Konzervace kukuřičné siláže a aspekty snížení fermentačních ztrát
Výživa zvířat resp. přežvýkavců představuje požadavek (bachor, jako malý temperovaný fermentor o velikosti cca 150 až 200 l), kdy krmivo musí být chutné, aby zvíře bylo schopno předloženou siláž přijmout v maximálně míře podle aktuálního obsahu bachoru. Siláž nesmí obsahovat jedovaté sekundární metabolity, které negativně ovlivňují příjem sušiny u zvířat a zatěžují organismus detoxikací těchto jedovatých látek. Vlastní objem bachoru je také závislý na tělesném rámci daného plemene, jako jeden z nejhlavnějších ukazatelů selekčního tlaku na chov dojnic. Účelem konzervace pícnin je sklizeň dané pícniny v optimální fenofázi, jak z hlediska kvantitavních ukazatelů (výnos sušiny pícniny z ha), tak také kvalitativních ukazatelů (podíl škrobu, stravitelnost vlákniny resp. NDF) a následně inhibovat všechny rozkladné procesy biomasy během fermentačního procesu siláží.
Během sklizně pícnin si musíme uvědomit, že v okamžiku oddělení rostliny od kořenů nastávají rozkladné procesy, které je třeba minimalizovat. Účelem je vytvoření kyseliny mléčné ze zkvasitelných cukrů (uhlohydrátů) za anaerobních podmínek, vytvořením optimálního pH siláže pod 4, tím dochází k inhibici rozkladných mikroorganizmů a hydrolytických enzymů a následné stabilizaci biomasy během skladování v silážních žlabech.
Výhodné pro proces výživy zvířat i pro výrobu bioplynu je ta skutečnost, že sklízená biomasa je skladována v silážním prostoru, kdy dochází k stabilizaci biomasy během skladování a následnému postupnému zkrmování zvířatům, případně dávkování do BPS. V poslední době byla vyvinuta technologie sklizně, která dělá délku řezanky v rozmezí 20 až 30 mm a díky rýhovaným válcům, které mají minimální mezeru mezi válci dochází k podélnému rozvláknění biomasy (spreading – rozetření), což zabezpečí dostatečnou stlačitelnost řezanky (vytěsnění vzduchu ze siláže) a tím také dochází k dostatečné produkci fermentačních kyselin, určených ke konzervaci siláže. Současně dochází k zachování strukturální vlákniny v siláži oproti siláži s řezankou pod 10 mm.
Z tohoto důvodu doporučujeme měření délky řezanky a rozdělit kukuřičnou siláž s řezankou do 10 mm (všeobecně pro výrobu bioplynu), dále řezanka v rozsahu 10 – 20 mm určená pro bioplyn i pro dojnice. A délka řezanky 20 – 30 mm určená pro dojnice s výrazně vyšším podílem strukturální vlákniny. Jakmile je na sklízecích řezačkách vyrobena řezanka, současně dochází na sklízecích strojích k aplikaci konzervačních přípravků, které jsou přímo nastřikovány na řezanku. Současně dochází k rovnoměrnému zapravení konzervačních přípravků do řezanky. V poslední době se začíná prosazovat kombinace chemického prostředku (inhibuje nežádoucí mikroflóru) v kombinaci s aplikací mléčných bakterií reprezentované kmenem Lactobacilus Plantarum.
V poslední době jsou na trhu nabízeny přídavná zařízení tzv. NIRs technologie, která během sklizně sledují kvalitu výsledné řezanky a na základě těchto výsledků je možné hodnotit jednotlivá pole, dále je možné vybírat nejlepší hybridy kukuřice, ale také regulovat dávku konzervačních přípravků v závislosti na zjištěné sušině řezanky. Při regulovaném dávkování dochází k úspoře až 20 % konzervačních přípravků. Výsledná řezanka biomasy je navážena do silážního prostoru, kde je uskladněna a dusána. Následně je udusaná biomasa zakrývána plastovými plachtami pro vytvoření anaerobních podmínek skladování. Od letošního roku nabízíme systém Agritec silage Safe, kdy pomocí plastových tkaných pásů je siláž stažená. Díky stažení silážní hmoty nedochází k vnikání vzduchu do siláže a nedochází k rozkladu siláže. U systému Farmtec silage safe (viz video na you tube) dochází k hermetickému zakrytí plachtou bez použití pneumatik. V porovnání s klasickým způsobem zakrývání siláže dochází ke snížení fermentačních ztrát o 10 % sušiny. Tento systém lze použít po dobu min. 10 let.
