MikrobiologijaMikrobiologijaburagaburaga

Fermentacija buragaFermentacija buraga

NajveNajveći biološki ći biološki fermentacioni prostor fermentacioni prostor 100 milijardi litara 100 milijardi litara tečnosti buraga kod tečnosti buraga kod domaćih životinjadomaćih životinja 10101010 to 10 to 101212 ćelijaćelija/mL/mL 200 lit200 litaarra u jednoj kravia u jednoj kravi

Unos hraneVFAMikrobni proteiniVitamini

Hranljivi sastojsci dobijeni nakon fermentacije u buragu u velikoj meri se razlikuju od onih unetih sa stočnom hranom

Uloga mikroorganizama u buragu

Digestija i fermentacija u buraguDigestija i fermentacija u buragu

CO2

VFAStočna Microbne ćelije hrana NH3

CH4

toplota masne

kiseline dugih lanaca H2S

Buragmikrobi

Nutritvni zahtevi Nutritvni zahtevi mikroorganizama u buragumikroorganizama u buragu

COCO22

EnergEnergijaija Krajnji produkti razgradnje stukturnih uugljenih hidrataKrajnji produkti razgradnje stukturnih uugljenih hidrata

fermentafermentacija šećeracija šećera Azot Azot

AmmoniAmmonijak jak ((glavni deo zahteva u azotuglavni deo zahteva u azotu)) Amino Amino kiseline kiseline (cel(celulolitičkeulolitičke ba bakterijekterije))

MineralMineralii Co, S, P, Na, K, Ca, Mg, Mn, Fe, Zn, Mo, SeCo, S, P, Na, K, Ca, Mg, Mn, Fe, Zn, Mo, Se

VitaminVitaminii

Šta preživari omogućavaju Šta preživari omogućavaju mikroorganizmimamikroorganizmima??

Prostor za bitisanjeProstor za bitisanje Odstranjivanje Odstranjivanje

volatilnih masnih volatilnih masnih kiselina i gasovakiselina i gasova

Permanentno Permanentno snabdevanje hraljivim snabdevanje hraljivim sastojcimasastojcima

Odgovarajući pH i Odgovarajući pH i temperaturu za temperaturu za metabolizammetabolizam

Šta mikroorganizmi omogućavaju Šta mikroorganizmi omogućavaju preživarimapreživarima??

Digestiju celuloze i hemicelulozeDigestiju celuloze i hemiceluloze ( (to preživari ne to preživari ne mogumogu))

Izvor energije Izvor energije (VFA)(VFA) Izvor kvalitetnih proteinaIzvor kvalitetnih proteina ( (same bakterijesame bakterije)) Izvor vitamina BIzvor vitamina B DetoDetoksikaciju otrovnih jedinjenjaksikaciju otrovnih jedinjenja, , na primer na primer

netretirana sojina zrnanetretirana sojina zrna

MiMikroorganizmi snabdevaju kroorganizmi snabdevaju preživare sapreživare sa Energ Energijaija!!!!!!

VFA 70%

Mikrobna ćelija 10%

Svarljiva nefermentisana hrana 20%

Glukoza nije na raspolaganju preživarimakoncentracija VFA

U buragu = 50 -125 uM/ml

Symbiotic Relationship

Mikroorganizmi buragaMikroorganizmi buraga

RelativRelativno stabilna populacija koja zavisi od no stabilna populacija koja zavisi od sastava hranesastava hrane

MiMikkroorganismroorganismi su adaptirani na ekološke i su adaptirani na ekološke uslove u buraguuslove u buragu

Uglavnom obligatni anaerobiUglavnom obligatni anaerobi BaBakkteriterijeje - 10 - 101010 ddo 10o 101111 ćelijaćelija/g/g ProtozoProtozoee - 10 - 1055 ddo 10o 1066 ćelijaćelija/g/g Kvasci I plesni - 10Kvasci I plesni - 1033 to 10 to 1055 spor sporaa/ml/ml

