Il valore proteico degli alimenti zootecnici

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1 Il valore proteico degli alimenti zootecnici

2 Azoto (N) Assorbito Azoto (N) Trattenuto

3 Alimento Proteine Proteasi gastriche N fecale Intestino tenue Proteasi pancreatiche Proteasi enteriche Aminoacidi Peptidi Aminoacidi Stomaco Urea Sangue Ammoniaca Dal catabolismo azotato Apparato urinario Urea Fegato Esterno N e s c r e t o Proteine di: tessuti; latte; enzimi; N TRATTENUTO Schema di utilizzazione dell'azoto nei monogastrici

4 Il valore proteico di un alimento Per tutte le specie zootecniche il valore proteico può essere espresso come Proteina grezza PG = N * 6,25 Una ulteriore informazione sulla qualità della PG ci è data dalla sua digeribilità CUDa PG = N ingerito N fecale N ingerito Proteina Digeribile PD = PG * CUDa PG

5 LA PROTEINA DIGERIBILE (PD) Per gli alimenti zootecnici esistono tabelle che riportano sia il tenore di proteine grezze sia quello di proteine digeribili valutato sperimentalmente, quindi più preciso di quello ottenibile con il calcolo. Sono a disposizione equazioni di calcolo del tenore di proteine digeribili degli alimenti sufficientemente attendibili derivate da dati sperimentali. Esse vengono molto usate nei programmi per le formulazioni: partendo da valori di PG e FG presenti nella analisi di cartellino si ottengono dati dal buon margine di correttezza. alimento PG %ss PD %ss FG %ss Fieno di erba medica 17,8 11,7 34,0 Farinaccio di grano duro 18,3 15,0 9,3

6 Qualità delle proteine (a) nei monogatrici: (b) nei poligatrici: necessità di conoscere la qualità delle proteine necessità di conoscere la degradabilità ruminale delle proteine (Sistema Cornell) nonché gli AA limitanti (Lis, Met, Ist, e a volte Fen e Tri) nelle proteine alimentari che oltrepassano il rumine

7 Qualità delle proteine Il dato analitico in proteine grezze rappresenta un'indicazione quantitativa che non dà informazioni sulla qualità. La qualità di una proteina è strettamente legato al tipo e alla sequenza degli aminoacidi che caratterizzano una proteina.

8 Aminoacidi diversi A L T U R A Stesso numero di aminoacidi alcuni diversi L A V A T O Alcuni aminoacidi in più C E R O Stessi aa Sequenza diversa R A M O P E S C E L E V A T O C E R T O M O R A Proteine diverse Il tipo di aminoacido e la loro sequenza caratterizzano le diverse proteine

9 Se mancano gli aminoacidi essenziali quella proteina non può essere costruita Apporto alimentare Apporto alimentare I Z O R L P N A E C N A I I Z O R L P N A N C A processi metabolici processi metabolici P R O T E I N A Alcuni aminoacidi possono essere sintetizzati a partire da altri P R O T I N A Gli aminoacidi essenziali devono essere apportati con la dieta

10 Aa non indispensabili 10 Glicina 100 Alanina Aa indispensabili 10 Valina 100 Leucina A B 5 0 Glicina + 30 Alanina Transaminazione 40 Alanina 40 Glicina Fabbisogno cellulare: 50 Valina + 30 Leucina la transaminazione non è possibile! L organismo equilibria per transaminazione al fabbisogno cellulare gli aminoacidi (A), salvo per quelli indispensabili (B).

11 aminoacido indispensabile Si definisce nella nutrizione ogni aminoacido che non può essere sintetizzato dall'organismo in quantità tali da assicurare il normale accrescimento e, quindi, deve essere presente come tale nella dieta. Gli aminoacidi, invece, che possono venire prodotti in quantità sufficienti (mediante la transaminazione dei chetoacidi o con altri processi metabolici) non sono indispensabili, e la loro mancanza non comporta alcun turbamento all'accrescimento e allo stato di salute per gli animali.

12 Aminoacidi essenziali La maggior parte delle ricerche è stata condotta su ratti alimentati con diete purificate: gli AA essenziali nel ratto sono 10 Arginina, Istidina,Isoleucina, Leucina, Lisina, Metionina, Fenilalanina,Treonina, Triptofano,Valina Pulcino: 10 + glicina Maiale, Pollo: in grado di sintetizzare in parte arginina e istidina Ruminanti: non vi sono AA indispensabili (sintesi batteriche ruminali), ma per raggiungere elevate produzioni è utile ricorrere alla supplementazione di metionina e lisina Pesci e Crostacei : 10 come in gran parte degli animali. Uomo: 10 Come detto le tecniche di determinazione degli AA essenziali prevedono la somministrazione di diete purificate in cui manca di volta in volta un AA e si valutano gli incrementi di peso.

13 Aminoacidi essenziali Suino Pulcino Ratto Cane Gatto Uomo Arginina si/no si si si si si/no Fenilalanina si si si si si si Isoleucina si si si si si si Istidina si si si si si si/no Leucina si si si si si si Lisina si si si si si si Metionina si si si si si si Tirosina si si no no no si/no Treonina si si si si si si Triptofano si si si si si si Valina si si si si si si Glicina no si no no no no Taurina no no no no si no

14 Contenuto in aa essenziali di alcuni alimenti (g/kg) orzo mais f.e. soia Erba medica dis Farina di pesce (sardine) Arginina Fenilalanina Isoleucina Istidina Leucina Lisina Metionina Treonina Triptofano Valina Glicina

15 LEGGE DEL MINIMO DI LIEBIG La quantità di proteina potenzialmente sintetizzabile è limitata dall aminoacido essenziale presente in minore concentrazione AMINOACIDO LIMITANTE O CRITICO PRIMARIO

16 l'aminoacido essenziale è quello contenuto in quantità minore rispetto al fabbisogno dell'organismo (Legge del minimo di Liebig)

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19 Fabbisogno proteico e/o aminoacidico Fabbisogno proteico: espresso in % di protidi grezzi* Fabbisogno aminoacidico: espresso in % di aminoacidi essenziali Le proteine alimentari differiscono tra loro per qualità cioè per il contenuto in aminoacidi essenziali La digeribilità della proteina nei monogastriciè abbastanza costante (± 85%)

