نقش پروتئین ها در تغذیه گاو شیری

احتیاجات پروتئین

پروتئین زنجیره­ ای است که از ۵۰ یا بیشتراز ۵۰ اسید آمینه تشکیل شده است. اسید آمینه برای تامین احتیاجات نگهداری گاو، رشد استخوان و ماهیچه، رشد جنین و تولید شیر لازم است. همواره می­دانیم که گاو به اسید آمینه نیاز ضروری داشته و باید جیره را برای اسیدهای آمینه بالانس کرد. متخصصین تغذیه برای بالانس اسیدهای آمینه جیره به چند دلیل با مشکلاتی مواجه بوده ­اند. نخست اینکه تعیین میزان اسید آمینه تولید شده توسط میکروب­ ها در شکمبه مشکل است. ثانیا میزان پروتئین  جیره که از شکمبه فرار می­ کند نامشخص است. امروزه مدل­ های پیشرفته رایانه­ ای تا حدودی توانسته­اند برای رفع این مشکلات راهگشا باشند. با توجه به پیچیدگی اکوسیستم شکمبه متخصصین تغذیه جیره گاوهای شیری را بر اساس نیاز به پروتئین خام بالانس می­ نمایند. پروتئین خام  بر اساس یک روش ساده محاسبه می­ شود ( نیتروژن خوراک ×۶/۲۵). نیاز گاو شیری به پروتئین خام بستگی به وزن دام، میزان تولید شیر و وضعیت فیزیولوژیکی آن دارد. یک گاو با وزن زنده ۵۹۱ کیلوگرم و تولید روزانه ۴۱ کیلوگرم شیر با چربی ۳/۵ درصد روزانه نیازمند ۴۰۵ گرم پروتئین برای تامین نیاز نگهداری خود و ۳۴۴۰ گرم برای تولید شیر ( مجموعاً ۳۸۴۵ گرم)  است. اگر این گاو روزانه ۲۳ کیلوگرم ماده خشک مصرف نماید باید میزان پروتئین جیره ۱۶/۹ درصد باشد. در ابتدای شیردهی نیاز به پروتئین ۱۰-۵ درصد بیشتر است.

مکمل پروتئینی

در روده سه منبع تامین اسید آمینه وجود دارد: منبع اول و اصلی، میکروب هایی هستند که از شکمبه عبور کرده و وارد روده شده­ اند. در یک مطالعه انجام شده میزان پروتئین خام موجود در بدن باکتری ­ها ۵۶-۳۹ درصد ماده خشک بدن تعیین گردید. نیتروژن اسیدآمینه­ ای ۶۷ درصد پروتئین باکتریایی را تشکیل می­ دهد. دومین منبع، پروتئین خوراک است که از هضم در شکمبه گریخته و وارد روده شده است. سومین منبع، پروتئین اندوژنوس است. پروتئین میکروبی ۷۵-۵۰ درصد از کل پروتئین جذب شده در روده را تامین می­ کند. در تنظیم جبره برای پروتئین، هدف اصلی باید تولید حداکثر پروتئین میکروبی باشد و سپس مابقی پروتئین مورد نیاز از طریق مکمل­ های پروتئینی تامین شود که از تخمیر در شکمبه فرار می­کنند. این راهبرد ضمن تامین یک منبع اقتصادی پروتئین، باعث افزایش هضم نشاسته و فیبر و در نتیجه تولید بیشتر اسیدهای چرب فرار به عنوان منبع انرژی می­ شود.

انواع پروتئین

پروتئین محلول (Soluble Protein)

ا- شامل آمونیاک، نیتروژن، نیترات، پپتیدها و بعضی از پروتئین­ های حقیقی است.

۲- بلافاصله در دسترس میکروب­ های شکمبه قرار می­ گیرد.

۳- به میزان زیادی در سیلوی یونجه وجود دارد.

۴- با مخلوط کردن خوراک با یک محلول بافر به مدت یک ساعت اندازه­ گیری می ­شود.

۵- بخشی از RDP است.

پروتئین قابل تجزیه (DIP or RDP)

۱- شامل پروتئین­ های حقیقی است که به تدریج در شکمبه هضم می­شود.

