Più caseina, meno sprechi di azoto: la soluzione è il bilanciamento amminoacidico

In questo articolo affronteremo il più che mai attuale tema dell’efficienza azotata, le strategie per aumentare la materia utile alla caseificazione, soffermandoci dettagliatamente sul fabbisogno in amminoacidi, ovvero i mattoni che costituiscono peptidi e proteine, elementi fondamentali per la vita.

Prima di approfondire le opportunità di supplemento amminoacidico per migliorare le caseine nel latte, vale la pena rispolverare i fondamenti di razionamento proteico, con a fianco gli obiettivi che ci proponiamo in Veronesi.

Biomolecole indispensabili

Le proteine sono molecole azotate strutturali e imprescindibili, costituite dalla combinazione di venti amminoacidi che si uniscono tramite legami ammidici a formare catene più o meno lunghe. Per definizione, le catene inferiori ai 50 amminoacidi vengono dette peptidi, mentre il termine proteine si riferisce a catene più lunghe.

Gli amminoacidi, dal punto di vista biochimico sono composti bifunzionali, nei quali coesistono un gruppo amminico basico e un gruppo carbossilico acido. Peptidi e proteine sono assoluti protagonisti nei processi anabolici dei ruminanti, dalla sintesi di nuovo tessuto muscolare, al ripristino di tessuti danneggiati; dall’efficienza del sistema immunitario e ormonale, alla sintesi di latte e relativa qualità “proteica”.

Rumine: baricentro strategico del metabolismo proteico

I microbi del rumine sono attrezzati per impiegare tre fonti azotate: gli amminoacidi, i peptidi e prodotti della loro degradazione come l’ammoniaca, interessante soprattutto per il metabolismo delle specie fibrolitiche. Dal metabolismo batterico e protozoario, la vacca potrà infatti beneficiare della cosiddetta proteina microbica ad elevato valore biologico, poiché ricca in amminoacidi limitanti che la vacca da sola non potrebbe procurarsi. Modulando queste tre fonti in un contesto di razione, potremmo indirizzare non solo la produzione quantitativa di latte, ma anche la qualità intrinseca.

Attenzione al livello di ammoniaca ruminale

L’ammoniaca proviene dalla proteina solubile, abbondante negli insilati di foraggi giovani, oppure dal metabolismo dell’urea, e viene sfruttata dal microbiota ruminale in presenza di una sufficiente quota energetica per produrre gli amminoacidi Alanina, Acido Glutammico e Glutammina. Potendo costituire solo tre amminoacidi con destino il piccolo intestino, il microbiota ruminale predilige corti peptidi e amminoacidi piuttosto che semplice ammoniaca. Anche perché gli eccessi nel rumine possono risultare tossici per il microbiota, tanto da dover essere rapidamente convertita in urea a livello epatico per poi essere parzialmente espulsa (latte e urine) oppure riciclata attraverso la saliva.

Quando il sangue raggiunge le ghiandole salivari, infatti, parte dell’urea passa dal plasma alla saliva per diffusione e mediante specifici trasportatori.

Le fonti proteiche nell’unifeed

Sebbene non vi sia uno standard rigido al servizio dei nutrizionisti per definire il tenore di proteina grezza (PG) in una razione per vacche in lattazione, sappiamo che una delle sfide appena intraprese da tutto il comparto zootecnico consiste nell’aumentare il più possibile l’efficienza azotata.

Ciò significa che progressivamente faremo sempre meno attenzione al contenuto di proteina grezza nelle diete a vantaggio di un sempre più crescente modello di razionamento dei singoli amminoacidi. Tuttavia, il concetto di PG non va del tutto dimenticato. Soprattutto nelle bovine fresche di parto, con notevole massa muscolare persa, un buon tenore proteico della razione consentirà una ripresa rapida dal periparto e dai fenomeni infiammatori che insorgono.

La ricerca scientifica ci sta fornendo spunti preziosissimi sul come contenere la frazione di proteina degradabile nel rumine (RDP – Rumen Degradable Protein), consapevoli che all’aumentare della produttività, la sintesi di proteina microbica rappresenterà una percentuale progressivamente inferiore dell’intero fabbisogno proteico. Va crescendo, infatti, l’interesse verso l’assorbimento intestinale di peptidi e amminoacidi, sfuggiti all’operato del microbiota ruminale.

Rappresenta un dato di fatto per gli allevatori che puntano alla qualità del latte, soprattutto in termini di caseina, l’importanza nelle razioni della proteina indegradabile nel rumine (RUP – Rumen Undegradable Protein), fondamentale per massimizzare l’efficienza nell’impiego dell’azoto.

