Влияние инокуляции Bacillus subtilis и комплексом Lactobacillus на качество силоса и молока

Введение. На кукурузный силос приходится не менее 40 % корма, скармливаемого коровам в сутки. Относительная простота заготовки и высокая урожайность кукурузы по зеленой массе сделала кукурузный силос основным грубым кормом, используемым в рационе жвачных животных, особенно в рационе молочного скота во всем мире. Следовательно, силос высокого качества с точки зрения питательных и гигиенических свойств является важнейшей предпосылкой для развития молочного животноводства. Тем не менее, переваримость кукурузного силоса в рубце жвачных обычно составляет менее 60 % и даже ниже, при поздних сроках уборки, что свидетельствует о низком коэффициенте использования. Причина в том, что основным компонентом стебля и листьев кукурузы является лигноцеллюлоза, на долю которых приходится около 55 % от общей массы, а ее сложная структура, состоящая из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина, сложно расщепляемая микрофлорой и ферментами, что влияет на усвоение питательных веществ [1].

Помимо этого, в процессе силосования мик-ромицеты, которые прикрепляются к поверхнос- ти измельченной кукурузной массы, вырабатывает различные микотоксины, что может привести к острой интоксикации организма, субклиническим заболеваниям или подавлению иммунитета у скота.

Для производства силоса высокого качества обычно используются силосные инокулянты, которые стимулируют процесс ферментации. Сегодня на рынке представлено три основных типа силосных консервантов: бактериальные, ферментативные и химические [2].

Ферменты добавляют в силос, как правило, для ускорения разрушения клеточных стенок растений (например, использование целлюлаз и гемицеллюлаз). Хотя имеются некоторые данные о положительном влиянии таких добавок на качество силоса и продуктивность животных, такой подход менее надежен, чем общепринятое применение силосных инокулянтов [3].

Литературные данные свидетельствуют о высокой эффективности применения органических кислот и их солей в качестве консерванта. Пропионовая и муравьиная кислоты, используются для снижения рН силоса до значений, неблагоприятных для патогенных бактерий.

Другие органические кислоты и их соли, в том числе формиат натрия, формиат аммония, подавляют рост дрожжевых и плесневых грибов на стадии ферментации или выемки. Однако, очевидно, что данный тип силосного консерванта не оказывает никакого влияния на доступность питательных веществ корма.

Силосные инокулянты бактериальной природы можно разделить на четыре поколения в соответствии с их различными функциями во время силосования. В качестве инокулянтов первого поколения были идентифицированы гомолактические бактерии, ускоряющие молочнокислое брожение и улучшающие качество ферментации и сохранение питательных веществ силоса. Гетеролактобактерии, повышающие аэробную стабильность за счет образования уксусной кислоты и 1,2-пропандиола, впоследствии были идентифицированы как инокулянты второго поколения. Некоторые штаммы со специальными функциями, такие как продуцирующие ферулоилэстеразы Lactobacillus plantarum или Pediococcus acidilactici с высокой антиоксидантной активностью, улучшающие усвояемость клетчатки или антиоксидантную способность силоса, были определены как инокулянты третьего поколения. Бактерии, скармливаемые напрямую, такие как Saccharomyces cerevisiae , были определены как инокулянты силоса четвертого поколения, где пробиотическая микрофлора приносит непосредственную пользу животным через скармливание силоса с внесенным в него консервантом. Bacillus также можно отнести к инокулянтам силоса четвертого поколения из-за его способности улучшать продуктивность животных при пероральном введении и улучшать качество ферментации и аэробную стабильность силоса как зерновых, так и бобовых культур [4].

В настоящее время активно набирают популярность и используются ферментно-бактериальные консерванты. Применение биологических методов в силосовании получило более широкое распространение. Силосные консерванты, увеличивают количество молочной кислоты в силосе и улучшают его качество. Чтобы повысить КПД грубых кормов у жвачных, в последние годы были проведены исследования по применению молочнокислых бактерий и фибролитических ферментов, которые могут разрушать растительные клетки. Благодаря этому обеспечивается длительное сохранение и усвояемость как грубых, так и сочных кормов [5].

