/, Biogas, Impianti a biogas/Insilato: fattori causa di perdite di sostanza secca e qualità

Insilato: fattori causa di perdite di sostanza secca e qualità

Uno dei maggiori punti di interesse su cui lavorare per migliorare la marginalità ottenuta in campo biogas riguarda il raggiungimento della miglior efficienza possibile della ricetta utilizzata in impianto; questo significa anche (per tutti quegli impianti utilizzatori di insilati) di ridurre le perdite di insilamento dovute ad esempio allo sviluppo di temperature anomale in trincea, alla degradazione da muffe, alla formazione di cappello, alle perdite di calo peso eccessive ect.
In questo breve articolo verrà effettuata una panoramica riguardante le perdite di sostanza secca e di qualità generale di un insilato che avvengono durante le fasi di insilamento. In particolare, si è deciso di porre particolare attenzione riguardo le condizioni di respirazione e temperature di insilamento, le tipologie di fermentazioni ed infine i metodi di copertura delle trincee.
Produrre un insilato di qualità, riducendo le perdite di sostanza secca al minimo è sicuramente una sfida per ogni agricoltore, potremmo dividere il processo di insilamento in quattro fasi così distinte:

  1. Iniziale fase aerobica nel silo subito successiva al taglio;
  2. Fase fermentativa;
  3. Fase di stabilità (conservazione) all’interno del silo;

Apertura del silo ed esposizione del prodotto all’aria prima, durante e dopo il suo utilizzo;

Perdite di sostanza secca

Le perdite di sostanza secca avvengono durante ciascuna di queste fasi appena descritte riducendo la qualità del prodotto, la Figura 1 riporta un range di valori indicativi delle possibili perdite di sostanza secca in base alla tipologia di management impiegato (Borreani et al., 1999; Bichert et al., 2000; Rankin and Undersander., 2000; Jones, 2001; Muck et al., 2003; Rotz, 2005):

Figura 1: potenziali perdite di sostanza secca durante le fasi di insilamento:

Sebbene alcune perdite di sostanza secca siano inevitabili, un buon management e pratiche di raccolta ed insilaggio corrette possono ridurre o compensare in modo significativo queste perdite e produrre un insilato di ottima qualità (Rotz, 2003).

Respirazione e temperatura di insilamento

Prima che la fase di fermentazione attiva possa iniziare, l’ossigeno “intrappolato” nel foraggio consente ai processi biologici e chimici di consumare nutrienti ed energia, portando alla produzione di acqua, diossido di carbonio ed ammoniaca libera (McAllister and Hristov, 2000).
Tale incremento di temperatura appena citato produce effetti negativi all’insilato sia da un punto di vista di perdite di sostanza secca sia riguardo la sua qualità (Holmes, 2006).
La letteratura riporta perdite di sostanza secca dell’1,7% per ogni 10°C di incremento su test da laboratorio (Rees, 1982).
Prolungate temperature intorno ai 40°C posso causare deterioramento e denaturazione che interessano la disponibilità di sostanze nutritive specialmente di legumi e foraggi d’erba. La denaturazione avviene più lentamente per temperature al di sotto dei 38°C (Muck e Pitt, 1993).

Prolungate alte temperature nel silo possono portare inoltre ad un eccessivo imbrunimento con conseguente ridotta ingestione in campo animale oltre che ad una ridotta digeribilità anche in campo biogas. La proteolisi, la disgregazione delle proteine ad AA liberi, peptidi, e ammoniaca è anche influenzata dalla temperatura, con incrementi doppi per ogni 10°C di incremento tra i 10 ed i 38°C (Muck e Dickerson, 1998).
Una rapida ed efficiente fermentazione in fase iniziale di insilamento riduce la proteolisi; bisogna inoltre sottolineare come l’utilizzo di inoculi microbici specifici sia una pratica raccomandata dalla letteratura in particolare in zone umide e calde (Muck e Pitt, 1993).
Un riempimento del silo “lento” ed un ritardo nel sigillamento dello stesso apportano anch’essi effetti negativi alla qualità dell’insilato; Bruning et al. 2018 riportano che gli effetti di una chiusura ritardata di un silo di silomais di 4 giorni portano a perdite di sostanza secca fino all’11%, un aumento della presenza di lieviti ed un declino fino al 65% dei carboidrati solubili.
Likewise, Nutcher et al., (2015) hanno evidenziato come un solo giorno di ritardo nella chiusura della trincea porti ad un incremento delle perdite di materia organica del 27.2% sull’estremità superiore della trincea (45cm) di un insilato di mais comparato con una trincea gemella coperta immediatamente (156 vs 123 g/kg di materia organica persa).

