Fermentescibilità Ruminale degli Amidi: nuovi approcci alla sua … · Fermentescibilità Ruminale...
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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
Variazione di diversi parametri e Tempo di Insilamento
Sniffen et al., 2009
Ipotetico effetto sulla Degradabilità dell’amido
Sniffen et al., 2009
Available Starch ????? in funzione del Tempo di insilamento
Amido Solubile ?
% starch
Effetto di solubilizzazione della Matrice Proteica Da parte di acidi Organici, del pH ? e dell’Alcool ??
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
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)
S = 0.95489675r = 0.99948467
X Axis (units)
Y Axis
(unit
s)
0.0 13.2 26.4 39.6 52.8 66.0 79.20.00
9.17
18.33
27.50
36.67
45.83
55.00
Kd = 3.57%
Kd min = 3.11%
Kd Max = 4.10%
Modello Effetto dell’errore analitico sul valore
calcolato del Kd
LAG
S = 0.95489675r = 0.99948467
X Axis (units)
Y Axis
(unit
s)
0.0 13.2 26.4 39.6 52.8 66.0 79.20.00
9.17
18.33
27.50
36.67
45.83
55.00 Kd medio
stimata 3.58%
Kd min
stimata
3.16%
Kd Max
stimata
4.05%
Modello Effetto della diversa stima della LAG
sul valore calcolato di Kd
LAG stimata vs. imposta (3h)
Kd fissa 3h 6.41%
Effetto dell’inoculo ruminale Hay vs Conc.-fed rumen fluid donor cows
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
7h IVSD - HFC 7h IVSD - CFC
Cone et al. 1995 Masoero et al. Under preparation
Effetto dell’inoculo ruminale sulla determinazione del 7h IVSD
Lattazione vs. Asciutta Effetto prevedibile nello stesso laboratorio
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
Fattori legati al potenziale di degradabilità dell’amido
Effetto della vitrosità sulla degradabilità Ruminale dell’amido di mais
Blasel et al., 2006 DSA
ISAN-Masoero 7h-IVSD 2011
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
0 20 40 60 80 100
7h
- IV
SD (
g/1
00
g S
tarc
h)
Vitreousness (g/100 g endosperm)
Ma anche su quella Intestinale che ByPassa il Rumine
Come posso misurare la vitrosità?
• Manual dissection (dati ISAN)
• Kernel density
• NIRS calibration
Un modo alternativo per misurare la vitrosità:
Basta un setaccino da 2 mm
y = 1.0x + 17.6 R² = 0.95
30
45
60
75
90
30 45 60 75 90
Am
ou
nt
(%)
of
PS
> 2
mm
Vitreousness (g/100 g Endosperm)
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., 2012. AFST; Giuberti et al. 2012. JDS
Ma Allora tra Zeine e vitrosità: esiste una relazione?
0
1
2
3
4
5
25 30 35 40 45
Zein
(g/
10
0 g
DM
)
Vitrousness (g/100 g Endosperm)
R2 = 0.05 Nessuna relazione?
NO !
Masoero et al 2012, AFST. Giuberti et al., 2012. JDS
Starch Availability (Sniffen 2011) di Silomais e Pastoni Italia
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
1h
En
zym
atic
te
st
Corn silage
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
1h
En
zym
atic
te
st
High moisture ear corn
Masoero et al ISAN
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
Effetto del tempo di insilamento sulla degradazione dell’Amido
60
65
70
75
80
85
90
00 02 04 06 08 10 12
7h
IVSD
(%
Sta
rch
)
Time of ensiling
Silomais
Effetto del tempo di insilamento sulla degradazione dell’Amido
60
65
70
75
80
85
90
0 2 4 6 8 10 12
7h
IVSD
(%
Sta
rch
)
Time of ensiling
Pastoni di Mais
Available Starch = Sniffen - CVAS su cereali crudi (- raw) e trattati (- HP)
Cotti
Crudi ISAN Giuberti et al., 2011
In vitro Starch Availability on processed cereal grains
Giuberti et al., 2011
Variabilità molto Elevata anche intra matrice
Italia vs. Estero - Amido Francia
Wisconsin Olanda
Pianura Padana (Dream Ration)
Pastone Silomais giovane Orzo e frumento
Silomais giovane Pastone e cerali
Silomais e Farina di mais
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
Degradability of starch (Sdeg, mean±SD) in different digestive compartments
Data from meta-analysis of Patton, Patton and Boucher (2012, JDS 95:765-782)
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 161 61.8±20.6 30.9±19.2 92.8±7.4
Corn 82 54.6±18.5 37.7±17.7 92.3±6.2
Small grain 68 76.4±15.4 18.2±13.0 94.6±5.4
Sorghum 8 54.0±17.5 26.3±12.7 80.4±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±5.9 15.9±4.1 95.8±2.3
CNCPS ver. 3.0.10 80.5±5.7 15.6±3.6 96.1±2.5
OFF (calculated from Offner and
Sauvant in situ data, 2004) 70.1±13.1 29.4±4.8 91.5±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»
Elaborando i dati delle due MetaAnalisi
Effect of mPS on apparent rumen starch degradability
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 1 2 3 4 5 6
Rel
ativ
e ch
ange
s in
ru
men
Kd
Sta
rch
(1/
h)
mPS of Corn meals (mm)
A rather clear linear reduction!!!
