Корма, подвергшиеся тепловому повреждению: Влияние на качество
Обычно тепловое повреждение кормов в первую очередь ассоциируется с изменением качества белка в кормах в результате реакции Майяра. Реакция Майяра – это вызванная теплом химическая реакция между белком (аминокислотами) и сахарами. Такие термины, как белок, поврежденный теплом, доступный белок и нерастворимый в кислоте белок, использовались для характеристики теплового повреждения кормов в течение десятилетий. Последние исследования открывают новые и более широкие перспективы в плане влияния нагрева на качество кормов. В этой статье речь пойдет о новых взглядах на то, как нагревание влияет на качество кормов.
Что вызывает тепловое воздействие?
Заготовленные корма содержат большое количество эпифитных микроорганизмов, таких как бактерии, дрожжи и плесень. Эпифит – это организм, развивающийся на живом растении (или прикрепленный к нему), а эпифитные микроорганизмы встречаются в любом заготовленном корме. Эпифиты можно разделить на две простые группы: те, которым требуется кислород (аэробные), и те, которым он не требуется (анаэробные). Анаэробные эпифитные бактерии отчасти обеспечивают ферментацию силоса. В результате анаэробной ферментации получается вкусный силос. При заготовке кормов в виде силоса, тюков или сухого сена воздух (кислород) всегда находится внутри растения. При нормальном процессе силосования аэробные бактерии, дрожжи и плесень в сочетании с дыханием растений быстро потребляют весь свободный кислород и заменяют его углекислым газом, что приводит к анаэробной ферментации.
Сухое сено обычно прессуется при очень низком содержании влаги, и аэробные эпифиты не могут выжить. Когда сено прессуется слишком влажным, или, наоборот, когда осеновные корма силосуются слишком сухими, возникает псевдоферментационная среда. Корм содержит достаточное количество влаги для роста аэробных эпифитов (и других внешних микроорганизмов), но избыток кислорода задерживается в кормовой массе, продлевая аэробную фазу на несколько дней или даже недель. В этих условиях растворимые углеводы из корма потребляются аэробными микроорганизмами с выделением углекислого газа и тепла. Первоначальное выделение тепла создает вторичную среду для других типов микроорганизмов, включая термофильные бактерии, в результате чего температура внутри кормовой массы может неоднократно повышаться. Некоторые аэробные бактерии, такие как Actinomycetes, являются термофильными и могут размножаться при температуре >49 °C. Дыхательная активность микроорганизмов может вызвать повышение температуры внутри тюка примерно до 70 °С; однако, когда температура внутри тюка достигает этого уровня, активность микроорганизмов обычно прекращается. Дальнейшее повышение температуры происходит в основном за счет окислительных (неферментативных) реакций, которые плохо изучены.
В любом типе кормов влажность при прессовании оказывает наибольшее влияние на интенсивность нагрева во время хранения. Эта идея показана на рисунке 1 для небольших прямоугольных (от 40 до 50 кг) люцерновых тюков, прессованных при широком диапазоне содержания влаги. На рисунке 1 нагрев измеряется в градусо-днях >86°F (прим. переводчика: = 30 °C), что аналогично концепции вегетационных градусо-дней (GDD), используемой агрономами. Как правило, градусо-дни нагрева представляют собой значение внутренней температуры тюка за период времени, в течение которого температура была повышенной. Чтобы рассчитать нагрев, 86°F вычитается из максимальной внутренней температуры тюка в течение каждого дня хранения. Затем ежедневная разница суммируется за каждый день, в течение которого разница была > 0. В дни, когда температура внутри тюка оставалась <86 °F, считается, что это 0 градусо-дней. На рисунке 1 показаны две важные особенности. Во-первых, связь между содержанием влаги при прессовании и самопроизвольным нагревом является последовательной и (в данном случае) линейной. Во-вторых, изменчивость точек наблюдения вокруг линии распределения довольно ограничена, что указывает на то, что содержание влаги при прессовании является основным фактором, вызывающим спонтанный нагрев.
Еще одним фактором, влияющим на интенсивность нагрева прессованного сена, является размер и/или плотность самой упаковки. Как правило, способность к теплообразованию не зависит от размера тюка, но более крупные и/или плотные упаковки содержат больше сухого вещества (СВ). Большие тюки также имеют меньшую площадь поверхности на единицу СВ корма, что препятствует отводу тепла. Совместное влияние влажности при прессовании и размера тюка показано на рисунке 2, где суммировано накопление тепла в больших круглых тюках сена люцерны и ежи, упакованных в тюки диаметром 3, 4 и 5 футов (прим. переводчика = 0,9 м, 1,2 м и 1,5 м). Как и в случае с небольшими прямоугольными тюками, накопленное в процессе хранения количество градусо-дней увеличивалось с ростом влажности для каждого диаметра тюка. С увеличением диаметра тюков увеличивалась вероятность самопроизвольного нагрева при относительно низком содержании влаги (<20 %) и накопления большего количества градусо-дней во время хранения. Тюки большего диаметра также несут повышенный риск самовозгорания.
Как нагрев влияет на качество кормов?
