artykuł 2

Medicina Veterinaria 1(1) 2002, 67-80
ANALIZA PARAMETRÓW FERMENTACJI TREŚCI
PRZEWODU POKARMOWEGO INDYKÓW
W BADANIACH IN VITRO
Dorota Miśta, Andżelika Kaczmarek, Wojciech Zawadzki,
Mieczysław Steininger
Streszczenie. Przedmiotem badań była analiza parametrów fermentacji treści przewodu
pokarmowego indyków w warunkach in vitro. Przebadano 20 indyków rasy Big-6,
w wieku od 17 do 22 tygodni. Pośmiertnie pobrano od nich trzy odcinki przewodu
pokarmowego: jelito cienkie, jelito proste i jelito ślepe, z których treści wykonano próby
zbiorcze i poddano je inkubacji w temp. 40 0C w warunkach beztlenowych. W tracie
fermentacji pobierano próby w celu oznaczenia w nich poziomów: LKT (lotnych kwasów
tłuszczowych), metanu, CO2, amoniaku, kwasu mlekowego oraz pH. Najwięcej CH4
stwierdzono w próbkach gazu pobranych podczas fermentacji treści jelit ślepych,
w których stosunek CO2:CH4 był najniższy i wynosił 2,75 pomiędzy 1 a 4 godziną
fermentacji. W jelitach prostych produkcja tego gazu była nieco mniejsza i dlatego
stosunek CO2:CH4 był prawie dwukrotnie wyższy i wynosił 5,4 w omawianym przedziale
czasowym. Wytwarzanie metanu w jelicie cienkim było znikome. Stężenie ogólne LKT
w pierwszych godzinach fermentacji osiągnęło najwyższe wartości w treści jelita prostego
(0,82–2,37 μmol/ml fermentowanej próby), nieco mniejsze w zawartości jelit ślepych
(0,63–2,07 μmol/ml), a najniższe w próbkach z jelita cienkiego (0,24–1,29 μmol/ml).
Uzyskane wartości pozwalają określić profil fermentacji w wybranych odcinkach
przewodu pokarmowego indyków oraz stworzyć podstawy dla żywieniowców i
hodowców do lepszego manipulowania fermentacją w celu uzyskania lepszych
przyrostów masy ciała w krótszym czasie, co poprawi także korzyści ekonomiczne
uzyskane w hodowli indyków.
Słowa kluczowe: fermentacja in vitro, indyki, LKT, gazy, jelita
WSTĘP
W ostatnich latach wzrosło w naszym kraju pogłowie indyków i spożycie mięsa
indyczego, dlatego też ptaki te są coraz częściej przedmiotem badań naukowych.
Analiza procesów zachodzących w przewodzie pokarmowym u drobiu jest szczególnie
istotna przy przemysłowym chowie tych zwierząt, kiedy to poszukiwane są wciąż nowe
rozwiązania w przemyśle żywieniowym.
68
D. Miśta i in.
Budowa przewodu pokarmowego drobiu wskazuje na szybkie tempo przebiegu
procesów trawiennych. Podobna jest ona częściowo do struktury układu trawiennego
zwierząt roślinożernych, a częściowo zwierząt mięsożernych. Przewód pokarmowy
indyków składa się z jamy dziobowej, przełyku, wola, żołądka gruczołowego i
mięśniowego oraz jelit: dwunastnicy, jelita czczego i biodrowego, dwóch jelit ślepych
oraz krótkiej okrężnicy zwanej też jelitem prostym. W jelicie cienkim zachodzą
intensywne procesy trawienia i wchłaniania, które w jelicie prostym i ślepych odbywają
się z mniejszym nasileniem. W jelicie prostym zachodzi przede wszystkim wchłanianie
wody, a w jelitach ślepych trawienie włókna surowego oraz innych cukrowców,
alkoholi cukrowych, rozkład elastyny i kolagenu, a także fermentacja aminokwasów.
Wraz z wiekiem indyki coraz lepiej wykorzystują energię z włókna, co z kolei
powoduje u nich dalszy rozwój jelit ślepych [Faruga 1988]. Rozkład celulozy jest
procesem fermentacyjnym, przebiegającym pod wpływem żyjących tam bakterii.
