Gli oli essenziali (OE) e i tannini attirano da decenni l’attenzione dei nutrizionisti poiché potrebbero rappresentare una strategia efficace per modulare le fermentazioni microbiche ruminali basata su composti naturali e come tali suscettibili ad essere accettati dall’opinione pubblica (Vasta et al., 2019).

L’attuale sfida del cambiamento climatico ha intensificato la ricerca verso integratori alimentari in grado di ridurre la formazione di metano ruminale e di ammoniaca, con quest’ultima che si traduce in una minore escrezione urinaria di azoto limitando, quindi, le emissioni come il protossido di azoto dal letame (Lind et al., 2023).

Gli OE sono stati inizialmente studiati per la loro idoneità a sostituire in parte gli antibiotici nella produzione animale (McIntosh et al., 2003). Nel frattempo, l’attenzione è stata posta maggiormente su questioni rilevanti dal punto di vista ambientale, in particolare sulla riduzione delle emissioni di metano (Honan et al., 2021).

Per quanto riguarda i tannini alimentari, le loro proprietà inizialmente considerate negative perché mostravano un effetto inibente sulle attività cellulosolitiche e proteolitiche nel rumine, si sono rivelate un modo per mitigare l’emissione di metano e l’escrezione urinaria di azoto (Castro-Montoya et al., 2015). Inoltre, è stato descritto che i tannini, a seconda che abbiano una struttura idrolizzabile o condensata, hanno anche un effetto modulatore o inibitorio sulla bioidrogenazione ruminale (Vasta et al., 2019). I risultati finora hanno portato anche ad alcuni prodotti commerciali basati su composti a base di OE (EOC) o estratti di tannino. Ad esempio, è stato scoperto che il prodotto Agolin Ruminant, contenente principalmente olio di coriandolo, acetato di geranile ed eugenolo come EOC (Castro-Montoya et al., 2015), riduce sia la produzione di metano (Belanche et al., 2020) che la formazione di ammoniaca (Carrazco et al, 2020). Allo stesso modo, gli estratti tanniferi del quebracho e del castagno vengono commercializzati anche come integratori alimentari.

I composti attivi vegetali possono agire nelle vie metaboliche del rumine a diversi livelli; pertanto, la combinazione di diversi composti può rappresentare un’utile strategia per modulare la fermentazione microbica ruminale. Tuttavia, gli integratori potenzialmente efficaci sono stati raramente studiati per l’additività del loro effetto quando forniti in miscela. Sono possibili numerose combinazioni di fonti di tannino ed EOC. Per questo motivo, nello studio di Foggi et al. (2022) è stato fatto un ampio lavoro di screening in vitro a breve termine con il test dei gas di Hohenheim, e i risultati hanno indicato che esisteva un’ampia gamma di risposte di diverse combinazioni con diverso potenziale attenuante riguardante i tessuti ruminali, e la formazione di metano e ammoniaca, confrontati con entrambi gli estratti di tannini o solo EOC. Con i parametri considerati non è stato tuttavia possibile fornire una valutazione approfondita delle ragioni alla base dei maggiori potenziali di mitigazione misurati con alcune miscele. Inoltre, i risultati descrivono solo una risposta preliminare e a breve termine.

La tecnica di simulazione del rumine a funzionamento semi-continuo (Rusitec) è un approccio più sofisticato per testare le combinazioni promettenti (Czerkavski et al., 1977). Questo simulatore consente la valutazione della degradabilità dei nutrienti e della produzione di un singolo gas in un periodo di fermentazione a medio termine, soddisfacendo al tempo stesso la necessità di applicare i principi delle 3R: sostituire, ridurre, affinare a fini sperimentali. Anche se esistono limitazioni nell’uso di Rusitec nella simulazione di condizioni reali in vivo, esso fornisce dati utili nel campo della nutrizione dei ruminanti e rappresenta un modo per impostare meglio esperimenti in vivo (Vyniard e Faciola, 2022).

