Il valore nutritivo degli alimenti per ruminanti

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1 CONVEGNO Valutazione dei foraggi lombardi Progetto Forage (n 688) Risultati sperimentali e stato dell arte degli approcci metodologici Migliaro (CR), 5 novembre 2008 Metodologie di valutazione dei foraggi in relazione ai sistemi di razionamento: analisi biologiche e in vivo Prof. Luca Rapetti Dipartimento di Scienze Animali Sezione di Zootecnica Agraria Ingestione alimentare Modelli di valutazione delle diete INRA (UFL, PDI) NRC (NEl, MP) CNCPS (ME, MP) genotipo Animale fenotipo Produzione di latte Valore nutritivo degli alimenti Sistemi di valutazione degli alimenti Prove in vivo Stime in funzione dell analisi chimica Stime in funzione dell analisi biologica (in vitro, in situ) NIRS Il valore nutritivo degli alimenti per ruminanti Modello INRA 2007 Riferimenti bibliografici: Tables of composition and nutritional value of feed materials Pigs, poultry, cattle, sheep, goats, rabbits horses and fish 2 revised and corrected edition INRA 2004, ISBN INRA Editions and Wageningen Academic Publishers. Alimentation des bovins, ovins et caprins. Besoins des animaux Valeurs des aliments Tables INRA 2007 Editions Quae, c/o Inra, RD 10, Versailles Cedex Riferimento web: en_direct_des_labos/alimentation_des_bovins_ovins_et_caprins 1

