Erilaiset säilöntäaineet Mustiala 23.1.2017 Seija Jaakkola Helsingin yliopisto Maataloustieteiden laitos
Säilöntäaineen tehtävät Kasvientsyymien esto entsyymit hajottavat ja kuluttavat rehun ravintoaineita heti korjuun alettua Haittamikrobien esto varastoinivaiheessa ja syöttövaiheessa (siilo auki) klostridit, enterobakteerit pilaavat rehua vaikka rehu olisi tiivistetty hyvin eikä ilmaa pääse rehuun hiivat, homeet pilaavat rehua, jos happea saatavilla Hyödyllisten mikrobien eli maitohappobakteereiden toiminnan edistäminen Tuottavat maitohappoa, joka happamoittaa rehun eli laskee ph:n => rehu säilyy
Säilöntäaineiden muutokset viime vuosikymmeninä Tuoreen rehun (ei esikuivattu) säilöntä muurahaishapolla tunnettu ja varma menetelmä Muutoksia Esikuivatus homeiden ja hiivojen rooli pilaajina kasvaa lämpenemistä estävät säilöntäaineet (hapen vaikutus, aerobinen stabiilisuus tavoitteena) Säilöntäaineiden käyttömukavuuden kehitystarpeet ns. biologiset säilöntäaineet eli ympit (bakteerit) ja entsyymit happosäilöntäaineiden osittainen neutralointi Muut kemikaalit (ei happoja) suora vaikutus haittamikrobeihin
Säilöntäaineet Kosteat rehut, joissa luontaista maitohappokäymistä Säilöntäaine tukee ja täydentää maitohappokäymisen vaikutusta Säilörehu Kuivat rehut, joissa ei käymistä tai se on hyvin rajoittunutta Säilöntäaineen tärkeä tehtävä on estää hiivoja ja homeita Säilöheinä, heinä, vilja
Pilaajamikrobien esto rehunteossa säilöntäaine ei ainoa vaikuttava tekijä Työvaihe säilörehun teossa Puhdas raaka-aine, huolellinen niitto ja korjuu Esikuivatus Säilöntäaineen käyttö Silppuaminen, tiivistäminen, peittäminen Tasainen ja riittävän nopeasti etenevä siilon rehurintamus Pilaajamikrobien kasvua estävä vaikutus Pilaajamikrobien kontaminaation esto Kuiva-ainepitoisuuden lisääntyminen Happamuus ja muut antimikrobiaaliset estovaikutukset (bakteereja, homeita ja hiivoja tuhoavat) Hapettomuus, osittain happamuus Hapettomuus
Säilönnän onnistuminen monta tekijää Kasvin/rehun ominaisuudet Rehuntekijän toimenpiteet esikuivatus, korjuu- ja säilöntämenetelmä Säilöntäaineen valinta Sääolosuhteet
Säilörehun säilöntäaineiden EU-hyväksyntä Säilöntäaineiden käyttöturvallisuuden ja tehokkuuden arviointi: https://www.efsa.europa.eu/en/publications EU-rekisteri: http://ec.europa.eu/food/safety/animalfeed/feed-additives/eu-register/index_en.htm Hyväksyntä yksittäisille kemikaaleille, mikrobikannoille ja entsyymeille ei seoksille, joita säilöntäaineet pääasiassa ovat
Säilöntäaineiden testaus missä materiaalissa toimii ja millä tavalla EU-hyväksyntä erikseen seuraavissa kasvimateriaaliluokissa Vaikeasti säilöttävä: sokeria alle 1,5 % tuoreessa Keskivaikeasti säilöttävä: sokeria 1,5 3 % Helposti säilöttävä: sokeria yli 3 % Kasvilaji ja esikuivatus vaikuttaa sokeriarvoon Hyväksyntä yleensä käymislaadun perusteella Myös esimerkiksi aerobisen stabiilisuuden (lämpenemisherkkyyden) parantajana tai muun vaikutuksen perusteella, joka osoitettava
Säilöntäaineiden tärkeimmät vaikuttavat aineet Hapot ja niiden suolat Muurahaishappo (suolamuoto formiaatti) Muita happoja: propionihappo (propionaatti), bentsoehappo (bentsoaatti), sorbiinihappo (sorbaatti) Muut kemikaalit Natriumnitriitti, heksamiini Biologiset säilöntäaineet Mikrobit Pääasiassa maitohappobakteereita, joista yleisin Lactobacillus plantarum (syyskuu 2016 EU-rekisterissä (Luokka 1 k Silage additives) 36 eri kantaa); Lactobacillus buchneri (11 eri kantaa); Pediococcus pentosaceus (10 eri kantaa), Yhteensä 12 muuta mikrobilajia Entsyymit Sellulaasi, ksylanaasi, amylaasi, β-glukanaasi
Säilöntäaineen valinta sopivuus käyttötilanteeseen Mitä säilöntäaine sisältää? kemikaalit bakteerien ja entsyymien tarkat tunnistetiedot Minkälaisen EU:n tehokkuushyväksynnän valmisteen eri komponentit ovat saaneet rehun käymislaatu, lämpenemisherkkyys (aerobinen stabiilisuus), muut tehokkuusväitteet? Valmisteen käyttöturvallisuus? Muu tutkimustieto? Mihin käsittelyyn tehokkuutta verrattu, mikä kasvilaji, mikä kuiva-ainepitoisuus ym.