Modelli fermentativi

Affinché il silo sia in anaerobiosi, diversi microrganismi anaerobi prolificano e fermentano primariamente zuccheri e acidi organici nel raccolto, i principali gruppi i microrganismi sono gli enterobatteri, clostridi e i lieviti (Pahlow et al., 2003).
Le perdite associate con le fermentazioni nel silo sono derivanti dalla produzione di diossido di carbonio; queste perdite sono tipicamente stimate in un range che va dal 2 al 4% (Zimmer, 1980).
La quantità di sostanza secca persa con le fermentazioni dipende dalla specie microbica dominante in primo luogo e anche dal substrato insilato.
In particolari alcuni microrganismi più di altri hanno un ruolo significativo nella fermentazione con ripercussioni importanti sulla perdita di sostanza secca; questo è particolarmente vero per i lieviti che producono etanolo dal glucosio o i clostridi che producono butirrato dal lattato o glucosio.

Negli ultimi anni proprio a tale proposito è stato di grande interesse Lactobacills Buchneri, un batterio eterofermentativo usato come inoculo in fase di insilaggio e capace di promuovere stabilità aerobica (Driehuis et al., 1999).
Senza l’utilizzo di inoculi per insilamento, il processo fermentativo è il risultato dell’attività dei naturali microrganismi presenti durante il raccolto; le popolazioni sono molto variabili ed influenzate dal raccolto, condizioni di crescita, fattori ambientali e così via (Pahlow et al., 2003; Muck et al., 2003).
Al termine delle fermentazioni, il silo è stabilizzato e la temperatura inizia a decrescere in modo lento, influenzata sia dalla temperatura ambientale che dalla grandezza del silo. Durante la fase di conservazione, la temperatura nel cuore dovrebbe essere all’interno di un range compreso tra i 12 ed i 26°C in Italia (Borreani e Tabacco, 2010).
La temperatura nel cuore della trincea varia in base alla quantità di insilato raccolto e in base al tipo di struttura di contenimento (trincea, cumulo ect.)
Kung (2011) riporta una temperatura nel cuore di un silomais in Wisconsin dopo 90 giorni di dall’insilamento di 32°C.
L’eliminazione delle perdite di trincea come già affermato precedentemente non è possibile in senso assoluto, ma l’utilizzo di additivi durante l’insilamento unito a tecniche di lavoro ottimali possono aiutare a minimizzarle.

Fase di conservazione

Fornire una copertura efficace al silo diventa un punto assolutamente cruciale per minimizzare le perdite di sostanza secca durante il periodo di conservazione. L’importanza della copertura della trincea è stata mostrata da Bolsen et al., 1993 in un lavoro che compara trincee coperte e non coperte con evidenza delle perdite di sostanza secca (Tabella 2):

Tabella 2: % di perdite di sostanza secca sulla cima della trincea in caso di trincea coperta e non coperta (Bolsen et al., 1993)

Una copertura efficace per il nostro silo deve necessariamente possedere questi due fattori di primaria importanza:

  1. Una barriera a bassa o totale permeabilità all’ossigeno tra la cima della trincea e l’atmosfera;
  2. La qualità del materiale che deve essere il più possibile resistente ad agenti esterni sia sulla cima che sui lati della trincea;

Alcuni studi hanno mostrato come taluni film plastici non siano effettivamente sempre validi (Wilkinson e Fenlon, 2014); queste problematiche sorgono per diversi fattori non sempre collegati alla qualità del film plastico stesso, ci possono essere infatti errori di gestione impropria in fase di chiusura del silo (es. giunti di telo non adeguati che fanno traspirare ossigeno, buchi sul telo in fase di stesura etc.) L’aria a causa di ciò può penetrare all’interno del silo vanificando tutto il lavoro fatto per conservarlo nel tempo.

È noto inoltre, come la zona di insilato superiore a contatto con le pareti di contenimento delle trincee sia esposta eccessivamente al deterioramento. Borreani e Tabacco (2010) in un sondaggio di 54 insilati di mais stoccati in trincea hanno evidenziato elevate temperature in cima al silo vicino ai miri di contenimento con nessun deterioramento visibile del film plastico utilizzato per la copertura della trincea stessa.
Questo è dovuto all’impossibilità di sigillare in modo perfetto il prodotto insilato a contatto con le pareti che non impedisce l’ingresso di acqua e aria. Proprio a causa di queste osservazioni negli ultimi anni si è sviluppato sempre più l’utilizzo di teli laterali per la copertura dei muri di contenimento delle trincee studiati appositamente per rendere il prodotto insilato il più sigillato possibile portando a risultati significativi in termini di riduzione delle perdite. Muck e Holmes (2009) infatti, hanno notato come le perdite di sostanza secca dovute a fermentazioni anomale erano minori nelle trincee in cui venivano utilizzati film plastici sia sulle pareti di contenimento che sull’insilato piuttosto che nelle trincee con il solo utilizzo del telo sulla cima del silo.
Un’altra problematica riguardate i teli per la copertura delle trincee riguarda le così dette forature, che avvengono per svariati ed innumerevoli ragioni.
Il consiglio rimane sempre quello di tenere costantemente monitorata la trincea e in caso di forature procedere con la loro chiusura in modo da ridurre al minimo l’esposizione del prodotto all’ossigeno e conseguente deterioramento (Green et al., 2012).
Metodi per limitare il presentarsi e la grandezza delle forature includono l’utilizzo di calzature adeguate in fase di camminamento sopra la trincea, plastiche il più resistenti possibili in termini di µm, plastiche non rigenerate.
Come detto precedentemente un periodico controllo delle plastiche di copertura e azioni su eventuali forature è fondamentale per ridurre al minimo le perdite da deterioramento.

