Способ хранения сена Советский патент 1993 года по МПК A23K3/00 C12N1/20 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам хранения сена.

Примерно 150 миллионов тонн сена заготавливают каждый год в Соединенных Штатах. Потери сена при этом вероятно больше, чем любой другой сельскохозяйственной культуры. Эти потери вызваны недостаточной зрелостью люцерны, высоким содержанием влаги., потерями при уборке урожая и потерями при хранении. Эти потери в общем случае составляют примерно 20 - 40%, но могут достигать и 70% при неблагоприятных погодных условиях. Потери являются результатом продолжающегося дыхания растения, повреждения листвы от механических воздействий и выщелачивания из-за дождей. Сено в тюках с содержанием влаги выше нормального (25 - 30%) обладает минимальным риском в том, что касается ущерба от дождей и механических потерь листвы. Однако изготовление тюков при влажности выше 20% значительно увеличивает риск потерь при хранении из-за окисления и гниения.

Потери при хранении являются главными, ко это - регулируемый источник потерь кормовых веществ. CSHO, хранящееся внутри помещения при содержании влаги ниже 20%. будет иметь потери в общем случае в пересчете на сухую массу от 5 до 10%. Более высокая влажность увеличивает активность аэробных окисляющих микроорганизмов, что приводит к выделению тепла. Избыточное тепло приводит к потерям сухо- массы из-за дыхания, Б результате которого образуется С02 и вода. Тепло вызывает также потери кормовых веществ, благодаря не- ферментнык реакциям, которые придают массе кори-|Чеву:о окраску. Количество тепла, которое при этом выделяется, будет зависеть от концентраций влаги в сене, окружающей температуры, содержащихся популяций микроорганизмов, а также размеров и плотности тюкоз.

Воздействие избыточного тепла снижает перевариваемость протеинов и уменьшает выделение энергии. Содержание разрушенных теплом протеинов измеряют определением содержания азота в волокнах в виде азота, содержащегося в разрыхленf W

янайЧ

ных кислотой волокнах (ADIN или ADF-N). При нормальных условиях менее 7% общего азота должно содержаться в волокнах. Избыточное разрушение теплом имеет место, когда это значение достигает 15%.

Потери в результате гниения во время хранения также могут приводить к существенным убыткам. Только примерно 5% микроорганизмов гниения продуцируют микотоксины, однако они могут оказывать неблагоприятное воздействие на вкусовые свойства и усвоение сена. Кормление гнилым сеном животных будет приводить к значительно более низкому усвоению сухой массы, снижению привесов у животных и снижению степени переваривания корма. Эти потери могут достигать 25% по сравнению с негниющим нормальным контрольным сеном.

Хранящееся сено содержит естественно присутствующие, характерные эпифиты. Эти эпифиты могут быть либо ценными, либо могут наносить ущерб качеству сена и конкурировать между собой за экологическое преобладание в хранящемся сене. Такие эпифиты могут быть либо бактериями, такими как Sporosareina и Bacillus, либо грибами, такими как Aspergillus Penicillium или Mucor.

Были предложены различные подходы для ограничения развития микроорганизмов, вызывающих порчу сельскохозяйственных продуктов. Один из них состоит в обработке растительного сырья во время хранения ингибитором гниения, например, пропионовой кислотой. Недостатком такого подхода являются значительные затраты на кислоту. Кроме того, свойственная кислотам токсичность и коррозийность, в частности, в пропионовой кислоте, требуют от фермера специальных приемов для обеспечения безопасности при работе с кислотой. К тому же все оборудование, имеющее контакт с кислотой, должно быть тщательно очищено, чтобы избежать коррозионного воздействия.

Однако, несмотря на широкие исследования с целью создания различных продуктов для использования в качестве добавок в сельскохозяйственные материалы, гниение сена остается злободневной проблемой.

Основной целью изобретения является использование новой композиции для сохранения сена, содержащей только естественно встречающиеся микроорганизмы в концентрациях, ингибирующих рост организмов, вызывающих процесс гниения и одновременно способствующих уменьшению выделения тела в сене с высоким содержанием влаги и не влияющих на окружающую среду.

Способ заключается в следующем, Сено обрабатывают микроорганизмами Bacillus pumilus.

Подробное описание изобретения. Порча сена, вызванная разрушительным действием быстрого роста микроорганизмов гниения, является основной

проблемой для занятых в сельском хозяйстве. К наиболее общим организмам, ответст- венным за порчу сена относится род Aspergillus и вид Aspergillus flavus, а также представители родов Penicillium и Mucor.

