Gli effetti dell’aggiunta
di zucchero sulla
popolazione batterica
del rumine
Vi proponiamo il riassunto di un articolo pubblicato sul Journal of Animal Science and Biotechnology che illustra gli effetti dell’aggiunta di saccarosio sulla microflora e sui meccanismi biochimici della produzione di acidi grassi a livello ruminale ad una dieta con un alto livello di concentrati.
versi profili di AGV prodotti nel rumine a seguito dell’inclusione di zucchero nella dieta, hanno dato luogo a risultati non sempre sovrapponibili.
Questo anche perché un problema che
si crea quando si effettuano degli studi in vivo è che la produzione di butirrato rischia di venire sottostimata rispetto all’acetato e al propionato, a
causa della maggior velocità di assorbimento del butirrato. Gli studi in vitro sembrano dunque riflettere meglio
le caratteristiche della fermentazione
che avviene a livello ruminale.
L’influenza positiva dello zucchero
sul grasso del latte
Nel rumine, i lipidi introdotti con la
dieta vengono rapidamente idrolizzati,
producendo acidi grassi insaturi che
devono poi essere sottoposti al processo di bioidrogenazione ad opera dei
microrganismi presenti nel rumine, per
diventare saturi. Gli intermedi di questo processo vengono denominati CLA
(Coniugated linoleic acid, coniugati
dell’acido linoleico).
La diminuita produzione di grasso che
viene indotta dalle diete ad alto concentrato, sembra infatti essere associata ad un cambiamento nella “normale” catena di reazioni (la bioidrogenazione trans-10, al posto della bioidrogenazione trans-11), che modifica dunque i prodotti della reazione (Figura 1.)
Quando si ha questa alterazione in fa>>>
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Allo scopo di aumentare l’energia assunta dagli animali e per supportare
una elevata produzione di latte, si sceglie solitamente una dieta per vacche
in lattazione caratterizzata da alti livelli di concentrato.
Di contro però, questa scelta rischia di
indurre negli animali una condizione di
acidosi ruminale e un calo nella produzione di grassi nel latte (MFD, milk fat
depression).
Come fonte di energia alternativa e
contemporaneamente per contrastare
il rischio di acidosi e di MFD, una
quota di amido o di mais della razione può essere sostituita con zucchero.
Gli effetti sono il mantenimento o un
aumento del livello di pH ruminale ed
un incremento di produzione di grasso nel latte.
Prima di questo studio, il meccanismo
d’azione con cui lo zucchero ottiene
questi effetti non era stato ancora ben
documentato a livello scientifico. Per
esempio, vi erano pareri controversi
sul perché lo zucchero, che viene fermentato a livello ruminale molto più
velocemente dell’amido, riuscisse ad
innalzare il pH ruminale.
Una delle ipotesi per spiegare questo
fenomeno, è che la fermentazione dello zucchero provochi un aumento di
produzione di butirrato, a discapito degli altri acidi grassi volatili (AGV), ma
gli studi in vivo e in vitro (ovvero effettuati rispettivamente in campo o in
laboratorio) che hanno indagato i di-
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< Gli effetti dell’aggiunta di zucchero sulla popolazione batterica
del rumine
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vore della via di biodrogenazione
trans-10, vengono prodotti più acidi
grassi del tipo C18:1 trans-10 e CLA
trans-10, cis-12 (entrambi con un effetto “anti lipogenico”) al posto del C18:1
trans-11 e del CLA cis-9, trans-11.
L’influenza positiva dello zucchero sui
grassi nel latte sembra essere sostanzialmente dovuta all’inibizione della via
biochimica mediata dall’enzima trans10-bioidrogenasi.
Le variazioni nella produzione ruminale degli acidi grassi volatili e nelle vie
di bioidrogenazione sono chiaramente
associate direttamente alle variazioni
della microflora ruminale. Ma l’influenza dello zucchero sulla popolazione microbica ruminale e sulle vie metaboliche ruminali non era stata ancora studiata in modo approfondito.
Quello che sembra essere chiaro è che
i batteri produttori di lattato (Streptococcus bovis) o i batteri suoi utilizzatori (Megasphaera elsdenii, Propionibacterium acnes) che proliferano nel
rumine degli animali alimentati con
una dieta alta in concentrato, sono i
maggiori produttori di CLA trans-10,
cis-12 (i grassi “sbagliati”). Invece, Butyribrivio fibrisolvens, il microrganismo che è il principale produttore di
CLA cis-9, trans-11, è molto sensibile
alle diete caratterizzate da un alto livello di amido, quindi con una razione
ricca di concentrato la sua popolazione nel rumine decresce considerevolmente.