Kasvin ominaisuudet vaihtelevat vaikutus rehun käymislaatuun Kuiva-ainepitoisuus kuiva-ainepitoisuuden lisääntyessä riski virhekäymiselle pienenee; hiiva ja homeongelmat saattavat lisääntyä Sokeripitoisuus pitoisuuden lisääntyminen helpottaa säilöntää Puskurikapasiteetti kuvaa ph:n laskun helppoutta/vaikeutta mitä pienempi sitä helpommin ph laskee ja rehu säilyy paremmin Nitraattipitoisuus nitraatti estää rehua pilaavien klostridien toimintaa
Säilöttävyysominaisuuksiin vaikuttavat tekijät Kasvilajin valinta Sokeri Esikuivatus X X Kuivaaine Puskurikapasiteetti Nitraatti X X X X N-lannoitus X X X X Kehitysaste X X X X
Esikuivatus lisää sokeripitoisuutta ilmaistuna osuutena tuoreesta rehusta => säilöttävyys paranee (vrt. EU-hyväksyntäluokat) Kuivaainepitoisuus, % Esimerkkitilanne Sokeri tuoreesta, % Sokeri kuivaaineesta, % Niittohetkellä 18 % 1,4 7,8 Esikuivatuksen jälkeen 30 % 2,3 7,6 35 % 2,6 7,4 Oletus, että esikuvatus kuluttaa sokeria
Eri kasvilajien säilöntäominaisuudet, niitot 1-3 (Dewhurst ym. 2003, J. Dairy Sci.) Palkokasvit eli apila ja sinimailanen vaativampia säilöttäviä. Koskee myös palkoviljoja. Säilöntä onnistuu kunhan kasvin ominaisuudet otetaan huomioon esikuivatuksessa ja säilöntäaineessa 600 500 400 376 491 454 300 200 100 126 234 189 214 156 100 82 64 51 Raiheinä Puna-apila Sinimailanen 0 Rvalk g/kg ka Sokeri g/kg ka Nitraatti mg/kg ka Puskurik meq/kg ka
Nurmipalkokasvit ja palkoviljat käymislaadun varmistaminen Happosäilöntäaineet Annostustason nosto Esikuivatus Biologiset säilöntäaineet (bakteerit, entsyymit) Esikuivatus
Kuivat rehut - säilöntäaineet Murskevilja Liiallinen kuivuus Tiivistäminen vaikeutuu Kosteus (35 45 %) eli vesi helpottaa tiivistämistä ja estää hapen pääsyä rehuun ja homeiden ja hiivojen kasvua Vesi auttaa säilöntäaineen (hapot, biologiset) leviämisessä Biologiset säilöntäaineet bakteerit tarvitsevat vettä Jyväsäilöntä propionihapolla Kosteuspitoisuuden lisääntyminen Säilöntähapon annostusta lisättävä Murskaus ennen säilöntää Säilöntähapon annostusta lisättävä tasaisen levittymisen saavuttamiseksi
Säilöheinän sokeri- ja maitohappopitoisuudet. Säilöntäkäsittelyt: PR painorehu PrH propionihappo, muut maitohappobakteereita (Jaakkola ym. 2010) 50 % KA 60 % KA
Eri nurmirehujen kuiva-ainepitoisuus ja säilönnälliseen laatuun vaikuttavat tekijät Rehu Kuiva-aine- Hyvän säilönnällisen laadun edellytykset pitoisuus, % Tuore säilörehu Alle 25 Alhainen ph Hapettomuus Säilöntäaine - Muurahaishappopohjaiset Esikuivattu säilörehu 25-45 Alhainen ph, suhteessa kuiva-ainepitoisuuteen Hapettomuus Säilöntäaine - Muurahaishappo Happovalmisteen neutralointi? Hapon annostusmäärä? - Muut hapot seoksissa (esim. propioni-, etikka-, sorbiini- ja bentsoehappo ja niiden suolamuodot) - Biologiset säilöntäaineet (maitohappobakteerit, entsyymit) - Biologisten ja suolamuotoisten happojen (esim. natriumbentsoaatti) yhdistelmät Säilöheinä 45-85 Hapettomuus Suuri kuiva-ainepitoisuus Säilöntäaine - Propioni-, bentsoe- ja sorbiinihappo tehokkaimpia teho riippuu rehun ph:sta - Biologiset säilöntäaineet teho riippuu rehun kuiva-ainepitoisuudesta - Biologisten ja suolamuotoisten happojen (esim. natriumbentsoaatti) yhdistelmät Käsitelty heinä 70-85 Suuri kuiva-ainepitoisuus Säilöntäaine - Propionihappo Kuiva heinä Yli 85 Suuri kuiva-ainepitoisuus
