THE EFFECT OF YEAST CULTURE SC – 47 DIFFERENT ADITION ON RUMEN FERMENTATION OF COWS VLIV ODSTUPŇOVANÉ DÁVKY KVASINKOVÉ KULTURY SC-47 NA CHARAKTERISTIKY BACHOROVÉ FERMENTACE KRAV Doležal J., Doležal P. Ústav výživy a krmení hospodářských zvířat, Agronomická fakulta, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 00 Brno, Česká republika. E-mail:
[email protected]
ABSTRACT The thesis submitted is aimed at the study of effects by the Saccharomyces cerevisiae SC 47 yeast culture on indices of the rumen fermentation in cows. The results indicate that the SC – 47 additivum within the ration recommended has led to a higher production of volatile fat acids (VFA) in the rumen of dairy cows under our experimental conditions. At feeding with Saccharomyces cerevisiae SC-47, the trend was found of number increase in protozoa in the cows´ rumen fluid and of a better use of ammonia. The results indicate that the SC-47 effect on ruminal digestion improvement is also conditioned by feeding ration structure and quality, dairy cows´ health state, total utility, but also by zoohygienical conditions. The results of using the yeast cultures are noted for a relatively great variability. Keywords: yeast culture, pH, VFA, ammonia, protozoa
ABSTRAKT V tomto pokusu jsme sledovali vliv odstupňované dávky kvasinkové kultury Sacharomyces cerevisiae (kmen 47), aplikované v produkční směsi v množství 2, 4, 6, 8 a 10 g/ks a den na hodnotu pH, koncentraci TMK, obsah NH3 a na množství infusorií v bachorové tekutině krav. Tyto pokusné varianty byly porovnány s kontrolní skupinou bez přídavku SC. Z výsledků byla zjištěna jednoznačná statisticky významná souvislost mezi rostoucí dávkou kvasinkové kultury a úrovní jednotlivých biochemických parametrů, zejména v hodnotách obsahu TMK, amoniaku a nálevníků. Těsná souvislost však nebyla již potvrzena u jednotlivých těkavých mastných kyselin. Hodnota pH bachorové tekutiny byla přídavkem kvasinkové kultury ve všech koncentracích statisticky vždy významně nižší, než u krav kontrolní skupiny. Tato hodnota však ležela v doporučeném referenčním rozmezí. Klíčová slova: kvasinková kultura, pH, TMK, NH3, infusoria
ÚVOD Tento pokus pojednává o vlivu termostabilního kvasinkového koncentrátu na bázi Sacharomyces cerevisiae (SC- 47) na vybrané ukazatele bachorové fermentace krav. Zásluhou velkého rozvoje biotechnologií, který se uskutečnil v průběhu posledních 50 let, byla pro potřeby potravinářského průmyslu objevena celá řada nových, velmi účinných kmenů kvasinek. O tom, že jsou tyto mikroorganismy pro lidskou výživu zcela bezpečné, svědčí mnohá fakta a je velmi pravděpodobné, že tyto kmeny budou v potravinářství využívány stále větší měrou, především ke zlepšení organoleptických vlastností a nutriční hodnoty potravin. V případě kvasinek lze jejich bariérových efektů využít při prevenci patogenních infekcí zvířat i lidí a ke stimulaci imunologické obranné reakce hostitelského organismu. Poznatky, které se získaly o genomu kvasinek druhu Sacharomyces cerevisiae zásluhou rozvoje metod molekulární biologie kromě toho také naznačují, že tento mikroorganismus má velkou šanci být v již blízké budoucnosti stále více a více používán. V minulosti byly kvasinky používány k tomu, aby ve velkých anaerobních inkubátorech (fermentorech) produkovaly z různých substrátů (např. melasy, sladu nebo dokonce i ropy) velká kvanta proteinové biomasy. Dietetici v této souvislosti přišli velmi rychle s myšlenkou přidávat kvasnice jako krmivo a zvířatům tak v podávané krmné dávce zajistit větší přísun bílkovin (CARTER a PHILLIPS, 1944 – cit. JOUANY, 2001; STECKLEY a kol.,1979 – cit. JOUANY, 2001; JOHNSON a REMILLARD, 1983 – cit. JOUANY, 2001). Z tohoto důvodu pak byly kvasnice zvířatům podávány ve velkých kvantech jako proteinový doplněk. S používáním malých množství živých kvasinkových buněk jako probiotik se začalo po roce 1940 (RENZ, 1954 – cit. JOUANY, 2001; BEESON a PERRY, 1952 – cit. JOUANY, 2001). Od té doby již byla provedena celá řada pokusů s přidáním kvasinek druhu Sacharomyces cerevisiae jako probiotik do krmných dávek pro přežvýkavce. Kvasinkové kultury se tak v průběhu minulých let staly standardní složkou diet jak pro přežvýkavce, tak pro monogastrická zvířata.
