ФИБРАЗА: Взять от клетчатки всё!

RUMINEWS МАРТ 17

“ПЕРЕВАРИМОСТЬ – КАК ЕЕ УВЕЛИЧИТЬ“

Введение

В последние годы жвачные рассматриваются в качестве значительного источника парниковых газов, таких как углекислый газ и метан. Но они также играют важную роль для человечества благодаря своей способности превращать траву в богатые белком продукты питания. Жвачные, в отличие от людей, могут использовать небелковый азот и целлюлозные волокна для производства мяса, молока и жира. В то время, когда нам нужно «накормить» более 7 миллиардов людей, населяющих Землю, ученые стремятся найти баланс между техническим разведением жвачных животных и уходом за окружающей средой. Сосредоточение внимания только на нежвачных животных, таких как домашняя птица и свиньи, не является альтернативой, поскольку пахотные земли для их кормления становятся дефицитными для производства продуктов питания для людей. Если в кормлении жвачных недостаточное внимание уделяется «отходам» питательных веществ, в основном тех, что не подходят для использования в пищу человеку или кормления моногастричных животных, для достижения высокой продуктивности от зоотехников требуется составление рационов с использованием белков сои и других овощей, и источников крахмала – в основном кукурузы и зерновых. За эти питательные вещества жвачные и человек напрямую конкурируют. Чтобы найти приемлемый баланс между техническими и экономическими показателями, воздействием на окружающую среду и прямой конкуренцией за источники пищи между животными и людьми, становится чрезвычайно важным тщательно исследовать процессы ферментации в рубце и найти инструменты для улучшения усвояемости всего рациона, следовательно, выхода продукции животноводства. В частности, ключевым является то, что как неструктурные (крахмал и сахара), так и структурные углеводы (целлюлоза) ферментируются в рубце в максимально возможной степени.

РУБЦОВАЯ ФЕРМЕНТАЦИЯ КРАХМАЛА И САХАРА

Хотя использование крахмала (в частности получаемого из зерновых) в кормах для животных с экологической точки зрения является нежелательным, отказаться от этого очень проблематично. Дойные коровы, особенно в первые 100 дней лактации, имеют значительную потребность в глюкозе для превращения ее в лактозу (лимитирующий фактор) для выработки молока. Чем больше доступной лактозы – тем выше молочная продуктивность. Глюкоза, необходимая для производства лактозы, в основном образуется печенью, из пропионата, который поступает туда после ферментации в рубце крахмала. Упрощенный вывод привел бы к мысли, что может быть простое решение:

“    крахмал →    пропионат → + глюкоза → + лактоза → + молоко “

Выглядит это хорошо, но есть определенные физиологические ограничения, которые необходимо учитывать. Первое: для увеличения содержания в рационе крахмала, из него необходимо исключить эквивалентное количество содержания волокон. Второе: исключение волокон приводит к сокращению циклов в рубце, снижению выработки слюны и, как следствие, к снижению буферной способности рубца. Третье: возможное накопление пропионатов и других короткоцепочечных кислот в рубце может привести к увеличению кислотности и, вместе с уменьшением буферной способности рубца, привести к ацидозу. Четвертое:  накопление пропионатов в клетках печени приводит к значительному сокращению потребления пищи, что может отменить ожидаемые выгоды от замены целлюлозы крахмалами. Более эффективный путь состоит не в увеличении концентрации крахмала в рационе, а в увеличении разлагаемости всех углеводов в рубце, для использования крахмалов в меньших количествах. Рационы для дойных коров в первую половину лактации обычно составляют с минимальным содержанием крахмалов (от 20% до максимум 28%). За исключением неструктурных углеводов (NSC или NFC), которые содержатся в растительных клетках и для которых рекомендуется (таблицы NRC 2001) широкий диапазон (от 36% до 44% от сухого вещества), особых требований к крахмалам нет. Когда нам приходится кормить «свежую» корову, то мы отдаем предпочтение кукурузе как источнику крахмала, как из-за концентрации (70%), так и из-за возможности прохождения через рубец и всасывания в тонком кишечнике уже в форме непосредственно глюкозы (или разложения до молочной кислоты). Источниками крахмала, наиболее используемыми кормлении дойных коров, являются кукуруза, сорго (аналогичные кукурузе в концентрациях крахмала и разлагаемости в рубце), пшеница и ее производные и ячмень. Бобовые, такие как фасоль, белковый горох и некоторые побочные продукты кукурузы, также могут способствовать потреблению кормового крахмала. Крахмал, который представляет собой полимер глюкозы, расположенный в эндосперме зерен (структура, которая окружает эмбрион и обеспечивает его питание, до тех пор, пока он не в состоянии принимать питательные вещества непосредственно из почвы). Жиры и белки также находятся в эндосперме. Крахмал присутствует в виде амилозы и амилопектина в виде гранул, покрытых более или менее сложной белковой матрицей. В стекловидном эндосперме содержится белок (проламин), который нерастворим и очень устойчив к перевариванию. В некоторых сортах кукурузы, называемых «очень стекловидными», содержание проламина особенно велико. В рубце крахмал «гидролизуется» в более мелкие единицы мальтозы и глюкозы специфическими и очень плодовитыми бактериальными видами через ферменты, такие как альфа- и бета-амилаза. Лактирующие коровы часто получают большое количество концентратов, богатых зернами и крахмалом, что подразумевает высокий оборот рубца и короткое время пребывания корма в рубце. Классическим примером являются зерна кукурузы. Когда определенное количество этих зерен скармливают телкам, они полностью разлагаются в рубце, если такое же количество дать корове практически на пике молочной продуктивности, то большинство зерен будет обнаруживаться в навозе из-за короткого времени пребывания в рубце. Тогда, первый намек на увеличение переваримости зерен зерновых культур заключается в обеспечении быстрого доступа крахмала в рационе к амилолитическим ферментам бактерий рубца. Для этой цели используются технологии обработки кормов, а зерна, используемые в кормах для дойных коров, обычно измельчают, подвергают хлопьеобразованию, прокатке или частично ферментируют, как силос. Для зерновых культур, таких как пшеница и ячмень, даже в условиях жесткого измельчения (диаметр сита ниже 3 мм), отслаивание или силосно-подобная ферментация, не повышают их распад в рубце из-за структуры крахмала в эндосперме. Кукуруза и сорго совершенно по-разному показывают значительные улучшения разлагаемости в рубце при их обработке. Однако мы должны помнить, что увеличение разлагаемости крахмала в рубце без снижения его концентрации существенно влияет на усвояемость волокна. Для сахаров все относительно проще: при полном распаде в рубце они не являются предшественниками пропионовой кислоты и в последствии глюкозы, в то время как часть, проходящая рубец без распада, может напрямую поступать в кровь. Сахара представляют собой важный фактор роста для многих видов рубцовых бактерий. Кроме того, масляная кислота, полученная при ферментации сахара, способствует улучшению абсорбции эпителием рубца и ворсинками кишечника, а также является важным предшественником молочного жира.

ФЕРМЕНТАЦИЯ ВОЛОКОН В РУБЦЕ

Ферментация волокон (целлюлозы) в рубце имеет несколько значительных преимуществ. Во-первых, большинство микробной биомассы рубца состоит из бактерий, которые потребляют целлюлозу, и эта биомасса чрезвычайно богата незаменимыми аминокислотами. Таким образом, увеличение производства руминальной биомассы увеличивает количество руминального белка, доступного для коров. Аминокислотный состав микробной биомассы рубца полностью соответствует требованиям молочных коров, чтобы синтезировать весь казеин, чтобы выразить свой генетический потенциал. Во-вторых, эффективный разрыв растительных клеток позволяет высвобождать их внутренние питательные вещества: крахмалы, белки, жиры и олигоэлементы. Клеточные стенки растений в основном состоят из гемицеллюлозы и целлюлозы, как полимеров глюкозы, которые часто классифицируются как «сырые волокна» (метод Веэнде). Сегодня их более точно идентифицируют так называемым «методом Ван Соста» в виде NDF (нерастворимое нейтральное волокно), ADF (нерастворимое кислотное волокно) и ADL (грубый лигнин). Простой расчет дает количество гемицеллюлозы в корме, вычитая NDF из ADF. Гемицеллюлозы очень хорошо разлагаются и представляют собой идеальный ферментационный субстрат для роста бактерий, которые ферментируют волокна. При вычитании ADF из ADL получается количество целлюлозы, самого распространенного волокнистого компонента. Лигнин имеет механическую функцию и не усваивается жвачными. Все растительные ингредиенты, скармливаемые жвачным, проходят одинаковые процессы распада: во-первых, вымачивание с целью дальнейшей ферментации; в жидкости рубца они окружены фибролитическими бактериями, которые гидролизуют стенки растительных клеток и освобождают простые сахара, потребляемые для бактериального метаболизма и размножения. Эти и основные шаги дают ключ к пониманию важности некоторых концепций. Влажные корма, такие как трава и силос или смоченные, легче и быстрее ферментируются. Чем больше волокнистых кормов, богатых гемицеллюлозой [- например фураж, концентрат, отруби, сушеная свекольная пульпа, соевая шелуха, сушеная цитрусовая мякоть и др. ... -], тем больше будет рост целлюлолитических бактерий. Чем больше измельчается источник волокон, тем больше площадь поверхности, доступная для бактериальной ферментации. Чем моложе кормовые растения, тем тоньше будут клеточные стенки и нижняя концентрация лигнина.

