Ny teknik för att beskriva proteinnedbrytningen hos mjölkkor

Sammanfattning av slutrapport
En av de stora utmaningarna för att skapa kostnads- och miljöeffektiva foderstater är att det saknas tillförlitliga och relevanta analysmetoder för fodermedlens proteinvärde för idisslare. Traditionellt har proteinvärdet bestämts genom påsinkubering av foder i våmfistulerade kor. Tekniken ger en dålig beskrivning av proteinvärdet är kostsam och har låg analytisk kapacitet. För att skapa underlag för nya tekniker har det genomförts en studie med alternativa metoder, baserade på automatiserade mätningar av produktionen av ammoniakkväve (NH3-N) in vitro. Studien har omfattat automatisk provtagning av NH3-N med mikrodialysteknik, on-line mätning av NH3-N koncentrationen med jonselektiva elektroder samt behandling av våmvätskan. Projektet har även omfattat modelleringar för att testa antaganden bakom analysmetoderna. Resultaten visar att man kan automatisera mätningar av proteinnedbrytning och modelleringen visar att det finns utvecklingspotential för nya metoder för proteinanalyser.

Populärvetenskaplig sammanfattning
Mjölkproduktion har normalt en relativt låg kväveffektivitet, då endast en liten del av kvävet i fodret återfinns i mjölken. På många gårdar är dessutom kväveeffektiviteten onödigt låg och kostnaderna för proteinfoder relativt höga på grund av en generell överskattning av den marginella responsen på tillskott av protein i utfodringen. Det finns därför ett behov att minska kostnaderna för protein och även att minska belastningen av mjölkproduktionen på miljön.

En av de stora utmaningarna för att skapa kostnads- och miljöeffektiva foderstater till mjölkkor är att det saknas tillförlitliga och relevanta analysmetoder för proteinvärdet för idisslare. Traditionellt har proteinvärdet bestämts med att placera foder i nylonnätpåsar i våmmen hos kor. Med hjälp av kinetiska ekvationer beräknar man sen ett värde på proteinets tillgänglighet, som ligger till grund för uppskattningen av proteinvärdet. Det finns dock flera problem med metoden. En av de mest uppenbara är partikelförlusterna från påsarna av icke nedbrutet protein. Tekniken ger därför en dålig beskrivning av proteinvärdet och är dessutom kostsam och har låg analytisk kapacitet. En alternativ analys är en laboratorieteknik (in vitro) som bygger på simultana mätningar av gasproduktion och ammoniakkväve (NH3-N). Hitintills har dock bara registeringar av gasproduktionen kunna automatiserats, varför det finns ett stort behov av att även automatisera mätningar av NH3-N för att göra metoden till en rutinanalys. Syftet med det här projektet är därför att utvärdera olika metoder att automatiskt mäta NH3-N koncentrationer in vitro samt att med stöd av modellering utvärdera applikationer av in vitro system för studier av proteinnedbrytning i våmmen.

Projektet har visat att det går att automatisera mätningar av NH3-N simultant med registeringar av gasproduktionen in vitro. Både mikrodialystekniken och on-line mätning av NH3-N koncentrationen med jonselektiva elektroder visade god teknisk potential för automatiserade registeringar. Såväl mikrodialys som jonselektiva elektroder är dock tekniskt avancerade metoder, varför ett fortsatt experimentellt arbete med krävs för att åstadkomma god reproducerbarhet och hög noggrannhet i mätningarna. Modelleringsstudien visar att man måste ifrågasätta flera av de antaganden som ligger bakom tidigare publicerade metoder, men visar samtidigt på alternativa möjligheter att skatta proteinnedbrytningen.

Vi har i projektet genomfört tre olika experiment och en modelleringsstudie. Det första experimentet omfattade utvärdering av förbehandling av våmvätska, genom att ta bort en grupp av mikrober (protozoer) för att minska omsättningen av icke foderprotein. Studien visar att koncentrationen av NH3-N minskar när vi tog bort protozoerna, vilket tyder på en lägre mikrobiell omsättning. Men, proceduren är arbetsam och skattningen av proteinvärdet påverkas av behandlingen, varför metoden inte kan rekomederas vidare. Därefter testade vi mätningar av NH3-N simultant med registeringar av gasproduktionen in vitro. Metoden bygger på att man introducerar ett mikromembran i in vitro behållaren och mäter kontinuerligt NH3-N diffusionen över membranet, som ett mått på proteinnedbrytningen. Metoden har stor teknisk potential för ett flertal komponenter, men kräver ytterligare arbete för att förbättra reproducerbarheten. Det sista experimentet omfattade ’on line’-mätningar med jonselektiva elektroder som direkt anger ammoniakkoncentrationen. Metoden har flera tekniska fördelar, framförallt behövs ingen efterbehandling av materialet utan resultaten kommer simultant. Slutligen gjorde vi en modelleringsstudie för att testa de antagenden som ligger bakom in vitro metoderna. Resultaten från modellringen visar på alternativa möjligheter att skatta proteinnedbrytningen för att kringgå problematiken med en växande mikrobpopulation, som bryts ned och lyserar under in vitro mätningarna. Ett alternativ som nu utvärderas vid SLU, är att gradvis öka mängden protein i in vitro systemet och skatta nettoproduktionen av NH3-N i relation mängden tillsatt foderkväve, som ett mått på proteinkvalitén.