Un recente lavoro pubblicato sulla rivista Journal of Animal Science and Biotechnology ha condotto una valutazione dettagliata e a medio termine di due miscele a base di estratti di tannini e miscele EOC con Rusitec, con particolare attenzione agli effetti sulla formazione di metano ruminale e ammoniaca, iniziando così a riempire il divario nella ricerca sulla complementarità dei principi attivi (Foggi et al., 2024). Le due miscele erano costituite da: Q-2 (composta da quebracho e una miscela di carvacrolo, timolo e eugenolo) e C-10 (composta da estratto di castagno e una miscela di limonene e oli essenziali di timo e origano).Queste miscele si erano rivelate particolarmente promettenti in questo senso nel precedente studio di screening (Foggi et al., 2022). Il dosaggio per chilogrammo di Sostanza Secca è stato di 10 g di estratti di tannino e 7,5 g di miscela EOC. 

La scelta di miscele, invece che singoli composti, si è dimostrata una strategia più efficace. Attualmente, solo pochi studi si sono rivelati più efficaci nel ridurre la produzione di metano o ammoniaca, benchè pochi lavori abbiano investigato questo aspetto. È stato ripetutamente segnalato che l’uso di tannini come integratori influisce negativamente sulle attività metanogeniche e fibrolitiche nel rumine in condizioni in vivo e in vitro (Vasta et al., 2019). In particolare, i tannini distruggono più i batteri Gram-positivi che i Gram-negativi. Gli oli essenziali sono stati descritti come dotati di un ampio spettro di attività antimicrobiche. A causa della loro natura lipofila, e generalmente del basso peso molecolare, possono penetrare nelle membrane esterne dei batteri Gram-positivi e dei protozoi, e persino nelle membrane esterne dei batteri Gram-negativi (solo EO a basso peso molecolare) e quindi causare disgregazioni Calsamiglia et al., 2007.

L’integratore Q-2, a base di tannini di quebracho e carvacrolo, timolo ed eugenolo come EOC, è stato efficace nel mitigare sostanzialmente la formazione di ammoniaca (-37%). Il suo potenziale di riduzione era maggiore di quello riscontrato con il Q-2 nello studio in vitro a breve termine (Foggi et al., 2022). Anche l’effetto dell’integratore C-10, a base di tannini di castagna e OE da origano, timo e scorza di agrumi, sulla produzione di ammoniaca è stato significativo, ma in misura minore (-26%). L’ammoniaca nel rumine può essere prodotta da diverse specie microbiche a bassa specificità. Inoltre, un piccolo gruppo di microbi che producono ammoniaca hanno un’elevata specificità per i substrati contenenti azoto, i cosiddetti iperproduttori di ammoniaca. In letteratura, esistono prove sull’efficacia degli OE per ridurre selettivamente alcuni iperproduttori di ammoniaca. Tuttavia, altre miscele di OE sembrano essere inefficienti nell’inibire i produttori di iperammoniaca (ad esempio, Clostridium aminophilum). Potrebbero esserci diverse ragioni per la maggiore efficienza del Q-2 rispetto al C-10 nel mitigare la produzione di ammoniaca ruminale nel presente studio. Di conseguenza, un effetto sinergico di componenti specifici della miscela EOC di Q-2 e i tannini di quebracho potrebbero avere un effetto mitigante su specifiche popolazioni di batteri. È interessante notare che nel fluido ruminale derivante dal trattamento con Q-2 è stata riscontrata un’abbondanza relativa inferiore di endomicrobio, e la sua relativa abbondanza nel microbiota potrebbe essere almeno parzialmente responsabile della minore produzione di ammoniaca nel Q-2, come riscontrato in modo simile da Mavrommatis et al (2021) integrando una microalga marina. Il liquido ruminale trattato con Q-2 aveva, anche, una concentrazione di BCFA inferiore (mmol/L), che insieme alla maggiore depressione dell’ammoniaca, suggeriva una ridotta deaminazione di alcuni aminoacidi (leucina e valina) rispetto al C-10 Kaneda (1991).

