Safety of silage: un nuovo approccio per la valutazione della qualità degli insilati nella nutrizione animale

Prof. Antonio Gallo

Professore Ordinario di Nutrizione e Alimentazione animale, Università Cattolica del S. Cuore di Piacenza e Cremona

 

Contesto

Safety of silage è un progetto ambizioso che ha come obiettivo principale quello di relazionare la qualità nutrizionale, la sicurezza e la sanità degli insilati e degli altri foraggi alle performance economiche dell'alimentazione degli allevamenti da latte (Atzori et al., 2021).

In generale, tutti i modelli nutrizionali animali sviluppati nei diversi Paesi generalmente includono una caratterizzazione approfondita degli alimenti impiegati nelle diete delle bovine da latte, con l'obiettivo specifico di fornire informazioni sulla capacità dei singoli alimenti che entrano nelle diete dei ruminanti di soddisfare i requisiti nutrizionali degli animali stessi (Olowu & Firincioğlu, 2019). In ogni caso, le principali tabelle di valutazione dei mangimi adottate da questi modelli nutrizionali si basano esclusivamente su valutazioni chimiche e biologiche (digeribilità/degradabilità della sostanza organica o di diversi nutrienti, come amido, proteine e fibre detergenti neutre) degli alimenti. In particolare, le recenti revisioni di Khan et al. (2015) e Kung et al. (2018) hanno evidenziato come alcuni parametri siano normalmente considerati per valutare la qualità nutrizionale degli insilati e di altri foraggi. Come già menzionato, questi parametri sono principalmente legati alla composizione chimica (ovvero sostanza secca, PG, EE, zuccheri, amido, NDF, ADF, ADL, PG solubile nonché NDICP e ADICP), alla digeribilità/degradabilità dei nutrienti alimentari o solo a pochi parametri fermentativi dell'insilato (ovvero pH, azoto ammoniacale).

In ogni caso, le fermentazioni microbiche che si verificano durante l'insilamento producono diversi prodotti finali che possono modificare molti aspetti nutrizionali del foraggio stesso. La misura del pH o la produzione di acidi grassi volatili (VFA) e di composti organici volatili (VOC) sono i principali aspetti coinvolti nella valutazione della dinamica delle fermentazioni degli insilati. In generale, l'analisi dei prodotti finali della fermentazione dell'insilato può essere utilizzata per determinare lo stato di conservazione dell'insilato e spiegare qualitativamente il valore nutritivo dell'insilato o la scarsa assunzione di questi foraggi da parte degli animali (Kung et al., 2018). A nostro avviso, il modo migliore per valutare la qualità degli insilati dovrebbe aggiungere ai parametri chimico-biologici anche i tratti fermentativi, la conta microbica (o il sequenziamento di nuova generazione (NGS) per la profilazione quantitativa del microbioma) e la determinazione delle micotossine. Questa ampia valutazione delle caratteristiche dell'insilato è necessaria perché le fermentazioni che si verificano nell'insilato sono molto complesse e coinvolgono molti tipi di microrganismi e relazioni tra questi.

Siamo dunque in una nuova era della valutazione degli alimenti ad uso zootecnico!

In particolare, i VFA comunemente valutati sono l'acido lattico prodotto dai batteri lattici (LAB), l'acido acetico che potrebbe migliorare la stabilità quando l'insilato è esposto all'aria, l'acido propionico che solitamente si trova in bassa concentrazione negli insilati ben conservati, o l'acido butirrico e altri isoacidi (valerico, isovalerico e isobutirrico) che indicano la presenza di attività metabolica dei Clostridi, in compresenza con le ammine biologiche. Tuttavia, negli insilati è possibile determinare una serie di altri composti organici volatili (VOC), tra cui vari alcoli (ad esempio, metanolo, propanolo), esteri (acetato di etile, lattato di etile), aldeidi, chetoni e glicoli (Krizsan et al., 2007; Daniel et al., 2013; Weiss, 2017). La valutazione di questi composti negli insilati è importante, perché i VOC possono influenzare l’assunzione di alimenti da parte delle bovine da latte e, di conseguenza, avere ripercussioni sulle loro performances produttive (Weiss, 2017). Un altro aspetto da considerare nella valutazione degli insilati è legato all'enumerazione dei microrganismi aerobi di deterioramento (principalmente lieviti, muffe o coliformi). Tuttavia, il numero totale di muffe negli insilati non dovrebbe essere utilizzato come indicatore di micotossine (Gotlieb, 2016) e per questi motivi, un nuovo approccio da adottare nella valutazione degli insilati deve includere anche un'attenta valutazione della contaminazione da micotossine, concentrandosi principalmente su quelle tipiche di questo tipo di alimento. Il deperimento fungino e la contaminazione da micotossine sono uno dei maggiori rischi di questo tipo di conservazione, che causano perdita di nutrienti, riduzione del consumo di insilati e, di conseguenza, perdite nelle prestazioni degli animali (O'brien et al., 2008).

