Hvordan forbedre proteinutnyttelsen hos mjølkeku

Hvordan forbedre proteinutnyttelsen hos mjølkeku Harald Volden TINE SA Institutt for husdyr- og akvakulturvitenskap, UMB 1

Disposisjon Hvorfor øke proteinutnyttelsen Proteinomsettingens fysiologi Fordøyelseskanalen og intermediært Protein «normer» i NorFor Individuelle aminosyrer Proteinråvarer Hvordan øke proteinutnyttelsen 2

Problemstillinger Protein er viktig for produktutbytte og produksjonsøkonomi Protein er den dyreste komponenten i kraftfôret Miljøbelasting Hvordan øke proteinforsyningen og proteinutnyttelsen? På gårdsnivå Fôrproduksjon Gjødselhåndtering Produksjonsnivå (mjølk og kjøtt per arealenhet eller per enhet energi) På dyrenivå Rasjonsformulering og utnyttelse Fôringsstrategier 3

Andelen av nitrogen (N) i fôr utskilt i gjødsel/urin 4

Andelen av nitrogen (N) i fôr utskilt i melk 5

N metabolisme hos mjølkeku vedlikehold 30 (15-40) mjølk vekst foster 0,25-0,80 NH3 Urin 35 (10-60) PBV -0,3-0,45 0.55-0.85 NH3 Ufordøyelig fôr-n N inntak 100 Mikrobeprotein (MP) Unedbrutt fôrptotein(udp) RR AA (N) Si UDP MP Li Endogent N ufordøyelig mikrobielt N (30-40 % of faecal N) 35 (25-50) 6

Mjølkeprotein, g/dag Mjølk, kg/dag Sammenheng mellom råprotein (g/kg TS) og respons i mjølk og mjølkeprotein 34 32 30 28 26 24 Protein studier: Samme proteinkilde innen forsøk Samme energnivå SD i CP innhold innen forsøk >3 22 20 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 Råprotein, g/kg TS Maks respons mellom 170 og 176 g CP/kg TS 1100 1050 1000 950 900 850 800 750 700 650 600 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 Råprotein, g/kg TS Volden og prestløkken, 2011 7

N i gjødsel, % av N inntak N utskilt i gjødsel 85 80 R 2 = 0,46 75 70 65 60 55 50 45 100 120 140 160 180 200 220 240 260 Råprotein, g/kg TS Volden og prestløkken, 2011 8

9

Kjemisk fraksjonering av fôret i NorFor Løselig Potensielt nedbrytbart Totalt ufordøyelig Løselig Potensielt nedbrytbart Totalt ufordøyelig Protein NDF Stivelse Fermenterings prod. Sukker Rest CHO Lipider Aske Aminosyrer Potensielt nedbrytbarttotalt ufordøyelig Fettsyrer

Nedbrytingskarakteristikker for protein i kraftfôr g/kg råprotein Fôr g/kg TS LCP pncp icp nh CP %/t Bygg 113 290 670 36 11,3 Hvete 131 220 750 29 14,3 Hvetekli 175 340 570 77 15,2 Mais 90 110 880 51 2,9 Durra 98 90 890 176 2,2 Rapsfrø 218 280 660 85 13,3 Erter 241 550 450 28 9,1 Rapsmjøl 374 220 730 58 9,5 Soyamjøl 516 160 840 11 7,9 Maisgluten mjøl 663 150 820 32 1,7

Nedbrytingskarakteristikker av protein (CP) i surfôr og halm % av råprotein nh Grovfôr g/kg TS scp pncp icp %/t Svært høy fordøyelighet 193 73 24 3,2 15,7 Høy fordøyelighet 158 71 22 3,7 11,0 Middels fordøyelighet 143 69 20 4,6 8,7 Lav fordøyelighet 110 64 25 6,5 7,7 Svært lav fordøyelighet 103 61 26 7,1 6,8 50 % kløver 171 54 34 7,5 12,7 Ubehandla bygghalm 38 11 65 21 1,2 NH 3 -halm 88 54 27 13 2,1

