HÍRLEVÉL 2010 / 2. szám A korszerű ta kar má nyo zásért Kihívások és kutatási irányok a 21. század sertéstakarmányozásában Cacus
Tisz telt Ol va só! Köszönjük immár 12 éves hűségét a Takarmányozás laphoz és szeretnénk ha továbbra is hasznos, munkáját segítő lapot tudnánk a kezébe adni. A gazdasági válság lapunkat sem kímélte, így észrevehették az utóbbi időben lapkiadásunk akadozását. Ezért került sor új, költségkímélő és modernebb kiadási formára. A KORSZERŰ TAKARMÁNYOZÁSÉRT alapítvány kiadásában egyelőre hírlevél formájában vezetjük be a jövőben elektronikus úton megjelenő Takarmányozás újságot. A weblap címről minden kedves olvasónkat időben tájékoztatjuk. Reméljük továbbra is színvonalas és a mindennapi munkájukban hasznos lapot forgathatnak majd olvasóink! Dinyés Lász ló né dr. főszerkesztő Budapest, 2010. április A szer kesz tő bi zott ság el nö ke: dr. Babinszky Lász ló A szer kesz tő bi zott ság tag jai: Bar tha Bé la, Dinnyés Lász ló né dr., dr. For gács Bar na bás, dr. Már kus Gá bor, Papp né Pongrácz Csil la, dr. Schmidt Já nos Fő szer kesz tő: Dinnyés Lász ló né dr. Fe le lős szer kesz tő: Pappné Pongrácz Csilla Mun ka tár sak: Barna Andrea, Milu Judit Ki ad ja: A korszerű takarmányozásért alapítvány H 1113 Bu da pest, Badacsony u. 9. A kiadásért felel: A kuratórium elnöke A kiadvány az MNVH főtitkára megrendelése, az FVM VKSZI támogatásával készült Ti pog rá fia: Jet Set Tipográfiai Műhely
Kihívások és kutatási irányok Ki hí vá sok és ku ta tá si irá nyok a 21. szá zad ser tés ta kar má nyo zá sá ban*, ** Babinszky Lász ló 1 Halas Veronika 1 Bevezetés A 21. század egyik legnagyobb kihívása, hogy az állattenyésztés megfelelő mennyiségű, minőségű, biztonságos és nyomon követhető állati eredetű élelmiszer-alapanyagot állítson elő úgy, hogy a termelés a környezetet a lehető legkisebb mértékben terhelje. A hazai statisztikai adatok szerint Magyarországon az elhalálozás 50 százaléka szív- és érrendszeri, 30 száza lé ka pe dig da - ganatos betegségekre vezethető vissza, amelyek kialakulásában szerepet játszó egyik legfontosabb kockázati tényező a táp lál - kozás. Ezért a nem kívánatos táplálkozási szokásaink megváltoztatásával, valamint a humán táplálkozási elvárásoknak jobban megfelelő élelmiszerek fogyasztásától remélhetjük, hogy a lakosság egyre nagyobb hányada éri el a génjeik által megszabott legmagasabb életkort. A korábbiakban említetteken túl az életmódból és táplálkozási szokásainkból, táplálkozási kultúránkból adódó problémák mellett meg kell említeni az úgynevezett táplálékallergiát, ami tulajdonképpen a szervezet túl zott vé de ke zé - si reakciója valamely étellel, élelmiszerrel, vagy ezek egyes összetevőivel szemben. Ehhez a problémakörhöz tarto zik az úgynevezett táplálékintolerancia (táplálék-összeférhetetlenség) is, amikor a táplálék által kiváltott kóros tü ne tek nem im mu no ló - giai eredetűek. Ezen túlérzékenységek következtében az érintettek sok esetben az alternatív táplálkozási lehetőségek mellett speciális élelmiszereket igényelnek. Társadalmunknak tehát igen nagy felelőssége van abban, hogy ezek az emberek is meg - fe lelő minőségű élel mi szer hez jus sa nak és így az életminőségük is ja vul jon. Is mert az a tény is, hogy pél dául az ál la ti ere detű élel mi szer minőségét több más tényező mel lett nagymértéken az ál la - tok táplálása, takarmányozása is befolyásolja. Ezért a korábbiakban említett problémák megoldásában a takar má nyo zás nak na - gyon sok esetben kulcsszerepe lehet. Az idevonatkozó statisztikai adatok azt mutatják (Gill, 2006), hogy a világban 2005-ben 626 millió tonna ipari abrakkeveréket gyártottak a gazdasági haszonállatok részére. Könnyű belátni, hogy ezen óriá si mennyi - ségű keveréktakarmány minősége meghatározó lehet az állati eredetű élelmiszerek minőségére. Tovább ronthatja a hely ze tet, ha azt is számításba vesszük, hogy az említett mennyiségű abrakkeveréken túl nagyon sok országban a gazdasági ha szon ál la - tok bizonytalan eredetű és kontrollálatlan összetételű és minőségű takarmányt is fogyaszthatnak. Ezért a takarmányozás előtt a 21. szá zad ban a következő fon to sabb felada tok áll nak: 1. a korábbiaknál sokkal aktívabb és tudatosabb részvétel a megfelelő mennyiségű, minőségű és biztonságos állati eredetű élelmiszer előállításban. 2. a fenti cél elérése érdekében rendkívül fontos a takarmányozás hatékonyságának (biológiai hatékonyság, ta kar mány tech - nológiai hatékonyság, ökonómiai hatékonyság) további javítása. 3. kiemelt fontosságú a takarmányozás, az állattenyésztés és a környezetvédelem kapcsolatának újra gondolá sa. Ez azt je len - ti, hogy a továbbiakban jó minőségű és biztonságos állati eredetű élelmiszert csak olyan technológiával szabad előállítani, amely technológia nem szennyezi tovább környezetünket, azaz ki kell dolgozni a környezetkímélő takarmányozási rend - szereket. Jelen cikk célja a sertéstakarmányozásban várható fontosabb kihívások és kutatási területek rövid áttekin té se a ser tés ta kar - mányozással foglalkozók részére. A legújabb tudományos eredmények alkalmazása a sertéstakarmányozásban, az innovációban A sertéshústermelés hatékonyságának növelése érdekében rendkívül fontos, hogy a legújabb tudományos eredmények minél gyorsabban kerüljenek bevezetésre a gyakorlatban. Ez azt jelenti, hogy az úgynevezett innovációs időt (az ötlettől a ter mék 1 Kaposvári Egyetem Állattudományi Kar Takarmányozástani Tanszék * Az eredeti cikk teljes terjedelemben az Állattenyésztés és Takarmányozás 2009. 58. 5. 411 426. o. jelent meg. ** A hivatkozott irodalom a szerkesztőségben minden érdeklődő rendelkezésére áll. HÍRLEVÉL A KORSZERŰ TAKARMÁNYOZÁSÉRT / 2. szám 3