Dunque, l’ipotesi più verosimile è quella che la presenza di zucchero possa
inibire la proliferazione dei microrganismi che portano alla trasformazione
dei lipidi della dieta in grassi “sbagliati”, aumentando di conseguenza la sintesi di grasso nel latte.
Questo studio, il primo finora, si é posto l’obiettivo di valutare in vitro gli effetti che una aggiunta di saccarosio ad
una dieta ad alto livello di concentrato ha sulla fermentazione ruminale e
sulle popolazioni batteriche correlate
alla via della bioidrogenazione.
L’impostazione dell’esperimento
È stata formulata una dieta di base
con un rapporto concentrati/foraggi
60:40, che viene integrata con 4 distinti livelli di saccarosio alla percentuale
di 0, 3, 6 e 9% della sostanza secca
(S.S.) in sostituzione dell’amido di
mais. Un campione di 10 g di ciascuna delle 4 razioni é stato incubato con
un campione noto di succo ruminale
prelevato dal rumine di capre in lattazione fistolizzate. È stata prelevata dai
singoli campioni una quantità nota di
materiale alle ore 0 e dopo un periodo di incubazione di 6 h, 12 h e 24 h.
I campioni sono stati sottoposti ad
analisi chimiche e biochimiche per valutare i singoli componenti della dieta e caratterizzare la bioidrogenazione
degli acidi grassi prodotti ai diversi intervalli di tempo; sono poi stati ricercati e quantificati i microrganismi ruminali principalmente coinvolti nelle
reazioni di interesse.
I risultati
La prima osservazione sottolineata dagli autori é stata che l’aggiunta alla
dieta di saccarosio in proporzione del
3 e del 9% della sostanza secca non
ha influenza sul pH ruminale. Il saccarosio non ha avuto effetto sulla concentrazione totale di acidi grassi volatili (AGV) dopo 6 h di incubazione, ma
i singoli profili dei AGV sono risultati
significativamente condizionati. Si è
infatti osservata una diminuzione quadratica dell’acetato e lineare del propionato, mentre la produzione di butirrato è aumentata con l’aumentare
della quota di zucchero aggiunto alla
razione.
Anche le concentrazioni di ammoniaca sono diminuite linearmente con
l’aggiunta di saccarosio. La presenza
dello zucchero ha ridotto linearmente
la produzione di C18:1 trans-10 e aumentato la produzione di C18: 2 trans11. Infine, la popolazione di batteri B.
fibrisolvens dopo 24 h di incubazione
è risultata maggiore con l’aggiunta di
FIGURA 1. CORRELAZIONE TRA LE DIVERSE VIE DI BIOIDROGENAZIONE
RUMINALE E IL CONTENUTO DI GRASSI DEL LATTE
FERMENTAZIONE RUMINALE NORMALE
(Aiutata con l’utilizzo di zuccheri)
FERMENTAZIONE RUMINALE ALTERATA
(Dovuta a diete con elevato
contenuto di amidi)
º
º
CLA cis-9, trans-11, C:18
(Conosciuto anche come acido rumenico,
responsabile per il 90% dei grassi nel
latte, attività anti-cancerogena)
CLA trans-10, cis-12 ,C:18:2
(CLA “sbagliato”, correlato ad una
diminuzione del grasso nel latte)
º
º
Acido vaccenico (trans-11 C18:1)
Trans-10 C18:1
º
º
Acido stearico (C18:0)
Acido stearico (C18:0)
saccarosio, mentre la popolazione di
M.esldenii è diminuita.
L’interpretazione dei risultati
I risultati della maggior produzione di
butirrato e della minore produzione di
acetato e propionato sono simili a
quelli osservati da altri studi in vitro e
in vivo.
La proporzione di butirrato rilevata è risultata aumentata in tutti gli altri studi, quindi si può affermare che la fermentazione dello zucchero comporta
un incremento della produzione di butirrato a livello ruminale. Uno studio
passato aveva suggerito che l’aumento del butirrato potrebbe essere spiegato in seguito alla trasformazione di
acido lattico in butirrato da parte dai
batteri M. elsdenii. In questo studio la
popolazione di M. elsdenii è diminuita
con l’aggiunta di saccarosio e quindi
quest’ipotesi non è applicabile. I ricercatori in questo esperimento hanno invece rilevato un aumento del batterio
B. fibrisolvens, microrganismo che potrebbe essere responsabile dell’incre-
mento nella produzione di butirrato,
come dimostrato in precedenti studi. Il
butirrato è uno dei principali precursori del grasso nel latte ed un suo aumento potrebbe aiutare a spiegare la
maggior produzione di grasso nel latte che si osserva negli studi in vivo in
cui vengono formulare diete con zuccheri.
