Fermentescibilità Ruminale degli Amidi: nuovi approcci alla sua valutazione

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1 Fermentescibilità Ruminale degli Amidi: nuovi approcci alla sua valutazione F. Masoero, A. Gallo, G. Giuberti Istituto di Scienze degli Alimenti e della Nutrizione ISAN Facoltà di Agraria UCSC Piacenza

2 Background

3 Variazione di diversi parametri e Tempo di Insilamento Ipotetico effetto sulla Degradabilità dell amido Sniffen et al., 2009

4 Available Starch????? in funzione del Tempo di insilamento Effetto di solubilizzazione della Matrice Proteica Da parte di acidi Organici, del ph? e dell Alcool?? % starch Amido Solubile? Sniffen et al., 2009

5 Contenuto in amido suggerito e valori di 7h-IVSD nelle razioni per vacche da latte (Sniffen & Ware, 2011) Fermentable Starch and Not Available Starch NON ESISTE UN METODO UFFICIALE Per la determinazione del 7h-IVSD

6 Criticità nella Misura dell Amido degradabile in rumine : Perché 7h-IVSD? Spesso prima delle 24 ore 100 % degradato Determinazione dell Amido residuo non facile Granulometria, 2 (Hoffmann, CVAS, Norvegia), 3( in sacco Philippeau), 4 (Lanzas)mm Che tipologia di inoculo Dry Cow, Lactating in Vitro Lag phase? Model.? Elevata Variabilità e bassa Ripetibilità (almeno in Triplo)

7 Y Axis (units) Modello Effetto dell errore analitico sul valore calcolato del Kd Kd = 3.57% S = r = Kd Max = 4.10% Kd min = 3.11% LAG X Axis (units)

8 Y Axis (units) Modello Effetto della diversa stima della LAG sul valore calcolato di Kd S = r = Kd medio stimata 3.58% Kd min stimata 3.16% Kd Max stimata 4.05% Kd fissa 3h 6.41% LAG stimata vs. imposta (3h) X Axis (units)

9 Effetto dell inoculo ruminale Hay vs Conc.-fed rumen fluid donor cows 7h IVSD - HFC 7h IVSD - CFC Cone et al Masoero et al. Under preparation

10 Effetto dell inoculo ruminale sulla determinazione del 7h IVSD Lattazione vs. Asciutta Effetto prevedibile nello stesso laboratorio

11 Fattori legati al potenziale di degradabilità dell amido ITEM Potential effect on starch digestibility Why? AMYLOSE - Minor number of enzyme attack points AMYLOPECTIN + Major number of enzyme attack points PROLAMIN (PRO) - Barrier to enzyme access to granule LIPID - Barrier to enzyme access to granule GRANULE SURFACE + o - Number of pinholes and break points GRANULE DIMENSION + o - Ratio surface/volume ANTI-NUTR. FACTORS - Enzymatic inhibitory activity VITREOUSNESS (VT) - Barrier to enzyme access to granule MOISTURE/Stage of maturity + o - Relationship with VT and PRO PARTICLE SIZE + o - Enzyme accessibility to granules HEAT PROCESSING + Starch gelatinization Svihus et al., 2005; Larson & Hoffman 2008; Giuberti et al., 2014

12 Tipo di endosperma Mais: diversa vitrosità

13 7h - IVSD (g/100 g Starch) Effetto della vitrosità sulla degradabilità Ruminale dell amido di mais Ma anche su quella Intestinale che ByPassa il Rumine Blasel et al., 2006 DSA ISAN-Masoero 7h-IVSD Vitreousness (g/100 g endosperm)

14 Come posso misurare la vitrosità? Manual dissection (dati ISAN) Kernel density NIRS calibration

15 Amount (%) of PS > 2mm Un modo alternativo per misurare la vitrosità: Basta un setaccino da 2 mm y = 1.0x R² = Vitreousness (g/100 g Endosperm)

16 Prolammine: Zeine Hoffmann Wisconsi Univ. Ha lanciato l idea Si accumulano durante la maturazione Aumentano con la Concimazione azotata Ma questi due fattori NON modificano la vitrosità dell amido Masoero et al., AFST; Giuberti et al JDS

