Silážování zůstává výrobním procesem s nezaručeným příznivým výsledkem. Jedná se o řízený konzervační postup, při kterém je potřeba vytvořit podmínky příznivé pro tvorbu kvasných kyselin, především kyseliny mléčné, bakteriemi mléčného kvašení. Technologické operace celého procesu jsou řízeny především na základě předchozích zkušeností.
Smyslem tohoto příspěvku je vysvětlit teoretické základy probíhajících pochodů, jejichž pochopení a užití by mohlo vést ke spolehlivější výrobě kvalitních siláží.
Silážování musí zajistit několik dílčích cílů:
- účinnou konzervaci rostlinné hmoty okyselením, které musí potlačit činnost nežádoucích bakterií,
- potlačit ve vyrobené siláži činnost kvasinek, plísní a aerobních bakterií v době jejího provzdušnění (tedy otevření sila a zkrmování), aby siláž byla stabilní i v teplém počasí a mohla být zkrmována celoročně (tzv. aerobní stabilita),
- udržet ztráty živin na přijatelné úrovni,
- zajistit vysokou využitelnost živin, chutnost pro zvířata, a tím potřebný příjem jako podmínky příznivé užitkovosti,
- nenarušit zdravotní stav zvířat a zajistit nezávadnost mléka, popř. masa.
Podmínky růstu mikroorganismů
Nejdříve několik obecných zásad. Jako každý živý organismus, i mikroorganismy mají určité požadavky na podmínky prostředí, za nichž mohou růst a množit se. Především se jedná o dostupnost živin (substrátu), přítomnost či nepřítomnost vzdušného kyslíku, kyselost (vyjadřovanou hodnotami pH) a teplotu.
V silážované rostlinné hmotě jsou živinami mléčných bakterií jednoduché cukry rozpustné ve vodě – glukóza, fruktóza a sacharóza. Méně běžné jsou některé pentózy. Částečně využitelné jsou složitější sacharidy fruktosany (též fruktany či levany), které se ve větší míře vyskytují v jílcích a také některé pentosany ze skupiny hemicelulóz. Běžné polysacharidy, jakými jsou škrob, celulóza a řada hemicelulóz, nejsou za podmínek silážování zkvasitelné. Nežádoucí skupiny mikroorganismů však dokážou využít jako živiny i kvasné kyseliny mléčnou a octovou, nebo např. aminokyseliny uvolněné rozkladem bílkovin.
Mikroorganismy mohou jednoduché cukry zkvašovat, jen pokud jsou v přístupné formě, to znamená rozpuštěné ve vodě. Zavadáním píce, tedy při rostoucí sušině, se dostupnost cukrů zhoršuje. Při sušině vyšší než 40 % jsou cukry ještě využitelné pro část mléčných bakterií, nikoli však pro konkurující klostridia. Nejsnáze mohou růst na silně zavadlé hmotě plísně.
Vedle obsahu zkvasitelných cukrů, z nichž činností mléčných bakterií vznikají konzervačně účinné kvasné kyseliny, hrají významnou roli látky, které v podstatě působí zásaditě – tedy neutralizují kyseliny a otupují tak okyselování silážované hmoty. Podle poměru obsahu těchto dvou skupin látek se silážovatelnost pícnin dělí na dobrou (kukuřice, oves, ječmen), střední (trávy, žito, jetelotravní směsi, jetele) a obtížnou (vojtěška). Zásaditě působícími látkami jsou především produkty štěpení bílkovin, které začíná probíhat ihned po pokosení rostliny – peptidy, volné aminokyseliny a z nich uvolňovaný amoniak (čpavek). Určitým podílem přispívají zásadité prvky píce – především draslík, sodík a vápník (měřítkem je tzv. alkalita popela). Vznik všech těchto látek je postupný, řádově ve dnech až prvých týdnech po pokosení pícnin. Během této doby se proto v siláži ustavuje systém, který má tlumivé (pufrovací) vlastnosti: pokles pH se výrazně zpomalí, nebo jinými slovy – na stejný pokles hodnoty pH je již třeba daleko většího množství kvasných kyselin než v prvých dnech kvasného procesu. Schematicky je průběh změn pH zřejmý z obr. 1.