megvalósulásáig eltelt idő) a lehető legjobban le kell rövidíteni. A kérdés azonban az, hogy a klasszikus takar má nyo zá si is - meretek birtokában tudunk-e választ adni a 21. század kihívásaira. Valószínű, hogy nem, ezért szükséges a takarmányozás újabb te rü le teit is be von ni az in no vá ciós te vé keny ség be (Babinszky és Ha las, 2009). Ez a fo lya mat nem most in dult el, hi szen a takarmányozás-élettan vagy a takarmányozás-immunológia már korábban is nagyon fontos részévé vált a mai mo dern ta kar - mányozásnak. Az 1. áb ra azt mutatja, hogy a klasszikus takarmányozási ismereteket milyen más természettudományi területekkel és/vagy műszaki tudományterületekkel kell bővíteni annak érdekében, hogy a mai kihívásokra adekvát választ tudjunk ad ni. Ilyen vi - szonylag új terület például a molekuláris takarmányozás, vagy a növekedés matematikai modellezése. A klasszikus takarmányozási ismeretek, továbbá a természettudományi területekkel kibővített új takarmányozási ismeretek és az informatika egy sajátos ötvözéséből alakult ki a takarmányozásnak egy újabb területe, a precíziós takarmányozás. 1. ábra A klasszikus takarmányozás és a társtudományok kapcsolata (Babinszky és Halas, 2009) Természettudományi területek Műszaki tudomány területek Élettan Mikrobiológia Immunológia Molekuláris biológia/genetika Kémia, biokémia Matematika Műszaki tudományok Informatika, számítástechnika Takarmányozás élettan Takarmányozsi ismeretek (a társ agrártudományi ismeretekkel együtt növénytermesztés, álattenyésztés stb.) Takarmányozás mikrobiológia Takarmányozás immunológia Molekuláris takarmányozás Takarmány analítika Takarmány és takarmányozás technológia Matematikai modellezés Precíziós takarmányozás A várható fontosabb kutatási területek a sertéstakarmányozásban Megvizsgálva a vonatkozó szakirodalmat megállapítható, hogy sertéstakarmányozásban az elkövetkező időszak fon to sabb ku - tatási területei a következők: 1. a takarmányok tulajdonságaival összefüggő vizsgálatok (pl. új energia és fehérjetakarmányok, a táplálóanyagok közötti interakciók, hozamfokozó antibiotikumok alternatívái, mikotoxin kontamináció és annak csökkentésének lehetőségei, a GMO takarmányok problematikája, a klímaváltozás a takarmánynövény-termesztés és a takarmányozás közötti kapcsolat vizsgálata stb.), 2. a molekuláris takarmányozással kapcsolatos kutatások, 3. takarmányozás-immunológiai vizsgálatok (a táplálóanyagok hatása az állatok celluláris és humorális immunstátuszára), 4. takarmányozás mikrobiológiai kutatások (pl. a bélcsatornában lejátszódó mikrobiológiai folyamatok és ezek ha tá sa az ál - latok termelésére), 5. a nagy genetikai kapacitású állatok táplálóanyag-szükségletének vizsgálata (a genetika és a takarmányozás kapcsolata), 6. az állati termelés modellezése (az állatok termelésének előrejelzése matematikai modellekkel), 7. újabb in vitro technikák kifejlesztése (pl. új fehérje, szénhidrát és más táplálóanyagok emésztését meghatározó gyors és nagy pontosságú in vitro technikák kifejlesztése), 8. a környezetkímélő takarmányozási technológiák kidolgozása (elsősorban a N- és P-kibocsájtást csökkentő takarmá nyo zá - si technológiák kidolgozása), 9. a farmtól a villáig élelmiszerlánc integrált kutatási és innovációs programok kidolgozása a biztonságos és nyo mon kö - vethető állati eredetű élelmiszer-előállítás érdekében, 10. a precíziós takarmányozás alkalmazása az állati termék előállításban. 4 HÍRLEVÉL A KORSZERŰ TAKARMÁNYOZÁSÉRT / 2. szám
Je len írásunkban ter je del mi okok miatt a fen ti ku ta tá si te rü le tek kö zül csak né há nyat eme lünk ki és tár gya lunk meg rész - letesebben. A klímaváltozás és a takarmányozás közötti kapcsolat Az elkövetkező évtizedek nagy kihívása lesz az éghajlatváltozás és annak regionális hatása a növénytermesztés re, az ál lat te - nyésztésre és a gazdasági haszonállatok takarmányozására. A növényélettan területéről ismert, hogy a fotoszintézis típusa alapján megkülönböztetünk C3 és C4 típusú növé nye ket. Ta - karmánynövény-termesztés szempontjából fontos, hogy míg a C3 típusú növények (pl. a búza, árpa, rizs, zab, napra for gó, lu - cerna, szójabab, cukorrépa stb.) szárazságtűrő képessége kisebb, addig a C4 típusú növényeké jóval nagyobb. Ide tartozik például a kukorica, a cirok, köles stb. Ezen növényélettani ismeretek rendkívül fontosak lesznek az