Переваримость питательных веществ корма при использовании биостимулятора экстракта коры дуба (Quercus cortex) в условиях invitro

Теория и практика кормления 147

УДК 636.085.25:633.872.1

Переваримость питательных веществ корма при использовании биостимулятора экстракта коры дуба (Quercus cortex) в условиях in vitro

А.М. Макаева, К.Н. Атландерова

ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук»

Аннотация. Рубец - экосистема, объединяющая микрофлору и простейших с организмом «хозяина» в рамках процессов преобразования корма. Значимость рубца для организма жвачных определяет перспективы решений по повышению эффективности пищеварения, что может быть достигнуто через использование пробиотиков, антимикробных метаболитов и других препаратов. В числе последних активно используют растительные экстракты лекарственных растений, например экстракт коры дуба (Quercus cortex). Кору дуба с давних пор применяют в народной медицине и ветеринарии, в том числе для лечения и профилактики заболеваний крупного рогатого скота. Исходя из результатов недавних исследований, одним из компонентов этой активности могут являться вещества антикворума. По результатам исследования in vitro установлено, что введение экстракта в различных концентрациях в рубцовую жидкость, оказывает влияние на ферментативную активность этой системы и сопровождается изменением переваримости корма. Введение экстракта коры дуба в различных концентрациях сопровождается увеличением переваримости кормового субстрата на величину от 2,42 % (P<0,05) до 7,13 % (P<0,01). Наибольшая переваримость опытных кормов достигается при внесении экстракта в дозировке 3,3 мг/мл. Использование экстракта приводит к повышению pH рубцовой жидкости до 6,7-6,8.

Ключевые слова: крупный рогатый скот, экстракт коры дуба, дубильные вещества, переваримость in vitro.

Введение.

Питание жвачных в значительной степени зависит от жизнедеятельности микроорганизмов рубца, которые обеспечивают организм хозяина витаминами, энергией, белком, и многими другими важными веществами [1]. Значимость микробиома для организма определяет перспективность решений по повышению эффективности различных кормовых добавок, стимулирующих развитие микрофлоры пищеварительного тракта, в том числе экстракты лекарственных растений [2], аминокислоты [3], микро- и макроэлементы в различных формах [4-6], ферменты [7, 8].

Препараты растительного происхождения, применяемые для коррекции пищеварительного тракта, занимают до трети всего списочного состава этих комплексов, используемых при лечении заболеваний органов пищеварения [9]. К числу последних относятся препараты, производимые из коры дуба.

Список биологически активных веществ коры дуба значителен и включает дубильные вещества, кумарины, катехины, крахмал, сахара, витамины, танин и кверцетин и др.

Действие экстрактов коры дуба, введённых в желудок, усиливает моторику желудка, увеличивает переваримость, снижает ферментативную активность и кислотность желудочного содержимого, а также замедляет всасывание слизистой оболочкой желудка. А также соединения коры дуба оказывают влияние на функциональное состояние органов пищеварения, на заживление язвенных дефектов [10].

Установлено, что комплекс растительных субстанций, присутствующих в экстракте коры дуба (Quercus cortex), проявил выраженную способность к подавлению чувства кворума у бактерий. Среди 36 идентифицированных компонентов наибольшая активность экспериментально установлена у 7 соединений, анти-кворум эффект которых возрастал в ряду: 4-(3-гидрокси-1-про-пенил)-2-метоксифенол > 3,4,5-триметоксифенол > 7-гидрокси-6-метокси-2Н-1-бензопиран-2-он > 2Н-1-бензопиранон-2 > 4-гидрокси-3-метоксибензальдегид > 1, 2, 3-тригидроксибензол > пропил-1,3-бензендиол [11].