Mikroflora buragaMikroflora buraga Okruglaste bakterijeOkruglaste bakterije Enterokoke Enterokoke RuminokokeRuminokoke

Štapićaste bakterijeŠtapićaste bakterije Koliformne bakterijeKoliformne bakterije Bakterije mlečne kiselineBakterije mlečne kiseline Sporogene bakterijeSporogene bakterije

Asporogene anaerobne Asporogene anaerobne bakterijebakterije

Celulozne bakterijeCelulozne bakterije Metanske bakterijeMetanske bakterije Bakterije propionske kiselineBakterije propionske kiseline

Kvasci i plesniKvasci i plesni

MiMikroorganizmikroorganizmi

% % masemase GeneraGeneraciono ciono vremevreme

No./mLNo./mL

BaBakterijekterije 60-9060-90 20 min20 min 25-80 25-80 milijardemilijarde

ProtozoProtozoee 10-4010-40 8-36 h8-36 h 200-500 200-500 hiljadahiljada

Gljive Gljive 5-105-10 24 h24 h minimalminimalnono

Lokacija mikroorganiLokacija mikroorganizama u zama u buraguburagu

Tečna fazaTečna faza odnosno prisutvo mikroorganizama odnosno prisutvo mikroorganizama u tečnosti buraga gde im kao hrana služe u tečnosti buraga gde im kao hrana služe rastvorljivi proteini i ugljeni hidrati(25% rastvorljivi proteini i ugljeni hidrati(25% mikrobne mase)mikrobne mase)

Čvrsta faza Čvrsta faza gde se mikroorganizmi nalaze gde se mikroorganizmi nalaze pričvršćeni za komade hrane(70%)pričvršćeni za komade hrane(70%)

Mikroorganizmi Mikroorganizmi pričvršćeni za epitelne ćelije pričvršćeni za epitelne ćelije buraga(5%)buraga(5%)

Mikroorganizmi buragaMikroorganizmi buraga

BaBakterijekterije >200 >200 vrsta sa mnogo pod vrstavrsta sa mnogo pod vrsta

25 25 vrsta sa koncentracijama većim vrsta sa koncentracijama većim >10>1077/mL/mL 10101010 to 10 to 101212 ćelijaćelija/mL/mL 99.5% obliga99.5% obligatnih anaerobatnih anaeroba

bakterije u buragu bakterije prisutne u tečnoj fazi bakterije blago pričvršćene za komade hrane bakterije čvrsto pričvršćene za komade hrane povezane sa epitelom rumena pričvršćene za površine protozoa i kvasaca

Prostori gde se nalaze bakterije

LLokacija mikroorganizamaokacija mikroorganizama

Zid buraga

Tečnost buraga

Hrana

Gasna faza

Adsorbcija bakterija buraga za Adsorbcija bakterija buraga za biljni materijalbiljni materijal

Ovo je značajno za Ovo je značajno za celulozne bakterijecelulozne bakterije

Stvaraju organske Stvaraju organske kiseline, sirćetnu, kiseline, sirćetnu, mravlju, mlečnu, etanol, mravlju, mlečnu, etanol, HH22 itd. itd.

Striktni anaerobiStriktni anaerobi Uzak pH opseg 6-7 Uzak pH opseg 6-7

Effects of Sugar on Cellulose DigestionEffects of Sugar on Cellulose DigestionFibrobacter succinogenesFibrobacter succinogenes

Hiltner and Dehority, 1983Hiltner and Dehority, 1983

0

50

100

150

200

0 12 24 36 48 60 72 84

Hours

Cel

lulo

se r

emai

nin

g,

ug

/tu

be

Control +.15% Cellobiose

Added sugar was a source of readily available energyfrom 0 to 24 h. Subsequent drop in pH after 24 hlimited the rate of cellulose digestion after 36 h.

