Procédé d'affouragement des ruminants
On sait que la valeur nutritive des protéines et des amino-acides libres dans la nourriture des ruminants, est souvent diminuée par la fermentation dans la panse. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient en affourageant l'animal avec un aliment ou un complément alimentaire, riche en protéine, que l'animal puisse consommer par la voie normale, et qui provoque des augmentations notables dans la croissance de la laine et/ou dans le poids du corps, et/ou dans la production laitière.
La présente invention a donc pour objet un procédé d'affouragement des ruminants, caractérisée par le fait que, en vue de favoriser la production des protéines,
I'animal reçoit un aliment ou un complément alimentaire protéinacé, sous forme de particules traitées avec du formaldéhyde ou un produit de condensation de celle-ci, une amine ou amide, et/ou un polymère basique vinylique ou acrylique de façon à amener la formation par voie chimique au moins à la surface de chaque particule, ou de façon à amener le dépôt sur chaque particule d'un complexe polymère résistant aux attaques microbiennes à l'intérieur de la panse, ce complexe étant instable en solution acide ayant un pH inférieur à 4, mais relativement stable dans les solutions dont le pH est supérieur à 5,
de manière que l'aliment ou le complément alimentaire résiste aux attaques et à la décomposition microbienne pendant la durée de séjour normale dans la panse, mais reste susceptible d'être décomposé et digéré dans l'abdomen ou l'intestin grêle de l'animal.
Le choix des matières alimentaires protéinacées naturelles est très large. Ce peut être des préparations de déchets de viande, de farines de poisson, caséines ou levures ou autres sous-produits des industries de la viande, de la laiterie ou de la fermentation. Par ailleurs, on peut inclure des plantes et leurs préparations riches en prot:ine, comme les balles, ensilages, farines, tourteaux, concentrés ou analogues provenant de grains, amandes, fèves et autres parties de végétaux, par exemple la balle ou l'ensilage de luzerne, les farines de noix de coco, de soja, d'arachide, de fraines de lin ou de cotonnier, ou encore de la farine de feuilles de luzerne.
On peut encore employer des protéines de purification plus poussée, extraites de ces mêmes matières végétales.
Outre les matières protéinacées naturelles ci-dessus, on peut encore employer des amino-acides ou des peptides, soit synthétiques, soit dérivant des protéines.
Eu égard à la diversité de la composition aminoacide et de ses propriétés physiques, les protéines individuelles varieront considérablement en valeur nutritive.
Toutefois, leurs déficiences peuvent être palliées par l'addition de prcparations appropriées amino-acides ou peptides.
Dans la grande majorité des cas, I'affouragement exécuté conformément à la présente invention, se traduira par une augmentation de poids sans qu'il en aille toujours pari passe quant à la croissance de la laine ou la production laitière. On peut s'y attendre du fait de la disparité des exigences en amino-acides pour la synthèse des différentes protéines impliquées. Il s'est révélé, par exemple, que les infusions, dans la caillette, de farine de fèves de soja provoque une plus forte augmentation de poids du sujet que des infusions similaires de farine de poisson, mais que cette farine de poisson infusée est supérieure à la farine de fèves de soja pour ce qui regarde la croissance lainière. On peut donc accentuer une forme de production de protéine par rapport à une autre, par le simple choix d'un équilibre approprié des amino-acides dans la ration.
Néanmoins, dans la description, qui suivra, de la présente invention, les exemples explicatifs concerneront surtout la croissance lainière et, à cet égard, les exemples 2, 3 et 4 fournissent des comparaisons entre une gamme d'aliments pr-'parés selon un des procédés estimés les meilleurs à décrire.
Il y a intérêt à noter que, chez le mouton, la durée du séjour des aliments normaux dans la panse est d'environ 20 heures, et que la durée de leur séjour dans la caillette et dans l'intestin grêle excède rarement 4 heures, et tombe fréquemment au-dessous de deux; les durées des séjours sont analogues chez les autres ruminants.