METODIKA Charakteristika kvasinkové kultury Biosaf Kvasinkový preparát BIOSAF je termostabilní koncentrát obsahující jako účinnou látku živé nepatogenní kvasinky rodu Sacharomyces cerevisiae (SC) kmen SC-47 (NCYC) Výrobek obsahuje min. 8*109 CFU/1 g (±0,27*1010) Preparát BIOSAF se vyznačuje: •
vysokou stabilitou během peletování a skladování
•
obsah sušiny 91-94 %
•
obsah NL 38-45,5 % v 1 kg sušiny
•
vysokou teplotní stabilitou (od - /+ 80oC do 70oC)
•
Nejsou popsány žádné nežádoucí látky nebo účinky na růst a fyziologii trávení (rovnováhu bachorové a střevní mikroflóry) při přebytku BIOSAFu
•
dávkování pro skot 5 g /ks a den, ve směsích pro monogastrická zvířata 0,5-1 kg/t
•
dobrou snášenlivostí zvířat
•
stabilita výrobku po dobu skladování 12 měsíců nebo 3 měsíce pro zapracování do krmiva
Kvasinkový preparát Biosaf byl v pokusných variantách aplikován ve směsích pro dojnice (součást premixu produkčních směsí) v dávkách 2,4,6,8 a 10g na kus a den. Analytické metody: Příprava vodného výluhu pro stanovení kyselosti vodného výluhu, amoniaku, pH a hlavních fermentačních ukazatelů byly stanoveny metodou popsanou v práci (DOLEŽAL, 2002). Obsah těkavých mastných kyselin byl stanoven pomocí plynové chromatografie popsané HARTMANEM (1980). Obsah kyseliny mléčné byl stanoven kapilární izotachoforetickou analýzou pomocí analyzátoru ITP s vnitřním průměrem separační kolony 0,5 mm a analytické kolony 0,2 mm o délce 300 mm. Obsah etanolu byl stanoven plynovou chromatografií popsanou HARTMANEM (1974). Odběr a analýza bachorové tekutiny Odběr bachorové tekutiny byl proveden přímo na stání, kdy se zvíře nejprve fixovalo pomocí nosního skřipce. Vlastní odběr bachorové tekutiny skotu se realizoval perorálně, jícní sondou napojenou na podtlakovou ruční pumpu podle postupu popsaného HOFÍRKEM a DVOŘÁKEM (2002). Odebraný vzorek bachorové tekutiny byl zchlazen ve speciální brašně s ledem a po přepravě do laboratoře nejprve zfiltrován přes gázu a následně analyzován na obsah těkavých mastných kyselin, kyseliny mléčné, pH, amoniaku a počet infuzórií. Před chemickým rozborem bylo provedeno smyslové posouzení. Vlastní analýza bachorové tekutiny včetně stanovení nálevníků, byla provedena podle metody popsané HOFÍRKEM a DVOŘÁKEM (2002). Celkové vyhodnocení nálevníků ve FuchsRosenthalově komůrce pod mikroskopem se provedlo podle vzorce:
X=Y *320*20, kde: X=počet nálevníků v 1 ml bachorové tekutiny Y=počet nálevníků ve všech polích Fuchs-Rosenthalovy komůrky 320=index komůrky 20=ředění bachorové tekutiny. Hodnoty byly porovnány s referenčními hodnotami podle VRZGULY a kol. (1990).