۲- از طریق آنزیم یا قرار دادن خوراک در کیسه­ های دارکون و قرار دادن کیسه ­های مذکور در شکمبه از طریق فیستوله اندازه­ گیری می­ شود.

پروتئین غیر قابل تجزیه (RUP or UIP) یا پروتئین فرعی یا پروتئین فرار

۱-   تمام پروتئینی است که در شکمبه تجزیه نمی­شود.

۲-   شامل پروتئینی است که در سراسر روده کوچک برای جذب در دسترس است.

RDP و RUP به دوشکل بیان می­شوند، گاهی اوقات به شکل درصدی از ماده خشک خوراک یا جیره بیان می شود اما در بیشتر اوقات به صورت درصدی از پروتئین خام در خوراک بیان می­ شود. به عنوان مثال اگر خوراک دارای ۲۰درصد پروتئین خام  و ۸ درصد (بر اساس ماده خشک) پروتئین محلول باشد ۸ درصد پروتئین محلول در خوراک معادل ۴۰ درصد کل پروتئین خام جیره می­ باشد.

پروتئین غیر قابل دسترس ( ADF – CP) یا پروتئین باند شده

۱-   برای دام قابل استفاده نیست.

۲-   در اثر حرارت دیدن شدید پروتئین به وجود می ­آید

۳-   بخشی از RUP به حساب می­آید

۴-   با جوشاندن درشوینده اسیدی اندازه ­گیری می­ شود.

 

پروتئین میکروبی

در بحث تامین پروتئین، هدف نخست و اصلی تولید پروتئین میکروبی است. برای این منظور باید نیتروژن و اسید آمینه کافی در اختیار میکروب ها قرار گیرد. میکروب ها نیتروژن، اسید آمینه و کربوهیدرات را مصرف کرده و آن را در بدن خود تبدیل به پروتئین می­ کنند. میکروب ها سپس وارد روده شده و در آنجا هضم و به عنوان منبع اسید آمینه مورد استفاده دام قرار می ­گیرند. میکروب های شکمبه برای رشد مطلوب، به منبع پروتئین (نیتروژن) و کربوهیدرات به صورت همزمان احتیاج دارند. اگر میزان پروتئین قابل دسترس بسیار بالا باشد ولی کربوهیدرات در دسترس نباشد میکروبهای شکمبه پروتئین را به عنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار می­ دهند. به عنوان مثال سیلوی یونجه و سویای خام دارای میزان بالایی از پروتیئن سهل الوصول بوده و لذا باید در هنگام استفاده از آنها از یک منبع کربوهیدراتی قابل دسترس استفاده شود، فرآوری سویا سرعت دسترسی به پروتئین را کاهش می­ دهد بنابراین باید از یک منبع کربوهیدراتی استفاده کرد که سرعت تجزیه و دسترسی به آن متناسب با سرعت تجزیه و دسترسی به سویای عمل­ آوری شده باشد. متناسب با افزایش دسترسی به کربوهیدرات، میزان بیشتری از پروتئین جیره در ساخت پروتئین میکروبی مورد استفاده قرار می­ گیرد. پروتئین محلول، به سرعت پروتئین مورد نیاز برای میکروب­ ها را فراهم می­ کند. پروتئین قابل تجزیه، پروتئین مورد نیاز باکتری ­ها را برای مدت زمان بیشتری فراهم می نماید. میزان مناسبی از هر دو نوع پروتئین (SIP  و DIP ) به عنوان مکمل برای  کربوهیدرات­هایی که هم سریع و به تدریج تجزیه می ­شوند مورد نیاز است. اگر میزان SIP  و DIP در خوراک بیش از میزان مورد نیاز باشد دام آن را به شکل نیتروژن دفع می­نماید. نیتروژن اوره ­ای مازاد سبب بالا رفتن نیتروژن اوره ­ای موجود در خون و شیر می ­شود. اگر میزان تجزیه پذیری پروتئین جیره در شکمبه بالا باشد حتی اگر میزان پروتئین خام آن کافی باشد این احتمال وجود دارد که میزان پروتئین جذب شده از روده برای تامین احتیاجات گاو کافی نباشد. بنابراین ممکن است که میزان جذب اسید آمینه در روده از یک جیره دارای ۱۶درصد پروتئین خام بیش از یک جیره دارای ۱۷درصد پروتئین خام باشد. اگر میزان پروتئین قابل تجزیه خوراک کم باشد تولید پروتئین میکربی و تخمیر کربوهیدرات­ ها کاهش می ­یابد. حتی اگر کربوهیدرات سهل­ الهضم به میزان کافی در جیره وجود داشته باشد ولی میزان پروتئین قابل تجزیه کافی نباشد ممکن است که تولید شیرکاهش یابد.