148 Теория и практика кормления

Этот вид биологической активности экстрактов лекарственных растений определяется совместным эффектом присутствующих в них малых молекул, оказывающих суммарное воздействие на систему чувства кворума патогенных микроорганизмов. На основе результатов количественного фитохимического анализа разработан препарат, включающий малые молекулы экстракта коры дуба (Quercus cortex), полностью соответствующий активности эффекта анти-кворум растительного экстракта, востребованный в качестве фармацевтического препарата нового принципа действия для контроля микробиальных инфекций [12].

Цель исследования.

Изучение влияния препарата экстракта коры дуба на переваримость питательных веществ корма в условиях in vitro.

Материалы и методы исследования.

Объект исследования. Бычки красной степной породы; рубцовая жидкость (РЖ).

Обслуживание животных и экспериментальные исследования были выполнены в соответствии с инструкциями и рекомендациями Russian Regulations, 1987 (Order No. 755 on 12.08.1977 the USSR Ministry of Health) and «The Guide for Care and Use of Laboratory Animals (National Academy Press Washington, D.C. 1996)». При выполнении исследований были предприняты усилия, чтобы свести к минимуму страдания животных и уменьшения количества используемых образцов.

Схема эксперимента. Физиологические исследования выполняли в условиях Покровского сельскохозяйственного колледжа-филиала ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет» Оренбургского района Оренбургской области.

Отбор рубцовой жидкости проводился у бычков через хроническую фистулу рубца.

Исследования проводили методом нейлоновых мешочков: in vitro - с использованием «искусственного рубца KPL 01», 48-часовая экспозиция.

В качестве анализируемого вещества применялся препарат экстракта коры дуба, а в качестве корма были использованы пшеничные отруби (ПО) в натуральном виде.

Экстракт коры дуба (ЭКД) представляет собой красновато-коричневый порошок со специфическим запахом, растворимый в воде.

Экстракт коры дуба был получен путём смешивания 50 г вещества с водой в объёме 500 мл и кипячения на водяной бане (30 мин), с последующей фильтрацией и отжимом через фильтрующий компонент и доведение общего объёма жидкости кипячёной водой до 500 мл, которую затем центрифугировали. Дозировка составила 50 г на одно взрослое животное крупного рогатого скота. Препарат ЭКД вводили в нейлоновые мешочки с кормом в различных концентрациях, затем закладывали в искусственный рубец.

Анализ переваримости сухого вещества кормовых веществ был проведён по методике доктора В. Лампетера в модификации Г.И. Левахина, А.Г. Мещерякова [13]. Кислотность среды содержимого рубца измеряли с помощью рН-метра.

Переваримость сухого вещества кормов in vitro определяли по разности массы образца корма вместе с мешочком и после двухстадийной инкубации и высушивания до постоянной массы при температуре +60 °С по следующей формуле:

К=(А-В)/Сх100 %, где

К - коэффициент переваримости сухого вещества корма (%);

А - исходная масса образца корма вместе с мешочком (г);

В - масса образца корма вместе с мешочком после переваривания (г);

С - исходная масса образца корма без массы мешочка (г).

Большую роль в переваривании и усвоении питательных веществ корма играют микроорганизмы рубца - бактерии и простейшие. Количество микробиальной массы определяли методом дифференцированного центрифугирования и дальнейшего высушивания до постоянной массы. Подсчёт инфузорий проводился микроскопическим методом в счётной камере Горяева.

Теория и практика кормления 149

Оборудование и технические средства. Исследования были выполнены в условиях лаборатории «Агроэкология техногенных наноматериалов» и Испытатeльном ^нтре ЦКП ФГБНУ ФНЦ БСТ РАН (аттестат а^^итации № ЯА^и.21ПФ59 от 02.12.2015 г.).

«Искусственный рубец» KPL 01; термостат электрический суховоздушный ТС-1/80 СПУ (ОАО «Смоленское СКТБ СПУ», Россия); рН-метр рН-150МИ (ООО «Измерительная техника», Россия); весы лабораторные электронные МВ 210-А (ЗАО «Сартогосм», Россия), микроскоп Мик-ромед 1 («Здравторг», Россия), счётная камера Горяева, центрифуга MiniSpin («Merck KGaA», Германия).

