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

Background

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

Mais: diversa vitrosità Tipo di endosperma

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

Contenuto in Zeine (% Amido) nel Mais

Pastoni

Granelle mature

Si accumulano durante la maturazione e quindi

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

In Vitro Gas Test Effetto della Granulometria nel MAIS

su Kd e Lag

Gallo et al., 2016. JDS

In Vitro Gas Test Effetto della Granulometria nell’ORZO

su Kd e Lag

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

Ai miei ragazzi dico di avere il Coraggio di guardare oltre …..

Dedicato Ai folli, agli anticonformisti, ai ribelli, ai piantagrane, a tutti coloro che vedono

le cose in modo diverso ….

Perchè solo coloro che sono abbastanza Folli da pensare di poter cambiare il mondo lo

cambiano davvero