דו"ח מסכם לתכנית מחקר 421-0206-10 (לשעבר 421-0124-10)


השינויים הכימיים והתזונתיים שחלים בעת חשיפת תחמיצים לאוויר


מוגש למועצה לחלב ע"י
צבי וינברג ויאירה חן, המעבדה לשימור מספוא ומוצרי לוואי, המח' למדעי המזון , מכון וולקני, בית דגן.

 


תקציר

בשנת המחקר הראשונה נבחנה השפעת שלב ההבשלה בקציר של חיטה לתחמיץ על היציבות האירובית של תחמיצים שהוכנו מהזן 'נגב'. בשנה השנייה נדגמו תחמיצי חיטה, תירס וסורגום משקיים ממרכז חתך הכרייה, בסמוך לקיר ובכתפיים, אזורים שמייצגים חשיפה משתנה לאוויר, ונבדקה איכותם. בשנה השלישית נבחנו השפעות שלב ההבשלה, הקמלה וטיפול בתרבית חיידקי חומצת חלב על העמידות האירובית של תחמיצים שהוכנו משלושה זני חיטה. הניתוח הסטטיסטי כלל גם יחסי גומלין בין ההשפעות שנבדקו. בשנה הרביעית נבדקו השינויים שחלים בתחמיצי תירס וסורגום בזמן חשיפה לאוויר. לצורך המחקר בשנה הראשונה, השלישית והרביעית הוכנו תחמיצים מעבדתיים ועליהם נערכו מבחני חשיפה לאוויר במערכות 'בקבוקים'.
הממצא העיקרי של הניסויים משנת המחקר הראשונה הייתה שתחמיצי חיטה משלב הפריחה הם היציבים ביותר לחשיפה לאוויר בעוד שאלו שהוכנו מהבשלת החלב היו הרגישים ביותר לחשיפה לאוויר.
דוגמאות התחמיצים המשקיים שנלקחו מכתפי הבורות היו בד"כ מקולקלות ואיכותן הייתה גרועה. ברוב הדוגמאות מהכתפיים נמדדה פחיתה משמעותית בנעכלות ח"י. הדוגמאות שנלקחו ממרכז הבורות ומסמוך לקירות היו באיכות טובה ללא הבדל מובהק בין שני אזורים אלה.
הקמלה תרמה לשיפור תהליך ההחמצה של ירק לח מאוד (חיטה בפריחה) אך גרעה מהיציבות האירובית של התחמיצים; תרבית שהכילה זן הומו-פרמנטטיבי של חיידקי חומצת חלב גרמה לריבוי שמרים ולקלקול אירובי של התחמיצים.
בניסויים עם תחמיצי תירס וסורגום, תחמיץ תירס אחד התקלקל במבחן החשיפה לאוויר בעוד שהתחמיץ השני שנוצרה בו חומצת חומץ (שמעכבת שמרים) היה יותר יציב. תחמיצי הסורגום היו בעלי יציבות בינונית בזמן חשיפה לאוויר.