A fine anni ’80 non era difficile rilevare percentuali di PG negli unifeed compresi tra 16 e 20% sulla sostanza secca, con i valori più elevati riservate alle vacche in transizione. Vale la pena ricordare che la PG comprende sia le proteine RDP che RUP, in diverse proporzioni, oggi facilmente malleabili.

In un recente convegno ci hanno descritto una tendenza completamente diversa, nella quale bovine che producono molto più latte rispetto a 30 anni fa, vengono alimentate con razioni aventi un quantitativo di PG inferiore al 17%. Un cambio di paradigma, frutto di ricerche e progresso sia in campo alimentare che genetico.

Oggigiorno, una bovina sostiene una produzione giornaliera di 45 Kg di latte assumendo una razione avente un tenore di PG compreso tra il 14 e il 20%, confermando l’importanza della nutrizione proteica “intestinale”.

Esce la proteina grezza, entra la Proteina metabolizzabile

La proteina metabolizzabile rientra nella nutrizione dinamica e rappresenta la quota amminoacidica che l’animale si ritrova a valle del rumine, nel piccolo intestino, o meglio, rappresenta la somma della proteina microbica generata dalle fermentazioni ruminali e della proteina sfuggita all’azione del microbiota ruminale, somministrata attraverso l’alimentazione.

A dire il vero, a comporre la proteina metabolizzabile contribuiscono anche le proteine endogene prodotte dall’animale e comprendenti enzimi digestivi, muco, cellule epiteliali e altre secrezioni gastrointestinali. La frazione che raggiunge l’intestino tenue per essere digerita libera amminoacidi riassorbibili, contribuendo in misura molto modesta alla proteina metabolizzabile.

Gli amminoacidi microbici coprono dunque fino al 60-70% del fabbisogno giornaliero del ruminante, mentre il rimanente 30-40% è rappresentato dalla frazione proteica by-pass non intaccata nel rumine.

La proteina microbica rimane al vertice delle priorità

Tra gli obiettivi del nutrizionista rimane la massimizzazione della produzione di proteina microbica, ricca in amminoacidi nobili e pertanto troppo importante per la fisiologia dei ruminanti. In termini di composizione amminoacidica, la proteina microbica manifesta forte similitudine con la proteina del latte, ribadendo quanto sia importante convertire proteina alimentare a degradazione ruminale in proteina batterica per ottenere un profilo amminoacidico aderente alle necessità della ghiandola mammaria.

Va da sé che per raggiungere tali scopi il rumine dev’essere paragonato a un motore di un veicolo ad alte prestazioni, in cui la combustione risulta tarata nei minimi dettagli. La metafora ben si addice alla cinetica ruminale, con fonti azotate e carboidrati dosati alla perfezione per mirare al massimo della sincronia fermentativa.

Ciò significa che forme azotate a rapida degradazione si accompagneranno a zuccheri semplici mentre proteine più complesse si accompagneranno a carboidrati più complessi, e così progredendo, verso il massimo dell’equilibrio raggiungibile.

Operando in questi termini, con cinetiche di degradazione e passaggio bilanciate, salvaguardando il pH del rumine e offrendo pasti frequenti, può rimanere modesto, ma fondamentale, l’apporto di proteine RUP, con focus sulla “sola” frazione amminoacidica maggiormente limitante.

Dati presenti in letteratura ci indicano che per minimizzare il rischio di perdita di capacità produttiva delle bovine, l’apporto di RUP ad inizio lattazione dovrebbe aggirarsi tra 60 e 70 grammi per Kg di sostanza secca per essere diminuita durante la lattazione a circa 20-40 grammi.

Di converso, l’apporto di RDP può essere considerato stabile durante l’intera lattazione al fine di sostenere in maniera costante la crescita delle popolazioni microbiche. Il quantitativo di RDP dovrebbe stabilizzarsi tra i 95 e i 110 gr per kg di sostanza secca ingerita (Nadeau et al., 2007).

Efficienza azotata

Nel corso di recenti ricerche all’interno del progetto CowficieNcy, il Prof. Righi, docente dell’Università degli studi di Parma, ha posto in risalto il tema del Milk Nitrogen Efficency (efficienza azotata).

Sostanzialmente, all’aumentare della proteina (vera) in razione non necessariamente aumenta proporzionalmente la proteina del latte. Superato il fabbisogno della bovina, l’eccesso di azoto viene semplicemente eliminato se non ben bilanciato con fonti energetiche. Ovviamente gli scheletri carboniosi vengono ossidati o destinati ad altre vie metaboliche. La vacca, quindi, non possiede un deposito da destinare alle proteine paragonabile alle riserve energetiche “stivate” nel tessuto adiposo. Gli amminoacidi in eccesso a quelli realmente impiegati per latte, mantenimento, gravidanza e altre funzioni vitali, vengono solo in parte metabolizzati mentre l’azoto dovrà essere eliminato.

