Valutazione della qualità delle fonti fibrose e ottimizzazione del loro utilizzo nei digestori

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1 Valutazione della qualità delle fonti fibrose e ottimizzazione del loro utilizzo nei digestori Andrea Formigoni 7 INFOBIOGAS Montichiari - 28 gennaio 2011

2 Cos è la fibra? Costituenti della parete delle cellule vegetali con ruoli strutturali e di protezione Glucidi Pectine, emicellulose, cellulosa Oligosaccaridi e zuccheri non digeribili (NDO) Non glucidi Lignina

3 Digestione della fibra La fibra non può essere digerita direttamente dagli animali (mancanza enzimi) La fibra viene digerita da microrganismi che vivono in speciali camere fermentative (rumine e intestino) L animale ospita i microrganismi e ne usa i prodotti di fermentazione Ruminante: AGV (energia) e corpi batterici (proteine) Erbivori e monogastrici: AGV (energia) Dalla fibra viene ricavata energia (nel ruminante anche proteine) e svolge ruoli dietetici insostituibili sia nel ruminante sia nel monogastrico

4 Digestione della fibra nel rumine Il rumine è una camera fermentativa molto capiente caratterizzata da Anaerobiosi Temperatura costante (39 C) Sistema attivo di assorbimento dei prodotti di fermentazione (AGV e NH4) Sistema di miscelazione con attività ritmica regolare Sistema attivo di regolazione del ph (saliva) Efficiente sistema per trattenere la fibra in funzione della dimensione delle particelle (> 2 mm) Tempo di permanenza della fibra compreso fra 24 e 96 ore

5 Schema generale di fermentazione anaerobica della fibra

6 Digestione della fibra Processo lungo e laborioso operato da batteri cellulosolitici I batteri adesi alle particelle di alimento secernono enzimi che liberano il glucosio da pectina, emicellulosa, e cellulosa La digestione è ostacolata e inibita dalla presenza di lignina che NON è digeribile Poiché nel rumine e nell intestino la fibra è trattenuta per un tempo relativamente breve, una parte della fibra non è digerita

7 Digestione batterica della parete della cellula vegetale Colonizzazione Inizio Digestione Digestione profonda lignina cellulosa Chesson (1993) emicellulosa

8 Anatomia della cellula vegetale & Lignificazione La digestione batterica procede dal lume all esterno [Lignina] è più alta nella parete primaria che spesso non è digerita

9 Quanto velocemente I batteri digeriscono la parete cellulare? Tasso di digestione = 0.02µm/h Spessore della parete = 1-5µm Tempo di ritenzione nel rumine = 30 to 36 h ~20% della parete è digerita! Wilson and Mertens (1995)

10 Masticazione e velocità di degradazione Nei digestori la velocità di digestione della fibra è: Batteri mesofili = 0.10 % / ora Batteri termofili = 0.16% / ora BM: 100/0.10=1000 ore = 41.7 giorni BT: 100/0.16= 625 ore = 26.0 giorni Nella bovina la fibra, grazie alla masticazione, e degradata ad una velocità del 3-5% ora 100/4=25 ore = 1 giorno circa

11 Fattori che facilitano la digestione della fibra Distruzione della cellula vegetale masticazione e processi tecnologici = superficie del materiale fibroso esposta all attacco dei batteri Basso contenuto di lignina Principale fattore intrinseco al substrato ph superiore a Adeguate disponibilità di azoto

12 Lignina Complesso di sostanze di natura non glucidica (fenoli) Ruolo di rafforzamento e protezione della cellulosa Aumenta la sua concentrazione nelle piante all avanzare della maturità e per diversi fattori genetici e ambientali Degradata dai funghi

13 Lignina e digeribilità della sostanza organica Rallenta l utilizzo della sostanza organica NON è digeribile e quindi non contribuisce a formare metano Rende indigeribile una parte più o meno rilevante di fibra che non contribuirà a formare metano

14 Rapporti fra Lignina e NDF indigeribile (indf) in alcuni alimenti indf/lignina n media Min. Max. Buccetta soia Polpe bietola Cruscami Farinaccio grano Medica Fieno misto Loietto Silomais Triticale (Dimorfipa, 2010)

15 Relazione fra lignina e fibra (NDF) non digeribile: esempio Silomais NDF : 45% Lignina : 3.5% indf/lignina : 4 NDF fermentabile NDF (lignina * indf/lignina) 45-14=31 Il 31.2 della NDF non è fermentabile

16 Lignina & fibra indigeribile NDF, % Lignina, % indf/ lignina indf, % dndf, % dndf/ndf, %

17 Quali indicazioni per i digestori? Per la corretta stima del potenziale fermentativo delle fonti fibrose è necessario tener conto della lignina e della fibra indigeribile I batteri per fermentare al meglio la fibra debbono essere riforniti di tutti i nutrienti necessari Il trattamento fisico degli alimenti rende più veloce e completa la degradazione della fibra

18 Quali valutazioni sono da effettuare per le fonti di fibra? Azoto totale e legato a fibra, zuccheri, amido, lipidi, ceneri NDF : fibra neutro detersa ADF : fibra acido detersa NDF - ADF = emicellulosa ADL : lignina acido detersa ADF ADL = cellulosa

19 Ali-digestore : un modello per La stima dinamica della produzione di energia e della sua economicità dati impianto resa motore biogas prodotto % metano del biogas resa di fermentazione della sostanza organica

20 Ali - digestore La valutazione della Sostanza Organica Fermentabile (SOF) tiene conto di: livelli di lignina NDF non degradabile proteine non degradabili E valutata la crescita batterica La razione può essere equilibrata da un punto di vista nutrizionale Viene stimata la composizione del digestato

21

22 Conclusioni La lignina è il principale fattore intrinseco che limita la resa della fibra nella fermentazione anerobica Il trattamento meccanico degli alimenti permette una fermentazione più veloce e completa della fibra utilizzabile E necessario definire i fabbisogni e gli apporti ottimali per ottenere il miglior equilibrio fermentativo e le rese più elevate

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