Kvalitet og udnyttelse af protein i græs og kløver Martin Weisbjerg, Aarhus Universitet, AU-Foulum

Transkript

1 Kvalitet og udnyttelse af protein i græs og kløver Martin Weisbjerg, Aarhus Universitet, AU-Foulum Baggrund Vurdering af proteinkvalitet - historisk Proteinnets kvalitet blev oprindeligt vurderet som fordøjeligt renprotein. Men problemer med bestemmelse af fordøjeligt renprotein, samt begyndende forståelse af betydningen af nedbrydning og syntese af protein i fordøjelseskanalen hos drøvtyggere gav anledning til at anbefale skift til fordøjeligt råprotein (Axelsson, 1942). Men det var først i 1961, at det officielt blev besluttet, at de nordiske lande skulle skifte til fordøjeligt råprotein (Eriksson, 1961). Fordøjeligt råprotein blev anvendt indtil sidst i 1980 erne, hvor AAT/PBV systemet blev indført til malkekøer (Madsen, 1985, Madsen et al., 1995), mens fordøjeligt råprotein blev fastholdt til ungdyr. Endelig vil det igangværende skift til NorFor AAT/PBV (Volden, 2011) nok medføre, at fordøjeligt råprotein helt udgår af proteinvurderingen. Fodermidlernes aminosyreindhold Indholdet af renprotein, eller aminosyreprotein (aminosyrer, peptider og proteiner), varierer betydeligt, og er generelt lavere i grovfodermidler end i kraftfodermidler. De almindeligt anvendte frø, oliekager og -skrå har mellem 80 og 85 % aminosyre N ud af total N (AAN/N), kornvarer ligger mellem 75 og 80 %, kløvergræs omkring 70 %, og kløvergræsensilage omkring 60 % (Misciatelli et al., 2002). Proteinets nedbrydning i vommen En stor del af aminosyre-proteinet i foderet vil blive nedbrudt af mikroberne i vommen, og afhængig af kulhydratforgæringen og passagehastigheden (foderoptagelsen) vil en varierende del blive genopbygget som mikrobielle aminosyrer og proteiner. Rå vegetabilske fodermidler har generelt en høj nedbrydningsgrad i vommen. Mange kraftfodermidler har gennemgået en tørring og/eller processing med opvarmning. Ved varmepåvirkning kan der, især hvis der er sukker og vand tilstede, ske såkaldte Maillard-reaktioner, der reducerer proteinnets nedbrydningsgrad i vommen, men bindingerne er ph labile og kan opløses i den sure løbe, således at proteinet kan fordøjes i tyndtarmen. Tilsvarende sker ved kunsttørring af græsmarksafgrøder. Men ved ensilering sker der derimod en nedbrydning af proteiner, således at proteinnedbrydningsgraden i vommen af ensilageprotein er endnu højere end af de friske afgrøder. Ensilering øger således protein nedbrydningsgraden i vommen med 7-10 % enheder i forhold til friske afgrøder (Hvelplund og Weisbjerg, 2000). Fordøjelighed af by-pass protein i tarmen For at by-pass proteinet kan udnyttes af koen, skal det være fordøjeligt i tyndtarmen. Fordøjeligheden varierer fodermidler imellem, og afhænger desuden af, hvor meget af det fordøjelige protein der allerede er nedbrudt i vommen. Diskriminering mellem AAN og ikke AAN I fodervurderingen antager vi, at nedbrydningen i vommen og fordøjeligheden i tarmen af AAN følger total N. Ideelt ville man ønske, at ikke AAN blev fuldstændig nedbrudt i vommen, da det ingen værdi har for koen til andet end at give PBV, og at AAN blev tilsvarende mindre nedbrudt i vommen. For kraftfoder følger AAN nogenlunde total N, med visse variationer mellem fodermidler og 1