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21 Il valore biologico Il valore biologico è dato dal rapporto percentuale fra l'azoto trattenuto dall'organismo animale e l'azoto effettivamente assorbito, e sta quindi a rappresentare il rendimento di utilizzazione di una proteina. Quando diciamo che il valore biologico delle proteine del latte è di 90 nei riguardi dell'accrescimento, significa che il 90% dell'azoto contenuto nelle proteine digeribili del latte, viene trattenuto ed utilizzato dall'organismo per la sintesi delle proteine cellulari e il conseguente accrescimento, mentre il rimanente 10% è escreto con le urine

22 Il valore biologico Il valore biologico dipende: dal giusto rapporto fra gli aminoacidi L'accrescimento e gli altri processi biologici sono condizionati dall'aminoacido essenziale che è contenuto in quantità minore rispetto al fabbisogno dell'organismo (Legge del minimo di Liebig) dalla giusta quantità di proteina** La giusta quantità dipende non solo dalla percentuale nel mangime ma anche dalla quantità di alimento ingerito.

23 VALORE BIOLOGICO Più la composizione della proteina alimentare si avvicina a quella che l organismo deve sintetizzare, più alto sarà il suo VB. In genere il VB di una miscela di alimenti è superiore a quella di un singolo alimento.

24 Aminoacidi essenziali apportati da una razione di mais e farina di soia con il 16% di proteina paragonati ai fabbisogni dei suini in accrescimento (dallo svezzamento a kg 33,75) (*) La cistina sostituisce il 40% del fabbisogno in metionina Aminoacidi indispensabili Fabbisogno aminoacidico Aminoacidi forniti dal mais Aminoacidi forniti dalla farina di soia Arginina 0,23 0,19 0,21 Istidina 0,25 0,30 0,28 Isoleucina 0,18 Leucina 0,16 Lisina 0,52 0,50 0,58 0,68 0,67 0,74 0,82 0,50 0,15 0,13 Metionina (*) 0,12 0,13 Cistina 0,54 0,30 0,45 Fenilalanina 0,45 0,25 0,25 Treonina 0,12 0,6 0,14 Triptofano 0,46 0,31 0,49 aminoacido Valina limitante 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

25 Metodo Mitchell per la determinazione del valore biologico (V.B.) 1. Somministrazione di una razione, che pur essendo sufficiente dal punto di vista energetico, contiene il 4% di protidi dell uovo intero che sono utilizzati completamente. In questo modo si stabilisce l ammontare sia dell azoto endogeno escreto con l urina che di quello metabolico escreto con le feci. 2. Somministrazione della dieta con il 10% di proteina da studiare. Successivamente, mediante l analisi dell azoto sia nelle feci che nell urina, si procede al calcolo del valore biologico mediante l espressione:

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27 ESEMPIO DI CALCOLO DEL VALORE BIOLOGICO DI UNA PROTEINA Ratti in accrescimento (Mitchell) Alimento consumato in 24 ore (mg) 6000 N nell alimento (%) 1,043 N ingerito in 24 ore (mg) 62,6 N delle feci in 24 ore (mg) 20,9 N metabolico fecale in 24 ore (mg) 10,7 N delle urine in 24 ore (mg) 32,8 N endogeno urinario in 24 ore (mg) 22,0 VB = (62.6-( )-( ))/(62.6-( )) = VB = 79,4% il 79,4% dell azoto assorbito* è stato trattenuto * NB dell azoto assorbito e non dell azoto ingerito

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29 VALORE BIOLOGICO DI ALCUNE PROTEINE Ratti in accrescimento (Mitchell) Uovo (solo tuorlo) 96 Uovo intero 94 Latte 90 Caseina 73 Carne vitellone 76 Carne di vitello 62 Carne suina 74 Mais 60 Frumento 67 Crusca 74

30 VALORE BIOLOGICO DI ALCUNE PROTEINE Suini in accrescimento Latte Farina di pesce Farina di soia Panello di cotone 63 Panello di lino 61 Mais granella Orzo granella Piselli 62-65

31 Metodi per la stima del Valore Biologico (V.B.) Metodi biologici basati: sul bilancio netto dell'azoto sugli incrementi di p.v. di gruppi omogenei di animali da laboratorio. Metodi chimici basati: sul contenuto in aminoacidi essenziali delle proteine da valutare rispetto al tenore aminoacidico di una proteina campione (uovo o caseina)

32 Azione complementare o associativa delle proteine Proteina da sintetizzare: contiene i seguenti Aa essenziali A48 B10 C4 D32 E6 1. alimento: Proteina (Aa essenziale) = A26 B28 C2 D34 E10 Deficiente di A e C; C - Aa limitante primario V.B. = 50 % 2. alimento: Proteina Aa essenziale) = A46 B18 C6 D20 E10 D = Aa limitante primario V.B.=62% (20: 32=0,62) 3. alimento formato da 50% alimento 1 50% alimento 2 gli aminoacidi essenziali della proteina saranno: A36 B23 C4 D27 E10 A = aminoacido limitante primario V.B.=75 (36:48 x 100=75) le deficienze aminoacidiche di una proteina possono essere compensate da proteine di altri alimenti che, presi isolatamente, sono incompleti.

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34 Considerazioni sul valore biologico delle proteine La composizione dei tessuti corporei varia in funzione delle specie e delle prestazioni Alcuni AA possono essere sostituiti da altri (cistina - metionina) Alcuni AA possono essere distrutti con le analisi (es. tryptofano è acido sensibile) I trattamenti tecnologici cui vengono sottoposti gli alimenti possono avere un effetto E LOGICO DUNQUE CHE IL VB NON E UN DATO SUFFICIENTE A STIMARE IL VALORE NUTRITIVO DI UNA PROTEINA ALIMENTARE PER DIVERSI ANIMALI E PRESTAZIONI PRODUTTIVE.