Pícnina sklízená v optimální fenofázi má určité vlastnosti, které jsou vhodné, nebo nevhodné k úspěšnému fermentačnímu procesu. Např. kukuřičná siláž je pícnina lehce silážovatelná s nízkým obsahem N-látek a vysokým obsahem cukrů (uhlohydrátů), které mikrobiální činností jsou přeměňovány na fermentační kyseliny. Jakmile však sušina stoupne nad 37 % dostává se rostlina do fenofáze, kdy obsah cukrů klesne na minimum a potom je kukuřice středně těžce silážovatelná. U takové siláže vzniká nebezpečí, že je nestabilní, hlavně během letního období kdy teplota je vyšší jak 20o C. Aby byl fermentační proces úspěšný, je nutné v prvé řadě vytvořit anaerobní prostředí bez vzduchu. Vytvořit optimální prostředí pro produkci kyseliny mléčné. Naskladněná biomasa však obsahuje epifitní mikroflóru. Obvykle počty mléčných bakterií jsou nejnižší ze všech mikroorganismů. Z tohoto důvodu se používají k inokulaci biologické konzervační přípravky na bázi mléčných bakterií. Podle klimatických podmínek před a během sklizně a způsobu sklizně (zahlinění po dešti, během obracení) silážovaná hmota obsahuje nežádoucí mikroorganismy, jako plísně, kvasinky, klostridie, enterobakterie atd. Tyto nežádoucí bakterie tvoří konkurenci pro mléčné bakterie (ve většině případů mléčné bakterie tvoří minoritní podíl z celého profilu epifitní mikroflóry), které vytváří z cukrů kyselinu mléčnou. V prvé řadě při špatném nastavení řezacího ústrojí na sklízecí řezačce nelze dostatečně siláže udusat a v siláži zůstává kyslík, který podporuje nežádoucí rozkladné mikroorganismy a inhibuje tvorbu kyseliny mléčné. Mléčné bakterie produkují kyselinu mléčné pouze za anerobního prostředí bez přístupu vzduchu. Nežádoucí mikroorganismy produkují nejen jedovaté sekundární metabolity, ale zároveň rozkládají organickou hmotu na již zmiňovaný CO2, teplo a H2O. Dochází ke zvýšení teploty v siláži a k enormnímu zvýšení fermentačních ztrát sušiny, které mohou dosáhnou 20 až 40 % ztrát sušiny a více podle podmínek fermentačního procesu. To znamená, že ve žlabu zůstane pouze 60 až 80 % a méně sušiny z naskladněné hmoty a jedna pětina naskladněné hmoty se přemění na již zmíněné teplo (přechází do ovzduší), oxid uhličitý (také přechází do ovzduší a vzniklé skleníkové plyny) a vodu, která snižuje obsah sušiny siláže, hlavně pokud nejsou dodržovány správné technologické zásady při sklizni. Pokud je do siláže přimíchána hlína, ať už se jedná o hlínu na rostlinách po deštích, nebo mechanizačními prostředky během sklizně vlivem špatného seřízení techniky, snižuje se úspěšnost požadovaného fermentačního procesu siláží.
Do silážované biomasy se přimíchávají nežádoucí mikroorganismy, zejména to jsou klostridie. Tuto technologickou nekázeň jsme schopni zjistit stanovení obsahu popelovin v siláži. Nejlépe je odebrat vzorky porostu před sklizní a něj stanovit nejen obsah živin, ale i zmíněný obsah popelovin. Zjištěný obsah popelovin v čerstvé píci můžeme následně porovnat s obsahem popelovin v siláži. Díky tomu, že množství minerálních látek v biomase , resp. popelovin se fermentací nemění, můžeme obsah popelovin v siláži porovnat s obsahem popelovin v siláži po fermentaci. Po doplnění analýzy lze také stanovit obsah popelovin tzv. písku, kdy ve vzorku jsou minerální látky rozpuštěny kyselinou chlorovodíkovou a touto metodou se zjistí množství hlíny přimísené do siláže, případně zavadlé siláže. V letech kdy během sklizně pícnin je špatné počasí resp. je deštivé počasí, tak v naší laboratoři zjišťujeme zvýšený obsah popelovin, někdy dokonce 20 a více %.