Obsahy zkvasitelných cukrů a tlumivých látek v píci nejsou ani v rámci druhu či dokonce odrůdy pícniny stálé. A právě v tom je často hlavní příčina neúspěšného silážování. I při dodržení technologických podmínek jako v předchozích letech, kdy se podařilo získat kvalitní siláž, je najednou výsledek zklamáním. Koneckonců, tuhle zkušenost má téměř každý, kdo opakovaně nakládal zelí. Celý postup mohl být důsledně stejný, rok od roku se samozřejmě lišilo použité syrové zelí – a nakonec se lišila i kvalita zelí kysaného.
Obsah zkvasitelných cukrů je samozřejmě významně ovlivněn druhem pícniny, ale mění se i v závislosti na vegetační fázi, roční době (pořadí seče), denní době, počasí a hnojení. Intenzivní hnojení dusíkem vyvolá pokles obsahu zkvasitelných cukrů a zvýšení obsahu tlumivých látek.
Charakteristickou vlastností každého mikroorganismu je schopnost růst a množit se za přítomnosti či nepřítomnosti vzdušného kyslíku. Podle toho se dělí mikroorganismy na aerobní a anaerobní. Tato zásada může platit jednoznačně, existují však i druhy, které mohou žít i za méně vyhraněných podmínek. Např. většina mléčných bakterií vyžaduje anaerobní prostředí, některé však snášejí i prostředí se sníženým obsahem kyslíku (tzv. mikroaerobní druhy).
Z hlediska silážování je velmi podstatná hranice kyselosti, při které ustávají životní pochody jednotlivých skupin přítomných mikroorganismů. Kyselost silážované hmoty a siláže se vyjadřuje hodnotou pH (což je záporný dekadický logaritmus koncentrace vodíkových iontů H+. Rozdíl pH o jednotku představuje rozdíl koncentrace o řád, tedy desetinásobek). Píce v době seče má vesměs hodnotu pH kolem 6. Potřebujeme-li dosáhnout konzervačně účinné hodnoty pH siláže, např. 4,0, musí se koncentrace vodíkových iontů zvýšit o dva řády, tedy stokrát.
Pro úspěšnou konzervaci, kdy se vytvoří podmínky znemožňující činnost škodlivých skupin bakterií, je nezbytné dosáhnout úrovně kyselosti, označované jako tzv. kritické pH. Jeho hodnota souvisí se sušinou píce, protože při vyšší sušině klesá dostupnost živin pro škodlivé bakterie a okyselení nemusí být tak hluboké. Hodnoty kritického pH jsou uvedeny v tabulce 1.
Podstatná je však také rychlost, s jakou se dosáhne kritické hodnoty pH. Tato doba by neměla být delší než 14 – 15 dnů po uložení píce do sila. Pokud se tuto podmínku nepodaří splnit, hrozí riziko tzv. zvrhnutí mléčného kvašení v máselné (klostridiální) a pH hmoty se začne zvyšovat (viz obr. 1).
Teplota silážované hmoty a vyrobené siláže má na konkurenceschopnost přítomných mikroorganismů menší vliv. Teplota hmoty samozřejmě souvisí s okolní teplotou. Leckdy pozorované zahřívání je způsobeno tzv. prodýcháváním cukrů, což je děj biochemický, bez účasti mikroorganismů. Je to vlastně uvolnění původní sluneční energie zafixované fotosyntézou do cukrů. Podmínkou prodýchávání je přítomnost vzdušného kyslíku ve hmotě, takže jde o důsledek zdlouhavého plnění, nedokonalého udusání a opožděného uzavření sila. Dochází tak ke značným ztrátám zkvasitelných cukrů, které pak mohou chybět jako živina mléčných bakterií.
Při teplotách nad 50 OC začíná probíhat tzv. neenzymové hnědnutí (Maillardova reakce) mezi bílkovinami a některými cukry, zejména glukózou. Vznikající produkty sice mají chlebovou vůni, ale zhoršuje se stravitelnost bílkovin. Při teplotách 85 až 90 OC, což připadá v úvahu za mezních situací, jakými jsou siláže o velmi vysoké sušině ve věžích, už může dojít k samovznícení.
Životní cyklus mikroorganismů vystihuje tzv. růstová křivka uvedená na obr. 2. Mikroorganismy se za příznivých podmínek rozmnožují mimořádnou rychlostí. Většina bakterií zdvojnásobuje svůj počet za 20 až 30 minut – a řada je geometrická, tedy 1–2–4–8–16 atd. buněk. Konečná četnost samozřejmě má svá omezení, daná zejména dostupností živin.
Mikroorganismy přítomné v silážované hmotě a v silážích a jejich role
Přehled nejvýznamnějších mikroorganismů při silážování a v silážích spolu s jejich základními životními podmínkami je uveden v tabulce 2.