17 Contenuto in Zeine (% Amido) nel Mais

18

19 Si accumulano durante la maturazione e quindi Granelle mature Pastoni

20 Zein (g/100 g DM) Ma Allora tra Zeine e vitrosità: esiste una relazione? NO! Vitrousness (g/100 g Endosperm) R 2 = 0.05 Nessuna relazione? Masoero et al 2012, AFST. Giuberti et al., JDS

21 1h Enzymatic test 1h Enzymatic test Starch Availability (Sniffen 2011) di Silomais e Pastoni Italia Corn silage High moisture ear corn Passare dal 15 al 26% Su 6 kg di Farina Umida di mais Equivale a 420 grammi di zucchero o 500 grammi di Fiocchi ottimi Masoero et al ISAN

22 7h IVSD (% Starch) Effetto del tempo di insilamento sulla degradazione dell Amido 90 Silomais Time of ensiling

23 7h IVSD (% Starch) Effetto del tempo di insilamento sulla degradazione dell Amido 90 Pastoni di Mais Time of ensiling

24 Available Starch = Sniffen - CVAS su cereali crudi (- raw) e trattati (- HP) Cotti Crudi ISAN Giuberti et al., 2011

25 In vitro Starch Availability on processed cereal grains Variabilità molto Elevata anche intra matrice Giuberti et al., 2011

26 Italia vs. Estero - Amido Pianura Padana (Dream Ration) Francia Silomais e Farina di mais Silomais giovane Pastone e cerali Wisconsin Olanda Pastone Silomais giovane Orzo e frumento

27 Ma allora siamo sicuri che la realtà sia quella che calcoliamo con i nostri computer?? Data from meta-analysis of Moharrery et al. (2015) Database = 66 pubblications Starch sources Total Tract Rumen (kd, h -1 ) Small Intestine Hind gut Frumento 100,2 94,5 (1,04) 67,5 63,6 Avena 98,9 91,8 (0,68) 70,1 70,4 Silomais 96,2 90,9 (0,60) 81,9 66,0 Orzo 95,9 87,0 (0,40) 75,9 60,9 Fava 95,2 77,3 (0,21) 43,7 63,6 Mais 91,6 57,4 (0,08) 51,0 46,9 Pisello 90,9 74,7 (0,18) 34,1 56,1 Sorgo 90,5 61,9 (0,10) Not analysed Not analysed FrumentoNaOH 93,3 70,5 (0,14) 70,8 61,0 OrzoNaOH 83,9 67,0 (0,12) 20,3 38,9

28 Degradability of starch (Sdeg, mean±sd) in different digestive compartments Data from meta-analysis of Patton, Patton and Boucher (2012, JDS 95: ) Database = 40 studies for 161 Dietary treatments Starch sources n Rumen SDeg (g/100 g intake) Post Ruminal SDeg (g/100 g entering) Total Tract SDeg (g/100 g intake) All ± ± ±7.4 Corn ± ± ±6.2 Small grain ± ± ±5.4 Sorghum ± ± ±17.7 Corn grain starch source Rumen SDeg (g/100 g intake) Post Ruminal SDeg (g/100 g entering) Total Tract SDeg (g/100 g intake) AMTS (Cortland, NY) 79.9± ± ±2.3 CNCPS ver ± ± ±2.5 OFF (calculated from Offner and Sauvant in situ data, 2004) 70.1± ± ±3.2 Patton et al. (2012) discussed as «Inaccuracies (VERY High SD!!!) in prediction Rumen SDeg may be due mainly to processing effects and particle sizes, but these were not well reported in literature and were difficult to estimate»

29 Relative changes in rumen Kd Starch (1/h) Elaborando i dati delle due MetaAnalisi Effect of mps on apparent rumen starch degradability Relative changes : (kd Starch of Diet A-B-C) / (Kd Starch of Diet A) mps of Corn meals (mm) A rather clear linear reduction!!!