VÝSLEDKY A DISKUZE Vliv přídavku odstupňované koncentrace kvasinkové kultury SC-47 na biochemické ukazatele bachorové fermentace jsou presentovány v
grafech 1-4. V
grafu 1 je
dokumentován vliv přídavku kvasinkové kultury SC-47 na průměrnou hodnotu pH bachorové tekutiny. Z dosažených výsledků je zřejmé, že hodnota pH je na spodní hranici referenčního rozmezí a je nižší, než u krav kontrolní skupiny (6,3). V tomto pokusném sledování se nepodařilo prokázat konstatování jiných autorů (LYONS, 1993; AUCLAIR, 2004; ILLEK, 2004; KAMRA a kol., 2002 ) o zvýšení a stabilizaci pH bachorové tekutiny přídavkem kvasinek a jsou v souladu s výsledky KUNG a kol. (1997), PUTNAM a kol. (1997), kteří rovněž neprokázali stabilizační efekt na hodnotu pH a další fermentační produkty. V grafu 2 je uveden efekt přídavku kvasinkové kultury SC-47 na produkci TMK v bachoru. Podle DVOŘÁKA (1994), BÍREŠE (2000), VRZGULY a kol. (1990) se celkové množství TMK a jejich proporcionální zastoupení jednotlivých kyselin v bachoru mění v závislosti na kvalitativním a kvantitativním složení krmné dávky a její hygienické jakosti. Fyziologické referenční rozmezí je většinou autorů uváděno od 80-120 mmol/l bachorové tekutiny, resp. 1,10-1,65 gramů/100 ml, přičemž za spodní hranici se považuje hodnota 0,85 g/100 ml. Z dosažených výsledků je patrné, že přídavek kvasinkové kultury v odstupňované koncentraci vedl ke zvýšení produkce TMK z 0,84 g až na 1,28 g/100 ml tekutiny. Dosažené výsledky jsou v souladu s jinými autory (LYONS, 1993; ILLEK, 2004; PESTEVSEK a kol., 1998; BRYDL a kol., 2002; KAMRA a kol., 2002 a jiní). Naopak ALSHAIKH a kol. (2002), PUTNAM a kol. (1997) nezjistili žádné změny v produkci bachorových TMK. Vliv přídavku kvasinek na produkci amoniaku v bachorové tekutině je zřejmý z výsledků v grafu 3. Z výsledků je zřejmé, že přídavek kvasinek vedl k lepší utilizaci amoniaku ve srovnání s kravami kontrolní skupiny. Dosažené výsledky potvrzují zjištění ILLKA (2004), LYONSE (1993), KAMRA a kol. (2002), ALSHAIKH a kol. (2002) a další. Naproti tomu PUTNAM a kol. (1997) nezjistili žádný významný vliv na obsah amoniaku v bachorové tekutině, zatímco NEWBOLD a kol. (1990) prokázali jeho zvýšení. SPANN
(1993) uvádí, že rovnováha mezi odbouráváním a syntézou bakteriálního proteinu je v krmné dávce s obsahem 13 % NL a při koncentraci energie od 5,9 MJ NEL v 1 kg sušiny. Výše bakteriální syntézy proteinu závisí velmi podstatně také na dostatečném zásobení energií. Z vícero prací je možné konstatovat, že mikrobiální proteosyntéza úzce koreluje s množstvím pohotové energie. Syntéza 7,5-10,5 g proteinu vyžaduje 1,0 MJ ME. Nedostatek pohotové energie vede k redukci mikrobiálního proteinu a snížení počtu nálevníků. Je také prokázáno, že dochází k relativně nízké syntéze proteinu v bachoru, když krmné dávky obsahují vysoký podíl jadrných krmiv, vyšší než 70 %. Vyšší nález amoniaku odpovídá nízkému podílu objemných krmiv v krmné dávce a většímu zastoupení v bachoru rychle degradovatelných látek (SOMMER a PETRIKOVIČ, 2003). Vliv přídavku kvasinkové kultury na průměrný obsah bachorových infusorií je zhodnocen v grafu 4. Dosažené výsledky jednoznačně ukazují, že rostoucí koncentrace kvasinek ve zkrmované dietě významně stimuluje metabolickou aktivitu bachorových nálevníků, která se projevila zvýšením jejich počtu. K podobným závěrům