Árpaszem kérődzőknek: globális kincs vagy tragédia

Absztrakt

Bevezetés

Árpa (Hordeum Spp.) a Hordeum Vulgare egynyári fűből származó gabonafélék. Ez a többcélú gabona megéri az első helyet a gazdaságban az állatok takarmányozására. A marhahús és a tejelő étrend bármely más szemcséjével pótolhatatlan a nagy bendő mikrobiális hozamok előállításához [1]. Ez az áttekintés meghatározza az árpa táplálkozási és kereskedelmi állapotát, és kritikusan leírja annak lehetőségét, hogy bendő mikrobák, kérődzők kérődzők, gazdálkodók és a környezet optimálisan használják fel azokat.

Az árpa világtermelése és forgalmazása

Az Egyesült Nemzetek Élelmezési és Mezőgazdasági Szervezete által végzett gabonanövények rangsorában [2] az árpa a negyedik helyen állt a világon mind a megtermelt mennyiség (136 millió tonna), mind a termesztési terület (566 000 km²) tekintetében. 1994 és 1995 között az árpa világtermelését 166 millió tonnára (MMT), vagyis a kukorica mintegy 30% -ára becsülték. 2009-ben és 2010-ben az árpa világtermése 152, illetve 124 MMT volt (1. táblázat). A legnagyobb árpagyártó országok: Németország, Franciaország, Ukrajna és Oroszország [3].

2004 folyamán az állattenyésztés körülbelül 2000 kt árpát és búzát használt fel Ausztráliában, ami az összes etetett gabona 60% -át tette ki [2]. A zab, a cirok és a tritikálé csak 20% -ot, 10% -ot és 10% -ot tett ki. Az árpa körülbelül 40% -át takarmánymarháknak, 34% -át tejelő teheneknek, 20% -át sertéseknek, 6% -át legeltető kérődzőknek adták, és az 1. ábra

Felső: Kétsoros és hatsoros árpa fajtái. Alul: Egész árpa (jobbra), meztelen vagy héja nélküli árpa (középen) és gyöngyös árpa (balra).

Az árpa tápanyag-összetételét a többi gabonamagvakhoz képest a 2. táblázat mutatja. A kukoricához képest az árpa több fehérjét, metionint és ciszteint, lizint és triptofánt tartalmaz. Ezek az információk rávilágítanak az árpa potenciális hozzájárulására a magasan termelő kérődzők fehérjeszükségletének kielégítéséhez [4, 7]. Ezen túlmenően, az egyéb gabonafélékkel összehasonlítva, az árpa tartalmazza a legmagasabb mennyiségű semleges és savas mosószer-rostot, valamint a legalacsonyabb keményítő- és zsírtartalmat.

Amint azt a 3. táblázat mutatja, az árpa a közönséges gabonafélék közül a káliumban és az A-vitaminban a leggazdagabb. Az árpa gabona ötször több kalciumot tartalmaz, mint a zab. Kétszer annyi réz és molibdén és> kétszer annyi mangán tartalmával az árpa felülmúlja a kukoricát. Az árpa azonban szegényebb a cinkben, mint a kukorica. Az árpában hiányzó tápanyagok közé tartozik a C-vitamin és a B12-vitamin. Figyelemre méltó, hogy a tápanyag-összetételben kevés különbség van a kétsoros és a hatsoros árpák között (4. táblázat).

Nagy különbségek vannak az egyes árpa minták között a rendelkezésre álló energia és az állatok teljesítménye tekintetében [8, 9]. Egy ausztrál értékelés szerint [10] a sertések nagyobb energiát nyertek az árpából, mint más állatok (2. ábra), míg a szarvasmarhák az árpában használt energiát használták legkevésbé [10]. A brojlerek és más állatok közötti árpa hasznosítható energiájának korrelációi a rétegeknél 0,77, a sertéseknél 0,56 és a szarvasmarhák esetében 0,09 voltak. A sertések és a szarvasmarhák közötti korreláció 0,71 volt. Ezek az együtthatók jelentős különbségeket jeleznek az állatállomány között az egyes árpák emésztési képességében. Néhány minta a kérődzők által jobban emészthető, mint a sertés vagy a baromfi, sőt fordítva. A 2. ábra azt mutatja, hogy az 1. mintát minden állat gyengén emésztette. A 4. minta hasznos energiája szarvasmarhák és sertések esetében alacsony volt, baromfi esetében azonban közepes. Az 5. minta azonban alacsony energiát adott a szarvasmarháknak, nagy energiát adott a baromfinak és közepes energiát adott a sertéseknek. A 17. minta rendelkezésre álló energiája magasabb volt szarvasmarháknál, alacsonyabb sertéseknél és sokkal alacsonyabb baromfiknál, míg a 18. minta több energiát termelt szarvasmarhákhoz és sertésekhez, alacsony energiát termelt a brojlerekhez és közepes energiát a rétegekhez.