Relative changes : (kd Starch of Diet A-B-C) / (Kd Starch of Diet A)
Effetto Strategico della Granulometria delle farine
Hoffman P.C., D.R. Mertens, J. Larson, W.K. Coblentz and R.D. Shaver, 2012. JDS 95:3467-3477.
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.
Table and figure reported by Hoffman et al. 2012
Più è fine e più è veloce
Infatti anche in Vitro Effetto della Granulometria
sulla degradabilità ruminale dell’Amido (7h IVSD)
Modello Prevedibile
Gallo et al., 2016. JDS
Modello a DUE Componenti: Rapida e Lenta
S = 0.95489675r = 0.99948467
X Axis (units)
Y Axis
(unit
s)
0.0 13.2 26.4 39.6 52.8 66.0 79.20.00
9.17
18.33
27.50
36.67
45.83
55.00
Rapida
Lenta
DUE Kd ???
In Vitro Gas Test Effetto della Granulometria nel MAIS
sulla produzione totale di gas
Vfast & Vslow two-pools
Vslow
Vfast
Gallo et al., 2016. JDS
In Vitro Gas Test Effetto della Granulometria nell’ORZO
sulla produzione totale di gas
Vfast & Vslow two-pools
Vslow
Vfast
Gallo et al., 2016. JDS
IMMAGINE
2
Quindi è Fondamentale misurare la MPS e calcolare il reale Kd della farina che state usando
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
y = -0,04x + 0,30
R² = 0,7813
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
kd
am
ido
Granulometria
kd Amido (1/h) del MAIS
in funzione della Granulometria (mm)
Piccole <0,5 mm
Medie 0,5-1,5 mm
Grosse >1,5 mm
Di mm Wi g Pi % Sum Pi log Di Wi logdilog di - log dgwWi log di - log dgw
8
4 0 0,0 100,00 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
0,25 20 80,0 80,00 -0,452 -9,031 -0,078 0,121
SUM 25,00 100,00 -9,3432 0,6055
-0,3737
Dgw mm 0,423
Slog 0,156
Sgw mm 0,155
Dgwcorretto mm0,419
Solo Due setacci
Misurare la Ripartizione delle particelle e semplificare l’operazione
8 Setacci ASAE, 2003
y = 2,1664x - 0,4972R² = 0,9524
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6
Gran
ulom
etria
calc
olat
a co
n sis
tem
a a
8 se
tacc
i
Granulometria calcolata con Sistema a 2 setacci
Avena Favino Frumento Mais Orzo Pisello prot. Segale Sorgo
Applicazione di campo
Selezionare Matrice
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
Foglio di calcolo per modellizzare l'effetto della
Granulometria delle Farine
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
Foglio di calcolo per modellizzare l'effetto della
Granulometria delle Farine
* Il Kd Starch (%/h) tiene conto del correttivo proposto
Foglio di calcolo per modellizzare effetto Granulometria delle Farine Scaricabile al link
http://istituti.unicatt.it/alimenti-nutrizione-istituto-di-scienze-degli-alimenti-e-della-nutrizione-isan-myfarm#content
Alcuni esempi…
Spezzato grossolano Macinato medio Macinato fine
Macinato grossolano
Macinato medio
Foglio di calcolo per modellizzare effetto Granulometria delle Farine Scaricabile al link
http://istituti.unicatt.it/alimenti-nutrizione-istituto-di-scienze-degli-alimenti-e-della-nutrizione-isan-myfarm#content