Скоро начнется важнейший для производителей молока период - сезон заготовки кормов. Агропроизводителям важно обеспечить высокое качество и безопасность силоса и сенажа, что будет являться гарантией роста продуктивности.
Давно известно, что силосование кормов – это процесс микробиологической ферментации, на исход которого можно существенно повлиять, внося закваски на основе культур микроорганизмов. Однако, стоит помнить, что «заселить» растительную массу бактериями – очень трудная задача. Ведь этот процесс не подчиняется принципам «Что внес – тем и заселил» и «Много внес – значит, заселил».
Основное препятствие в том, что силос – это агрессивная для чужеродных искусственно внесенных штаммов среда. Во-первых, в силосе в результате подвяливания растительной массы создается высокое осмотическое давление. С другой стороны, происходит активный процесс размножения разнообразной, а главное, приспособленной и высококонкурентной местной микробиоты поверхности растений (эпифитной).
Поэтому эффективное использование бактерий в качестве силосных заквасок напрямую зависит от их активности и свойств, прежде всего, от конкурентоспособности: толерантности (устойчивости) к осмотическому давлению, способности к высокой скорости синтеза органических кислот и других антимикробных компонентов. Большинство штаммов из присутствующих на рынке заквасок не способны выжить в такой среде. Разберемся, почему.
Много не значит эффективно
Очевидно, что живые бактерии – это скоропортящийся продукт. Этот факт привел к необходимости зарубежных производителей заквасок на основе лактобактерий, территориально удаленных от потребителя, пользоваться методами лиофильного высушивания бактерий.
Однако производители умалчивают, что лиофильное высушивание – это технологически сложный процесс, который включает 3 агрессивных по отношению к бактериям, не образующим спор, этапа:
-замораживание клеток;
-первичную сушку, в течение которой замороженная вода удаляется при субнулевых температурах;
-вторичную сушку, при которой из сухого препарата при положительных температурах удаляется незамороженная вода.
На каждом этапе происходят серьезные повреждения клеточной стенки и клеточных компонентов, особенно цитоплазматической мембраны, белков, ДНК, происходит окисление липидов. Поскольку проницаемость клетки связана с клеточной мембраной, ее «травмирование» при лиофильной сушке приводит к «просачиванию», а, значит, повышенной чувствительности к соли в среде. А ведь в результате подвяливания растительной массы в силосе создается высокое осмотическое давление. Поэтому эффективное использование бактерий в качестве силосных заквасок напрямую зависит от толерантности к нему. Следовательно, выжить в силосе высушенные лактобактерии с поврежденными мембранами уже не смогут, он окажется слишком агрессивной для них средой.
С другой стороны, генетический аппарат прокариот, к которым относятся бактерии, в отличие от более высокоразвитых эукариот, не защищён ядерной оболочкой. Поэтому лиофильное высушивание приводит к повреждению их ДНК, а значит, «ломаются» гены, которые контролируют работу ферментов. Именно поэтому при высушивании происходит значительное снижение синтеза и активности ферментов, а, значит, и способности к производству молочной кислоты и других важных веществ, жизненно необходимых при ферментации кормов. Исследования показывают, что у бактерий, подвергшихся лиофилизации, снижена и антагонистическая активность.
Такие бактерии не могут конкурировать с местной микробиотой, поэтому большая их часть при внесении в силос гибнет. Эти препятствия перед созданием качественных препаратов вынуждают производителей повышать количество таких «полумертвых» лактобактерий в составе высушенных препаратов. Более того, маркетологи еще и пытаются выгодным образом позиционировать свой товар: был создан целый миф о якобы необходимых высочайших титрах заквасок. Очевидно, что приём лекарств в дозах, превышающих рекомендуемые приводит к передозировке, которая может оказаться смертельной. Так и итогом внесения неоправданно высокого количества действительно активных бактерий, особенно при консервировании высокоуглеводного сырья, может явиться перекисленный силос.
Реальная угроза для здоровья коров может возникнуть в случае, если основная часть производимой молочной кислоты будет представлена D-формой.
Почему Промилк можно высушивать?
Тем не менее, доставка жидких заквасок в отдаленные и труднодоступные регионы нашей необъятной страны, безусловно, затруднена. Поэтому одним из наиболее целесообразных решений в данной ситуации является использование высушенных заквасок на основе спорообразующих микроорганизмов.
Как уже было сказано, лактобактерии не обладают способностью к образованию спор. В то же время, спорообразующие бациллы, например, вид Bacillus subtilis, имеют в своем цикле развития покоящиеся структуры (споры) для длительного выживания в неблагоприятных условиях. Споровые формы микроорганизмов характеризуются высоким уровнем термостабильности. Они делают клетку абсолютно защищенной от повреждений и позволяют микроорганизмам с успехом переносить высушивание. До наступления благоприятствующих прорастанию условий споры находятся в состоянии покоя на протяжении длительного периода времени.
