Scott Dennis i Bill Mahanna
Przechowywanie kiszoniek przebiega prawidłowo i odpowiednio długo, jeśli bakterie kwasu mlekowego właściwie przekształcają cukier w kwas mlekowy. Proces ten warunkuje obniżenie pH kiszonki, dzięki temu z kolei dochodzi do inaktywacji enzymów roślinnych i hamowania działania szkodliwych mikroorganizmów (bakterii epifitycznych, w tym Clostridium sp., drożdży, pleśni itp.), które znajdują się w surowcu roślinnym w czasie kiszenia.
Inokulanty na start
Za najbardziej pożądany kwas fermentacyjny uważany jest kwas mlekowy. Jest on silniejszy niż inne kwasy organiczne (octowy, propionowy lub maślany), wytwarzane przez mikroorganizmy kiszonkowe. Skuteczny i szybki spadek pH zmniejsza ilość traconego cukru, minimalizując jednocześnie degradację białek. Interakcja ta zachowuje i poprawia jakość odżywczą zakiszanej paszy. Opracowując i wprowadzając po raz pierwszy na rynek inokulanty bazujące na bakteriach homofermentatywnych kwasu mlekowego, skupiono się na zmniejszeniu utraty suchej masy podczas początkowej fermentacji. Uzyskano to przez inokulacje bakterii kwasu mlekowego Lactobacillus plantarum. Ich działanie zdominowało proces fermentacji i skutecznie przekształciło 6-węglowy cukier w dwie cząsteczki trzywęglowego kwasu mlekowego. Założono, że niskie pH zahamuje działanie wszystkich niepożądanych mikroorganizmów w zakiszanej masie i zapewni najlepszą możliwą ochronę. Jednak pierwsza generacja inokulantów często zawodziła, prowadząc do zagrzewania kiszonki podczas skarmiania.
Niechciane drożdże
Nie rozumiano wówczas, że rozwój niektórych drożdży przyswajających mleczan (gatunki Candida i Hanensula) nie był hamowany przez wysoki poziom kwasu mlekowego lub niskie pH. Gatunki te rozwijały się i przeżywały stosunkowo dobrze, szybko też rozmnażały się w warunkach tlenowych podczas skarmiania kiszonki. Drożdże wykorzystujące kwas mlekowy jako źródło energii w warunkach tlenowych, powodują wzrost pH kiszonki (z powodu utraty kwasu mlekowego). Sprzyja to jej psuciu się i rozwojowi pleśni. Efektem końcowym jest utrata cukru, skrobi i białka oraz wytwarzanie znacznej ilości ciepła. Obecnie dobrze udokumentowano, że populacje drożdży o dużej liczebności notowane są w kiszonce z kukurydzy, kiszonce z traw i kiszonym ziarnie kukurydzy (a tylko w niewielkiej liczbie występują w kiszonce z lucerny) i odgrywają kluczową rolę w inicjowaniu kaskady drobnoustrojów powodujących zagrzewanie kiszonki.
Heterofermentacyjne bakterie mlekowe
Po zidentyfikowaniu problemu z drożdżami, zaczęto wdrażać kolejną generację inokulantów, obejmującą heterofermentacyjne bakterie mlekowe (LAB) – Lactobacillus buchneri. Modyfikatory te przekształcają 6-węglowy cukier w jedną cząsteczkę 3-węglowego kwasu mlekowego i jedną cząsteczkę 2-węglowego kwasu octowego, przy jednoczesnej utracie jednej cząsteczki CO2 (ostateczna przyczyna utraty suchej masy). Początkowo sądzono, że te heterofermentacyjne LAB są niepożądane jako inokulanty do zaszczepiania kiszonki, ponieważ nie powodowały spadku pH tak silnie jak homofermentatywne LAB oraz powodowały utratę węgla z każdego cukru.
W jedności siła
W miarę jak normą stały się większe silosy i ściany pryzmy z wolniejszym wybieraniem ściany kiszonki, zagrzewanie kiszonki z kukurydzy i kiszonego ziarna stało się poważniejszym problemem związanym z utratą składników odżywczych i zmniejszoną smakowitością paszy. Kwas octowy (i inne związki) wytwarzany przez L. buchneri hamował rozwój populacji drożdży, mimo że nie jest tak mocnym kwasem jak kwas mlekowy. Obecnie powszechnie przyjmuje się, że inokulanty zawierające kombinację homofermentatywnych LAB (skutecznie obniżających pH), jak i heterofermentacyjnego L. buchneri (skutecznie hamującego rozwój drożdży) są efektywnym narzędziem do kierowania fermentacją na początku kiszenia oraz zapewniają stabilność kiszonki w warunkach tlenowych. Tej kombinacji szczepów inokulujących czasami towarzyszy błędna interpretacja wyników laboratoryjnych kwasów tłuszczowych. Wynika to z faktu, że w silosie L. buchneri rosną znacznie wolniej niż homofermentatywne LAB, a ich aktywność wzrasta wraz ze spadkiem pH. W środowisku o niskim pH L. buchneri jako główne źródło energii wykorzystuje kwas mlekowy (zamiast cukru). Dlatego poziom kwasu mlekowego spada, a kwasu octowego rośnie, z kolei poziom cukru resztkowego w kiszonce pozostaje niezmienny.