30 Table and figure reported by Hoffman et al Effetto Strategico della Granulometria delle farine Hoffman P.C., D.R. Mertens, J. Larson, W.K. Coblentz and R.D. Shaver, JDS 95: EFFETTO DELLA MEAN PARTICLE SIZE Approach: In order to generate a set of fermentation profile, a single lot of a Yellow Dent Corn was processed by using different mills (cyclone, roller and cutter mills) equipped with different screens. Più è fine e più è veloce

31 Infatti anche in Vitro Effetto della Granulometria sulla degradabilità ruminale dell Amido (7h IVSD) Modello Prevedibile Gallo et al., JDS

32 In Vitro Gas Test Effetto della Granulometria nel MAIS su Kd e Lag Gallo et al., JDS

33 In Vitro Gas Test Effetto della Granulometria nell ORZO su Kd e Lag Gallo et al., JDS

34 Y Axis (units) Modello a DUE Componenti: Rapida e Lenta DUE Kd??? S = r = Lenta Rapida X Axis (units)

35 In Vitro Gas Test Effetto della Granulometria nel MAIS sulla produzione totale di gas Vfast & Vslow two-pools Vslow Vfast Gallo et al., JDS

36 In Vitro Gas Test Effetto della Granulometria nell ORZO sulla produzione totale di gas Vfast & Vslow two-pools Vslow Vfast Gallo et al., JDS

37 kd amido Quindi è Fondamentale misurare la MPS e calcolare il reale Kd della farina che state usando 2 IMMAGINE Matrice Molino Griglia N. passate Slog mps 7h IVSD kd starch Mais RotorSpeedMill 0,5 mm 0,21 0,32 86,3 0,316 Mais CutterMill1 1 mm 0,26 0,63 84,9 0,295 Mais CutterMill1 2 mm 0,30 0,92 78,6 0,241 Mais CutterMill2 3 mm 0,30 1,45 75,9 0,222 Mais CutterMill1 No 4 passate 0,33 2,12 75,7 0,221 Mais CutterMill1 No 2 passate 0,33 2,57 72,6 0,202 Mais CutterMill1 No 1 passata 0,29 3,31 72,0 0,198 ANOVA P <0.05 <0.05 rmse 2,1 0,021 contrast l l 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 kd Amido (1/h) del MAIS in funzione della Granulometria (mm) y = -0,04x + 0,30 R² = 0, ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Granulometria

38 Granulometria calcolata con sistema a 8 setacci Misurare la Ripartizione delle particelle e semplificare l operazione Solo Due setacci Piccole <0,5 mm Di mm Wi g Pi % Sum Pi log Di Wi logdi di - log dlog di - log dgw ,0 100,00 0,753 0,000 1,126 0,000 1,5 0 0,0 100,00 0,176 0,000 0,550 0,000 0,5 5 20,0 100,00-0,062-0,312 0,311 0,484 0, ,0 80,00-0,452-9,031-0,078 0,121 Medie Grosse 0,5-1,5 mm >1,5 mm SUM 25,00 100,00-9,3432 0,6055-0,3737 Dgw mm 0,423 Slog 0,156 Sgw mm 0,155 Dgwcorre 0,419 8 Setacci ASAE, ,5 Avena Favino Frumento Mais Orzo Pisello prot. Segale Sorgo 4 3,5 3 y = 2,1664x - 0,4972 R² = 0,9524 2,5 2 1,5 1 0, ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 Granulometria calcolata con Sistema a 2 setacci

39 Foglio di calcolo per modellizzare effetto Granulometria delle Farine Applicazione di campo Scaricabile al link Foglio di calcolo per modellizzare l'effetto della Granulometria delle Farine Selezionare Matrice Foglio di calcolo per modellizzare l'effetto della Granulometria delle Farine Calcolo Granulometria pesata netta Particelle GROSSE > 1'500 µm 0 Particelle MEDIE > 500 µm & < 1'500 µm 5 Particelle FINI < 500 µm 20 kd Starch (%/h) 30,5 Selezionare Matrice Calcolo Granulometria pesata netta Particelle GROSSE > 1'500 µm 20 Particelle MEDIE > 500 µm & < 1'500 µm 5 Particelle FINI < 500 µm 2 kd Starch (%/h) 22,1 * Il Kd Starch (%/h) tiene conto del correttivo proposto

40 Alcuni esempi Foglio di calcolo per modellizzare effetto Granulometria delle Farine Scaricabile al link Macinato grossolano Macinato medio Spezzato grossolano Macinato medio Macinato fine

41 Ai miei ragazzi dico di avere il Coraggio di guardare oltre.. Dedicato Ai folli, agli anticonformisti, ai ribelli, ai piantagrane, a tutti coloro che vedono le cose in modo diverso. Perchè solo coloro che sono abbastanza Folli da pensare di poter cambiare il mondo lo cambiano davvero