نیاز گاو به انواع پروتئین

دومین هدف در تغذیه گاو تامین کافی پروتئین غیر قابل تجزیه در شکمبه (RUP) است تا در کنار پروتئین میکربی سنتز شده در شکمبه احتیاجات پروتئینی گاو را تامین نماید. پروتئین جذب شده به تمام پروتئینی گفته می­شود که از طریق روده جذب شده است و شامل پروتئین میکربی و پروتئین غیر قابل تجزیه در شکمبه است. مکمل پروتئین غیر قابل تجزیه در شکمبه باید با لحاظ داشتن میزان پروتئین میکربی تامین شده و نیاز گاو جهت تولید شیر، به جیره اضافه شود.

بر اساس NRC 1989   یک گاو با وزن ۵۹۱ کیلوگرم و تولید شیر ۴۲/۳ کیلوگرم ۳/۵ درصد چربی، نیازمند ۲/۴۲ کیلوگرم RDP و ۱/۴ کیلوگرم RUP است. این میزان پروتئین با مصرف ۶۲۲/۶ کیلوگرم خوراک دارای ۱۶/۸ درصد پروتئین (که ۶۳/۲۵ درصد RDP و ۳۶/۷۴ درصد RUP باشد) قابل تامین است. گاوهای کم تولید میزان کمتری RUP نیاز دارند زیرا احتیاجات پروتئینی آن­ها کم است. به همین دلیل درصد بالاتری از احتیاجات پروتئینی آن­ها از طریق پروتئین میکربی تامین می­شود. روش معمول برای افزایش RUP  حرارت دادن و دناتوره کردن پروتئین است. البته مدت و شدت حرارت باید با دقت خاصی کنترل شود . میزان و شدت حرارت­ دهی به پروتئین باید به شکلی باشد که قابلیت هضم پروتئین حرارت دیده در شکمبه کاهش یافته اما توسط آنزیم ­ها و اسیدهای دستگاه گوارش به راحتی شکسته شود. متاسفانه گاهی اوقات در اثر حرارت زیاد واکنش میلارد در پروتئین اتفاق می­ افتد. در اثر این واکنش پروتئین با کربوهیدرات واکنش نشان داده و لیگنینی می­ شود. در چنین حالتی پروتئین غیر قابل هضم می ­شود. به همین دلیل در خوراک ­هایی نظیر سویای حرارت دیده، دانه های تقطیری و سیلوی علوفه باید پروتئین غیرقابل دسترس را اندازه­ گیری کرد. پروتئین غیرقابل دسترس برای گاو غیرقابل استفاده بوده و در هنگام بالانس نمودن جیره این امر باید مورد توجه قرار گیرد. روش ­های مداوم فرآوری به کاهش و یا به حداقل رساندن سطوح پروتئین غیرقابل دسترس در جیره کمک می­ کنند.