Współdziałają one także w syntezie witaminy K oraz witamin z grupy B [Faruga i
Jankowski 1996], metabolizują ksenobiotyki i przyczyniają się do utrzymania stanu
zdrowia tworząc barierę dla patogenów. U kurcząt i indyków dominującym rodzajem
bakterii metanogennych jest Methanogenium, podczas gdy u innych gatunków zwierząt
występuje głównie Methanobrevibacterium [Miller i in. 1986]. Ponadto z jelit u drobiu
izoluje się drobnoustroje z rodzaju: Enterococcus, Lactococcus, Lactobacillus,
Propionibacterium, Bifidobacterium, oraz z gatunku: Escherichia coli i E. fergusonii
[Mead 1993]. Jednym z produktów fermentacji zachodzącej w treści jelit u ptaków są
lotne kwasy tłuszczowe (LKT), przede wszystkim kwas octowy, propionowy, masłowy,
walerianowy, izomasłowy i izowalerianowy. Kwasy te są głównym materiałem
energetycznym u przeżuwaczy, u których produkowane są w przedżołądkach i stanowią
ok. 70% całkowitego zapotrzebowania energetycznego [Nielsen 1997]. Jednym ze
źródeł energii są one również u wielu zwierząt monogastrycznych, także u drobiu, gdzie
produkowane są przede wszystkim w jelitach ślepych. Udział fermentacji w jelitach
ślepych w zaspokojeniu podstawowych potrzeb metabolicznych wynosi u
monogastrycznych wszystkożernych, np. u świni około 10%-15%, ale wielkość ta
zmienia się w zależności od gatunku zwierzęcia i udziału włókna w paszy. Trawienie
jelitowe u drobiu odbywa się na podobnych zasadach jak u świni [Jamroz 2001]. U
niektórych dziko żyjących ptaków udział ten jest jeszcze większy, np. u pardwy, która
w czasie zimowych miesięcy żywi się głównie pączkami i gałązkami wierzby, wynosi
aż 30%, co stanowi rzeczywiście wartość niebagatelną [Nielsen 1997]. Ogólna ilość
oraz wzajemne relacje poszczególnych LKT wyprodukowanych w przewodzie
pokarmowym pozwalają określić profil zachodzącej tam fermentacji i stworzyć
podłoże do manipulacji procesami trawienia dla żywieniowców i hodowców drobiu.
Produktami omawianych procesów są jeszcze gazy, głównie metan i dwutlenek węgla,
powstające jednak w mniejszej ilości i w innych wzajemnych proporcjach niż w
przedżołądkach przeżuwaczy.
W niniejszej pracy do analizy procesów zachodzących w treści przewodu
pokarmowego zastosowaliśmy badania in vitro symulujące procesy fermentacji w
jelitach. Takie badania nie stwarzają trudnych problemów technicznych i etycznych
związanych z kaniulacją zwierząt, czyli koniecznością operacji i przeprowadzania
doświadczeń chronicznych, a także eliminują ewentualną reakcję gospodarza na
zaburzenie flory jelitowej. Metody in vitro symulujące procesy zachodzące w
Acta Sci. Pol.
Analiza parametrów fermentacji...
69
przewodzie pokarmowym zwierząt pozwalają wysunąć hipotezy, które mogą być
później potwierdzone w badaniach in vivo.
MATERIAŁ I METODY BADAŃ
Badania zostały przeprowadzone na 20 indykach rasy BIG-6 w wieku od 17 do 22
tygodni, żywionych mieszanką własnej produkcji wykonaną ze śruty pszennej,
kukurydzianej i sojowej oraz premiksu IB-f23, fosforanu paszowego, kredy pastewnej
i oleju roślinnego. Po zabiciu zwierząt pobrano od nich po uprzednim podwiązaniu:
jelito biodrowe, jelita ślepe oraz jelito proste. Z otrzymanej treści pokarmowej
sporządzono próby zbiorowe po 150 g, do których dodano wodę destylowaną w
stosunku 1:5 i w ten sposób rozcieńczoną treść uzupełniono w stosunku 1:1 buforem o
składzie i odczynie pH zbliżonym do płynów jelitowych indyków [Bergner i Ketz
1974]. Tak przygotowane próby poddane zostały fermentacji in vitro w fermentorze o
pojemności 1600 ml, w temperaturze 40 oC, po wysyceniu azotem w celu uzyskania
warunków beztlenowych. Próbki do analizy pobrane zostały przed fermentacją, a także
w trakcie jej przebiegu, tj. po 4, 6 i 24 godzinach, w celu oznaczenia w nich lotnych
kwasów tłuszczowych – LKT (metodą chromatografii gazowej z zastosowaniem
chromatografu z detektorem FID) oraz pH, amoniaku (metodą Conwaya) i kwasu
mlekowego (metodą miareczkowania). Pobrano również próbki gazów (w 4, 6 i 24
godzinie fermentacji), w celu oznaczenia w nich metanu oraz dwutlenku węgla.