2 Stima del contenuto in energia grezza degli alimenti Tableau 8.8. Équations utilisées pour calculer la teneur en énergie brute des aliments (EB en kcal/kg de MO) à partir de leurs constituants (en g/kg de MO). Type d'aliment N Équations R 2 ETR Fourrages verts et foins Graminées, 166 EB = ,735MAT + Δ O,89 38 prairies perménentes, Δ = - 71 fourrages verts de graminées légumineuses Δ = - 11 fourrages verts de trèfle violet, de sainfoin, de prairie et céréales immatures permanente de montagne; foins de prairies temporaires ; céréales immatures en vert Δ = + 82 fourrages verts de luzerne et de prairie permanente de plaine ; foins de prairies permanentes de plaine et de montagne Fourrages verts Sorgho 8 EB = ,265MAT 0,81 37 Mais a 59 EB = ,019MAT 0,33 25 Ensilages d herbe Brins courts coupe directe 40 EB = ,450MAT + 169,6 ph 0,59 84 Préfanés EB = 1,03 x Ebvert Mi-fanés EB = Ebvert Ensilages de mais EB = 1,02 x EBvert si MS < 30 % EB = EBvert + 25 si MS > 30 % Luzernes déshydratées 27 EB = ,051MAT 0,41 64 EB = ,473MAT + 5,239MG + 0,925CB - 4,44MM + > Aliments concentrés simples Δ Aliments concentrés composés 83 EB = 5,7MAT + 9,57MG + 4,24(MO - MA T - MG) 0,83 67 a Équation applicable également pour le mais déshydraté en piante entière. b Dans cette équation, les valeurs sont exprimées en g/kg MS. Pour les valeurs de Δ par groupe de matières premières, se reporter a G. Tran et D. Sauvant (2002) p. 22 in Sauvant D., Perez J.-M., Tran G. (éds.), Tables de composition et de valeur nutritive des matières premières destinées aux animaux d'élevage. Paris, Inra-AFZ, 301 p. Digeribilità e valore energetico degli alimenti Il database Misure in vivo di dso su >300 alimenti (INRA, Francia e Rowett Research Inst., Regno Unito) Modello di previsione dso per i concentrati Previsione della dso in funzione di FG, NDF e ADF 6 gruppi di ingredienti 1) Cereali (granelle e sottoprodotti) dso (%) = 95,81-1,911*FG (% s.s.) + α (n=124; r 2 =0,93; RSD=3,7) α = -2,54 (tutti i materiali del gruppo eccetto i sottoprodotti del mais) α = +2,54 (tutti i sottoprodotti del mais) 2) Granelle intere di colza, girasole, cotone, panelli di cocco, di palmisto e f.e. di cotone dso (%) = 97,51-1,498*FG (% s.s.) (n=29; r 2 =0,79; RSD=6,5) 3) Granelle di leguminose e oleaginose, f.e. di arachide e di soia dso (%) = 87,75 0,314*FG (% s.s.) + α (n=46; r 2 =0,74; RSD=3,8) α = -4,36 (soia integrale) α = -1,86 (f.e. arachide) α = +6,2 (tutti i materiali del gruppo eccetto i due sopracitati) 4) Polpe di barbabietola (a) e pastazzo d agrumi (b) (a) dso (%) = 87,2 0,951*(FG (% s.s.) 16,39) (b) dso (%) = 84,11 1,374*(FG (% s.s.) 16,39) (n=34; r 2 =0,86; RSD=2,0) 5) Manioca, melasso, vinacce e patate dso (%) = 97,81-1,12*NDF (% s.s.) (n=5; r 2 =0,98; RSD=2,6) 6) Foraggi disidratati: erba medica (a) e graminacee (b) (a) dso (%) = 65,90 0,919*(ADF (% s.s.) 29,83) (b) dso (%) = 74,13 1,364*(ADF (% s.s.) 29,83) (n=32; r 2 =0,86; RSD=3,6) Modello di previsione dso per i foraggi freschi Prati permanenti dso (%) = 90,1 0,95*FG (% s.s.) + 0,44*PG (% s.s.) dso (%) = 99,0 1,15*ADF (% s.s.) + 0,43*PG (% s.s.) Graminacee dso (%) = 90,8 0,91*FG (% s.s.) + 0,35*PG (% s.s.) dso (%) = 94,3 0,94*ADF (% s.s.) + 0,33*PG (% s.s.) Leguminose dso (%) = 95,5 1,01*FG (% s.s.) dso (%) = 114,5 1,52*ADF (% s.s.) Mais (anche per il mais disidratato) dso (%) = 79,4 0,59*FG (% s.o.) + 0,65*PG (% s.o.) (n=98; r 2 =0,73; RSD=3,1) (n=98; r 2 =0,73; RSD=3,0) (n=874; r 2 =0,60; RSD=4,0) (n=874; r 2 =0,63; RSD=3,8) (n=172; r 2 =0,71; RSD=3,5) (n=172; r 2 =0,65; RSD=3,9) (n=254; r 2 =0,40; RSD=2,0) Modello di previsione dso per i foraggi insilati Prati permanenti dso (%) = 105,1 1,23*FG (% s.s.) dso (%) = 116,5 1,48*ADF (% s.s.) Graminacee dso (%) = 114,5 1,53*FG (% s.s.) dso (%) = 123,6 1,69*ADF (% s.s.) Leguminose dso (%) = 96,2 1,02*FG (% s.s.) dso (%) = 134,2 2,11*ADF (% s.s.) (n=26; r 2 =0,67; RSD=2,5) (n=26; r 2 =0,67; RSD=2,5) (n=85; r 2 =0,52; RSD=3,8) (n=85; r 2 =0,62; RSD=3,4) (n=17; r 2 =0,78; RSD=1,8) (n=17; r 2 =0,79; RSD=1,8) 2