5Сено, из которого изготавливают тюки,

при влажности, превышающей примерно 25%, будет нагреваться и гнить примерно 97% от общего времени, как показывают полевые обследования. Такие нагревшиеся

0 тюки значительно бледнее по цвету, ниже по питательной ценности и имеют более заметные признаки гниения.

Было установлено, что штаммы бактерий Bacillus pumiius способны сохранять ка5 чество сена, так как они продуцируют ингибиторы, подавляющие рост грибов и бактерий, таких как Sporosareina. Sporosareina служат причиной нежелательного воскового налета на стеблях сена уже

0 через несколько дней хранения. Такие организмы в общем случае появляются в очень горячих тюках. Кроме того, они появляются в качестве поддерживающих рост грибов, либо параллельно его росту, либо на более

5 поздней стадии.

Правильное понимание взаимодействия микроорганизмов является существенным элементом при использовании этого штамма для улучшения качества хранимого

0 сена, Сначала, когда сено уложено в тюки, появляется массивный восковой налет одного класса микроорганизмов (грамотрица- тельная группа). Его можно наблюдать в первые 1 - 3 дня. Затем они заменяются

5 второй группой (грамположительная группа). Bacillus pumilus принадлежат этой группе. Если выбранные Bacillus pumilus содержатся в значительных количествах, которые определяются ниже, на этой стадии

0 сено не будет нагреваться или гнить, Позже другие группы микрофлоры становятся преобладающими, когда популяции Bacillus pumilus уменьшаются. В конце периода хранения, когда сено используют в качестве

5 корма, Bacillus становится частью микрофлоры. Возможно, что Bacillus может воздействовать на качество сена просто в результате конкуренции за питательные вещества с другими -содержащимися в сене микроорганизмами.

В соответствии со способом, сено обрабатывают эффективным количеством бактерий Bacillus pumilus или их мутантами, или их эквивалентами с тем, чтобы увеличить степень сохранности сена и поддержать ка- чество сена, а также для того, чтобы уменьшить скорость размножения микроорганизмов, вызывающих порчу сена.

Используемые бактерии непатогенны и содержатся естественным образом в сене в низких концентрациях и. следовательно, они не вызывают заболеваний у животных, потребляющих хранящийся сельскохозяйственный продукт. В отличие от многочисленных известных способов хранения, з соответствии с которыми используют дорогостоящие, часто опасные химические агенты, способ основан на увеличении колонизации необходимых, имеющихся в природе, организмов путем улучшения их способности конкурировать с имеющимися в природе микроорганизмами гниения (порчи), такими как Aspergillus flavus. Контроль за развитием этих вредных организмов является основным моментом, так как многие из организмов, которые связаны с порчей хранящихся сельскохозяйственных продуктов, являются грибами, которые, как известно, синтезируют сильные микотокси- ны. Эти микотоксины, как известно, вызыва- ют заболевания и даже гибель животных, потребляющих корм, зараженный этими грибами.

Имеется несколько предпочтительных штаммов рода Bacillus pumikus, используе- мых в способе, Эти штаммы имеют номера №Ns 288, 289, 290, 296, 299, 302, 305 и 307. Они сданы на хранение в Американское Собрание Типов Культур в Роквилле, Мэри- лэнд, и там имеют шифры АТСС 53682, 53683, 53684, 53685, 53686, 53687, 53688 и 53689, соответственно. Можно использовать смеси этих штаммов или любую комбинацию меньшего числа этих штаммов, или просто один единственный штамм.

Бактерии Bacillus pumilis выделены из хранящегося сена с использованием приемов, хорошо известных в этой области техники и описанных в общем случае выше.

Под термином сено понимаются лю- бые виды сена, как этот термин в общем случае используется в сельском хозяйстве. Сено в большинстве случаев состоит из люцерны, травы или смесей люцерны и травы. Имеется также возможность использовать штаммы бактерий для сохранения сена в качестве закваски для силоса, чтобы снизить порчу его. Другая возможность заключается в том, что бактерии можно использовать эффективным образом для

хранения зерна такого, как кукуруза, пшеница, рис и соевые бобы.

Композиции, которые используют по способу настоящего изобретения, могут быть либо в жидкой, либо в сухой форме, кроме того, они могут содерхоть дополнительные бактериальные штаммы. При обработке твердыми формами такая композиция может содержать Bacilius pumiius вместе с носителем. Носитель может быть по всей природе водной или неводной жидкостью, или твердым материалом. В твердой композиции может содержать твердые носители или физические наполнители. Примерами таких твердых .носителей, твердых разбавителей или физических наполнителей являются мальто-дехстрин, крахмалы, карбонат кальция, целлюлоза, сыворотка, измельченная кукурузная кочерыжка и двуокись кремния. Твердая композиция может быть применена непосредственно к сену в форме легкого порошкообразного дуста или, если она получена в жидком носителе, ее можно с успехом использовать для опрыскивания сена.