Säilöntäaineiden vaikutustavat haittamikrobeihin ph-vaikutus eli happamuus (hapon dissosioutunut muoto) Säilöntähapot Säilöntäbakteerien tuottamat hapot maitohappo tehokkain Suora vaikutus mikrobeihin: Säilöntähapon ei-dissosioitunut muoto Esim. sorbiini- ja bentsoehappo tehokkaita hiivoja ja homeita vastaan Tietyt kemikaalit kuten Na-nitriitti, joka tehoaa erityisen hyvin voihappobakteereihin (klostridit) Maitohappobakteereiden tuottamat hapot (etikka ja propioni) ja muut yhdisteet Hyödyllisten mikrobien tarvitsemia ravintoaineita ja kasvutekijöitä lisäävä tai vapauttava Entsyymit Irrottavat sokeria maitohappobakteereille kasvikuidusta (sellulaasi, hemisellulaasi) tärkkelyksestä (amylaasi)
Orgaanisten happojen vaikutus rehun ph:n laskuun Tehokkuusjärjestys: muurahaishappo > maitohappo >etikkahappo > propionihappo Muurahaishappo laskee tehokkaasti rehun ph:ta Jos osa haposta neutraloitu eli on formiaattina => valmisteen ph vaikutus heikkenee, jos annostusta ei lisätä Propionihappo, bentsoehappo, sorbiinihappo ja vastaavat suolamuodot: suora vaikutus homeita ja hiivoja vastaan tärkeämpi kuin ph vaikutus
HAPPO, REHUN HAPPAMUUS, HAITTAMIKROBI => suoran antimikrobisen tehon vaihtelu Estoteho riippuu säilöntähaposta, sen pkaarvosta, ja rehun ph:sta Puolet haposta on dissosioitunut, kun rehun ph on sama kuin hapon pka-arvo Mitä korkeampi ph sitä pienempi osa haposta on dissosioitumatonta ja suora estoteho heikkenee Happo Rehun ph vaikuttaa säilöntähapon tehokkuuteen Mikrobilajeilla eroa pka Propionihappo 4,87 Sorbiinihappo 4,80 Etikkahappo 4,76 Bentsoehappo 4,20 Maitohappo 3,80 Muurahaishappo 3,70 Suola- ja rikkihappo < 1 Hiivat Homeet Bakteerit Voimakas phvaikutus
Muurahaishappo Lopettaa tehokkaasti kasvientsyymien toiminnan ja soluhengityksen säilönnän alussa. Usein osa säilöntäaineesta neutraloituna formiaattina tavoiteena käyttömukavuuden lisäys säilöntäteho heikkenee Rehun säilyvyys perustuu osittain maitohappokäymiseen, sillä muurahaishappo ei estä kokonaan maitohappobakteereiden toimintaa annostustaso vaikuttaa Tehokkain vaihtoehto, kun rehu märkää ja sokeripitoisuus pieni Ei paras mahdollinen säilöntäaine yksinään pitkälle esikuivattujen rehujen säilöntään
Maitohappobakteerit Edistävät maitohappokäymistä ja ph:n laskua kasvin sokeri => maitohappo => ph laskee Estävät soluhengitystä ja lämpenemistä rehunteon alussa huomattavasti vähemmän kuin muurahaishappo. Toimintavarmuutta rajoittavat riittämätön sokerimäärä suhteessa rehukasvin puskurikapasiteettiin, liian märkä tai kuiva raaka-aine, kasvuston luontaisen mikrobiston vaihtelevuus Toimintavarmuus paranee, kun kuiva-aine yli 25 % Sopiva käyttöalue yleensä 30 50 % kuiva-ainetta Optimilämpötila ja ph eivät aina toteudu