3 Modello di previsione dso per i fieni e i foraggi disidratati Fieni Prati permanenti dso (%) = 56,5 0,22*FG (% s.s.) + 1,04*PG (% s.s.) (n=54; r 2 =0,74; RSD=2,6) dso (%) = 58,5 0,26*ADF (% s.s.) + 1,04*PG (% s.s.) (n=54; r 2 =0,74; RSD=2,6) Graminacee dso (%) = 93,2 1,04*FG (% s.s.) + 0,25*PG (% s.s.) (n=74; r 2 =0,64; RSD=3,1) dso (%) = 104,9 1,27*ADF (% s.s.) + 0,14*PG (% s.s.) (n=74; r 2 =0,72; RSD=2,7) Leguminose dso (%) = 78,9 0,59*FG (% s.s.) dso (%) = 98,5 1,14*ADF (% s.s.) (n=20; r 2 =0,71; RSD=2,2) (n=20; r 2 =0,78; RSD=1,9) Foraggi disidratati Graminacee dso (%) = 74,1 1,364*(ADF(% s.s.) -29,83) Erba medica dso (%) = 65,9 0,919*(ADF(% s.s.) 29,83) (n=32; r 2 =0,64; RSD=3,6) (n=32; r 2 =0,64; RSD=3,6) Tableau 8.3. Relations entre les teneurs en parois végétales totales (NDF), en lignocellulose (ADF) et en cellulose brute (CB) des fourrages verts. Toutes les valeurs sont exprimées en g/kg MS. À l'exception du mais fourrage, les régressions sont calculées à partir des valeurs moyennes de la table. Équations R 2 ETR Prairies permanentes (n = 28) NDF = 0,90CB ,96 9,9 ADF = 0,83CB ,99 4,0 CB = 1, 19ADF ,99 4,8 Graminées fourragères (n = 147) NDF = 1, 14CB ,88 17,1 ADF = 0,95CB ,93 10,8 CB = 0,98ADF ,93 11,0 Légumineuses (luzerne et trèfle violet) (n = 34) NDF = 0,575CB ,92 9,3 ADF = 0,579CB ,91 9,6 CB = 1,572ADF ,91 15,8 Mais fourrage (n = 254) NDF = 1,30CB ,73 18,1 ADF = 1,06CB + 8,2 0,92 7,1 CB = 0,87 ADF + 9,5 0,92 6,4 Autres céréales fourragères (n = 29) NDF = 1,24CB ,98 9,6 ADF = 0,97CB ,98 7,1 CB = 1,01 ADF ,98 7,3 Les relations entre ADF et CB peuvent etre appliquées pour tous les modes de conservation de l'herbe. Pour les ensilages de prairies permanentes, de graminées et légumineuses fourragères, la pente de la relation entre NDF et CB doit etre diminuée de 0,13 dans le cas des ensilages réalisés en coupe directe et de 0,05 dans le cas des ensilages préfanés ou mi-fanés (type balles rondes enrubannées). Pour les foins, la pente de la relation entre NDF et CB doit etre augmentée de 0,07. Digeribilità dell energia (de %) per gli alimenti concentrati Approccio di calcolo secondo INRA (1978, 1988) e Vermorel et al. (1987) de (%) = dso (%) 3,94 + 0,104*PG (% s.s.) + 0,149*EE (% s.s.) + 0,022*NDF (% s.s.) - 0,244*CEN (% s.s.) oppure (n=183; r 2 =0,68; RSD=1,5) de (%) = dso (%) 3,50 + 0,046*PG (% s.s.) + 0,155*EE (% s.s.) oppure (n=216; r 2 =0,35; RSD=1,8) de (%) = dso (%) 2,90 + 0,051*PG (% s.s.) Digeribilità dell energia (de %) per i foraggi Foraggi freschi Graminacee e leguminose de (%) = 0,957*dSO (%) 0,068 Mais de (%) = 0,997*dSO (%) 2,35 (n=37; r 2 =0,996; RSD=0,2) (n=250; r 2 =0,35; RSD=2,0) (n=59; r 2 =0,99; RSD=0,6) Foraggi insilati Graminacee e leguminose de (%) = 1,0263*dSO (%) 5,723 (n=19; r 2 =0,98; RSD=0,8) Mais (anche disidratato) de (%) = 1,001*dSO (%) 2,86 (n=27; r 2 =0,96; RSD=0,7) Fieni e fieno-sili Graminacee e leguminose de (%) = 0,985*dSO (%) 2,556 (n=31; r 2 =0,97; RSD=0,6) Paglie (trattate e non) de (%) = 0,985*dSO (%) 2,949 (n=48; r 2 =0,99 RSD=0,8) Erba medica disidratata de (%) = 1,003*dSO (%) 3,0 (n=48; r 2 =0,99 RSD=0,8) 3