35 PROTEINA IDEALE Il metodo più recente di valutazione delle proteine alimentari destinate agli animali è basato sul concetto di: PROTEINA IDEALE. La proteina ideale è quella in grado di apportare gli aminoacidi indispensabili nelle proporzioni corrispondenti ai fabbisogni dell animale e nella quale esiste un corretto equilibrio fra aminoacidi essenziali e non essenziali.

36 PROTEINA IDEALE PROTEINA LA CUI COMPOSIZIONE IN AMINOACIDI PIU SI AVVICINA ALLE ESIGENZE IM UNA DETERMINATA SPECIE ANIMALE IN UN DETERMINATO STATO FISIOLOGICO. Stabilito così l equilibrio fra aminoacidi, non è più necessario calcolare la copertura dei fabbisogni in singoli aminoacidi, che viene automaticamente assicurata con la copertura del fabbisogno proteico. Il concetto di proteina ideale non considera la possibilità di fornire qualche aminoacido in eccesso integrare il concetto di proteina ideale con quello dell integrazione dei singoli aminoacidi di sintesi

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41 FATTORI CHE INFLUENZANO I FABBISOGNI PROTEICI TAGLIA ED ETA Generalmente i fabbisogni in proteine decrescono con l aumento dell età e del peso FABBISOGNO DI MANTENIMENTO Quantità di proteine (meglio AA) necessari per mantenere inalterata la composizione corporea; Bisogna ricordare che a livello cellulare esiste un continuo tournover di AA (degradazione e risintesi); CONDIZIONI AMBIENTALI In generale i fabbisogni in proteine aumentano quando ci si allontana da condizioni di termoneutralità. FABBISOGNO DI PRODUZIONE Accrescimento, latte, uova, lavoro, gravidanza.

42 La proteina ideale Permette di Ridurre impiego di azoto nelle diete Ridurre escrezioni azotate Ridurre inquinamento Aumento rese energetiche Migliorare performances di crescita Diminuzione rischi sanitari Migliore qualità dei prodotti di origine animale ridurre adiposità carcasse aumento proteine latte

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45 IL VALORE PROTEICO NEI POLIGASTICI

46 Alimento Proteine Carboidrati Urea 100% 60-70% 30-40% Saliva Urea Ureasi microbiche Ammoniaca Enzimi microbici Chetoacidi Degradazione microbica Aminoacidi Rumine Proteine microbiche Proteine microbiche Enzimi digestivi Proteine alimentari Abomaso e intestino Aminoacidi Sangue Ammoniaca Aminoacidi Urea Aminoacidi Ammoniaca Urea Fegato Apparato urinario Urea Proteine di: latte; enzimi; ormoni; Schema di utilizzazione dell'azoto nei poligastrici 3D

47 Il valore proteico nei poligastrici I sistemi di valutazione del tenore proteico degli alimenti, così come l'espressione dei fabbisogni, sono basati su principi scientifici comuni. I metodi di valutazione, così come le unità di misura che ne derivano, si basano sullo studio del destino digestivo e metabolico delle proteine per il ruminante. I principi di base sono lo studio di: - entità della degradazione ruminale delle proteine alimentari; - entità della sintesi di proteina microbica nel rumine; - previsione della quantità e della qualità della proteina disponibile per la digestione intestinale. Lo sviluppo dei metodi ha implicato lo studio di questi fenomeni.

48 Il valore proteico nei poligastrici il metodo francese (proteine digeribili intestinali) dà indicazioni relativamente a tipologie di alimenti molto utilizzate anche nel nostro Paese (foraggi freschi e affienati in particolare). Oggi sono comunque disponibili anche metodi analitici (chimici, enzimatici e microbiologici) che permettono di determinare in laboratorio con soddisfacente precisione: - le proteine a diversa solubilità; - le proteine a diversa degradabilità.

49 25-30% Proteine Proteine alimentari by pass Azoto non proteico Demolizione Sintesi Proteine batteriche 70-75% Urea salivare Urea Escrezione urinaria Fegato

50 LA DIGESTIONE DELLE PROTEINE NEI POLIGASTRICI I ruminanti con la dieta costitute da foraggi introducono: proteine dei tessuti vegetali sostanze azotate non proteiche (NPN Non Proteic Nitrogen) che possono costituire nel loro insieme il % dell azoto della razione acidi nucleici, basi puriniche e pirimidiniche, ammoniaca, sali di ammonio, urea, nitrati, nitriti.

51 LA DIGESTIONE DELLE PROTEINE NEI POLIGASTRICI Nei ruminanti le proteine alimentari vengono degradate a livello ruminale a: peptidi aminoacidi ammoniaca i primi due possono esser utilizzati per la sintesi delle proteine microbiche e protozoarie, oppure vengono deaminati dando ammoniaca e catene carboniose che dai batteri vengono utilizzate come fonte energetica e trasformate in AGV

52 LA DIGESTIONE DELLE PROTEINE NEI POLIGASTRICI Le proteine batteriche (e maggiormente quelle dei protozoi) hanno un alto valore biologico in quanto in esse sono presenti tutti gli aminoacidi essenziali. La quota di proteine digeribili che giunge all abomaso è di circa 20g/100g di sostanza organica fermentata al giorno. La caratteristica peculiare dei microorganismi ruminali è quella di utilizzare azoto non proteico per la sintesi di aminoacidi. Hanno un enzima ureasi che idrolizza l urea ad ammoniaca e CO 2, sono altresì capaci di ridurre ad ammoniaca anche l azoto dei nitrati e dei nitriti. Le catene carboniose dei glucidi sono utilizzate per la fissazione della NH 3.

53 LA DIGESTIONE DELLE PROTEINE NEI POLIGASTRICI La possibilità di organicazione dell azoto, comune al regno vegetale, pone i ruminanti nelle condizioni di fornire all uomo alimenti di alto valore biologico (latte e carne a partire da composti azotati di basso valore biologico (sostanze azotate vegetali) o addirittura a partire dall azoto inorganico. È stato dimostrato (Virtanen) che una bovina può produrre 40 q di latte/lattazione avendo a disposizione unicamente NPN quale fonte azotata. In tal senso i ruminanti sono realmente non competitivi con l uomo per le fonti alimentari, e ciò è particolarmente importante nei sistemi agricolozootecnici dei paesi in via di sviluppo.

