Comment les scientifiques mesurent la dégradation des protéines ruminales dans les aliments pour animaux

L'optimisation de la nutrition des ruminants repose sur la compréhension de l'utilisation des protéines alimentaires. Un aspect essentiel est de déterminer dans quelle mesure les protéines des aliments sont dégradées par les microorganismes du rumen ou contournent le rumen pour être digérées et absorbées dans l'intestin grêle. Les scientifiques utilisent diverses méthodes pour mesurer cela, fournissant des données cruciales pour la formulation de rations équilibrées et l'évaluation de la qualité des ingrédients alimentaires.

Cropenta Insight

Comprendre la dynamique complexe de la dégradation des protéines dans le rumen, en particulier les disparités observées entre les méthodologies in situ et in vitro pour les ingrédients transformés, représente un défi majeur pour les formulateurs d'aliments. Une saisie précise de ces résultats spécifiques à la méthode est essentielle pour évaluer avec exactitude la véritable disponibilité des protéines d'un ingrédient, permettant une formulation plus précise des rations pour soutenir les performances animales et une utilisation efficace de l'azote.

Le double rôle des protéines dans le rumen

Les protéines alimentaires chez les ruminants remplissent deux fonctions principales: fournir de l'azote aux microbes du rumen pour synthétiser la protéine microbienne, et fournir de la protéine non dégradable dans le rumen (PNDR), également connue sous le nom de protéine de contournement, qui atteint l'intestin grêle pour une digestion directe. La fraction qui est dégradée dans le rumen est appelée protéine dégradable dans le rumen (PDR). L'équilibrage de l'apport en PDR et PNDR est essentiel pour une utilisation efficace de l'azote et un apport en acides aminés à l'animal.

Méthode in situ : une approche établie pour la mesure de la dégradation des protéines ruminales

La méthode in situ, souvent appelée technique des sachets de nylon, consiste à incuber des échantillons d'aliments directement dans le rumen d'animaux fistulisés pour évaluer la dégradation des protéines ruminales ^{[1, 2]}. Cette technique permet une exposition à l'environnement ruminal naturel, y compris sa population microbienne et sa dynamique de fermentation. Les échantillons, généralement moulus et pesés, sont placés dans des sachets de nylon poreux, qui sont ensuite suspendus dans le rumen pendant des périodes variables, généralement de quelques heures à 96 heures ou plus pour les ingrédients à dégradation lente ^[1].

Après incubation, les sachets sont retirés, lavés et le résidu restant est analysé pour la protéine brute. La perte de protéines du sachet au fil du temps indique l'étendue de la dégradation. En ajustant ces données à un modèle mathématique, la cinétique de dégradation ruminale peut être déterminée, produisant des paramètres tels que la fraction soluble (S), la fraction potentiellement dégradable (D) et le taux de dégradation fractionnaire (Kd). Un concept important ici est que la PNDR n'est pas simplement la protéine restante après un temps d'incubation fixe, mais est calculée à partir de ces caractéristiques de dégradation à un taux de passage (Kp) supposé ^[2].

Techniques in vitro : approches basées en laboratoire

Contrairement à la méthode in situ, les techniques in vitro simulent la digestion ruminale en laboratoire. Ces méthodes impliquent souvent l'incubation d'échantillons d'aliments avec du liquide ruminal prélevé sur des animaux donneurs ou avec des enzymes spécifiques dans des conditions contrôlées ^{[1, 3]}. Les approches in vitro courantes comprennent les dosages enzymatiques, qui utilisent des protéases pour simuler la dégradation des protéines, ou les techniques de production de gaz, qui mesurent le gaz produit pendant la fermentation microbienne comme indicateur de digestibilité ^[3]. Bien qu'elles offrent des avantages en termes de débit et de coût, les méthodes in vitro peuvent ne pas reproduire entièrement l'environnement complexe et dynamique du rumen vivant ^{[1, 3]}.

Comparaison des méthodes in situ et in vitro

La recherche a montré que si les méthodes in vitro peuvent fournir des estimations, elles peuvent montrer une faible corrélation avec les mesures in situ, en particulier pour les ingrédients alimentaires à protéines protégées ^{[1, 2]}. Les techniques in vitro peuvent avoir tendance à estimer une protection ruminale plus élevée pour les protéines ayant subi des traitements comme le traitement thermique ou les réactions de Maillard ^[2]. Cette divergence peut survenir parce que les simulations en laboratoire ne peuvent pas reproduire avec précision les interactions physiques, chimiques et microbiennes se produisant dans le rumen ^[1].

