Proiectul AGRAL 286

Proiectul Agral 286 / 2004

Cresterea performantelor productive ale rumegatoarelor prin utilizarea unor ratii cu degradabilitate redusa a proteinei

( pagina web finantata prin proiectul Agral 286 / 2004 )

Precizare: Aceasta pagina web se adreseaza specialistilor din zootehnie, care sunt implicati in decizii legate de strategiile de hranire a rumegatoarelor, dar nu au cunostinte de fiziologia nutritiei. In aceasta pagina sunt oferite, intr-o forma simplificata, informatii despre utilizarea mai eficienta a proteinei din ratii, in cazul rumegatoarelor.

 

La rumegatoare, prezenta rumenului face ca proteina ajunsa in intestin sa fie mult diferita fata de proteina din ratie, conducand astfel la imprecizii in estimarea valorii proteice a ratiilor. Acest aspect este cu atat mai important cu cat nutreturile proteice (silozurile de leguminoase, sroturile) sunt utilizate pe scara larga si reprezinta o parte insemnata in costul ratiilor pentru rumegatoare. Doua fenomene biologice importante sunt implicate in evolutia proteinei in rumen: proteoliza si proteosinteza microbiana, cele doua fenomene influentandu-se reciproc. Ambele depind de functionarea ecosistemului ruminal, dar si de o proprietate a nutreturilor, si anume degradabilitatea ruminala. In mod natural, unele nutreturi sunt mai degradabile in rumen fata de altele; de asemenea unii nutrienti sunt mai degradabili decat altii. Astfel, in cazul proteinei, degradabilitatea ruminala poate varia de la 20-30% la aproape 100%, in functie de nutretul considerat. In practica, importanta degradabilitatii ruminale a proteinei este putin cunoscuta; din aceasta cauza, valoarea proteica a sroturilor si mai ales a silozurilor este in mod frecvent estimata cu grad mare de imprecizie, ceea ce duce la cresterea costurilor cu hranirea si la cresterea pierderilor de azot prin dejectii.

Valoarea proteica a nutreturilor pentru rumegatoare

Pe scurt, principala particularitate a digestiei azotului la rumegatoare consta in faptul ca cea mai mare parte a proteinei din ratie este degradata in rumen pana la compusi simpli, majoritatea fara valoare nutritiva intrinseca (amine, amoniac, etc.). Acestia sunt utilizati ca sursa de azot de catre microorganismele ruminale, fiind practic inclusi in biomasa microbiana. Cum majoritatea microorganismelor parasesc rumenul si sunt digerate in intestin, azotul provenit din ratie si initial degradat pana la compusi simpli, ajunge pana la urma sa fie absorbit si utilizat pana la urma de catre rumegator, recapatand astfel valoare nutritiva. Partea nedegradata a proteinei din ratie paraseste treptat rumenul, pe masura reducerii dimensiunilor particulelor alimentare si este digerata, absorbita si utilizata de catre rumegator.

Pe langa cele de mai sus, trebuie tinut insa seama de urmatoarele aspecte, care complica situatia:

• valoarea nutritiva a proteinei microbiene este superioara valorii nutritive a proteinei alimentare (digestibilitate mai mare, continut mai mare de aminoacizi esentiali, profil mai bun de aminoacizi = mai apropiat de profilul ideal pentru productia de carne sau lapte);
• la scurt timp dupa administrarea hranei, in rumen se exista un spectru larg de substante azotate rezultate in urma degradarii proteinei brute: proteine nedegradate, proteine in curs de degradare, peptide, aminoacizi, amine, amoniac;
• unele populatii de microorganisme au nevoie de substante azotate proteice (aminoacizi, peptide) pentru a creste. Intrucat in general populatiile microbiene actioneaza in mod succesiv pentru a desavarsi digestia constituentilot hranei, subdezvoltarea unei populatii de microorganisme (din cauza aportului insuficient de nutritenti / factori de crestere) poate duce la reducerea in ansamblu a digestiei ruminale (in cazul in care functiile respectivei populatii microbiene nu pot fi preluate de alte grupuri de microorganisme);
• proteosinteza microbiana si includerea proteinei brute din ratie in biomasa microbiana se realizeaza cu eficienta diferita, in functie de gradul si dinamica de degradare al proteinei ;
• daca proteina din ratie este degradata prea rapid la nivel ruminal, rata de eliberare a compusilor azotati simpli amine, amoniac intrece rata de includere a acestora in biomasa microbiana, iar o buna parte din acesti compusi azotati se pierd ;
• in rumen mai exista o sursa de azot pentru microorganisme, in afara de cel alimemtar, si anume azotul endogen (reciclat), care influenteaza eficienta proteosintezei microbiene (fara a fi cuprins in ecuatiile de estimare a valorii nutritive);
• « trecerea » proteinei prin rumen schimba profilul de aminoacizi, by-pass-ul proteic avand un profil diferit fata de proteina din ratie.