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55 Degradabilità delle proteine Degradabilità delle proteine è influenzata da: Natura dell alimento; Modalità di conservazione; Trattamenti tecnologici.

56 Sintesi delle proteine nel rumine Nel rumine circa il % delle proteine alimentari viene demolito dai batteri fino a: - aminoacidi, che servono per costruire proteine batteriche (diverse dalle proteine alimentari); - ammoniaca (NH3), che serve per sintetizzare nuovi aminoacidi, tra cui quelli essenziali per la bovina. Una quota dell'ammoniaca viene inoltre assorbita dalla parete ruminale e trasformata in urea (nel fegato), che in parte si ritrova nella saliva (e torna nel rumine), in parte viene eliminata con le urine.

57 Sintesi delle proteine nel rumine L'ammoniaca, nel ruminante diventa, quindi, una fonte di proteine. Questo giustifica l'uso alimentare di urea, sali ammoniacali e altre forme di azoto non proteico (NPN), che peraltro deve rispettare precise condizioni: - lenta liberazione di ammoniaca; - disponibilità di zolfo e degli altri componenti degli aminoacidi provenienti dalla demolizione dei glucidi (scheletri carboniosi).

58 degradazione azoto alimentare incorporazione delle proteine microbiche riciclo azoto microbico (predazione protozoaria, lisi, ecc.) peptidi aminoacidi assorbimento transepiteliale (*) riciclo azoto endogeno (via urea salivare, ematica) ammoniaca transito verso l abomaso Principali vie di produzione e destino dei composti azotati semplici nel rumine (Dehareng e Ndibualonji 1994, modificato) (*) Attraverso la parete ruminale viene assorbita dal 15 al 50% dell ammoniaca totale. L assorbimento dipende dalla concentrazione di ammoniaca sotto forma non ionizzata (NH 3) poiché gli ioni + ammonio (NH 4) sono assorbiti con velocità molto inferiore.

59 L'ammoniaca (NH3) Dal rumine l NH3 passa al fegato dove viene trasformata in urea e, come tale, la si ritrova nella saliva (ritorna quindi nel rumine dove può essere utilizzata ai fini della sintesi proteica) e nelle urine come prodotto di rifiuto (azoto perso). Quando la concentrazione di ammoniaca supera la capacità dei batteri di utilizzarla per costruire proteine, aumenta la quantità che deve essere assorbita nel rumine e trasformata nel fegato. Se la quantità di ammoniaca è tale da non potere essere velocemente trasformata in proteina o assorbita attraverso la parete del rumine si ha un aumento del ph ruminale con alcalosi.

60 L'ammoniaca (NH3) La somministrazione diretta della NH3 o di sali di ammonio non è vantaggiosa in quanto vi sono dei notevoli inconvenienti a parte il notevole costo: L NH3 può venire in parte espulsa con l eruttazione con conseguente perdita di azoto l NH3 può diffondere attraverso le pareti del rumine, giungere al fegato e qui trasformata in urea ed escreta dai reni con ulteriore perdita di azoto l NH3 assorbita in concentrazioni elevate può saturare la capacita epatica ureogenica e rimanendo in circolo provocare gravi stati tossici.

61 L'ammoniaca (NH3) I composti quali l urea e il biureto vengono lentamente degradati e consentono una graduale formazione di NH3. i ruminanti utilizzano anche l urea che viene escreta dalle ghiandole salivari che viene calcolata in g 0,5 di azoto die.

62 L'ammoniaca (NH3) una migliore utilizzazione dell urea si ha in presenza di glucidi fermentescibili ciò è dovuto al fatto che : con la rapida formazione di scheletri carboniosi l NH3 viene fissata diminuendone la concentrazione ruminale impedendo così la sua diffusione attraverso le pareti del rumine o la perdita con l eruttazione. l abbassamento del ph determinato dalla rapida formazione di AGV ed acido lattico, fissa l NH3 e la trattiene sotto la forma indiffusibile NH4 + prevenendo l insorgenza di stati tossici. Inoltre i glucidi facilmente fermentescibili deprimono l attività proteolitica del rumine e quindi rallentano la formazione di NH3 a partire dalle proteine della dieta, queste ultime favoriscono l attività cellulosolitica stimolando l accrescimento della flora microbica, quindi nel caso di diete con additivazione di urea nella quota proteica è raccomandabile l apporto di questi glucidi.

63 Sintesi delle proteine nel rumine L'entità della sintesi proteica è funzione della contemporanea disponibilità di energia derivante dalla fermentazione dei glucidi e di azoto. Esiste infatti una relazione fra velocità dei processi fermentativi dei glucidi e velocità di degradazione delle sostanze azotate. Anche la velocità con cui i batteri demoliscono le proteine è spesso maggiore della velocità con cui le risintetizzano che dipende, inoltre, dalla contemporanea disponibilità di glucidi.

64 Sintesi delle proteine nel rumine Quando le proteine alimentari sono facilmente degradabili o quando vengono fornite quantità eccessive di NPN, si ha un aumento dell'ammoniaca assorbita dalla parete ruminale e quindi dell'azoto perso (con le urine). Quando l'ammoniaca nel rumine è presente in concentrazioni elevate (superiore a mg/100 ml di contenuto ruminale), si hanno fenomeni di alcalosi ruminale aggravati dal fatto che il fegato non riesce a trasformare tutta l'ammoniaca presente nel sangue (che è tossica) in urea (non tossica).

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66 Sintesi delle proteine nel rumine Nel rumine i batteri demoliscono e costruiscono. Se l'ammoniaca prodotta è tale da non poter essere utilizzata si ha un aumento del ph ruminale (Alcalosi) ciò perché: i batteri demoliscono le proteine con velocità superiori a quelle con cui le sintetizzano (*). L'ammoniaca trasformata in urea può essere eliminata anche per via mammaria. (*) Il rendimento nella captazione dell N da parte dei microrganismi dipende sia dalla degradabilità dei costituenti azotati della razione sia dalla contemporanea disponibilità di energia offerta dalla quota glucidica della razione. Il sistema Cornell permette di quantificare la degradabilità delle diverse proteine.