Есть два типа бактериальных спор: экзоспоры (формируются снаружи бактериальной клетки) и эндоспоры (внутри клетки). Бактериальные эндоспоры, в отличие от экзоспор, невероятно выносливы. Способность к образованию эндоспор есть только у некоторых бактерий филума Firmicutes, в частности, у бактерий рода Bacillus.
Очевидно, что при лиофильном высушивании у B. subtilis сохраняется не только высокий уровень выживаемости, но и активности. Поэтому в компании БИОТРОФ разработан высокоэффективный консервант для силосования Промилк, который представляет собой размноженную чистую и лиофильно высушенную чистую культуру полезных спорообразующих бактерий Bacillus subtilis 111. Бактерии препарата (в отличие от лактобактерий) прекрасно переносят высушивание за счет способности к образованию эндоспор, быстро восстанавливая свою активность в силосе. Промилк обеспечивает эффективное подавление гнилостной микрофлоры, плесневых грибов и дрожжей за счет синтеза антимикробных пептидов. Поэтому закваска с успехом используется и для консервирования трудносилосуемых культур (бобово-злаковых смесей, козлятника восточного, клевера, люцерны и др.), а также кукурузы.
Чем Промилк отличается от других Bacillus?
Селекция штамма Bacillus subtilis 111, на основе которого создан Промилк, велась в направлении получения микроорганизма, который будет превосходить другие бактерии не только по таким целевым признакам, как скорость подкисления и антагонистическая активность, но и способность эффективно конкурировать с эпифитными обитателями.
При проведении полногеномного секвенирования штамма бактерии B. subtilis 111 на платформе MiSeq (Illumina, Inc.) был подробно описан механизм выживаемости бактерий в силосе. Показано, что значительная часть генома приходится на долю генов, связанных с повышенной устойчивостью к неблагоприятным факторам внешней среды. Расшифровка генома с использованием базы данных RAST продемонстрировала активацию 106 генов (рис. 1), отвечающих за адаптацию к неблагоприятным внешним воздействиям, включающим повышенное осмотическое давление, окислительный и токсический стресс, холодовой шок, снижение питательных веществ в силосе.
Одним из путей адаптации у штамма B. subtilis 111 к повышенному осмотическому давлению в среде является путь внутриклеточного синтеза глицин-бетаина при участии генов BetA, BetВ, BetT, BetC. Глицин-бетаин-связывающий белок (OpuAc) является очень эффективным осмопротектором. Полученные данные свидетельствуют об уникальных характеристиках штамма, поскольку ранее этот механизм не обнаруживали у бактерий рода Bacillus. Это особенное свойство возникло у данного штамма в результате мутации в ходе естественной эволюции и было обусловлено необходимостью выживать в агрессивной среде.
Абсолютная безопасность
Большинство бактерий рода Bacillus (включая B. subtilis) широко распространены в окружающей среде. Их обнаруживают в почве, воде, воздухе и пищевых продуктах (зерновых, хлебобулочных изделиях, соевых продуктах, мясе, сыром и пастеризованном молоке). У данных микроорганизмов имеется многовековая история их безопасного использования для щелочной ферментации многих продуктов питания. Как следствие, они постоянно попадают в желудочно-кишечный тракт и дыхательные пути, засевая эти отделы. Количество Bacillus в пищеварительной системе животных, птиц и человека в норме может достигать 109 КОЕ/г, что значительно выше содержания Lactobacillus. В связи с этим, ряд исследователей рассматривают бактерии рода Bacillus как один из доминирующих компонентов нормальной микрофлоры пищеварительной системы без каких-либо доказательств того, что такие микроорганизмы могут вызывать заболевания (исключая виды B. anthracis и B. cereus) или оказывать какое-либо вредное воздействие на организм (Cartwright, 2009; Opinion of the Scientific Committee …, 2005; Sanders et al., 2003).
На данный момент вид Bacillus subtilis считается одним из самых изученных и безопасных представителей рода бацилл. Это подтверждается Управлением по контролю качества продовольственных и лекарственных средств США (FDA), присвоившим виду статус GRAS (generally regarded as safe – «общепризнано как безопасное»). Штаммы этого вида широко используются в качестве пробиотика в России, странах Европы и США.
Тем не менее, хорошо известно, что безопасность бактерий связана не только с видовой принадлежностью, а с индивидуальными свойствами штаммов и серотипов (групп микроорганизмов одного вида, объединяемых по наличию или отсутствию свойств вирулентности). Поэтому мы придерживаемся принципа, что каждый штамм микроорганизма, несмотря на уже доказанную безопасность вида, к которому он принадлежит, должен дополнительно оцениваться в индивидуальном порядке для подтверждения пригодности его для использования в качестве биопрепарата. На сегодняшний день существуют современные молекулярно-генетические методы для надежной идентификации B. subtilis, включая расшифровку всего генома. Тестирование, проведенное с использованием метода ПЦР, еще раз доказало отсутствие в геноме B. subtilis 111 каких-либо генов вирулентности и синтеза токсинов (рис. 2).