Z těchto důvodů doporučujeme používat pásové shrnovače píce, které jsou sice dražší, avšak při sklizni ve zhoršených povětrnostních podmínkách dokážou účinně snížit obsah popelovin. V posledních letech jsme se tomuto tématu věnovali a zjistili jsme že při sklizni v dobrých podmínkách nedochází ke zvýšení obsahu popelovin vlivem použité technologie. Došlo pouze k neprůkaznému zvýšení počtu klostridií vlivem zaprášení a obsah popelovin nebyl vyšší. Avšak během sklizně ve zhoršených podmínkách použitá technologie průkazně snížila obsah popelovin s zavadlé siláži. I velmi malé rozdíly v obsahu popelovin mohou znamenat velkou ztrátu sušiny.
Dickerson a kol. (1991) sestavili rovnici pro ztráty sušiny následovně:
ZS (%) = [1 − (PŘ / PS)] × 100
Kde ZS = ztráty sušiny; PŘ = obsah popelovin v řezance při silážování; PS = obsah popelovin v siláži při odběru ze sila
Ztráty organické hmoty (ZOH) pak odvodili z rovnice:
ZOH (%) = [1 − (PŘ x OHS) / (PS x OHŘ)] × 100
Kde ZOH = ztráty organické hmoty; PŘ = obsah popelovin v řezance při silážování; OHS = obsah organické hmoty v siláži při odběru ze sila; PS = obsah popelovin v siláži při odběru ze sila; OHŘ = obsah organické hmoty v řezance při silážování
Schéma fermentačního procesu u konzervovaných krmiv
Možnosti ovlivnění fermentačního procesu
Dostáváme se do situace, jakým způsobem je možné ovlivnit fermentační proces. Pokud vytvoříme anerobní prostředí dostatečným ušlapáním biomasy na žlabu, minimalizujeme činnost nežádoucích mikroorganismů a díky dostatečnému obsahu cukrů v kukuřičné siláži je možné vytvořit úspěšný fermentační proces. V poslední době se velmi osvědčily konzervační přípravky na bázi mléčných bakterií – hlavně je to kmen Lactobacilus Plantarum. Tento kmen je také na rostlinách, avšak podle povětrnostních a dalších již zmíněných podmínek bylo zjištěno, že počty těchto žádoucích mikroorganismů jsou většinou nízké.
V poslední době se velmi osvědčilo aplikovat mléčné bakterie také na rostliny během vegatace, kdy tyto bakterie zabrání osídlení nežádoucími mikroorganismy. Dochází k tomu, že jejich rozvoj, resp. rozmnožování je pomalé a tudíž mají šanci využívat dostupné cukry i nežádoucí mikroorganismy, které z cukrů nevyrábí kyselinu mléčnou, ale nežádoucí již zmíněné rozkladné látky (CO2, teplo a H2O). V případě, kdy jsou k silážované hmotě dodány bakterie mléčného kvašení ve formě živých kulturních kmenů mléčných bakterií, tak dochází k urychlení tvorby kyseliny mléčné a snížení potřeby uhlohydrátů, které zůstávají v siláži jako reziduální cukry. Tyto cukry mají velký význam pro výživu zvířat.