מבוא
הכנת תחמיץ מבוססת על תסיסה בתנאים אנ-אירוביים שבמהלכה מתפתחים חיידקי חומצת החלב שהופכים את הסוכרים המסיסים שבצמחי המספוא לחומצות אורגניות, בעיקר חומצת חלב. כתוצאה מכך ערך ה- pH יורד והחומר הצמחי נשמר, כל עוד לא חודר אוויר לתחמיץ.
חדירת אוויר מזיקה לתחמיצים כי אוויר מאפשר לגורמי קלקול להתפתח, בתחילה שמרים אירוביים ובעקבותיהם עובשים (וינברג, 2006; Woolford, 1990). אוויר חודר לתחמיץ דרך יריעת הפלסטיק והקירות, אולם בעת הכרייה חזית הכרייה חשופה לאוויר. מחקרים במעבדתנו הראו שהפסדי החומר היבש בשכבת התחמיץ העליונה עלולים להגיע ל- 75% בגלל חדירת האוויר. אוויר חודר דרך חתך הכרייה לעומק 1-2 מ' כך שחלקי תחמיץ כבר חשופים לאוויר כמה ימים לפני האבסתם (Ashbell and Weinberg, 1992, Weinberg and Ashbell, 1994). בתנאי האקלים החם של הארץ תהליכי הקלקול האירובי מואצים ונמצא שטמפרטורה של 30 מ"צ הוא המיטבי להתפתחות שמרים ועובשים בתחמיץ (Ashbell et al. 2001). סוגים שונים של תחמיצים רגישים במידה שונה לחשיפה לאוויר, ונראה שתחמיצי סורגום יותר יציבים מתחמיצי תירס, ותחמיצי חיטה לעתים מתקלקלים מהר ולעתים יציבים (וינברג וחוב' 2002). ירק יבש קשה יותר להדק ולכן יש יותר אוויר כלוא בין חלקיקיו. כיוון שלאוויר יש תכונות של בידוד חום, הולכת החום של התחמיץ פחותה ולכן תחמיצים כאלה יישארו חמים לזמן ממושך יותר, והטמפרטורה הגבוהה מעודדת את התפתחות גורמי הקלקול, ריאקציות השחמה והפסדים (Muck et al. 2003). ניתן לצמצם את הפסדי החשיפה לאוויר ע"י טיפול נכון בתחמיצים (הידוק, איטום וקצב כרייה) וכן ע"י שימוש בתוספים כימיים ותרביות מתאימות של חיידקים.
קלקול תחמיצים באוויר מתבטא בשינויי צבע ומירקם, התחממות ומוקדי עובש. יש להניח שתהליכי ההתחממות וההשחמה שבעקבותיהם מפחיתים מהערך התזונתי של התחמיצים כיוון שבתהליכים כאלה הפחמימות והחלבונים נקשרים בצורה שאינה זמינה לחיידקי הכרס (Van Soest, 1982), וזאת מעבר להפסדי החומר היבש עצמם שנוצרים בעקבות הפעילות המיקרוביולוגית. בנוסף, עובשים מסוימים שמתפתחים בעקבות החשיפה לאוויר עלולים להפריש רעלנים (מיקוטוקסינים) שמסכנים את בריאות האדם ובעלי החיים


מטרות המחקר כללו:
1. קבלת בסיס נתונים כמותי ביחס לשינויים ולפחתים התזונתיים שנגרמים בזמן חשיפת תחמיצים לאוויר במערכת מודל ובתחמיצים משקיים.
2. קביעת השפעות קריטיות על מידת הנזק בזמן חשיפת תחמיצים לאוויר (סוג התחמיץ, שלב ההבשלה של תחמיצי חיטה, הקמלה משך החשיפה והשפעת תוספים).
3. בחינת הקשר בין מרכיבים כימיים בתחמיץ (כגון חש"ן ופוליפ נולים) על היציבות האירובית שלהם.