Для обработки сена используют композицию, содержащую 10 -101 живыхбакте- рий/г, в предпочтительном варианте- 10 - 1010; а в более предпочтительном 1Q5- 107.

Для обработки сена в общем случае необходимо 10° - 1015 жиеых микроорганиз- мов/тонну сена, предпочтительно 10 - 10 , а в более предпочтительном 10 - 10 д.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Сено обрабатывают штаммами бактерий Bacillus pumilus 288. 289, 290, 296, 299, 302, 306 и 307 в смеси.

Качество сена определяют измерением температуры, определением микрофлоры,в том числе наличие спор гнилостных бактерий, кормозой ценности, а также исследуют окраску, различные степени белизна.

Люцерну срезают косилкой и просушивают в поле при общих полевых условиях. Скошенное сено размещают полосами и сгребают только один раз перед приготовлением тюков. Фиксируют скорость сушки, зрелость и данные о погоде. Сено используют для изготовления тюков при содержании влаги от 22 до 34 процентов во время всех испытаний, но в каждом данном испытании влажность сена варьировалась только в области от 2 до 5 процентов между обработанными и контрольными тюками.

Сено обрабатывают растворимым в воде агентом для сохранения сена с использо- в а н и е м опрыскивателя. Для более масштабных полевых экспериментов обработку осуществляют для 15-20 тюков весом

100 фунтов (45,36 кг). Для контроля используют 15 - 20 тюков необработанных. Сено складывают штабелем и хранят на деревянных нарах на цементном полу в закрытом ангаре. Температурные зонды помещают в центре каждого штабеля и температуру фиксируют каждый час.

С целью моделирования тюков более значительных размеров получают модельную систему меньших размеров. Один фунт (0,453 кг) сена помещают в контейнер из пенопласта (толщина стенок 2 дюйма) с примерными размерами 6 х 10 х 6 (15 см х 25,5 см х 15 см). Сено прессуют, помещая на верхний тюк штабеля кирпичи после того, как термометр установлен в центре массы сена. На верхней части штабеля свободно размещают пенопластовую крышку и контейнер полностью помещают в инкубатор при температуре 37°С для инициирования нагревания. Обработку сена осуществляют с использованием стеклянного опрыскивателя TLC.

Отбор проб из тюков осуществляют при помощи извлечения шести центральных проб каждый момент отбора проб с использованием пробоотборника. Внутри каждого штабеля отбирают пробы из двух нижних, двух средних и двух верхних тюков, чтобы минимизировать разброс данных внутри каждого штабеля. Отобранные пробы помещают в скрученные стерильные мешки, которые заполняют во время каждой обработки и хранят на льду для транспортировки в лабораторию. Отбор проб из пенопластовых контейнеров с модельными тюками осуществляют при помощи извлечения одной пробы из центра каждого контейнера. Отбор проб осуществляют приблизительно на 0, 2, 7, 14, 21, 30 и 60 день.

Бактерии Bacillus pumilus наносят на пробы сена опрыскиванием в дозе 10 кл/г сена, что соответствует количеству 10 кл/тонну сена. Штаммы бактерий смешивают в равных количествах. Культуры бактерий Bacillus pumilus для обработки получают выращиванием новых штаммов отдельно в триптическом соевом бульоне в течение 24 часов при температуре 37°С. Клетки извлекают центрифугированием при температуре 4°С, отделенную биомассу суспендируют в 0,04 М фосфатном буфере. Биомассу следует транспортировать в поле на льду для немедленного применения или замороженной при температуре -70°С для последующего применения. Перед применением биомассу диспергируют в пяти галлонах (19 л) воды и применяют (пять галлонов на тонну) с использованием опрыскивателя, установленного на устройстве для изготовления тюков.

Наблюдение осуществляют визуальнс во время испытания, а в конце периода хра- 5 нения за признаками гниения и белой микрофлоры. Сено оценивают на гниение и белую порчу по шкале от единицы до 10, причем 10 относится к самому плохому качеству. Различия по цвету определяют в кон0 це периода хранения, используя окрашенные полоски для сравнения. Спектр цвета простирался от 1 (зеленый) до 23 (коричневый).