Il pH ruminale e la produzione di AGV
totali sono rimaste inalterate, coerentemente con i risultati precedenti. Questo suggerisce che la rapida scomparsa dello zucchero di per se, non implica un aumento delle fermentazioni ruminali e un calo del pH. Infatti, gli studi
che
hanno
segnalato
una
diminuizione del pH ruminale con l’aggiunta di saccarosio non avevano sostituito una quota di amido e usavano
diete a basso contenuto di foraggio e
altissime dosi di saccarosio (20% sulla s.s.). Quindi, possiamo concludere
che l’inclusione di saccarosio fino al
9% nella dieta non dovrebbe aumen>>>
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Acido linoleico (cis-9, cis-12 C18:2)
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del rumine
LA BIOIDROGENAZIONE DEI GRASSI INSATURI NEL RUMINE
Il metabolismo dei grassi nel rumine prevede due fasi:
1) idrolisi: operata dai batteri ruminali, viene ridotta quando si abbassa il
pH ruminale;
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2) bioidrogenazione: gli acidi grassi insaturi liberi hanno un effetto negativo
sull'ecosistema ruminale, perché interagiscono con le particelle di fibra
creando attorno ad esse un film proteico che ne riduce la digeribilità e
manifestano anche un effetto citotossico sulle membrane cellulari dei batteri ruminali. Grazie al processo di bioidrogenazione (idrolizzazione e isomerizzazione) gli acidi grassi insaturi vengono dunque trasformati in acidi grassi saturi che hanno invece un effetto benefico anche per i consumatori degli alimenti in cui sono contenuti.
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Titolo originale:
“Partially replacing
cornstach in a highconcentrate diet with
sucrose inhibited the
ruminal trans-10
biohydrogenation
pathway in vitro by
changing populations
of specific bacteria”
Autori: Xiaoqin Sun,
Yaping Wang, Bo
Chen and Xin Zhao
Fonte: Journal of
Animal Science and
Biotechnology (2015);
6:57
tare il rischio di acidosi ruminale. Una
possibile spiegazione è la diminuzione
della produzione di protoni nel rumine,
a causa della maggior produzione di
butirrato alle spese del propionato e
dell’acetato.
È stato dimostrato anche che il saccarosio inibisce il cambiamento della
biodrogenazione ruminale nel senso
trans-10, riducendo la produzione di
C18:1 trans-10 (grassi “sbagliati”) e aumentando la produzione di C18: 2
trans-11. L’aumentato rapporto trans11/trans-10 nel fluido ruminale viene
considerato indicatore di un cambiamento nella popolazione microbica ruminale. Le analisi biochimiche dei campioni dopo 24h di incubazione hanno
mostrato che sostituire una quota di
amido di mais con saccarosio accresce la popolazione dei batteri ruminali B. fibriosolvens, che producono CLA
cis-9, trans-11 e riduce il numero di
una delle specie (M.elsdenii) che producono CLA trans-10, cis-12.
Essendo il principale microrganismo
cellulosolitico e produttore di butirrato
nel rumine, B. fibriosolvens ha una ele-
vata affinità verso l’utilizzazione
maltosio e del saccarosio, il che
trebbe giustificare l’aumento del
mero di questi batteri quando si
giunge zucchero nella dieta.
del
ponuag-
Conclusioni e spunti
I ricercatori concludono che sostituire
l’amido di mais in una dieta ad alto livello di concentrati con saccarosio non
altera il pH ruminale e la concentrazione di acidi grassi totali, ma aumenta
la proporzione molare di butirrato.
Inoltre, l’aggiunta di saccarosio nella
dieta inibisce la via ruminale della
trans-10 bioidrogenasi, come evidenziato dalla diminuita proporzione di
C18:1 trans-10 e dall’aumento della
proporzione di C18: trans-11.
Questi cambiamenti sembrano essere
legati ad un aumento della popolazione del microrganismo ruminale B.fibriosolvens ed al decrescere delle colonie di M. elsdenii e possono giustificare l’aumento della sintesi del grasso
nel latte, che si osserva quando si includono zuccheri in sostituzione all’amido nella dieta di ruminanti.
