2.7. Ủ chua thức ăn xanh
2.7.1. Các quá trình sinh hóa và vi sinh vật học diễn ra trong quá trình ủ chua thức ăn
Ủ chua là một biện phỏp sinh vật học ủể bảo quản thức ăn nhiều nước. Bản chất của việc ủ chua là trong ủiều kiện yếm khớ, khi nộn chặt sinh khối thức ăn trong tháp hoặc hố ủ sẽ xảy ra mạnh mẽ các quá trình sinh hóa và vi sinh vật học ủể lờn men ủường hỡnh thành axit hữu cơ cấp thấp (axit lactic, axit butyric, …) ủể giảm ủộ pH tới mức cú tỏc dụng ức chế mọi hoạt ủộng của vi sinh vật thối rữa.
Do vậy, giỏ trị dinh dưỡng của thức ăn ủược bảo tồn và bảo quản ủược trong thời gian dài. Người ta phõn biệt 3 tỏc ủộng chớnh trong quỏ trỡnh ủ chua:
Tỏc ủộng của hụ hấp hiếu khớ
Sau khi cắt cỏ tế bào thực vật vẫn sống và thực hiện hô hấp hiếu khí. Thông thường ủường hexose sẽ bị ụxi hoỏ cho ra CO2, H2O và nhiệt. Ở từng cõy thức ăn riêng rẽ thì nhiệt này nhanh chóng toả vào không khí, nhưng trong thiết bị ủ (túi, bể, hào, hố ủ …) nhiệt toả ra sẽ làm tăng nhiệt ủộ của khối ủ. Nhiệt ủộ cao càng làm tăng hụ hấp hiếu khớ. Chỉ vài giờ sau khi ủ nhiệt ủộ của khối ủ lờn tới 60 - 700C. Các sản phẩm của hô hấp hiếu khí không có ích cho ủ chua thức ăn. Ngược lại, trong ủiều kiện nhiệt ủộ cao nước bốc hơi rồi sau ủú nhỏ xuống lớp trờn khối ủ, là một trong những nguyên nhân làm cho lớp thức ăn này bị mốc.
Hơn nữa, ở nhiệt ủộ khối ủ cao hơn 400C thỡ protein và cỏc axit amin sẽ phản ứng với ủường tạo thành cỏc phức hợp bền vững (melanoid) mà gia sỳc khụng thể tiờu húa ủược. Trong trường hợp này thức ăn ủ chua cú mựi thơm của tỏo, mựi mật hay mựi bỏnh mỡ ủen và cú màu nõu thẫm. Thức ăn ủ chua loại này gia súc rất thích ăn, nhưng có tỉ lệ tiêu hoá rất thấp. Ví dụ, tiêu hoá protein thô
của thức ăn loại này chỉ khoảng 10 - 15%, trong khi ủú của thức ăn ủ chua bỡnh thường là 62 - 68% (Menkin, 2004).
Hô hấp hiếu khí càng mạnh, càng kéo dài thì chất lượng thức ăn ủ chua càng kộm. Hụ hấp hiếu khớ tiờu hao ủường hoà tan dự trữ trong cõy cỏ mà ủường hoà tan này rất cần thiết cho quá trình ủ chua, tạo các axit hữu cơ, giúp hạ pH của khối ủ. Hụ hấp hiếu khớ kộo dài ủến chừng nào cũn ụxi và ủường hoà tan trong khối ủ.
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 2822 Kj
Tỏc ủộng của hụ hấp yếm khớ
Tế bào thực vật khụng chết ngay sau khi ủó sử dụng hết oxy. Nhờ qua trỡnh hụ hấp ủặc biệt này nờn tế bào vẫn cú thể sụng thờm ủược một thời gian nhất ủịnh, trong thời gian này lượng chất tớch lũy trong thức ăn vẫn tiếp tục bị phõn giải cho ra rượu và các axit hữu cơ. Nhưng sản phẩm này tích lũy dần trong tế bào cuối cựng làm cho tế bào bị chết. Lượng ủường và lượng nước trong thức ăn càng nhiều thì quá trình hô hấp yếm khí trong tế bào càng lâu, nhưng số lượng axit hữu cơ sản sinh ra trong quá trình hô hấp này còn ít và chưa rõ ràng trong việc bảo quản giá trị thức ăn.
Tỏc ủộng của vi sinh vật
Song song với cỏc tỏc ủộng trờn cũn cú tỏc ủộng mạnh mẽ của cỏc vi sinh vật có trong sinh khối ủ, chủ yếu là các loại vi khuẩn lên men lactic, axetic, butyric, các vi khuẩn gây thối, các nấm, mốc. Các vi sinh vật này có sẵn trên bề mặt nguyên liệu ủ.
Nấm và vi khuẩn hiếu khí chiếm ưu thế trong thức ăn xanh, nhưng khi môi trường yếm khớ ủược thiết lập chỳng nhanh chúng bị thay thế bởi nhúm vi sinh vật cú khả năng sống trong ủiều kiện khụng cú oxy. Nhúm này bao gồm: vi khuẩn lên men lactic, clostridia và enterobacteria.
