Химическая и количественная неоднородность в волокне сопутствующего продукта и, как следствие, переменное воздействие на экстракцию питательных веществ (Bach Knudsen, 2014; Swiatkiewicz et al., 2016) нарушают сложившиеся системы точного кормления, создавая риски для продуктивности животных и воздействия на окружающую среду.
Включение побочных продуктов в современные системы кормления свиней требует эффективных методов оценки для облегчения переработки, а также выборочного и калиброванного добавления в рацион для достижения оптимальных биологических, экономических и экологических результатов. У растущих свиней стратегически скармливание сопутствующих продуктов в первую очередь предполагает получение максимального количества ферментируемой клетчатки, чтобы компенсировать вызванные клетчаткой потери питательных веществ и метаболической энергии при пищеварении. Пребиотическая клетчатка включает резистентный крахмал, галакто- и фруктоолигосахариды, смешанно-связанные β-глюканы и растворимые арабиноксиланы.
Полезная ферментация — это концепция, разработанная и до сих пор в основном ограничивающаяся исследованиями рационов на основе зерновых культур в рамках умеренного климата, которые уникальным образом наделены нативным или очищенным, легко ферментируемым NSP. Однако у свиней нынешние ферменты кажутся бессильными, особенно в кукурузно-соевых рационах, тем более когда рационы содержат значительное количество побочных продуктов клетчатки.
Взаимодействие между клетчаткой, кишечником и микроорганизмами в пищеварении свиньи сложное. Лучшее понимание лежащей в основе механики может быть достигнуто с помощью моделирования. Моделирование, в свою очередь, требует мощных методов имитации переваривания свиной клетчатки для надежного прогнозирования биогенных эффектов и сопоставления ферментов с диетическим NSP. В исследованиях по питанию свиной клетчаткой используется трехэтапная (желудок, подвздошная и толстая кишка) процедура гидролитического пищеварения in vitro.
Материалы и методы
Тестовые корма (таблица 1) включали кукурузу (Zea mays), ее измельченную и початковую мамалыгу, очищенные соевые бобы (Glycine max) и лузгу, зерна пивного ячменя (Hordeum vulgare L), сено люцерны (Medicago sativa) и пшеницу (Triticum), колос белоцветник (aestivum). Сырье измельчали через сито толщиной 1 мм в аналитической мельнице Ika и сушили в течение 18 часов в печи с принудительной тягой при температуре 100 ºC. Были составлены стандартная кукурузно-соевая смесь (контроль) и два набора тестовых рационов, в которых варианты различались по типам клетчатки (таблицы 2a, 2b), но были одинаково сбалансированы по основным питательным веществам согласно данным NRC (1998). Корма переваривали ферментативно в трехэтапной модели переваривания свиней (Boisen & Fernandez, 1997) с модификациями для максимального переваривания в инкубаторе ANKOM Daisy.
Расщепление пепсином: 2-часовая инкубация в [600 мл 0,1 М фосфатного буфера, pH 6,0 + 240 мл 0,2 М HCl (доведенного до 2,0 pH с использованием 1 М растворов HCl или NaOH)] + 0,6 г свежего раствора пепсина (свинья, 2000 FIPU) /г, Merck № 7190+ 12 мл левомицетина (Sigma № C-0378, 0,5 г/100 мл этанола).
Расщепление панкреатина: 5-часовая инкубация после добавления в среду для расщепления этапа 1 [240 мл фосфатного буфера (0,2 М, pH 6,8) + 120 мл 0,6 М NaOH) (рН доводят до 6,8 с использованием 1 М HCl или NaOH)] + 2,4 г панкреатина (свиной, IV сорт, Sigma № Р-1750).
Фибролиз: 24-часовая инкубация в 750 мл свежего фосфатного буфера (0,1 М, pH 4,8) + либо 12 мл «Вискозима» [Viscozyme L® V2010 120 л, смесь, включающая β-глюканазу, ксиланазу, арабиназу, целлюлазу (120 ФБГ/г), «Ново Нордиск», Багсвард], либо 0,17 г «Роксазима» [Roxazyme® G2 DSM Pvt Ltd, с эндо-1,4-β-глюканазой (8000 ЕД/г), эндо-1,3(4)-β-глюканазой (18000 ЕД/г)] и эндо-1,3(4)-β-ксиланаза (26000 Ед/г). Для остатков волокон HF и LF коктейли смешивали при третьей обработке для проверки синергетического/дополняющего действия ферментов.
Потери сухого вещества после второго и третьего этапов расщепления оценивали гравиметрически путем отмывания жира и растворимых остатков с помощью последовательного осторожного промывания в теплой водопроводной воде, 95% этаноле и 99% ацетоне перед сушкой в печи с принудительным воздухом при 85 °C в течение 18 часов.
Таблица 1. Вариации по сухому веществу (г/кг), химическому (г/кг сухого вещества) и энергетическому (МДж/кг сухого вещества) составу ингредиентов корма для подопытных свиней различного ботанического происхождения
Заключение
Включение высокоуровневых ферментативных побочных продуктов в рационы растущих свиней на основе кукурузы и сои изменило фибролитическую ферментативную эффективность, ферментативность и структуру SCFA в зависимости от ботанического происхождения, что имело важные биогенные последствия. «Роксазим» продемонстрировал низкую активность в разложении нерастворимой клетчатки кукурузы и соевых бобов, что ставит под сомнение его участие в повышении пищевой эффективности в таких диетах. Подход in vitro может стать практическим инструментом для подбора ферментных продуктов к конкретным диетам, а также для скрининга сопутствующих продуктов на предмет калиброванного включения в рацион, чтобы способствовать максимальному ферментативному перевариванию клетчатки и вызвать полезную ферментацию в недорогих волокнистых продуктах из кукурузы, сои и бобов.
