Valutazione della qualità delle fonti fibrose e ottimizzazione del loro utilizzo nei digestori Andrea Formigoni andrea.formigoni@unibo.it 7 INFOBIOGAS Montichiari - 28 gennaio 2011
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
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
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
Schema generale di fermentazione anaerobica della fibra
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
Digestione batterica della parete della cellula vegetale Colonizzazione Inizio Digestione Digestione profonda lignina cellulosa Chesson (1993) emicellulosa
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
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)
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
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 6.2-6.5 Adeguate disponibilità di azoto
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
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
Rapporti fra Lignina e NDF indigeribile (indf) in alcuni alimenti indf/lignina n media Min. Max. Buccetta soia 4 0.97 0.56 1.46 Polpe bietola 4 0.71 0.64 0.84 Cruscami 4 2.88 2.82 2.93 Farinaccio grano 4 2.24 1.70 2.61 Medica 20 2.50 1.93 2.92 Fieno misto 3 2.75 2.57 2.99 Loietto 1 3.17.... Silomais 10 3.64 2.80 4.83 Triticale 10 3.63 2.31 4.15 (Dimorfipa, 2010)
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
Lignina & fibra indigeribile NDF, % Lignina, % indf/ lignina indf, % dndf, % dndf/ndf, % 45 2.5 3 7.5 37.5 83.3 45 3.5 3 10.5 34.5 76.7 45 4.5 3 13.5 31.5 70.0 45 3.5 2.8 9.8 35.2 78.2 45 3.5 3.8 13.3 31.7 70.4 45 3.5 4.8 16.8 28.2 62.7
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
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
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
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
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