نیتروژن غیر پروتئینی و نقش آن در تولید پروتئین میکروبی

نیتروژن غیرپروتئینی نیتروژن حقیقی است که در ساختمان اسیدهای آمینه و پروتئین دخالت ندارد. اوره معمولترین شکل نیتروژن غیرپروتئینی است. عمده پروتئین ­های محلول در علوفه ­ها نظیر سیلوی نباتات دانه­ ای نیز منبع عمده­ای از نیتروژن غیرپروتئینی می­ باشد. نیتروژن غیر پروتئینی به علت ارزان بودن گاهی اوقات بیش از حد مورد استفاده قرار می­ گیرد. به هر حال در بسیاری از جیره­ ها استفاده از اوره به عنوان مکمل ضروری و مفید می­ باشد. در شکمبه نیتروژن غیرپروتئینی ابتدا تبدیل به آمونیاک شده و سپس توسط میکروب­ های شکمبه جهت سنتز پروتئین میکروبی مورد استفاده قرار می­ گیرد. میکروب ­های خاصی در شکمبه به میزان مشخصی از آمونیاک نیاز دارند. وقتی کربوهیدرات در دسترس باشد میکروب­های شکمبه اسیدهای آمینه حاصل از تجزیه پروتئین و نیتروژن غیر پروتئینی را تبدیل به پروتئین میکروبی می­کنند. در صورت ناکافی بودن کربوهیدرات، پروتئین میکروبی تولید نمی ­شود، اسیدهای آمینه تخمیر شده و تبدیل به اسیدهای چرب فرار (به عنوان منبع انرژی) و آمونیاک می­شوند و نیتروژن غیر پروتئینی صرفا تبدیل به آمونیاک می ­شود. وقتی که میزان آمونیاک تولید شده بالا باشد توسط شکمبه جذب و در کبد تبدیل به اوره می­ شود. میزان بیشتری از اوره تولید شده در کبد از طریق کلیه دفع و میزان کمتری از آن وارد شکمبه می ­شود. این چرخه نه تنها سبب از دست رفتن پروتئین می ­شود بلکه به هزینه انرژی برای دام تمام می شود.

اوره و تولیدمثل

وقتی آمونیاک در خارج از شکمبه به میزان زیادی جذب می ­شود میزان اوره خون و شیر بالا می رود. افزایش اوره خون وشیر بر باروری و کیفیت جنین تاثیر منفی می ­گذارد. توصیه شده است که میزان اوره خون و اوره شیر در زمان فحلی به ترتیب نباید بیش از ۲۰ و ۱۸-۱۶ میلی گرم در دسی­ لیتر باشد. بالا بودن اوره خون و شیر اغلب به علت میزان بالای SIP جیره است. البته مصرف بیش از حد RDP و یا نبود کربوهیدرات قابل تخمیر در شکمبه نیز بر این موضوع تاثیر گذار است. اوره خون در طول روز در نوسان است.

سمیت اوره

از آنجایی که استفاده مطلوب از اوره بستگی به میزان کربوهیدرات قابل تخمیر در شکمبه جهت تامین احتیاجات میکروب ها به نیتروژن و تولید پروتئین میکروبی دارد بنابراین نمی توان سطح مشخصی از اوره جیره را به عنوان سطح مسمومیت­ زا تعیین کرد. معمولا قبل از ظاهر شدن علائم مسمومیت با اوره بالا رفتن آمونیاک سبب کاهش مصرف ماده خشک می ­شود. اوره به خودی خود مسمویت ­زا نیست بلکه آمونیاک تولید شده از اوره سبب مرگ سلول­ ها می ­شود.

نکات مهم در مصرف اوره:

۱-   از اوره جهت تامین نیاز به پروتئین محلول استفاده کنید اما همیشه مواظب باشید که میزان مصرف بیش از حد مورد نیاز نباشد.

۲-  صرف ­نظر از میزان کربوهیدرات و پروتئین محلول در جیره به طور کلی میزان قابل قبول مصرف اوره برای هر راس گاو و تلیسه در روز حداکثر ۲۳۰ و ۱۱۰ گرم می­ باشد.

۳-  اوره را برای گوساله­ های کمتر از سه ماه مصرف نکنید زیرا شکمبه آنها به طور کامل فعال نشده و در نتیجه قادر به استفاده از اوره جهت سنتز پروتئین میکربی نیستند.

۴-  به خاطر داشته باشید که اوره دارای ۴۵% نیتروژن یا به عبارتی ۲۸۱% پروتئین می­باشد. بنابراین میزان کمی اوره، میزان قابل توجهی پروتئین خام فراهم می­کند.

۵-  دو تا سه هفته لازم است که گاو و میکروب­های موجود در شکمبه آن به اوره عادت کنند بنابراین در هنگام مصرف اوره این نکته را مد نظر داشته باشید . در ضمن از مخلوط شدن کامل اوره با جیره مطمئن شوید.