elkövetkező időszak ban annak eldöntéséhez, hogy egy adott régióban a megváltozott klimatikus viszonyok között milyen növényeket ter messzünk gaz - daságosan. A növénytermesztés ilyetén való változása mindenképpen hatással lesz az adott régió takarmányozására is. Ezért a közeljövő feladata lesz a különböző klima-scenariok tanulmányozása, elemzése és ennek alapján a növénytermesztőknek és a takarmányosoknak sokkal szorosabb kooperációja, azaz a precíziós növénytermesztés és a precíziós állatte nyész tés össze - kapcsolása a precíziós élelmiszerláncban folyó termelés érdekében. Molekuláris takarmányozás Míg sok tudományterületen a specializáció figyelhető meg, addig a takarmányozásban annak komplexitása miatt a kü lön - böző társtudományokkal való egyre szorosabb együttműködés érvényesül. A molekuláris takarmányozás egy új inter disz cip - lináris kutatási terület, mely a genomika és a táplálóanyagok intermedier anyagcseréjének vizsgálatára épül. Az el múlt 20 év - ben kidolgozott molekuláris biológiai módszerek és az új technikák a biológiai folyamatok mélyebb megismeré sét tet ték le - hetővé. Ezen is me re tek a közeljövőben nagy je lentősséggel bír nak majd nemcsak az ál la ti ta kar má nyo zás-, de a human táplálkozástudományban is. A molekuláris takarmányozás többek között azt vizsgálja, hogy a táplálóanyagok (glükóz, zsírsavak, aminosavak, vi ta mi - nok) ho gyan be fo lyá sol ják a sej tek köz ti jel át vi telt és a gén expressziót. A mikro-táplálóanyagok a bio ké miai fo lya ma tok ré - vén hatással vannak a sejtekben lévő információ áramlására és így befolyásolják a gének aktiválását vagy szupresszióját. Mindezen folyamatok megismerésének alapja a táplálóanyag-transzport mechanizmusának, valamint a mikro-táplálóanyagok és a cel lu lá ris homeosztázis, a sej tek proliferációja és az apoptózis köz ti kap cso lat vizs gá la ta (Zhang, 2003). Mi vel a szer ve zet min den sejt jé nek működése alapvetően a gé nek kont roll ja alatt áll, ezért ezen sza bá lyo zó me cha niz mu - sok feltárása az életfolyamatok megértését jelentős mértékben segítik. Takarmányozás-immunológiai kutatások Az 1980-as évek elejétől a takarmányozásnak egy nagyon intenzíven kutatott területe, hogy a táplálóanyagokkal (pl. ami no - savakkal, zsírsavakkal, ásványi anyagokkal, vitaminokkal stb.), illetve a takarmányokba kevert adalékanyagokkal miképpen tudjuk befolyásolni (többnyire javítani) a gazdasági haszonállatok celluláris és humorális immunválaszát. A legújabb vizsgálatok eredményei azt bizonyítják, hogy a fehérjeellátás kismértékű csökkenése az ajánlott értékektől nem okozza az im mun - rend szer elég te len működését. Egyes ami no sa vak nak (pl.: metionin, treonin, arginin, glu ta min vagy a glu ta min sav) a lét fenn - tartás és a növekedés szükségletén felül adott mennyisége azonban a sertés ellenálló képességének fokozását ered mé nyez he - ti. Szük sé ges azon ban meg je gyez ni, hogy egyes táplálóanyagok (pl. zsír sa vak) megadózisban va ló al kal ma zá sa már a tel je sít - ményromlás előtt immunszuppressziót okozhat. E kutatási/fejlesztési területhez tartozik még az úgynevezett új típusú hozamfokozók kifejlesztése, mely készítmények elsősorban az állat immunállapotának javításán keresztül eredményez het nek tel - jesítmény javulást. Az 1. táblázat Defa és mtsai (1999) vizs gá la tai - nak eredményeit mutatja be. A kísérletet 17 kg-os 1. táblázat: A takarmány treonintartalmának hatása a vérszérum sertésekkel végezték, az etetett takarmány csak a IgG és bovin szérum antitest termelésére sertésben treonintartalomban (5,9 8,9 g/kg) kü lön bö zött. (Defa és mtsai., 1999) A kí sér let ered mé nyei azt mu tat ták, hogy a 6,8 g/kg Treonintartalom (g/kg) treonintartalom fe let ti ta kar má nyok már nem ja vít - ják a nö ven dék-ser té sek ter me lé si mu ta tóit, azon - 5,8 6,8 7,7 8,9 ban a vér IgG-koncentrációja és a bovin-szé rum - A vér IgG- (mg/100 ml) tartalma* 7. nap 570,8 556,9 534,8 589,5 albuminnal tör ténő im mu ni zá lást kö vetően az el - 14. nap 648,1 667,7 660,0 695,4 lenanyag-termelés azon állatok esetében jelentősen 28. nap 703,9 730,4 730,9 777,1 megemel ke dett, me lyek ta kar má nya 8,9 g/kg Bovin szérumalbumin-antitest a vérben* 14. nap 0,10 0,15 0,25 0,43 treonint tartalmazott. Más szerzők szerint elégtelen treoninellátás mel lett ugyan nem fel tét le nül vál to - 28. nap 0,61 0,62 0,69 0,78 zik az immunszervek fejlődése, azon ban szá mol ni * Az állatokat a kísérlet 7. napján immunizálták 1 mg/ttkg bovin-szérumalbuminnal kell bizonyos immunparaméterek romlásával, így pél dául a vér leukocita proliferációs ké pes sé gé nek csökkenésével. Ezek, és más eredmények egyrészt arra engednek következtetni, hogy a takarmányozás-immunológiának a közeljövőben HÍRLEVÉL A KORSZERŰ TAKARMÁNYOZÁSÉRT / 2. szám 5