- Vi khuẩn lên men lactic:
Vi khuẩn lên men lactic là nhóm vi khuẩn yếm khí không bắt buộc (có khả năng sinh trưởng trong ủiều kiện cú hoặc khụng cú ụxi), thụng thường cú sẵn trờn cõy thức ăn với số lượng nhỏ, nhưng sẽ tăng rất nhanh sau khi thu cắt, ủặc biệt
cõy ủược băm chặt nhỏ hoặc làm dập nỏt. Nhúm vi khuẩn lờn men lactic ủược chia thành 2 nhóm nhỏ: homofermentative (Lactobacillus plantarum, Pediococcus pentosaceus và Enterococcus faecalis) và heterofermentative (Lactobacillus brevis và Leuconostoc mesenteroides). Khi ủ thức ăn xanh, vi khuẩn lờn men lactic lờn men ủường hoà tan hỡnh thành cỏc axit hữu cơ, mà chủ yếu là axit lactic, nhanh chúng hạ pH của khối ủ. Lờn men ủường ủể tạo ra axit lactic bởi nhóm vi khuẩn homofermentative sẽ hiệu quả hơn nhóm vi khuẩn heterofermentative. Trong quá trình ủ chua hemicellulose cũng bị thuỷ phân giải phúng ủường pentose và ủường này sẽ ủược lờn men tiếp bởi nhúm vi khuẩn lờn men lactic tạo ra axit lactic và axit axetic.
Theo một số tỏc giả, lờn men ủường bằng nhúm vi khuẩn lờn men lactic cú hiệu quả nhất. Tổn thất năng lượng cho lên men bởi nhóm vi khuẩn này chỉ khoảng 1,5 - 4%, còn lên men bởi nấm men tổn thất này khoảng 3 - 9%. Lên men butyric gõy tổn thất năng lượng rất lớn do cỏc vi khuẩn này sử dụng ủường, axit lactic và một số axit amin. Sự cú mặt của axit butyric chứng tỏ ủiều kiện ủ chua khụng ủược ủảm bảo, protein bị phõn giải, sự hỡnh thành một số sản phẩm ủộc cho sức khoẻ gia súc. Sự phát triển của nhóm vi khuẩn lên men butyric sẽ bị hạn chế bằng cách hạ nhanh pH của khối thức ăn xuống 4,2.
- Clostridia:
Clostridia luôn có sẵn trong khối thức ăn xanh nhưng nguồn chính trong khối thức ăn ủ chua là dõy nhiễm từ ủất. Chỳng tồn tại ở dạng nha bào và chỉ phỏt triển trong ủiều kiện yếm khớ hoàn toàn. Nhúm vi khuẩn clostridia ủược chia thành 2 nhóm nhỏ: saccharolytic clostridia và proteolytic clostridia.
Saccharolytic clostridia (Clostridium butyricum và Clostridium tyrobutyricum) lờn men axit lactic và ủường hoà tan tạo thành axit butyric, làm tăng pH của khối ủ. Proteolytic clostridia (Clostridium bifermentans và Clostridium sporogenes) lên men các axit amin tạo ra axit axetic, axit butyric, amines và amoniac.
Clostridia phỏt triển tốt nhất khi pH từ 7,0 - 7,4. Chỳng khụng chịu ủược môi trường axit, pH hạ xuống 4,2 sẽ ức chế hoàn toàn sự phát triển của nhóm
này. Clostridia cũng rất nhạy cảm với ủộ ẩm của nguyờn liệu thức ăn ủem ủ, chỳng phỏt triển rất mạnh trong ủiều kiện ẩm ủộ cao. Với những thức ăn cú hàm lượng chất khô thấp (dưới 15%) thì mặc dù pH có hạ xuống 4,0 cũng không ức chế ủược sự phỏt triển của nhúm clostridia. Hàm lượng chất khụ của thức ăn ủem ủ cao (30 - 40%) sẽ hạn chế rõ rệt sự phát triển của nhóm clostridia.
Ngoài ảnh hưởng xấu ủến chất lượng thức ăn ủ chua, vi khuẩn clostridia dây nhiễm trong thức ăn ủ chua còn gây hại cho sức khoẻ gia súc. đã có nhiều thụng bỏo về bệnh ngộ ủộc thức ăn ở ngựa và bũ khi ăn phải thức ăn ủ chua cú nhiễm Clostridium botulinum.
- Enterobacteria:
Enterobacteria, còn gọi là vi khuẩn lên men axetic hay E. coli, có không nhiều trong thức ăn xanh. Không giống như clostridia, chúng là vi khuẩn yếm khí khụng bắt buộc, cạnh tranh rất mạnh với vi khuẩn lờn men lactic về nguồn ủường hoà tan. Enterobacteria lờn men ủường tạo ra hỗn hợp sản phẩm bao gồm axit axetic, ethanol và H2. Giống như clostridia, chúng có khả năng khử carboxyl và khử amin cỏc axit amin ủể tạo ra amoniac. pH thớch hợp cho sự phỏt triển của nhúm vi khuẩn này là 7,0 do vậy chỳng chỉ hoạt ủộng ở giai ủoạn ủầu của ủ chua khi mà pH của khối ủ chưa hạ thấp. Các loài thuộc nhóm này thường thấy trong thức ăn ủ chua là Escherichia coli và Erwinia herbicola.
- Vi khuẩn nhóm Bacillus:
Nhóm vi khuẩn này rất phổ biến trong thức ăn xanh, nhưng sẽ bị ức chế khi axit lactic hình thành. Tuy nhiên, nhóm vi khuẩn này có nhiều trong thức ăn ủ chua không kín khí. Nhiều trường hợp xẩy thai ở bò khi ăn phải thức ăn ủ chua nhiễm Bacillus lichiniformis.
- Nấm:
Nấm cú sẵn trong ủất trồng và trờn cõy thức ăn, phỏt triển dưới dạng ủơn bào (nấm men) hoặc sợi ủa bào (nấm mốc). Cỏc loài nấm men trong thức ăn ủ chua là Candida, Saccharomyces và Torulopsis. Chúng gây hỏng thức ăn ủ chua khi khụng khớ lọt ủược vào khối ủ.