In situ and in vitro techniques for studying rumen fermentations: methodology and applications

Lo scopo generale del presente lavoro di tesi è stato quello di studiare le fermentazioni ruminali mediante la tecnica in situ, e le più moderne tecniche in vitro che valutano la digeribilità e la produzione di gas degli alimenti zootecnici. La tesi comprende i risultati di 5 diverse prove sperimentali. L’obiettivo della prima prova è stato quello di valutare la possibilità di ridurre la quantità di campione alimentare incubato all’interno dei filter bags previsti dal sistema DaisyII (da 0,50 a 0,25 g di alimento/filter bag). La suddetta ipotesi è stata verificata analizzando i risultati ottenuti in due differenti prove sperimentali, condotte rispettivamente su 4 e 7 alimenti, il cui comune obiettivo era il confronto dei valori di digeribilità forniti dal DaisyII e da un sistema in vitro tradizionale. I risultati ottenuti hanno dimostrato che, con l’incubazione di 0,25 g di alimento/filter bag, i valori di digeribilità forniti dal DaisyII risultavano complessivamente meno variabili, meglio correlati e comparabili con quelli forniti dal sistema in vitro tradizionale. La seconda prova sperimentale è stata condotta su 11 alimenti e si poneva l’obiettivo di confrontare i valori di digeribilità ottenuti: i) in situ, attraverso l’impiego di due diversi tipi di sacchetto (nylon e filter bags) caratterizzati da una differente porosità (40 e 25 µm); in situ, incubando i campioni alimentari direttamente nel rumine dell’animale, ed in vitro, incubando i campioni alimentari con liquido ruminale prelevato mediante sonda esofagea da bovine non fistolate. I risultati della prova hanno evidenziato che l’utilizzo dei filter bags, in sostituzione dei nylon bags, induceva una sottostima sistematica, ma comunque stimabile, dei valori di digeribilità degli alimenti. I campioni alimentari incubati in vitro con liquido ruminale prelevato da bovine non fistolate hanno fornito valori di digeribilità direttamente proporzionali a quelli incubati in situ. Un tale risultato è sicuramente soddisfacente: la possibilità di utilizzare liquido ruminale prelevato da bovine non fistolate può rappresentare infatti un’importante opportunità per molti centri di ricerca, consentendo di superare le problematiche di natura etica legate all’impiego di bovine sottoposte ad operazione chirurgica per l’applicazione di fistole ruminali permanenti. La terza prova sperimentale è stata condotta sugli stessi alimenti impiegati nel secondo contributo e si poneva l’obiettivo di determinare il valore energetico degli alimenti applicando tre differenti equazioni: i) un’equazione basata sulla composizione chimica dell’alimento e sul valore di digeribilità della fibra misurato in situ dopo 48 h di incubazione (MENRC); ii e iii) due equazioni basate sulla composizione chimica dell’alimento e sulla produzione di gas misurata in vitro dopo 24 h di incubazione (MEMenke e MEUCD). Un secondo scopo era quello di valutare la possibilità di ridurre il tempo di incubazione in situ da 48 a 24 h. I risultati della prova hanno dimostrato che, prendendo come riferimento le stime di valore energetico ottenute applicando l’equazione MENRC, l’equazione MEUCD forniva stime più accurate e precise rispetto all’equazione MEMenke. Tuttavia, il livello di accuratezza e di precisione dell’equazione MEMenke è migliorato notevolmente escludendo i quattro alimenti proteici (PG > 16% SS) dall’analisi. Poiché i valori di digeribilità ottenuti in situ a 24 e a 48 h sono risultati fortemente correlati e hanno evidenziato una riproducibilità comparabile, la riduzione del tempo di incubazione in situ da 48 a 24 h può rappresentare una valida soluzione al fine di contenere i costi di analisi. La quarta prova sperimentale ha valutato gli effetti di due diverse modalità di rilascio del gas (a tempi fissi oppure a pressione fissa) sulle cinetiche di produzione di gas fornite da due alimenti caratterizzati da un differente livello di degradabilità ruminale (un fieno di graminacee e una farina di mais). Ai fini della prova è stato utilizzato un sistema innovativo per la misurazione del gas prodotto dalla fermentazione di matrici alimentari. I risultati della prova hanno evidenziato che la modalità di rilascio del gas ha condizionato significativamente le produzioni di gas fornite dai due alimenti. Tali effetti sono risultati particolarmente rilevanti nel caso della farina di mais e nel caso del rilascio a tempi fissi. Alla luce di questi risultati, quando si adotta la modalità di rilascio a tempi fissi, lo spazio di testa del sistema, la frequenza di rilascio del gas e la quantità di campione alimentare incubato dovrebbero essere opportunamente bilanciati per evitare lo sviluppo di pressioni molto elevate all’interno del sistema, le quali potrebbero alterare le normali cinetiche di produzione del gas. Comunque, al fine di ridurre tali rischi, l’impiego di sistemi che rilasciano il gas a pressione fissa è da ritenersi preferibile. La quinta prova sperimentale ha valutato gli effetti di due sostanze antiossidanti (il BHT ed un estratto di radicchio) dosate a due livelli differenti ed incubate con farina di mais e fieno di graminacee, sui principali parametri ruminali. I risultati della prova hanno evidenziato che i due antiossidanti hanno esercitato effetti poco rilevanti sulla degradabilità ruminale, sulle produzioni di gas e sui profili acidici forniti dai due alimenti. Al dosaggio più elevato, l’estratto di radicchio ha tuttavia migliorato il bilancio azotato ruminale, favorendo un aumento significativo della quota di azoto impiegato dai microorganismi ruminali per la sintesi di proteina batterica.