Deterioramento aerobico

Il deterioramento aerobico dell’insilato durante il periodo di desilamento è un significativo problema per ogni agricoltore che voglia ridurre al minimo il deterioramento del proprio prodotto. In contrasto con la fase di conservazione nella quale il prodotto è protetto dall’aria e dunque è stabile, una volta aperta la trincea questa viene esposta all’ossigeno in modo inevitabile e penetra attraverso il fronte per una distanza di 4 metri, specialmente nelle zone periferiche del silo (Phalow et al., 2003; Borreani et al., 2007; Vissers et al., 2007).

La maggior penetrazione avviene nelle periferie del silo dal momento che in queste zone la densità dell’insilato è inferiore e dunque l’ossigeno trova una via semplice per penetrare all’interno del silo (Pitt e MucK, 1993).
Quando l’ossigeno si introduce nel silo, i microrganismi aerobici iniziamo a replicarsi, inizialmente utilizzando substrati solubili e successivamente altri più complessi.
I lieviti sono generalmente gli iniziatori del deterioramento aerobico, consumando zuccheri, fermentando acidi ed innalzando infine temperatura e pH (Pahlow et al., 2003).
Con incremento di pH abbiamo crescita e sviluppo di batteri incrementando la temperatura dell’insilato stesso; tutti questi fattori insieme allo sviluppo di muffe portano al deterioramento dell’insilato.
Questo processo di deterioramento coinvolge in misura diversa circa il 20% del totale degli insilati prodotti in climi caldi e temperati (Vissers t al., 2007; Borreani e Tabacco, 2010; Schmidt e Kung, 2010).
Le perdite possono raggiungere il 70% della sostanza secca nelle aree perimetrali del silo
e sono correlate all’esaurimento dei carboidrati digeribili e della frazione organica (Bolsen et al., 1993; Borreani et al., 2007; Bernardes et al.; 2012)

Raccomandazioni e prospettive future

Questo breve articolo ha voluto evidenziare l’importanza di uniformità di un insilato di alta qualità su tutto il profilo del silo; particolare attenzione per ridurre le perdite dirette ed indirette di sostanza secca e di qualità generale dell’insilato vanno concentrate a livello di insilamento e di copertura per massimizzare l’efficienza del processo in un mondo agricolo come quello odierno che non permette errori.
Le moderne tecniche di insilamento accompagnate dalle innovazioni derivanti dalla ricerca hanno permesso di ottenere insilati sempre più di qualità dando l’opportunità agli agricoltori di massimizzare le qualità del loro prodotto riducendo al minimo le perdite di sostanza secca.
Durante la raccolta, l’utilizzo di inoculi specifici può aiutare a ridurre ancor di più le perdite di sostanza secca del silo; la tipologia di inoculi varia a seconda delle problematiche che affliggono le differenti tipologie di insilati.

Dove il deterioramento aerobico è la primaria preoccupazione, nel caso ad esempio di un insilato di mais la combinazione di inoculi contenenti nello stesso tempo i tradizionali omofermentanti e L.buchneri favorisce una rapida caduta del valore di pH e la produzione di acido acetico nelle fasi successive di conservazione riducendo il numero di lieviti e inibendo la loro crescita quando l’insilato sarà a contatto con ossigeno.
Futuri studi dovranno considerare ulteriori tecniche per incrementare l’efficienza di insilamento in termini di sostenibilità per l’ambiente, l’uso di nuovi additivi capaci di incrementare ancora di più la stabilità dell’insilato e la sua conservabilità.

By |2020-05-13T11:28:56+02:00Maggio 13th, 2020|Categories: Ambiente e sostenibilità, Biogas, Impianti a biogas|Commenti disabilitati su Insilato: fattori causa di perdite di sostanza secca e qualità