Az állattenyésztésre szánt árpa 18 mintájának rendelkezésre álló energiája ad libitum (Elfogadva[10]).

Az árpa energiaértékének ilyen sokoldalúsága az emésztőrendszer differenciáltságából és az állatfajok asszimilációs képességéből, valamint a különböző árpa minták kémiai és fizikai tulajdonságainak eltéréséből fakad [10]. Ennek megfelelően kidolgozhatók a különböző állatállományok számára legmegfelelőbb árpa tenyésztésére vonatkozó szortimentálási intézkedések. Az alacsony héj- és rosttartalmú árpák, törékeny sejtfalak, így alacsony oldhatóságú arabinoxilánok és ß-glükánok, valamint a gyorsan hozzáférhető keményítők optimálisak a sertések számára. Baromfi esetében nagy szükség van olyan mintákra, amelyek alacsonyabb nem keményítõ poliszacharidokkal és ezáltal alacsonyabb viszkozitással, valamint alacsony kondenzált tanninokkal rendelkeznek. Másrészt kérődzők esetében előnyösebbek a magasabb rosttartalmú és oldható arabinoxilán fajták, kifejezetten keményebb magokkal, hogy lassabb bendő keményítő lebomlási sebességet (azaz alacsony acidózis indexet) nyújtsanak.

Az infravörös fényvisszaverődés spektroszkópiai kalibrációit fejlesztették ki a prémium szemek számára az állattenyésztési programokban, hogy előre jelezzék a baromfi, sertés számára rendelkezésre álló energiafogyasztást más szemcsés tulajdonságokkal, például acidózis-indexgel. Ezek a kalibrációk segítik az árpa tenyésztési programok keretében a szemek nyomon követését, és a legmegfelelőbb gabonaminták hozzárendelését a megfelelő állattenyésztési rendszerhez.

Táplálkozásellenes tényezők az árpában

Az árpában táplálkozásellenes tényezők fordulnak elő. Az árpanövényeken és árpán növő mikotoxin a dezoxinivalenol, más néven vomitoxin. Olyan fuzárium hozza létre, amely nedves körülmények között növekszik nedves árpán és búzán, a korai vándorlási szakaszban. Mindazonáltal a bizonyítékok szerint a vomitoxin nem befolyásolja a tehenek takarmányfelvételét vagy tejtermelését.

A kérődzők árpájának etetése más szemekkel és enzimekkel együtt

A gabonakeverékek előnyöket kínálnak a marhahús és a tejelő szarvasmarhák etetésében [11]. Ennek oka a bendőkeményítő-fermentáció nagyobb mértéke és sebessége [12, 13]. Az ilyen keverékek enyhíthetik a bendő acidózisát, amely általában erősen erjedhető szemek, például árpa táplálásával következik be (3. ábra). Az árpa és a kukorica keverése a feldolgozás/pelyhesítés előtt nem rontotta a takarmánymarhák teljesítményét [14]. A legeltetett jersey teheneknél a kukorica 50% -ának cseréje az árpával növelte a tejtermelést, ami a kukorica és az árpa pozitív asszociatív hatására utal [11]. További adatokra van szükség a különböző gabonafélék takarmányozási kombinációiról, mielőtt egyértelmű ajánlásokat lehetne ajánlani a kérődzők világának ipara számára. A xilanáz alapú fibrolitikus enzimek hozzáadása a magas koncentrátumú étrendekhez (pl. 950 g árpa/kg étrend szárazanyag) növelte a takarmány hatékonyságát, a napi gyarapodás és a takarmányfelvétel hatása nélkül.

A feldolgozott árpa bendő dinamikája más gabonafélékhez viszonyítva. Az árpa lebomlási sebessége az egyik leggyorsabb, csak szárazon hengerelt búza előzi meg.

Árpa feldolgozása hús- és tejelő szarvasmarhák számára

A gabona feldolgozása befolyásolhatja a fehérje, a rost és a keményítő emésztésének sebességét, mértékét és helyét [16] (3. ábra, 5. táblázat). Mivel a husky-magokat nem képesek megfelelően megrágni és megtörni, az egész árpa nem adható nagy kérődzőknek [17]. Ennek eredményeként az árpát általában hengerelik, temperálják, gőzzel pelyhesítik, őrlik, pörkölik vagy pelletezik [1]. Míg az őrlés a legelterjedtebb és legelőnyösebb technika az árpa tejelő tehenek feldolgozására Iránban [1, 18], addig a temperálás, a száraz hengerlés és a gőzhengerlés Észak-Amerikában, Ausztráliában és Nyugat-Európában jellemző [19, 20]. A temperálás magában foglalja a víz hozzáadását 24 órán át a hengerlés előtt, hogy az árpa nedvességtartalma 180-200 g/kg-ig növekedjen. Az edzés kevesebb finom részecskét eredményez a száraz hengerléshez képest [21], ami csökkenti a bendő acidózisának kockázatát. Következésképpen a keményítő fermentációs sebessége csökkenhet, ezáltal csökkentve az élesen csökkent bendő pH-jával járó kockázatokat. Mint ilyen, a temperált árpa a száraz hengerelt árpához képest 5% -kal javította a tejhozamot, 10% -kal a takarmány-hatékonyságot, a szárazanyag, a semleges mosószer-rost, a savas mosószer-rost, a nyersfehérje és a keményítő látható emészthetőségét 6% -kal, 15% -kal, 12%, 10%, illetve 4%, [22].