kiemelt szerepe lesz a gyakorlati sertéstakarmányozásban, másrészt arra, hogy jó néhány esetben a táplálóanyag-ajánlást felül kell vizsgálni a takarmányozás-immunológiai vizsgálatok eredményei alapján. A takarmányozás és a genetika közötti kapcsolat, különös tekintettel a különböző genotípusú hízósertések hízlalás alatti zsírbeépítésére (a hús minőségére) Humán táplálkozás-élettani szempontból talán az egyik legfontosabb paraméter a hús fehérje- és zsírtartalma, il let ve a hús fe - hérje- és zsírtartalmának egymáshoz viszonyított aránya, továbbá az intramuszkuláris zsír mennyisége. A növendék- és hízósertések fehérje- és zsírbeépítését több tényező befolyásolja. Ezek közül a legfontosabb az ál lat ge ne - tikailag meghatározott fehérjeépítő és takarmányfelvevő képessége. A két tényező közötti kapcsolatot több elmélet is leír ja. Ezek kö zül ál ta lá no san hasz nált a Whitte more és Fawcet (1974) ál tal kö zölt úgynevezett linear-plateau el mé let, mely szerint 2. táblázat: A napi ileálisan emészthető lizinfelvétel, a napi súlygyarapodás, a napi fehérjebeépülés és a fajlagos takarmányértékesítés közötti összefüggés (Halas és Babinszky, 2001) Korreláció Testsúly Napi testsúly- Napi fehérje- Fajlagos takarmánygyarapodás beépülés értékesítés 30 60 kg r = 0,94 r = 0,78 r = 0,94 P = 0,0001 P = 0,001 P = 0,0001 60 105 kg r =0,89 r = 0,77 r = 0,87 P = 0,0001 P = 0,0013 P = 0,0001 3. táblázat: Genetikai kategóriák, a kategóriákra jellemző súlygyarapodás, az ürestest fehérjetartalma hízósertések esetén (Close, 1994) Kategóriák Súlygyarapodás (g/nap) Ürestest fehérjetartalma Nagy genetikai kapacitású hibrid 1200 180 Normál hibrid 1000 170 Hagyományos fajta 800 160 a ge ne ti kai lag de ter mi nált fehérjebeépítő ké - pesség határáig az energiafelvétellel egyenes arányban nő a fehérjebeépítés. A növekedési teljesítményt, illetve a vágott test ké miai össze té te lét (a hús minőségét) a ta - karmány aminosav/energia aránya ugyancsak befolyásolja. Ismeretes, hogy a sertés részére általában a lizin az elsődleges limitáló aminosav. A 2. táblázat azt mu tat ja be, hogy az ileá - lisan emészt hető lizinfelvétel és az át la gos na - pi súly gya ra po dás, to váb bá a na pi fehérjede - pozíció, va la mint a faj la gos ta kar mány ér té ke - sítés között igen szoros korreláció áll fenn (Ha las és Babinszky, 2001). Ezért a ta kar mány ke ve ré kek összeál lí tá sa - kor a fe hér je beépü lés nö ve lé se ér de ké ben fel - tét le nül tö re ked nünk kell a legkedvezőbb lizin/energia (DE) arány kialakítására. A vonatkozó vizsgálati eredmények szerint a nö ven dék ser té sek nél (25 60 kg élősúly kö - zött) a leg ki sebb zsír beépü lés sel 0,63 g ileá - lisan emészt hető lizin/mj DE arány ese tén számolhatunk. Ezen vizsgálatok adatai arra engednek következtetni, hogy ha ettől a lizin/ energia aránytól eltérünk, akkor növekszik a test zsír tar tal ma, azaz rom lik a hús minősége. A vizs gá la tok ered mé nyei azt is mu tat ják, hogy a 25 60 kg élősúly között megál la pí tott arány a hízlalás má so dik fe lé ben (60 105 kg élősúly kö zött) 0,50 g ileálisan emészt hető lizin/mj DE-ra csökken. Szükséges azonban megjegyezni, hogy az előbbiekben megadott lizin/energia arányok egy úgynevezett átlagos genetikai potenciállal rendelkező hibridekre vonatkoznak. A szak iro da lom a hib ri de ket há rom ka te gó - riába sorolja (Close, 1994): 1. nagy genetikai kapacitású hibridek (superior, genetically improved pigs), 2. át la gos ge ne ti kai ké pes sé gek kel bí ró hib ri - dek (normal pigs), 3. hagyományos fajták (traditional, unimproved pigs). Az egyes kategóriákra jellemző napi átlagos súly gya ra po dás, va la mint az üres test fe hér je tar - talma a 3. táblázatban látható. Az eddig elvégzett vizsgálatok eredményei azt mu tat ják, hogy ha az el ső ka te gó riá ba tar to - zó hibridek (improved pigs) takarmányában a lizin/ener gia ará nya megegye zik az át la gos ge - ne ti kai po ten ciál lal rendelkező hib ri de ké vel, ak - kor ezek a ser té sek a hízlalás vé gé re el zsí ro sod - nak, azaz a hús minősége erősen rom lik. Ezért, Lizin: DE 2. ábra A nagy teljesítményű hibridsertések energia- és lizin szükséglete (Varley, 2001) 0,94 0,92 0,9 0,88 0,86 0,84 0,82 0,8 0,78 0,76 0,74 Lizin: DE DE MJ/kg 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Élősúly, kg 6 HÍRLEVÉL A KORSZERŰ TAKARMÁNYOZÁSÉRT / 2. szám
ha a 2. áb ra értékeit átszámoljuk ileálisan emészthető lizinre, akkor Varley (2001) ezeknek a sertéseknek olyan takarmányt java sol, mely nek az ileálisan emészt hető lizintartalma egy MJ DE-re vo nat koz tat va a hízlalás első fá zi sá ban (20 55 kg élősúly kö zött) 0,7 g, míg a má so dik fá zis ban (55 100 kg élősúly kö zött) 0,6 g. Ezek az adatok tehát arra hívják fel a figyelmet, hogy nagyon fontos a hízósertés-állományunk genetikai kapaci tá sá nak is - merete, hiszen ezen ismeretek birtokában tudjuk csak a megfelelő lizin/energia arányt a takarmány összeállítása kor úgy beál - lítani, hogy az előállított hús minősége intenzív állomány takarmányozásakor is megfeleljen a humán táplálko zá si kí vá nal mak - nak. Ezen felis me rés is hoz zá já rult ah hoz, hogy a meg fe lelő minőségű hús előál lí tá sa ér de ké ben együtt