C'est dire que le traitement protecteur désiré doit être capable de résister à l'attaque des enzymes digestifs de la microflore de la panse pendant vingt heures, mais store aussi suffisamment inerte vis-à-vis des enzymes digestifs normaux de la caillette, pour que les aminoacides des protéines puissent être absorbés pendant les deux heures, ou à peu près, que l'aliment séjourne dans la caillette et dans l'intestin grêle. Il ne faut pas oublier, non plus, que le système nutritif du ruminant est tel que la vérification in vitra des différentes méthodes de protection de la nourriture ne donnent qu'une indication grossière, et parfois trompeuse, des mérites relatifs de ces méthodes en tant que moyens d'augmenter le rendement de la production protéique.
On peut protéger l'aliment protéinacé contre la décomposition dans la panse, par modification de la protéine elle-même, par un enrobage protecteur de la matière alimentaire, ou par une combinaison des deux.
Dans une forme d'exécution particulièrement intéressante de l'invention, on traite directement la matière alimentaire protéinacée par une simple pâte ou solution de formaldéhyde, comme le détaillent les exemples 1 à 5 et 7 (cf. infra). Dans ce traitement, les amines ou amides sont dérivées de la protéine elle-même, en sorte que le complexe est formé par des liaisons transversales acides rwversibles dans les groupes amino terminaux de différentes protéines, ou les groupes E-amino de la lysine, entre les groupes guanidyle de l'arginine, entre les groupes imidazole de l'histidine, entre les groupes indole du tryptophane, ou entre quelqu'une de leurs combinaisons.
Ainsi, comme on peut s'y attendre, ce traitement direct ne peut promettre la protection de préparations d'amino-acides simples, bien qu'elles puissent évidemment être protégées si elles sont incorporées dans la protéine formalinisée.
Non seulement il est possible de formaliniser des protéines, telles que la caséine, qui ont été appliquées comme enrobage de la matière protéinacée à protéger, mais il est encore possible de former séparément le polymère formaldéhyde pour l'appliquer ensuite à la matière à protéger. Par exemple, le formaldéhyde d'urée, le N-méthylolpolyacrylamide, le formaldéhyde de mélamine, ou le formaldéhyde de guanidine, peuvent convenir et peuvent être formés in siflt ou séparément, à partir de la matière alimentaire. Le formaldéhyde peut être utilisé sous n'importe quelle forme commercialisable, comme une solution de formaline, le paraformaldéhyde, le formcel , etc.
Comme on l'a indiqué plus haut, et comme le montrent les exemples 1 à 5 et 7, le choix des matières alimentaires protéinacées est très large, et l'on peut s'attendre à des variations de la capacité de l'une ou de l'autre au traitement par la formaline. I1 n'est donc pas possible, en définitive, de signaler quels sont les conditions ou procédés de traitement les meilleurs à appliquer sur une large échelle. Le traitement est simple, cependant, et il est rendu clair par les exemples susmentionnés. En général, le formaldéhyde peut être appliqué par le moyen d'une pâte ou d'une solution aqueuse à des concentrations en formaldéhyde comprises entre 0,12 et 40 /o, à des températures allant jusqu'à 1200 C, mais de préférence à températures ambiantes.
Les températures élevées peuvent nuire à la valeur nutritive de certains aliments plus sensibles aux conditions thermiques. La durée du traitement doit être réglée pour répondre à la température et à la concentration choisies; mais elle peut varier de quelques minutes à quelques heures.
D'une façon générale, le degré de la protection offerte est en rapport avec le pH, la durée, la concentration et la température. Le formaldéhyde libre peut être évacué après traitement, par lavage ou, plus simplement, par chauffage.
Dans un autre mode de protection de la matière protéinacée contre les attaques dans la panse, on utilise des copolymères ou des polymères synthétiques de monomères vinyliques ou acryliques basiques. Les propriétés recherchées peuvent être approchées par le réglage du nombre d'atomes d'azote chargeables dans la molécule de polymère, et par le contrôle des proportions et des types de copolymères employés. L'activité recherchée du polymère par rapport à la matière alimentaire protéinacée peut aussi être réglée par des résidus monomères subsidiaires.
