Nowy czarny charakter w stabilności kiszonki – acetobacter

Niedawne badania przeprowadzone przez naszych mikrobiologów zajmujących się kiszonką, dotyczące dobrze zarządzanej kiszonki z kukurydzy, wykazały sytuacje, w których dochodziło do zagrzewania się kiszonki pomimo wysokiego poziomu kwasu octowego i niskiej liczby drożdży. Kto był winowajcą?

Biorąc pod uwagę obecnie przyjęte rozumienie niestabilności tlenowej, nie powinno to mieć miejsca. Jedną ze wskazówek co do tego, co działo się w tych kiszonkach, był fakt, że próbki pobierane z głębi silosu miały wyższy poziom etanolu niż normalny, podczas gdy etanol był nieobecny w próbkach powierzchniowych.

To zasugerowało naszym mikrobiologom, że musi być obecny mikroorganizm zdolny do metabolizowania etanolu. Po wyhodowaniu tych kiszonek rzeczywiście znaleźliśmy najnowszego złoczyńcę w historii stabilności kiszonki – acetobacter. A także zaproponowaliśmy rozwiązanie problemu w postaci nowej generacji inokulantów.

Acetobacter to rodzaj bakterii wytwarzających kwas octowy (stosowanych w komercyjnej produkcji octu), które mają zdolność preferencyjnej przemiany etanolu (z drożdży) w kwas octowy w obecności tlenu (po otwarciu). Są również zdolne do przekształcania kwasu mlekowego i octowego w dwutlenek węgla, wodę i ciepło, gdy poziom etanolu spadnie. Acetobacter to gram-ujemne, ścisłe tlenowce, które są bardzo tolerancyjne na kwasy, więc niskie pH nie hamuje ich przeżycia. Są wszechobecne w środowisku, w tym w glebie, wodzie i powietrzu i są stosunkowo ruchliwe w kiszonkach, ponieważ w przeciwieństwie do LAB posiadają wici.

Łatwo zauważalna cecha obu drożdży a metabolizm acetobakterii to ich zdolność do wytwarzania octanu etylu i mleczanu etylu o zapachu „lakieru do paznokci”, co może odpowiadać za zmniejszone spożycie przez bydło karmione tymi kiszonkami.

W warunkach beztlenowych (bez tlenu) drożdże wytwarzają etanol, który samoczynnie przekształca się w octan etylu i mleczan etylu w wyniku reakcji chemicznej wspomaganej kwasem. Octan etylu i mleczan etylu z acetobacter występują w warunkach tlenowych, ponieważ tam mają one największą aktywność metaboliczną.

W naszych badaniach z kiszonkami z acetobakterii stwierdziliśmy, że aromat „lakieru do paznokci” jest wyczuwalny około 24 godziny przed rozpoczęciem zagrzewania się kiszonki. Europejscy naukowcy odkryli, że acetobacter i drożdże często rozwijały się jednocześnie, gdy kiszonka była wystawiona na działanie powietrza. Chociaż drożdże są uważane za głównych winowajców inicjowania zagrzewania, gdy kiszonka jest wystawiona na działanie powietrza, naukowcy z U.S. Dairy Forage Research Center odkryli, że acetobacter zainicjował zagrzewanie we wszystkich swoich badaniach, podczas gdy drożdże były znaczące tylko w jednej trzeciej badań. Sugeruje to, że występowanie zagrzewania podczas skarmienia z powodu acetobakterii jest częstsze niż wcześniej sądzono. Brak zrozumienia roli acetobacter wynika również z faktu, że wyliczenie acetobacter na podłożach selektywnych jest prawie niemożliwe. Gdy komercyjne laboratoria mikrobiologiczne zgłaszają całkowitą liczbę tlenowców, często jest to błędnie interpretowane jako głównie Bacillus, ale prawdopodobnie obejmuje również acetobacter.

Acetobacter można znaleźć w dobrze zarządzanych, mocno zagęszczonych kiszonkach, które mają podwyższony poziom etanolu z drożdży rosnących w warunkach beztlenowych. Chociaż L. buchneri nie będzie hamować poziomów acetobakterii, redukcja populacji drożdży i ich produkcja etanolu jako substratu acetobacter jest pomocna w ograniczaniu ich negatywnego wpływu.

Kiszonki dobrze przechowuje się, gdy bakterie kwasu mlekowego właściwie przekształcają cukier w kwas mlekowy. Powoduje to niższe pH, które inaktywuje enzymy roślinne i hamuje działanie szkodliwych mikroorganizmów (bakterie epifityczne, Clostridia, drożdże, pleśnie itp.), które znajdują się na roślinie w czasie kiszenia.

