрия подавляет развитие гнилостных и маслянокислых бактерий и угнетает жизнедеятельность молочнокислых бактерий. При добавлении этой соли корм почти не подкисляется и его можно скармливать всем видам животных, не опасаясь вредного действия на организм повышенной кислотности. В Средней Азии в хозяйствах при консервировании зеленой массы люцерны, верблюжьей колючки, солодки и тростника на 1 т массы вносили 5 кг консерванта. Потери питательных веществ при этом были небольшими: сухого вещества — 7-8 %, протеина — 6-8 %, углеводов — 15-24 %, каротина — 9-12 %. В процессе силосования верблюжья колючка утрачивала колючесть, а солодка теряла горький вкус.

Наиболее дешевым по сравнению с другими консервантами является бисульфат натрия, или кислый сернокислый натрий (гидросульфат натрия). Лучше всего его применять при консервировании зеленых кормов, в которых содержится около 25 % сухого вещества. Он стимулирует развитие дрожжей, слабо действует на молочнокислые бактерии и подавляет развитие гнилостных бактерий, в результате чего в корме снижается содержание масляной кислоты, улучшается соотношение молочной и уксусной кислот, что повышает классность силоса. В условиях Средней Азии при силосовании люцерны оптимальная доза этого консерванта составляла 10 кг, а кукурузы - 8 кг на 1 т зеленой массы. В Японии бисульфат натрия используется в смеси с бензонатом натрия при заготовке кукурузного силоса.

В качестве консервантов используются также бисульфит натрия, сульфит натрия, пиросульфат натрия, сернокислый натрий, а также аммонийные соли: сульфат аммония, хлористый аммоний, бисульфат аммония, персульфит аммония, дигидроортофосфат аммония, гидроортофосфат аммония, пиросульфит аммония и др.

Пиросульфит аммония как консервант не уступает пиросульфиту натрия и, кроме того, обогащает корм азотом и серой. При силосовании кормов его применяют в норме 0,4-0,5 % к исходной массе растений. Заслуживают внимания дигидроортофосфат аммония, или аммоний фосфорнокислый однозамещенный (моноаммоний-фосфат), и гидроортофосфат аммония, или аммоний фосфорнокислый двузамещенный, которые консервируют корма и обогащают их азотом и фосфором.

Органические кислоты, главным образом молочная и уксусная, являются основными консервирующими элементами при естественном силосовании кормов. Исходя из этого, в конце 60-х годов препараты минеральных кислот стали заменяться органическими кислотами, которые менее опасны при работе с ними и более соответствуют биологическим потребностям животных. Консервирующая сила органических кислот обусловливается анионами, или недиссоциированными молекулами. Она зависит от общего числа молекул и усиливается при увеличении в их структуре двойных связей. Органические кислоты взаимодействуют с составными частями клетки и, разрушая белок и нарушая передвижение питательных веществ, могут останавливать жизненные процессы.

Широко используются в качестве консервантов летучие жирные кислоты — муравьиная, уксусная, пропионовая, участвующие в обмене веществ у животных. В рубце коровы за сутки образуется до 4,5 кг этих кислот. Для человека и животных они безвредны. Более сильным консервирующим действием обладает муравьиная кислота, подавляющая развитие грибов, гнилостных и маслянокислых бактерий, а также сдерживающая рост дрожжей и замедляющая жизнедеятельность молочнокислых бактерий. Эта кислота используется и при консервировании пищевых продуктов. В Новой Зеландии с помощью муравьиной кислоты консервируют люцерну, из расчета 4 л кислоты на 1 т зеленой массы.

Пропионовая кислота активнее, чем другие летучие жирные кислоты, подавляет плесени, поэтому она широко используется для консервирования сырого фуражного зерна, а также зеленых подкормок в аэробных условиях. По имеющимся данным, пропионовая кислота, внесенная в количестве 0,6 % к массе корма в разведении 1:3, позволяет сохранять зеленую массу в аэробных условиях не менее 2-х суток. Такое консервирование зеленых кормов необходимо в условиях крупных животноводческих комплексов.

Хорошими консервантами являются сорбиновая и бензойная органические кислоты. Сорбиновая кислота рекомендована ФАО для консервирования пищевых продуктов и кормов во всех странах мира. Она оказывает сильное действие на плесневые грибы, дрожжи, аэробные бактерии и используется в меньших в 2-3 раза дозах (0,2-0,3 % к массе консервируемого корма), чем пропионовая кислота.