Entsyymit yleensä maitohappobakteereiden kanssa seoksena säilöntäaineessa Edistävät maitohappokäymistä ja parantavat rehun laatua lisäämällä sokerin määrää maitohappobakteerien käyttöön Hyötyä, kun rehuraaka-aineessa vähän sokeria Selluloosa ja hemiselluloosa => => sokerit Tärkkelys sokerit Amylaasi Sellulaasi, hemisellulaasi Kuitu hajoaa säilönnän aikana, mutta sama kuituosa hajoaisi myös pötsissä => ei hyötyä eläimelle ja rehun sulavuudelle
Maitohappobakteerien käytön kehitystä 1) Homofermentatiiviset bakteerikannat Lactobacillus plantarum yleisin tehokas maitohapon tuotto hyvä happamuuden edistäjä voi herkistää rehun lämpenemiselle (huono aerobinen stabiilisuus) erityisesti maissirehussa 2) Heterofermentatiiviset bakteerikannat Lactobacillus buchneri tehokas etikkahapon tuottaja estää lämpenemistä voi lisätä kuiva-ainetappioita ja vähentää rehun syöntiä 3) Edellisten yhdistelmät 4) Maitohappobakteeri, joka tuottaa kuitua hajottavaa entsyymiä L. buchneri ferulic acid esterase entsyymi tutkimukset lähinnä maissilla ja muilla viljasäilörehuilla 5) Maitohappobakteeri + entsyymi -yhdistelmät
Natriumnitriitti Suomessa 1950-luvulla Kofa- ja Calsifor-suolat: 13 % Na-nitriittiä + 87 % kalsiumformiaattia 1960-luvulta lähtien erilaisia yhdistelmiä ja annostustasoja liuoksena Na-nitriitin lisäksi valmisteissa mm. heksametyleenitetra-amiinia (heksamiini), bentsoehapon, propionihapon ja sorbiinihapon suoloja Suomeen ensimmäinen tuote 2000-luvun alussa Na-nitriitti estää erityisesti klostridien kasvua ja voihappokäymistä Maitohappobakteerit sietävät hyvin Vaikutus tehostuu ph:n laskiessa Eri komponenttien annostustasoon kiinnitettävä huomiota, jotta toimintateho riittävä
Syönti-indeksi mitä kautta säilöntäaineet vaikuttavat selkeimmin Kuiva-ainepitoisuus lis. -> 35-40 % Maitohappo lisääntyy VFA etikkahappo ja muut lisääntyy Vaikutus + Säilöntäaineen vaikutus - Biologiset säilöntäaineet: säilöntä perustuu maitohapon määrän lisääntymiseen Virhekäymien lisää VFA-osuutta D-arvo suurenee + Selkeä virhekäyminen heikentää sulavuutta NDF lisääntyy - Sato Palkokasvi, kokovilja
Miksi rehun säilönnällinen laatu ei ole hyvä pohdittava mahdollisia syitä Säilöntäainetta ei käytetty tai käytettiin kuiva-aineeseen sopimatonta säilöntäainetta, esim. biologinen säilöntäaine liian märän rehun teossa Säilöntäainetta ei annosteltu riittävästi tai annostelu ei onnistunut teknisesti Kuiva-aineeseen sopimaton korjuutapa, esim. paaleihin tehty liian märkää rehua, noukinvaunulla liian kuivaa rehua Rehusta ei saatu puristenestettä pois Rehuntekomenetelmällä ei saatu puhdasta rehua Multaa tai muuta epäpuhtautta rehuun: epätasainen pelto, koneiden säädöt, karhotus, siilon täyttö jne
Miksi rehun säilönnällinen laatu ei ole hyvä pohdittava mahdollisia syitä Rehuntekomenetelmällä ei saatu ilmaa pois rehusta Rehu liian kuivana siiloon, tiivistys ei riittävää, siilon peittäminen ei kunnossa, paalissa ei riittävästi muovia, muovi rikki, paalien siirtely Siilo/auma/torni avattu liian aikaisin, suositus 6-8 viikkoa säilönnästä. Paalille ei vastaavaa tarvetta, jos se syötetään heti samana päivänä. Ilman pääsy epästabiilin rehuun aiheuttaa jälkilämpenemistä. Rehurintamus ei siilossa/aumassa etene riittävän nopeasti, siilo liian leveä etenemisnopeuteen verrattuna Rehun irrotusmenetelmä jättää epätasaisen leikkuupinnan