2 tendens til lavere vomnedbrydning af metionin end sammenlignet med Total N og AAN, ligeledes følger tarmfordøjeligheden (mobile poser) af AAN og N hinanden (Weisbjerg et al., 1996). For grovfoder med lavere AAN/N andel vil en evt. forskel blive mere tydelig, og her synes der at være en højere effektiv nedbrydning i vommen af ikke AAN end af AAN, mens fordøjelighed i mobile poser ikke viste forskel mellem AAN og total N. Arginin synes at have en høj nedbrydningsgrad, også under ensilering, og derfor er nedbrydningsgraden af arginin fra ensilage modsat friske afgrøder lavere sammenlignet med øvrige AA (Skiba et al., 1996). Koens behov Hvilke græsmarksafgrøder opfylder så bedst koens behov, proteinrige eller proteinfattige, og med høj eller lav nedbrydningsgrad i vommen? Da mikroberne i vommen kan udnytte både aminosyrekvælstof og simple kvælstofforbindelser som ammoniak og aminer, er det væsentligt at gøre sig klart, hvilket proteinbehov køer har i den aktuelle situation, nemlig om det er nedbrydeligt protein til forsyning af vom-mikroberne (PBV), eller det er by-pass protein, der kan fordøjes i tarmen og bidrage til AAT. Derfor vil ønsket til proteinet i græsmarksafgrøderne fuldstændig afhænge af den øvrige rationssammensætning. Hvis det er et lille græsmarksfoder til supplement til et stort majsensilage og/eller roefoder, ønskes normalt højt proteinindhold, og proteinnet må gerne være nedbrydeligt i vommen. Hvis det derimod er et stort græsmarksfoder, som f.eks. i økologiske rationer, ønskes normalt et mere moderat proteinindhold og en lav nedbrydningsgrad i vommen. Dette indlæg vil omhandle kvalitet af protein i græs og kløver, samt betydningen af ensileringsprocessen for proteinkvaliteten. Græsser vs. kløver Resultater fra danske undersøgelser s egenskaber er diskuteret mere detaljeret af Weisbjerg et al. (2011), her vil der blive fokuseret på proteinværdien af rødkløver sammenlignet med andre bælgplanter og rajgræs. Proteinnedbrydningsprodukter Under ensileringen sker der en nedbrydning af protein, således at indholdet af polymere aminosyrer (renprotein) falder, mens peptid, aminosyre, og især amin og ammoniak indholdet stiger afhængig af hvor langt ensileringsprocessen løber. I et forsøg hvor græsmarksafgrøderne blev ensileret i vakuumposer (Weisbjerg et al., 2010) blev der analyseret for aminer i ensilagen. Der blev målt putrecin, tyramin, caverdin, histamin og tryptamin, der ud fra litteraturen blev vurderet til at være de kvantitativt mest betydende aminer. Det ses af Figur 1, at især lucerneensilage havde et højt indehold af aminer, også vurderet i forhold til total proteinindholdet. Kraftigere fortørring reducerede amin indholdet, og der var næsten dobbelt niveau af amin-n i ensilage, hvor afgrøden var ensileret ved 25 % ts sammenlignet med 31 % ts. Amin-N som % af total N varierede som gennemsnit fra 1,5 % for rødkløver til 3,5 % for lucerne. I forhold til ammoniak-n var niveauet for summen af det målte amin-n på mellem 1/3 og ½ af ammoniak-n. Samlet udgjorde ammoniak og amin N fra 6,4 % i rødkløver til 11,5 % i lucerne, ud af total N i ensilagen. 2