Una bovina ricicla 500 gr circa dell’azoto che passa quotidianamente nel rumine e circa il 65% viene scomposto in PDR, quindi neutralizzato dai microbi assieme ai carboidrati per produrre amminoacidi che finiranno nell’intestino assieme alle fonti RUP. Circa 260 gr dell’azoto ingerito viene trasformato in urea e fatta circolare nel sistema. Una parte, circa 155 gr, viene purtroppo espulsa con le urine, dunque non è più convertibile in amminoacidi. In termini di pura efficienza, una vacca ad alta produzione raggiunge percentuali tra il 30 e il 45% (Van Vuuren e Meijs, 1987; Hvelplund e Madsen, 1995).

Tendenzialmente, i valori più elevati di efficienza si raggiungono riducendo la proteina grezza e l’azoto ammoniacale in razione, così da stimolare l’animale a riciclare meglio l’azoto.

Limitanti solo in teoria

Spronati a considerare sempre più il concetto di bilanciamento amminoacidico, lisina, metionina, istidina, arginina, amminoacidi a catena ramificata, appariranno sempre più nitidi nei piani di razionamento e probabilmente non solo per le bovine in lattazione.

Le sempre più frequenti integrazioni nelle diete in forma by-pass dei primi due amminoacidi limitanti, o forse converrebbe dire “più limitanti”, metionina e lisina, ci permette di aumentare l’efficienza azotata con un vantaggio non indifferente per le tasche dell’allevatore che produrrà maggiore proteina nel latte con un tenore di PG ridotto!

Tradotto? Le stesse proteine nel latte raggiungibili con una razione al 17% di PG possono essere raggiunte con il 14% di PG facendo ricorso a lisina e metionina in forma rumino-protetta.

Destino dell’azoto: corsia preferenziale per la mammella

Il rumine determina nettamente l’efficienza azotata. Abbiamo menzionato il concetto di sincronizzazione delle fermentazioni ruminali per il massimo soddisfacimento delle popolazioni ruminali (Ipharraguerre e Clark, 2005). Tra le popolazioni microbiologiche ruminali, una menzione la meritano le “specie NFC” capaci di fermentare, oltre i carboidrati non strutturali (NFC), tutte le fonti azotate, sia proteine vere, contenenti amminoacidi, che azoto non-proteico (NPN – molecole semplici prive di amminoacidi come l’urea).

Viceversa, i batteri fibrolitici ricavano gran parte dell’azoto necessario dall’ammoniaca ruminale, derivante da fonti di NPN o dalla degradazione delle proteine vere. Non è tutto, i batteri fibrolitici necessitano anche di isoacidi per crescere efficacemente, ovvero di acidi grassi a catena ramificata prodotti dalla degradazione degli amminoacidi a catena ramificata quali Leucina, Isoleucina e Valina. Questi amminoacidi ramificati sono contenuti in alimenti concentrati quali mais e soia, nonché nei foraggi.

Purtroppo, un eccesso di “azoto strutturale”, ovvero di azoto legato alla parete cellulare dei vegetali, comporta maggior espulsione a livello fecale poiché gran parte sfugge sia al rumine che alla digestione enzimatica nell’intestino tenue. Tale azoto, subisce una fermentazione solo nel grosso intestino dove viene rilasciata ammoniaca che comporta l’aumento di urea nel latte.

Bassa proteina nel latte: quali fattori

L’indiziato principale quando si verifica un declino della proteina nel latte rimane il rumine. Uno scarso apporto di RDP, ad esempio, rallenta il metabolismo di batteri e protozoi e ciò comporta come diretta conseguenza una riduzione quali-quantitativa della proteina microbica necessaria alla determinazione della proteina nel latte. Sempre a titolo di esempio, l’eccesso di sottoprodotti del mais in razione, che rappresentano una quota RDP dal modesto valore nutrizionale, può determinare una minore efficienza delle fermentazioni, richiedendo il ricorso ad amminoacidi rumino-protetti per compensare le carenze a livello intestinale.

Anche diete eccessivamente ricche in amidi che possono compromettere il pH ruminale, e quindi ridurre l’efficienza delle popolazioni fibrolitiche, portano alla riduzione della sintesi di proteina microbica. Come rovescio della medaglia, carenze di amido e NFC possono ridurre la proteina del latte. Ulteriori deficit alla sintesi di proteina microbica possono essere provocati anche dall’eccessivo ricorso a grassi non by-pass e soprattutto oli.

Conclusione? Il rumine deve funzionare perfettamente.

Tuttavia, bovine ad elevata produzione, necessitano integrazioni specifiche di amminoacidi per fronteggiare l’elevata produzione da una parte e le necessità sempre più rigide del settore caseario dall’altra.