Prvořadou skupinou našeho zájmu jsou mléčné bakterie. Ty patří do čtyř rodů (Lactobacillus, Enterococcus, Leuconostoc a Pediococcus). Přehled druhů nejvýznamnějších pro silážování je uveden v tabulce 3. Mléčné kvašení cukrů probíhá u jednotlivých druhů mléčných bakterií jedním ze dvou způsobů:
– jako kvašení homofermentativní:
glukóza (C6) --› 2 kyselina mléčná (C3)
(symbol Cn znamená počet atomů uhlíku v molekule),
– nebo kvašení heterofermentativní, nejčastěji:
glukóza (C6) --› kyselina mléčná (C3) + kyselina octová (C2) + oxid uhličitý (CO2).
Heterofermentativní kvašení je z hlediska konzervačního účinku méně vhodné. Vznikající kyselina octová je méně kyselá než kyselina mléčná, vznik oxidu uhličitého představuje ztrátu energie.
Při silážování je nezbytné bránit se máselnému kvašení. Jeho nositeli jsou tzv. sacharolytická (tzn. cukry štěpící) klostridie, zejména Clostridium butyricum. Ta prokvašují jednak jednoduché cukry:
glukóza (C6) --› kyselina máselná (C4) + 2 CO2 + 2 H2 (vodík),
ale také mléčnými bakteriemi vytvořenou kyselinu mléčnou –
2 kyselina mléčná (2 x C3) --› kyselina máselná (C4) + 2 CO2 + 2 H2.
Hmota se ochuzuje o cukry potřebné pro mléčné bakterie, prokvašením kyseliny mléčné se hmota výrazně odkyseluje, protože vznikající kyselina máselná je podstatně slabší kyselinou. Vzniká silně zapáchající kyselina, která je navíc pro zvířata ketogenní. Schematický průběh hodnot pH při tomto tzv. zvrhnutí kvašení je zřejmý z obr. 1.
Nedostatečný pokles pH vytváří prostor pro působení hnilobných (proteolytických) klostridií (Clostridium perfringens aj.) a enterobakterií (zejména Escherichia coli). Zdrojem těchto bakterií je půda a rostliny z porostů, které byly hnojeny kejdou či hnojem. Rozklad bílkovin nejen dále otupuje kyselost silážované hmoty, ale vede i ke vzniku řady škodlivých látek, jakými jsou biogenní aminy, zapáchající kyseliny (s minimální okyselující schopností) a endotoxiny. Většina těchto látek zřejmě zhoršuje chutnost siláží.
Zatím málo pozornosti bylo v našich podmínkách věnováno patogenní bakterii Listeria monocytogenes, která se do silážované hmoty může dostat zejména z trusu, půdy či rozložených zbytků staré siláže v silech. V kvalitních silážích je její růst potlačen, rizikem pro přenos do mléka se však může stát případné zkrmování nekvalitních siláží o nízké sušině s pH mezi 4,5 až 5,0. Ohroženy jsou především ovce.
Kvasinky a plísně se uplatní, pokud je ve hmotě vzdušný kyslík. Tedy do doby, než se vytvoří anaerobní prostředí při plnění sila, ale také při poškozeném zakrytí sil a zejména při otevření sil a vybírání siláží pro zkrmování. Kvasinky i plísně za těchto podmínek začnou využívat tzv. zbytkové cukry, ale také kvasné kyseliny mléčnou a octovou. Rozkládají je až na oxid uhličitý a vodu, což vede k odkyselování hmoty. V siláži tak klesá obsah látek, které zvířata snadno využijí jako tzv. pohotovou energii, ale zřejmě klesá i chutnost. Kvasinky vytvářejí etanol, který je také pokládán za faktor snižující chutnost. Navíc hmota vytvořených kvasinek a některých aerobních bakterií může u zvířat vyvolávat průjmy.
Dostatečnou stabilitu vůči těmto pochodům mají siláže, ve kterých je málo zbytkových cukrů, vyšší obsah kyseliny octové a také některé produkty rozkladu bílkovin. Jedná se tedy o siláže, jejichž konzervace nebyla příliš úspěšná. Naproti tomu dobře konzervované siláže, zejména kukuřičné, jsou těmito pochody ohroženy.
Růst plísní může vést k tvorbě mykotoxinů. Prevencí je především anaerobní prostředí. Do siláže však mohou být vneseny některé mykotoxiny již v silážované hmotě – zejména fusariotoxiny v kukuřici.