Nedbrytingshastighet i vom av løselig protein (scp) i ferskt gras og ensilasje Ferskt gras Ensilasje 1 Ensilasje 2 Råprotein, g/kg TS 106 103 158 Løselig protein, g/kg CP Nedbrytingshastighet, %/t Passasje ut av vom, % av scp Andel av scp omdannet til NH3 233 635 613 202 255 262 8,7 8,2 7,0 0,24 0,75 0,77 Volden et al., 2002 13

In-vitro nedbrytingshastighet for løselig protein i kraftfôr Fôr Løselig protein, g/kg CP Nedbrytingshastighet, %/t Passasje til tarmen, % av CP Kasein 1000 100 15 Soyamjøl, ekstrahert 169 46 27 Erter 778 39 29 Lupiner 802 34 46 Rapskake 651 19 44 Rapsmjøl, ekstrahert 204 19 44 Hedqvist, 2004 14

Mikrobeeffektivitet Mikrobiell proteinsyntese substrat Mol ATP per mol substrat Relativ karbohydrater 4 100 Protein 2 50 Fett 0,8 20 Mjølkesyre 1 25 VFA 0 0 220 200 180 10 kg TS 15 kg TS 20 kg TS 25 kg TS 160 140 120 100 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 stivelse + restcho, g/kg TS 15

PBV PBV = nedbrutt protein mikrobielt protein + råproteinopptak x 0,046

N til duodenum, % av N inntak Volden og Nielsen, 2011 17

Effekt av PBV på NDF fordøyelse i vom og surfôropptak (Minde og Rygh, 1997) PBV g/kg TS 3 16 57 NDF fordøyelighet, % 44,6 a 48,5 b 48,4 b Aminosyrer til Tarm, g/d 1912 a 2087 b 2019 c Surfôropptak, kg TS/d 7,8 a 8,8 b 8,2 a

Sammenheng mellom PBV og fôropptak 19

Urea, mm Sammenheng mellom PBV og urea i mjølk 10,0 9,0 8,0 y = 0,0662x + 3,736 R 2 = 0,7773 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0-10,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 PBV, g/kg TS

Utskillelse av endogene proteiner hos drøvtyggere Endogent protein: 9-11 % av gjødsel OM Mikrobielt N: 34-40 % av gjødsel N 30 gram endogent protein per kg duodenal OM flow 30 gram x 3 x 0,60 25 gram endogent protein per kg ileal OM flow Mikrobiell vekst Re-absorpsjon: 60% 150 gram protein per kg ford. CHO 21

Tarmfordøyelighet, % Fordøyelse av protein i tynntarmen icp, g/kg råprotein Bygg Hvete Mais Rapsfrø Rapsmjøl Soyamjøl 36 29 51 85 58 11 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 100 g icp/kg CP 50 g icp/kg CP 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Vomnedbrutt, % Størst variasjon i N-utskillelse i gjødsel skyldes endogent protein 22

Beregning av aminosyretilførsel i NorFor (AAT) AAT = AAT MCP + AAT INCP + AAT ECP Hvor: AAT = aminosyrer absorbert i tarmen AAT MCP = AAT fra mikrobielt protein AAT INCP = AAT fra ikke nedbrutt fôrprotein AAT ECP = AAT fra endogent protein

Aminosyrebehov (AAT) Faktoriell beregningsmetode Intermediær utnyttelse av aminosyrer til: - vedlikehold - vekst/mobilisering - fosterproduksjon - mjølkeproduksjon 1800 Aminosyrer Aminosyrer Mjølkeprotein Utnyttelse = 900/1800=0,5 900

AAT til vedlikehold (underhold) Beregnes fra: Endogent N i urin N i hud og hår Endogent N i gjødsel AAT vedl. = 2,75*vekt 0,5 + 0,2*vekt 0,6 + endogent CP i gjødsel 0,67 Eksempel på vedlikehold (AAT g/dag): Ku 570 kg, 13 kg tørrstoff/d: 309 g Ku 570 kg, 21 kg tørrstoff/d: 460 g