Par exemple, une étude comparant les méthodes in vitro et in vivo (in situ) pour estimer la dégradation ruminale des protéines brutes dans diverses matières premières couramment utilisées pour les bovins de boucherie a trouvé des différences dans leurs capacités prédictives ^[1]. La méthode in situ offre une évaluation plus directe et biologiquement pertinente de la mesure de la dégradation des protéines ruminales, reflétant les conditions réelles au sein de l'animal ^[2].

De la dégradation à la protéine non dégradable dans le rumen (PNDR)

Les données obtenues à partir des études de dégradation in situ, en particulier les paramètres cinétiques (S, D, Kd), sont utilisées pour calculer la valeur de PNDR d'un ingrédient alimentaire. Ce calcul nécessite un taux de passage ruminal (Kp) supposé, qui reflète la vitesse à laquelle les particules d'aliments quittent le rumen. Les valeurs de PNDR dépendent du Kp supposé, les valeurs ne doivent donc être comparées qu'au même taux de passage ^[2]. Un Kp plus élevé entraîne généralement un pourcentage de PNDR calculé plus élevé, car moins de temps est disponible pour la dégradation microbienne.

Selon les fabricants de Bypass Soy Protein MP et Bypass Rapeseed MP, ces valeurs ont été mesurées in vivo par un institut de recherche indépendant selon le protocole néerlandais in situ ^{[4, 5]}. Il est important de noter qu'un pourcentage élevé de PNDR seul n'indique pas nécessairement une valeur nutritionnelle complète; il doit être évalué en même temps que la digestibilité intestinale ^[2].

Digestibilité intestinale et protéines métabolisables

Après avoir échappé à la dégradation ruminale, la fraction PNDR doit être digérée dans l'intestin grêle pour fournir des acides aminés utilisables à l'animal. La digestibilité intestinale, souvent mesurée à l'aide de la technique des sachets de nylon mobiles chez les vaches munies de canules duodénales, quantifie la proportion de PNDR qui est réellement digérée et absorbée. Une PNDR élevée avec une faible digestibilité intestinale peut entraîner une protéine utilisable limitée, soulignant la nécessité d'évaluer les deux paramètres ^[2].

Le concept de protéine métabolisable (PM) intègre la PNDR et la digestibilité intestinale, ainsi que la synthèse de protéines microbiennes, pour estimer l'apport total en acides aminés à l'animal ^[2]. Des systèmes comme le DVE/OEB néerlandais ou le nXP/RNB allemand traduisent ces caractéristiques de dégradation et de digestibilité mesurées en valeurs de formulation. Ces évaluations complètes permettent aux formulateurs d'optimiser l'apport en protéines, en soutenant les performances animales et une utilisation efficace de l'azote.

Cependant, les observations sur le terrain suggèrent que les valeurs de PNDR déclarées ne s'alignent pas toujours avec les mesures in situ. Lors d'essais d'alimentation laitière allemands comparant des tourteaux de colza traités physiquement-thermiquement ou traités au lignosulfonate, les mesures in situ ont révélé une PNDR inférieure aux proportions utilisées dans les calculs de ration. Le tourteau traité physiquement n'a montré qu'une petite différence par rapport au tourteau non traité, et le traitement au lignosulfonate, bien que significatif, a produit moins de PNDR que prévu, surtout par rapport aux traitements historiques au formaldéhyde ^[6].

Résumé technique

Mesurer la dégradation des protéines ruminales est crucial pour la formulation des régimes alimentaires des ruminants. La méthode in situ, utilisant des animaux fistulisés, est une méthode clé pour déterminer la cinétique de dégradation et calculer la protéine non dégradable dans le rumen (PNDR) à un taux de passage supposé. Les techniques in vitro offrent des alternatives de laboratoire mais peuvent présenter des divergences de protection, en particulier pour les protéines traitées. Une évaluation complète nécessite d'évaluer à la fois la PNDR et sa digestibilité intestinale ultérieure pour estimer avec précision l'apport en protéines métabolisables pour l'animal.

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