Höfundur	Útgefandi	Útgáfuár	Útgáfustaður
Bjarni Guðmundsson, Björn Þorsteinsson, Ríkharð Brynjólfsson	BÍ, RALA	1996	Reykjavík
Rit	Árgangur	Tölublað	Bls.
Ráðunautafundur	1996		124-134

INNGANGUR

Súrsun er nú orðin útbreiddasta aðferðin við verkun gróffóðurs. Margir þættir ráða árangri hennar. Ýmsir þeirra hafa verið rannsakaðir rækilega. Enn er það þó svo að árangur votheysverkunar er ekki fyrirsjáanlegur með sama öryggi og lífefnaferlar eins og osta- og ölgerð. því veldur margt, m.a. samspil líffræðilegra þátta og verktækni við breytilegar ytri aðstæður.

Langt er síðan fræðimenn gáfu þýðingu efnaeiginleika grasanna fyrir árangur votheysgerjunarinnar fyrst gaum (t.d. Björn Jóhannesson og Kristín Kristjánsdóttir 1954). Á síðari árum hefur athygli aftur beinst að þeim. Auk efnainnihalds grasanna er örveruflóran á þeim talin geta ráðið nokkru um rás gerjunarinnar (Moran o.fl. 1991). Frumkröfur til efnainnihalds eru að sönnu bundnar þörfum þess búfjár sem fóðra skal á heyinu – í annarri röð koma sérkröfur gerjunarinnar.

Í ljósi breyttra hátta við heyskap og heyverkun var ákveðið að nýta efnivið úr stórri túnræktartilraun á Hvanneyri (Ríkharð Brynjólfsson 1996) til þess að rannsaka hæfni túngrasa til votheysgerðar. Rannsóknin nær yfir þrjú ræktunarár. Í þessari grein verður sagt frá hluta niðurstaðna hennar.

HRÁEFNI TIL VOTHEYGERÐAR

Votheysgerð byggist á því að í heyinu myndist það mikill súr að óæskilegar örverur nái ekki að gera um sig og tímgast í því. Súrinn verður til við gerjun sykra, einkum fyrir tilstilli mjólkursýrugerla. Frumkrafa til hráefnisins er því sú að sykrumagn þess sé nægilegt. það er glúkósi sem er helsta hráefni mjólkursýrugerjunarinnar (McDonald o.fl. 1991). Því er talið æskilegt að magn hans sé sem mest. Nauðsynlegt er að heyið súrni fljótt. Nægilegur fjöldi virkra mjólkursýrugerla stuðlar að því (Müller o.fl. 1991), auk efnafræðilegrar samsetningar grasanna. Bufferhæfni er mælikvarði á það sýrumagn sem þarf til þess að breyta sýrustigi heysins. Annar þáttur er hrápróteinmagn heysins. Sum N-sambönd auka bufferhæfni heysins, auk þess sem mikið af N getur aukið hættu á próteinrofi (proteolysis), einkum af völdum smjörsýrugerla. Loks má nefna að bufferhæfni heysins er jafnan talin vaxa með steinefnamagni þess (Woolford 1984). Ótalinn er þá sá efnaþáttur sem líklega ræður hvað mestu um árangur gerjunarinnar, en það er vatnsmagn grasanna. Efnaskipti gerjunarinnar verða öll í vatnsfasa. Miklu af plöntuvatni fylgir þörf fyrir umtalsverða súrmyndun eigi sýrustig heysins að verða nægilega lágt. Hins vegar er oftast fremur auðvelt að hafa áhrif á vatnsmagn heysins og þar með framvindu gerjunarinnar.

EFNIVIÐUR OG AÐFERÐIR

Með þeim hluta rannsóknarinnar sem hér verður greint frá skyldi kanna sykruefnasamsetningu og hæfni fjögurra grastegunda til súrsunar á mismunandi þroskastigi. Þessar grastegundir voru reyndar: vallarfoxgras, Korpa (Phleum pratense L.), vallarsveifgras, Fylking (Poa pratensis L.), túnvingull, Leik (Festuca rubra L.), beringspuntur, Norcoast (Deschampsia beringensis).

Slegið var á þremur mismunandi þroskastigum: fyrsti sláttutíminn var um það leyti er axpuntur vallarfoxgrass tók að sjást; sá næsti var 14 dögum síðar og hinn síðasti 28 dögum síðar. Skrið vallarfoxgrass, skilgreint með hefðbundnum hætti, féll því á milli 1. og 2. sláttutíma.