Pentru a se putea calcula valoarea proteica, in vederea optimizarii ratiilor, toate aceste fenomene trebuie cuprinse in lantul de ecuatii care conduc la obtinerea valorii proteice a nutreturilor pentru rumegatoare. Valoarea proteica utilizata de sistemul de nutritie utilizat in tara noastra este PDI (proteina digestibila la nivel intestinal), iar in acest moment, ecuatiile utilizate la estimarea acestei valori sunt urmatoarele:

PDIA = PB x 1,11 x (1 - DT) x 1,0 x dr
PDIMN = PB x [1 -1,11 x (1 - DT)] x 0,9 x 0,8 x 0,8
PDIME = SOF x 0,145 x 0,8 x 0,8

in care:
- %PB = continutul nutreturilor in substante azotate totale, obtinute prin dozarea azotului (metoda Kjeldahl, de obicei) care se multiplica cu un coeficient, de obicei 6,25 si se exprima in g / kg SU;
- DT = degradabilitatea teoretica a PB in rumen, determinata prin metoda saculetilor de nylon;
- dr = digestibilitatea reala a aminoacizilor alimentari ce ajung in intestin, determinata printr-o metoda enzimatica (se foloseste o proteaza de Streptomyces griseus);
- SOF = substantele organice din ratie, fermentabile in rumen, exprimate in g / kg SU si determinate pe baza unor analize chimice simple: substanta uscata, proteina bruta, grasime bruta, produsi de fermentatie ai silozurilor. De asemeni sunt necesare degradabilitatea proteinei si digestibilitatea aparenta a substantei organice.
- x1,11 = factor de corectie pentru componenta azotata ce paraseste saculetii dar nu este folosita in rumen ci in intestin (1 - DT), pentru a nu supraestima degradarea ruminala (coeficient asociat metodei cu saculeti de nylon);
- 0,9 = gradul de folosire a substantelor azotate degradate in rumen pentru sinteza microbiana;
- 0,145 = eficienta proteosintezei microbiene pe baza energiei, exprimata in kg / kg SOF ingerat;
- continutul in aminoacizi al substantelor azotate nedegradate in rumen este de 100%;
- continutul in aminoacizi al proteinei microbiene este de 80%;
- digestibilitatea aminoacizilor microbieni este de 80%.

Sistemul PDI, ca orice sistem modern de nutritie pentru rumegatiare face distinctia intre proteina de origine alimentara (PDIA) si cea de origine microbiana (exprimata prin PDIME sau PDIMN, in functie de substratul limitativ pentru cresterea microorganismelor: energia sau proteina). Cele doua valori ale proteinei de origine microbiana conduc, prin insumare cu PDIA la doua valori proteice distincte ale unui nutret dat, in functie de factorul care limiteaza proteosinteza microbiana (PDIE sau PDIN). Evident, valoarea efectiva a PDI este valoarea cea mai mica dintre PDIE si PDIN, diferenta fiind un practic un potential nerealizat din cauza nesincronizarii aporturilor zilnice de substrat energetic si proteic.

Trebuie insa mentionat ca fiecare dintre constantele sistemului este o medie ce aproximeaza un proces biologic avand uneori o variabilitate destul de mare si in care sunt angrenati numerosi factori de influenta. Exista numeroase date referitoare la efectul acestor factori dar, pentru majoritatea dintre ei, incercarile de a le cuantifica influenta sunt sporadice, iar rezultatele, fiind inconsistente, nu pot fi incluse inca in lantul de ecuatii mentionat. La fel, pentru determinarea parametrilor sistemului exista numeroase preocupari in sensul promovarii unor metode si tehnici de abordare cat mai sigure, exacte, usor de realizat, care sa asigura repetabilitatea rezultatelor, etc.

Din cele trei ecuatii prezentate mai sus, se observa ca valoarea PDI este determinata de numai 4 variabile: continutul in proteina bruta (%PB), degradabilitatea acesteia (DT), digestibilitatea reala in intestin a by-pass-ului (dr) si substantele organice fermentabile in rumen (SOF). Dintre acestea, doar proteina bruta este determinata in mod sistematic, fiind o analiza de rutina. Celelalte 3 variabile sunt mai greu de masurat, valorile acestora fiind de obicei preluate din tabele.