67 NH 3 Spreco di energia Spreco di azoto Energia Sostanze azotate (proteine, NPN, ecc.) Proteine microbiche E inutile aumentare l apporto proteico se l'energia è carente è inutile aumentare l apporto energetico se le proteine sono carenti

68 apporto azotato corretto NPN disponibilità intestinale di proteine NH 3 NH 3 NH 3 eccesso di proteine molto degradabili e/o azoto non proteico NPN NH 3 disponibilità intestinale di proteine NPN NH 3 NH 3 NH 3 NH 3 NH 3 L apporto qualitativo e quantitativo di azoto influenza la disponibilità intestinale di proteine

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70 Sintesi delle proteine nel rumine La stretta interconnessione esistente a carico delle fermentazioni ruminali tra fermentazioni dei carboidrati degradazione proteica costituisce il punto chiave per ottenere massime performance con diete che siano il meno costose possibile. La fermentazione dei substrati energetici fornisce energia alla flora ruminale per un incremento del suo sviluppo (sviluppo che produce sintesi di proteina microbica) in un circolo chiuso strettamente interconnesso.

71 Sintesi delle proteine nel rumine L energia disponibile per i microrganismi ruminali proviene dalla sostanza organica fermentata nel rumine (SOF*) costituita da Costituenti intracellulari (zuccheri, amido, PG degradabili) Frazione degradabile della parte cellulare (pectine, emicellulosa, cellulosa) I lipidi e i prodotti di fermentazione degli insilati contribuiscono poco o nulla. Secondo i francesi la popolazione microbica sintetizza mediamente 145 g di sostanze azotate/kg SOF * SOF = SOD PGND EE

72 Sintesi delle proteine nel rumine Le proteine alimentari non degradate nel rumine (che rappresentano l escape ruminale proteico) più le proteine dei batteri che colonizzano i digesta o il liquido ruminale che oltrepassano l ostio reticolo-omasale, rappresentano l entità di proteine realmente a disposizione dell animale per la digestione successiva.

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76 Rapporto proteine/energia Bisogna considerare quantità e qualità delle fonti azotate ed energetiche (carboidrati strutturali e non) differenziandole in base alla loro degradabilità e fermentescibiltà ruminale. Fonti energetiche a fermentescibilità decrescente: Frumento, orzo, avena, mais, sorgo. Fonti proteiche a degradabilità decrescente: urea, trebbie, cotone, glutine di mais, distillers

77 In condizioni ottimali è massimo l azoto che si ritrova nell intestino N insolubile N insolubile N solubile N microbico Proteina ingerita Azoto alimentare solubile e isolubile Proteina intestinale 65% dell azoto alimentare isolubile + proteine batteriche

78 Nell'intestino giungono proteine alimentari e batteriche Le diverse proteine hanno una diversa digeribilità intestinale. Mediamente la digeribilità intestinale delle proteine batteriche e protozoariche è dell'80%. Quella delle proteine alimentari varia dal 50 al 90%

79 L utilizzo delle proteine a livello intestinale Nell'intestino tenue gli aminoacidi derivanti dall'azione delle proteasi vengono assorbiti attraverso la mucosa e passano nel circolo sanguigno. Gli aa asorbiti possono avere funzione : Plastica Energetica Funzione Plastica Nell'organismo, attraverso i processi metabolici, gli aminoacidi possono essere utilizzati come tali per la costruzione delle proteine corporee, e dei prodotti animali (latte, lana, ecc.) oppure essere scomposti. In quest'ultimo caso il gruppo aminico può essere utilizzato per la sintesi di nuovi aminoacidi (esclusi quelli essenziali), oppure essere trasformato in urea ed eliminato con le urine

80 L utilizzo delle proteine a livello Funzione energetica. intestinale La parte priva del gruppo aminico (scheletro carbonioso) può essere impiegata per la sintesi di altre sostanze utili all'organismo, oppure essere a sua volta scomposta, attraverso passaggi intermedi, fino ad anidride carbonica (CO 2 ) e acqua (H 2 0), con produzione di energia, in modo analogo a quanto avviene per i glucidi.

81 IL VALORE PROTEICO NEI POLIGASTICI Il sistema delle PDI (francese INRA) Il sistema americano delle RDP e RUP (NRC) Il sistema americano della Cornell (CNCPS)

82 Il sistema delle PDI Le proteine effettivamente a disposizione dell'animale sono quindi quelle i cui costituenti vengono assorbiti nell'intestino: proteine digeribili di origine microbica (PDIM) proteine alimentari che hanno oltrepassato il rumine e sono digerite a livello intestinale. (PDIA)

83 Schema dell utilizzazione delle sostanze azotate nei ruminanti B y - p a ss p ro te in e a lim e n ta ri p ro te in e P D IA P D IM P D IM N a z o to n o n p ro te ic o P D IM E p ro te in e m ic ro b ic h e Bocca PG ingerita PG ingerita saliva urea riciclata 10% del N dela razione NH 3 Rumine fegato energia mantenimento Intestino tenue PDI = AA di origine microbica AA di origine alimentare produzioni latte Intestino crasso secrezioni digestive carne ren e Feci indigeribile alimentare PGND fecale metabolico PGD = PG - PGND urine 2 MA

84 Calcolo delle proteine digeribili intestinali (PDI) La quota proteica realmente disponibile a livello dell'intestino é rappresentata da due frazioni: A Proteine alimentari non degradate nel rumine ma digeribili a livello intestinale (PDIA); B Proteine di reisintesi ruminale a partire dalla quota di proteine degradate nel rumine (PDIM). Le PDIM sono legati all'efficienza dell'attività batterica che a sua volta dipende da 2 fattori principali: 1. Disponibilità di azoto fermentescibile nel rumine (PDIMN); 1. Disponibilità di energia fermentescibile nel rumine (PDIME). La quota di proteine che arriva all'intestino (PDI) del ruminante sarà data dalla somma di 2 frazioni: PDI = PDIA + PDIM PDIN = PDIA + PDIMN PDIE = PDIA + PDIME

85 Il sistema delle PDI In pratica ogni alimento è caratterizzato da un tenore: in PDIN (disponibilità di N per le sintesi ruminali) in PDIE (disponibilità di energia) per le sintesi ruminali) Il valore più basso, risultante dalla somma dei singoli apporti, è il valore di PDI e rappresenta il valore azotato minimo dell alimento Il più alto indica il valore azotato potenziale cioè quello raggiungibile con le opportune associazioni In generale i cereali presentano un basso PDIN ed un alto PDIE Le leguminose il contrario. La disponibilità di PDI è dunque limitata dal nutriente meno rappresentato.