Heyið var verkað í smáílátum, 1 l að rúmmáli. Á þeim var gerjunarlás en ekki búnaður fyrir afrennsli úr heyinu. Á gerjunar- og geymslutíma voru ílátin höfð í myrku herbergi þar sem hitastig var jafnan 15-20°C. Að nær sex mánuðum liðnum voru ílátin opnuð árangur verkunar metinn til einkunnar og heysýni tekin til ýmissa efnamælinga.
Þessar efnagreiningar voru gerðar: a) á fersku grasi: glúkósi, frúktósi, súkrósi, sterkja, frúktanar, bundinn glúkósi (glúkanar), prótein, meltanleiki, þurrefni og bufferhæfni, b) eftir gerjun: glúkósi, frúktósi, súkrósi, sterkja, frúktanar, bundinn glúkósi, prótein, ammoníak, ethanol, edikssýra, mjólkursýra, þurrefni og pH.

Fryst sýni voru möluð í morteli í fljótandi köfnunarefni, þídd og hrist í eimuðu vatni við viðeigandi hitastig og síuð, og glúkanar, frúktanar, glúkósi, frúktósi, súkrósi, ammoníak, ethanol, edikssýra og mjólkursýra ákvörðuð ensímatískt (Boehringer Mannheim 1989). Glúkan og frúktan voru skilgreindir sem frúktósa og glúkósa viðbót eftir súra hydrólysu sýna í daufri brennisteinssýru (Steen og Larsson 1986). Sýni tekin til prófa á meltanleika, próteini, steinefnum, bufferhæfni og pH voru greind eftir hefðbundnum aðferðum sem beitt er á efnarannsóknarstofu Hvanneyrarskólans (Þorsteinn Guðmundsson 1989, Mundell 1975, Ministry of Agriculture and Food 1986).
Gæðaeinkunn var byggð á fimm stiga kvarða þar sem þrjú einkenni eru metin: lykt (vegur 60%), litur (15%) og gerð (struktur) heysins (25%). Hæsta einkunn er 5.

NOKKRAR NIÐURSTÖÐUR

Sykrur
Að magni og samsetningu eru sykrur í grösunum sem hér voru mæld, sambærilegar við erlendar mæliniðurstöður á sömu tegundum úr tilraunum í svölu loftslagi (Chattertorn o.fl. 1989), nema glúkanamagnið er gegnumgangandi minna í íslensku grösunum. Samband sykranna við aðra þætti hráefnisins er yfirleitt óljóst nema að megin sykruforðaform grasanna, frúktanar, aukast með þroska í öllum tegundunum fjórum (1. mynd). Athyglivert er hve gerjunarferlarnir ganga nærri sykruforða votheysins, sérstaklega hjá beringspunti og túnvingli. Frúktanar grasanna hafa mest áhrif á sykrumagnið eftir gerjun, sérstaklega frúktósa sem er bein niðurbrotsafurð frá frúktan. Nokkur þáttbundinn og magnbundinn áramunur var á niðurstöðum sykrumælinga enda er tíðarfar (sérstaklega hitastig) þekkt fyrir að hafa áhrif á sykrusöfnun í grösum (Pontis 1989). Árferðismunur í magni leysanlegra sykra var 21-36%, og fjölsykra (glúkana og frúktana) 47-63% eftir tegundum.


1. mynd. Magn leysanlegra sykra (glúkósa, frúktósa og súkrósa) og forðafjölsykra (glúkana og frúktana) í grösum við uppskeru við þrjá mismunandi sláttutíma (efri myndröð) og eftir sex mánaða gerjun (neðri myndröð). Fyrir hverja grastegund og sláttutíma er reiknað meðaltal og meðalfrávik fyrir 9 sýni uppskorin á þremur sumrum.

Árangur gerjunarinnar
Verkun heysins í öllum tilraunaliðum tókst þolanlega vel, enda bauð hráefnið vart upp á annað. Sé fyrst vikið að gæðamatinu reyndist vallarfoxgrasið fá jafnhæsta einkunn, eða 4,12. Í röð komu síðan vallarsveifgras 3,91, túnvingull 3,78 og beringspuntur 3,77.