4 Calcolo del contenuto in energia digeribile e metabolizzabile ED (MJ/kg SS) = EG (MJ/kg SS) * de (%)/100 EM (MJ/kg SS) = ED (MJ/kg SS) * ME/ED, dove: 100 ME/ED = 86,38 0,099 FG (% s.o.) 0,196 PG (% s.o.) q = metabolizzabilità = ME/EG (0< q < 1) q = metabolizzabilità = ME/EG (0< q < 1) Efficienza di utilizzazione dell energia metabolizzabile in energia netta Per la lattazione: kl = 0,60 + 0,24 * (q 0,57) Per il mantenimento: km = 0, ,287 * q Per l accrescimento: ki = 0, ,78 * q Per il mant. e la prod. di carne: kmi = (km*ki*1,5) / (ki + 0,5*km) Calcolo delle UFL e delle UFC UFL (n/kg SS) = EM (MJ/kg SS) * kl / 7,1128 UFC (n/kg SS) = EM (MJ/kg SS) * kmi / 7,615 1 UFL e 1 UFC corrispondono a 1 kg di orzo standard tal quale, pari a 1700 e 1820 kcal di energia netta (7,113 e 7,615 MJ). Tuttavia i più recenti valori di EN per la granella d orzo sono pari a 6,76 e 7,08 MJ/kg di tal quale. Analisi in vitro per stimare dso e UFL Metodo Tilley and Terry (1963): Stima della dso mediante analisi in vitro a due stadi: incubazione con liquido ruminale (48 h) incubazione con HCl e pepsina (48h) dso in vivo = dso in vitro * coeff. ang. + q Metodo della Gas Production (Menke e Steingass, 1988) Determinazione della fermentescibilità in vitro secondo il metodo della gas production incubazione con liquido ruminale e soluzione tampone (in triplo, 2 repliche) tempi di incubazione: 8, 24 e 48 h dso (%) =15,38+0,8453*GP (24 h)+0,0595*pg+0,0675*cen EN l (MJ/kg SS)=0,54+0,0959*GP (24 h)+0,0038*pg+0, *ee2 UFL (n/kg SS) = EN l / 7,1228 dove: GP: ml/200 mg SS in 24 h PG, EE e CEN: g/kg SS Il valore nutritivo degli alimenti per ruminanti Modello NRC 2001 Riferimenti bibliografici: Nutrient Requirements of Dairy Cattle. Seventh Revised Edition, 2001 National Academy Press, Washington, D.C.. Riferimento web: 4

5 Stima del TDN (Total Digestible Nutrients) della dieta TDN intake = Discount * TDN 1X TDN 1X = td NFC + tdcp + tdfa* tdndf -7 Discount = ((TDN 1X (0,18*TDN 1X )-10,3) * INTAKE)/ TDN 1X INTAKE= ingestione sopra il livello di mantenimento=l.a.-1 tdnfc = 0,98*NFC*PAF PAF= processing adjustment factors tdcp forages = CP*e (-1,2*(ADFIP/CP)) tdcp concentrates = (1-0,4*ADFIP/CP)*CP tdfa = FA FA= EE-1 (se EE<1 allora FA=0) tdndf = 0,75*(NDF-NDFIP-ADL)*(1-(ADL/(NDF-NDFIP)) 0,667 ) Oppure tdndf=ndf*dndf(48h) NB: tutti i dati sono espressi in percentuale della sostanza secca DE p (Mcal/kg) = DE 1X x Discount 5