Plus spécialement, les polymères basiques appropriés des amino-acrylates ou méthacrylates sont ceux de la formule générale suivante:
EMI2.1
où: R1 = H ou une chaîne alkyl normale ou ramifiée;
R2 = ou une chaîne alkyl normale ou ramifiée;
R = H ou méthyl; et
n = 2, 3 ou 4.
En particulier, on préfère les polymères et copolymères des aminoéthyl méthacrylates, les polymères les plus appropriés de ce type, étant dérivés du poly (tert.
butylaminoéthyl méthacrylate) et, à un moindre degré, du poly (diméthylaminoéthyl méthacrylate).
Les polymères ou copolymères de monomères vinyliques basiques, qui sont les plus prometteurs, sont les dérivés des monomères vinyliques de la formule générale:
EMI2.2
où Y est
EMI2.3
ou
EMI3.1
ou
EMI3.2
où R = H ou alkyl.
Des polymères ou copolymères particuliers d'un certain intérêt dans ce groupe sont ceux qui dérivent de la poly(2-vinylpyridine), de la poly(4-vinylpyridine) et de la poly(N-vinylpyrrolidone).
Les caractéristiques du complexe protéique polymère particulier peuvent être réglées dans une large mesure par l'emploi de copolymères d'autres monomères vinyliques ou acryliques. L'exemple 8 ci-dessous élucide les effets de diverses proportions de copolymères et de différents homopolymères. Le choix de tels monomères modificateurs dépendra du degré de basicité prévu c'est-à-dire la solubilité acide probable - et des propriétés hydrophobes ou hydrophiles - c'est-à-dire de la solubilité en conditions normales. On peut employer de cette manière, par exemple, un styrène ou un styrène substitué des copolymères de méthacrylate ou d'acrylate, pour régler l'hydrophobicit et la basicité du complexe polymère résultant.
Les spécialistes seront également à même de contrôler les poids moléculaires des polymères et copolymères résultants pour modifier comme il convient les propriétés des enrobages.
Il est à remarquer que les exigences ci-dessus pour les polymères et copolymères ne peuvent être établies qu'en termes généraux, car ces polymères ont été sélectionnés pour former des complexes avec les protéines à enrober. Dans le cas intéressant du poly (tert.butylaminoéthyl méthacrylate), lorsque l'on emploie de la caséine pour l'enrobage, il se forme un complexe protéique polymère qui se comporte admirablement dans la résistance aux attaques bactériennes (exemple 8).
La présente invention envisage également l'emploi de polymères analogues à ceux qui viennent d'être décrits, conjointement avec un traitement à la formaline. Des traitements combinés de ce genre peuvent être appliqués en procédé simple ou à deux phases, mais comprendront de préférence le produit de réaction d'une méthylolation entre le polymère et la formaline. selon la formule générale suivante:
EMI3.3
L'application du traitement protecteur à la matière alimentaire protéinacée peut être conduite selon tout mode convenable connu: les exemples en fournissent plusieurs. On a envisagé, notamment, l'emploi d'un lit fluidifié, l'enrobage à partir d'une émulsion, d'une solution ou d'une pâte, la formation de l'enrobage protecteur in situ ou soparément.
On doit évidemment souhaiter, vu un aliment ou complément alimentaire à protéger particulier, une réduction de la durée du séjour de cet aliment dans la panse..
Cela peut s'obtenir, d'une façon générale, par deux moyens. En premier lieu, il faut que la particule alimentaire soit petite, de préférence entre 0,1 et 1 millimètre de diamètre, et que sa densité relative soit voisine de l'unité. Une grosseur et une densité de cet ordre réduisent les chances du retour de l'aliment pour la rumination, ou de sa rétention dans la panse par les mousses. En second lieu, l'addition de sel à la ration jusqu'à 15 à 20 0/o, provooquant une augmentation de l'absorption aqueuse.
accélère beaucoup la traversée de la panse par cette substance ainsi divisée, ce qui rend possible une réduction de moitié des dures normales du séjour. L'exemple 10 fait ressortir cet effet; mais l'application de ce second moyen requiert un apport d'eau adéquat.