Тепловое воздействие на корма часто рассматривается в двоичных терминах, что означает, что корм либо поврежден, либо нет. В действительности влияние нагрева на качество корма не является двоичным, а лучше описывается как шкала. Большинство фермеров и специалистов по кормлению знакомы с понятием «термоповрежденный белок» (о нем речь пойдет ниже), однако это не обязательно самое значительное негативное последствие самопроизвольного нагрева.
На рисунке 3 описана взаимосвязь между концентрацией НДК и градусо-днями. В результате самопроизвольного нагревания показатели НДК увеличились на 11 процентных единиц, но важно отметить, что НДК в действительности не образуется в процессе нагревания. Увеличение концентрации НДК происходит потому, что растворенные в клетке вещества (в частности, сахара) подвергаются преимущественному окислению в процессе микробного дыхания. Такие компоненты клетчатки, как НДК, КДК и лигнин, обычно инертны во время этого процесса, но их концентрация увеличивается, поскольку количество растворенных в клетке веществ уменьшается в результате окисления. Особенно это важно потому, что сахара и другие компоненты клеточного раствора перевариваются практически на 100 %, а компоненты клетчатки - нет. В результате самопроизвольный нагрев снижает энергетическую ценность корма (выраженную как TDN) (рисунок 4).
Многие специалисты по кормлению придерживаются мнения, что переваримость НДК снижается в результате самопроизвольного нагрева. Удивительно, но результаты исследований свидетельствуют о том, что переваримость НДК не подвергается существенным изменениям в результате нагревания, если только нагревание не является настолько сильным, чтобы привести к обугливанию, которое проявляется в виде черных или темно-коричневых очагов в центре тюка. Если исключить случаи чрезмерного нагрева, то остается мало доказательств того, что переваримость НДК (измеряемая как 48-часовая переваримость нейтрально-детергентной клетчатки) и градусо-дни связаны между собой статистически (рис. 5).
Как можно предотвратить нагрев?
Для хранения небольших прямоугольных тюков пороговый уровень влажности обычно составляет около 20 %. В связи с ростом популярности больших тюков сена среди фермеров важно снизить этот пороговый уровень влажности, чтобы ограничить нагрев. Хорошим целевым показателем для больших круглых или больших квадратных тюков будет влажность 16-18 %. Зачастую легче добиться еще более низкой влажности при прессовании трав, которые быстрее высыхают. При упаковке больших тюков сена в этом диапазоне и хранении на открытом воздухе происходит некоторое нагревание (рис. 2), однако связанное с этим влияние на качество корма относительно незначительно (рис. 3-6).
Движение воздуха вокруг тюков способствует испарению воды и тепла, поэтому хранение на открытом воздухе более щадящее. Хранение больших тюков сена в помещении осложняется еще и тем, что движение воздуха вокруг тюков практически отсутствует, и если не следить за содержанием влаги, то вполне возможно самовозгорание. Влажность при прессовании в диапазоне 16–18 % для больших тюков сена является довольно распространенной практикой, однако хранение на открытом воздухе также является преобладающим вариантом хранения на большей части территории страны. Фермерам, хранящим высококачественные тюки под крышей, стоит задуматься о еще более консервативном подходе к регулированию влажности при прессовании. Для бобовых сенажей эти факторы затрудняют работу фермеров, поскольку качество корма ухудшается из-за осыпания листьев, а полностью исключить нагревание и оптимизировать сохранность листьев в больших тюках сена без консервантов или без доступа кислорода путем герметизации пластиковой пленкой не представляется возможным.
Можно ли использовать лабораторный анализ для выявления поврежденного теплом протеина?
В коммерческих лабораториях по исследованию кормов анализы на содержание термоповрежденного протеина в кормах проводятся по-разному. Широко распространены такие термины, как сырой протеин, нерастворимый в кислотной детергентной среде (КДНСП); сырой протеин в кислотно-детергентной клетчатке (КДК-СП); азот, нерастворимый в кислотной детергентной среде (КДНА); термоповрежденный протеин (ТПП) и нерастворимый сырой протеин (нСП). Как правило, эти названия отражают один и тот же показатель питательности. Чаще всего эти данные указываются в процентах от общего количества СП (сырого протеина), но они также могут быть указаны в процентах от СВ корма. Пожалуй, лучшим вариантом является определение сырого протеина в кислотно-детергентной клетчатке (КДК-СП), поскольку в ходе лабораторных анализов измеряется количество сырого протеина, сохранившегося в кислотно-детергентной клетчатке. Согласно существующим стандартам, если эта фракция составляет < 10,0 % от общего количества СП корма, то во время хранения произошло минимальное тепловое повреждение. Следует отметить, что все корма содержат определенное количество КДНСП; в ненагретом сене этот показатель, вероятно, составляет от 4 до 8 % от общего количества CП. В естественной (нетермообработанной) форме СП в КДК в основном не переваривается у жвачных животных, но согласно некоторым исследованиям, СП в НДК, полученный в результате самопроизвольного нагрева, имеет низкую биодоступность. Недавние исследования (рис. 6) показывают, что стандартные рекомендации по определению теплового повреждения протеинов в кормах являются обоснованными, но вместе с этим снижение энергетической ценности может быть наиболее серьезным последствием самопроизвольного нагрева.
Оригинал: https://fyi.extension.wisc.edu/forage/files/2014/01/HeatDamage-FOF.pdf