Nell’articolo precedente abbiamo fatto una panoramica degli enzimi utilizzati nella nutrizione dei ruminanti e del loro funzionamento, con un focus particolare su quelli prodotti da Aspergillus oryzae. Vediamo ora un dettaglio dei loro effetti nel rumine.

Effetti ruminali degli enzimi

  • Idrolisi diretta. Anche se fino poco tempo fa si ipotizzava che dopo l’introduzione nel rumine gli enzimi esogeni sarebbero stati rapidamente degradati dall’insieme di proteasi prodotte dai microorganismi ruminali, le sperimentazioni con prodotti enzimatici hanno mostrato che questi rimangono attivi nel rumine ed aumentano la possibilità di migliorare la digestione attraverso l’idrolisi diretta degli alimenti ingeriti (Hristov et, al1998a, b, 1999). Diversi ricercatori hanno dimostrato che gli enzimi possono migliorare la degradazione delle fibre da parte dei microorganismi in vitro (Forwood et al. 1990, Varel et al. 1993, Dong et al. 1999) ed in situ (Lewis et.al 1996). Questo effetto è stato confermato in alcuni test condotti con animali tramite le cannule ruminali e duodenali.
  • Sinergismo con i microrganismi ruminali. Il miglioramento della digestione delle fibre nel rumine è più fattibile perché questi enzimi funzionano in sinergia con i microbi ruminali. Le limitazioni nella digestione della parete cellulare delle piante nel rumine potrebbero derivare da una produzione di enzimi insufficiente da parte dei microbi ruminali, dall’incapacità degli enzimi degradativi di interagire con i substrati o da condizioni non ottimali nel rumine che influiscono sull’attività enzimatica (pH ruminale basso). Gli enzimi apportati, aumentando la popolazione di batteri cellulolitici, spostando i modelli di fermentazione degli AGV mediante una riduzione della proporzione di propionato rispetto all’acetato e all’aumento del butirrato, e stabilizzando il pH del rumine, aumentano il grado di digestione degli alimenti. Diversi lavori (Morgavi et al. 2000) dimostrano infatti che le fermentazioni della cellulosa si interrompono sotto certi valori di pH, ed anche la crescita microbica rallenta drasticamente. Questo potrebbe essere la conseguenza dell’idrolisi del glicocalice, la cui produzione è necessaria ai batteri per aderire alla superficie delle cellule vegetali. La degradazione della cellulosa avviene grazie alla presenza del cellulosoma, una protuberanza della cellula batterica ricca in enzimi specifici quali: endoglucanasi, che tagliano in modo casuale i siti più amorfi della cellulosa generando oligosaccaridi di diversa lunghezza (tra essi 1,4- B-D glucano-4-glucanoidrolasi); ed esoglucanasi, che comprendono la cellodestrinasi e la cellobioidrolasi, liberando cellodestrine o cellobiosio. Il passaggio finale è l’intervento delle B-glicosidasi, che idrolizzano cellodestrine e cellobiosio a glucosio. Da un punto di vista metabolico, i prodotti di fermentazione della cellulosa comprendono acetato, idrogeno e diossido di carbonio. Il glucosio viene utilizzato per produrre energia, con conseguente formazione di piruvato ed idrogeno. Successivamente, il piruvato viene decarbossilato ad acetato ed anidride carbonica e si assiste alla formazione di un’ulteriore molecola di ATP. L’acido acetico sviluppato, una volta protonato, viene assorbito dalle pareti ruminali e funge da precursore per la sintesi di grasso nella ghiandola mammaria.

Almeno 21 diverse attività enzimatiche sono state identificate come coinvolte nell’idrolisi dei polisaccaridi strutturali della parete cellulare della pianta, tutte derivanti da una microflora ruminale normalmente funzionante (White et al. 1993).

I ricercatori hanno dimostrato che Aspergillus oryzae può aumentare il numero di batteri ruminali (Newbold et, al 1992 a,b) e può lavorare in sinergia con i microorganismi ruminali per migliorare il rilascio di zuccheri solubili dal fieno (Newbold 1995).

L’entità della reticolazione dei gruppi p-cumarile e feruloile con gli arabinoxilani è stata identificata come un fattore che limita la digestione delle pareti cellulari vegetali (Hatfeld 1993). L’Aspergillus oryzae ha dimostrato di produrre un’esterasi in grado di rompere i legami tra l’acido fenolico e p-cumarico e l’arabinoxilano (Tenkanen et al 1991).