dospěli také ILLEK (2004), LYONS (1993), YOON a STERN (1996), STRZETELSKI a kol. (1996), AUCLAIR (2004) a další. Naproti tomu KAMRA a kol. (2002) žádné pozitivní ovlivnění činnosti infusorií přídavkem kvasinek do krmné dávky dojnic nezjistili. Podle BAXE (2004) se na produkci mikrobiálního proteinu podílejí bachoroví nálevníci až z 50 %, zatímco ZELENKA (1990) uvádí, že mikrobiální bílkovina není u dojnic s vysokou užitkovostí zcela plnohodnotná, neboť v ní chybí některé esenciální aminokyseliny. Jakákoliv redukce vede k omezené syntéze mikrobiální bílkoviny. Protozoa jsou velmi citlivá zejména na změny pH, a proto při každém snížení této hodnoty rychle zmizí z bachorové tekutiny. Z výsledků vyplývá jednoznačná statisticky významná souvislost mezi rostoucí dávkou kvasinkové kultury a počtem nálevníků v 1 ml bachorové tekutiny. Tato zjištění jsou v souladu s dřívějším konstatováním ALSHAIKH a kol. (2002), kteří zjistili podobné souvislosti mezi dávkou kvasinkových kultur a ukazateli bachorové fermentace. Z výsledků vyplývá jednoznačná statisticky významná souvislost mezi rostoucí dávkou kvasinkové kultury a úrovní jednotlivých biochemických parametrů, zejména v hodnotách obsahu TMK, amoniaku, nálevníků, méně již u jednotlivých těkavých mastných kyselin. Hodnota pH bachorové tekutiny byla přídavkem kvasinkové kultury ve všech koncentracích statisticky významně (P<0,05) nižší, než u kontrolních krav.
Graf 1-Vliv odlišné dávky SC-47 na hodnotu pH bachorové tekutiny
6 pH
6,3
6,15
6,12
6,11
6,12
6,14
2
4
6
8
10
4 0
12
Koncentrace SC- 47 (g/den)
G
r
a
f
2
-
V
l i v
o
d
l i š
2
,
n
é
d
á
v
k
y
S
C
-
4
7
n
a
k
o
n
c
e
n
t
r
a
c
i
T
M
K
v
b
a
c
h
o
r
o
v
é
t
e
k
u
t
i n
ě
5
2
TMK (g/100g) bachor.tekut
1
,
5
1 1 1 1
,
0
0
,
,
1
1
1
,
1
1
6
,
2
1
a
d
,
2
8
4
0
,
8
4
5
0 0
5
1 g
S
C
/
k
s
e
0
1
5
n
Graf 3-Vliv odlišné dávky SC-47 na obsah NH3 v bachorové tekutině
NH3 (mmol/l)
10 9,06
9
8,76
8
8,68
9
9
8,12
7 6 0
2
4
6
8
10
12
g SC /ks a den
infusoria (tis/ml)
Graf 4-Vliv rozdílné koncentrace SC - 47 na obsah infusorií v bachorové tekutině
350 337
351,2
359,2
372
384,8
302 250 0
2
4
6 g SC /ks a den
8
10
12
ZÁVĚR Z dosažených výsledků uvedených v této práci vyplývají následující závěry. Přídavek kvasinkové kultury v podmínkách daného pokusu vedl : •
ke stabilizaci nejen hodnoty pH bachorové tekutiny
•
ke zvýšení produkce TMK
•
lepší utilizaci (snížení) obsahu amoniaku v bachorové tekutině
•
ke zvýšení obsahu bachorových nálevníků
•
ke zvýšení mléčné produkce
•
ke zvýšení obsahu mléčných složek (zejména bílkoviny a tuku). Vlastní stabilizace fermentace v bachoru pomocí kvasinek, má pozitivní vliv také na
úrovni samotného organismu zvířete, neboť napomáhá při regulaci metabolických procesů organismu. V této souvislosti je třeba mít také na paměti, že vliv použitých kvasinek na zvířata je rovněž značně závislý na konkrétním složení krmné dávky, množství a formě využitelné energie a vzájemném poměr k obsahu bílkovin v krmné dávce. Specifický význam v celkovém posouzení vlivu na metabolismus trávení bude mít i konkrétní použitý kmen kvasinek. Z literatury vyplývá, že ne všechny preparáty obsahující rozdílné kmeny kvasinek druhu Sacharomyces cerevisiae jsou stejně účinné. Tato skutečnost otevírá prostor pro další hledání a studium nových kmenů, které se budou vyznačovat stále specifičtějšími vlastnostmi.