Za současnou nejúčinnější látku pro potlačení činnosti kvasinek a plísní je považována kyselina propionová, resp. její soli (především amonná). Malé množství této kyseliny může v některých silážích vznikat činností přirozeně přítomných bakterií propionového kvašení (rod Propionibacterium). Tyto bakterie se však běžně nevyskytují, navíc jejich činnost ustává již při poklesu pH silážované hmoty na hodnotu kolem 5,0. Kyselina propionová se proto buď přidává jako součást některých směsí chemických konzervačních látek, nebo jsou bakterie propionového kvašení součástí inokulačních preparátů.
Epifytní mikroflóra
Při spontánním kvašení silážované hmoty se uplatní mikroorganismy, které jsou obsaženy v silážované píci. Tzv. epifytní mikroflóra, přítomná na rostlinách před pokosem, je tvořena především aerobními druhy, tj. zejména kvasinkami a plísněmi. Prachem se na povrch rostlin dostávají sporotvorné bakterie (zejména klostridie). Mléčných bakterií, z nichž jen některé snášejí vzdušný kyslík, je v této mikroflóře málo, vesměs jde o leukonostoky. Četnost i složení mikroflóry se liší zejména vlivem počasí, především teploty a vlhkosti. Zvýšená vlhkost vytváří vhodné podmínky především pro plísně.
Četnost i složení mikroorganismů se mění po průchodu píce řezačkou. Z poškozených buněk se uvolní zkvasitelné cukry, mikroflóra pomnožená na sklízecím zařízení řezačky masivně očkuje procházející píci. Důsledky mohou být někdy příznivé, jindy naopak.
Při zavadání na pokose celkový počet mikroorganismů vzrůstá, při velmi rychlém zavadání však může dojít k poklesu. Stále však není dostatek poznatků, které by umožnily uvést obecné závěry, jak příznivé či nepříznivé podmínky zavadání ovlivní složení mikroflóry rostlinné hmoty ukládané do sila.
Silážní inokulanty
Nejistota o četnosti a složení mikroflóry silážované hmoty při spontánním kvašení vedly k záměru aktivně ovlivnit průběh kvašení a také aerobní stability.
Nejvýznamnějšími technologickými opatřeními jsou účinné snížení obsahu vody zavadnutím píce, rychlé vytvoření a udržení anaerobních podmínek, popř. použití chemických konzervačních látek zvýhodňujících přirozeně přítomné mléčné bakterie na úkor nežádoucích skupin mikroorganismů.
Další přístup, postupně se rozvíjející od 80. let, je řídit průběh konzervačního zákroku masivním přídavkem vhodných kultur mléčných bakterií. Tedy podstatně zvýšit počet žádoucích mikroorganismů, kterých je v silážované rostlinné hmotě nedostatek. Tento postup, používaný již odpradávna u řady kvasných potravinářských výrob, se označuje jako očkování či inokulace.
Tyto mléčné bakterie musí splňovat řadu podmínek, které formuloval již roku 1961 Whittenbury ve Velké Británii a dalším vývojem byly částečně upřesněny:
– musí rychle růst, prosadit se v konkurenci ostatní přítomné mikroflóry a stát se dominantními,
– musí být homofermentativní,
– musí dobře snášet kyselé prostředí a rychle dosáhnout pH 4,0,
– musí dokázat zkvašovat glukózu, fruktózu, sacharózu, ale také fruktosany a pentosany,
– nesmí vytvářet slizovité dextrany ze sacharózy či chuťově problematický mannitol z fruktózy,
– nesmí zkvašovat přítomné organické (karboxylové) kyseliny,
– musí být životaschopné v širokém rozsahu teplot, a to až do 50 OC,
– nesmí štěpit bílkoviny, ani rozkládat uvolněné aminokyseliny (tvořit biogenní aminy).
V počáteční etapě byla používána kultura jen jedné homofermentativní mléčné bakterie. Vhodné druhy a kmeny (kmen odpovídá odrůdě u rostlin) byly izolovány obvykle ze siláží. Vývoj jedné či několika málo inokulačních kultur obvykle vycházel ze stovek kmenů různých druhů a postupně byly vybírány takové, které nejlépe vyhovovaly uvedeným kritériím. U názvu bakterie bývají obvykle ještě uvedeny jako upřesňující údaje zkratka a číselný údaj. Zkratka vyjadřuje sbírku mikroorganismů (analogie herbářů), číslo pořadové číslo v této sbírce. Proto různí výrobci mají u stejného druhu bakterie různé údaje, které určují použitý kmen.