Тем не менее, некоторые животноводы сомневаются в экономической эффективности консервантов для силоса, особенно для кукурузного, который считается легко силосуемой культурой. Действительно, фермеры часто используют добавки для консервирования кормов, состоящих из мелкосемянных бобовых и злаковых культур, люцерны или райграса, в которых их преимущества обычно более очевидны. Однако неоптимальное обращение с кукурузным сырьем на силос (неадекватная концентрация сухого вещества при сборе урожая, медленное заполнение бункера, несовершенная герметизация массы, плохое уплотнение массы, задержка снижения pH массы) может привести к проникновению воздуха и, как следствие, аэробной порче силосуемой массы. Этот процесс может вызвать размножение дрожжей (одноклеточных грибов), плесени (многоклеточных грибов) и других нежелательных микроорганизмов, что приведет к увеличению потерь питательных веществ и сухого вещества в следствии теплового повреждения питательных веществ и протеолиза и продуцированию микотоксинов. Другие экологические или биотические факторы, такие как, температура окружающей среды, осадки, первоначальные популяции дрожжей, плесени и микроорганизмов, могут способствовать усилению порчи кормов [6].

Bacillus subtilis обычно используются в качестве агента биологической борьбы для эффективной защиты растений от фитопатогенов. Кроме того, благодаря антимикробной способности B. subtilis их используют в качестве кормовых добавок непосредственно или пробиотических препаратов в кормах для моногастричных животных.

Цель исследования: Изучить влияние бактериальных инокулянтов на основе Bacillus sub-tilis и комплекса молочнокислых бактерий (Lactobacillus brevis, L. plantarum, L. kefiri) на процесс силосования кукурузы, включая оценку их консервирующего эффекта, динамику ферментации, снижение микотоксикогенной нагрузки и улучшение питательных свойств силоса, с целью разработки рекомендаций для повышения качества кормов в молочном животноводстве.

Задачи: изучить влияние бактериальных инокулянтов на основе Bacillus subtilis и комплекса молочнокислых бактерий на динамику ферментационных процессов в кукурузном силосе; оценить влияние применения инокулянтов на питательную ценность и сохранность куку- рузного силоса; определить эффективность скармливания опытного силоса, заготовленного с использованием биологических консервантов, на продуктивность дойных коров.

Объекты и методы. Исследования проводились на базе ООО «Приамурье» Тамбовского района Амурской области. Кукуруза сорта «Ма-шук 171» Гибрид F1, ФАО 170 на силос убиралась в фазу молочно-восковой спелости. Высота среза 30 сантиметров, длина резки – 20 миллиметров. Урожайность составила 237 центнера с гектара, содержание СВ-29 %. Консервирующий эффект иннокулянтов оценивался по накоплению масляной, молочной и уксусной кислот, pH. Содержание микотоксинов в кормах определяли на основании ГОСТ 34140-2017.

В качестве иннокулянта использовались два биопрепарата с разными штаммами бактерий. Контрольный вариант закладывался без применения консервирующих добавок, В первом опытном варианте использовали препарат, ко- торый в своём составе содержит Bacillus subtilis, во втором опытном варианте – препарат, который в своём составе содержит группу лиофиль-но высушенных молочнокислых бактерий Lactobacillus brevis, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus kefiri.

С целью определения влияния биоконсервантов на содержание микотоксинов в кормах проведен научно-хозяйственный опыт. В производственных условиях заложены три траншеи (объем 500 м³) с кукурузным силосом, где контрольный вариант закладывался без применения консервантов, первый опытный вариант закладывался с применением биоконсерванта на основе Bacillus subtilis , а второй опытный с применением консерванта на основе Lactobacillus brevis , Lactobacillus plantarum , Lactobacillus kefiri . Отбор проб проводился на 60 день. Скармливание проводилось согласно схеме исследований, представленной в таблице 1 [7].