U siláží, které byly ošetřeny mléčnými bakteriemi se snižuje podíl kyseliny octové, která je sice důležitá pro stabilitu siláže, avšak její tvorba v siláži znamená i zvýšení ztrát organické hmoty, ještě v době, kdy je biomasa skladována ve žlabu. Používáním heterofermentativních mléčných bakterií Lactobacillus Buchneri , jak již z názvu vyplývá heterofermentativní bakterie se tvoří kyselina octová a oxid uhličitý. Následující údaje dokumentují vliv biologických konzervačních přípravků na bázi homofermentativních bakterií (Lactobacillus plantarum) a heterofermentativních bakteriíí (Lactobacillus Buchneri) na potenciál tvorby kyseliny octové na tvorbu emisí při výrobě siláží, kterou publikoval Danner at al. 2003 a D. Davies 2010. Kromě těchto ztrát vznikají ztráty i tím, že L. Buchneri tvoří alkoholy, zejména etanol, 1,2 propandiol a 2,3 butandiol. Avšak tyto rozbory se běžně v laboratořích neprovádí díky její ceně. Také se běžně neanalyzují siláže na obsah mykotoxinů (sekundární metabolity plísní) a jedovaté biogenní aminy, které produkují klostridie a jsou součástí tvorby kyseliny máselné.
Potenciál kyseliny octové na tvorbu emisí při výrobě siláží CO2 (D. Davies 2010)
- L. plantarum inoculant – 10 g/kg suš. k. octové
- Neošetřená siláž – 27 g/kg suš. k.octové
- 250 tun vyprodukuje navíc 3.1 tuny CO2
- L. buchneri inoculant v lab. studiích prokázaly často vyšší tvorbu CO2 než u neošetřené siláže
Danner et al. 2003 uvádí 55.3 g/kg kyseliny octové!!!!
Z uvedených hodnot je patrné, že nejvyšší produkce oxidu uhličitého (fermentační ztráty) byla zjištěna u varianty ošetřené heterofermentativními bakteriemi L. Buchneri. U neošetřené kontrolní varianty byl potenciál tvorby emisí dokonce poloviční oproti siláži ošetřené L. Buchneri. Při použití těchto bakterií dochází ke zvýšeným ztrátám organické hmoty. Současně tyto bakterie produkují alkoholy, které taktéž vytváří zdroj fermentačních ztrát. Bohužel analýza alkoholů v silážích není běžnou praxí a tak uživatel se nedozví zda v silážích je alkohol jako indikátor zvýšených fermentačních ztrát. U zvířat díky zvýšené produkci alkoholu v silážích při aplikaci heterofermentativních bakterií, tak díky zvýšené populaci kvasinek způsobuje snížení příjmu sušiny kukuřičných siláží. Již zmíněný 1,2 propandiol není zdrojem energie pro mikroorganimy v bachoru, ale je zdrojem energie až po vstřebání do krve. Bachorové mikroorganismy díky absenci pohotových cukrů musí počkat až na rozklad cukrů ze škrobu a vlákniny díky enzymatické činnosti, která je vždy zpožděná.
Kromě biologických konzervačních přípravků na bází mléčných bakterií, je možné použít také chemické konzervační přípravky na bázi organických kyselin a jejich solí (k. mravenčí, k. priopionová, k. octová, k. benzoová, k. sorbová, dusitan sodný) s různým zastoupením. Složení konzervačního přípravku je komerčně sestaveno tak, aby cena a účinek odpovídal danému účelu. Kyselina octová se běžně do směsí konzervačních přípravků pro zvířata nepoužívá, protože zvýšený obsah kyseliny octové v siláži (nad 1,0 %) může snížit příjem sušiny u dojnic a následně i produkci mléka. V oblasti konzervace pro výrobu bioplynu je kyselina octová naopak žádoucí (i když pokud vzniká při fermentačním procesu způsobuje fermentační ztráty sušiny), protože tvoří prekurzor pro metanogenezi. V pokusech bylo zjištěno, že pokud použijeme kyselinu octovou exogenní, tedy ve formě konzervačního přípravku, tak tato kyselina octová inhibuje mikrobiální činnost, ale i tvorbu kyseliny octové během fermentačního procesu.