Oznaczenie wykonano metodą chromatograficzną, z zastosowaniem dwóch
chromatografów gazowych z detektorami TCD i FID. Parametrami pracy dla
chromatografu TCD (oznaczenia gazów: CO2, N2, CH4, H2) były: kolumna 1,9 o
średnicy 4 mm, wypełnienie Carbosieve’m B 80/100 mesh firmy Supelco, Inc., gazem
nośnym
był
hel,
przepływ
30
cm/min;
temperatura
80 oC, temperatura dozownika i detektora 150 oC. Chromatograf z detektorem FID
(oznaczenia C1, C2+) zawierał kolumnę 1,9 m o średnicy 4 mm, wypełnioną
Poropakiem S, 80/100 mesh firmy Supelco, Inc., przy czym gazem nośnym był azot,
przepływ 30 cm/min, temperatura początkowa 60 oC, 5 min, narost liniowy 8 oC/min,
temperatura końcowa 220 oC/5 min; przepływ wodoru 40 ml/min, powietrza 120
cm/min.
W ramach analizy statystycznej wykonano obliczenia wartości oczekiwanej (EX)
oraz odchylenia standardowego z próby (SD).
OMÓWIENIE WYNIKÓW I DYSKUSJA
Produktami procesów fermentacyjnych w jelitach indyków są m.in. gazy, takie jak
dwutlenek węgla i metan. Oznaczanie zawartości procentowej tych gazów ma znaczenie
przede wszystkim w przedżołądkach u przeżuwaczy, gdzie wytwarzanie metanu
przynosi straty do 16% pobranej energii strawnych składników pokarmowych poprzez
wydalanie w procesie odbijania. Zmiana kierunku i natężenia procesów
fermentacyjnych w żwaczu wpływa istotnie na metanogenezę [Zawadzki 1993].
Podobnym do żwacza systemem ekologicznym jest jelito grube u zwierząt
monogastrycznych. Dominującym substratem w produkcji metanu w tych ekosystemach
są: wodór, dwutlenek węgla i kwas octowy. Powstają one, obok LKT, w wyniku
Medicina Veterinaria 1/2002
D. Miśta i in.
70
rozkładu polisacharydów, białek i lipidów. Procesy fermentacyjne u zwierząt
monogastrycznych mają miejsce głównie w jelitach ślepych i początkowym odcinku
okrężnicy, gdzie zalegający dłużej pokarm stwarza dogodne warunki do namnażania
bakterii beztlenowych [Jensen 1996]. W badaniach przedstawionych w niniejszej pracy
największe stężenie procentowe metanu uzyskano w czasie fermentacji treści jelit
ślepych (2,19% między 1 a 4 godziną fermentacji i 1,88% pomiędzy godziną 4 a 6 (tab.
1a,
wykres
Ia),
gdzie
stosunek
CO2
do CH4 wynosi 2,75 (1–4 godz.) oraz 4,47 (4–6 godz.) i jest najbardziej zbliżony do tej
proporcji wyliczonej dla fermentacji żwaczowej, pomimo niższej zawartości
procentowej tych gazów w jelitach u drobiu. W jelicie prostym godzinowa produkcja
metanu jest nieco mniejsza i najwyższą wartość osiąga pomiędzy 4 a 6 godziną
fermentacji (1,15%), przez co większy jest stosunek dwutlenku węgla do metanu – 7,49
(tab. 1b, wykres Ib). W treści jelita cienkiego proporcja ta jest wielokrotnie większa niż
w omawianych wyżej próbach, czego przyczyną jest zachodząca tu w niewielkim
stopniu produkcja metanu (najwyższe wartości uzyskano między 4 a 6 godziną
fermentacji, średnio 0,3%).
Tabela 1a. Produkcja godzinowa CH4 i CO2 w czasie fermentacji treści jelit ślepych
Table 1a. The production of CH4 and CO2 per hour during the fermentation of cecal intestines
content
1–4 godz.
1–4 hour
4–6 godz
4–6 hour
6–24 godz.
6–24 hour
CH4
2,19
1,88
0,63
SD
0,89
0,69
0,24
CO2
6,03
8,41
1,43
SD
1,83
1,84
0,34
CO2/CH4
2,75
4,47
2,28
Tabela 1b. Produkcja godzinowa CH4 i CO2 w czasie fermentacji treści jelita prostego
Table 1b. The production of CH4 and CO2 per hour during the fermentation of rectal intestine
content
1–4 godz.
1–4 hour
4–6 godz
4–6 hour
6–24 godz.
6–24 hour
CH4
0,85
0,81
0,29
SD
0,06
0,47
0,06
CO2
4,61
6,09
0,73
SD
1,74
2,59
0,04
CO2/CH4
5,40
7,49
2,55
Tabela 1c. Produkcja godzinowa CH4 i CO2 w czasie fermentacji treści jelita cienkiego
Table 1c. The production of CH4 and CO2 per hour during the fermentation of small intestine
content
1–4 godz.
1–4 hour
4–6 godz
4–6 hour
6–24 godz.
6–24 hour
Acta Sci. Pol.
% w ogólnej zawartości gazów
percentage in total gas content
Analiza parametrów fermentacji...