Bien que l'on ait indiqué nettement que, selon les applications les plus avantageuses de l'invention, les meilleurs résultats peuvent être obtenus avec un agent de traitement réagissant avec au moins la protéine superficielle pour former un complexe polymère possédant les caractéristiques désirées, il peut être possible, par des techniques d'enrobage perfectionnées, d'appliquer à la protéine ou à l'amino-acide un enrobage purement mécanique, essentiellement inerte à leur endroit. Bien entendu, de tels enrobages se caractérisent par des solubilités sensiblement inchangées par leur application aux protéines et amino-acides.
L'invention est illustrée à l'aide des exemples ci-dessous:
Exemple I
Plusieurs lots de 250 kg de caséine du commerce (de dimension de particules inférieure à 0,5 mm) précipitée par l'acide chlorhydrique, ont été agités pendant une heure avec 10 volumes d'une solution de formaline préparée par le mélange d'un volume de formaline du commerce (formaldéhyde à 40 /n) avec 9 volumes d'eau. La caséine a été laissée se déposer et la solution de formaline fut décantée. Le résidu fut agité avec 10 volumes d'eau, laissé se déposer, et l'eau fut décante. Ce processus de lavage fut répété une fois, et le résidu séché sur des plateaux dans un four à 800 C.
Des échantillons de caséine traitée à la formaline et non traitée furent mis en incubation avec 20 ml de suc pansai, in vitra, à 39,50 C, et l'accumulation ammoniacale dans ce milieu fut mesurée par distillation avec une solution saturée de borate de sodium et titration avec 0,01N Hcl. L'accumulation ammoniacale est indiquée par la table 1.
Table 1
Incubation in vitro de caséine formalinisée - Accumulation de NH3 au-dessus de la valeur à blanc après incubation ( /o d'azote ajouté).
3h 6h 12h 24h
Caséine non traitée 40,4 73,6 82,5 89,2
Caséine formalinisée - 0,6 - 0,4 - 0,6 - 4,1
Les résultats de la table I sont corrig-s pour la petite quantité d'ammoniaque accumulé qui apparaît en l'absence de protéine ajoutée. Ces résultats indiquent que le traitement à la formaline a empêché la décomposition de la caséine, ainsi traitée, par les microbes dans les ballons d'incubation. La caséine traitée a été r-cupérée intacte dans ces ballons, alors que la caséine non traitée avait en grande partie disparu.
Des résultats analogues furent obtenus quand un
chantillon de 60 g de la caséine traitée fut ajouté, par une fistule, dans la panse d'un mouton; il n'y eut pas augmentation de la concentration d'ammoniaque, tandis que 60 g de caséine non traitée donnèrent lieu à une concentration ammoniacale qui s'éleva de 15 à 37 mg d'azote par 100 ml.
100 g de caséine traitée furent ajoutés à la ration quotidienne de huit moutons recevant déjà 400 g de balle de luzerne et 400 g de balle de blé. Quatre moutons furent maintenus à la ration de balle seule, qui suffit à maintenir constant le poids somatique du sujet. La table 2 indique le taux de croissance lainière et le poids des moutons avant et après l'addition de caséine traitée à la ration journalière. Le croît de la laine fut mesuré en partant de zones-témoins délimitées par des lignes tatouées sur les flancs. Les taux de croissance lainière totale en grammes par jour, qu'indique la table 2, furent obtenus en multipliant le poids de laine sèche désuiffée de la zone-témoin par un facteur représentant le rapport des taux-témoins et des taux globaux de la croissance lainière.
Table 2
Croît en laine et poids somatique (B.W.) - Réponse à la caséine traitée à la formaline
Pré-traitement Semaines de traitement
2-3 4-5 6-7
Mouton Laine B.W. Laine B.W. Laine B.W. Laine B.W.