مکمل ­های پروتئینی قابل متابولیسم

پروتئین قابل متابولیسم به پروتئینی گفته می­ شود که در شکمبه جریان داشته، قابل هضم بوده و به شکل اسیدآمینه در روده کوچک جذب شده و برای گاو قابل متابولیسم باشد. پروتئین قابل متابولیسم ترکیبی از RDP,RUP، پروتئین میکروبی شکمبه و پروتئین اندوژنوس است. پروتئین قابل متابولیسم با استفاده از سیستم­ های رایانه­ ای قابل پیش ­بینی است. در سیستم  (۲۰۰۱)NRC، تولید پروتئین میکروبی از ماده آلی قابل هضم در شکمبه قابل پیش­ بینی است. اگر میزان RDP جیره محدود باشد پیش­ بینی تولید پروتئین میکروبی مشکل است. برای پیش ­بینی RDP و RUP پروتئین به سه بخش A,B,C تقسیم می ­شود. بخش A به طور کامل در شکمبه تجزیه می­ شود. بخش C در شکمبه غیر قابل تجزیه است. بخشی از پروتئین نوع B که در شکمبه قابل هضم است از طریق سرعت هضم و سرعت عبور (که بر اساس ماده خشک مصرفی، درصد کنسانتره جیره، درصد NDF و رطوبت جیره تخمین زده می­ شود) محاسبه می ­گردد. هرچه سرعت عبور بیشتر باشد میزان تجزیه­ پذیری پروتئین کمتر است. قابلیت هضم روده­ای RUP در خوراک­های مختلف بسیار متفاوت است.

احتیاجات پروتئین قابل متابولیسم

پروتئین قابل متابولیسم برای تولید شیر، تولید گوساله و رشد لازم است. بر اساس (۲۰۰۱)NRC میزان نیاز به پروتئین قابل متابولیسم بستگی به وزن زنده دام، مصرف ماده خشک، روز آبستنی، تولید شیر و میزان پروتئین شیر دارد. یک گاو شیری با وزن ۶۸۲ کیلوگرمو تولید روزانه ۴۵ کیلوگرم شیر ۳/۵% چربی و ۳% پروتئین خالص روزانه به ۳ کیلوگرم پروتئین قابل متابولیسم نیاز دارد.

بازدهی نیتروژن شیر

امروزه مدیریت نیتروژن دفعی مسئله­ ای مهم در پرورش گاو شیری است. هدف از این کار کاهش دفع نیتروژن از طریق ادرار و مدفوع است. بهبود مدیریت نیتروژن نه تنها به پاکیزگی محیط زیست کمک می­ کند بلکه سبب کاهش هزینه خوراک می ­شود. مقدار نیتروژن خوراک که وارد شیر گاو می­شود راندمان نیتروژن شیر نامیده می ­شود. براساس نتایج حاصل از ۳۳۴ جیره با پروتئین ۲۴/۶-۱۰/۲ درصد، راندمان نیتروژن شیر ۱۶/۲ تا ۴۵/۲ درصد بود. به طور کلی با افزایش پروتئین خام جیره راندمان نیتروژن شیر کاهش می­ یابد اما عوامل مختلفی بر روی این موضوع تاثیر دارد. نژاد گاو یکی از این عوامل است به عنوان مثال راندمان نیتروژن شیر در نژاد جرسی بیشتر است. راندمان نیتروژن شیر در اواخر شیردهی کمتر است. افزایش میزان پروتئین شیر، افزایش تعداد دفعات خوراکدهی، افزایش نشاسته قابل تجزیه در شکمبه، سبب افزایش راندمان نیتروژن شیر می­ شود. افزایش پروتئین قابل تجزیه یا پروتئین محلول در شکمبه، سبب کاهش راندمان نیتروژن شیر می ­شود. بهبود تعادل اسیدهای آمینه جیره سبب افزایش راندمان نیتروژن شیر می ­شود. نیتروژن هم از طریق مدفوع و هم از طریق ادرار دفع می­ شود. مطالعات نشان داده است که با مصرف بیشتر پروتئین خام، میزان بیشتری از نیتروژن در ادرار دفع می­ شود. البته افزایش دفع نیتروژن از طریق ادرار، باعث رهاسازی بیشتر آمونیاک و بدبو شدن محیط می ­شود. از میزان نیتروژن موجود در شیر می­توان به عنوان شاخصی جهت نیتروژن ادرار استفاده کرد.