% 9
w ,0
8
og
óln ,0 7
ej ,0 6
za ,0
5
wa
rto ,0 4
ści ,0 3
ga ,0
2
zó
w ,0 1
,0 -
71
CH4
0,13
0,3
0,06
SD
0,03
0,15
0,02
CO2
4,87
9,35
2,53
SD
1,44
1,53
0,27
CO2/CH4
38,60
30,67
44,60
9,0
8,0
7,0
6,03
6,0
6,
5,0
03
4,0
2,19
3,0
2,0
1,0 2,
19
1 -4 h
8,41
8,
41
CH4
CO2
CH4
CO2
1,88
0,63
1,43
1,
1,
43h
6 -0,24
czas trwania fermentacji63
duration of fermentation
1
-4
4 - 6
6 - 24
godz.
godz.
godz.
czas
trwania
Wykres 1a. Produkcja godzinowa CH4 i CO2 w czasie fermentacji treści jelit ślepych
fermentacji
88
4-6h
Graph 1a. The production of CH4 and CO2 per hour during the fermentation of cecal intestines
content
Medicina Veterinaria 1/2002
D. Miśta i in.
72
9,0
% w ogólnej zawartości gazów
percentage in total gas content
% 9
w ,0
8
og
óln ,0 7
ej ,0 6
za ,0
5
wa
rto ,0 4
ści ,0 3
ga ,0
2
zó
w ,0 1
,0 -
7,92
8,
8,0
41
7,0
6,
6,0
CH4
03
CO2
CH4
5,0
4,0
3,38
2,
3,0
19
2,0
1,
0, 43
63
0,76
0,81
0,24
-4
4 - 6
6 - 24
godz.
godz.
czas
1 -4 h
4 - 6 h trwania
6 - 24 h
fermentacji
czas trwania fermentacji
duration of fermentation
88
1,15
1,0
-
CO2
1,
1
godz.
Wykres 1b. Produkcja godzinowa metanu i dwutlenku węgla w czasie fermentacji w jelicie
prostym
Graph 1b. The production of CH4 and CO2 per hour during the fermentation of rectal intestine
content
9,35
% w ogólnej zawartości gazów
percentage in total gas content
10,0
9,0
8,0
% 9
7,0
w ,0
8
og
6,0
óln ,0 7
ej ,0 6 5,0
za ,0
4,0
5
wa
rto ,0 4 3,0
ści ,0 3 2,0
ga ,0
2 1,0
zó
,0
w
1 ,0 -
8,
41
4,87
6,
CH4CH
4
CO2CO2
03
2,53
2,
19
1,
0,30
88
0,13
1 -4 h
1
godz.
-4
0,06
4-6h
4 fermentacji
- 6
czas trwania
godz.
duration
czasof fermentation
trwania
fermentacji
1,
0, 43
63
6 - 24 h
6
godz.
-
24
Wykres 1c. Produkcja godzinowa metanu i dwutlenku węgla w czasie fermentacji treści jelita
cienkiego
Graph 1c. The production of CH4 and CO2 per hour during the fermentation of small intestine
Acta Sci. Pol.
Analiza parametrów fermentacji...
73
content
W wyniku nagromadzenia produktów fermentacji zmienia się pH treści
pokarmowej, zasadniczo ulegając obniżeniu. Odczyn pH wpływa na tempo
metabolizmu drobnoustrojów zasiedlających przewód pokarmowy oraz na ich
aktywność, zmiany w liczebności poszczególnych populacji i co za tym idzie, na ilość i
rodzaj wytwarzanych przez nie związków. Przy niskim pH bakterie produkują mniej
metanu [Lana 1998], a także powstaje mniej lotnych kwasów tłuszczowych [Jamroz
1996]. Podobne prawidłowości obserwuje się w naszych badaniach (tab. 5). Poziom
amoniaku w trakcie fermentacji wzrasta we wszystkich badanych odcinkach jelit (tab.
4), natomiast stężenie kwasu mlekowego wykazuje jedynie niewielkie wahania (tab. 3).