Groupe No g/jour kg g/jour kg g/jour kg g/jour kg
Contrôle 6016 8,1 55,8 7,4 55,4 6,8 55,2 6,9 54,6
6030 6,2 45,8 5,4 46,1 6,9 45,4 5,7 45,9
6033 6,2 52,0 4,8 52,1 5,8 51,8 4,8 51,8
6034 6,8 55,0 7,0 55,5 6,2 55,3 7,4 55,6
Moyenne 6,8 52,2 6,2 52,3 6,4 51,9 6,2 52,0
Traités 6018 6,1 54,8 9,5 57,2 12,0 58,0 13,1 58,2
6024 5,9 56,4 7,4 57,4 7,9 58,3 8,1 59,1
6029 7,3 52,2 9,5 54,4 12,8 55,2 12,8 55,7
6031 7,2 53,2 8,6 54,8 10,4 55,0 10,4 55,6
6014 5,8 47,2 7,9 48,7 11,0 49,0 10,5 49,9
6020 5,5 57,0 6,5 59,2 8,9 60,5 7,8 61,2
6026 7,5 56,7 9,5 58,0 10,2 58,5 10,4 58,4
6036 8,0 44,5 9,8 46,7 13,8 48,0 13,6 49,3
Moyenne 6,7 52,6 8,6 54,6 10,9 55,3 10,8 55,9
Le croît en laine des moutons recevant la caséine traitée était de 74 o/o supérieur à celui des moutons de contrôle après sept semaines.
Les poids somatiques augmentaient aussi chez les moutons recevant la caséine traitée. Dans d'autres expériences, l'addition de caséine non traitée à la même ration de base n'a augmenté la croissance lainière que de 10 à 15 o/o et n'a produit aucun effet sur le poids somatique.
Des prélèvements sanguins furent faits sur quatre moutons traités et quatre moutons témoins, quatre semaines après le changement de régime. L'analyse des prélèvements mis en commun pour les amino-acides libres par chromatographie en échange d'ions, a donné les résultats indiqués par la table 3.
Table 3
Asnino-acides en plasma de moutons après addition,
à leur ration, de caséine traitée à la formaline
Concentration mM
O/o
Amino-acide Témoin Traité d'augmentation
Taurine 0,01 0,070 +100
Urée 0,366 0,542 + 48
Acide aspartique 0,033 0,032 - 3
Concentration mM O/o
Amino-acide Témoin Traité d'augmentation
Acide glutamique 0,059 0,050 - 15
Proline 0,092 0,280 +204 Citmlline 0,166 0,234 + 41
Glycine 0,688 0,439 - 36
Alanine 0,220 0,173 - 21
Valine 0,107 0,244 + 128 1/2-cystine 0,014 0,037 + 164
Méthionine 0,013 0,018 + 38
Isoleucine 0,055 0,084 + 53
Leucine 0,070 0,135 + 93
Tyrosine 0,060 0,082 +
37
Phénylalanine 0,032 0,046 + 44
Ornithine 0,106 0,125 + 18
Lysine 0,113 0,220 + 95
Histidine 0,112 0,112 0
Des augmentations notables se sont manifestées dans la concentration d'amino-acides essentiels dans le plasma des moutons recevant, dans leur ration, de la caséine traitée à la formaline. Des changements analogues de la concentration amino-acide du plasma ont pu être obser vés lorsque la caséine a été infusée directement dans la caillette.
100 g de caséine traitée à la formaline ont généralement été ajoutés à la ration quotidienne de quinze moutons qui reçurent, en sus, 400 g de balle de luzerne. Ces moutons avaient été, auparavant, alimentés d'une ration comprenant 250 g de balle de luzerne et 250 g d'un mélange concentré de farines (blé, avoine, lin et noix de coco). La table 4 donne les résultats obtenus sur la croissance lainière et le poids des sujets.
Table 4
Croit en laine et poids somatique (B.W.) - Réponse à la caséine formalinisée
Pré-traitement Semaines de traitement
1-2 semaines 3-4 semaines 5-6 semaines
Laine B.W. Laine B.W. Laine B.W. Laine B.W.
