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Rumen precision feeding: nuove opportunità ?
Gestione della bovina in transizione: sviluppi tecnologici, alimentari e nutraceutici - Piacenza 30 1 2015
Paolo Bani
Faculty of Agriculture, Food and Environmental
Sciences
Institute of Zootechnics
Ritmo di ingestione
Masticazione
Abbeverata
am
ino
acid
i
VFA
?????
?????
Livello di ingestione
NH
3
Foraggio / fibra Cereali / amido Zuccheri
Ac. acetico Ac. propionico Ac. butirrico
I concetti «classici»
sono sempre validi ?
Fermentazione dei glucidi nel rumine
70
60
50
40
30
20
10
7 6 5 5,5 pH
AGV
(mol %)
ac. acetico
ac. butirrico
ac. propionico
ac. lattico
Vacca
da latte
Acidosi Rischio
di chetosi
Bovini
in crescita
Perdite CH4 4 % EB 10 % EB
ALIMENTI GROSSOLANI
ALIMENTI CONCENTRATI
20 % di FG
sulla s.s.
C2/C3 # 2 > 3 < 1 # 1
fermentazione
lattica
Foraggio macinato e pellettato può generare fermentazioni di «tipo amido» …. velocità di fermentazione ed effetti dietetici (saliva) sono fondamentali
Le prime fasi di utilizzo del glucosio producono H2 (NADH + H+) Perchè le fermentazioni continuino deve essere smaltito in qualche modo
Due aree fermentative differenti, complementari e in equilibrio dinamico. Un po’ grossolanamente :
I. Produce acetato e produce H2
II. Produce butirrato e propionato e consuma H2
Ruolo chiave di H2 NAD+ / NADH+H+ (velocità di formazione)
2 NADH
H2 + NAD+ ↔ H+ + NADH
CH4
Acetato
Butirrato
Propionato
Rumine:
sopporta anche alti regimi
può andare «fuori giri»
no eccessi
possibili rimedi (additivi o piccole modifiche alimentari)
ADDITIVO
Sostanza / ingrediente che non ha un ruolo nutrizionale (rilevante) in grado di indurre una risposta utile nell’animale: • modifica del pH • crescita / produzione latte • modificazione metabolica
Modulazione “diretta” delle fermentazioni ruminali
Inibitori
chimici
Acidi
organici
Lieviti
Colture
batteriche
Ionofori
Nitrati
Fitoderivati
Vaccinazione
Azione sul microbiota
Orientare le fermentazioni per: più efficienza (più propionico / meno
metano) evitare acidosi (meno lattico) migliorare efficienza azotata (meno
ammoniaca) meno sostanze indesiderate (amine,
LPS,… ?)
• Prodotti delle fermentazioni di batteri aventi come
habitat naturale il terreno
• oltre 100 ionofori polieteri noti (tra cui il monensin)
• Composizione chimica con core comune ma anche
piccole differenze molecolari inducono attività biologica
diversa
Ionofori
Come cambia la popolazione
batterica ruminale
da Dawson and Boling. 1983. Appl Environ Microb 46:160., modificato
Prima Dopo
Non tutti I batteri sono sensibili1,2
1Adapted from Dawson and Boling. 1983. Appl Environ Microbio 46:160. 2Adapted from Nagaraja, T. G., C. J. Newbold, C. J. Van Nevel & D. I. Meyer. 1997. Manipulation of Rumen. Fermentation. The Rumen
Microbial Ecosystem, 2nd edition. Ed: Hobson & Stewart. pp. 538-547.
Gram positivi
Specie batterica
sensibile
Principali prodotti
della fermentazione
Specie
batterica non
sensibile
Principali prodotti
della fermentazione
Ruminococcus acetato Selenomonas propionato
Methanobacteriu
m
acetato, metano Bacteroides acetato, propionato
Lactobacillus lattato Megasphera propionato, acetato
Butyrivibrio acetato, butirrato Veillonella propionato
Lachnospira acetato Succinimonas succinato
Streptococcus lactate Succinivibro succinato
Methanosarcina metano
Fibrobacter acetato
Gram negativi
Principali effetti
Calo acetico
Aumento propionico
Cala C2 /C3
Calo butirrico
(cala metano)
Meno precursori dei
corpi chetonici
Più precursori per la
gluconeogenesi
Ionofori
Principali effetti digestivi
Ingestione di alimenti +/-
Aumento del tempo di ritenzione ruminale
Digeribilità fibra + / -
Risultati migliori con forme a rilascio
progressivo rispetto alla miscelazione con la
razione
Ionofori
Ruminal pH characteristics and fecal pH during grain induced
subacute ruminal acidosis (SARA) in lactating Holstein dairy
cows as affected by supplementation with a monensin premix.
Nessun effetto statisticamente significativo
(6 vacche fistolate in media lattazione)
Farmaco (non additivo alimentare) per il controllo della chetosi post parto
(problema metabolico) agendo sui processi digestivi a livello ruminale
Non ammessi dalla nostra normativa come promotori di crescita
Ionofori
- Metaboliti secondari di diverse piante
- Non veri oli ma composti aromatici volatili ottenuti per
distillazione in corrente di vapore
- Grande variabilità di caratteristiche chimiche e di modo
di azione
- Potenziale antimetanigeno interessante
- Alcuni di essi già in uso per polli e suini
Oli essenziali
- molti OE inibiscono +/- selettivamente i batteri Gram
positivi (azione analoga agli ionofori )
- alcuni hanno un potenziale antimicrobico troppo forte
e/o poco specifico: timolo (Origanum spp.) ed eugenolo (Eugenia
caryophyllus – chiodi di garofano)
- estratti abbastanza variabili per titolo dei principi attivi
- alle dosi efficaci possono ridurre digeribilità e/o
ingestione
Oli essenziali
• calo del rapporto acetato / propionato
• calano perdite di metano
• rischio di calo della digeribilità
• effetto influenzato da
• tipo di dieta
• tipo di OE
• dose OE
Oli essenziali
Necessario definire:
- Dose ottimale in vivo dei componenti attivi da definire
- potenziale adattamento della popolazione microbica
- Possibile presenza di residui in latte e/o carne
- Molte prove in vitro, pochissime in vivo
- Forme slow release potenzialmente interessanti ?