В модельной системе меньших разме5 ров различия по температуре между экспериментами представляют собой наиболее информативные результаты, так как термометры обладают точностью до ±0,2°С и эти данные фиксируют каждый час. По существу

0 самой холодной обработкой, осуществленной в экспериментальных моделях, была обработка бактериями Bacillus (Таблицы 1 и 2). Такая обработка приводила к более низким популяциям дрожжей и гнилостных

5 микроорганизмов. Обработка с использованием Bacillus кроме того, улучшает кормовую ценность сена (более низкие значения ADF). При определении значений ADF, ADF- N, WSC, N и концентрации доступного про0 теина также были получены более высокие значения питательной ценности, хотя эти величины различия не были столь существенными. Визуально установлено меньшее количество участков гниения сена.

5 Влияние обработки сена бактериями на среднюю температуру, количество микроорганизмов и визуальное качество сена в экспериментальных модельных тюках дано в табл.1.

0Влияние обработки сена бактериями на

финальный химический состав сена в экспериментальных модельных тюках дано в табл. 2.

Те же тенденции были отмечены для

5 тюков из сена более значительных размеров, что видно из табл. 3, 4 и 5, которые приведены ниже. А именно, сено, обработанное Bacillus, более холодное, чем при контрольной обработке. Содержание дрож0 ж.ей и гнили одни и те же для всех тюков, но гниение, отмеченное визуально, снижается при обработке с использованием Bacillus pumilus, и цвет сена более зеленый. Анализ на кормовую ценность также указывает на

5 тенденции, аналогичные тем, что были отмечены для модельной системы, результаты которой приведены втаблицах 1 и 2. Доступный протеин (АР) выше в тюках, обработанных Bacillus pumilus, a ADF- и NDF - значения также указывают на самую высокую питательную ценность таких обработанных тюков.

Обработка сена штаммами Bacillus pumilus приводит к более холодному, менее гнилому, более зеленому сену в тюках, чем в необработанных контрольных тюках, а также более высокому содержанию доступного протеина, перевариваемости.

Эксперимент # 590 тюков (2-ой укос) показан в табл. 3.

Эксперимент # 590 тюков показано в табл. 4.

При замене обработки опрыскиванием из приведенных примеров обработкой микроорганизмами в виде порошкообразного дуста получают аналогичные результаты.

Расшифровка обозначений, используемых в таблицах:

УМ - дрожжи и плесень

NDF - нейтральные волокна, содержащие клетчатку, лигнин и гемицеллюлозу

ADF - кислотные волокна, содержащие лигнин и клетчатку

ADF-N - азот, связанный с клетчаткой и

лигнином

N - азот

ДМ - сухое вещество.

Формула изобретения

Способ хранения сена путем нанесения

а него микроорганизмов, предохраняющих

его от гниения, отличающийся тем,

что из микроорганизмов используют штаммы бактерий Bacillus pumilus ATCC 53682, Bacillus pumilus ATCC 53683, Bacillus pumilus ATCC 53684, Bacillus pumiius ATCC 53685, Bacillus pumiius ATCC 53686, Bacillus pumilus ATCC 53687, Bacillus pumilus ATCC

53688 и Bacillus pumilus 53689 в эквивалентных количествах.

Использование: биотехнология, сельское хозяйство, хранение сена. Сущность изобретения: семо обрабатывают штаммами бактерий Bacillus pumilus ATCC 53682, Bacillus pumiius ATCC 53683, Bacillus pumilus ATCC 53684, Bacillus pumilus ATCC 53685, Bacillus pumilusATCC53686, Bacillus pumiius ATCC 53687, Bacillus pumilus ATCC 53688. Bacillus pumilus ATCC 53689 в эквивалентных количествах, 4 табл.

УМ - значения, полученные в конце испытания.

Гниль - количество гнили, отмеченное визуально в тюках по шкале от 1 (гниль отсутствует) до 10 (очень гнилое).

Результаты обработки с последующей звездочкой существенно отличаются от контрольного Р 0,1.

1Доступный протеин (N%)(% ADF-N)(6,25) АР

Результаты обработки с последующей звездочкой существенно отличаются (Р 0,1) от контрольных.

Таблица 1

Таблица 2

Влияние обработки сена на среднюю температуру, содержание микрофлоры и визуальное качество сена в штабелях из небольших кубических тюков

УМ - значения приведены для скончания испытания Результаты обработки с последующей звездочкой существенно отличаются (Р 0,1) от

контрольного,

Таблица 4

Влияние обработки сена на окончательный химический состав в штабелях из небольших кубических тюков

N начальное 3,61 % NDF начальное 51,42% ADF начальное 38,66% Полуцеллюлоза 12,76% ADF-N 0,276% АР доступный протеин 20,83% ДМ 70,15%

Результаты обработки с последующей звездочкой существенно отличаются (Р 0,1) от контрольного.