In conclusione, la valutazione della qualità e della sicurezza degli insilati che stiamo effettuando in Safety of Silage è una questione complessa e dipende da diversi fattori, come i parametri chimico-biologici, i tratti fermentativi compresi i VOC, i conteggi microbici o la rilevazione di micotossine. Tutte queste caratteristiche dell'insilato possono causare cambiamenti nella produzione e nella qualità del latte e nell'uso efficiente dei nutrienti da parte dei ruminanti.

Obiettivi

L'approccio utilizzato in "Safety of Silage" mira a:

1.     migliorare la caratterizzazione dei mangimi insilati e di altri foraggi analizzando una pletora di parametri come quelli chimico-biologici, i tratti fermentativi, i conteggi microbici e le contaminazioni da micotossine

2.     Relazionare tutte queste informazioni alle prestazioni economiche dell'alimentazione aziendale, nonché alla digeribilità dei nutrienti, al profilo di fermentazione fecale e alla produzione e qualità del latte.

Il progetto "Safety of Silage" adotta un approccio euristico per relazionare le caratteristiche degli alimenti alle prestazioni dell'azienda. L'approccio euristico consente di generare un database multivariato con diverse informazioni raccolte su alimenti, unifeed, feci, latte, indicatori economici e prestazioni dell'azienda. Tutte queste caratterizzazioni vengono analizzate con tecniche di statistica multivariata o di apprendimento automatico per migliorare la comprensione degli effetti della sicurezza degli insilati sulle prestazioni dell'azienda. Il gruppo di ricerca ha adottato questo nuovo approccio negli ultimi 3-4 anni, monitorando più di 120 aziende lattiero-casearie intensive situate nella Pianura Padana. Alcuni risultati ottenuti adottando questo approccio euristico sono riportati di seguito e rappresentano risultati ancora preliminari e potenziali ottenibili dal progetto Safety of Silage.

Il gruppo di ricerca di Antonio Gallo ha pianificato di continuare Safety of Silage nei prossimi anni, per aumentare la mole di dati della banca dati organizzata con approccio euristico e per adeguarsi agli obiettivi di questo progetto.

Controlli

Tecniche di campionamento

L'approccio proposto consente di raccogliere un gran numero di valutazioni nutrizionali, ma anche di metterle in relazione con gli indicatori economici dell'alimentazione delle aziende lattiero-casearie. Per condurre questo tipo di studio, il metodo di campionamento adottato in questi ultimi anni di campionamento è riportato in dettaglio di seguito.

Caratteristiche dell'azienda e indicatori di economia alimentare

Gli agricoltori che partecipano all'indagine sulla sicurezza dell'insilato saranno contattati per la visita dell'azienda ogni tre mesi e verrà fissata la data della visita.  Il giorno della visita verrà intervistato un referente dell'azienda agricola con conoscenza della realtà produttiva, compilando un questionario. Durante l'intervista sono raccolte informazioni sulle caratteristiche della mandria (numero di manze, vacche in asciutta, vacche primipare e pluripare in lattazione, DMI, numero medio di lattazioni, prezzo del latte, produzione media di latte e qualità) e sulle strategie di gestione nutrizionale (gruppi di alimentazione per le mandrie in lattazione, frequenza di monitoraggio della razione, sistema di alimentazione, uso di autoalimentatori e integrazione di minerali e vitamine). Inoltre, saranno richieste anche informazioni sulla dieta dei gruppi di mungitura (tipo, quantità e costi di ogni mangime utilizzato nelle razioni giornaliere offerte).

Lo stesso giorno verranno raccolti in loco campioni rappresentativi, tra cui: tutti i foraggi autoprodotti in azienda (insilati, fasciati e fieno), unifeed della mandria in lattazione, un campione di feci (prelevato da almeno 10 vacche in lattazione rappresentative dell'intera mandria in lattazione) e campioni di latte in cisterna da mandrie in lattazione.

I campioni saranno refrigerati e trasportati in laboratorio per essere analizzati.