Mouton g/jour kg g/jour kg g/jour kg g/jour kg
FA30 3,6 37,6 3,4 36,9 5,2 36,9 3,8 37,2
FA46 3,0 42,5 2,5 41,9 4,9 42,4 4,4 43,4
FA70 3,3 36,5 3,1 36,6 5,7 37,2 5,0 37,5
FA82 3,1 45,8 4,1 46,3 3,5: 45,3 3,8 46,8
FA84 2,1 39,6 3,6 40,7 5,3 41,3 5,1 41,1
FA86 2,6 42,0 3,1 41,1 4,6 41,8 5,5 42,2
4078 2,2 44,8 3,3 45,7 4,8 46,6 5,5 46,5
4092 3,5 41,2 4,3 41,5 4,4 41,8 5,7 41,8
4093 2,1 42,8 3,8 43,2 4,4 43,6 5,0 44,2
A665 2,4 32,9 3,3 32,7 3,1 32,5 2,8 32,6
5569 2,8 27,2 3,1 28,0 5,2 28,6 5,6 29,3
5577 4,6 38,2 5,3 39,2 7,2 39,8 8,3 40,2
5585 3,6 37,8 4,0 38,0 4,6 38,4 4,9 38,8
5590 3,0 38,1 3,2 37,6 3,6 38,9 4,7 39,4
5592 4,8 34,4 5,5 35,3 5,9 35,3 5,9 35,4
Moyenne 3,1 38,8 3,7 39,0 4,8 39,4 5,1 39,8
Au bout de cinq à six semaines, le croit en laine de ces moutons avait augmenté de 60,8 /o. Avant le début du traitement,
il n'avait pas varié de plus de 10 o/o au cours de l'année écoulée. Le traitement provoqua aussi une augmentation du poids des sujets.
Exemple 11
Le processus de traitement de la caséine par la formaline, décrit dans l'exemple I, fut appliqué à des lots de 500 livres (250 kg) de farine de poisson, de farine d'arachide, de farine de graines de coton, de farine de fève de soja. Le traitement a fait perdre un peu de matière soluble de ces farines, et amené une élévation du pourcentage en protéine brute, sauf pour la farine de poisson, qui l'a fait baisser.
Des échantillons de deux farines traitées furent mis en incubation avec du suc de la panse, in vitro, pour cvaluer le degré de protection obtenu contre la dégradation microbienne. La table 5 donne les résultats pour les farines de poisson et d'arachide.
Table 5 Incubation in vitro de farine de poisson et de farine d'arachide traitées à la formaline. Accumulation d'NH3
au-dessus de la valeur à blanc après incubation (% d'azote ajouté)
3h 6h 10h 24h
Farine de poisson non traitée 19,3 14,9 16,1 10,4
Farine de poisson traitée.. - 0,4 - 2,1 - 0,1 -3,1
Farine d'arachide non traitée 60,1 64,3 66,6 66,0
Farine d'arachide traitée. 0,9 1,4 3,3 2,3
I1 est à remarquer que la farine de poisson non traite n'a pas abouti à une grosse accumulation d'ammoniaque dans le milieu de culture, du fait d'une résistance naturelie à l'attaque microbienne, ou à l'emploi de l'ammoniaque pour la sythèse microbienne. Néanmoins, pour les deux farines, le traitement à la formaline a sensiblement abaissé l'accumulation ammoniacale.
Les farines traitées avaient été mélangées avec des parts égales de balle de luzerne, et mises en comprimés.
On donna 500 g par tête et par jour de ces comprimés à des groupes de six moutons, à chaque ration, et les taux de croissance de la laine furent comparés avec les taux de croissance mesurés antérieurement sur des rations analogues contenant des farines non traitées.
Table 6
Croît en laine sur rations contenant des farines protéiques formalinisées
Croît laine
Croît laine g/jour
Mouton g/jour Ration traitée
Ration No Ration non traitée après 4-5 semaines o/o changement
Farine d'arachide 6560 6,0 6,7
6545 4,4 7,0
6538 4,2 8,4
6552 3,4 7,9
6554 2,8 4,6
6541 4,3 5,1
Moyenne 4,2 6,6 + 57 ou
Farine de fève de soja 6526 6,9 8,5
6553 5,9 7,0
6543 6,3 6,9
6549 7,0 9,2
6537 5,2 7,5
6521 4,2 6,6
Moyenne 5,9 7,6 + 29 ou
Farine de graine de coton 6562 8,4 8,5
6528 7,4 7,0
6542 7,2 6,2
6548 5,6 7,0
6532 6,2 6,2
6519 5,4 6,6
Moyenne 6,7 6,9 + 3 0/o
Farine de poisson 6559 8,5 5,3
6533 7,7 5,8
6540 7,8 5,3
6558 6,7 4,5
6550 8,3 6,4
6524 4,5 3,0
Moyenne 7,3 5,1 - 30 <RTI
ID=6.9> /o
On peut voir que le traitement à la formaline a diminué la valeur nutritive de la farine de poisson quant à la croissance lainière, peut-être à cause de la perte de constituants solubles au cours du processus de lavage.