Einkunnum bar dável saman við hinar mældu einkennisstærðir gerjunarinnar. Við mat á árangri votheysgerjunar er jafnan mest lagt upp úr sýrustigi (pH) og mjólkursýrumagni heysins en einnig er gætt að neikvæðum þáttum eins og edikssýru, smjörsýru og ammoníakmagni. Svo sem vænta mátti var allsterk fylgni á milli þessara þátta í gagnasafninu. Auðveldar hún túlkun niðurstaðnanna. Þannig eru í efniviðnum öllum mjög sterk tengsl sýrustigs við mjólkursýrumagn votheysins (2. mynd) svo og ammoníakmagn þess. Rannsóknin staðfestir því enn fyrri vitneskju um að sýrustig votheys sé sá gæðaþáttur sem einn og sér segir mest um árangur gerjunarinnar.

2. mynd. Tengls sýrustigs við mjólkursýrumagn votheysins reiknað fyrir allt gagnasafn tilraunarinnar.

Áhrif grastegunda og þroskastigs þeirra
Helstu gerjunareinkenni heysins skipt eftir grastegundum og þroskastigi eru sýndar á 3. mynd. Hún er byggð á meðaltölum allra þriggja mæliáranna.
Vallarfoxgrasið reyndist jafnsúrast. Fellur það sæmilega að metinni gæðaeinkunn en betur að ammoníakmagni heysins. Hæst er pH-tala vallarsveifgrassins og þar er ammoníakmagnið líka einna mest. Þessar tölur benda til mismunandi próteinrofs við verkun grastegundanna sem sennilega má rekja til mismunar í próteinmagni heysins við hirðingu. Áhrif þroskastigsins hvað pH-tölu og ammoníum snertir reyndust hins vegar óskýr.


3. mynd. Sýrustig (efsta myndröð) og magn edikssýru, mjólkursýru (miðröð) og ammóníaks (neðsta myndröð) í votheyi eftir sex mánaða gerjun. Fyrir hverja grastegund og sláttutíma er reiknað meðaltal og meðalfrávik fyrir 9 sýni uppskorin á þremur sumrum.

Í niðurstöðum sýrumælinga vekur það athygli hve edikssýra reyndist vera mikil í votheyinu samanborið við mjólkursýru. Bendir það til blandgerjunar (heterofermentative fermentation) í votheyinu. Kann það að tengjast þeim yl sem heyið var gerjað og geymt við (McDonald o.fl. 1991). Hlutfallið mjólkursýra/edikssýra mældist vera 1-1,5 í flestum tilvikum (að beringspunti undanskyldum), en er gjarnan nokkru hærra í gæðavotheyi (3-5). Hér má geta þess að í turnverkuðu votheyi hérlendu reyndist hlutfallið fyrir alllöngu vera 2-6 (e. Stefáni Aðalsteinssyni o.fl. 1960). Ekki var eindregna mynd að sjá í sýrumagni hinna ýmsu grastegunda. Hins vegar kom fram að hlutfall mjólkursýru og edikssýru varð þeim mun hagstæðara sem lengra leið á þroska grasanna – allra nema vallarsveifgrassins. Athyglivert er að gæðamat heysins fylgir jákvætt log(x) af áðurnefndu sýruhlutfalli (4. mynd). Gæti þetta tengst þroskabundnum breytingum á próteinmagni grasanna en líklega þó fremur fallandi vatnsmagni í því er leið á þroskann eins og nánar verður vikið að.

Við gerjunina gengur á sykruforða heysins. Að meðaltali urðu 11,8-36% af heildarsykrum eftir í votheyinu að gerjun lokinni (sjá 1. mynd) reiknað fyrir einstakar tegundir og alla sláttutíma. Þar skáru síðslegna vallarfox- og vallarsveifgrasið sig að vísu úr með yfir 50% sykruleifar; hvorttveggja heyið þó vel verkað. Í báðum tilvikum var heyið fremur þurrt við hirðingu. Kann það að hafa hamið gerjunina. Hlutfallsleg sykruleif votheysins eftir gerjun fylgdi jákvætt gæðamatinu á heyinu þegar einstakar tegundir voru bornar saman og fyrir gagnasafnið í heild (4. mynd).

4. mynd. Samband gæðamats á votheyi við log(x) mjólkursýra/edikssýra (efri mynd) og log(x) af hlutfallslegri sykruleif í heyinu (neðri mynd) miðað við allt gagnasafnið.