Este de mentionat insa ca valorile tabelare pentru degradabilitatea ruminala a nutreturilor au in multe cazuri un grad prea mare de aproximare, daca se tine seama de rolul cheie a degradabilitatii in stabilirea valorii proteice (de ex. este recomandata aceeasi degradabilitate pentru stadii diferite de vegetatie).

Estimarea cu imprecizie a valorii proteice, din cauza aproximarii exagerate a degradabilitatii, conduce la carente sau excedente ale ratiei in PDI, cu efecte nefavorabile asupra economicitatii ratiei sau asupra mediului inconjurator.

In acest sens, este necesara cunoasterea mai exacta a degradabilitatii in special pentru nutreturile bogate in proteina, dintre care mai relevante sunt silozurile de leguminoase (a caror valoare proteica reala este puternic influentata de calitatea conservarii) si sroturile (a caror valoare proteica reala este puternic influentata de modul de procesare).

 

Importanta degradabilitatii ruminale a proteinei

 

Necunoasterea cu suficienta precizie a valorii proteice reale a unor nutreturi bogate in proteina (cum ar fi silozurile de leguminoase sau sroturile) conduce in anumite conditii la greseli in formularea ratiilor, traduse prin scaderi ale eficientei hranirii si scaderi ale nivelului productiv. In general, in tara noastra rumegatoarele sunt hranite cu ratii a caror proteina este foarte degradabila la nivel ruminal, ceea ce conduce la clasica ineficienta a utilizarii azotului. De asemenea, neutilizarea proteinei in cadrul proteosintezei microbiene, consecutiv degradarii ei excesive la nivel ruminal, conduce de asemenea la cresterea poluarii mediului inconjurator prin emisia de compusi azotati.

Importanta fenomenului de degradare ruminala a proteinei a condus la influnetarea strategiilor de hranire a rumegatoarelor. Astfel, exista doua abordari pentru asigurarea nivelului proteic necesar pentru diverse categorii de rumegatoare: formularea de ratii economice, cu o degradabilitate ridicata a proteinei in care se mizeaza pe proteosinteza microbiana (cu riscul ca in lipsa unor conditii foarte specifice aceasta sa nu se realizeze la nivelul asteptat) versus formularea de ratii scumpe, cu degradabilitate scazute a proteinei, in care se mizeaza pe by-pass-ul proteic (proteina nedegradata in rumen, care ajunge sa fie digerata in intestin). Modalitatile de maximizare a by-pass-ului proteic sunt in general bine documentate si se bazeaza fie pe aplicarea de tratamente fizico-chimice nutreturilor, fie pe manipularea proceselor ruminale.

In mod frecvent, chiar si specialistii uita ca o mare parte din proteina din ratie este practic distrusa la nivel ruminal (degradata in amoniac si diversi produsi intermediari), pierzandu-si temporar valoarea nutritiva. Mai precis, daca by-pass-ul proteic este relativ sigur (dar si aici pot apare probleme, de exemplu in cazul aplicarii unei temperaturi prea ridicate in procesarea nutreturilor concentrate, care conduce la scaderea digestibilitatii reale), proteosinteza microbiana poate fi diminuata sau chiar compromisa in lipsa unor conditii optime specifice pentru microorganismele ruminale (Walace, 1991; Alderman si Cottrill, 1993; Jounany, 1994). In consecinta o parte din amoniacul, provenit din proteina de buna calitate, platita destul de scump, in loc sa fie transformat in proteina microbiana (utilizata in continuare de rumegator), ajunge in final in mediul inconjurator, crescand nivelul poluarii.

Pentru anumite situatii nutritionale (vaci de lapte de mare productie, anumite combinatii de ingrediente ale ratiilor), sistemele curente de nutritie a rumegatoarelor nu cuantifica in mod corespunzator factorii de influenta relevanti. Cu alte cuvint, efectul aproximarilor mentionate este cu atat mai pronuntat cu cat nivelul productiv al animalului este mai ridicat. Astfel, calculul valorii proteice porneste inca de la un parametru foarte aproximativ, proteina bruta, ignorandu-se constituentii acesteia; eficienta proteosintezei microbiene este considerata constanta atat pentru energie (0,145) cat si pentru azot (90%); corectia pentru particulele considerate degradate prin metoda in sacco dar nedisponibile in rumen (1,1) este aproximativa si nespecifica, etc.