kell dol goz nia a ta kar - mányos szakembereknek, a genetikusoknak, a molekuláris biológiával, továbbá a humán táplálkozással foglal ko zó bio ló gu - soknak, orvosoknak és biokémikusoknak. In vitro laboratóriumi vizsgálatok a takarmányfehérje emészthetőségének gyors meghatározására A takarmányfehérjék minősítésekor az egyik fontos feladat a fehérjék emészthetőségének pontos meghatározása. A nagy sorozatban történő in vivo fehérjeemészthetőségi vizsgálatok idő- és költségigényes volta miatt régóta törekszenek gyors és egyszerű laboratóriumi (in vitro) módszerek kidolgozására. Ezek a módszerek általában nem helyettesítik teljesen az in vivo vizsgálatokat, azonban nagy segítséget nyújthatnak a takarmányvizsgáló laboratóriumoknak, ahol nincs le hetőség ál - latkísérlet elvégzésére, vagy a növénynemesítő intézeteknek a tudományos kutatásban ott, ahol a nagy mintaszám miatt az in vivo vizsgálatok előtt egy előszelekció elvégzése szükséges. Az in vitro technikák jelentősége az elkövetkező időben rend kí - vül meg fog nőni, mert az egyre szigorúbb állatvédelmi törvények egyre szűkebb területet biztosítanak az in vivo vizs gá la tok - ra. Az in vitro vizs gá la tok előnyeként szok ták em lí te ni, hogy vi szony lag ol csók és gyor sak, nem igé nyel nek ál lat kí sér le ti inf - rastruktúrát, a vizsgálatok ismétlés száma általában jobban növelhető, mint az in vivo kísérletekben, és kis mennyi ségű vizs - gálati tételből is viszonylag nagy számú vizsgálati adat nyerhető. E vizsgálatok hátránya viszont, hogy nem minden eset ben olyan megbízhatóak, mint az állatkísérletek. A rendelkezésre álló különböző in vitro fehérjeemészthetőségi vizsgálatokat általában három csoportba sorolhatjuk: 1. monoenzimes módszerek, 2. multienzimes módszerek, 3. en zim mel és bélnedvvel tör ténő inkubálás (úgynevezett két lépcsős mód szer). Monoenzimes mód szer: ez a módszer egy enzimmel modellizálja a monogasztrikus állatok fehérjeemésztését. E módszerek közül szélesebb körben és legrégebben az emészthető fehérjetartalom sósavas pepszinnel történő meghatározását használják. A módszer egyszerűen elvégezhető, de pontossága nem megfelelő. Multienzimes módszer: azokat a módszereket, melyekben több enzimet használnak multienzimes módszernek nevezzük. A mul ti en zi mes mód sze rek egy cso port ja azon az el ven alap szik, hogy a hid ro lí zis so rán egy re több karboxil- és amino - csoport szabadul fel. A karboxil csoportok disszociációja következtében az oldat ph-ja csökken. A csökkenés arányos a hidrolízis, illetve a fehérjeemészthetőség mértékével. Más multienzimes módszereknél a fehérje - emészthetőséget az enzimes kezelés és centrifugálás, majd szűrés után kapott emészthetetlen maradék nitrogéntar tal ma alap - ján határozzák meg. Babinszky és mtsai (1990) ugyancsak az emészthetetlen maradék nitrogéntartalma alapján határozták meg a takarmány fehérjeemészthetőségét sertések részére. A korábban ismert multienzimes módszerek eredményeihez képest a szerzők ál tal al - kalmazott enzimkombinációval nagymértékben javult a meghatározás pontossága. Az el lenőrző vizs gá la tok ered mé nyei azt mu tat ták, hogy az in vivo és az in vitro ér té kek kö zött a kor re lá ciós koefficiens (r) takarmánykomponenseknél 0,93, abrakkeverékek esetében pedig 0,85. En zim mel és bélnedvvel tör ténő inkubálás: az első úgynevezett kétlépcsős fehérjeemészthetőségi mód szert monogasztrikus állatok részére Japánban Furuya és mtsai. (1979) fejlesztették ki. A sertéstakarmányok fehérjetartalmának emészthetőségét pep szi nes, majd bélfolyadékkal va ló inkubálás után ha tá roz ták meg. A mód szer hát rá nya, hogy fisz tu lá val el lá tott ser tés re van szük ség, és így a mód szer nem csak költ ség-, idő és munkaigényes, de el vesz ti azon előnyöket, me lyek alapvetően jellemzőek az in vitro vizs gá la tok ra. Össze gez ve te hát megál la pít ha tó, hogy a fe hér je emészt hetőségének meg ha tá ro zá sá ra egy re több és na gyobb pon tos ság - gal bí ró in vitro tech ni kák áll nak ren del ke zés re. Tud nunk kell azon ban, hogy ezek a tech ni kák nem min den eset ben he lyet - te sít he tik tel jes mér ték ben az in vivo vizs gá la to kat. En nek el le né re ezen a te rü le ten to váb bi je lentős fej lesztőmun ka prog - nosz ti zál ha tó. A hízósertés növekedésének, termelésének matematikai modellezése A gazdaságos és jó minőségű állati termék (hús) előállításának egyik igen fontos feltétele az állatok fejlődésének és ter me lé - sének prognosztizálása, a kívánt növekedési ütem táplálóanyag-szükségletének meghatározása és ennek alapján a megfelelő mennyiségű és minőségű takarmány felvételének biztosítása. Az állatok fejlődésének, táplálóanyag-igényének matematikai úton történő modellezésére már évtizedekkel ezelőtt történtek próbálkozások. Ez a tudományterület azonban csak az utób bi években kezdett látványosan fejlődni, amikor is a számítástechnika rohamos fejlődésnek indult, a fiziológiai is me re teink to - vább bővültek és a különböző állatkísérleti módszerek pontossága nagymértékben javult. Ezen tényezők eredménye ként egy - re több olyan matematikai modellt alakítottak ki, amely megkönnyíti a gyakorlatban dolgozó szakemberek munkáját is. HÍRLEVÉL A KORSZERŰ TAKARMÁNYOZÁSÉRT / 2. szám 7