Z tab. 3 a obr. 1 je však zřejmé, že mezi čtyřmi rody mléčných bakterií existují rozdíly, jak pokud jde o způsob prokvašování cukrů, tak o fázi kvašení silážované hmoty, kdy se uplatňují. Jednotlivé rody na sebe postupně navazují, takže se logicky nabízela možnost nepoužít jen jeden druh bakterie, ale ve směsné kultuře jich využít několik, které se svými vlastnostmi harmonicky doplňují.
Navíc se v tomto desetiletí začal měnit názor na uplatnění heterofermentativních mléčných bakterií. Dříve byla kyselina octová vznikající jejich činností pokládána za jeden z faktorů snižujících chutnost siláží. Tyto názory však byly do jisté míry korigovány a navíc se zjistilo, že se kyselina octová podílí na zvýšení aerobní stability siláží. Proto řada výrobců zařadila do svých směsných kultur také heterofermentativní bakterii, převážně Lactobacillus buchneri. Nejčastěji používané mléčné bakterie jsou uvedeny v tab. 3.
V komerčních preparátech jsou mléčné bakterie přítomny „v klidovém stavu“, kterého bylo dosaženo lyofilizací. Tento velmi šetrný konzervační zákrok spočívá v rychlém hlubokém zmrazení kultury pomnožených bakterií a následném vysušení za velmi nízkého tlaku. Bakterie jsou naneseny na nějakém nosiči, např. sušené syrovátce, laktóze aj. Jejich počet v komerčním preparátu i doporučované dávkování se často udává v počtu KTJ na gram (buď preparátu, či píce při aplikaci). KTJ znamená „kolonie tvořících jednotek“, neboli životaschopných jedinců. Někdy se používá anglická zkratka CFU (colony forming unit).
Doporučené dávkování je obvykle v řádu 105 – 106 KTJ na gram píce, tzn. statisíců až milionů životaschopných bakterií. Formy preparátů mohou být různé – sypké, granulované, popř. tekuté. Pracuje se s živými organismy, byť dočasně v klidovém stavu, proto je nezbytné respektovat pokyny výrobce pro způsob manipulace, skladování a aplikace. Pokyny je třeba dodržet i při dávkování, protože stále neznáme u silážované hmoty jak konkrétní obsah zkvasitelných cukrů a tlumivých látek, tak složení epifytní mikroflóry.
Výhodou aplikovaných inokulantů je jejich přirozený charakter, nevnášíme tedy do siláže a obecněji do prostředí cizorodé látky. Za určitou nevýhodu je možné pokládat velmi intenzivní prokvašení přítomných cukrů. To může vést k výrobě silně kyselých siláží, které je třeba před zkrmováním neutralizovat.
Do některých inokulantů jsou přidávány rovněž bakterie propionového kvašení (Propionibacterium shermanii, P. jensenii) s cílem vytvořit určité množství kyseliny propionové pro potlačení kvasinek a plísní.
Přídavky enzymů
U řady druhů píce není dostatek zkvasitelných cukrů v počáteční fázi silážování, která je často rozhodující pro konečný výsledek konzervace. Jak již bylo uvedeno, v píci jsou přítomny nezkvasitelné, nebo jen omezeně zkvasitelné polysacharidy. Proto se, vesměs v kombinaci s inokulanty, přidávají do středně a obtížně silážovatelné píce enzymy, které dokážou polysacharidy zčásti štěpit a uvolňují tak potřebné zkvasitelné cukry. Tyto enzymy se vesměs izolují z kulturních plísní. Nejčastěji se používají amylázy štěpící škrob, celulázy a hemicelulázy. I pro výběr vhodných enzymů platí řada kritérií.
Klíčové informace
- Použití inokulantů mléčných bakterií a někdy také bakterií propionového kvašení, nebo směsných bakteriálně-enzymových preparátů je součástí dlouhodobé tendence k biologizaci zemědělské výroby.
- Aplikace zvyšuje pravděpodobnost úspěšné konzervace a vyšší jakosti siláží.
- Použití inokulantů však nemůže být řešením, které by překonalo hrubé prohřešky proti obecně platným zásadám technologie silážování.
Prof. Ing. Pavel Kalač, CSc.Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích
Zemědělská fakulta
katedra aplikované chemie