To dokazuje tu skutečnost, že se snižuje podíl fermentačních ztrát v siláži. Tento způsob konzervace je významný v tom, že aplikací kyseliny octové na řezanku dochází k inhibici nežádoucí mikroflóry a tedy obsah této kyseliny se nezvyšuje. Jedná se o kyselinu, která byla do siláže přidána před fermentaci. Nejedná se o kyselinu, která by v siláži vznikla. Inhibicí nežádoucí mikroflóry dochází k tomu, že celkový obsah kyselin v siláži je podobný jako při přirozené fermentaci siláží bez konzervačních přípravků a ještě dochází ke snížení fermentačních ztrát sušiny, což je významné pro ekonomiku výroby siláže k produkci metanu. Náklady na výrobu 1 t siláže se výrazně snižují. Původně se myslelo, že při aplikaci kyseliny octové do siláže bude její obsah nad 1 % a bude tedy snižovat příjem sušiny. Avšak můžeme konstatovat, že ani při aplikaci 6 litrů 90 % kyseliny octové na kukuřičnou siláž obsah kyseliny octové v siláži nepřevýšil 1 %. To dokázalo, že aplikace kyseliny octové na kukuřičnou siláž inhibuje produkci všech fermentačních kyselin a díky tomu, že mléčné bakterie jsou velmi odolné vůči kyselému prostředí tak došlo k produkci kyseliny mléčné. Ostatní TMK byly výrazně inhibovány.
Ve schématu fermentačního procesu je vidět, že hlavním zdrojem energie pro tvorbu fermentačních kyselin jsou uhlohydráty ve formě cukrů. Dále ze schématu je patrné, že pokud vytvoříme anaerobní prostředí v siláži díky odpovídající délce řezanky a rychlému utlačení siláže, nemusí vždy dojít k uspěšné fermentaci a následné konzervaci živin. Je to způsobeno tím, že nežádoucí mikroorganismy (plísně, kvasinky a klostridie) jsou také anaerobní, stejně jako mléčné bakterie. V případě, že epifitní mikroflóra obsahuje zvýšené množství kvasinek (vlhké počasí), klostridií (zahlinění při obracení) a plísně (výskyt houbových chorob na porostech), tak nám nepomůže přídavek mléčných bakterií, protože ty tvoří jen konkurenci ostatním nežádoucím mikroorganismům v boji o cukry. V takovém případě, kdy obsah popelovin je zvýšen díky nesprávně nastavené technologii dochází k snížení produkce kyseliny mléčné a taková siláž není dostatečně zakonzervována (zvýšené pH siláže nad tzv. minimum dle obsahu sušiny) a brzy se kazí. Z tohoto důvodu se v poslední době používají chemické přípravky, které mají za úkol inhibici a případně likvidaci nežádoucí mikroflory a tím i likvidaci konkurence o cukry pro mléčné bakterie. Výsledky s používáním kombinace chemických přípravků na bázi solí kyselin a mléčných bakterií se vyznačují tím, že se výrazně sníží fermentační ztráty, což znamená, že v silážní jámě zůstane více sušiny siláže.
To že zabráníme rozklad organické hmoty uchováme organickou hmotu ve žlabu výrazně snížíme náklady na 1 t vyrobené siláže, protože náklady na výrobu jsou fixní. Díky snížené fermentaci siláže potom mají nižší obsah fermentačních kyselin, avšak tyto siláže jsou stabilnější (jsou odolnější sekundární fermentaci), protože soli kyselin potlačí nežádoucí mikroflóru, tedy konkurenci mléčným bakteriím. To má velký význam v tom, že siláže obsahují vyšší procento reziduálních cukrů a tyto cukry mají velký význam pro rychlý začátek fermentace v bachoru a zvířata přijímají mnohem menší obsah fermentačních kyselin. Výsledná siláž potom mnohem vyšší obsah stravitelné organické hmoty. Velký význam má nízký obsah sekundárních jedovatých metabolitů, které zvířata nemusí detoxikovat. Ušetřená energie je použita na výrobu masa nebo mléka. Z hlediska výsledné ekonomiky výroby siláží a zavadlých siláží je nejdůležitějším faktorem snížení fermentačních ztrát. V provozních podmínkách je velmi obtížné tyto fermentační ztráty kvantifikovat a proto doporučujeme při vyhodnocení počítat s průměrnými ztrátami v rozmezí 5 až 15 %. Snížením fermentačních ztrát, se sníží náklady na výrobu 1 t siláže, ale kromě toho ušetříme výsevní plochu pro pícniny. Na ušetřených hektarech následně můžeme produkovat tržní plodinu.