Wyniki analizy lotnych kwasów tłuszczowych zostały również zestawione w
tabelach i na wykresach. Ogólne stężenie LKT (VFA) osiągnęło przed fermentacją
najwyższą wartość w jelicie prostym (0,823 µmol/ml fermentowanej próby), w jelitach
ślepych wartość ta jest nieco mniejsza (0,631 µmol/ml fermentowanej próby), natomiast
w jelicie cienkim kilkakrotnie niższa (0,239 µmol/ml fermentowanej próby). W trakcie
przebiegu fermentacji do szóstej godziny wartości te wzrastają mniej więcej
równomiernie (tab. 1, wykres I), przy czym najmniejsza ilość LKT produkowana jest w
jelicie cienkim. Po 24 godzinach stężenie lotnych kwasów tłuszczowych w jelicie
cienkim zdecydowanie wzrasta, jednak w warunkach naturalnych pokarm opuszcza to
jelito
już
po
4–6 godzinach, a w badaniach prezentowanych w naszej pracy fermentacja została
przedłużona jedynie w celach porównawczych (w jelicie ślepym pokarm może
przebywać 48 do 72 godzin). W jelitach ślepych proporcjonalnie najwięcej powstaje
kwasu octowego (ok. 40%), a zawartość procentowa kwasów propionowego i
masłowego kształtuje się na podobnym poziomie, tj. 21,8–26,3% ogólnej ilości LKT. W
jelitach ślepych najmniej powstaje kwasów walerianowego i izowalerianowego, których
udział wynosi łącznie ok. 14%. Podobnie proporcje te kształtują się w jelicie prostym
(kwas octowy średnio 42%, kwas propionowy 22,3%, masłowy 23,6%, a walerianowy
ok.12%). W jelicie cienkim natomiast przed fermentacją w największej ilości
występował kwas masłowy (33,1%), lecz w trakcie fermentacji produkowany był
głównie kwas octowy, którego stężenie w czwartej i szóstej godzinie przekroczyło 61%.
Po 24 godzinach stężenie tego kwasu ponownie spadało, lecz, jak już wspomniano, w
warunkach naturalnych treść pokarmowa opuszcza jelito znacznie wcześniej. Według
Jamroz i in. [1996] proporcje molarne LKT w przewodzie pokarmowym drobiu
uzyskane z prób pobranych bezpośrednio po zabiciu zwierząt, kształtują się na
podobnym poziomie, tak więc w jelicie ślepym kwasu octowego otrzymano ok. 52–
56%, a propionowego i masłowego – każdego powyżej 20%. W jelicie prostym
otrzymano 80–84% kwasu octowego i po 8–14% propionowego oraz masłowego,
natomiast w jelicie cienkim 91–94% kwasu octowego, a masłowego i propionowego po
2,5–4,3% ogólnej sumy LKT.
Tabela 2a. Średnie wartości stężeń poszczególnych LKT (EX±SD), ich całkowita zawartość oraz
udział procentowy w badanych próbach treści jelit ślepych
Table 2a. Mean values (EX±SD), total and the percentage of VFA concentrations in examined
samples of cecal intestines content
Medicina Veterinaria 1/2002
D. Miśta i in.
74
Jelito ślepe
Caecum
Kwas octowy
Acetic acid, mol/ml
Kwas propionowy
Propionic acid, mol/ml
Kwas izomasłowy
Isobutyric acid, mol/ml
Kwas masłowy
Butyric acid, mol/ml
Kwas izowalerianowy
Isovaleric acid, mol/ml
Kwas walerianowy
Valeric acid, mol/ml
0h
4h
6h
24h
0,26 ± 0,05
0,60 ± 0,17
0,67 ± 0,25
0,82± 0,26
0,14 ± 0,03
0,35 ± 0,15
0,43 ± 0,20
0,50± 0,19
0,02 ± 0,00
0,04 ± 0,02
0,05 ± 0,03
0,06± 0,03
0,15 ± 0,05
0,29 ± 0,13
0,35 ± 0,17
0,37± 0,16
0,02 ± 0,01
0,09 ± 0,06
0,14 ± 0,07
0,15± 0,09
0,05 ± 0,03
0,12 ± 0,03
0,14 ± 0,04
0,15± 0,04
0,63
1,93
2,06
2,45
40,31
39,98
38,02
39,26
22,58
23,86
24,38
24,29
26,33
21,82
22,61
21,70
10,78
14,34
14,98
14,74
VFA*
Kwas octowy
Acetic acid, %
Kwas propionowy
Propionic acid, %
Kwas masłowy i izomasłowy
Butyric and isobutyric acid, %
Kwas walerianowy i izowalerianowy
Valeric and isovaleric acid, %
*)VFA (LKT) – całkowita zawartość lotnych kwasów tłuszczowych w badanej próbie, mol/ml
– total content of volatile fatty acids in examined sample, mol/ml
Tabela 2b. Średnie wartości stężeń poszczególnych LKT (EX±SD), ich całkowita zawartość oraz
udział procentowy w badanych próbach treści jelita prostego
Table 2b. Mean values (EX±SD), total and the percentage of VFA concentrations in examined
samples of rectum intestine content
Jelito proste
Rectum
0h
4h
6h
24h
Kwas octowy – Acetic acid, mol/ml
0,30 ± 0,18
0,92 ± 0,38
1,08 ± 0,13
1,38 ± 0,57
Kwas propionowy – Propionic acid, mol/ml
0,19 ± 0,08
0,41 ± 0,17
0,43 ± 0,05
0,64 ± 0,25
Kwas izomasłowy – Isobutyric acid, mol/ml
0,01 ± 0,00
0,03 ± 0,00
0,03 ± 0,01
0,06 ± 0,02
Kwas masłowy – Butyric acid, mol/ml
Kwas izowalerianowy
Isovaleric acid, mol/ml
Kwas walerianowy – Valeric acid, mol/ml
0,24 ± 0,10
0,39 ± 0,19
0,40 ± 0,09
0,55 ± 0,28
0,02 ± 0,01
0,07 ± 0,02
0,09 ± 0,02
0,15 ± 0,06
0,07 ± 0,00
0,10 ± 0,01
0,13 ± 0,01
0,17 ± 0,04
*
VFA
0,82
2,05
2,37
2,66
Kwas octowy – Acetic acid, %
33,62
44,46
45,56
44,11
Kwas propionowy – Propionic acid, %
Kwas masłowy i izomasłowy
Butyric and isobutyric acid, %
Kwas walerianowy i izowalerianowy
Valeric and isovaleric acid, %
23,46
21,80
21,47
22,60
31,52
21,60
20,77
20,59
11,40
12,14
12,19
12,69
Acta Sci. Pol.