Kto destabilizuje kiszonkę?
Aktualne badania przeprowadzone w USA przez naszych mikrobiologów zajmujących się kiszonką, dotyczą właściwej kontroli kiszonki z kukurydzy. Wskazały one na sytuacje w których, mimo wysokiego poziomu kwasu octowego i niskiej liczby drożdży, dochodziło do zagrzewania się kiszonki. . Biorąc pod uwagę obecnie przyjęte rozumienie niestabilności tlenowej, nie powinno to mieć miejsca. Wskazówką odnośnie do zachodzącego procesu był fakt, że próbki pobierane z głębi silosu miały wyższy poziom etanolu niż wskazania norm, w próbkach powierzchniowych był on z kolei nieobecny. Fakt ten wskazuje na obecność mikroorganizmu zdolnego do metabolizowania etanolu. Po izolacji materiału stwierdzono obecność w nim bakterii z rodzaju Acetobacter, sprawcy destabilizacji kiszonki. Acetobacter sp. produkują kwas octowy (wykorzystywane są w komercyjnej produkcji octu). Uczestniczą one w procesie preferencyjnej przemiany etanolu (z drożdży) w kwas octowy w obecności tlenu (po otwarciu, np. pryzmy). Przy ich udziale, gdy poziom etanolu jest niski, dochodzi także do przekształcania kwasu mlekowego i octowego w dwutlenek węgla i wodę, wytwarza się także ciepło.
Portret sprawcy
Acetobacter sp.to bezwzględnie tlenowe bakterie Gram ujemne, mogące przeżyć i rozwijać się w środowisku kwaśnym, o niskim pH. Występują powszechnie w przyrodzie: w glebie, wodzie i powietrzu. Posiadają wici, dlatego w przeciwieństwie do bakterii kwasu mlekowego, są stosunkowo ruchliwe w kiszonkach. W trakcie metabolizmu Acetobacter sp. powstaje octan etylu i mleczan etylu, o zapachu „lakieru do paznokci”. Zapach ten może odpowiadać za zmniejszone spożycie kiszonki przez bydło. W warunkach beztlenowych drożdże wytwarzają etanol, który samoczynnie przekształca się w octan etylu i mleczan etylu, jest to wynikiem reakcji chemicznej wspomaganej kwasem. Acetobacter sp. w warunkach tlenowych powoduje powstanie octanu etylu i mleczanu etylu.
Badania potwierdzają
Nasze badania wykazały, że aromat „lakieru do paznokci” jest wyczuwalny około 24 godziny przed rozpoczęciem zagrzewania się kiszonki. Europejscy naukowcy odkryli, że w kiszonkach zarówno bakterie z rodzaju Acetobacter, jak i drożdże często rozwijają się jednocześnie, gdy kiszonka jest wystawiona na działanie powietrza. Drożdżeuważane są za głównych winowajców inicjowania zagrzewania się kiszonki poddanej działaniu powietrza. Naukowcy z U.S. Dairy Forage Research Center odkryli, że bakterie z rodzaju Acetobacter inicjowały zagrzewanie kiszonki we wszystkich prowadzonych doświadczeniach i powtórzeniach, drożdże natomiast tylko w jednej trzeciej przypadków. Wyniki sugerują, że zagrzewanie kiszonki podczas skarmienia, czego powodem jest obecność Acetobacter sp. , jest znacznie powszechniejsze niż sądzono.
O tym warto pamiętać
Brak zrozumienia roli Acetobacter sp. wynika również z faktu, że wykazanie obecności i stwierdzenie liczebności populacji Acetobacter sp. na podłożach selektywnych jest prawie niemożliwe. W komercyjnych laboratoriach mikrobiologicznych, w badanym materiale, oceniana jest zazwyczaj całkowita liczba tlenowców, dodatkowo często błędnie interpretowanych jako gatunki z rodzaju Bacillus. Bakterie z rodzaju Acetobacter występują w dobrze przygotowanych, mocno zagęszczonych kiszonkach, które mają podwyższony poziom etanolu (wynikający z obecności drożdży rozwijających się warunkach beztlenowych). Obecność populacji L. buchneri nie hamuje rozwoju Acetobacter sp., jednak redukcja populacji drożdży, a co za tym idzie produkcji etanolu, pomaga w ograniczeniu negatywnego wpływu tych bakterii na jakość kiszonki.