AAT behovet til mjølkeprotein Utnyttelse = Mjølkeprotein (g/dag) AAT total AAT vedl. ± AAT vekst/mobilisering Mjølkeprotein (g/dag) = U mjølkeprotein AAT produksjon Aminosyrer Aminosyrer Mjølkeprotein

Utnyttelse av AAT til mjølkeprotein Nielsen and Volden, 2011

Marginalutbytte mjølkeprotein AAT, g/mj NEL Utnyttelse av AAT, % 14 75,6 15 70,7 16 66,2 17 62,2 AAT, g/mj/nel Marginalrespons, % Mjølkeprotein, g/dag Mjølk, kg/d 17 99,3 1192 34,1 16 97,2 1166 33,3 15 94,1 1129 32,5 14 89,7 1076 30,7 Forutsetninger: 1200 g maks mjølkeprotein; 35 g protein/kg mjølk 28

AAT utnyttelse, % AAT utnyttelse. Nye NorFor data. n = 382 100 90 80 70 AAT-utnytelsen ikke påvirket av: Laktasjonsstadium Mjølkeytelse Fôropptak 60 50 40 30 10 12 14 16 18 20 22 24 AAT, g/mj NEL Nielsen, Åkerlind og Volden, upublisert 29

Sub-optimal protein tilførsel 30

Sub-optimal protein tilførsel Gjennomsnittsavdrått i besetningen: 25,6 kg EKM/d Optimering med TINE OptiFôr Råprotein: 169 g/kg TS 31

Sub-optimal protein tilførsel Gjennomsnittsavdrått i besetningen: 26,9 kg EKM/d Råprotein: g/kg TS = 179 32

ECM, kg/dag ECM, kg/dag Samspill mellom AAT og PBV 32 31 31 30 30 29 29 28 28 27 10 11 12 13 14 15 16 AAT, g/mj NEL 32 31 31 30 30 29 29 28 28 27-10 0 10 20 30 PBV, g/kg TS Behandlin g AAT, g/mj NEL PBV, g/kg TS Råprotein, g/kg TS 1 12,7-8 114 2 12,7 3 131 3 12,6 14 149 4 15,5 26 166 Weisbjerg et al, 2010 33

Individuelle aminosyrer Først begrensede aminosyrer til mjølkeproduksjon Lysin Metionin Histidin Effekt av ulike proteinråvarer 34

Lysin og metionin, NRC, 2001 Forholdet Lysin:metionin = 3:1 35

Effekt av histidin på mjølkeproduksjon Histidin infundert, g/dag 0 2 4 6 Surfôr, kg TS/dag 10,8 11,2 11,3 11,4 Fôropptak, kg TS/dag 17,8 18,2 17,9 17,9 Mjølk, kg/dag 27,0 28,1 28,1 28,8 ECM, kg/dag 29,0 28,5 30,3 29,3 Fett, g/kg 46,0 41,6 46,0 40,9 Protein, g/kg 31,9 31,3 32,2 32,0 Protein, g/dag 861 877 907 919 Korhonen et al., 2000 36

Aminosyreprofil i ulike proteinråvarer Råprotein, g/kg TS Lysin, % av CP Metionin, % av CP Histidin, % av CP Rapsfrø 218 5,52 1,88 2,74 Rapsmjøl, ekstrahert 389 5,50 2,00 2,79 Erter 239 6,99 0,98 2,51 Soyamjøl, ekstrahert 487 6,17 1,40 2,61 Hestebønner 302 6,19 0,80 2,53 Lupin, gul 419 4,83 0,72 2,51 Maisgluten mjøl 682 1,69 2,47 2,09 Kilde: NorFor fôrtabell 37