Статистическая обработка. Результаты, полученные в исследовании, обработаны методом вариационной статистики с использованием критерия достоверности по Стьюденту (t-критерий) с помощью пакета программ «Stаtisticа 10.0» («Stat Soft Inc.», США).

Результаты исследований.

По результатам исследований in vitro установлено, что переваримость сухого вещества кормовых добавок увеличивается при добавлении ЭКД в различных дозировках (рис. 1).

Рис. 1 — Оценка переваримости сухого вещества при внесении ЭКД в различных концентрациях, %

При внесении ЭКД в минимальной дозе показатель переваримости сухого вещества составил 91,03±0,71 %, что на 6,03 % (Р <0,01) больше контроля. При повышении дозировки до 3,3 мг/мл - на 7,13 % (Р <0,01) больше по сравнению с контролем. Наименьшая эффективность процессов переваримости сухого вещества отмечена при введении ЭКД в дозировке 4,7 мг/мл.

Реакция среды (рН) содержимого рубца связана с течением ферментативных процессов, образованием метаболитов, поэтому с точки зрения характеристики рубцового пищеварения этот показатель является значимым. Колебания рН содержимого рубца зависят главным образом от уровня в нём органических кислот, бикарбонатов и фосфатов.

Колебания концентрации водородных ионов находились в пределах 6,12-6,82 рН при разных концентрациях. Проводя анализ данных (табл. 1), можно отметить, что наименьшие значения рН наблюдались в контроле 6,12±1,0. Во всех остальных опытных группах значения рН оказались больше.

По данным [14], при введении в рацион зерновых кормов изменяется характер брожения в рубце, рН начинает снижаться. Слабокислая или нейтральная среда рубца является благоприятной для роста микроорганизмов. Бактерии расщепляют и переваривают клетчатку, что имеет большое значение для питания жвачных. Оптимальным для размножения микроорганизмов рубца кормовым субстратам является уксуснокислый тип брожения и рН среды ближе к нейтральной - от 6,6 до 7,0.

150 Теория и практика кормления

Таблица 1. Оценка pH-метрии рубцовой жидкости при внесении ЭКД в различных концентрациях

Наименование Концентрация экстракта коры дуба, мг/мл pH

Контроль - 6, 12± 1,01

ПО+ЭКД 5 6,61±0,15

ПО+ЭКД 4,7 6,67±0,19

ПО+ЭКД 4,2 6,82±0,09

ПО+ЭКД 3,3 6,81±0,20

ПО+ЭКД 2,6 6,77±0,06

Бактерии и простейшие тесно реагируют на изменения кормления и содержания животных. Количественное содержание инфузорий, простейших и бактерий опытной в сравнении с контрольной группой резких отличий не имело. Через 3 часа после кормления наблюдалось снижение численности бактерий в опытной группе по отношению к контролю, это может говорить об ингиби-рующим эффекте экстракта коры дуба (табл. 2).

Таблица 2. Воздействие ЭКД на содержание микрофлоры рубца крупного рогатого скота

Время взятия пробы Группа Наименование

простейшие, г/100 мл бактерии, г/100 мл инфузории, тыс./мл

До кормления Контрольная 1,84 0,31 611,0± 13,2

Опытная 2,10 0,20 730,0±21,3

Через 3 часа Контрольная 1,29 0,40 789,0±9,8

Опытная 1,95 0,15 898,0±5,7

Через 6 часов Контрольная 0,9 0,29 500,0±12,0

Опытная 1,6 1,11 695,0±7,6

Наличие в рубце инфузорий более 500 тыс. свидетельствует о нормальном и эффективном течении ферментативных процессов. Экстракт коры дуба в своем составе содержит некоторое количество легкогидролизируемых углеводов, тем самым способствуя увеличению количества инфузорий. Наибольшая активность инфузорий проявляется через 3 часа после кормления.