Tengsl grasgæða og árangurs verkunarinnar
Könnuð var fylgni gerjunarþátta og nokkurra efnaeinkenna grassins við hirðingu. Sé litið á gagnasafnið í heild er það aðeins þurrefnisprósentan sem sýnir marktæka (línulega) fylgni við gerjunarþætti. Jafnsterkust er hún við sýrustig votheysins, sjá 5. mynd þar sem efnið hefur verið flokkað eftir grastegundum.

5. mynd. Samband þurrefnis við hirðingu og pH í votheyi reiknað fyrir einstakar tegundir frá öllum sláttutímum með þriggja ára endurtekningu.

Fylgni þurrefnisprósentu við mjólkursýru- og ammoníummagn heysins var einnig áberandi skýr (r=–0,53 og r=0,55; P<0,001). Ammoníummyndun reyndist meiri þegar heyið var rýrt að heildarsykrum (r=–0,34, P>0,001). Hins vegar virtist bufferhæfni heysins lítil áhrif hafa á verkun votheysins. Það kann að helgast af því hve bufferhæfni grasanna var jafnlítil og minni en reiknað hefur með við erlendar aðstæður (Woolford 1984).

Væri þessi fylgni hjá einstökum grastegundum athuguð fyrir hvert ár gegndi öðru máli. Gætti þá víða sterkra áhrifa hráefniseinkenna á gerjun. Verður það helst skýrt á þann hátt að um sé að ræða margbrotið samspil hráefnis- og verkunarþátta enda var heyið tekið til verkunar á því þurrefnisstigi þar sem vitað er að til ýmissa átta getur brugðið með ferla gerjunarinnar.

Nauðsynleg súrmyndun í votheyinu byggist á því að til staðar séu nægar sykrur. Þar sem efnaskiptin verða í vökvafasanum má ætla að sykrumagn heysins, t.d. fyrir hvert kg vatns sem í því er við hirðingu, segi nokkuð um verkunarhæfni heysins. Að meðaltali fyrir öll þrjú árin var hlutfallið þetta:

- Vallarfoxgras - 50 g sykrur/kg vatns í heyi.
- Vallarsveifgras - 51 g sykrur/kg vatns í heyi.
- Túnvingull - 44 g sykrur/kg vatns í heyi.
- Beringspuntur - 50 g sykrur/kg vatns í heyi.

- I. Snemmslegið39 g sykrur/kg vatns í heyi.
- II. Slegið 14 dögum eftir I49 g sykrur/kg vatns í heyi.
- III. Slegið 28 dögum eftirI58 g sykrur/kg vatns í heyi.

- Vallarfoxgras - 1,56 g sykrur/g hráprótein.
- Vallarsveifgras - 1,15 g sykrur/g hráprótein.
- Túnvingull - 1,24 g sykrur/g hráprótein.
- Beringspuntur - 1,38 g sykrur/g hráprótein.

- Samband sykruinnihalds við aðra mælda þætti var yfirleitt óljóst, nema frúktanar uxu með þroska grasanna.

- Sykruleif eftir gerjun fylgdi jákvætt gæðamati á votheyinu. Sama gilti um log(x) af hlutfalli mjólkursýru og edikssýru.

- Enginn einn þáttur hafði ríkjandi áhrif á verkun heysins heldur virtist þar ráða samspil margra þátta í fari hráefnisins. Jafnsterkust áhrif hafði þurrefni heysins við hirðingu.

- Sýrustig heysins reyndist fremur alhliða mælikvarði á verkun votheysins.

- Grösin má kalla afar gott hráefni til votheysgerðar; bufferhæfnin var minni en getið er í erlendum heimildum og sykrumagnið vel yfir því lágmarki sem þar talið er þurfa til árangursríkrar gerjunar.

- Með vaxandi þroska grasanna virtist gerjun heysins verða hreinsúrari, sennilega vegna stíganda í þurrefni og sykru/próteinhlutfalli grasanna.

- Hagstætt hlutfall sykra og próteins í vallarfoxgrasi samfara fremur lítilli bufferhæfni virtist skapa því nokkuð forskot til gerjunar umfram samanburðargrastegundirnar.

- Í rannsókninni kom ekki fram sá mismunur á gerjunarhæfni grastegundanna að einn og sér dugi til þess að dæma neina þeirra úr leik við fóðuröflun með votheysgerð.