86 Il sistema delle PDI In una razione mista le carenze di un alimento sono compensate dagli eccessi di un altro in modo da poter bilanciare gli apporti in energia ed azoto. In una razione l apporto in PDI corrisponde al più basso fra i valori in PDIN E PDIE totali. Valori simili fra PDIN e PDIE esprimono la condizione di equilibrio fra energia ed azoto. La disponibilità delle PDI è dunque limitata dal nutriente meno rappresentato NB il fabbisogno è sempre espresso in PDI

87 Il sistema delle PDI Fabbisogni in PDI per una bovina da latte Mantenimento 3.25 g PDI/kg PM Produzione latte 48.0 g PDI/kg latte * Gestazione g PDI/d Accrescimento g PDI/kg incr. *48 è stato calcolato dividendo i 31 g di proteina del latte di riferimento per 0,64 ossia per il rendimento con cui le PDI vengono convertite in proteina del latte

88 Il sistema delle PDI Fabbisogni in PDI per una bovina da latte di 600 kg di peso (pari a 121 kg di PM) che produce 30 kg di latte al giorno Mantenimento 3.25g PDI/kg PM * 121 = 393 Produzione latte 48.0 PDI/kg latte * 30 = 1440 Totale 1833 g di PDI Se la razione apporta 1700 g di PDIN e 1950 g di PDIE Il fabbisogno non sarà coperto (mancano 150 g di PDIN che potrebbero essere apportati da una fonte proteica (anche dall urea)

89 Diadram ma di flus so relativo al divenir e delle proteine nel digerente dei ruminanti RUMINE INTESTINO Quota degradata nel rumine Proteine microbiche da N degradato Digeribilità proteine microbiche Proteine microbiche digeribili Protidi grezzi del'alimento (Nx6, 25) Proteine digeribili intestinali (PDIN) Quota non degradata nel rumine Digeribilità proteine alimentari non degradate Proteine alimentari digeribili Proteine digeribili intestinali (PDIE) Energia fermentescibile nel rumine Proteine microbiche da energia fermentescibile Digeribilità proteine microbiche Proteine microbiche digeribili La quota di proteine m icr obiche che, insiem e alla parte di pr oteine alimentari non degradata, giunge all'intes tino, è com misurata dalla contem poranea disponibilità r um inale di N degradabile e energia ferm entescibile

90 Tenore proteico delle principali categorie di alimenti zootecnici espresso in protidi grezzi (PG), protidi digeribili (PD), protidi digeribili a livello intestinale permesse dall'azoto (PDIM), e protidi digeribili a livello intestinale permesse dall'energia (PDIE). Tenor e pr oteico (g/kg SS) Categoria di alimenti SS PDIN PG PD PDIM PDIE Concentrati Semi Orzo Frumento tenero Mais Segale Sorgo Pisello Fava Soia Mais nazionale Mais fiocchi 85,9 86,4 86,5 86,1 86,7 88,0 87,0 90,0 87,0 90, Sottoprodotti Crusca Glutine di mais Polpa di bietola disidratata Polpa di patata disidratata Germe di Mais f.e. Siero di latte (scremato) dolce 87,1 90,6 91,0 87,5 90,0 6, Farine animali Farina di pesce (65-70%) Farina di carne (70%) 92,0 93, Insilati Prato stabile di pianura Prato di montagna Loiessa Mais 21,0 21,0 21,0 36,

91 Tenore proteico delle principali categorie di alimenti zootecnici espresso in protidi grezzi (PG), protidi digeribili (PD), protidi digeribili a livello intestinale permesse dall'azoto (PDIM), e protidi digeribili a livello intestinale permesse dall'energia (PDIE). Tenor e pr oteico (g/kg SS) Categoria di alimenti SS PG PD PDIM PDIE NPN Urea Foraggi verdi di leguminose Erba medica 1 taglio Erba medica 2 taglio Trifoglio violetto 1 tg con prev. di graminacee Prato stabile pianura 1 tg Prato stabile pianura 2 tg Prato di montagna 1 tg Prato di montagna 2 tg Fieni Prato stabile pianura (buono) Prato stabile di pianura (mediocre) Prato di montagna (medio) Medica 1 taglio (in fioritura) Medica 2 taglio Medica disidratata Concentrati Panelli e far.estr Arachide f.e. Soia f.e. Girasole dec. f.e 90,8 88,3 89,

92 Passaggi necessari, e relativa giustificazione per il calcolo del valore proteico degli alimenti destinati ai ruminanti Protidi degradabili PD = PG - PI captazione batteri proteine pari al 90% Proteine microbiche PM = PD x 0,9 "Proteine microbiche" contengono solo 80% come aminoacidi Aminoacidi microbici AM = PM x 0,8 Solo 80% è digeribile PDMN = AM x 0,8 Protidi grezzi (N x 6,25) Protidi indegradati (*) PI = 1,11 x PG x (1-DT) (**) Forme azotate non degragate solo proteine Aminoacidi alimentari A. alim. = PI x 1 Digeribilità (dr) variabile 50-90% PDIA = A. alim. x dr (**) Energia MOD = materia organica digeribile Fermentata (rumine) Materia organica fermentescibile MOF = MOD - (grassi + PI +acidi ecc.) Valore medio efficienza di sintesi è 145 g di proteine batteriche per kg di MOF Proteine microbiche Aminoacidi pari all'80% Aminoacidi microbici AM = PM x 0,8 Solo l'80% è digeribile PDIME = AM x 0,8 PDIN Vere proteine digeribili nell'intestino "permesse" dalle sostanze azotate dell'alimento PDIE Vere proteine digeribili nell'intestino "permesse" dall'energia dell'alimento (*) 1,1 deriva dalla constatazione che in vivo la frazione non degradata è 1,11 volte quella misurata; (**) Valore di degradabilità teorica (DT)

