Systemi-kinetic analysis of starch fermentation and microbial protein synthesis processer in the rumen: pilot study on a model | Системно-кинетический анализ процессов ферментации крахмала и синтеза микробиального белка в рубце: пилотное исследование на модели

English. An urgent task in the field of high-yielding dairy cattle protein nutrition is to ensure synchronous intake of milled grain fermentation products and ammonia nitrogen by the rumen fluid when using urea feed additives. Ensuring such synchronicity is complicated by the unsteadiness of processes in the first hours after feeding, significant deviations from the optimal ratio of their rates reducing the efficiency of synthesis of high-value microbial protein. For a rational solution to this technological problem, it is promising to use the methodology of systems biology, aimed to develop algorithms for quantitative analysis of the dynamics of complex biological systems. The purpose of the study is to develop algorithms for analyzing the dynamics of fermentation of grain component particles of compound feed and synthesis of microbial protein in the rumen under in vivo conditions using kinetic parameters previously estimated from experimental data obtained in vitro. Individual stages of the study were carried out earlier, the kinetic parameters of the main rate-limiting processes being determined, but namely resorption of the kernel endosperm solids and glucose consumption in the direction of CO2 formation, synthesis of microbial protein and production volatile fatty acids volatile fatty acids (VFA). To estimate the rate of microbial protein synthesis, a ratio of 2.4 mg of glucose/1 mg of synthesized protein was used. The predicted amount of microbial protein per head in the first hours after feeding was about 800 g (1.6 kg with two feeds a day). It was concluded that it is promising to continue the research with a number of additional analyses, such as particle size distribution test of ground grain, determination of kinetic parameters in vitro, etc.

Russian. Актуальной задачей в области протеинового питания высокопродуктивного молочного скота является обеспечение синхронного поступления в рубцовую жидкость продуктов ферментации размолотого зерна и азота аммиака при использовании кормовых добавок мочевины. Обеспечение такой синхронности осложняется нестационарностью процессов в первые часы после кормления, при этом значительные отклонения от оптимального соотношения их скоростей снижают эффективность синтеза высокоценного микробиального белка. Для рационального решения этой технологической задачи перспективно применение методологии системной биологии, ставящей целью разработку алгоритмов количественного анализа динамики сложных биологических систем. Цель исследования – разработка алгоритмов анализа динамики ферментации частиц зернового компонента комбикорма и синтеза микробиального белка в рубце в условиях in vivo с использованием кинетических параметров, оцененных ранее по экспериментальным данным, полученным в экспериментах in vitro. Отдельные этапы исследования были выполнены ранее, при этом были определены кинетические параметры основных скорость-лимитирующих процессов – резорбции твёрдых частиц эндосперма зерновок и расхода глюкозы в направлении образования СО2, синтеза микробного белка и продукции летучих жирных кислот (ЛЖК). Для оценки скорости синтеза микробиального белка использовалось соотношение 2.4 мг глюкоэы на 1 мг синтезируемого белка. Прогнозируемое количество микробного белка на голову за первые часы после кормления составило около 800 г (1,6 кг при двукратном кормлении). Заключили о перспективности продолжения исследований с проведением ряда дополнительных анализов (гранулометрический анализ размолотого зерна, определение кинетических параметров в условиях in vitro и др.).