Бензойная кислота также обладает сильными консервирующими свойствами и в отличие от других органических кислот менее дефицитна. На 1 т зеленой массы несилосующихся растений рекомендуется добавлять 4 кг бензойной кислоты, трудносилосующихся — 3 кг, легкосилосующихся — 2 кг.

В Японии хорошие результаты получены при силосовании кукурузы с капроновой кислотой. В Италии для улучшения хранения и качества силоса используют лимонную кислоту в дозах 0,33-0,95 % к массе корма.

Нейтральные органические консерванты не имеют кислотных и щелочных агрессивных действий при контакте с живыми организмами и предметами: машины, тара и др. В этом их преимущество. Однако таких консервантов мало. Среди них - формалин, мочевина, хлороформ, сульфитный щелок, бензоат натрия и некоторые их производные. Формалин обладает антисептическими, дезодорирующими и фунгицидными свойствами. Действующим началом его является формальдегид. По данным опытов, доза формальдегида при силосовании бобовых трав составляет 0,3 %, а злаковых трав и кукурузы — 0,2-0,25 % к массе корма. В Новой Зеландии хорошие результаты получены при консервировании люцерны формалином в смеси с муравьиной кислотой.

Сульфитный щелок является отходом производства целлюлозы. В его состав входят многие неорганические и органические соединения. Он ингибирует ферменты кормов на генетическом и кинетическом уровнях. Сульфитный щелок содержит 8-12 % сухого вещества, поэтому применять его целесообразно после упаривания (50 % сухого вещества) или в смеси с другими консервантами.

Из сточных вод от производства синтетических жирных кислот получен препарат KHMK (концентрат низкомолекулярных кислот), который по консервирующим свойствам не уступает органическим кислотам, а по стоимости вдвое дешевле их.

Выявлено преимущество препаратов, состоящих из смесей кислот, по сравнению с отдельно взятой кислотой. Для консервирования кукурузы и других легкосилосующихся растений создан препарат ВИК-1, состоящий из 27 % муравьиной, 27 % уксусной, 26 % пропионовой кислоты и 20 % воды. Для силосования трав предназначен препарат ВИК-2, состоящий из 80 % муравьиной, 11 % пропионовой и 9 % уксусной кислоты. Применение этих препаратов в дозе 0,5% при силосовании массы влажностью 80 % и ниже обеспечивает практически полное сохранение питательных веществ, в т. ч. сахара до 95 %. При силосовании массы влажностью 83 % и более эффективность препаратов снижается, и сухое вещество сохраняется на 92- 95 %, а сахар — на 40-50 %.

Газообразные консерванты рекомендуется применять в герметичных хранилищах, что обеспечивает равномерное их распределение в консервируемой массе кормов. Издавна для консервирования растениеводческой продукции применяется сернистый газ. При консервировании кормов он угнетает развитие бактерий, дрожжей и сахаромицетов. В Армении применение сернистого газа в дозах 0,2-0,5 % к массе зеленых или сочных кормов обеспечивает получение силоса хорошего качества. При обычном силосовании кормов всегда образуется углекислый газ. Им можно консервировать корма естественной и пониженной влажности (сенаж), вытесняя из кормовой массы воздух и создавая анаэробные условия. Опыты показали, что использование углекислого газа в дозе 20-30 кг на 100 т гарантирует высокое качество силоса и сенажа. Положительные результаты получены еще советскими учеными при консервировании зеленых кормов с помощью ионизированного воздуха.

Технология химического консервирования зеленых кормов не отличается от обычного силосования, но включает еще одну операцию — внесение консерванта. Вносить консервант можно тремя способами: путем обработки растений на корню перед их скашиванием, а также посредством внесения его в процессе скашивания растений или при закладке их в силосохранилища.

Технология обработки растений на корню не имеет завершенных разработок и потому в сельскохозяйственном производстве не распространена. В целях реализации этого способа ведутся поиски неагрессивного препарата, способного не только консервировать травы, но и обогащать почву элементами питания, стимулируя рост отавы. Для внесения консервантов при уборке кормовых растений созданы дозаторы-аппликаторы для жидких и сухих консервантов, применяемые на кормоуборочных машинах. При заполнении силосохранилищ для внесения консервантов приспосабливают различные опрыскиватели и опыливатели.

Особое внимание должно уделяться точному соблюдению дозировок консерванта. Заниженные дозы консервантов снижают питательность кормов и даже приводят к полной их порче, тогда как избыточные дозы вызывают бесполезные затраты. Дозы консерванта возрастают с повышением содержания белка и буферности корма, с увеличением количества ферментов, общей поверхности корма и числа вредных микроорганизмов.