Таблица 1

Группы	Количество животных гол.	Условия кормления
контрольная	10	Основной рацион (ОР) с сенажом из люцерны
1 - опытная	10	ОР с сенажом из люцерны с консервантом на основе Bacillus subtilis
2 - опытная	10	ОР с сенажом из люцерны с консервантом на основе Lactobacillus brevis , Lactobacillus plantarum , Lactobacillus kefiri

Схема опыта Experiment diagram

Измельченную кукурузную массу, обработанную инокулянтами, закладывали в десятилитровую полипропиленовую тару и герметично закрывали. Сосуды с кукурузным силосом хранили при температуре (25 ± 2) °С и отбирали образцы на 1, 7, 14 и 60 дней силосования. Содержание сухого вещества в зелёной массе, силосе и сенаже определяли путём высушива- ния навесок при t° = +105°C, сахара – по Бертрану, аммиака – по Лонги, рН – с помощью pH-метра ТАН-2, органических кислот – методом капиллярного электрофореза. Качество зеленой массы и силоса оценивали на основании данных химического анализа. Химический состав зеленой массы кукурузы до силосования представлен в таблице 2.

Таблица 2

Показатель	Содержание г/кг
Сырой протеин	76,6**
Крахмал	107**
Сухое вещество	291*
НДК	419**
КДК	232**

Примечание: * – в 1 кг натурной массы; ** – в 1 кг сухого вещества.

Химический состав зеленой массы кукурузы до силосования

Chemical composition of green corn mass before ensiling

Содержание сухого вещества в цельной кукурузе составляло 291 г/кг. Содержание крахмала составило 107 г/кг сухого вещества (СВ), содержание сырого протеина - 76,6 г/кг СВ; содержание НДК - 419 г/кг СВ; содержание КДК -232 г/кг СВ.

Результаты и их обсуждение. Питательная ценность силоса напрямую зависит от качества и скорости ферментативных процессов при кон- сервации, и напрямую влияет на потери питательных веществ при длительном хранении кормов.

В целом рН трех групп быстро снижался и оставался стабильным после 7 дней силосования. Концентрации молочной и уксусной кислот в трех группах силоса повышалась с увеличением срока силосования (таблица 3).

Таблица 3

Показатель	Вариант	Срок силосования, дней
		1	7	14	60
рН	Контроль	4,24	4,04	4,09	4,01
	1-й опытный	4,23	4,01	4,01	3,98
	2-й опытный	4,23	4,03	4,00	3,95
Молочная кислота, г/кг СВ	Контроль	11,1	36,8	47,4	61,9
	1-й опытный	16,5	49,4	74,5	72,7
	2-й опытный	16,7	46,9	52,1	67,9
Уксусная кислота, г/кг СВ	Контроль	4,26	17,0	25,3	34,6
	1-й опытный	6,67	21,0	23,2	29,4
	2-й опытный	5,73	21,6	26,4	34,9

Ферментация кукурузного силоса в период проведения опыта Fermentation of corn silage during the experiment

Самая высокая концентрация молочной кислоты наблюдалась в силосе, первого опытного варианта, однако и второй опытный вариант по этому показателю превосходил контроль на 9,6 %, по истечению 60 дней опыта силосования. Наиболее оптимальное отношение молочной и уксусной кислот наблюдалось в силосе первого опытного варианта (1 : 2,4) Худшее соотношение кислот наблюдается в контрольном варианте (1 : 1,78), что свидетельствует о том, что процесс ферментации в данном варианте протекает медленнее. Об этом свидетельствует и данные о содержании молочной кислоты на 14 день. Во всех вариантах силосов в период силосования масляная кислота не была обнаружена [2].

В настоящее время питательная ценность корма характеризуется почти семьюдесятью различными показателями. Химический состав является первичным показателем питательности кормов, в связи с чем изучение химического состава силоса играет ключевую роль в оценке не только питательной ценности, но и сохранности кормов для сельскохозяйственных животных.