Aktivnost celulolitičkih bakterijaAktivnost celulolitičkih bakterija

Oko 70% od ukupno unesene celuloze biva Oko 70% od ukupno unesene celuloze biva razloženo u buragu. razloženo u buragu. UUčestvuju bakterije koje čestvuju bakterije koje imaju enzim celulazu i celobiazu, a dalje imaju enzim celulazu i celobiazu, a dalje nastavljaju “prateće” bakterije, koje nastavljaju “prateće” bakterije, koje omogućavaju rad celuloznih bakterija, jer omogućavaju rad celuloznih bakterija, jer nakupljanjem produkata razgradnje celuloze, nakupljanjem produkata razgradnje celuloze, njihov rad se zaustavlja. Kao krajnji proizvodi njihov rad se zaustavlja. Kao krajnji proizvodi razlaganja celuloze nastaju isparljive masne razlaganja celuloze nastaju isparljive masne kiseline, sirćetna 55-75%, propionska 25%, kiseline, sirćetna 55-75%, propionska 25%, buterna,ugljen dioksid, metan i vodonik. buterna,ugljen dioksid, metan i vodonik.

Metan nastaje nastaje dejstvom prateće Metan nastaje nastaje dejstvom prateće metanogene mf.metanogene mf.

Pored celuloze razlaže se i skrob pri čemu Pored celuloze razlaže se i skrob pri čemu nastaju masne kiseline i etanol. Isto tako nastaju masne kiseline i etanol. Isto tako razlažu se hemiceluloza i pektin. razlažu se hemiceluloza i pektin. Trnasformacija proteina daje proizvode kao Trnasformacija proteina daje proizvode kao što su aminokiseline, amonijak, ugljen dioksid što su aminokiseline, amonijak, ugljen dioksid i Hi H22S.S.

Metanogene bakterijeMetanogene bakterije

Kontrolišu fermentaciju u buraguKontrolišu fermentaciju u buragu Uklanjaju vodonik redukujući COUklanjaju vodonik redukujući CO22 Stvoreni metan održava nisku koncentraciju Stvoreni metan održava nisku koncentraciju

vodonikavodonika Ovo omogućava ostalim bakterijama bolju Ovo omogućava ostalim bakterijama bolju

fermentativnu aktivnostfermentativnu aktivnost Ovo omogućava veću sintezu ćelijskih Ovo omogućava veću sintezu ćelijskih

proteinaproteina

PProtozoerotozoe

Zavise od tipa hranivaZavise od tipa hraniva Koriste bakterije kao izvor proteinaKoriste bakterije kao izvor proteina Doprinose digestiji vlakanaDoprinose digestiji vlakana Njihov doprinos digestiji hrane jos nije u Njihov doprinos digestiji hrane jos nije u

potpunosti razjašnjenpotpunosti razjašnjen

Entodinium (Rumen Protozoa)

Anaerobne gljiveAnaerobne gljive

Degradiraju celulosu, skrob, xylan, hemicelulosu i pektin

Brojnost veća kada se stoka hrani silažom Fermentišu celobiozu, maltozu, saharozu,

glukozu, fruktozu Nije u potpunosti objašnjena njihova uloga u

mešanim kulturama sa bakterijama

Sumaran pregled krajnjih Sumaran pregled krajnjih produkata fermentacijeprodukata fermentacije

Sirćetna kiselinaSirćetna kiselina PropioPropiooska kiselinaoska kiselina ButButerna kiselinaerna kiselina Mlečna kiselinaMlečna kiselina COCO2 2 CHCH44 (met (metanan)) Voda Voda Toplota Toplota ATP (ATP (koriste ga mikrorganizmikoriste ga mikrorganizmi)) MicrobMicrobna biomasana biomasa

Značaj pH buragaZnačaj pH buraga

Značaj pH buragaZnačaj pH buraga Utiče na tok fermentacije i na digestijuUtiče na tok fermentacije i na digestiju Bakterije koje razlažu vlakna su aktivne pri pH Bakterije koje razlažu vlakna su aktivne pri pH