מהלך הניסויים
תחמיצים מעבדתיים: התחמיצים השונים הוכנו בצנצנות אטומות בנפח 1.5 ליטר והם נשמרו בטמפרטורת החדר למשך מספר חודשים. בתום תקופת האחסון התחמיצים עברו מבחן חשיפה לאוויר במערכות בקבוקים. תחמיצים משלושה בקבוקים מכל טיפול נדגמו לאחר 2, 3, 4 ו- 7 ימים.
תחמיצים משקיים: דגימות נלקחו מחתך הכרייה של 13 תחמיצים משקיים מסוגים שונים (חיטה, תירס וסורגום) ממרכז החתך, מסמוך לקירות ומהכתפיים (במפגש בין החלק העליון והקיר).
הבדיקות: תכולת ח"י נקבעה ע"פ ייבוש בתנור ב- 60 מ"צ למשך 48 שעות; תכולת האפר נקבעה אחרי שריפה של הדוגמאות המיובשות והטחונות ב- 550 מ"צ ל- 3 שעות, כמתואר ב- AOAC, 1980. חומצת חלב נקבעה בשיטה ספקטרופוטומטרית ע"פ Barker and Summerson, 1941; תוצרי תסיסה נדיפים נקבעו בגז כרומטוגרף עם עמודת FFAP בטווח טמפרטורות 40-230 מ"צ כמתואר ב- Weinberg et al., 2009; שמרים ועובשים נקבעו על מצע Malt Extract Agar מוחמץ ל-pH 4.0 עם ח' חלב, בשיטת ה- spread plate, והצלחות הודגרו ב- 30 מ"צ ל- 3 ימים (ע"פ ספר העזר של חברת DIFCO, 1984). מבחן החשיפה לאוויר נערך במערכות בקבוקים במשך 5 ימים ב- 30 מ"צ ע"פ Ashbell et al. 1991; בדיקת נעכלות ח"י התבצעה בכרמ"ל ע"פ Tilley and Terry, 1963, ונעכלות NDF נקבע ע"פ 1991 Van Soest et al.,.
תוצאות הניסויים עברו ניתוח שונות ומבחן תחום מרובה TUKEY עם תכנת SAS.


תוצאות
הניסויים מכל שנות הניסוי סוכמו בשלושה מאמרים אשר פורסמו או התקבלו לפרסום בכתבי עת בינלאומיים והם מהווים חלק מדו"ח זה. טבלאות יותר מפורטות לתוצאות שנת המחקר השלישית מצורפות בנספח, לטובת המתעניינים.
הממצא העיקרי של הניסויים משנת המחקר הראשונה הייתה שתחמיצי חיטה משלב הפריחה הם היציבים ביותר לחשיפה לאוויר בעוד שאלו שהוכנו מהבשלת החלב היו הרגישים ביותר לחשיפה לאוויר (טבלאות 1,2 במאמר הראשון).
דוגמאות התחמיצים המשקיים שנלקחו מכתפי הבורות היו בד"כ מקולקלות ואיכותן הייתה גרועה. ברוב הדוגמאות מהכתפיים נמדדה פחיתה משמעותית בנעכלות ח"י. הדוגמאות שנלקחו ממרכז הבורות ומסמוך לקירות היו באיכות טובה ללא הבדל מובהק בין שני אזורים אלה (טבלה 3 במאמר הראשון).
טבלה 1 במאמר השני מסכמת את הניתוח הסטטיסטי לגבי ההשפעות השונות על העמידות האירובית של תחמיצי חיטה. הקמלה תרמה לשיפור תהליך ההחמצה של ירק לח מאוד (חיטה בפריחה) אך גרעה מהיציבות האירובית של התחמיצים; תרבית שהכילה זן הומו-פרמנטטיבי של חיידקי חומצת חלב גרמה לריבוי שמרים ולקלקול אירובי של התחמיצים. השינויים מסוכמים בטבלאות 2,3 במאמר השני.
בניסויים עם תחמיצי תירס וסורגום, תחמיץ תירס אחד התקלקל במבחן החשיפה לאוויר בעוד שהתחמיץ השני שנוצרה בו חומצת חומץ (שמעכבת שמרים) היה יותר יציב. תחמיצי הסורגום היו בעלי יציבות בינונית בזמן חשיפה לאוויר (טבלאות 1, 2 במאמר השלישי).