Таблица 4

Показатель	Вариант
	контрольный	1-й опытный	2-й опытный
Сухое вещество, г/кг	232,32	239,18	237,69
Концентрация в сухом веществе: Сырой протеин, %	8,45	8,84	8,47
Сырая клетчатка, %	23,84	21,61	22,37
Сахар, %	12,45	20,96	17,68
Каротин, мг	18,75	25,19	22,96
НДК, г/кг	394	481	487
КДК, г/кг	256	235	248

Химический состав экспериментального силоса Chemical composition of the experimental silo

Из таблицы 4 видно, что введение консервантов благоприятно сказывается на качестве силосования. Так, содержание нейтральнодетергентной клетчатки в опытных закладках повысилось на 23 %, при уменьшении содержания сырой клетчатки на 16 и 13 % соответственно в первой и второй опытных группах по сравнению с контролем. Мы предполагаем, что это связано с ферментной активностью вносимых с иннокулянтами бактерий.

Лабораторные исследования показали положительный эффект введения биоконсервантов на качество силоса. Важным звеном данного исследования является то, что одним из ключевых факторов, уменьшающих вероятность развития токсикогенных грибов и образования микотоксинов, является использование консервантов для предупреждения роста грибов.

Таблица 5

Показатели	pH	Уксусная	Масляная	Молочная	Общее количество кислот
Контрольный	4,12	0,760	0,09	1,836	2,686
1-й опытный	4,01	0,618	0,02	2,196	2,834
2-й опытный	4,03	0,698	0,02	2,248	2,966

Содержание органических кислот, % в натуральном корме Organic acid content, % in natural feed

Контрольный образец имеет самый высокий уровень pH. Незначительное снижение pH в опытных группах указывает на повышении кислотности. Наибольшее содержание уксусной кислоты зафиксировано в контрольной группе, тогда как в опытных группах её концентрация снизилась. Концентрация молочной кислоты значительно выше в опытных группах, это может быть связано с активизацией молочных бактерий [8].

Данные, представленные в таблице 5 показывают, что использование биоконсервантов

Содержание микотоксинов в сухом веществе кукурузного силоса, мг/кг Mycotoxin content in dry matter of corn silage, mg/kg

Таблица 6

Показатели	Афлатоксины	Охратоксин А	Т-2 токсин	Зеараленон	ДОН
Контрольный	0,020	0,002	0,910	0	0
1-й опытный	0,015	0,001	0,876	0	0
2-й опытный	0,014	0,002	0,824	0	0

Несмотря на то, что в ветеринарно-санитарных требованиях Таможенного союза, утвержденных решением КТС от 18.06.2010 № 317 предельно-допустимые концентрации микотоксинов по кукурузному силосу не указаны, при анализе мы руководствовались требованиями по фуражной кукурузе. Из данных таблицы 6 видно, что силос, заготовленный в хозяйстве контаминирован тремя видами микотоксинов, при этом содержание охратоксина А не превышает ПДК.

Для изучения влияния силосов, заготовленных с применением биоконсервантов и без нами, был проведен анализ основного рациона, принятого в хозяйстве на содержание основных питательных веществ [10].

оказало благоприятное влияние на качество силоса, снизив содержание масляной кислоты и увеличив долю молочной кислоты, в том числе и за счет дополнительного преобразования уксусной кислоты в молочную, обеспечив оптимальное соотношение молочной и уксусной кислоты в соотношении 3,55 : 1 и 3,22 : 1 в первой и второй опытных группах соответственно. Это свидетельствует об улучшении ферментационных процессов.

Лактирующие коровы контрольной группы получали сенаж, который заготавливали по обычной технологии – без консерванта, а коровы опытных групп получали сенажи, изготовленные с консервантами на основе Bacillus sub-tilis и 2-я опытная группа консервантами на основе Lactobacillus brevis , Lactobacillus plantarum , Lactobacillus kefiri . Рационы были рассчитаны по детализированным нормам ФГБНУ ФНЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста [10].

Для изучения влияния сенажей, заготовленных классическим способом и с помощью биоконсервантов был проведен анализ основного рациона, принятого в хозяйстве (табл. 7).