93 Per il calcolo delle PDI si usano le seguenti espressioni PDIA = PG x {11,11 x (1-DT) x 1,0 x dr} PDIMN = PG x {1,0-1,11 x (1-DT) x 0,9 x 0,8 x 0,8} = P.G. x 0,64 x (DT - 0,1) PDIME = MOF x 0,145 x 0,8 x 0,8 = = M.OF x 0,093 Pertanto ciascun alimento avrà 2 valori proteici: PDIN = PDIA + PDIMN (funzioni delle proteine degradabili) PDIE = PDIA + PDIME (funzione dell'energia fermentescibile)

94 Principali caratteristiche del modello INRA Ogni alimento è caratterizzato da valori di: PDIA (costante) PDIME e PDIMN Nella razione, di ogni alimento, si valuta l apporto in PDIE e PDIN Il valore più basso, risultante dalla somma dei singoli apporti, è il valore di PDI da considerare; La disponibilità di PDI è dunque limitata dal nutriente meno rappresentato.

95 Principali caratteristiche del Nel Passato modello NRC americano Fabbisogni espressi in proteina grezza; Proteina rumino degradabile (RDP) 60/65%; Max. effetto con % della s.s. della razione Frazione solubile (circa 50% della degradabile) Proteina rumino indegradabile (RUP); Stima della degradabilità e indegradabilità statiche

96 ALIMENTAZIONE AZOTATA DELLA BOVINA( NRC): INDICAZIONI OPERATIVE Vitelle < 6 mesi di età: %s.s. Manzette e manze: %s.s. Asciutte: %s.s. Preparto: %s.s. Lattazione: %s.s. Proteina degradabile = % s.s Proteina solubile ottimale = 6 % s.s

97 LE FRAZIONI DELLE PROTEINE SECONDO IL CNCPS Proteine Solubili ed immediatamente utilizzabili nel Rumine Frazione A = NPN (degradabilità immediata) Frazione B1 = Proteina solubile (Degrd. molto rapida) Proteine insolubili ma utilizzabili nel Rumine Frazione B2 = Proteine insolubili a media degradabilità Frazione B3 = Proteine legate ai CHO di struttura a lenta degr. Proteina inutilizzabile Frazione C = ADIP

98 LE FRAZIONI DELLE PROTEINE SECONDO IL CNCPS Frazione A = NPN Frazione B1 = Proteina solubile PS - NPN Frazione B2 = A - B1 B3 C Frazione B3 = NDIP - ADIP Frazione C = ADIP

99 Proteine Totali Tampone Fosfo Borato Detergente Neutro Detergente Acido Sol. A B1 Insol. B2 B3 C Sol. A B1 B2 Insol. B3 C Sol. A B1 B2 B3 Insol. C Acido Tungstic o Sol. A Ins. B1 Frazionamento delle proteine mediante determinazione analitica delle proteine solubili in tampone fosfo-borato, in NDF e ADF.

100 Proteina secondo il CNCPS Proteina Solubile NPN nitrati, NH 3, AA, piccoli peptidi (A) Proteina vera e peptidi (B1) Insolubile ND solubile (B2) ND insoiubile, AD solubile (B3) AD insoiubile (C) o contenuto in AA della insolubile ND = Detergente Neutro (Van Soest) AD = Detergente acido (Van Soest)

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102 Fabbisogno in frazioni CNCPS nella vacca da latte Proteina Solubile (A + B ) 1 Degradabile (A + B + 1B ) 2 Non degradabile (B 3 + C) lattazione Vacche asciutta

103 Carboidrati Totali Detergente Neutro Acido solforico concentrato Analisi spec ifiche Sol. A B1 Insol. B2 Sol. A B1 B2 Insol. Zuccheri A Amido e pectine B1 C C * Frazionamento d ei carboidrati strutturali e non strutturali * La frazione C è pari ad ADL x 2,4

104 LE FRAZIONI DEI CARBOIDRATI Composizione SECONDO IL CNCPS Degradabilità Ruminale (%h) Frazione CNCPS Zuccheri A Acidi organici e di fermentazione 1-2 A Amido B B1 Fibra solubile Pectine b-glucani B1 Fibra insolubile disponibile Cellulosa Emicellulose 2-10 B2 Fibra non disponibile Lignina Fibra associata alla lignina 0 C

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107 Sistema CNCPS

108 Sistema CNCPS

109 Proteine grezze Per produzioni medio-basse fino a litri di latte al giorno le sintesi proteiche operate dalla microflora avvengono con velocità ed entità sufficiente per coprire il 50-55% del fabbisogno azotato; il restante 45-50% deriva dalle proteine alimentari sfuggite all'azione dei batteri. Non è quindi strettamente necessaria un'attenta valutazione qualitativa delle proteine alimentari e il razionamento può essere correttamente effettuato utilizzando come unità di misura le proteine grezze.

110 Proteine digeribili intestinali Le produzioni superiori a 35 litri di latte al giorno si ottengono unicamente massimizzando l'efficienza delle sintesi microbiche e innalzando la quota di azoto insolubile (si può anche considerare l'opportunità di usare proteine o aminoacidi protetti), che rappresenta usualmente il 60 80% dell'azoto totale. Ciò nonostante, essendo i fabbisogni estremamente elevati, l'apporto totale di azoto solubile supera spesso la normale capacità di sintesi dei batteri e può portare a concentrazioni eccessive di ammoniaca nel rumine e nel sangue. Questo rischio può essere ridotto od ovviato se si stimola una maggiore efficienza delle sintesi microbiche e si apportano adeguate quantità di zuccheri facilmente fermentescibili, quali cereali fioccati o polpe di bietola.