A bio ló giai fo lya ma tok ma te ma ti kai mo del le zé sét ál ta - lá nos ság ban úgy de fi niál hat juk, mint az egyik leg ha té ko - nyabb mód ját az ál la tok táp lá ló anyag-szük ség le té nek, va la - mint a táp lá ló anyag-fel vé tel nö ve ke dés re gya ko rolt ha tá sá - nak meg ha tá ro zá sá ra egy adott időpont ban vagy időin ter - val lum ban (Ha las és Babinszky, 1999). A mo dell ben az ál - la tok bio ló giai fo lya ma tait olyan ma te ma ti kai egyen let - rendszerekkel írjuk le, amelyek a genetikai, biokémiai, élet ta ni fo lya ma tok és kör nye ze ti ha tá sok is me re té re épül - nek. A ma te ma ti kai mo del le ket több szem pont sze rint is cso - por to sít hat juk. At tól függően, hogy az adott bio ló giai rend - szer ál la po tát egyet len időpil la nat ban vagy egy egész időintervallumban akarjuk-e leírni, statikus, illetve dinamikus modellről beszélünk. Míg egy adott testtömegre vagy élet kor ra meg ha tá ro zott szükségleti ér té ket sta ti kus mo del - lel ír ha tunk le, ad dig a di na mi kus mo del lek al kal ma sak pél - dául a hízlalás kü lön böző sza ka szai ban egy adott ál lat tel - je sít mé nyé nek be mu ta tá sá ra, il let ve a ki vá lasz tott időpont - ban vár ha tó ho zam előrejelzésére (pl. a beépí tett fe hér je és zsír mennyiségének becslésére). A modellek kimeneteinek számát illetően determinisztikus, illetve sztochasztikus modelleket különböztetünk meg. De ter mi nisz ti ku sak azok a mo del lek, me lyek egyet len ál - latra adnak információt, és ezt tekinthetjük az adott állományátlagnak is. Azonban ebben a modelltípusban az állatok egyedi variációja nem jelenik meg. Sztochasztikus modelleknek azokat a modelleket nevezzük, amelyek figyelembe ve szik a faj ra jellemző egyedi varianciát is. Szükséges azonban megjegyezni, hogy korrekt sztochasztikus modelleket eddig még a mai mo - dern számítástechnika segítségével sem tudtak felállítani. A megoldást a determinisztikus modelleknek szto chasz ti kus ele mek - kel va ló bővítése ad ta, ame lyek ben vagy az in put, vagy az out put ada tok szá mát nö vel ték. En nek a mód szer nek azon ban hi bá - ja, hogy a számítások során a rendszer köztes egyenleteit nem bővítették sztochasztikus elemekkel. Az első modellek felállításakor tapasztalati úton, megfigyelések alapján állapították meg a különböző válto zók kö zöt ti ma - tematikai függvénykapcsolatokat. Az ily módon kialakított modelleket empirikus modelleknek ne vez zük. Az em pi ri kus mo - dellek hibájaként kell megemlíteni, hogy a modellkörnyezetnek már kismértékű megváltozása esetén sem ad valós képet az adott rendszerről a becsült tulajdonságokra vonatkozóan. Ezt a hiányosságot a mechanisztikus modellek kiküszöbölik, mivel ezeket fizikai, kémiai és biológiai törvények figyelembevételével alakították ki. 3. ábra A matematikai modellek kialakításának elvi vázlata (Black nyomán, 1995) Az állat fiziológiai adatai Állatmodell Matameikai megjelenítés Az állat biológiai folyamatainak quntitatív megjelenítése A szervezet biológiai folyamatai Ha a folyamatok matematikai leírása nem volt megfelelő Ha az adatkiválasztás nem volt megfelelő A modell ellenőrzése állatkísérlettel 8 HÍRLEVÉL A KORSZERŰ TAKARMÁNYOZÁSÉRT / 2. szám
A ma alkalmazott modellek szinte kizárólag mechanisztikusak. Segítségükkel előre jelezhetjük az állatok szükségletét, és megbecsülhetjük az adott tartási, takarmányozási és szervezési feltételek mellett elérhető termelési színvonalat (Halas és Babinszky, 2000). A modellek kifejlesztésének alapelvei Gyakorlati szempontból a legtöbb sertésnövekedési modell kifejlesztés négy fő alapelvre épül: 1. a táplálóanyag-felvétel hatása az állat termelésére, 2. a felvett táplálóanyagoknak a szervezetben történő átalakulása, pl. a fehérje- és energiaátalakulás folyamata, kü lö nös te kin - tettel a közöttük fennálló kapcsolatokra, 3. az ál lat jellemzőire (test súly, ivar, takarmányfelvevő ka pa ci tás, egész sé gi ál la pot, az ál lat fe hér je- és színhústermelő kapacitása), 4. az etetett takarmány jellemzői (energia, fehérje, aminosav, ásványianyag-tartalom stb.). A ma te ma ti kai mo del lek felál lí tá sá nak el vi váz la tát Black (1995) nyo mán a 3. áb ra mu tat ja be. Mint az áb rá ból is lát ha - tó, is mer nünk kell az ál lat ra jellemző úgynevezett fi zio ló giai ada to kat (test fe hér je, test zsír stb.), to váb bá a szer ve zet ben le - ját szó dó bio ló giai fo lya ma tok tör vény szerűségeit. Ezen két tényező együt te sen ha tá roz za meg az ál lat működését, amit a ma te ma ti ka mód sze rei vel kí vá nunk leír ni. A felál lí tott mo dell pon tos sá gát ál lat kí sér let tel el lenőrizni kell, és ha szük sé ges, a mo dellt mó do sít juk. Az állatra jellemző paramétereket a hízlalási kísérletekben mért alapadatok