Таблица 7

Показатель	Контрольная группа	1-я опытная группа	2-я опытная группа
Силос курузный, кг	15,0
Комбикорм КК-60, кг	7,5	7,5	7,5
Сенаж люцерна, кг	11	11	11
Соевый шрот, кг	1,3	1,3	1,3
Силос кукурузный с иннокулянтом		15,0	15,0
Солома соевая, кг	1,0	1,0	1,0
Отруби пшеничные, кг	1,0	1,0	1,0
Поваренная соль, г	120	120	120
Содержится в рационе:
ЭКЕ	18,9	19,2	19,22
Обменная энергия, МДж	198,6	202,8	201,9
Сырой протеин, г	2190,6	2268,4	2269,8
Са, г	96,5	98,3	98,3
Сухое вещество, кг	18,8	19,1	18,92
Каротин, мг	626,0	653,8	655,0
Сырая клетчатка, г	4426,4	4286,1	4290,1
Р г	70,2	71,1	71,0
Переваримый протеин, г	1757	1819,4	1820,0

Основной рацион, принятый в хозяйстве

Basic diet adopted on the farm

Кормление осуществлялась в соответствии с распорядком дня, принятым в хозяйстве. Корма, скармливаемые коровам, были однородными и доброкачественными. Рацион сбалансирован по основным питательным веществам.

Во время опыта подопытные коровы первой и второй групп получали в составе основного рациона, вместо силоса заготовленного классическим методом, силос, заготовленный с биозаквасками на основе Bacillus subtilis, и лакто- бактерий Lactobacillus brevis, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus kefiri.

Для оценки влияния экспериментальных факторов на качественные показатели молочной продукции был проведен сравнительный анализ физико-химического состава молока в контрольной и опытных группах. Полученные данные представлены в таблице 8, где отражены ключевые параметры: средний суточный удой, содержание жира, протеина и лактозы.

Таблица 8

Показатель	Контрольная	1-я опытная	2-я опытная
Средний суточный удой	23,3±0,15	24,7±0,14*	24,5±0,13*
Жир (кг/сут)	0,89±0,04	0,94±0,05	0,93±0,04
Белок (кг/ сут)	0,72±0,03	0,76±0,04	0,76±0,03
Лактоза (кг/ сут)	1,18±0,06	1,25±0,07	1,24±0,06
Жир (%)	3,80±0,08	3,81±0,09	3,82±0,08
Белок (%)	3,09±0,06	3,09±0,07	3,08±0,06
Лактоза (%)	5,05±0,10	5,08±0,11	5,07±0,10

Примечание: p ≤ 0.05

Физико-химический состав молока

Physical and chemical composition of milk

Результаты исследования показали незначительное увеличение среднесуточного удоя в 1-й и 2-й опытных группах (на 6 и 5,1 %) по сравне- нию с контролем, что доказывает положительное влияние использования силосных инноку-лянтов при силосовании кукурузы на молочную продуктивность, однако, в нашем исследовании, введение в рацион экспериментального силоса достоверно не влияло на качественные показатели молока.

Несмотря на то, что использование бактериальных инокулянтов при заготовке объемистых кормов, в мире, находит все более широкое применение, а сортимент продукции увеличивается с каждым годом, необходимо продолжать исследования по научно-обоснованному подбору конкретных штамов к определенным условиям заготовки кормов и используемых культур. С усложнением рационов высокопродуктивных коров необходимо учитывать и мико-токсикогенную нагрузку не только концентратной части рациона, но и объемистых кормов. Это позволит не только подавить рост патогенной микрофлоры, но и минимизировать риск попадания токсинов в организм животных, повысив безопасность и питательную ценность кормов.

Настоящее исследование демонстрирует, что применение бактериальных инокулянтов на основе Bacillus subtilis и комплекса молочнокислых бактерий ( Lactobacillus brevis , L. plantarum , L. kefiri ) существенно улучшает ферментативные, гигиенические и питательные параметры кукурузного силоса, что согласуется с глобальными трендами оптимизации силосования. Полученные результаты расширяют понимание механизмов воздействия пробиотических штаммов на сохранность кормов и продуктивность животных в специфических условиях Дальнего Востока России.