Обсуждение полученных результатов.

ЭКД обладает антимикробной активностью, что ранее объяснялось наличием веществ, оказывающих вяжущее и противовоспалительное действия, в том числе некоторых дубильных веществ, галловой и эллаговой кислоты, а также кверцетина. Между тем совсем недавно стало ясно, что не менее важными компонентами коры дуба, оказывающими противомикробное воздействие, оказались вещества, подавляющие чувствительность бактерий к кворуму (QS). Под действием «малых молекул», содержащихся в экстракте коры дуба, происходит угнетение некоторых патогенных групп микроорганизмов [15].

Переваримость кормового субстрата зависит не только от внешних факторов, рационов кормления и т. д., но и немаловажное значение имеет среда, в которой находятся микроорганизмы рубца. Так, при внесении экстракта коры дуба происходило небольшое повышение рН и снижение показателей микробной активности числа инфузорий. При этом наблюдалось повышение целлюло-золитической активности, следовательно, это привело к увеличению переваримости.

Теория и практика кормления 151

Известно, что переваримость питательных веществ зависит от уровня кормления животных [16]. Наибольшее значение переваримости кормового субстрата мы наблюдали при дозировке 3,3 мг/мл. На наш взгляд, этот эффект связан с тем, что количество целлюлозолитических микроорганизмов возросло. Экстракт коры дуба воздействует на микрофлору рубца, тем самым способствует коррекции рубцового пищеварения [17].

В то же время ЭКД, являясь источником кверцетинов, оказывает антиоксидантный и противовоспалительный эффекты на переваримость питательных веществ в рубце крупного рогатого скота [18].

Как следует из доступной литературы, действие кверцетина проявляется через его антиок-сидантные свойства, следовательно, обеспечивается повышенная активность и защита клеток всех органов и тканей организма. А также применение кверцетина способствует повышению среднесуточного прироста, что обуславливает увеличение живой массы [19, 20].

Кора дуба - источник танина, не оказывающий отрицательного действия на ферментацию в рубце крупного рогатого скота, положительно влияет на переваримость сухого вещества, а также на обмен энергии и использование белка в рубце [21, 22].

Ранее показано, что кормление поросят экстрактом из танина с экстрактом древесины может привести к улучшению переваримости корма и снижению протеолитических реакций кишечника [23].

Изменения микробиологических процессов под влиянием экстракта коры дуба подтверждаются динамикой водородного показателя (pH). Как следует из полученных данных, во всех опытных группах этот показатель оказался выше, чем в контроле. Возможно, это связано с образованием большого количества аммиака в рубцовом содержимом. Высокая концентрация аммиака ощелачивает содержимое рубца, что сопряжено с улучшением усвояемости рационов [24].

Полученные результаты дают нам почву для дальнейших работ в области влияния экстрактов лекарственных растений на организм сельскохозяйственных животных и птиц.

Выводы.

Из полученных результатов следует, что введение экстракта коры дуба в различных концентрациях сопровождается увеличением переваримости кормового субстрата на величину от 2,42% (P<0,05) до 7,13% (P<0,01). Наибольшая переваримость опытных кормов достигается при внесении ЭКД в дозировке 3,3 мг/мл.

В эксперименте pH рубцовой жидкости сдвигается ближе к нейтральной среде, следовательно, это способствовало активизации переваримости питательных веществ.

Таким образом, препарат ЭКД не оказывает негативного влияния на переваримость корма в

рубце.

Литература

1. Ефремова И.В. Микроорганизмы экосистемы рубца коров при использовании в кормлении нитратблокирующих и биостимулирующих добавок: автореф. дис. ... канд. биол. наук. М., 2000. 18 с.

2. Казачкова Н.М., Ишбулатова С.Р., Дускаев Г.К. Альтернатива антибиотикотерапии в животноводстве - применение лекарственных растений // Международный студенческий научный вестник. 2017. № 4-3. С. 266-268.