КАК УПРАВЛЯТЬ ФЕРМЕНТАЦИЕЙ РУБЦА

Хотя наилучшим решением для получения максимального роста микробной биомассы, в которой ферментируются углеводы, является введение более распадаемых молодых кормов, силосованного фуража, измельченных концентратов или подвергнутых тепловой обработке, это не всегда применимо как по техническим, так и экономическим. Однако существуют некоторые добавки или соединения, которые могут быть использованы для увеличения роста биомассы рубца. Основными являются азот, в качестве белка и аминокислот, а также в небелковой форме (аммиак, нитрат или мочевина). Все бактерии, простейшие и грибы, которые размножаются в рубце, нуждаются в азоте для их метаболизма. Бактерии, ферментирующие целлюлозу, требуют практически только небелковый азот, тогда как те, которые разлагают крахмалы, требуют еще и источники белкового азота. При составлении рационов для молочных коров, хорошим решением является по крайней мере 5% растворимого белка и 11% белка, распадающегося в рубце. Для рациона на концентратах со средним содержанием крахмала целесообразно добавлять 100 г пептидов или более. Буферы рубца также важны, такие соединения как бикарбонат натрия, способны стабилизировать рН рубца и являются источником натрия, необходимого для абсорбции жирных кислот стенками рубца. Хотя присутствие бикарбоната натрия в слюне очень велико, рекомендуется также вводить его в рацион в количестве 1% - 2% от сухого вещества. Поддержание рН рубца около 6.00 является фундаментальным условием для создания благоприятной среды для развития фибролитических бактерий и улучшения усвояемости волокна. Еще одной группой добавок являются DFM (микроорганизмы, вводимые напрямую в корм), изготовленные из бактерий и грибов, которые могут способствовать ферментации рубца. Среди бактерий DFM есть пропионобактерии, которые увеличивают выработку пропионата, и лактобактерий. Грибы также представляют большой интерес. Основными являются семейство дрожжей Saccharomyces cerevisiae, в то время как в последние годы растет внимание к  Aspergillus oryzae и Aspergillus niger. Механизмы действия этих DFM различаются в зависимости от того в какой форме они находятся: живой или инактивированной. Живые штаммы Saccharomyces обеспечивают использование молочной кислоты рубца, способствующей росту бактерий, использующих молочную кислоту. В более общем плане использование «живых дрожжей» в рационах молочных коров, как правило, увеличивает потребление корма, молочную продуктивность и иммунный статус.

Но, несмотря на весь интерес к живым DFM, стресс при обработке кормов - высокая температура и использование пара - создают серьезный барьер для применения и ограничивают использование и потенциальные преимущества этих продуктов. Еще более интересным является ферментационный субстрат селективных штаммов Aspergillus, иногда связанных с неактивными дрожжами. С принятием специальной техники выращивания можно обогатить их ферментаты широким спектром ферментов, включая амилазы, целлюлазы и ксиланазы.

Высушенные и инактивированные экстракты этих ферментационных субстратов в значительной степени способствуют росту фибролитических бактерий, следовательно, усвояемости волокна и использованию бактериями молочной кислоты. В то время как в рационы монограстричных добавляют очищенные ферменты, к рационам жвачных это не применимо, т.к. эти молекулы будут подвергаться быстрому распаду в рубце. Инактивированные продукты ферментации Aspergillus помимо описанных выше ферментов, содержит добавочные питательные вещества, которые действуют параллельно с ферментами и повышают общую эффективность работы рубца.

Некоторые другие полезные питательные вещества, которые мы можем упомянуть, это сера, кобальт, биотин и изокислоты, которые стимулируют рост микрофлоры рубца.

ЗАКЛЮЧЕНИЯ

За последние годы внимание к улучшению ферментации в рубце возросло. Сегодня экологические и экономические потребности заставляют нас улучшать динамику ферментации в рубце, улучшая качество кормов, сокращая использование обогащенных крахмалом концентратов и применение добавок и составных препаратов с верифицированным действием на результаты распада в рубце. Все это в интересах окружающей среды, животных и рентабельности ферм.