3 Rajgræs 25% ts 31% ts Rajgræs 25% ts 31% ts g/kg ts Det tyder således på, at rødkløver protein nedbrydes mindre under ensileringsprocessen end hvidkløver og især lucerne, og relateret til proteinindholdet også mindre end rajgræs. Aminer Putrecine Tyramine Cadaverine Histamine Ammoniak og Aminer Ammoniaktal (% N) Amin tal (% N) sum Afgrøde Fortør. Afgrøde Fortør. Figur 1. Grovfodertypens og fortørringens betydning for proteinnets nedbrydning til aminer og ammoniak under ensilering Nedbrydningsgrad i vommen Indholdet af protein er forholdsvis højt i bælgplanter (20-30 % af tørstof), især i hvidkløver, mens det er lavere og meget gødningsafhængigt i græsser (Weisbjerg et al., 2010). Proteinnedbrydningsgraden i vommen målt ved nylonposemetoder tydede på lavere nedbrydningsgrad i vommen for rødkløver sammenlignet med rajsvingel og lucerne. Den lavere effektive proteinnedbrydningsgrad skyldtes både lavere opløselighed og lavere nedbrydningshastighed af proteinet (Weisbjerg et al., 2010). Den lavere nedbrydningsgrad i vommen er i overensstemmelse med litteraturen, idet polyphenol oxidase (PPO) i rødkløver menes at beskytte proteinet (Lee et al., 2008). Bufferopløseligt protein er et mål for, hvor let nedbrydelig proteinet er i vommen, og er en væsentlig parameter i NorFor til beregning af AAT og PBV. Sammenligning mellem rajgræs, rajsvingel, lucerne og rød- og hvidkløver viste, at bufferopløselighed af råprotein var lavere for rødkløver samt for hvidkløver i 3. slæt, og det gjorde sig gældende for såvel friske som for ensilerede prøver (figur 2) (Weisbjerg et al., 2010). Af figur 2a ses ligeledes, at effekten af ensilering synes at være lavere for rødkløver og hvidkløver i 3 slæt. I figur 2b ses det, at der for græsserne, lucerne og hvidkløver i første slæt er en pæn lineær øgning i bufferopløselighed med øget proteinindhold, der er ligeledes en pæn lineær sammenhæng for rødkløver og hvidkløver i 3 slæt, men niveauet ligger ca. 20 procentenheder lavere. En lavere proteinnedbrydning i rødkløver end i de øvrige græsmarksafgrøder understøttes også af, at indholdet af proteinnedbrydningsprodukter er lavere i rødkløverensilage (figur 1). Forskellen i hvidkløver mellem 1. og 3. slæt skyldes sandsynligvis det store indhold af blomster i 3. slæt, og hvidkløverblomster er lignin (ADL) rige og lavt fordøjelige. Også fedtsyrer er tilsyneladende mere beskyttede for hydrogenering i rødkløver end i græsser, og i in vitro undersøgelser fandt Lejonklev et al. (2013) lavere hydrogenering for både hvid- og rødkløver end for rajgræsser. 3

4 Bufferopløselighed frisk (% N) Bufferopløselighed ensilage (% N) Bufferopløselighed ensilage (% N) y = x Alm.rajgræs Bufferopløselighed frisk (% N) Alm.rajgræs Alm.rajgræs Råprotein frisk (% ts) Råprotein ensilage (% ts) Figur 2. Bufferopløselighed af protein i ensilage vs. frisk (a), samt bufferopløselighed af protein vs. råproteinindhold i henholdsvis frisk (b) og ensilage (c). Fordøjelighed foder-fæces Fordøjelighedsforsøg med får tyder på, at totalfordøjeligheden af protein i rødkløver er lidt lavere end forventet ud fra proteinindholdet, dette er dog ikke fundet for totalfordøjelighed målt med mobil nylonpose (Weisbjerg et al., 2010). I figur 3 er vist en analyse af tidligere fordøjelighedsforsøg med får, hvor alm. rajgrræs er sammenlignet med rødkløver. I analysen er der lavet regression af fordøjet råprotein (% af tørstof) mod råproteinkoncentrationen (% af tørstof), en analyse hvor hældningen kan tolkes som sand fordøjelighed, og skæringen som endogent proteintab. Analysen viser en højere sand fordøjelighed for rajgræs, og en lavere for rødkløver, sammenlignet med den generelle formel, der er brugt til beregning af foderenheder i vores tidligere