דיון
המחקר שנערך במסגרת תכנית זו היה מקיף ביותר וכלל סוגים שונים של תחמיצים (מזני חיטה שונים, תירס וסורגום) וממשקי החמצה שונים (שלבי הבשלה בקציר, הקמלה, טיפול בתרבית חיידקים). מלבד הנתונים ביחס לשינויים ולפחתים שתחמיצים שונים עוברים במהלך החשיפה לאוויר במערכות המודל ובבורות משקיים המובאים בטבלאות, ומלבד המסקנות היישומיות ביחס להשפעות כמו סוג התחמיץ, שלב הבשלה בקציר, הקמלה והתרבית, ניסינו גם לעמוד על הקשר בין מרכיבים כימיים בתחמיץ ויציבותם האירובית. למשל, בתחמיצי התירס שנבדקו, היכן שנמצאה חומצת חומץ התחמיץ היה יותר יציב בחשיפה לאוויר. ועובדה ידועה היא שחש"ן מעכבות שמרים אירוביים ועובשים שהם גורמי הקלקול האירובי העיקריים. בתחמיצי הסורגום התמונה פחות ברורה. אחת ההשערות שהועלו ביחס ליציבות האירובית של תחמיצי סורגום היא שהפוליפ נולים שהם מכילים הם הגורם לכך. ואמנם תכולת הפוליפ נולים בתחמיצי הסורגום הייתה גבוהה בהרבה מזו של תחמיצי התירס כ- 350 לעומת 150-200 מ"ג/ק"ג ח"י, בהתאמה). ניסוי הקדמי שערכנו בנושא כלל ריסוס הדדי של מיצויים מתחמיצי התירס והסורגום במיצויים הנגדיים ובחינת ההשפעה על היציבות האירובית; אולם התוצאות לא העלו דבר, אולי בגלל הכמות הקטנה מידי של הפולינולים בריסוס כזה. בדעתנו לפתח מחקר ביחס להשפעת הפוליפ נולים על העמידות האירובית של תחמיצים.


משתתפים נוספים במחקר
דר' ג'יהאט יילדיז, משתלם מאוניברסיטת אטאטורק, ארזורום, טורקיה.
פראבהאט קאנאל, תלמיד לתואר שני, המדור ללימודי חוץ, הפקולטה לחקלאות, האונ' העברית, רחובות.
פרופ' עמיחי אריאלי, המחלקה למדעי בעלי חיים, הפקולטה לחקלאות, האוניברסיטה העברית, רחובות.


פרסומים פרי המחקר
וינברג צ. (2006) חשיפת תחמיצים לאוויר. משק הבקר והחלב חוברת 320 עמ' 66-68 (מאמר הקדמי).
צבי וינברג ויאירה חן (2009) השינויים שחלים בתחמיצים בעת חשיפה לאוויר. תקצירי הרצאות של הכנס השנתי ה- 21 למדעי הבקר, 30 ביוני-2 ביולי, ירושלים. עמ' 136-137.
צבי וינברג, יאירה חן, פראבאט קאנאל, ג'יהאט יילדיז ועמיחי אריאלי (2010) השינויים שחלים בתחמיצי חיטה בעת חשיפה לאוויר. תקצירי הרצאות של הכנס השנתי ה- 22 למדעי הבקר, 4-6 במאי, ירושלים. עמ' 45-46.


Chen, Y. and Weinberg, Z.G. (2009) Changes during aerobic exposure of wheat silages.
Animal Feed Science and Technology 154, 76-82.
Weinberg, Z.G., Khanal, P., Yildiz, C., Chen, Y. and Arieli, A. (2010) Effects of stage of maturity at harvest, wilting and LAB inoculants on the aerobic stability wheat silages.
Animal Feed Science and Technology 158, 29-35.
Weinberg, Z.G., Khanal, P., Yildiz, C., Chen, Y. and Arieli, A. (2010) Ensiling fermentation products and aerobic stability of corn and sorghum silages. Grassland Science (in press).
Khanal, Prabhat (2009) Changes and losses in silages during aerobic exposure.
M.Sc. thesis, The Faculty of Agriculture, Food and Environment, The Hebrew Univ.


נספח
טבלאות פרטניות בנושא השינויים שחלים בתחמיצי חיטה מזנים שונים בעת חשיפה לאוויר.

לכל המבזקים....
office@milk.org.il פקס: 972-3-9564766 טל: 972-3-9564750 דרך החורש 4 , ת"ד 97, יהוד 5647003
מופעל באמצעות מעוף - מגוון אפקט