Улучшение усвоения питательных веществ молочными коровами имеет важное значение для снижения затрат на кормление и повышения эффективности производства. В новом исследовании оценивалось, может ли добавление фермента, расщепляющего белок (протеазы), в рацион лактирующих коров джерсейской породы улучшить молочную продуктивность, усвоение питательных веществ и здоровье животных. Были протестированы две формы фермента: один в свободной форме и другой, защищенный оболочкой для предотвращения его деградации в рубце.
Поиск способов повышения эффективности кормления в молочном животноводстве привел к использованию добавок, способных оптимизировать усвоение питательных веществ, особенно белковых фракций, которые представляют собой одну из самых высоких статей расходов в рационах жвачных животных.
В этом контексте экзогенные ферменты широко исследовались как стратегия повышения усвояемости корма и улучшения эффективности использования питательных веществ у животных.
Среди них выделяются протеазы благодаря их способности гидролизовать белки на пептиды и аминокислоты, тем самым облегчая их усвоение и метаболическое использование. Кислые (или кислотные) протеазы, такие как те, которые получают путем ферментации Aspergillus niger, проявляют пепсиноподобную активность и особенно эффективны в условиях низкого pH.
Пепсиноподобная активность — это способность ферментов (в основном желудочного сока) расщеплять белки, аналогично тому, как это делает главный фермент желудка — пепсин. Этот термин часто используют в лабораторной диагностике при анализе желудочной секреции.
Несмотря на их потенциал, исследования, оценивающие изолированное использование протеаз у жвачных животных, все еще ограничены, а имеющиеся результаты противоречивы. Как исследования in vitro, так и in vivo показали, что включение протеаз может усиливать деградацию компонентов клеточной стенки растений путем нарушения белково-волоконных связей, присутствующих в кормах.
У молочных коров, получающих высококонцентрированные рационы, добавление протеаз было связано с улучшением усвояемости питательных веществ и положительными изменениями в составе молока.
Однако серьезной проблемой, влияющей на эффективность ферментов у жвачных животных, является их стабильность в рубцовой среде, где они могут быстро разрушаться рубцовой микробиотой, ограничивая свою активность до достижения мест оптимального действия.
Для преодоления этого ограничения были предложены стратегии защиты ферментов, позволяющие модулировать место и скорость высвобождения ферментов вдоль желудочно-кишечного тракта.
Такие технологии, как инкапсуляция, липидное покрытие или полимерные матрицы, использовались для защиты биоактивных соединений от рубцовой деградации, обеспечивая их частичное высвобождение в рубце или преимущественную доставку в поструминальные отделы, такие как сычуг и тонкий кишечник.
Среди подходов к инкапсуляции выделяются системы на основе природных полимеров, таких как альгинат, поскольку они основаны на процессах ионного гелеобразования для образования стабильных матриц, реагирующих на условия желудочно-кишечного тракта.
В этом контексте технология защиты, использованная в данном исследовании команды экспертов из Бразилии, основанная на образовании сшитых кальцием частиц альгината, заслуживает особого внимания, поскольку она может напрямую влиять на стабильность ферментов в рубце и профиль их высвобождения в поструминальных условиях. Хотя этот подход широко применялся к таким питательным веществам, как защищенные в рубце аминокислоты и липиды, а также к некоторым добавкам, включая эфирные масла и фибролитические ферменты, исследований, специально посвященных оценке защищенных протеаз у жвачных животных, по-прежнему мало.
Данные исследований с использованием других экзогенных ферментов свидетельствуют о том, что технологии защиты могут повысить стабильность и эффективность ферментов, предотвращая их преждевременную деградацию, что приводит к более стабильному воздействию на усвояемость и продуктивность животных.
Таким образом, целью настоящего исследования было оценить влияние включения кислой (кислотной) протеазы в свободной и защищенной формах в рацион лактирующих коров джерсейской породы на продуктивность, состав молока, здоровье животных, усвояемость питательных веществ и модулирование рубцовой среды.
В эксперименте участвовали пятнадцать многорожавших коров (67 ± 7,5 дней лактации; 27,5 ± 3,5 кг/день). Группы включали: контроль (без фермента), свободную протеазу (4,4 г/день) и защищенную протеазу (4,4 г/день).
В этом эксперименте использовалась кислая протеаза, предоставленная компанией Tectron. Фермент получен путем ферментации Aspergillus niger (источник аспарагиновой протеазы, пепсин-эквивалентной активности), с гарантированной минимальной протеазной активностью 20 000 Ед/г. Защищенная форма была разработана с использованием инкапсуляции на основе альгината для повышения стабильности фермента в рубцовых условиях.
Итоги и выводы
Включение протеазы не повлияло на потребление сухого вещества, надои молока или эффективность корма (p > 0,05).
Однако свободная протеаза увеличила продолжительность лактации (p = 0,05) и улучшила удои молока с поправкой на жирность и энергетическую ценность (p ≤ 0,02), при этом для защищенной протеазы наблюдались промежуточные результаты.
Содержание жира и белка в молоке было выше у коров, получавших ферменты (p ≤ 0,05), в то время как другие параметры состава оставались неизменными.
Кажущаяся усвояемость сырого протеина была выше у коров, получавших свободную протеазу (p = 0,037), при этом не наблюдалось влияния на усвояемость сухого вещества или клетчатки.
Потребление протеазы увеличило общую концентрацию летучих жирных кислот и основных продуктов ферментации (ацетат, пропионат и бутират; p ≤ 0,01), что указывает на усиление рубцовой ферментации.
Метаболиты крови показали повышенный общий уровень белка и глобулина у коров, получавших свободную протеазу (p ≤ 0,05), что свидетельствует об улучшении белкового обмена.
Анализ микробиоты не выявил различий в альфа- или бета-разнообразии; однако, в результате обработки, в частности в поструминальных отделах, происходила модуляция определенных микробных таксонов и прогнозируемых метаболических путей.
В заключение, экзогенная протеаза, особенно в свободной форме, улучшила усвоение белка и скорректировала производство молока без нарушения микробной стабильности. Эти результаты подчеркивают потенциал протеазы как стратегии питания для повышения эффективности молочного производства за счет целенаправленной модуляции рубцовой функции и метаболизма питательных веществ.