ИЗУЧЕНИЕ ДИНАМИКИ ФЕРМЕНТАЦИИ УГЛЕВОДОВ И ГAЗООБРАЗОВАНИЯ В РУБЦОВОЙ ЖИДКОСТИ in vitro: ОЦЕНКА КИНЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ БРОЖЕНИЯ С УЧЁТОМ РАЗМЕРОВ ЧАСТИЦ КОМБИКОРМА
Authors: Черепанов Г.Г. , Василевский Н.В. 
Published: December 2024

В исследованиях рубцового пищеварения у высокопродуктивных коров актуальной задачей является разработка способов повышения численности и активности рубцовой микрофлоры, которая вносит значительный вклад в продукцию субстратов для синтеза молочного белка. Повышение прироста микробной массы обычно обеспечивают за счёт дополнительного скармливании концентратов, а дефицит азота можно восполнить добавками мочевины, но при этом возникают проблемы, связанные с трудностью поддержания оптимального уровня и соотношения источников энергии и азота в рубце на фоне непрерывных изменений в системе метаболических потоков в интервале 3-6 ч после приёма корма. Адекватным инструментом для прогнозирования и оптимизации этих процессов может быть разработка имитационных моделей, описывающих динамику сдвигов в системе метаболических потоков с использованием аналитических средств ферментативной кинетики. Цель исследования – оценка кинетических параметров ферментации крахмала в рубцовой жидкости с учётом размеров частиц комбикорма по данным эксперимента in vitro с регистрацией скорости гaзообразования. Инкубацию 200 мл рубцовой жидкости с добавкой 1,5 г комбикорма и 3,5 г сено-силосной смеси проводили в анаэробных условиях при 40оС на водяной бане со встряхивающим аппаратом в колбе с присоединённым газометром. Для прогнозирования скорости резорбции частиц зернового компонента комбикорма, динамики концентрации конечного продукта ферментации крахмала и трёх метаболических потоков (мг глюкозы/час) использована кинетическая модель с тремя компартментами (крахмал, глюкоза, СО2). Предсказаная зависимость скорости утилизация глюкозы в метаболических процессах, не сопровождающихся выделением газа, от её концентрации в инкубационной среде в условиях опыта была линейной, а для расходования глюкозы в направлении продукции СО2 она аппроксимировалась функцией Михаэлиса-Ментен при значениях параметров Vmax = 260 мг/час, Km = 90 мг/100 мл (5 мМ). Заключили, что проведение исследований с применением изложенной методологии может обеспечить получение информации о кинетических параметрах на скорость-лимитирующих этапах с последующим прогнозом системных сдвигов в процессах рубцового пищеварения после скармливания крахмалистых кормов.

In studies of rumen digestion in high-yielding cows, an urgent task is to develop methods for increasing the number and activity of rumen microflora, which makes a significant contribution to the production of substrates for the synthesis of milk protein and lactose. An increase in the growth of microbial mass is usually ensured by additional feeding of concentrates, and nitrogen deficiency can be compensated for by urea supplements, but this poses problems associated with the difficulty of maintaining an optimal level and ratio of energy and nitrogen sources in the rumen against the background of continuous changes in the system of metabolic fluxes in the interval of 3-6 hours after feed intake. An adequate tool for predicting and optimizing these processes can be the development of simulation models describing the dynamics of shifts in the system of metabolic fluxes using analytical tools of enzymatic kinetics. The aim of the study is to evaluate the kinetic parameters of starch fermentation in rumen fluid in vitro, taking into account the size of feed particles according to experiment data with registration of the gas formation rate. Incubation of 200 ml of rumen fluid with the addition of 1.5 g of compound feed and 3.5 g of hay-silage mixture has been performed under anaerobic conditions at 40 °C in a water bath with a shaking apparatus in a flask with an attached gas meter. To predict the resorption rate of particles of the grain component of the compound feed, the dynamics of the concentration of the final product of starch fermentation and three metabolic fluxes (mg glucose/hour), a kinetic model with three compartments (starch, glucose, CO2) was used. The predicted dependence of the rate of glucose utilization on its concentration in the incubation medium for metabolic processes not accompanied by gas evolution is a linear trend, and for glucose utilization in the direction of CO2 production it has been approximated by the Michaelis-Menten function with the parameter values Vmax = 260 mg/hour, Km = 90 mg/100 ml (5 mM). Concluded that application of this methodology can provide information on kinetic parameters at rate-limiting stages in ruminal fermentation processes with subsequent prediction of systemic shifts in digestion processes after feeding starchy feeds.