Oli essenziali
• gruppo eterogeneo di composti fenolici ad alto
peso molecolare accomunati dalla proprietà di
complessare le proteine (ma anche polisaccaridi
e minerali)
• due gruppi: idrolizzabili e condensati.
Tannini
Tannini
Nell’alimentazione dei ruminanti
• effetti positivi o negativi (tipologia di tannino, quantità
consumata, dieta )
• > 50 g /kg SS diminuzione del consumo volontario
• < 50g/kg ss non sembrano influenzare l'ingestione di
alimenti
• indicazioni riferite però a specie di Lotus e potrebbero
non essere applicabili a tannini estratti da altre essenze
Tre meccanismi ipotizzati per spiegare calo di ingestione:
• minore appetibilità dell'alimento
• rallentamento dei fenomeni digestivi
• sviluppo di una avversione condizionata agli alimenti
che li contengono
Tannini
• effetto più caratteristico a carico delle proteine
• complessi tannino-proteina stabili a pH
ruminale
• calo della degradazione proteica per complesso
con proteine o azione sul microbiota ruminale
Tannini
Minifermentatori: soia f.e. trattata con diversi tannini. Ogni campione incubato
separatamente (ambiente chiuso)
Tannini
Macrofermentatore (Daisy): soia f.e. trattata con diversi tannini
ma tutti incubati nello steso ambiente (ambiente aperto)
In minifermentatori tutti i tannini hanno ridotto degradazione delle proteine in modo dose-dipendente (anche a piccoli dosaggi)
Tannini
(Bani et al., dati non pubblicati)
Nel macrofermentatore solamente un tipo di tannini ha ridotto la degradazione delle proteine
(Bani et al., dati non pubblicati)
Tannini
Tannini estratti da castagno con tecnologie diverse
Effetto analogo su proteine, ma molto diverso su digeribilita’ fibra
(Bani et al., dati non pubblicati)
Digeribilità intestinale
• effetti sulla digeribilità intestinale delle proteine non sempre ben definiti
• I complessi tannini-proteine possono dissociarsi ai bassi pH dell'abomaso (<3.5)
• nel duodeno iniziale i livelli di acidità (pH ~ 5.5) consentono il riformarsi di tali complessi, meno digeribili
• possibile formazione di complessi tra tannini e enzimi digestivi animali
Tannini
…. vaccinated sheep maintained signicantly higher feed
intake, and had higher rumen pH, lower L-lactate
concentrations, and less severe diarrhoea scores than non
vaccinated control sheep. ………………………
S. bovis-specic antibody concentrations were signicantly higher in samples of saliva, rumen
fuid and serum from sheep immunized with live vaccine than with killed vaccines. These
results demonstrate that lactic acidosis can be reduced by immunization against S. bovis, and
that live Sb-5 vaccine is effective in invoking mucosal as well as systemic antibody responses.
Esperienze per la riduzione delle emissioni di metano
Immunizzazione anti Archea
Vaccinazione
• contro metanigeni (principali specie)
• risultati incerti:
• - 8% in pecore australiane
• No effetto in altre regioni o con altri preparati
Immunizzazione passiva
• Anticorpi estratti da uova di animali vaccinati contro più
comuni metanigeni
• Effetto evidente (in vitro) ma di breve durata (poche ore)
PER ORA
• Rumine è punto di arrivo di sostanze indesiderate / tossiche
• biogeniche
• non biogeniche
Possibile sito di inattivazione / sequestro
Additivi ruminali:
anche per difesa da ..
• Utilizzo di boli a lento rilascio per limitare l’assorbimento di radiocesio post - Chernobyl
Non solo effetto «pro» ma anche «antagonista»
Notevole interesse per rilascio progressivo a livello ruminale di sostanze con funzioni molto differenti
Conclusioni
Alcuni punti fermi (che rimangono tali)
corretta formulazione della razione
corretta forma di preparazione / somministrazione (razione alla bocca dell’animale è quella nel computer del nutrizionista ?)
effettiva continua disponibilità di alimento (residui, sovraffollamento)
Conclusioni
Possibilità di modulare fermentazioni con soluzioni più o meno nuove
Ionofori
Fitoderivati
Preparati enzimatici
Probiotici
Vaccinazione
…….
Conclusioni
• Fitoderivati offrono grande potenziale per la modulazione «green» dei processi digestivi, ma:
• Variabilità di risposte (maggiore scientificità)
• Necessario individuare principi attivi
• Verificare compatibilità con salute animale e umana (residui nei prodotti animali ?)
• «prodotto naturale» non è necessariamente sinonimo di innocuo
Conclusioni
Forma di somministrazione degli additivi
modifica tempi di rilascio e può condizionare
effetto finale, ma mancano informazioni per
molti prodotti
Boli ruminali (vari tipi)
Complessi con grassi, gomme, ecc.
Conclusioni
… ricordando i 4 Requisiti a cui ogni additivo deve assolvere
⁻ Risposta anticipata
⁻ Ritorno economico
⁻ Ricerche disponibili
⁻ Risposte di campo