Nello studio di Foggi et al. (2024), si è verificata solo una diminuzione numerica nella formazione di metano del 7% con Q-2, mentre quella di C-10 è stata del 12%, anche se l’abbondanza di archaea non differiva significativamente, in accordo con quanto riportato in precedenza. Nel complesso, non sono state riscontrate differenze nella comunità microbica (almeno a livello di genere), a sostegno della diversa entità della riduzione del metano. 

I microrganismi degradatori delle fibre sono i principali responsabili della produzione di idrogeno che, a sua volta, viene convertito in metano dagli archaea metanigeni. È noto che i tannini, in particolare quelli di castagno, diminuiscono la degradabilità delle fibre. Pertanto, l’effetto negativo di entrambe le miscele sulla degradabilità delle fibre, osservato da Foggi et al., (2024), potrebbe aver contribuito alla mitigazione del metano. Infatti, il metano prodotto per unità di NDF scomparso era maggiore per entrambe le miscele rispetto a NC. Tuttavia, Q-2 e C-10 non hanno comportato una minore abbondanza relativa di batteri fibrolitici caratteristici (Fibrobacter, Butyrivibrio, Prevotella). Si può solo supporre che la riduzione dell’abbondanza relativa di Orpinomyces fungini (in tendenza sia con Q-2 che con C-10) possa indicare una ragione per la riduzione della degradabilità delle fibre. Infatti, la tendenza ad influenzare negativamente i funghi anaerobici del rumine, che degradano principalmente i componenti fibrosi, integrando olio di eucalipto ed estratto acquoso di radice di mulethi come additivo, è stata precedentemente descritta nel liquido ruminale di bufalo (Chanu et al., 2020) e in vitro con l’integrazione di estratti di castagna o quebracho. Tuttavia, contrariamente a quanto riportato sopra, gli integratori (significativi solo per Q-2) hanno addirittura aumentato l’abbondanza di Neocallimastix; quindi, è evidente che diversi fattori hanno concorso a determinare l’esito. Inoltre, non si può escludere un effetto su batteri fibrolitici o funghi anaerobici non classificati.

La riduzione più pronunciata della degradabilità delle fibre con l’estratto contenente Tannino condensato (Q-2) rispetto a Tannino idrolizzabile (C-10) è stata associata alla più bassa produzione di acetato, il principale prodotto finale della degradazione fibrosa. Di conseguenza, con Q-2 sono stati prodotti meno acidi grassi volatili totali, confermando parzialmente quanto precedentemente riscontrato da Foggi et al. (2022). La minore produzione di acetato non ha diminuito la concentrazione di idrogeno nella fase gassosa del trattamento Q-2 in misura sufficiente da influenzare chiaramente la metanogenesi, come confermato dai dati sulla produzione di metano per il trattamento Q-2.

La presente nota è una sintesi del seguente articolo scientifico pubblicato dalla rivista “Journal of Animal Science and Biotechnology”: Foggi G., Terranova M, Daghio M., Amelchanka S.L., Conte G., Ineichen S., Agnolucci M., Viti C., Mantino A., Buccioni A., Kreuzer M. and Mele M. 2024. Evaluation of ruminal methane and ammonia formation and microbiota composition as affected by supplements based on mixtures of tannins and essential oils using Rusitec. Journal of Animal Science and Biotechnology 15:48. https://doi.org/10.1186/s40104-024-01005-8.

Autori

Giuseppe Conte, Alberto Stanislao Atzori, Fabio Correddu, Luca Cattaneo, Gabriele Rocchetti, Antonio Natalello, Sara Pegolo, Manuel Scerra, Aristide Maggiolino – Gruppo Editoriale ASPA