NorFor optimering. TMR eksempel. Før Komposisjon, % av TS Etter Gras-ensilasje 50,0 54,4 Halm, ubehandlet 3,8 Hvete 23,3 24,3 Betepulp, tørket 2,7 8,1 Kalsium-fat 0,47 0,76 Protein-blanding(soyamjøl + maisgluten mjøl + Rapsfrø) 17,7 7,9 Rapsmjøl, Expro 2,7 Mineraler + vitaminer 2,0 1,9 Kjemisk sammensetting Råprotein, g/kg TS 181 167 stivelse, g/kg DM 192 168 NDF, g/kg DM 345 352 Lysin, % av AAT 5,69 6,28 Metionin, % av AAT 2,38 2,36 Histidin, % av AAT 2,39 2,45 Rasjonskostnad, NOK 1.81 1.65 38

NorFor ration optimization. Example TMR. Før NorFor Målytelse, kg/dag 30 30 Forventet fôropptak, kg TS/dag 21,2 19,7 Målt fôropptak, kg TS/dag 19,2 Rasjonskostnad, NOK/ku/dag 38,20 32,50 Innsparing, NOK/dag. 36 kyr +205 innsparing, NOK/ku/år 2070 Produksjonsresultater april og mai 2010: Gjennomsnitt ECM: 28,6 kg/dag Fett: 4,10 % Protein: 3,53 %. Urea,mM:4, 9 mm Laktasjonsdag, gjennomsnitt:187 39

Sammenligning av erter og soyamjøl som proteinkilde til mjølkeku (Petit t al., 1997) Soyamjøl Tørka erter Ekstruderte erter Råprotein, % av TS 51,9 28,1 28,1 NDF % av TS 8,4 9,1 11,2 Stivelse, % av TS 0 47,8 47,8 Råfett, % av TS 2,0 2,9 2,9 Aske % av TS 7,6 7,3 7,1

Sammenligning av erter og soyamjøl som proteinkilde til mjølkeku (Petit t al., 1997) Soyamjøl Tørka erter Ekstruderte erter Andel i kraftfôr, % 14 33 33 Grovfôropptak, kg TS/dag 8,2 8,3 8,2 Fôropptak, kg TS/dag 19,1 20,6 20,3 Mjølk, kg/d 33,8 34,3 33,6 Fett, % 3,74 3,59 3,62 Protein, % 2,96 2,97 3,06 Laktose, % 4,74 4,70 4,68 Vektendring, g/d 70 170 270

Sammenligning av rapsfrø og rapsmjøl som proteinkilde til mjølkeku (Beaulieu al., 1990) Kraftfôrblanding Rapsmjøl Presskake Hele frø Råprotein, % av TS 16,1 16,8 15,8 NDF % av TS 17,1 14,9 15,0 Råfett, % 2,5 5,6 6,3 Bygg, % 75 72 69 Rapsmjøl, % 17 0 12 Rapsfrø, % 0 22 9 Soyamjøl, % 2 0 3 Melasse, % 2 2 3

Sammenligning av rapsfrø og rapsmjøl som proteinkilde til mjølkeku (Beaulieu al., 1990) Kraftfôrblanding Rapsmjøl Presskake Hele frø Kraftfôr, kg TS/d 9,8 9,4 9,4 Grovfôr, kg TS/d 9,8 9,5 9,5 Fordøyelighet, % 66,4 65,1 66,6 Mjølk, kg/d 28,9 28,8 28,4 Fett, % 2,74 a 2,59 b 2,48 c Protein, % 3,07 3,07 3,19 Laktose, % 4,70 4,71 4,70 Urea, mm 5,8 6,0 6,3

N i gjødsel, % av N inntak Hvordan øke proteinutnyttelsen hos mjølkeku Optimal PBV Synkronisering av karbohydrater og protein i vom Optimering av mikrobiell proteinsyntese Optimal AAT Økt utnyttelse av AAT i juret Unngå overfôring med protein Riktig aminosyreprofil Bruk av aminosyrer som glukosekilde 85 80 75 R 2 = 0,46 70 65 60 55 50 45 100 120 140 160 180 200 220 240 260 Råprotein, g/kg TS 44

