Comprendre la protection ruminale et la biodisponibilité des protéines chez les ruminants

L'optimisation de l'utilisation des protéines chez les ruminants dépend d'une distinction claire entre la protection ruminale et la biodisponibilité subséquente des protéines et des acides aminés dans l'intestin grêle. Bien que les méthodes pour protéger les protéines alimentaires de la dégradation ruminale soient bien établies, elles peuvent également influencer la quantité de protéines protégées effectivement digérées et absorbées post-ruminalement. Cet article examine comment diverses méthodes de protection ruminale altèrent la digestibilité intestinale et la disponibilité des acides aminés, aidant à clarifier leur véritable impact sur l'apport en protéines métabolisables.

Cropenta Insight

Pour les formulateurs recherchant une meilleure efficacité protéique, comprendre les mécanismes spécifiques par lesquels les méthodes de protection influencent à la fois la dégradabilité ruminale et la digestibilité intestinale est essentiel. Atteindre une protéine non dégradable dans le rumen (PNDR) élevée ne garantit pas la disponibilité maximale des acides aminés pour l'animal. Les systèmes d'évaluation nutritionnelle, les mesures in situ et les données de digestibilité intestinale, notamment pour les protéines de pomme de terre, offrent une image plus complète, permettant aux formulateurs de sélectionner les ingrédients qui contribuent réellement aux besoins en protéines métabolisables.

Le double défi : protection ruminale contre biodisponibilité intestinale

Les ruminants dépendent à la fois des protéines microbiennes synthétisées dans le rumen et des protéines alimentaires qui échappent à la dégradation ruminale, appelées protéines non dégradables dans le rumen (PNDR), pour leur apport en acides aminés. Diverses méthodes visent à augmenter la fraction PNDR, fournissant ainsi un plus grand apport d'acides aminés directement à l'intestin grêle ^[1]. Ces méthodes incluent le traitement thermique, les traitements chimiques (tels qu'avec les lignosulfonates, ou historiquement, le formaldéhyde), et les réactions de Maillard contrôlées utilisant des sucres réducteurs. L'objectif est de créer une structure protéique qui résiste aux enzymes microbiennes du rumen mais peut être décomposée par les conditions acides de la caillette et la digestion enzymatique dans l'intestin grêle.

Cependant, une distinction importante existe entre l'obtention d'une protection ruminale élevée et l'assurance d'une biodisponibilité intestinale élevée. Une source de protéines peut présenter une PNDR élevée, ce qui signifie qu'une grande proportion échappe à la dégradation ruminale, mais si cette protéine protégée n'est pas facilement digestible dans l'intestin grêle, sa valeur nutritionnelle pour l'animal est limitée. La digestibilité intestinale, mesurée par exemple avec la technique du sac de nylon mobile chez les vaches fistulées, quantifie la part des protéines non dégradées dans le rumen qui est réellement digérée et absorbée dans l'intestin grêle. Une PNDR élevée avec une faible digestibilité intestinale fournit peu de protéines utilisables pour l'animal ^[2].

Impact des méthodes de protection sur la digestibilité intestinale

Différentes méthodes de protection modifient la structure des protéines de manière distincte, affectant par conséquent leur digestibilité intestinale :

• Traitement thermique : Un traitement thermique modéré peut réduire la dégradabilité des protéines dans le rumen en les dénaturant, les rendant moins accessibles aux enzymes microbiennes. Cependant, une chaleur excessive peut entraîner une réticulation irréversible des protéines et des réactions de Maillard qui lient trop fortement la lysine réactive et d'autres acides aminés, réduisant considérablement la digestibilité intestinale et la disponibilité des acides aminés ^[1]. Ce sur-traitement peut réduire à la fois la dégradation ruminale et la digestibilité post-ruminale.
• Traitement chimique : Historiquement, le traitement au formaldéhyde était utilisé pour créer de fortes liaisons croisées, rendant les protéines très résistantes à la dégradation ruminale. Bien qu'efficace pour augmenter la PNDR, il pouvait également compromettre la digestibilité intestinale. Les nouvelles méthodes chimiques, comme le traitement aux lignosulfonates, visent à offrir une protection sans trop entraver la digestion post-ruminale. Cependant, des études ont indiqué que les valeurs de protéines non dégradables (PNDR) de certains tourteaux de colza traités physiquement-thermiquement ou aux lignosulfonates étaient inférieures à celles rapportées, et pas toujours significativement différentes des tourteaux non traités dans certaines mesures in situ ^[3].
• Réaction de Maillard contrôlée : Cette méthode implique la réaction de sucres réducteurs avec des groupes amino libres, typiquement la lysine, pour former des mélanoïdines. Lorsqu'elle est contrôlée, cette réaction peut rendre les protéines résistantes aux microbes du rumen tout en permettant la dénaturation acide dans la caillette et la libération enzymatique des acides aminés dans l'intestin grêle. Par exemple, une protéine de soja protégée ruminalement traitée avec une réaction de Maillard contrôlée à partir de tourteaux de soja non OGM et de mélasse traitée a montré une PNDR calculée supérieure à 80 % à un taux de passage supposé de 6 %/h, avec une digestibilité intestinale de la protéine non dégradée dans le rumen proche de 100 %, selon la documentation produit ^[2]. De même, une protéine de colza protégée ruminalement utilisant cette méthode a rapporté une PNDR d'environ 80 % à un taux de passage de 6 %/h et une digestibilité intestinale d'environ 90 %, selon la documentation produit ^[4]. Cependant, une réaction de Maillard incontrôlée ou excessive peut lier la lysine réactive et réduire la digestibilité globale et l'appétence ^[2].