6,26,2 Celulolizatori i metanogene bakterije brojčano se Celulolizatori i metanogene bakterije brojčano se

smanjuju kada pH pada ispod 6smanjuju kada pH pada ispod 6 Bakterije koje transformišu skrob su najaktivnije Bakterije koje transformišu skrob su najaktivnije

pri pH 5,2-6pri pH 5,2-6 Neke protozoe gube u aktivnosti kada pH padne Neke protozoe gube u aktivnosti kada pH padne

ispod 5,5ispod 5,5 Prema tome najbolji je pH 5,8-6,4Prema tome najbolji je pH 5,8-6,4

Pregled dogadjanja u buraguPregled dogadjanja u buragu

Štetnost mikrobiološke aktivnostiŠtetnost mikrobiološke aktivnosti

Uzimanjem većekoličine leguminoza, zbog Uzimanjem većekoličine leguminoza, zbog povoljnog odnosa ugljenih hidrata i povoljnog odnosa ugljenih hidrata i belančevina, dolazi do brzog namnožavanja belančevina, dolazi do brzog namnožavanja mikroorganizama. Naglo se izdvajaju gasovi, mikroorganizama. Naglo se izdvajaju gasovi, naročito metan----Nadimanjenaročito metan----Nadimanje

Izdvajaju se sapononi i polisaharidi koji Izdvajaju se sapononi i polisaharidi koji obrazuju penu, koja sa nesvarenom hranom obrazuju penu, koja sa nesvarenom hranom stvara čep na jednjakustvara čep na jednjaku

Pri nadutosti se povećava broj bakterija, a Pri nadutosti se povećava broj bakterija, a manji je broj protozoa, jer je niži pH manji je broj protozoa, jer je niži pH nastankom mlečne kiseline, što ometa nastankom mlečne kiseline, što ometa protozoe.protozoe.

Protozoe se hrane i bakterijama, ali pošto ih je Protozoe se hrane i bakterijama, ali pošto ih je malo, bakterije su dominantnemalo, bakterije su dominantne

Prolaskom kroz sirište i tanko crevo, broj Prolaskom kroz sirište i tanko crevo, broj bakterija se smanjujebakterija se smanjuje

Protozoe se potpuno gube u sirištuProtozoe se potpuno gube u sirištu

Mikroorganizmi kao stočna hranaMikroorganizmi kao stočna hrana

75-90% voda75-90% voda Od ostalog 50-80% balančevine Od ostalog 50-80% balančevine

10-20% ugljeni hidrati10-20% ugljeni hidrati

30% masti30% masti

enzimi, vitamini, antibiotici... enzimi, vitamini, antibiotici...

Brzim množenjem bakterija se ukazuje da mogu biti Brzim množenjem bakterija se ukazuje da mogu biti potencijal kao organska materija za ishranupotencijal kao organska materija za ishranu

Alge (Chlorella)Alge (Chlorella) Kvasci (Torula utilis 15-17000 puta brže proizvode Kvasci (Torula utilis 15-17000 puta brže proizvode

belančevine nego goveda koja se gaje za tovbelančevine nego goveda koja se gaje za tov Kao stočna hrana koriste se mz. koji zaostaju posle Kao stočna hrana koriste se mz. koji zaostaju posle

industrijske proizvodnje alkohola (pivski i vinski industrijske proizvodnje alkohola (pivski i vinski kvasac)kvasac)

Gljive i aktinomicete posle proizvodnje antibiotikaGljive i aktinomicete posle proizvodnje antibiotika Kvasci najznačajniji za proizvodnju krmnog kvasca Kvasci najznačajniji za proizvodnju krmnog kvasca

(Saccharomyces cerevisiae, Torula utilis, Candida)(Saccharomyces cerevisiae, Torula utilis, Candida)