Az agresszív és nagy nyomású hő hatására csökkenhet az árpa lebomlási sebessége [23]. Ez a csökkentés fontos in vivo, különösen közvetlenül az etetés után, amikor a bendő fermentációja csúcsra ér. Az ilyen mérsékelt árpa lebomlási arányok javíthatják a takarmány hatékonyságát, valószínűleg a bendő pH-jának megnövekedésével és a fermentációs csúcsok alatti attumenált bendőacidózissal, valamint a vékonybél fokozott menekülésével vagy a részben emésztett keményítő asszimilációval [24]. Hasonlóképpen, az árpa lángpörkölése csökkentette a szárazanyag-tartalmat és a nyersfehérje bendő lebomlását annak ellenére, hogy nincs hatással a traktus teljes emészthetőségére [25]. Sült árpa etetése hengerelt árpa helyett naponta kétszer 3 kg-mal javította a tejhozamot [25]. ennek ellenére, in vivo tényleges adatok (szemben in vitro és in situ becslések) a nagy mennyiségben termelő kérődzőkben a különbözőképpen feldolgozott árpából származó fehérje és keményítő utólagos bendőjére és különösen a vékonybél emésztésére nagyon korlátozottak.

Az évenkénti kormányterek magas páratartalmú kukorica helyett gőzzel hengerelt árpáját 650 g gabona, 160 g takarmány, 50 g kiegészítő és 140 g burgonya maradvány étrendben étrendben fogyasztott étrendben nem befolyásolta a súlygyarapodást, de a szárazanyag bevitele kubikusan, megnövekedett szint mellett árpa [26]. A 840 g gabonával, 120 g lucernás kaszálóval és 40 g kiegészítõvel 1 kg étrend mellett a szárazon hengerelt árpa és kukorica hasonlóan befolyásolta a szarvasmarha teljesítményét, hasított tulajdonságait és az emésztési rendellenességek előfordulását [27]. A szárazon hengerelt kukorica temperált árpával történő helyettesítése 60 g/kg takarmány-befejező étrendben nem eredményezett különbségeket a bevitelben és a súlygyarapodásban a két szem különböző arányára reagálva [28]. A gabonakeverékkel etetett kormányosoknál azonban nagyobb volt a hasított testtömeg, a hozamfokozat és a 12. bordazsír, mint az egyszeműek. Ezek az adatok az árpa hatékonyabb felhasználására utalnak, ha kukoricával kombinálva etetik, nem pedig egyedül.

A gőzzel hengerelt árpa hasonló volt a gőzzel hengerelt kukoricához, mivel befolyásolta a tejelő tehenek tejhozamát [29]. Ez a helyzet volt a teljes, kevert kockákon alapuló étrendben is [30], szárazon hengerelt árpával szemben az őrölt kukoricával [30, 31], vagy mindkét gabona őrölt formában [32, 33]. A száraz hengerelt árpa a tejhozam szempontjából sikeresen felváltotta a nagy energiájú, száraz hengerelt gabona cirokot, és javította a takarmány hatékonyságát [34]. Száraz, hengerelt árpa és őrölt kukorica szarvasmarha-szomatotropinnal és anélkül (bST) hasonlóan befolyásolta a bST választ, a tejtermelést, a szomatikus sejtszámot és a tehén tömegét [35]. Az árpa és a kukoricával etetett szarvasmarhák esetében azonban a tejtermelés és a takarmányfelvétel enyhe csökkenéséről számoltak be [36]. Ennek oka lehet a túlságosan csökkent bendő pH-értéke és a rostok emésztésének visszaszorulása, valamint a tejprekurzorok ellátása optimális körülmények között. A tejelő étrend körültekintő és mérsékeltebb alkalmazásával az őrölt árpa kiválóbbnak bizonyult az őrölt seprű kukoricához képest, és ugyanolyan kompetens a takarmányfelvétel és a tejtermelés fenntartásában, mint a gőzzel pelyhesített seprű [37] (6. táblázat). Ezek az eredmények hangsúlyozzák azt a tudományos megalapozott tapasztalatot, hogy az árpa étrendi befogadási arányához érdemesebb gondolatokra van szükség az optimális bendőfunkcióhoz, valamint kérődzők termeléséhez és jólétéhez [1, 18, 38].