energivurderingssystem (sand fordøjelighed 93 %, endogent proteintab 30 g/kg fodertørstof, Weisbjerg & Hvelplund, 1993). Men selv om figur 3 klart tyder på lavere fordøjelighed for rødkløver, og en analyse viser, at der er statistisk forskel (P<0.0001) mellem hældningen for rajgræs og rødkløver, er den beregnede tilsyneladende fordøjelighed for en rødkløver med 20 % råprotein kun 3,6 procentenheder lavere end hvis beregnet med den generelle sammenhæng, dog lidt større forskel (4,7 procentenheder) hvis sammenlignet til alm. rajgræs. 4

5 Fordøjet råprotein (% ts) y = 0.957x R² = 0.99 y = 0.783x R² = Råprotein (% ts) Figur 3. Lucas plot af fordøjet råprotein (% af tørstof) vs. råprotein koncentrationen (% af tørstof) for 13 prøver af rødkløver (optrukken linje, for enkeltprøver) og 58 prøver af alm. rajgræs (stiplet linje). Hældningen kan tolkes som sand fordøjelighed og skæringen som endogent tab (dvs. for rajgræs sand fordøjelighed 96,7 % og endogent tab 33 g pr. kg optaget fodertørstof, for rødkløver sand fordøjelighed 78,3 % og endogent tab 9 g pr. kg optaget fodertørstof). Hældningen (sand fordøjelighed) er lavere for rødkløver end for rajgræs (P < ). Data fra fordøjelighedsforsøg med får gennemført på Foulum. Hvad kan man gøre for at øge proteinkvaliteten i græsmarksafgrøder og ensilage? Kan man, og skal man, gør noget for at øge proteinværdien af ensilage? Planteavl Potentielle muligheder indenfor planteavl for at reducere f.eks. proteinnedbrydningsgraden i vommen kunne være at introducere eller øge niveauet af f.eks. tanniner, PPO eller stay-green evnen i græsmarksafgrøder (Kingston-Smith et al., 2013). Men personligt tror jeg, det er klogere at koncentrere avlsarbejdet på højere udbytte og højere fordøjelighed af NDF og organisk stof. Dyrkning Protein koncentrationen i græs afhænger overvejende af gødningsniveauet, og er højt i bælgplanter, men proteinniveauet kan være vanskelig at styre i kløvergræsblandinger. Ensilering Som der er vist ovenfor (figur 1), vil begrænset forgæring reducere proteinnedbrydningen under ensileringen. Forgæringen kan f.eks. begrænses ved øget fortørring og ved hjælp af visse ensileringsmidler såsom myresyre. Begrænset forgæring kan foruden effekt på proteinværdien også forventes at påvirke foderoptagelsen positivt (Van Os et al., 1995), men her er effekten nok størst for meget fugtige afgrøder. Og så er der spørgsmålet, om den positive effekt af øget tørstofindhold vil modvirkes af øget bladspild i marken og reduceret stabilitet efter åbning af ensilagestakken. Hvad siger litteraturen? Det kan være svært at sammenligne græs med bælgplanter under alt andet lige forhold, fordi bælgplanter ligger højere i protein og lavere i NDF indhold. Men på trods af disse forbehold, er det forsøgt i figur 4 at give nogle generelle effekter af rødkløver vs. græs, og rødkløver vs. lucerne i in vivo fordøjeligheds- og produktionsforsøg. 5