6 Un breve inciso CNCPS: un modello dinamico o un modello statico? 6

7 7

8 Presupposto che: dieta al 32% NDF il silomais apporta il 50% dell NDF della dieta Estimated milk yield variation, kg/d Variazione della produzione di latte stimata in base al diverso contenuto energetico del silomais (NRC, 2001) e alla diversa ingestione di SS (Oba and Allen, 2005), in base alla ivndfd. (IJAS, Spanghero et al., in corso di pubblicazione) y = 0,2074*(ivNDFd) - 10,13 y = 0,1526 * (ivndfd) - 7, ivndfd, % Come misurare la NDFd? IN VITRO: Impiegando il fluido ruminale come inoculo per la fermentazione NRC, 2001: NDFd (%) = (0.75 x ((NDF-NDICP)-L) x [1-(L/(NDF-NDICP) ])/NDF *100 NIRS: Relazione tra la NDFd stimata secondo l equazione proposta dal NRC (2001) e quella misurata in vitro con il sistema DAISYII (tratto da IJAS, Spanghero et al, in corso di pubblicazione) Lignin calculated NDFd, % y = 0,1952*(ivNDFd) + 38,02 R 2 = 0, ivndfd, % 8

9 Metodi per NDFd IN VITRO: Metodo Van Soest Campioni inseriti direttamente in flask con liquido ruminale e soluzioni tampone, filtrazione su crogioli con setto poroso filtrante dopo trattamento con NDS. Sistema Ankom DAISY Utilizzo dei sacchetti Ankom F57 inseriti nei contenitori in vetro (24 F57/giara) contenenti liquido ruminale e soluzioni tampone; successivo trattamento con NDS con sistema Ankom. Come misurare il tasso di digestione della fibra (kd NDF)? IN VITRO stima del kd NDF mediante modello di Van Amburgh in base a: misure in vitro della digeribilità dell NDF (NDFd) a 1 o 2 tempi di incubazione, stima del tempo di latenza (LAG), tenore in NDF e ADL. kd fortemente dipendente dal tempo di latenza (LAG) e dalla quota di NDF indigeribile (indf = LIGNINA*2,4) Problemi: LAG e indf sono stimati in modo accurato? Tasso di digestione della fibra stimato in base alla NDFd (30h), al contenuto in ADL e con differenti tempi di latenza (LAG) NDF NDFd ADL LAG kdndf % s.s. % % s.s. h %/h

10 IN SITU nylon bags 8-9 tempi di incubazione stima della degradabilità potenziale dell NDF secondo il modello di Orskov e McDonald (1979) : Y = a + b * (1 e (-Kd (t-l) ) IN VITRO stima del k GP NDF sulla base della Gas Production (GP) determinata in vitro sul residuo NDF Degradabilità potenziale dell'ndf (in situ) e produzione di gas (GP) ottenuta fermentando in vitro il residuo NDF di un campione di insilato di mais (tratto da K. Benton, 2005) 80 GP potenziale (ml/200 mg NDF) Degradabilità potenziale NDF (%) tempo di incubazione (ore) Messa a punto di un sistema automatico con trasduttori di pressione per la determinazione delle cinetiche di fermentazione 10

11 Innesti rapidi Tubi in pvc con innesto rapido maschio Beuta con innesto rapido Elettrovalvola Trasduttore di pressione Trasduttori posti sulle schede Schede elettroniche di acquisizione dati 11