Ускоренное снижение pH и накопление молочной кислоты в опытных группах (см. табл. 2, 4) подтверждает эффективность инокулянтов в подавлении нежелательной микрофлоры. Особенно выраженное действие B. subtilis (72,7 г/кг СВ молочной кислоты против 61.9 г/кг в контроле на 60-й день) коррелирует с данными [11], где гетероферментативные бактерии усиливали ацидификацию силоса. Оптимальное соотношение молочной/уксусной кислот (3,55 : 1 в варианте с Bacillus ) критически важно для стабильности силоса, минимизируя риск вторичной ферментации. Отсутствие масляной кислоты во всех вариантах указывает на эффективное подавление клостридий, что соответствует требованиям к «классу 1» качества силоса по шкале DLG.

Повышение концентрации крахмала (до 24,5 % в варианте с Bacillus), сахаров (20,96 %) и каротина (25,19 мг) в опытных силосах (см. табл. 4)

объясняется ингибированием окислительных потерь и протеолиза. Однако неожиданный рост НДК на 23 % (см. табл. 4) противоречит ряду работ [12], где инокулянты снижали фракции клетчатки. Мы предполагаем, что это связано с ферментной активностью штаммов B. subtilis, гидролизующих гемицеллюлозу до олигосахаридов, которые затем рефрактурируются в анализе НДК. Данная гипотеза требует верификации методами in sacco .

Снижение уровня Т-2 токсина на 3,7-9,4 % в опытных группах (см. табл. 6), хотя и статистически незначимое, имеет практическую ценность. Устойчивость трихотеценов к биодеградации делает даже умеренное подавление значимым [13]. Антифунгальный эффект, вероятно, обусловлен конкурентным исключением микро-мицетов за счет доминирования LAB и продукцией бацитрацинов B. Subtilis [14].

Рост надоев на 5,1–6,0 % (см. табл. 8) соответствует метаанализу, связывающему улучшение переваримости клетчатки с увеличением продуктивности. Отсутствие изменений в составе молока (% жира, белка) указывает на то, что инокулянты не нарушили метаболический баланс, а лишь оптимизировали энергетический статус рациона.

Результаты доказывают экономическую целесообразность инокулянтов даже для «легко силосуемой» кукурузы в регионах с риском неоптимальной заготовки (высокая влажность в Амурской области). Преимущество B. subtilis в динамике ферментации (см. табл. 3) и питательности (см. табл. 4) делает его предпочтительным для зон с коротким окном заготовки. Однако исследование имеет ограничения.

Применение инокулянтов на основе B. subtilis и полиштаммовых LAB культур улучшает качество кукурузного силоса, снижая риски микотоксикозов и повышая продуктивность коров. Полученные данные обосновывают интеграцию биоконсервантов в технологии заготовки кормов в условиях Дальнего Востока как инструмента снижения потерь и повышения рентабельности молочного скотоводства.

Заключение. Ключевые положительные изменения в процессе силосования и качестве кукурузного силоса при применении бактериальных инокулянтов проявились в течение первых 60 дней ферментации. Наиболее эффективным показал себя препарат на основе Bacillus subtilis. Его использование позволило ускорить подкисление среды, снизив pH до оптимальных 3,95–3,98, и значительно увеличить накопление молочной кислоты – до 72,7 г/кг сухого вещества. Это создало неблагоприятные условия для развития токсигенных микромицетов, что привело к достоверному снижению микотоксикоген-ной нагрузки: содержание Т-2 токсина уменьшилось на 8–14 %, а уровень афлатоксинов – на 25–30 % по сравнению с контрольной группой.

Параллельно было зафиксировано улучшение питательной ценности силоса. Отмечен рост содержания легкоферментируемых углеводов (сахара – до 20,96 г/кг) и каротина (до 25,19 мг/кг), а также снижение уровня сырой клетчатки на 13–16 %, что указывает на лучшее сохранение питательных веществ и повышение переваримости корма. Важным результатом является увеличение аэробной стабильности силоса, что минимизирует риск порчи при хранении. Скармливание опытного силоса способствовало росту продуктивности дойных коров, что подтверждается увеличением среднесуточных надоев на 5,1–6,0 %. Таким образом, использование исследованных инокулянтов, в особенности на основе B. subtilis, является высокоэффективным приёмом для оптимизации технологии силосования кукурузы, повышения качества кормов и продуктивности животных в условиях Дальнего Востока.