La valeur de la farine de graines de coton n'a pas été affectée par le traitement; mais les valeurs des farines de soja et d'arachide ont été considérablement relevées.
Exemple 711
Eu égard aux réponses variées en croissance lainière obtenues sur le traitement à la formaline de différentes farines protéiques, on a mesuré l'aptitude de différentes protéines à stimuler cette croissance quand elles sont infusées directement dans la caillette.
Des fistules furent donc pratiques dans la caillette, et les infusions faites comme Reis et Schinckel l'ont indiqué en 1961.
La table 7 indique quels furent les effets de ces infusions sur la croissance de la laine et le poids des sujets.
Table 7
Augmentations du taux de croissance lainière et du poids somatique (B.W.)
résultant de l'infusion de diverses protéines dans la caillette
Croît lain. Augm. poids somat.
No Ration de base Inf. prot. 5-7 semaines après 7 semaines
Protéine du mouton g/jour g/jour O/o augment. (kg)
Caséine 3 800 60 148 4,5
Gélatine 1 800 60 20 3,0
Farine de sang 2 400 62 31 2,4
Far. poiss. 1 800 83 47 4,0
Far. soja 1 800 80 27 4,9
Ces résultats montrent que l'infusion de diverses protéines dans la caillette donne des réponses différentes quant au croît en laine et au poids du sujet, de sorte que la protection des protéines différentes contre les attaques microbiennes, par traitement à la formaline, ne peut être considérée comme devant donner la même réponse en croissance lainière. On notera que l'augmentation du poids somatique n'était pas proportionnelle à l'augmentation du taux de la croissance lainière.
Des réponses supplémentaires concernant cette dernière furent obtenues lorsque 1,5 à 3 grammes par jour de L-cystéine ou de D-méthionine furent infusés avec de la caséine ou de la gWlatine, ce qui indique l'importance de la composition amino-acide de la protéine infusée.
Exemple IV
Le traitement à la formaline, tel au'il est décrit dans l'exemple 1, a aussi été appliqué à des graminées et du trèfle frais, et à de la balle de luzerne. Dans tous les cas.
le traitement des matières alimentaires par la formaline a nettement réduit l'accumulation ammoniacale après incubation in vitro (table 8). L'analyse d'acides gras volatils a révélé que le traitement par la formaline ne diminue pas la fermentation de l'hydrate de carbone présent dans les matières alimentaires.
Table 8
Incubation in vitro d'herbe fraîche, de légumineuses et de balle de luzerne.
Accumulation ammoniacale au-dessus de l'essai à blanc. % d'azote ajouté
3h 6h 10h 24h
Herbe (Kikouyou Pennisetum clandestinum) non traitée 22,8 14,1 - 4,4 - 17,1
traitée - 0,9 -9,0 - 14,9 - 47,4
Trèfle nain (Trifolium subterraneum) non traité 12,9 8,5 6,9 12,6
traité -0,7 - 3,8 -8,3 -29,1
Luzerne (Medicago sativa) non traitée 22,7 23,4 22,8 39,0
traitée 2,6 0,8 -3,1 - 9,7
Balle de luzerne non traitée 9,3 4,7 7,5 11,0
traitée - 1,5 -4,0 - 19,0 - 12,5
Exemple V
Le processus décrit à l'exemple I pour le traitement de la caséine par la formaline, souffre d'un désavantage: il exige une phase de lavage et d'extraction des constituants solubles lorsqu'il est appliqué à certaines matières alimentaires riches en protéines.
Ces inconvfnients sont palliés par simple addition d'une solution de formaline suffisant à faire une pâte et en procédant à l'élimination du formaldéhyde libre par séchage.