Analiza parametrów fermentacji...
75
*)VFA (LKT) – całkowita zawartość lotnych kwasów tłuszczowych w badanej próbie, mol/ml
– total content of volatile fatty acids in examined sample, mol/ml
Tabela 2c. Średnie wartości stężeń poszczególnych LKT (EX±SD), ich całkowita zawartość
oraz udział procentowy w badanych próbach treści jelita cienkiego
Table 2c. Mean values (EX±SD), total and the percentage of VFA concentrations in examined
samples of small intestine content
Jelito cienkie – Small intestine
0h
4h
6h
24h
Kwas octowy – Acetic acid, mol/ml
Kwas propionowy
Propionic acid, mol/ml
Kwas izomasłowy
Isobutyric acid, mol/ml
Kwas masłowy – Butyric acid, mol/ml
Kwas izowalerianowy
Isovaleric acid, mol/ml
Kwas walerianowy
Valeric acid, mol/ml
0,06 ± 0,06
0,59 ± 0,45
0,83 ± 0,54
1,36 ± 0,57
0,04 ± 0,01
0,21 ± 0,06
0,34 ± 0,18
1,12 ± 0,11
0,01 ± 0,00
0,01 ± 0,01
0,01 ± 0,01
0,15 ± 0,07
0,07 ± 0,02
0,06 ± 0,00
0,08 ± 0,01
0,76 ± 0,31
0,01 ± 0,00
0,01 ± 0,01
0,02 ± 0,01
0,51 ± 0,23
0,05 ± 0,00
0,04 ± 0,01
0,05 ± 0,01
0,06 ± 0,01
VFA*
0,24
0,88
1,29
3,94
Kwas octowy – Acetic acid, %
22,37
61,53
61,12
33,82
Kwas propionowy – Propionic acid, %
Kwas masłowy i izomasłowy
Butyric and isobutyric acid, %
Kwas walerianowy i izowalerianowy
Valeric and isovaleric acid, %
17,61
26,83
28,77
29,89
33,09
7,61
7,05
22,70
26,94
4,03
3,07
13,59
*)VFA (LKT) – całkowita zawartość lotnych kwasów tłuszczowych w badanej próbie, mol/ml
– total content of volatile fatty acids in examined sample, mol/ml
Tabela 3. Zawartość kwasu mlekowego w badanych próbach fermentowanej treści jelitowej
Table 3. The concentration of lactic acid in the fermented intestinal content
Kwas mlekowy, g/100 ml
Lactic acid
0h
4h
6h
24h
Jelito cienkie – Small intestine
0,10
0,17
0,14
0,16
SD
0,02
0,09
0,05
0,13
Jelito ślepe – Caecum
0,09
0,12
0,15
0,15
SD
0,04
0,04
0,03
0,05
Jelito proste – Rectum
0,10
0,15
0,16
0,22
SD
0,02
0,02
0,02
0,12
Tabela 4. Zawartość amoniaku w badanych próbach fermentowanej treści jelitowej, %