segítségével kapjuk meg. Ilyen, az ál lat ról ka - pott információ lehet a napi takarmányfelvétel, az élősúly, a bélsár és vizelet mennyisége, annak kémiai összetétele stb. A kialakított modellek változói attól függően, hogy milyen adatok állnak rendelkezésre és mire akarunk becslést végezni lehetnek például: az állat testsúlya, a testben lévő fehérje és zsír mennyisége vágáskor, a hátszalonna-vastag ság, il let ve a kí - vánt vágósúly eléréséhez szükséges idő. A jövőben várható, hogy egyre tökéletesebb modellek jelennek meg a gyakorlat számára. Az USA-ban ezek a modellek na - gyon gyak ran a farm management szoft ve rek ré szét ké pe zik. A legújabb ge ne rá ciós mo del lek a hús minőségét, a zsír lo kális eloszlását is tudjuk becsülni a sertéstestben (Halas 2004a, 2004b). A szántóföldtől az asztalig élelmiszer-előállító lánc a kutatásban és az állati termék előállításában (a nyomon követési lánc ) Az előzőekben bemutatott takarmányozási példák egy-egy részprobléma megoldására alkalmasak. A jó minőségű és biz ton - sá gos ál la ti ere detű ter mék előál lí tás (pl. hús) ér de ké ben azonban ma már mind a ku ta tás ban, mind pe dig az ál la ti ter mék előál - 4. ábra A szántóföldtől a fogyasztóig élelmiszer-előállító és nyomonkövetési lánc (Babinszky, 2006) Növényi eredetű élelmiszer-alapanyagok Szántóföld Növénytermesztés Állattenyésztés Élelmiszer/ malom ipar Húsipar Piac/ Kereskedelem Növényi eredetű élelmiszer Állat eredetű élelmiszer Fogyasztó (vásárló) Növényi eredetű takarmány-alapanyagok Takarmányipar Növénytermesztés Takarmány-ipar Álattenyésztés Élelmiszeripar Piac Fogyasztó INFORMATIKA HÍRLEVÉL A KORSZERŰ TAKARMÁNYOZÁSÉRT / 2. szám 9
lításban a teljes vertikumot kell vizsgálnunk. Ezért a jó minőségű és biztonságos állati termék előállítása ér de ké ben már az ál - lati terméket előállító nyomonkövetési lánc első tagjánál a szántóföldi növénytermesztésnél szükséges a minőségi és biz ton - ságos termelést biztosítani. Pontosan tudni kell, hogyan történik a talajerőgazdálkodás, a növényvédelem, az adott far mon ter - mesztenek-e GMO gabonát, vagy sem. A termékpálya következő láncszeme a takarmányipar. Itt a megtermelt növényi ere - detű takarmánykomponensek mellett ellenőrizni kell az ipar által előállított takarmánykomponenseket és takarmány-kiegé - szítőket is. Szükséges továbbá kontrollálni az abrakkeverék gyártásának minden lépését, valamint a takarmánykeverőben el - végzett esetleges manipulációkat (hidrotermikus kezelés, extrudálás, expandálás, mikronizálás, vagy más takarmánykezelés). Az így előállított takarmány kerül a sertéstelepre, ahol a takarmányozás és hízlalás minden fázisának fontosabb ada tait, az állomány adataival együtt rögzíteni kell. A vágósúlyt elért állományt elszállítják a vágóhídra, illetve a húsiparhoz. Itt a feldolgozás minden fázisa ugyan csak el - lenőrzésre kerül és az adatok bekerülnek a termékpálya központi termináljába, ahol az adatok értékelése alap ján rög tön je lez - ni lehet, ha a terméklánc egy-egy szakaszában az előírásoktól eltérő tevékenység folyik, vagy a mérési adatok nem felelnek meg az előírásoknak és a minőségi követelményeknek. A termékpálya végén, a szupermarketek polcaira és hűtőpultjaiba egy, az előállítás minden fázisában ellenőrzött, azaz a megtervezett takarmányból megtervezett minőségű és biztonságú élelmiszer kerül, amit a fogyasztó vásárlás előtt vonalkód segítségével maga is ellenőrizni tud. A 4. áb rán az előbbiekben vá zolt a szántóföldtől a fo gyasz tóig el ne ve zésű élel mi szer nyo monkö ve té si lánc tel jes ver ti - ku mát mu tat juk be (Babinszky, 2006). En nek a ku ta tá si, fej lesztő és in no vá ciós (K+FI) prog ram nak te hát az a cél ja, hogy a vásárló részére a lehető legjobb minőségű és a legbiztonságosabb állati eredetű élelmiszert tudjuk előállítani. E cél érdekében azonban a növénytermesztésnek, a takarmányiparnak, az állattenyésztésnek, továbbá az élelmiszeriparnak és a ke res ke de lem - nek nagyon szorosan kell kooperálniuk. Mindezeken túl szükséges még a takarmányozással, a humán táplálkozással, a táp lál - kozásbiológiával, a táplálkozásimmunológiával, a molekuláris táplálkozással foglalkozó kutatóknak, va la mint az in for ma ti ku - sok nak is együtt dol goz niuk. Ez a magasan képzett és a fenti filozófiát magáénak valló kutató team természetesen csak akkor tud színvonalas mun kát vé - gezni, ha rendelkezik megfelelő technikai színvonalú kutatóbázissal, laboratóriumokkal, továbbá a szükséges mennyiségű és korrekt szakmai információkkal (adatbázisokkal), a termék előállító lánc minden egyes tagjára vonatkozó minőségi kri té riu - mokkal és magas szintű informatikai háttérrel (szoftver, hardver). Ez a fajta nagyfokú kooperáció teszi lehetővé a termékpálya minden egyes pontjának nyomon követését a bizton sá gos ál - lati termék előállítása érdekében. A precíziós sertéstakarmányozás A precíziós takarmányozás, mint az 1. ábrán is látható, alkalmazza a klasszikus takarmányozás, valamint a takarmányozás új területeinek