Daca in tarile dezvoltate, fenomenele legate de degradabilitatea ruminala incep sa fie luate in consideratie (Emile, 1996; Hristov, 1998; Cao, 2002), in tara noastra ele sunt in general ignorate. Desi este cunoscut la modul general faptul ca aditivii de insilozare pot proteja proteina din silozuri, sau ca o temperatura ridicata in timpul procesului de prelucrare scade degradabilitatea sroturilor, sunt slab cunoscute implicatiile concrete asupra valorii nutritive a ratiilor, asupra modului de formulare a acestora (de ex. necesitatea asigurarii unui nivel minim de by-pass proteic, sincronizarea aporturilor de energie si proteina la nivel ruminal, maximizarea proteosintezei microbiene, mentinerea digestibilitatii by-pass-ului), etc. Trebuie retinut faptul ca nutreturile vizate sunt costisitoare, au pondere mare in ratii si sunt administrate unui numar mare de animale; prin urmare utilizarea lor ineficienta conduce, pe langa neatingerea performantelor zootehnice scontate, la cresteri insemnate ale cheltuielilor de productie.

 

Importanta cunoasterii dinamicii degradarii ruminale

 

Pe langa cunoasterea incompleta a degradabilitatii nutreturilor, un alt aspect ce induce aproximari uneori foarte mari in estimarea valorii proteice reale este gradul mare de sintetizare a informatiilor legate de degradarea nutreturilor in rumen. Fiecare tip de nutret este caracterizat printr-o dinamica a degradarii in rumen, in cadrul sistemului PDI aceasta fiind sintetizata, prin modelare (Orskov si McDonald, 1979), in trei coeficienti ce echivaleaza cu fractiunile rapid (a) sau lent (b) degradabile si cu rata de degradare (c) a fractiunii lent degradabile, iar cei trei coeficienti sunt la randul lor sintetizati intr-un parametru unic, numit degradabilitate teoretica (DT) in cadrul sistemului PDI, acest parametru fiind cel utilizat in prezent in ecuatiile de estimare a valorii proteice.

Aceasta sintetizare a fost necesara pentru a pune la dispozitia crescatorilor de animale ecuatii operative de estimare a valorii PDI, dar in acelasi timp a condus la ignorarea unor informatii esentiale legate de dinamica degradarii proteinei in rumen. Utilizarea ca atare a curbelor de degradare a nutreturilor in rumen este dificila, dar un avans considerabil in estimarea valorii proteice este permis de luarea in consideratie a semnificatiei biologice a celor trei coeficienti rezultati din modelizare (a, b, c).

Dupa cum se cunoaste, in cursul insilozarii proteina incepe deja sa fie degradata (McAllister, 1998, Kim, 1999), ceea ce influenteaza dinamica degradarii acesteia in rumen. Aceasta se traduce atat printr-o accentuare generala a degradabilitatii proteinei (indicatorului sintetic), aspect relevat de altfel in tabelele de valori nutritive, dar si printr-o crestere a ponderii proteinei rapid degradabile aspect foarte relevant in alcatuirea ratiilor pentru rumegatoare. Aceste modificari nu sunt constante, fiind influentate semnificativ de un mare numar de factori, din care numai o parte sunt cuantificati in cadrul sistemelor de nutritie pentru rumegatoare. Astfel, in evaluarea valorii nutritive nu se tine seama de efectul aditivilor de insilozare, decat (eventual) prin intermediul compozitiei chimice. Dezavantajul major consta in faptul ca sistemele de nutritie curente se bazeaza pe proteina bruta ca punct de pornire in calculul valorii PDI; in conditiile in care componentele acesteia (proteina reala, diverse amine, etc.) sunt deosebit de variabile, utilizarea proteinei brute in rumen si implicit valoarea nutritiva a silozului sunt de asemenea variabile (Oldham, 1995; Jones, 1996).

In cazul sroturilor, este ignorata in general provenienta acestora si modul de procesare, care este variabil (Cozzi, 1992; Nola, 1994; Dakowski, 1995). Ca si in cazul silozurilor de leguminoase, parametrul proteina bruta nu este suficient ca punct de pornire in determinarea valorii proteice. De aceea, se va studia in amanunt valoarea proteica a sroturilor, identificand tipurile principale (prin prisma valorii proteice reale) si gradul de supra- sau subestimare a valorii PDI, dar punand accentul si pe dinamica degradarii acestora in rumen, cu implicatii asupra interactiunii cu celelalte componente ale ratiei (Kohn, 1998).