Отходы переработки пищевых и технических культур можно консервировать путем силосования, а также искусственной сушкой и с помощью химических препаратов. В южных районах хорошие результаты получены при консервировании фруктовых выжимок и ботвы корнеплодов (свеклы) ацетилмочевиной и гликозилмочевиной, а отходов от переработки томатов — бензоат натрием в дозе 0,3 %. Хорошими консервантами для таких кормов являются также пиросульфит натрия, салициловая кислота и др. Силос с химическими консервантами можно скармливать через 1-2 месяца после его закладки.

При химическом консервировании сена препараты вносят путем обработки растений на корню или в скошенных рядках, а также при закладке сена на хранение или при прессовании. Для обработки скошенных растений или на корню применяют обезвоживающие средства, или десиканты, ускоряющие их сушку. Для подсушивания трав используют пропионовую кислоту, углекислый газ и др. Во многих странах хорошие результаты дает обработка консервантами сена влажностью 20- 40 % перед прессованием или одновременно с ним. Внесение препаратов проводится специальными приспособлениями, установленными на пресс-подборщиках.

В Японии при консервировании сена из тимофеевки и ежи сборной 40 %-ной влажности были достигнуты хорошие результаты при обработке их безводным аммиаком в дозе 2-3 % к массе корма. Химическое консервирование целесообразно только для сохранения высококачественного сена повышенной влажности. Обрабатывать консервантами сено низкого качества нерентабельно.

Если не хватает оборудованных зернохранилищ и сушильной техники, обеспечивающих хранение фуражного зерна кондиционной влажности (10-15 %), прибегают к его силосованию. Однако при обычном силосовании влажного зерна происходят довольно большие потери сухого вещества, которые значительно сокращаются при химическом консервировании. К числу эффективных консервантов влажного зерна относят пропионовую кислоту (доза 1 % к массе зерна), пиросульфит натрия (1,5 %), гидросульфит натрия, пиросульфит аммония (1,5 %), сорбиновую кислоту, тиомочевину, сульфаминовую кислоту (2 %).

При химическом консервировании влажного зерна необходимо очистить его от растительных остатков и др. примесей, точно определить влажность, равномерно смешать с препаратом, строго соблюдая дозировки, а также установить постоянный контроль за температурой консервированного влажного зерна. Если обнаруживается самонагревание, то зерно дополнительно обрабатывают консервантами или сушат.

Обработанное зерно можно загружать в хранилища ленточными, шнековыми и пневматическими транспортерами. Для зерна, обработанного пропионовой кислотой, можно применять пневматические транспортеры только после выдержки его в ворохе в течение 30 (фуражные злаки) или 60 мин (крупносеменные бобовые). При невыполнении этого требования часть кислоты может улетучиться с поверхности зерна, что неизбежно приведет к его порче.

Зерно при влажности 21-52 %, обработанное пиросульфитом натрия, не прорастает, не плесневеет и не самонагревается в течение 20-80 суток и более. В процессе хранения зерна пиросульфит натрия разлагается, с образованием небольшого количества химических соединений, не влияющих на здоровье животных. Солнечные лучи, и повышенная температура воздуха усиливают активность пиросульфита натрия, но уменьшают срок его действия. С увеличением дозы препарата продолжительность сохранности зерна увеличивается независимо от его влажности. Например, зерно, обработанное пиросульфитом натрия в дозе 10-11 кг на 1 т зерна, сохраняется 30-35 суток, а в дозе до 15 кг —70-120 суток.

При отсутствии хранилищ зерно, обработанное пропионовой кислотой или пиросульфитом натрия, можно хранить в буртах на бетонированных (асфальтированных) площадках, с укрытием его полимерной пленкой.

Работа с химическими препаратами требует осторожности и строгого соблюдения правил техники безопасности. Многие сухие консерванты, в т. ч. бензойная кислота, могут пылить и раздражать слизистые оболочки. Подобное раздражение слизистых оболочек вызывают пары пропионовой кислоты. Поэтому с такими консервантами необходимо работать в защитной одежде, очках, пользоваться противопылевыми респираторами. При работе с кислотами необходима одежда с кислотозащитной пропиткой, а также резиновые сапоги и перчатки. Наиболее опасна работа с газами (аммиак, озон и др.), в этом случае обязательно использование противогазов и резиновой спецодежды.