111 Proteine digeribili intestinali In altri termini, si deve cercare di massimizzare l'utilizzazione, ai fini della sintesi proteica, dell'azoto che viene liberato nel rumine, per cui deve essere garantita la contemporanea disponibilità di azoto energia-catene carboniose; quindi, tanto più è elevato l'apporto totale di azoto solubile, tanto più elevata deve essere la disponibilità di zuccheri velocemente utilizzabili. Particolarmente interessanti, oltre alle polpe disidratate e ai fioccati, sono alcuni sottoprodotti (per esempio glutine di mais) che completano l'apporto azotato con proteine by-pass e contengono, allo stesso tempo, glucidi facilmente fermentescibili (zuccheri e amidi) che valorizzano l'azoto solubile della razione. Sulla base di queste considerazioni, per lattifere di elevate produzioni, i ricercatori francesi suggeriscono di adottare come unità di misura le PDI, cioè le proteine realmente digeribili a livello intestinale.

112 Alimentazione e Urea nel latte L'urea presente nel latte viene sintetizzata a livello epatico a partire dall'ammoniaca. Nel ruminante l'ammoniaca ha una duplice origine: endogena, derivante dai processi di gluconeogenesi da aminoacidi introdotti in eccesso con la dieta, ed esogena di provenienza ruminale. I fattori in grado di influenzare il contenuto di urea del latte sono: tenore in proteina grezza della dieta; rapporto tra proteina degradabile, non degradabile e solubile a livello ruminale; tenore in NSC della dieta; degradabilità ruminale degli NSC.

113 Alimentazione e Urea nel latte Il mantenimento di livelli ottimali di urea nel latte è condizionato dalla disponibilità contemporanea di energia e di proteina a livello ruminale caratterizzate da cinetiche di degradazione simili. Quando la dieta contiene un eccesso di proteina degradabile e solubile a livello ruminale, associata ad un insufficiente apporto di NSC, cioè ad un insufficiente apporto di energia, si rende disponibile ammoniaca, che verrà trasformata in urea a livello epatico la quale, non essendo possibile un adeguato riutilizzo a livello ruminale, determinerà un aumento del tenore di urea nel plasma e nel latte.

114 Alimentazione e Urea nel latte La sintesi di urea è un processo che richiede energia, il che aggrava il deficit energetico che si osserva all'inizio della lattazione. Il contenuto in urea del latte è correlato positivamente con il livello produttivo; inoltre tende ad aumentare nei primi due mesi di lattazione. I valori di urea nel latte e nel plasma si equivalgono ed il passaggio dell'urea dal sangue al latte avviene nell'arco di un'ora circa

115 Alimentazione e Urea nel latte La conoscenza dei valori di urea nel latte, determinati con regolarità, ad es. 2 volte al mese, è importante perché: permette di individuare tempestivamente squilibri tra le frazioni proteiche e di NSC della dieta; elevate concentrazioni di urea nel latte alla fecondazione possono causare insuccesso della fecondazione o una morte molto precoce dell'embrione, un incremento del tenore in urea del latte, a parità di azoto presente, determina un peggioramento dell'attitudine alla caseificazione, proporzionalmente infatti diminuirà la quota di caseina.

116 Alimentazione e Urea nel latte Per la determinazione del livello in urea del latte ci si può avvalere di kit diagnostici disponibili sul mercato e utilizzabili direttamente in azienda per uno screening iniziale e, se viene evidenziato un problema, si deve procedere ad analisi maggiormente approfondite in laboratorio.

117 Alimentazione e Urea nel latte

118 Alimentazione e Urea nel latte

119 Alimentazione e Urea nel latte Come risolvere il problema La riduzione del tenore in urea del latte può essere raggiunta modificando la composizione della dieta nei seguenti punti: 1. quantità e qualità della proteina; 2. contenuto e fermentescibilità della frazione di NSC; 3. inclusione di additivi.

120 Alimentazione e Urea nel latte Come risolvere il problema 1. quantità e qualità della proteina; 2. contenuto e fermentescibilità della frazione di NSC Per quanto concerne i primi due punti sarà necessario controllare, verificare e adeguare: il tenore proteico in funzione della produzione; la percentuale di proteina degradabile e solubile; l'apporto di proteina metabolizzabíle e di lisina e metionina a livello intestinale tramite opportuni programmi di razionamento; il tenore in NSC in funzione della produzione; la fermentescìbilità degli NSC.

121 Alimentazione e Urea nel latte Come risolvere il problema 3. inclusione di additivi. Per quanto concerne il terzo punto sarà necessario includere nella dieta: lievito di birra, in quanto in grado di ridurre il tenore di ammoniaca a livello ruminale; estratto di Yucca schidigera, in quanto in grado, come il lievito di birra, di ridurre il tenore di ammoniaca a livello ruminale; adsorbenti, quali bentonite, etc.

122 Impiego dell urea nell alimentazione animale UREA nelle razioni per ruminanti Non superiore ad 1/3 dell N totale Max 1% SS nei bovini o 30 g/100kgpv 1,5% SS negli ovini Per ogni 100 g di urea 3 g di solfo elementare (fiori di zolfo) Il rapporto S:N deve essere 1:14 L urea va accuratamente mescolata ai componenti la razione

123 Impiego dell urea nell alimentazione animale UREA nelle mangimi per ruminanti 3% del mangime Non deve superare il 40% dell N totale

124 Impiego dell urea nell alimentazione animale UREA nel silomais Varia a seconda dell umidità dell insilato 33% di SS 40% di SS 500g/100 kg di tal quale 600g/100 kg di al quale L urea va accuratamente mescolata

125 Impiego dell urea nell alimentazione animale L aggiunta di urea risulta utile quando la produzione è bassa (meno di 10 litri) e le proteine sono di bassa degradabilità. PDIE > PDIN In tal modo si soddisfano le esigenze in NH3 dei batteri

126 Impiego dell urea nell alimentazione animale L apporto di NPN deve essere contemporaneo all apporto di concentrati (o comunque di alimenti ricchi di glucidi) Se le proteine alimentari sono tutte di elevata degradabilità non si deve apportare NPN (rischio alcalosi) L uso dell NPN è conveniente quando le fonti tradizionali d Pg sono più care rispetto ai cereali

127 Avvelenamento da urea

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129 Avvelenamento da urea

130 Avvelenamento da urea

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