Bacillus coagulans inoculation generates an alternative microbial succession trajectory associated with nitrogen preservation and aerobic stability in alfalfa silage
Questo studio dimostra che l'inoculazione di insilato di erba medica con *Bacillus coagulans* stabilisce una traiettoria di successione microbica a stadi unica che supera la tradizionale inoculazione con *Lactiplantibacillus plantarum*, migliorando significativamente la preservazione dell'azoto e prolungando la stabilità aerobica attraverso distinti cambiamenti funzionali nella produzione di acetato e nella ritenzione dei nutrienti.
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Immaginate un campo di erba medica, un rigoglioso raccolto verde prezioso per gli agricoltori per il suo alto contenuto proteico, che nutre le vacche da latte e altri bestiami. Per mantenere questo prezioso foraggio fresco durante l'inverno, gli agricoltori spesso lo sminuzzano e lo compattano strettamente in sacchi o torri ermetici, un processo chiamato ensilatura. All'interno di questo ambiente sigillato, il materiale vegetale subisce una fermentazione naturale, in cui microrganismi microscopici scompongono gli zuccheri e producono acidi che preservano il cibo. Tuttavia, l'erba medica è notoriamente difficile da conservare. Poiché è ricca di proteine ma povera degli zuccheri necessari per la fermentazione, spesso non riesce ad acidificarsi abbastanza rapidamente. Ciò permette a batteri indesiderati di scomporre la preziosa proteina in prodotti di scarto, riducendo il valore nutritivo del foraggio. Inoltre, una volta aperta la sacca di conservazione e l'aria che entra, il foraggio può deteriorarsi rapidamente, scaldandosi e marcendo a causa dell'attività di lieviti e muffe. La sfida per gli scienziati è stata a lungo quella di trovare un modo per guidare questo mondo microscopico affinché la proteina rimanga intatta e il foraggio rimanga stabile anche dopo la rottura del sigillo.
I ricercatori dell'Università Agricola del Gansu, in Cina, si sono posti l'obiettivo di risolvere questo enigma testando come diversi aiutanti microscopici, noti come inoculi, cambino il corso della fermentazione nell'erba medica. Hanno confrontato un trattamento standard utilizzando un comune batterio lattico contro un approccio più recente che utilizza un tipo diverso di batterio chiamato Bacillus coagulans, nonché una combinazione di entrambi. L'obiettivo era vedere quale metodo preservasse meglio le proteine e impedisse al foraggio di deteriorarsi quando esposto all'aria. Lo studio ha rivelato che i due tipi di batteri creano percorsi molto diversi per la comunità microbica da seguire. Il batterio lattico tradizionale agisce rapidamente, abbassando velocemente l'acidità del foraggio e prendendo il controllo dell'ambiente quasi immediatamente. Al contrario, il trattamento con Bacillus coagulans crea un processo più graduale e a stadi, in cui diversi tipi di batteri si alternano, risultando in una maggiore concentrazione di acido acetico, un diverso tipo di acido conservante.
I risultati hanno mostrato che, sebbene il batterio lattico a rapida azione abbia abbassato con successo il pH inizialmente, non ha protetto le proteine altrettanto bene quanto il trattamento con Bacillus coagulans. Dopo sessanta giorni di conservazione, l'insilato trattato con Bacillus coagulans ha mantenuto la maggiore quantità di proteine grezze e ha presentato i livelli più bassi di scarti azotati. Ancora più importante, quando i ricercatori hanno aperto i sacchi ed esposto il foraggio all'aria per testarne la stabilità, la differenza è diventata ancora più evidente. Il gruppo di controllo, che non aveva ricevuto alcun trattamento, ha iniziato a scaldarsi e a deteriorarsi dopo appena quarant'ali ore. L'insilato trattato con il batterio lattico a rapida azione è durato più a lungo, sopravvivendo per circa centocinque ore prima di mostrare segni di deterioramento. Tuttavia, l'insilato trattato con Bacillus coagulans, e il mix contenente quest'ultimo, è rimasto stabile per centotrentatré ore. Ciò suggerisce che la presenza di acido acetico, che è più efficace nel combattere i lieviti e le muffe che causano il deterioramento in presenza di aria, sia stato il fattore chiave nel mantenere il foraggio fresco.
Per capire perché ciò sia accaduto, gli scienziati hanno guardato nel profondo delle comunità microbiche utilizzando tecniche avanzate di sequenziamento genetico. Hanno scoperto che il batterio lattico a rapida azione creava una comunità molto semplice, dominata da un singolo tipo di microrganismo. Sebbene questo fosse utile per produrre acido rapidamente, rendeva il sistema vulnerabile una volta che l'aria tornava. Il trattamento con Bacillus coagulans, invece, ha sostenuto una comunità più diversificata e mutevole. Questa diversità ha permesso al foraggio di mantenere un migliore equilibrio di acidi e di preservare specifiche funzioni genetiche legate al metabolismo dell'azoto e dello zolfo. Quando l'aria è stata introdotta, la comunità nell'insilato con Bacillus coagulans si è adattata localmente senza sfaldarsi, mentre l'insilato non trattato ha subito un collasso generalizzato della propria struttura microbica. Lo studio conclude che preservare un foraggio ad alto contenuto proteico non riguarda solo il rendere il prodotto acido il più velocemente possibile. Invece, il successo dipende dal guidare la comunità microbica attraverso una specifica sequenza di cambiamenti che costruisca un ambiente resiliente, capace di proteggere le proteine durante lo stoccaggio e di resistere allo shock dell'esposizione all'aria quando il foraggio è finalmente pronto per essere consumato.
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