Råprotein, g/kg TS Fôropptak, kg TS/dag Effekt av grovfôrkilde på N-utnyttelse Grassurfôr Helsæd hvete Helsæd hvete + urea Mais surfôr 180 161 177 155 13,5 d 17,1 c 20,0 a 18,3 b Mjølk, kg/dag 26,5 c 29,2 bc 30,2 b 33,2 a Fett, g/kg 33,5 37,9 35,4 35,5 Protein, g/kg 28,5 b 30,5 a 31,3 a 30,7 a Protein, g/dag 770 c 900 b 940 ab 1020 a N i mjølk, % av N-inntak Vektendring, kg/d 28 c 32 b 26 c 36 a -027 b -0,06 ab -0,01 a 0,05 a a-c Verdier innen rekke er signifikant forskjellig (P<0.05) Burke et al., 2007 67 % helsæd + 23 % gras i blanding 45

Råprotein, g/kg TS Fôropptak, kg TS/dag Effekt av proteinkilde på N-utnyttelse Urea Soyamjøl Bomulsfrømjøl Rapsmjøl 165 165 165 165 22,1c 24,2b 24,7ab 24,9a Mjølk, kg/dag 32,9b 40,0a 40,5a 41,1a Fett, g/kg 32,6 30,9 29,4 31,4 Protein, g/kg 29,1b 31,5a 29,7b 31,2a Protein, g/dag 920c 1230ab 1180b 1270a N i mjølk, % av N-inntak Vektendring, kg/d 24,9c 30,4a 28,5b 30,2ab 0,58b 1,23a 1,00a 1,25a a-c Verdier innen rekke er signifikant forskjellig (P<0.05) Brito et al., 2007 46

Infusjon av glukose og aminosyrer i blod Tidlig laktasjon. 56 dager Midtlaktasjon. 159 dager Glukose Aminosyrer Glukose Aminosyrer Protein, g/kg TS 161a 178b 157a 177b Fôropptak, kg TS/d 17,3 17,3 13,3 13,2 Mjølk, kg/dag 31,5 32,2 22,7 22,6 Protein, g/kg 30,3 30,6 30,5 31,6 Protein, g/d 952 980 689 708 N i mjølk, % av N inntak 34,0a 31,1b 32,1a 29,5b N i gjødsel, % av N inntak 30,6a 26,6 29,1a 25,5b N i urin, % av N inntak 23,8a 30,4b 32,8b 33,1b Tidlig laktasjon: 400 g infusjon Midtlaktasjon: 300 g infusjon a-b Verdier innen rekke er signifikant forskjellig (P<0.05) Schei at al., 2007 47

Endring i proteininnhold. Laktasjonsdag (Law et al., 2009) Råprotein (g/kg TS) dag 1-150 114 144 173 Fôropptak, kg TS/d 16,5 b 18,0 a 18,6 a Mjølk, kg/d 25,4 c 31,8 b 35,8 a N-utnyttelse til mjølk 0,423 a 0,391 b 0,350 c Råprotein (g/kg TS) dag 151-305 114 * 144 114 * 144 173 173 114 144 144 173 173 144 Fôropptak, kg TS/d 16,8 d 17,8 c 19,3 ab 18,0b c 19,7 a 18,7 b Mjølk, kg/d 23,0 c 28,8 a 29,8 a 26,3 b 30,7 a 29,8 a N-utnyttelse mjølk 0,390 a 0,368 b 0,300 d 0,326 c 0,299 d 0,360 b *Første verdi: Råprotein dag 1-150; andre verdi er råprotein dag 151-305 a-d Verdier innen rekke er signifikant forskjellig (P<0.05) 48

Konklusjon Tilpasse råproteintilfrselen til behovet er den mest effektive strategien for å øke proteinutnyttelsen Spesielt den miljømessige mest labile formen urin-n Viktig å identifisere krysningspunktet mellom produktutbytte og miljøkostnad Større fokus på rasjonsformulering og fôrplanlegging vil øke N-utnyttelsen og det økonomiske utbyttet. 49