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ALSHAIKH, M. A., ALSIADI, M. Y., ZAHRAN, S. M. a kol.: Effect of feeding yeast culture from different sources on the performance of lactating Holstein cow in Saudi Arabia. Asian Australasian Journal of Animal Science, 2002, 15:3, 352-356. AUCLAIR, E.: Kvasinky saccharomyces cerevisiae: Nová skupina krmných aditiv pro budoucnost. In. Perspektivní aditiva ve výživě zvířat, Průhonice u Prahy: 2004, (osobní nepublikované sdělení). BAX, J.:Ovlivnění činnosti bachoru. In: Odborný seminář „Výživa dojnic“, 2. března 2004, (osobní sdělení).
BÍREŠ, J., VAJDA, V., JENČÍK, F. a kol.: Stratégia a taktika riešenia produkčných a zdravotných porúch v chovoch dojníc. In. IV. Dni výživy a veterinárnej dietetiky. Košice, 2000, s. 21-25 BRYDL, E., BATA, A., RAFAI, P. a kol.: Effect of viable Saccharomyces cerevisiae on rumen fermentation, acid-base metabolism and milk production in dairy cows. Magyar-AllatorvosokLapja, 2002, 50:9, 543-548. DOLEŽAL, P. 2002: Vliv přídavku Lactobacillus plantarum DSM 12771 na kvalitu siláží silně zavadlé vojtěšky a trávy. Acta univ. agric. et silvic Mend. Bruno, 2002, 5, s. 37-44. DVOŘÁK,
R.:
Charakteristika
fermentačních
procesů
v bachoru.
In:
Biotechnologie
v krmivářském průmyslu. VÚVZ Pohořelice, 1994, s. 21-24. HOFÍREK, B., DVOŘÁK, R. Metody odběru bachorové tekutiny a její praktický význam. Farmář, 2002, 7, s. 46-47. ILLEK, J.: Vliv kvasinek Sacharomyces cerevisiae na fermentační procesy v bachoru a skladbu mléka dojnic. In. Perspektivní aditiva ve výživě zvířat, Průhonice u Prahy: 2004, (osobní nepublikované sdělení). JOUANY, J. P.: Dvacet let výzkumu kvasinkových kultur a jejich masivní nástup v současné době ve výživě přežvýkavců. In. Sborník z 15. evropského přednáškového turné firmy Alltech. Brno, 2001, s. 29-39. KAMRA, D. N., CHAUDHARY, L. C., NEETA, A. a kol.: Growth performance, nutrient utilization, rumen fermentation and enzyme activities in calves fed on Saccharomyces cerevisiae supplemented Diet. Indian Journal of Animal Sciences, 2002, 72:6, p. 472-475. KUNG, L., KRECK, E. M., TUNG, R. S. a kol.: Effects of a live yeast culture and enzymes on in vitro ruminal fermentation and milk production of dairy cows. Journal of Dairy Science, 1997, 80:9, 2045-2051. LYONS, T. P.: Požadavky současnosti na vývoj biotechnologických metod v oblasti výživy a krmení zvířat. In: Biotechnologie ve výživě zvířat. VII. Evropské přednáškové turné, Brno, 1993, s. 11-24. PESTEVSEK, U., PITAMIC, S., ZUST, J.: Influence of addition of yeast culture to diets of dairy cows in postpartal period on body weight ruminal fermentation and milk production. ZbornikVeterinarske-Fakultete Univ. Ljubljana, 1998, 35:1-2, 63-69. PUTNAM, D. E., SCHWAB, C. G., SOCHA, M. T. a kol.: Effect of yeast culture in the diets of early lactation dairy cows on ruminal fermentation and passage of nitrogen fractions and amino acids to the small intestine. Journal of Dairy Science, 1997, 80:2, 374-384.
SOMMER,
A.,
PETRIKOVIČ,
P.:
K problémom
výživy
vysokoprodukčných
dojníc.
Agromagazín, č. 11, 2003, s. 32-35. SPANN, B.: Fütterungsberater Rind, Kälber, Milchvieh, Mastrinder. Verlagsunion AGRAR, 1993, 183 s. VRZGULA, L., ALIJEV, A. A., BAREJ, W. a kol.: Poruchy látkového metabolizmu hospodárskych zvierat a ich prevencia. Príroda Bratislava, 1990, 494 s. ZELENKA, J.: Základy výživy a krmení přežvýkavců. In. Skripta VŠZ Brno, 1990, 81 s.
Příspěvek byl zpracován v rámci Výzkumného záměru MSM 432100001.