kutatási eredményeit, felhasználva nagy adatbázisokat a számítástechnika segítségével. A precíziós takarmányozás tulajdonképpen azt jelenti, hogy az állatok táplálóanyag-szükségletét igyekszünk a lehető legpontosabban kielé gí te ni a biz - tonságos, jó minőségű és a leghatékonyabb termelés érdekében úgy, hogy a termelés a környezetünket a lehető leg ki sebb mér - ték ben ter hel je (Nääs, 2001; Sifri, 2007). A pre cí ziós ta kar má nyo zást más né ven information intensive nutrition -nak is ne - vezik. Szükségesnek tartjuk azt is megjegyezni, hogy a precíziós takarmányozásnak egyik fontos, de nem egyetlen ele me a számítógépre alapozott egyedi takarmányozás alkalmazása (Babinszky és Halas, 2009). Az amerikai és ausztrál pél dák azt bi - zo nyít ják, hogy az elkövetkező időben a pre cí ziós ta kar má nyo zás nak óriá si je lentősége lesz a gaz da sá gos és jó minőségű ser - téshús előállításában és így az innovációs tevékenységben is. Takarmányozás és környezetvédelem közötti kapcsolat A természet károsítása, illetve az élővizek eutrofizációja szempontjából a két legkritikusabb környezetszennyező elem a nit - rogén és a foszfor, ezért a környezetbarát tartási és takarmányozási technológiák kialakítása során elsősor ban ezen ele mek ki - bocsátását kell mérsékelni (Babinszky, 1996). Ugyancsak nagy gond fordítandó a gyakran feleslegesen nagy mikroelem-ki bo - csátás mértékének csökkentésére is. Gazdasági haszonállataink közül a legnagyobb nitrogén- és foszforszennye zést a ser tésés a baromfiágazat idézi elő. Mindez főként e két állatfaj emésztési sajátosságaira, a nem megfelelő nyersfehér je- és amino - savellátásra, valamint a gyakran kifogásolható tartástechnológiákra és a trágyakezelés hiányosságaira vezethető vissza. A hazai ser tés ága zat a je len le gi ál lo mány lét szám mel lett is éven te mintegy 7400 t fosz fort és több mint 35 000 t nit rogént bocsát a környezetbe (Babinszky, 2002). 10 HÍRLEVÉL A KORSZERŰ TAKARMÁNYOZÁSÉRT / 2. szám
Ez a nagymértékű emisszió a szük ség le tek emészt hető P-tartalomban tör ténő megadá sá val, a szükségleti ér té kek to váb bi pontosításával, a takarmánykomponensek okszerű megválasztásával, valamint a natív P-tartalom emészthetőségének fitázkiegészítés révén történő javításával jelentősen mérsékelhető. Az optimális fitázhatás a fitázenzim típusától függően már a ta - karmánykeverékek 250 500 PPU/kg fitázkiegészítése mellett elérhető. A N-kibocsátás mértékét a különböző életkorú és hasz - nosítású sertések aminosav-szükségletének további pontosításával, a korszerű fehérjeértékelési rendsze rek (ileálisan emészt - hető aminosav-tartalom), továbbá az úgynevezett ideális fehérje elv bevezetésével és elterjesztésével lehet csök ken te ni. To - vábbi csökkentésre kínál lehetőséget a takarmánykomponensek aminosav-emészthetőségének javítása, az életkori igényekhez jobban igazodó aminosavarány megválasztása, a malacnevelés és hízlalás további szakaszolása, valamint az ipa ri úton előál - lított aminosavak okszerű felhasználása is. Ezen potenciálisan rendelkezésre álló takarmányozási eszközök le hetővé te szik mind a N-kibocsátás mind a P-kibocsátás mintegy 20 25%-os mérséklését az állatok teljesítményének csökkenése nélkül (Ferket és mtsai, 2002, Babinszky és Vin cze 2004). Következtetések Az irodalmi adatok feldolgozása alapján az alábbi fontosabb következtetések vonhatók le. 1. Szisztematikusan felépített kutatási programok szükségesek ahhoz, hogy megismerjük a klímaváltozás hatá sát a ga bo na ter - mesztésre, s ezen keresztül a takarmányozásra; s az eredmények tükrében, ha szükséges, változtatni kell az ed di gi ta kar má - nyozási rendszereken. 2. A molekuláris takarmányozási, valamint a takarmányozásimmunológiai kutatások jelentősége nőni fog, hiszen általuk az állatok teljesítményének hatékonysága növelhető. 3. A takarmányos és genetikus szakemberek közti kooperációnak erősödni kell annak érdekében, hogy az állatok tápláló - anyag-igényét az eddigieknél még pontosabban lehessen kielégíteni a termelés gazdaságosságának növelése érdekében. 4. Fon tos új in vitro fehérjeemészthetőség mé ré sé re al kal mas tech ni kák ki dol go zá sa, me lyek a ta kar mány előál lí tásának fo - lyamatában részt vevő szakembereknek (növénytermesztő, növénynemesítő, a takarmányiparban dolgozó vagy takarmá - nyozási szakember) értékes információt szolgáltatnak. 5. Új matematikai modellek kidolgozása várható, amelyek nemcsak az állati termék mennyiségének, de minőségének becs lé - sére is alkalmasak. 6. A biztonságos és jó minőségű állati eredetű élelmiszer-előállítás érdekében az integrált szántóföldtől az asz ta lig prog ra - mok felállítása szükségszerű. A termékfejlesztésben és programok ellenőrzésében a takarmányozásnak kulcsszerepe lesz. 7. A precíziós takarmányozásnak a gyakorlatban való alkalmazása nagymértékben hozzájárul a fent említett cé lok meg va ló - sításához és az innovációs tevékenység eredményességének javításához. HÍRLEVÉL A KORSZERŰ TAKARMÁNYOZÁSÉRT / 2. szám 11