12 MODALITA DI CALCOLO Misurazione dell aumento di Volt che esprime il valore nominale dei trasduttori 1 V = 12,7 cm di H 2 O teorici Verifica della variazione di Volt in relazione alla variazione di pressione misurata in cm H 2 O con manometro ad H 2 O Determinazione della soglia di pressione dopo l apertura dell elettrovalvola per ciascun sensore Trasformazione da Volt in ml di gas: 1 V = cm H 2 O misurati 1 atm = 1000,03 cm H 2 O cm/1000 * spazio di testa = ml di gas prodotto Studio della digeribilità della fibra di diete per bovine da latte mediante l analisi di dati sperimentali ottenuti con metodiche in vivo, in situ e in vitro Prova di digeribilità in vitro Condotta impiegando il sistema DAISY II, metodo in vitro per la determinazione della DMIVTD e della IVTDNDF Eseguita sulle singole diete somministrate alle bovine (18 campioni) La metodica prevede: incubazione del campione (250 mg) per 6 e 24 ore in fluido ruminale tamponato (Van Amburgh, 2004); successivo trattamento con soluzione neutro detersa per determinare la NDF residua. % IVTDNDF = [NDFres. (W 1 * C 1 )] * 100 / W 2 * NDFom) Dove: NDFres.= NDF residua finale dopo il trattamento con NDS; NDFom = tenore di NDF del campione iniziale al netto delle ceneri insolubili; W 1 = peso originario del sacchetto; W 2 = peso del campione; C 1 = fattore di correzione del sacchetto. 12

13 Calcolo della velocità di degradazione (Kd) secondo Van Amburgh et al., 2004 In questa sperimentazione i Kd della fibra neutro detersa sono stati determinati per mezzo delle espressioni di seguito riportate: INDF=ADL/NDF*2.4; U6=((1-(IVTDNDF6/100))-INDF)/(1-INDF); U24=((1-(IVTDNDF24/100))-INDF)/(1-INDF); LAG=(((24*(LOG(U6)/LOG(U24))-6)/((LOG(U6)/LOG(U24))-1))); Kd= (1/EXP((ABS(((LOG(-LOG(U24))-(LOG(24-LAG))))))))*100 Dove: U6/24= quota indegradata a 6 e 24 ore di incubazione; IVTDNDF6/24= digeribilità vera della NDF a 6 e 24 ore; INDF=NDF indigeribile. Risultati della prova in vitro Digeribilità in vitro di sostanza secca (DMIVTD) e NDF (dndf), tempo di latenza e tasso di digestione dell'ndf delle tre diete testate. Dieta P SF SG SM e.s. SF vs SG SF vs SM SG vs SM DMIVTD a 6 ore (%) DMIVTD a 24 ore (%) dndf a 6 ore (%) dndf a 24 ore (%) Tempo di latenza (h) Kd NDF (%/h) Risultati della prova in situ Degradabilità potenziale dell' NDF dei tre foraggi testati Foraggio Silosorgo da Silosorgo da Silomais foraggio granella e.s. SF vs SG SF vs SM SG vs SM P a (%) b (%) l (h) kd (%/h) d NDF in vitro kd (%/h) a = quota immediatamente degradabile b = quota potenzialmente degradabile; a + b = degradabilità potenziale; l = fase di latenza (h); kd = tasso di degradazione oraria di b (%/h); 13

14 Confronto tra dndf determinata in vivo e dndf stimata secondo il modello CNCPS Digestione della fibra determinata in vivo e stimata secondo il modello CNCPS. Dieta P SF SG SM e.s. SF vs SG SF vs SM SG vs SM dndf in vivo (%) Stima secondo il CNCPS Digeribilità ruminale 1 (%) Digeribilità intestinale 2 (%) Digeribilità totale 3 (%) Digeribilità ruminale = RD = NDF ingerita * (kd / kd + kp). 2 Digeribilità intestinale = INT DIG. = NDF ingerita * (1 - (kd / kd + kp) * 0,2. 3 Digeribilità totale = RD + INT DIG. Analisi di regressione tra dndf valutata in vivo e stimata in vitro Digeribilità della fibra calcolata con il modello CNCPS in relazione a quella determinata in vivo. dndf CNCPS (%) SF SFSM SF SG SM SF SG SG SF SM SM SF SG SGSM SM SG dndf (secondo CNCPS) = 0,936 x dndf in vivo + 4,89 n=18; r 2 =0,485; DSR=5,06; P=0,0013 Intercetta: err. standard=12.5; P= Coeff. ang.: err. standard=0.24; P= dndf in vivo ( %) 14