Table 4. The concentration of ammonium in the fermented intestinal content, %
Amoniak, % - Ammonium
Medicina Veterinaria 1/2002
D. Miśta i in.
76
0h
4h
6h
24h
Jelito cienkie – Small intestine
1,53
19,89
28,39
89,93
SD
2,16
6,01
7,93
6,01
Jelito ślepe – Caecum
6,12
27,15
33,76
38,74
SD
2,15
9,89
13,66
17,10
Jelito proste – Rectum
13,71
46,81
60,52
79,33
SD
1,87
25,38
20,92
16,07
Tabela 5. Odczyn pH w badanych próbach fermentowanej treści jelitowej
Table 5. The pH of the fermented intestinal content
µmol/ml
pH
0h
4h
6h
24h
Jelito cienkie – Small intestine
7,18
6,62
6,52
6,43
SD
0,22
0,11
0,16
0,04
Jelito ślepe – Caecum
6,71
6,64
6,71
6,58
SD
0,38
0,26
0,19
0,30
Jelito proste – Rectum
6,99
7,04
7,28
7,10
SD
0,17
0,40
0,39
0,26
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
kw.octowy
kw.propionowy
kw.izomasłowy
kw.masłowy
kw.izowalerianowy
kw.walerianowy
0h
4h
6h
24h
czas pobrania próby
the time of sample collecting
Wykres 2a. Stężenie LKT w czasie fermentacji treści jelit ślepych
Graph 2a. VFA concentration during fermentation of cecal content
Acta Sci. Pol.
Analiza parametrów fermentacji...
77
1,6
µmol/ml
1,4
kw.octowy
1,2
1,0
kw.propionowy
0,8
kw.izomasłowy
0,6
kw.masłowy
0,4
0,2
kw.izowalerianowy
kw.walerianowy
0,0
0h
4h
6h
24h
czas pobrania próby
the time of sample collecting
Wykres 2b. Stężenie LKT w czasie fermentacji treści jelita prostego
Graph 2b. VFA concentration during fermentation of rectum content
1,6
1,4
μmol/ml
1,2
1,0
kw.octowy
0,8
kw.propionowy
0,6
kw.izomasłowy
0,4
kw.masłowy
0,2
kw.izowalerianowy
kw.walerianowy
0,0
0h
4h
6h
czas pobrania próby
the time of sample collecting
24h
Wykres 2c. Stężenie LKT w czasie fermentacji treści jelita cienkiego
Graph 2c. VFA concentration during fermentation of small intestine content
Medicina Veterinaria 1/2002
D. Miśta i in.
78
0,25
0,20
g%
j.cienkie
j.ślepe
0,15
j.proste
0,10
0,05
0,00
0h
4h
6h
24h
czas pobrania próby
the time of sample collecting
Wykres 3. Zawartość kwasu mlekowego w badanych próbach fermentowanej treści jelitowej, g%
Graph 3. The concentration of lactic acid in the fermented intestinal content, g%
100,00
80,00
%
60,00
j.cienkie
40,00
j.ślepe
20,00
j.proste
0,00
0h
4h
6h
24h
czas pobrania próby
the time of sample collecting
Wykres 4. Zawartość amoniaku w badanych próbach fermentowanej treści jelitowej, %
Graph 4. The concentration of ammonium in the fermented intestinal content, %
Acta Sci. Pol.
Analiza parametrów fermentacji...
79
7,40
7,20
7,00
6,80
6,60
6,40
6,20
6,00
5,80
j.cienkie
j.ślepe
j.proste
0h
4h
6h
24h
czas pobrania próby
the time of sample collecting
Wykres 5. Odczyn pH w badanych próbach fermentowanej treści jelitowej
Graph 5. The pH of the fermented intestinal content
PODSUMOWANIE
Proporcje molarne wyprodukowanych w niniejszym doświadczeniu LKT w jelitach
ślepych zbliżone są do uzyskanych przez Tsuhakara i in. u kurcząt [2000], gdzie w
czasie fermentacji in vitro uzyskano ok. 49% kwasu octowego, 32,8% kwasu
propionowego, nieco mniej (10,6%) kwasu masłowego i izomasłowego, natomiast
kwasu izowalerianowego i walerianowego ok.7,5%. W przedstawionym w powyższej
pracy badaniu przeprowadzono również fermentację in vitro treści jelita ślepego świnki
morskiej i szczura, przy czym otrzymane wyniki dowodzą, że największe wytwarzanie
LKT spośród poddanych doświadczeniu zwierząt miało miejsce u drobiu (32,1 i
35,2 mmol/kg/godzinę, podczas gdy u świnki morskiej uzyskano odpowiednio 19,8 i
4,5, a u szczura 15,8 i 17, 8). Według tegoż autora lotne kwasy tłuszczowe pokrywają u
świnki morskiej 30–40% ogólnego zapotrzebowania energetycznego, co pozwala
domniemywać, że udział ten u drobiu jest również znaczny.
Zawartość LKT w jelitach u drobiu ma znaczenie nie tylko dla zaspokajania potrzeb
energetycznych. Niedostateczna koncentracja LKT w jelitach ślepych kurcząt ułatwiała
kolonizację błony śluzowej przez bakterie z rodzaju Salmonella w badaniach Barnesa i
in. [1979]. Hipoteze tę potwierdził i rozwinął Corrier i in. w 1995 r., dowodząc, że
największe znaczenie dla tej korelacji ma kwas propionowy. Według Barnesa i in.