Kwas mlekowy jest uważany za najbardziej pożądany kwas fermentacyjny, ponieważ jest silniejszym kwasem niż inne kwasy organiczne (octowy, propionowy lub maślany) wytwarzane przez mikroorganizmy kiszonkowe. Skuteczny i szybki spadek pH zmniejsza ilość traconego cukru, jednocześnie minimalizując degradację białek. Ta interakcja zachowuje i poprawia jakość odżywczą zakiszanej paszy.

Kiedy po raz pierwszy opracowano i wprowadzono na rynek inokulanty oparte o bakterie homofermentatywne kwasu mlekowego, skupiono się na zmniejszeniu utraty suchej masy podczas początkowej fermentacji poprzez inokulacje bakterii kwasu mlekowego (Lactobacillus plantarum). To działanie zdominowałoby proces i skutecznie przekształciło 6-węglowy cukier w dwu, 3-węglowy kwas mlekowy. Założono, że niskie pH zahamuje działanie wszystkich niepożądanych mikroorganizmów na zakiszanej masie i zapewni najlepszą możliwą ochronę. Jednak pierwsza generacja inokulantów często zawodziła, jeśli chodzi o zapobieganie zagrzewaniu podczas skarmiania kiszonki.

Nie rozumiano wówczas, że niektóre drożdże przyswajające mleczan (gatunki Candida i Hanensula) nie były hamowane przez wysoki kwas mlekowy lub niskie pH, ale w rzeczywistości przeżywały całkiem dobrze w tych warunkach, a następnie szybko się namnażały 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) powyżej poziomów hamujących. Tworzy to środowisko sprzyjające psuciu się bakterii i rozwojowi pleśni. Efektem końcowym jest utrata cukru, skrobi i białka oraz wytwarzanie znacznej ilości ciepła.

Obecnie dobrze udokumentowano, że populacje drożdży są zazwyczaj bogate w kiszonkę z kukurydzy, kiszonkę z trawy i kukurydzę o wysokiej wilgotności (nie na lucernie) i odgrywają kluczową rolę w inicjowaniu kaskady drobnoustrojów prowadzącej do zagrzewania kiszonki.

Po zidentyfikowaniu problemu drożdży następna generacja inokulantów zaczęła obejmować „heterofermentacyjne” LAB (Lactobacillus buchneri). Te modyfikatory przekształcają 6-węglowy cukier w jeden, 3-węglowy kwas mlekowy i jeden, 2-węglowy kwas octowy, przy jednoczesnej utracie jednego CO2 (ostateczna przyczyna utraty suchej masy).

Początkowo sądzono, że te heterofermentacyjne LAB są niepożądane jako szczep zaszczepiający kiszonkę, ponieważ nie obniżyły pH tak niskiego jak homofermentacyjne LAB i straciły węgiel z każdego cukru jak CO2. Jednak w miarę jak większe silosy i ściany pryzmy z wolniejszym wybieraniem ściany kiszonki stały się normą, zagrzewanie kiszonki z kukurydzy i kiszonego ziarna stało się poważniejszym problemem pod względem utraty składników odżywczych i zmniejszonej smakowitości w paszy. Chociaż kwas octowy nie jest tak mocnym kwasem jak kwas mlekowy, kwas octowy (i inne związki) wytwarzany przez L. buchneri okazał się hamować populacje drożdży.

Obecnie powszechnie przyjmuje się, że inokulanty zawierające kombinację zarówno homofermentacyjnego LAB (w celu skutecznego obniżenia pH), jak i heterofermentacyjnego L. buchneri (w celu zahamowania wzrostu drożdży) są skutecznym narzędziem do kierowania fermentacją na początku kiszenia jak i zapewniają stabilność w warunkach tlenowych kiszonce.

Ta kombinacja szczepów inokulujących czasami tworzy interpretacja laboratoryjnych lotnych kwasów tłuszczowych jest myląca, ponieważ w silosie L. buchneri rosną znacznie wolniej niż homofermentacyjne LAB i stają się bardziej aktywne wraz ze spadkiem pH. Przy niskim pH L. buchneri preferuje kwas mlekowy od cukru jako główne źródło energii. Dlatego poziom kwasu mlekowego spada, podczas gdy poziom kwasu octowego rośnie, bez zmiany poziomu cukru resztkowego w kiszonce.

by Scott Dennis and Bill Mahanna