6 vs. græs vs. lucerne Foderoptagelse Mælkeydelse Proteinnedbrydning i vommen Foder fæces proteinfordøjelighed ꜛ ꜛ ꜜ ꜜ 1 ꜜ ꜜ ꜜ ꜜ 2 Figur 4. Generelle effekter af rødkløver sammenlignet med henholdsvis græs og lucerne. Referencer: 1) Dewhurst et al., 2002; Bertilsson et al., 2003; Dewhurst et al., 2003; Merry et al., 2006; Vanhatalo et al., 2006; Moorby et al., 2008; Lee et al., 2009; Vanhatalo et al. 2009; Moorby et al., ) Broderick et al., 2000; Broderick et al., 2001; Broderick et al., Ikke nødvendigvis alle referencer i figur 4 er klare på alle effekter. F.eks. er det lavere foder fæces fordøjelighed ikke gældende for alle forsøg, og det højere foderoptag for rødkløver sammenlignet med græs er især udtalt for mere udviklede afgrøder, mens det kan være omvendt, hvis afgrøderne er høstet på et meget tidligt udviklingstrin (Kuoppala et al, 2009, Vanhatalo et al., 2009). Øget foderoptagelse ved øget udviklingstrin i bælgplanter er også set i danske undersøgelser med lucerne (Weisbjerg et al., 2007). Men generelt viser forsøgene, at rødkløver har en lavere nedbrydningsgrad i vommen, og sommetider en lavere foder-fæces fordøjelighed. Mælkeydelsen afspejler normalt foderoptagelsen, og foderoptagelsen af rødkløver er højere end af græs, men lavere end af lucerne. Ud fra produktionsdata er der således ikke noget, der antyder, at rødkløver proteinets værdi skulle være ringere eller bedre end andet grovfoderprotein, men udslag i produktion ville også kræve, at forsøgene er udført med rationer, hvor protein er begrænsende. Konklusion Ud fra egne undersøgelser og hvad der kan findes i litteraturen, synes det klart at rødkløverproteinet, sandsynligvis på grund af indholdet af PPO, har en lavere nedbrydning under ensilering og i vommen. Dette må overvejende betragtes som positivt. Analyse på fordøjeligheds data fra forsøg med får tyder på, at totalfordøjeligheden også er lidt lavere for rødkløver end for græs. Reduktionen i forhold til generel proteinfordøjelighed er dog begrænset. Litteratur Axelsson, J Smältbar äggvita eller smältbart (rå)protein. Nordisk Jordbrugsforskning Bertilson, J., Murphy, M Effects of feeding clover silages on feed intake, milk production and digestion in dairy cows. Grass and Forage Sci. 58, Broderick, G.A., Brito, A.F., Olmos Colmenero, J.J Effects of feedig formate treated Alfalfa silage or red clover silage on the production of lactation dairy cows. J. Dairy Sci. 90, Broderick, G.A., Walgenbach, R.P., Sterrenburg, E Performance of lactating dairy cows fed alfalfa or red clover as sole forage. J. dairy Sci. 83, Broderick, G.A., Walgenbach, R.P., Maignan, S Production of lactation dairy cows fed alfalfa or red clover silage at equal dry matter or crude protein contents in the diet. J. dairy Sci. 84, Ref. 6

7 Dewhurst, R.J., Evans, T.T., Scollan, N.D., Moorby, J.M., Merry, R.J., Wilkins, R.J Comparison of grass and legume silages for milk production. 2. In vivo and in sacco evaluations of rumen function. J.Dairy Sci. 86, Dewhurst, R.J., Fisher, W.J., Tweed, J.K.S., Wilkins, R.J Comparison of grass and legume silages for milk production. 1. Production responses with different levels of concentrate. J. dairy Sci. 86, Eriksson, S Förslag till proteinets analysering og värdering. Nord. Jordbrugsf. 43, Hvelplund, T. & Weisbjerg, M.R In situ techniques for the estimation of protein degradability and postrumen availability. In: D.I. Givens, E. Oven, R.F.E. Axford and H.M. Omed (eds). Forage evaluation in ruminant nutrition. CAB International Kingston-Smith, A.H., marshall, A.H., Moorby, J.M Breeding for genetic improvement of forage plants in relation to increasing animal production with reduced environmental footprint. Animal, 7, Lee, M.R.F., Theobald, V.J., Tweed, J.K.S., Winters, A.L., Scollan, N.D Effect of feeding fresh or conditioned red clover on milk fatty acids and nitrogen in lactating dairy cows. J. Dairy Sci. 92, Lee, M.R.F., Scott, M.B., Tweed, J.K.S., Minchin, F.R., Davies, D.R Effects of polyphenol oxidase on lipolysis and proteolysis of red clover silage with and without a silage inoculant (Lactobacillus planetarium L54). Anim. Feed Sci. Technol. 