Tuttavia, molti dei fungi ruminali, ad esempio il Neocallimastix spp (Borneman et al 1990), ed alcune specie di batteri ruminali, ad esempio Fibrobacter succinogenes (Mc Dermid et.al 1990) e Butyrivibrio fibrisolvens (Dalrymple et. Al 1996), producono esterasi in grado di idrolizzare i legami con gli acidi fenolici. Il fatto che gli enzimi esogeni di solito aumentino la velocità e non l’estensione della digestione suggerisce che le attività apportate da questi additivi non siano nuove all’ambiente ruminale.

Combinando enzimi esogeni con enzimi ruminali, l’idrolisi aumenta di più del doppio. Inoltre, grazie a questi enzimi, aumenta anche il numero di batteri presenti nel rumine (Nsereko et al 1999) e l’attaccamento dei microbi del rumine al digesta. L’effetto evidente è che la capacità complessiva del rumine di digerire gli alimenti, anche quelli non trattati in precedenza con enzimi, è potenziata.

 

Tab.1 – L’effetto del preparato a base di Aspergillus oryzae sui numeri dei batteri e sulla degradazione delle fibre nel rumine.

Quando gli enzimi sono più efficaci?

  • Sono la soluzione ideale a tutti i problemi legati alla digestione, migliorando la resa delle razioni e assicurando una maggiore digestione della fibra e della componente amilacea. La risposta alla produzione di enzimi può essere attribuita principalmente a miglioramenti nella proporzione di fibra digerita nel rumine (Yang et al.1999) a seguito di un aumento del tasso di digestione (Fen et al 1996). Le risposte degli animali sono migliori in situazioni in cui la digestione delle fibre è compromessa e quando l’energia è il primo nutriente limitante. Nelle vacche da latte ad alta produzione, la digestione delle fibre è spesso pregiudicata a causa del basso pH ruminale e del rapido tempo di transito attraverso il rumine. Pertanto, la digeribilità della sostanza secca e delle fibre diminuisce all’aumentare dell’assunzione. Con l’uso di enzimi, questa diminuzione della digeribilità può essere superata.
  • Sono particolarmente indicati nelle fasi di cambiamento della dieta e negli animali stressati.
  • La più alta risposta all’enzima si verifica quando i bovini vengono nutriti con diete ad alte performance. Questo concetto è illustrato in uno studio in cui le vacche da latte e le pecore sono state alimentate con una razione mista totale (TMR) con e senza enzimi supplementari aggiunti al concentrato (Yang et al. 2000). Questo studio ha sottolineato come gli enzimi siano in grado di migliorare la digestione degli alimenti, soprattutto quando non viene raggiunta la massima digestione della dieta.
  • La degradazione iniziale dei foraggi risulta accelerata; in molte prove si è riscontrato un certo aumento di ingestione degli alimenti, con relativo maggior incremento di peso negli animali giovani.
  • Nelle vacche da latte, si è osservato in genere un aumento della produzione, mediamente attorno al 5%, ma l’effetto è anche influenzato dalle caratteristiche della dieta.
  • Il tasso metabolico è determinato dall’attività enzimatica. Più rapidamente lavora il metabolismo, maggiore sarà la richiesta di enzimi. Ogni incremento dell’attività metabolica, sia esso associato ad infezioni virali, digestione, gravidanza, può essere messo in parallelo con un aumento dell’attività enzimatica e spesso con un aumento della temperatura corporea. Risulta altresì evidente che se gli enzimi rispondono a delle infezioni significa che hanno una relazione diretta anche con il meccanismo di difesa dell’organismo. Esiste infatti una connessione tra attività dell’apparato immunitario e il livello enzimatico. Maggiori saranno le riserve di enzimi, più veloce sarà la risposta immunitaria. I leucociti sono responsabili della distruzione delle sostanze estranee che penetrano nel flusso sanguigno e linfatico causando la malattia. Durante lo stadio acuto di una malattia e di un’infezione, la quantità di leucociti circolanti aumenta. Il Dr. Wilstatter, in uno studio di ricerca sugli enzimi, ha potuto dimostrare che esistono ben 8 diversi tipi di enzimi amilasi nei leucociti, e che gli stessi contengono enzimi proteolitici e lipolitici comuni a quelli secreti dal pancreas. Al contrario degli stadi acuti, durante una patologia cronica, il livello di enzimi nell’organismo diminuisce. In particolare, l’attività del pancreas e dell’apparato digerente si riduce. Ovviamente in questi casi anche il sistema immunitario viene messo sotto pressione, con conseguente aumento della richiesta di enzimi.

 

Bibliografia

Enzymes in Ruminants Diets, T.A. McAllister.

Role of exogenous enzyme supplementation to improve nutrition and health of ruminants, Breanna M. Roque.

Rumen Microbiome, probiotics and fermentation aditives, Joshua C. McCann.

Effect of Exogenous Enzymes on Ruminal degradation of Feed and Animal Performance: A review, Yilkal Tadele and Getachew Animut.