L'importance de la disponibilité des acides aminés

En fin de compte, l'objectif de la protection ruminale est d'augmenter le flux d'acides aminés essentiels vers l'intestin grêle. Par conséquent, la digestibilité des acides aminés, plutôt que la simple digestibilité des protéines brutes, est l'indicateur le plus précis de ce que l'animal peut réellement utiliser ^[2]. Cette métrique, souvent mesurée chez les animaux, fournit une évaluation directe de la quantité de chaque acide aminé disponible pour l'absorption. La simple mesure de la teneur totale en lysine ou méthionine, ou la dépendance aux indicateurs de chaleur, ne reflète pas entièrement la disponibilité nutritionnelle si les acides aminés sont liés dans des complexes indigestibles en raison du traitement.

De plus, les tests de dégradation des protéines in vitro, qui utilisent des méthodes enzymatiques ou de fractionnement, sont souvent mal corrélés avec les mesures in situ effectuées chez les vaches fistulées du rumen. Pour les protéines protégées par la chaleur et la réaction de Maillard spécifiquement, les méthodes in vitro ont tendance à surestimer la protection ruminale dans une mesure considérable par rapport aux mesures in vivo ^{[2, 4]}. Cela souligne l'importance d'utiliser des méthodologies robustes, in situ et in vivo, pour caractériser précisément la dégradation et la digestibilité des protéines protégées.

Évaluation nutritionnelle et sélection des ingrédients

Les systèmes d'évaluation nutritionnelle des protéines, tels que les systèmes néerlandais DVE/OEB ou allemand nXP/RNB, traduisent les caractéristiques de dégradation et de digestibilité mesurées en valeurs de formulation. Ces systèmes tiennent compte à la fois de la dégradation ruminale et de la digestibilité intestinale pour fournir une évaluation plus complète de la qualité des protéines. Par exemple, dans le système néerlandais DVE/OEB, une protéine de soja protégée ruminalement peut montrer une valeur protéique digestible environ 1,8 fois supérieure à celle du tourteau de soja non traité, avec un bilan protéique ruminal proche de zéro, selon la documentation produit ^[2].

Lors de la sélection des ingrédients, il est crucial de considérer l'interaction entre les valeurs PNDR, le taux de passage (Kp) supposé auquel la PNDR est calculée, et la digestibilité intestinale. Les valeurs PNDR ne sont comparables qu'au même taux de passage supposé. De plus, une PNDR élevée seule ne fournit pas une indication directe d'une production laitière plus élevée ; de telles conclusions nécessitent des preuves issues d'essais d'alimentation réels, qui diffèrent des études de caractérisation des ingrédients. Bien que l'alimentation du bétail avec des protéines by-pass ruminales ait été associée à des effets positifs sur le gain de poids et l'efficacité alimentaire, en particulier chez les jeunes veaux, cela souligne l'importance d'un apport protéique efficace ^[5]. En fin de compte, une sélection éclairée des ingrédients va au-delà des pourcentages de PNDR rapportés pour englober une compréhension complète de la manière dont les méthodes de protection influencent la véritable disponibilité post-ruminale des acides aminés.

Résumé technique

Les méthodes de protection ruminale visent à augmenter la proportion de protéines alimentaires qui échappent à la dégradation dans le rumen, mais leur impact sur la biodisponibilité intestinale subséquente varie. Un sur-traitement thermique ou l'utilisation de certains traitements chimiques peuvent réduire à la fois la dégradation ruminale et la digestibilité dans l'intestin grêle, compromettant la disponibilité des acides aminés. Les réactions de Maillard contrôlées peuvent offrir une protection ruminale efficace tout en préservant une digestibilité intestinale élevée. Une évaluation nutritionnelle précise requiert des mesures in situ et in vivo, prenant en compte la protéine non dégradable dans le rumen et la digestibilité intestinale, afin d'assurer un apport d'acides aminés véritablement métabolisables.

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