Az NRC ajánlásai [7] alapján a tejelő étrendnek 25–28% semleges detergensrostot kell tartalmaznia, amelynek 75% -át takarmányoknak kell biztosítaniuk. Erre szükség van a megfelelő rágáshoz és az egészséges bendő működéséhez, valamint a tejzsír-depresszió és a laminitis megelőzéséhez [24]. Az árpaalapú étrend általában nagyobb mennyiségű semleges detergensrostot kínál, mint a kukoricaalapú étrend. Az árpa semleges detergensrostjának nem megfelelő hatékonysága a rágás és az elsózás serkentésében, valamint az árpa nagyobb lebomlási sebessége, mint a kukorica, az árpával táplált teheneknek nagyobb hatékony takarmányrostra van szükségük, mint a kukoricával etetett teheneknek [29]. Normális esetben a bendő cellulolitikus baktériumok számát elegendően fenntartják pH> 6,0 alatt. Így mindaddig, amíg az árpa takarmányozása nem csökkenti a bendő pH-ját 5,8–6,0 alatt, helyettesítheti a drágább kukoricát a tejelő étrendben.

A legújabb eredmények kényszerítően azt sugallják, hogy a finomra őrölt árpa nem alacsonyabb a drágább gőzhengerelt árpánál, ha az étrendi árpa befogadási arányát ésszerűen mérsékelt értéken tartjuk, ≤ 300 g/kg étrend szárazanyagra számítva [39, 40] (6. táblázat). Még 350 g/kg árpa mellett is, a takarmány-hatékonyság mérsékelt javulásától eltekintve a tejtermelés és a szárazanyag-bevitel hasonló volt az őrölt és a gőzzel hengerelt árpával etetett tehenek között [18].

Az árpa túltáplálása könnyű parancsikon a bendő acidózisához, és a depressziós immunfunkció gyulladáscsökkentő reakcióit váltotta ki [41, 42]. Az árpa/kg étrendi szárazanyag> 35% -os takarmányozása semmilyen körülmények között nem ajánlott. Így míg az árpa páratlan forrása a gyorsan felszabaduló energiának a hatékony bendő mikrobiális tömeg és illékony zsírsavhozam érdekében, diétás felhasználásának olyan szakterületnek kell lennie, amely lehetővé teszi, hogy az ilyen előnyök valósággá váljanak a termelés és az egészség egyidejű optimalizálásában [1]. A gabonafélék gyöngyszeme, amely nélkülözhetetlen a marhahús- és tejtermelés tartós csúcsaihoz, más gabona nem megfelelő etetése gazdaságilag és környezetileg ugyanolyan pusztító lehet, mint az árpa [43, 44].

Az árpa etetésének bendőfiziológiája és egészségügyi vonatkozásai

A túl nagy mennyiségű, gyorsan erjedő keményítőt, például árpát tápláló tehenek nagy valószínűséggel szubakut bendőacidózist szenvednek, ami növelheti a laminitis előfordulását [45, 46]. Úgy gondolják, hogy az őrölt gabonafélék magas szintje hajlamosítja a szarvasmarhákat az acidózis okozta sántaságra. Ezek a kihívások leginkább azért fordulnak elő, mert az árpában, a feldolgozási technikától függetlenül, sokkal nagyobb a bendő fermentációja és magasabb az erjedési sebessége, mint más feldolgozott gabonáknak, csak szárazon hengerelt búzaszem előzi meg (5. táblázat, 3. ábra). A legfrissebb bizonyítékok arra utalnak, hogy a tejelő adagokban az optimális árpa befogadási arány mellett a darált árpa ugyanolyan ízletes és hatékonyan hasznosítható, mint a gőzzel feldolgozott árpa [1, 18] (6. táblázat). Így gyakorlatilag nem az őrlés okoz problémát, hanem az árpa nagyon magas étrendi szintje jelent komoly kihívásokat a bendő és a tehén anyagcseréje és immunitása szempontjából [1, 41].

Amint azt a 4. és 5. ábra szemlélteti, a bendőfermentáció pH-értékének és illékony zsírsav-koncentrációinak cirkadián mintázata van, amelyek a takarmány szállításától és az etetési viselkedéstől függenek [47, 48]. Mint ilyen, a legdrámaibb ingadozások az etetés körül és röviddel azután következnek be, amikor a bendő jelentős mennyiségű szubsztrátumot kap.

A cirkadián és az etetés utáni bendő pH-értéke és az összes illékony zsírsav mintázat 8 tehénnél naponta egyszer tápláltak árpa-szemcsés alapú, magas koncentrátumú vegyes adagot, akár 0900, akár 2100 órakor[38],[48].