[1980] lotne kwasy tłuszczowe są także wskaźnikiem wzrostu bakterii beztlenowych
[cyt. za Kubena i in. 2000].
Medicina Veterinaria 1/2002
D. Miśta i in.
80
PIŚMIENNICTWO
Bergner H., Ketz H.A., 1974. Trawienie, wchłanianie, przemiana pośrednia u zwierząt. PWRiL,
Warszawa.
Faruga A., 1988. Intensywna produkcja młodych indyków rzeźnych. PWRiL, Warszawa.
Faruga A., Jankowski J., 1996. Indyki – hodowla i użytkowanie. PWRiL, Warszawa.
Jamroz D., Orda J., Wiliczkiewicz A., Skorupińska J., 1996. Die scheinbare Verdaulichkeit der
Gerüstkohlenhydrate und Darmfermentation verschiedener Getreidearten bei drei
Geflügelspezies [Teil IV). Wien. Tierärztl. Mschr. 83, 210–218.
Jamroz D., Podkówka W., Chachułowa D., 2001. Żywienie zwierząt i paszoznawstwo. PWN,
Warszawa.
Jensen B.B., 1996. Methanogenesis in monogastric animals. Environmental Monitoring and
Assessment 42, 99–112.
Kubena L.F., Bailey R.H., Byrd J.A., Young C.R., Corrier D.E., Stanker L.H., Rottinghaust G.E.,
2001. Cecal volatile fatty acids and broiler chick susceptibility to Salmonella typhimurium
colonization as affected by aflatoxins and T-2 toxin. Poultry Science 80, 411–417.
Lana R.P., Russel J.B., Van Amburgh M.E., 1988. The role of pH in regulating ruminal and ammonia production. Anim. Sci., 76(8), 2190–6.
Mead G., 1993. Microorganisms in the digestive tract of poultry. Proc. 9th Europ. Symp. Poultry
Nutr., Jelenia Góra, Polska, p. 138–147.
Miller T.L., Wolin M.J., Kusel E.A., 1986. Isolation and Characterization of Methanogens from
Animal Faeces. System. Appl. Microbiol. 8, 234 – 238.
Schmidt-Nielsen K., 1997. Fizjologia zwierząt: adaptacja do środowiska. PWN, Warszawa.
Tsukahara T., Ushida K., 2000. Effects of animal or plant protein diets on cecal fermentation in
guinea pigs (Cavia porcellus), rats (Rattus norwegicus), and chicks (Gallus gallus domesticus). Comparative Biochemistry and Physiology Part A (127), 139–146.
Zawadzki W., 1993. Wpływ wybranych niekonwencjonalnych dodatków do paszy na przebieg
procesów fermentacyjnych w żwaczu owiec. Rozpr. Hab. Nr 112, Zesz. Nauk. AR Wroc.
ANALYSIS OF FERMENTATION PARAMETERS OF CONTENT
OF TURKEYS’ DIGESTION TRACT IN VITRO STUDIES
Abstract. The fermentation parameters of content of turkeys’ digestion tract were analysed. Twenty 17–22 week-old turkeys of Big-6 race were invastigated. After slaughtering the animals, a small intestine, caeca and rectum was isolated, collective samples were
made from the contents of the intestines and incubated in anaerobic conditions at
40 oC. The products of in vitro fermentation (volatile fatty acids – VFA, methane, carbon
dioxide, ammonium, lactic acid) and pH were measured during the experiment (at the beginning, at 4th, 6th and 24th hours of fermentation). Cecal content produced methane at
the highest emission rate and the CO2:CH4 ratio was there the lowest (2,75 between the
1st and 4th hours of fermentation). The production of methane was a bit smaller in the
rectal content, which influenced the CO2:CH4 ratio (5,4 at the time ditto), but the concentration of methane in the small intestine was minimal. The highest concentration of total
VFA from the start to 6th hour of incubation wasobserved in the rectum (0,82–
2,37 mol/ml of sample), lower in the content of caeca (0,63–2,07 mol/ml) and the low-
Acta Sci. Pol.
Analiza parametrów fermentacji...
81
est in the small intestine contents (0,24–1,29 mol/ml).The total volume and ratios of
VFA produced in the digestive tract allow to establish a pattern of fermentation and give
the basis for chicken-farmers and investigators to manipulate digestion processes.
Key words: fermentation in vitro, turkeys, VFA, gases, intestines
Dorota Miśta, Andżelika Kaczmarek, Wojciech Zawadzki, Katedra Fizjologii Zwierząt, Akademia
Rolnicza we Wrocławiu, ul. Norwida 31, 50-375 Wrocław
Mieczysław Steininger, Instytut Chemii i Technologii Nafty i Węgla, Politechnika Wrocławska,
ul. Gdańska 7, 50-344 Wrocław
Medicina Veterinaria 1/2002