Результаты исследований, полученные методом полногеномного секвенирования также свидетельствовали о безопасности данного штамма. При исследовании B. subtilis 111 in vitro на наличие гемолитической активности на кровяном агаре мы не наблюдали зон просветления вокруг колоний, что также свидетельствовало об отсутствии синтеза гемолизина (токсина B. cereus) в культуре. Дополнительные эксперименты на животных (в частности, проверки на острую и хроническую токсичность) показали, что введение животным бактерий B. subtilis 111 даже в высоких дозах не приводило к каким-либо нежелательным последствиям. Данные об отсутствии токсичности данного штамма соответствовали данным о профиле безопасности Lactobacillus и Bifidobacterium. Поэтому проведенный спектр широких исследований позволяет не сомневаться в абсолютной безопасности штамма в составе закваски Промилк.
Более эффективная альтернатива
Специалистами одного из племенных заводов Ленинградской области нам были предоставлены данные по биохимическим показателям качества кормов, заготовленных с препаратом Промилк, а также с двумя консервантами: Консервантом 1 (пробы из 2-х траншей) и Консервантом 2. Консервант 1 – это импортная закваска на основе высушенных лактобактерий, Консервант 2 – смесь, состоящая из штаммов различных бактерий и ферментов, имеющая очень короткий срок хранения: 3 месяца с даты производства. Все силоса были заготовлены практически одновременно в одном из племенных заводов Ленинградской области. Анализ показателей качества специалисты хозяйства проводили в европейской компании Еврофинс Агро Тестинг (BLGG) по методикам, признанным во всем мире (табл.).
Содержание сухого вещества (СВ) заготавливаемой растительной массы не соответствовало рекомендациям, что с высокой долей вероятности могло привести к повышению рН силоса и вторичной ферментации (табл.). Судя по эффективному подкислению корма на протяжении процесса ферментации, применение биоконсерванта Промилк обеспечивало наилучший процесс брожения по сравнению с другими консервантами. Известно, что от скорости подкисления растительной массы напрямую зависит качество готового корма.
Применение закваски Промилк позволило получить корм, свободный от масляной кислоты. При этом в одной из траншей, заложенной с дорогостоящим Консервантом 1, напротив, произошло накопление масляной кислоты, что говорит о развитии в таком корме протеолитических клостридий, разлагающих протеин. При определенных условиях размножение клостридий может приводить к снижению питательной ценности корма, увеличению содержания растворимых форм азота, которые быстро ферментируются в рубце до аммиака. Происходит также и образование токсичных, дурно пахнущих биогенных аминов, что отрицательно влияет на поедаемость корма и здоровье животных.
Индекс чувствительности к нагреву дает информацию о том, будет ли заготовленный корм иметь способность к разогреванию в результате деятельности дрожжей и плесневых грибов или нет после открытия траншеи. Считается, что при значениях индекса в диапазоне от 35 до 50 – корм имеет низкую аэробную стабильность, при значениях индекса выше 50 – очень низкую. Как видно из таблицы, все заготовленные корма имели очень высокий уровень аэробной стабильности.
Таким образом, исходя из приведенных данных, все исследованные препараты успешно справились с задачей сохранения питательной ценности корма, несмотря на нарушение технологии заготовки (повышенную влажность) растительного сырья. Тем не менее, Консервант №1 – это импортный дорогостоящий продукт, а Консервант №2, как было сказано, имеет очень короткий срок хранения (не более 3 месяцев). Поэтому выбор в пользу данных вариантов – это напрасная трата денег.
Успешный пример импортозамещения
Сейчас на рынке представлено большое количество дорогостоящих зарубежных препаратов на основе лактобактерий, но не все они так уж эффективны. Дело в том, что лактобактерии не образуют спор и очень трудно поддаются лиофильному высушиванию. После сушки часть бактерий либо полностью утрачивает жизнеспособность, либо восстанавливается, но при этом имеет повреждённые мембраны или ДНК, в результате чего бактерии не могут эффективно работать в силосе. Этот факт даже породил целый миф о якобы необходимых высочайших титрах заквасок. Отечественная закваска Промилк создана на основе бактерии Bacillus subtilis, которая образует высокоустойчивые покоящиеся споры и имеет в геноме уникальные гены осмотолерантности, что позволяет ей с успехом переносить высушивание без потери ценных свойств. Благодаря этому мы смогли получить сухую форму продукта, которая более удобна для транспортировки, не требует хранения в холодильнике и может доставляться в труднодоступные и удаленные регионы, а также имеет более длительный срок хранения (24 месяца), чем жидкие и большинство сухих препаратов. При этом бактерии очень быстро восстанавливают свою активность при внесении в силосную массу. По заверениям практиков – механизаторов и агрономов, – огромным технологическим преимуществом препарата перед другими является полная растворимость в воде, повышенная термоустойчивость бактерий позволяет растворять препарат при температуре выше 350С, а на оборудовании при использовании не образуется пленки.
ООО «БИОТРОФ»
Санкт-Петербург, г. Пушкин, ул. Малиновская, д. 8, лит. А, пом. 7-Н
+7 (812) 322-85-50, 322-65-17, 452-42-20
