Повышение переваримости клетчатки у жвачных: технологии и стратегии

Клетчатка – необходимый компонент рациона жвачных, в основном получаемый с пастбищными травами, силосом, сенажом, сеном и побочными продуктами переработки. Клетчатка выполняет две важные функции. Во-первых, она способствует слюноотделению, что необходимо для правильного функционирования рубца и поддержания здоровья животных. Вторая и очень важная роль заключается в разложении клетчатки микроорганизмами  рубца с образованием летучих жирных кислот, основного источника энергии для жвачных. Однако способность клетчатки к деградации значительно варьирует. Чтобы лучше понять эту особенность, важно разобраться в структуре и роли клетчатки у растений. Клеточная стенка растительной клетки – сложная и незаменимая структура. Она выполняет барьерную функцию, обеспечивает механическую поддержку тканей, отвечает за их целостность и гибкость, защищает от патогенов и стресса. В состав сырой клетчатки входят пектин, целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин. Целлюлоза и гемицеллюлоза могут разлагаться в рубце с образованием летучих жирных кислот, лигнин же действует как барьер, препятствующий разложению других соединений. Это происходит потому, что для переваривания питательных веществ в рубце требуется выработка определенных ферментов. Однако синтез ферментов, расщепляющих лигнин, в весьма незначителен. 

Многолетние исследования показали, что повышение переваримости клетчатки связано с улучшением продуктивности скота, экономическими преимуществами для хозяйств, снижением воздействия на окружающую среду.  Поэтому активно изучаются различные технологии и стратегии для оптимизации ее переваривания животными. 

Положительно влияет на деградацию волокон клетчатки, делая процесс переваривания более эффективным. Размер частиц кормов играет решающую роль в стимуляции жвачки и слюноотделения, поэтому его уменьшение должно быть умеренным. И наоборот, более длинные частицы могут снизить потребление кормов из-за более медленной скорости прохождения кормовых масс через ЖКТ и ощущения насыщения у животных. Улучшение переваримости при уменьшении резки кормов связано с повышением контактной поверхности. Среди методов наиболее популярны измельчение, дробление, гранулирование. 

Вторая стратегия улучшения усвоения клетчатки заключается в использовании гибридов культур с пониженным уровнем лигнина по сравнению с традиционными. Хорошо известный пример – гибриды кукурузы BMR (Brown-Midrib, “коричневая средняя жилка”). Ferraretto и Shaver в метаанализе сообщили о повышенной усвояемости клетчатки, росте потребления сухого вещества (СВ) и повышении молочной продуктивности коров, получавших кукурузный силос BMR по сравнению с традиционным. Тем не менее, нужно учитывать стоимость силоса BMR по сравнению с простым кукурузным: обычно такой более дорогой корм используют для животных со сниженным потреблением СВ и повышенными потребностями, в первую очередь для коров в транзитный период. Как и кукуруза, сорго BMR также обеспечивает повышение переваримости клетчатки, потребления СВ и производства молока по сравнению с традиционным сорго. Помимо кукурузы и сорго, также разрабатываются технологии улучшения переваримости клетчатки люцерны. 

Это еще одна стратегия для улучшения усвоения клетчатки. Методы включают использование таких веществ, как аммиак, гидроксиды натрия и кальция. Цель этих обработок — разрушить связь между гемицеллюлозой и лигнином и нарушить псевдокристаллическую структуру, тем самым увеличивая доступность фракций клетчатки для бактерий рубца. Однако при использовании химических методов важно соблюдать осторожность, поскольку они могут вызвать интоксикацию скота и коррозию оборудования. Несмотря на потенциальные риски, химические обработки весьма эффективны, особенно для кормов с низкой усвояемостью, в первую очередь различных агропромышленных отходов. При этом такие корма можно применять шире, заменяя ими традиционные и снижая производственные затраты. 

Фибролитические ферменты демонстрируют многообещающие результаты в улучшении переваримости клетчатки, оптимизируют потребление СВ и повышают продуктивность скота. Эффекты от применения ферментов можно разделить на три группы: предпищеварительные, рубцовые и поструминальные. Первая группа включает улучшение состава корма перед скармливанием: снижение содержания целлюлозы и гемицеллюлозы, которые гидролизуются в более доступные для микроорганизмов углеводы. Рубцовые эффекты: углеводы, полученные в результате гидролиза целлюлозы и гемицеллюлозы, быстрее и эффективнее ферментируются микрофлорой рубца. Поструминальные эффекты связаны со снижением вязкости масс в кишечнике. Повышенная вязкость может отрицательно сказаться на всасывании других питательных веществ, некоторые типы гемицеллюлозы ее увеличивают. Если интактная гемицеллюлоза достигает тонкого кишечника, она может препятствовать усвоению кормов, образуя своего рода барьер. Использование ферментов, расщепляющих гемицеллюлозу перед тем, как скармливать корма, может помочь избежать этого. 

Продолжается разработка новых технологий и стратегий, связанных с ферментами. Одно из перспективных направлений — ферменты, гидролизирующие лигнин, при этом интерес представляют некоторые виды грибков, в т.ч. возбудители белой гнили растений. Недавние исследования, проведенные в Университете Маринги (Бразилия) под руководством профессора Л. Зеула в сотрудничестве с профессором П. Пинтро, показали, что ферменты, синтезируемые грибком белой гнили, снижают концентрацию лигнина, целлюлозы и гемицеллюлозы в кукурузном силосе при улучшении деградации клетчатки обработанного субстрата in vitro. Подобные результаты наблюдались на лактирующих козах, когда растительные остатки, содержащие эти грибки, использовались для улучшения кукурузного силоса во время силосования (Agustinho et al., 2021). Тем не менее, стоит отметить, что результаты экспериментов не были последовательными при использовании подобного метода на кукурузном силосе с более низкими концентрациями лигнина, как выявлено в опыте, проведенном исследовательскими группами Университета Маринги и Университета Флориды под руководством профессора А. Фасиолы. 

В заключение следует отметить, что существует множество доступных технологий для повышения усвояемости клетчатки жвачными, а новые методики постоянно тестируются и выводятся на рынок. Выбор способа, наиболее подходящего для конкретных условий, и оценка его рентабельности должны осуществляться специалистами на местах.