 Determinazione dell'insilato e di altri foraggi, TMR e feci

Ogni campione di foraggio, unifeed o feci sarà diviso in due sotto-campioni. Il primo sarà essiccato in stufa ad aria forzata (60°C, 48 h) per la determinazione della sostanza secca e poi sarà analizzato, previa macinazione, per i parametri chimici: ceneri, proteina grezza (PG), PG solubile, NDF, ADF, ADL, estratto di etere (EE), amido, zucchero, PG insolubile con detergente neutro (NDICP), PG insolubile con detergente acido (ADICP) (Gallo et al., 2013). Inoltre, per valutare la sanità degli insilati, verrà effettuata la valutazione della contaminazione da micotossine (Gallo et al., 2021).

La seconda aliquota sarà stomacata con acqua distillata e poi utilizzata per valutare i parametri fermentativi, tra cui il pH (sia sugli insilati che su unifeed), l'azoto ammoniacale (tranne che per i unifeed e le feci) e i VFA-VOC negli insilati e nelle feci. I VOC (n=59 composti) saranno determinati utilizzando la gas-cromatografia (GC) con rivelatore a ionizzazione di fiamma (FID) (Gallo et al., 2020). Verrà valutata la conta totale di muffe, lieviti e LAB (Gallo et al., 2020). 

Digeribilità dei nutrienti

La digeribilità di amido, NDF e proteine sarà stimata utilizzando l'ADL come marcatore interno secondo l'equazione di Kotb e Luckey (1972).

Profilo di fermentazione fecale

Un campione umido (circa 50 g) di campioni di feci freschi sarà estratto utilizzando Stomacher (Seward Ltd., West Sussex, Regno Unito) e la fase liquida sarà conservata per la determinazione dei VFA utilizzando l'apparecchiatura GC.

Qualità del latte e tomografia

I campioni di latte sono raccolti prima del giorno della visita dalla cisterna aziendale contenente la mungitura pomeridiana e quella successiva del mattino, e poi conservati a 4°C. Questo campione sarà analizzato con Milkoscan FT 120, Foss Electric (Hillerød, Danimarca) per determinare il contenuto di grasso, proteine, caseina, lattosio e urea. Inoltre, una cromatografia liquida ad altissima pressione (UHPLC) accoppiata alla spettrometria di massa ad alta risoluzione (HRMS) può essere utilizzata per discriminare il profilo metabolomico del latte.

Risultati

Un'analisi esplorativa dei tratti fermentativi e del volatiloma dell'insilato di mais è stata condotta utilizzando questo approccio euristico e pubblicata da Gallo et al. nel 2021 (Toxins 2021, 13, 232. https://doi.org/10.3390/toxins13030232). In particolare, sono stati condotti diversi studi sull'insilato di mais, tra cui parametri chimico-biologici, composti organici volatili e contaminazione da micotossine. Utilizzando un'analisi delle componenti principali è stato possibile ridurre la numerosità di questi parametri e identificare alcune vie fermentative-chimiche che si verificano in questi campioni. Il raggruppamento delle variabili originali in componenti principali ha permesso di identificare i seguenti fenomeni correlati alla qualità dell'insilato: i) contaminazione da micotossine Fusarium e Alternaria; ii) microrganismi aerobici di deterioramento; iii) fermentazione eterolattica; iv) condizioni dell'impianto di raccolta; v) tossine Fusarium emergenti; vi) fermentazione da clostridi; vii) fermentazione omolattica. Questi dati sono stati poi messi in relazione con gli indicatori economici e le performance aziendali, mostrando variazioni di tendenza.

Inoltre, al fine di relazionare la contaminazione da micotossine dell'insilato di mais e la qualità del latte, è stato effettuato un confronto tra la qualità del latte e la contaminazione dell'insilato di mais. Un totale di 45 campioni di latte sono stati classificati in cinque cluster in base al profilo di contaminazione da micotossine dell'insilato di mais collegato ai relativi campioni di latte. L'analisi del profilo metabolomico del latte ha evidenziato correlazioni tra la qualità degli insilati di mais contaminati che facevano parte della razione mista totale e la composizione del latte.

Uno studio successivo è stato preparato in collaborazione con il gruppo -Omics dell'UCSC identificando tre vie metabolomiche significativamente influenzate dall'inclusione nella dieta di mais da spiga ad alta umidità: a) pirimidina, b) vitamina B6 e c) metabolismo di alanina, aspartato e glutammato. Tuttavia sono necessari ulteriori studi per quantificare e convalidare i potenziali marcatori che distinguono le strategie nutrizionali e la fermentescibilità della dieta, ma i risultati sono promettenti.