Sroturile, ca si silozurile de leguminoase sunt niste nutreturi prea costisitoare pentru ca utilizarea lor la nivel ruminal sa fie lasata la voia intamplarii. Imprecizia estimarii valorii proteice a respectivelor nutreturi, ignorarea necesitatii sincronizarii aporturilor de energie si proteina, a necesitatii maximizarii proteosintezei microbiene sau a corectei estimari a by-pass-ului proteic, conduce la formularea incorecta a ratiilor, ceea ce conduce fie la neatingerea nivelului de productie prevazut (in cazul supraestimarii valorii proteice) fie la risipa si poluarea mediului (in cazul subestimarii). Cunoasterea cu precizie a valorii proteice este mult mai importanta in cazul silozurilor de leguminoase si a sroturilor fata de alte nutreturi, datorita concentratiei acestora in proteina si a costului ridicat. In plus, aceste nutreturi au in general o degadabilitate ruminale ridicata, ceea ce ridica in mod constant probleme de eficienta a utilizarii azotului.

 

Posibilitati de influentare a degradabilitatii ruminale

 

Exista numerosi factori care pot influenta degradabilitatea proteinei din ratie, dar cel mai simplu este ca la formularea ratiilor sa se tina seama si de:

• necesitatea sincronizarii aporturilor de energie si substante azotate disponibile la nivel ruminal in dinamica. In mod frecvent, pe ratiile obisnuite din tara noastra, proteina si energia din ratie nu sunt degradate cu aceeasi viteza in rumen. De aceea, in anumite conditii, poate exista la nivel ruminal o mare cantitate de azot disponibila pentru cresterea microorganismelor ruminale, dar nu exista inca energia disponibila intrucat nutreturile energetice sunt degradate mai lent. In acest caz, solutiile sunt fie intarzierea degradarii nutreturilor proteice (prin diferite metode), fie asigurarea unei surse de energie rapid degradabile.
• chiar daca energia si substantele azotate sunt disponibile concomitent la nivel ruminal, rata de crestere a microorganismelor poate fi limitata de alti factori, deci trebuie temperata degradarea de ansamblu a ratiei. De asemenea, daca se suspecteaza ca proeosinteza microbiana nu se realizeaza la nivelul asteptat, verificat daca ratia asigura toate conditiile necesare dezvoltarii normale a microorganismelor ruminale (vitamine, minerale, diversi factori de crestere).
• la alegerea ingredientelor pentru formularea ratiilor, trebuie cunoscuta cit mai precis valoarea proteica a acestora si sa se evite preluarea mecanica a valorii nutritive tabelare. Se pot face o serie de corectii ale acestei valori, daca se cunoaste natura nutretului respectiv.
• In cazul silozurilor, trebuie cunoscut daca si ce aditivi au fost folositi la insilozare, iar degradabilitatea si valoarea nutritiva tabelara trebuie corectate in functie de aceste informatii.
• In ceea ce priveste sroturile, este adevarat ca nutreturile concentrate au o valoare nutritiva mai constanta decat nutreturile de volum, dar este de evitat achizitionarea de sroturi numai in baza continutului de proteina bruta (si a celorlalte caracteristici de rutina). Este deosebit de important de cunoscut modul de procesare al acestora, si este de preferat achizitionarea (la acelasi pret si continut in PB) a sroturilor care au fost tratate termic in cursul extractiei grasimilor (cu mentiunea ca trebui e avut in vedere ca un tratament termic exagerat conduce nu numai la scaderea degradabilitatii in general de dorit, dar si la reducerea digestibilitatii reale, cu efecte negative asupra valorii proteice de ansamblu).
• Nu toate produsele comerciale specifice existente pe piata au efect notabil asupra reducerii degradabilitatii; inainte de achizitonarea unor cantitati mari este utila testarea efectului acestora in laboratoare de specialitate.

Pentru incheiere este de mentionat inca o data faptul ca nutreturile proteice sunt costisitoare (prin pret si cantitate utilizata), si ca exista potentialul de a economisi bani prin eficientizarea utilizarii acestora (de exemplu, prin reducerea degradabilitatii - care in tara noastra este in mod cronic prea mare). In acest context, acordarea unei atentii speciale subiectului poate duce a cresterea eficientei economice al cresterii rumegatoarelor.