3. Яушева Е.В., Мирошников С.А. Продуктивное действие совместного использования препаратов наночастиц железа и аргинина в питании цыплят-бройлеров // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2015. № 5 (55). С. 158-160.

4. Сравнительная оценка эффективности переваривания кормов при внесении наночастиц металлов в условиях in vitro / А.М. Макаева, К.Н. Атландерова, С.А. Мирошников, Д.Б. Косян // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2017. № 6. С. 178-180.

152 Теория и практика кормления

5. Morphological and biochemical blood parameters in broilers at correction with dietary copper salts and nanoparticles / Е.А. Sizova, V.L. Korolev, Sh.A. Makaev, E.P. Miroshnikova, V.A. Shakhov // Sel'skokhozyaistvennaya biologiya [Agricultural Biology]. 2016. 51(6): 903-911. doi: 10.15389/agrobiology.2016.6.903eng.

6. To the development of innovative mineral additives based on alloy of Fe and Co antagonists as an example / Е.А. Sizova, S.A. Miroshnikov, S.V. Lebedev, A.V. Kudasheva, N.I. Ryabov // Sel'skokhozyaistvennaya biologiya [Agricultural Biology]. 2016. 51(4): 553-562. doi: 10.15389/agrobiology.2016.4.553eng.

7. Мартыненко С.С., Мирошников С.А. Продолжительность скармливания бройлерам ферментного препарата // Птицеводство. 1999. № 2. С. 24-25.

8. Ферментный препарат в рационах курочек / Е. Малюшин, А. Осипов, Г. Левахин, С. Мирошников // Птицеводство. 2001. № 4. С. 29-31.

9. Турищев С.Н. Основы фитотерапии. М., 1999. 128 с.

10. Ефремова И.В. Микроорганизмы экосистемы рубца коров при использовании в кормлении нитратблокирующих и биостимулирующих добавок: дис. ... канд. биол. наук. М., 2000. 145 с.

11. Толмачева A.A. Композиции растительных экстрактов и присутствующих в них малых молекул, ингибирующие систему Quorum Sensing LuxI/LuxR типа у бактерий // Биомедицина, материалы и технологии XXI века: сб. тез. I Междунар. шк.-конф. студентов, аспирантов и молодых учёных. Казань, 2015. С. 200.

12. Оценка воздействия на кишечную микрофлору птицы веществ, обладающих антибиотическим, пробиотическим и анти-Quorum Sensing эффектами / Г.К. Дускаев, Е.А. Дроздова, Е.С. Алешина, А.С. Безрядина // Вестник Оренбургского государственного университета. 2017. № 11(211): 84-87.

13. Левахин Г.И., Мещеряков А.Г. К методике определения расщепляемости протеина кормов в лабораторных условиях // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 2003. № 3. С. 12-13.

14. Курилов Н.В., Кроткова А.П. Физиология и биохимия пищеварения жвачных. М.: Колос, 1971. 432 с.

15. Deryabin D.G., Tolmacheva A.A. Antibacterial and Anti-Quorum Sensing Molecular Composition Derived from Quercus cortex (Oak bark) Extract // Molecules. 2015. 17;20(9). 17093-17108. doi: 10.3390/molecules200917093.

16. Демченко В.П. Биологические закономерности повышения продуктивности животных. М.: Колос, 1972. С. 95-98.

17. Атландерова К.Н., Макаева А.М., Курилкина М.Я. Альтернатива использования веществ «Anti-quorum» в комлексе с наночастицами металлов для коррекции рубцового пищеварения // Развитие животноводства - основа продовольственной безопасности: материалы междунар. науч.-практ. конф. Волгоград, 2017. Т. 1. С. 131-134.