144, Lejonklev, J., Storm, A.C., Larsen, M.K., Mortensen, G., Weisbjerg, M.R. XXXX. Differences in rate of ruminal hydrogenation of C18 fatty acids in clover and ryegrass. Animal, doi: /s Madsen, J The basis for the proposed Nordic protein evaluation system for ruminants. The AAT-PBV-system. Acta. Agr. Scand. Suppl. 25, Madsen, J., Hvelplund, T., Weisbjerg, M.R., Bertilsson, J., Spörndly, R., Olsson, I., Harstad, O.M., Volden, H., Tuori, M., Varvikko, T., Huhtanen, R., Olafsson, B.L The AAT/PBV protein evaluation system for ruminants. A revision. Norwegian J. Agric. Sci. Suppl. No. 19, Merry, R.J., Lee, M.R.F., Davies, D.R., Dewhurst, R.J., Moorby, J.M., Scollan, D.D., Theodorou, M.K Effects of high-sugar ryegrass silage andmixures with red clover silage on ruminant digestion. 1. In vitro and in vivo studies of nitrogen utilization. J. Anim. Sci. 84, Misciattelli, L., Hvelplund, T., Weisbjerg, M.R., Madsen, J.M., Møller, J., Thøgersen, R. & Kjeldsen, A.M Fodermidlernes indhold af aminosyrer og aminosyrernes andel af AAT. Rapport nr. 98, Landbrugets Rådgivningscenter. 56 pp. Moorby, J.M., Lee, M.R.F., Davies, D.R., Kim, E.J., Nute, G.R., Ellis, N.M., Scollan, N.D Assessment of dietary ratios of red clover and grass silages on milk production adn milk quality in dairy cows. J. Dairy Sci. 92, Moorby, J.M., Robinson, P.H., Fisher, W.J., Evans, R.T Comparison of red clover and ryegrass silage for dry cows and influence on subsequent lactation performance. J. dairy Sci. 91, Skiba, B., Weisbjerg, M.R. and Hvelplund, T Protein and amino acid degradability in the rumen and digestibility in total intestinal tract of different roughages determined in situ. J. Anim. Feed Sci. 5, Vanhatalo, A., Gäddnäs, T Microbial protein synthesis, digestion and lactation responses of cows to grass or grass-red clover silage supplemented with barley or oats. Agric. Food Sci. 15,

8 Vanhatalo, A., Kuoppala, K., Ahvenjärvi, S., Rinne, M Effects of feeding grass or red clover silage cut at two maturity stages in dairy cows. 1. Nitrogen metabolism and supply of amino acids. J. Dairy Sci. 92, Van Os, M., Dulphy, J.P., Baumont, R The effect of protein degradation products in grass silages on feed intake and intake behavior in sheep. Br. J. Nutr. 73, Weisbjerg, M.R ensilage til malkekøer resultater fra nye forsøg. Bilag, Temadag om aktuelle fodringsspørgsmål, Herning Kongrescenter, Tirsdag 28. august Weisbjerg, M.R. & Hvelplund, T., Bestemmelse af nettoenergiindhold (FEK) i råvarer og kraftfoderblandinger. Forskningsrapport nr. 3, Statens Husdyrbrugsforsøg. 39 pp. Weisbjerg, M.R., Hvelplund, T., Hellberg, S., Olsson, S. & Sanne, S Effective rumen degradability and intestinal digestibility of individual amino acids in different concentrates determined in situ. Anim. Feed Sci. Technol. 62, Weisbjerg, M.R., Kristensen, N.B., Søegaard, K. & Thøgersen, R Ensilering og foderværdi af nye græsmarksafgrøder. I: ed. N.B. Kristensen. Ensilering af majs og græs. Intern rapport nr Weisbjerg, M.R., Søegaard, K., Duchwaider, V. & Nielsen, K.A til malkekøer hvad ved vi? Kvæginfo pp. 8