Benefici della metionina

L’apporto by-pass del primissimo amminoacido limitante contribuisce al benessere e alla funzionalità epatica e sostiene il sistema immunitario. Ad inizio lattazione, la metionina svolge un ruolo cruciale nel metabolismo lipidico, riducendo l’incidenza della chetosi post-parto promuovendo la sintesi delle VLDL epatiche (Very Low-Density Lipoprotein) autorizzate al trasposto dei lipidi nel torrente circolatorio.

Ciò suggerisce come l’integrazione di questo prezioso amminoacido durante il periodo di transizione delle bovine, magari in associazione alla colina, sia più che un gradito suggerimento. Oltre a un riscontro tangibile sulla proteina del latte, la somministrazione di 15-20 gr di metionina metabolizzabile protetta nella dieta delle bovine in lattazione ha mostrato un aumento anche della materia grassa.

Non ultimo, la metionina può far aumentare il consumo giornaliero di sostanza secca, aumentando l’efficienza alimentare.

Benefici della lisina

Sostenere le bovine ad alta produzione con lisina rumino-protetta, ha indubbi vantaggi sulla produzione e sul contenuto di caseina. Il suo bilanciamento in razione consente di valorizzare appieno il potenziale genetico della stalla. Diverse analisi in letteratura mostrano che l’integrazione di lisina può aumentare la produzione di latte senza un sensibile aumento della sostanza secca ingerita, migliorando così l’efficienza alimentare.

Al servizio dell’allevatore

Bilanciare questi due amminoacidi, i più frequentemente limitanti, consente di aumentare l’efficienza azotata dei ruminanti, migliorare la produzione complessiva ma soprattutto la materia utile alla caseificazione, vera sfida per il latte nazionale. In Veronesi abbiamo la possibilità di verificare in maniera dettagliata il bilancio amminoacidico della razione e suggerire una corretta integrazione direttamente nei nostri prodotti per colmare eventuali carenze.

Nei nostri impianti produttivi abbiamo la possibilità di dosare precisamente la quantità necessaria, sia di metionina che di lisina rumino protette in qualunque prodotto, dai nuclei proteici ai mangimi completi, per garantire alla mandria l’integrazione di cui necessita senza ingenti esborsi economici o stravolgimenti della razione. Massima efficienza, minimo sforzo!

I benefici dell’integrazione con questi additivi ad elevato valore tecnologico li abbiamo verificati e misurati direttamente con l’allevatore, e non si sono esauriti “solamente” con l’aumento dalla produzione, ma hanno contribuito a migliorare la fertilità della mandria, la qualità del latte e il BCS dei soggetti più a rischio, in accordo con dati disponibili in letteratura, confermando l’evoluzione positiva intrapresa dalla nutrizione bovina.

Bibliografia delle fonti citate nel testo

• Hvelplund, T., e Madsen, J. (1995). Protein utilization in ruminants. In Protein Metabolism and Nutrition: Proceedings of the 7th International Symposium on Protein Metabolism and Nutrition (EAAP Publication No. 81, pp. 83–93). Estação Zootécnica Nacional.
• Ipharraguerre, I. R., e Clark, J. H. (2005). Varying protein and starch in the diet of dairy cows. I. Effects on performance and nitrogen utilization for milk production. Journal of Dairy Science, 88 (7), 2556–2570.
• Nadeau, E., Englund, J.-E., e Gustafsson, A. H. (2007). Nitrogen efficiency of dairy cows as affected by diet and milk yield. Livestock Science, 111(1–2), 45–56.
• Righi, F. (2024). Progetto CowficieNcy: dal bilancio azotato alla nutrizione amminoacidica per il controllo dell’impatto ambientale [Relazione a incontro tecnico-scientifico].
• Van Vuuren, A. M., e Meijs, J. A. C. (1987). Effects of herbage composition and supplement feeding on the excretion of nitrogen in dung and urine by grazing dairy cows. In H. G. van der Meer, R. J. Unwin, T. A. van Dijk, e G. C. Ennik (Eds.), Animal Manure on Grassland and Fodder Crops: Fertilizer or Waste? (Developments in Plant and Soil Sciences, Vol. 30, pp. 17–25). Martinus Nijhoff.

Riferimenti utilizzati nelle osservazioni tecniche

• Arshad, U., Peñagaricano, F., e White, H. M. (2024). Effects of feeding rumen-protected lysine during the postpartum period on performance and amino acid profile in dairy cows: A meta-analysis. Journal of Dairy Science, 107, 4537–4557.
• National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. (2021). Nutrient Requirements of Dairy Cattle (8th rev. ed.). The National Academies Press.
• Zanton, G. I., e Toledo, M. Z. (2024). Systematic review and meta-analysis of dairy cow responses to rumen-protected methionine supplementation before and after calving. JDS Communications, 5, 293–298.