18. The Effects of Oral Quercetin Supplementation on Splanchnic Glucose Metabolism in 1-Week-Old Calves Depend on Diet after Birth / J. Gruse, S. Görs, A. Tuchscherer, W. Otten, J.M. Weitzel, C.C. Metges, S. Wolffram, H.M. Hammon // Journal of Nutrition. 2015. 145(11). 2486-2495. doi: 10.3945/jn. 115.218271.

19. Торшков А.А. Изменение продуктивных качеств бройлеров при использовании дигид-рокверцетина // Аграрная наука и образование в условиях становления экономики: материалы междунар. науч.-практ. конф. Оренбург: Издат. центр ОГАУ, 2012. Ч. 1. С. 398-401.

20. Торшков А.А. Регуляция метаболического гомеостаза, повышение резистентности и реализации биоресурсного потенциала сельскохозяйственной птицы на основе использования в питании природных биологических активных веществ: автореф. дис. ... канд. биол. наук. Дуброви-цы, 2014. 34 с.

Теория и практика кормления 153

21. Hassanat F., Benchaar C. Assessment of the effect of condensed (acacia and quebracho) and hydrolysable (chestnut and valonea) tannins on rumen fermentation and methane production in vitro // Journal of the Science of Food and Agriculture. 2013. V. 93. P. 332-339.

22. Structural features of condensed tannins affect in vitro ruminal methane production and fermentation characteristics / N.T. Huyen, C. Fryganas, G. Uittenbogaard, I. Mueller-Harvey, M.W.A. Verstegen, W.H. Henndriks, W.F. Pellikaan // The Journal of Agricultural Science. 2016. 154(8). 1474-1487.

23. Effect of tannins on growth performance and intestinal ecosystem in weaned piglets / G. Bia-gia, I. Cipollini, B.R. Paulicks, F.X. Roth // Archives of Animal Nutrition. 2010. Apr. 64(2). 121-135. doi: 10.1080/17450390903461584.

24. Bloomfield R.A. Ruminal pH and absorption of ammonia and VFA // Journal of Animal Science, 1963. 22. 21.

Макаева Айна Маратовна, аспирант, лаборант-исследователь лаборатории «Агроэкология техногенных наноматериалов» ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий РАН», 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8-919-842-46-99, e-mail: ayna.makaeva@mail.ru

Атландерова Ксения Николаевна, аспирант, специалист Испытательного центра ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий РАН», 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8-9228-13-48-65, e-mail: atlander-kn@mail.ru

Поступила в редакцию 16 марта 2018 года

UDC 636.085.25:633.872.1

Makaeva Aina Maratovna, Atlanderova Kseniya Nikolayevna

FSBSI «Federal Scientific Center of Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences», е-mail: ayna.makaeva@mail.ru

Digestibility of feed nutrients after using bio-stimulant extract of oak cortex (Quercus cortex) in vitro

Summary. Rumen is an ecosystem that combines the microflora and protozoa with the host organism within the framework of the food conversion processes. The significance of rumen for the organism of ruminants determines the prospects for making decisions on improving the digestive efficiency, which can be achieved through the use of probiotics, antimicrobial metabolites and other drugs. Among the latter, plant extracts of medrcal plants are actively used, for example, the extract of oak bark (Quercus cortex). Oak bark has long been used in folk medicine and veterinary medicine, including the treatment and prevention of cattle diseases. Based on the results of recent studies, antiquorum substances may be one of the components of this activity. According to the results of invitro study it was established that the introduction of extract in various concentrations into ruminal fluid affects the enzymatic activity of this system and is accompanied by a change in the digestibility of feed. The introduction of oak bark extract in various concentrations is accompanied by an increase in the digestibility of feed substrate by an amount from 2.42 % (P<0.05) to 7.13 % (P<0.01). The highest digestibility of experimental feeds is achieved after adding the extract at a dosage of 3.3 mg/ml. The use of extract leads to an increase in the pH of ruminal fluid to 6.76.8.

Key words: cattle, oak bark extract, tannins, digestibility in vitro.