Sept échantillons de 50g de caséine précipitée par l'acide chlorhydrique ont été mélangés avec 3 volumes (poids) d'une solution de formaline contenant respectivement 2,50/0, O/o, 7,5o, 10 O/o, 12,5 O/o, 25 /0 et 50 oxo de formaline du commerce. Au bout d'une heure à 200 C, les pâtes furent placées dans un four à 800 C jusqu'à ce que l'odeur caractéristique du formaldéhyde ait cessé d'être décelable.
Les échantillons furent ensuite mis en incubation in
vitro dans du suc pansal, comme dans l'exemple I.
Table 9 hcubation in vitro de caséine formalinisée en une pâte.
Accumulation ammoniacale au-dessus de la valeur
à blanc, après incubation (% d'azote ajouté)
3h 6h 12h 24h
Caséine non traitée 40,4 73,6 82,5 89,2
Caséine formalisée:
à 2,5 /0 - 0,2 0,2 - 0,1 - 0,1
à 5 lo - 0,4 0,0 - 0,6 -2,4
à 7,50/o - 0,2 0,0 - 2,2 - 4,7
à 10 0/o -0,6 0,0 ¯1,9 -5,8
à12,5o/0 0,0 -1,3 - 2,9 - 3,7
à25 /o -1,0 - 3,0 - 6,2 - 9,3
à50 0/o -4,3 -11,0 -20,3 - 28,4
Un degré de protection satisfaisant contre la dégradation microbienne a été obtenu par traitement de la Ca- séine avec
2,5 0/o de formaline, et même des concentrations plus basses ont donné une protection satisfaisante.
Aux concentrations plus élevées en formaline, I'accumulation ammoniacale était moindre que dans les tubes où il n'y avait pas apport de caséine, indiquant une inhibition microbienne due à la présence de formaldéhyde libre dans le milieu d'incubation.
Exemple VI
Cet exemple décrit les préparations et les effets d'un procédé par traitement d'un tannin. Un tel traitement peut être cité pour comparaison, mais ne fait pas partie de l'invention. Trois prcparations au tannin végétal furent évaluées pour leur aptitude à rendre la protéine résistante à la dégradation microbienne dans la panse.
Les préparations tanniques étaient au quebracho (du bois du Quebracho Colorado), au myrobolan (du fruit du
Terminalia chebula) et au châtaignier (du bois du Castanea vesca). 5 kg de caséine précipitée par l'acide chlorhydrique (de dimension des particules inférieure à 0,5 mm) furent mélangés avec 15 0/o en poids du tannin en poudre et un apport de 3 volumes d'eau. Le mélange fut agité pour former une pâte homogène, puis laissé pendant 16 heures à la température du local. La pâte fut ensuite séchée dans le four à 700-800 C.
Des échantillons de la matière sèche furent ajoutés à des ballons contenant du suc pansal et mis en incubation pendant 24 heures, comme dans l'exemple I.
Table 10
Incubation in vitro de caséine traitée aux tannins végétaux.
Accumulation ammoniacale au-dessus de la valeur
à blanc, après incubation (% d'azote ajouté)
3h 6h 10h 24h
Caséine non traitée. 25,7 51,6 71,0 81,1
Caséine traitée:
au quebracho 25,1 48,1 67,0 74,7
au myrobalan 22,6 44,2 63,1 79,3
au châtaignier 23,0 46,8 60,9 69,3
On peut constater, d'après la table 10, que le traitement de la caséine aux tannins végétaux n'a provoqué qu'une légère réduction de la décomposition microbienne de la caséine.
Lorsqu'un mouton reçut une ration contenant 70 g de caséine traitée au tannin de myrobalan, plus 400 g de parts zagaies de luzerne et de balle de blé, il la mangea le premier jour, et la refusa ensuite. Un autre mouton accepta une ration semblable, mais contenant du tannin de quebracho, mais on n'observa aucune augmentation de la croissance lainière. Un troisième mangea d'abord une ration analogue contenant du tannin de châtaignier, mais la refusa aussi après le premier jour.
Exemple Vll
Les aldéhydes, glyoxal et glutaraldéhyde, et la sucrose disaccharide, furent également l'objet d'évaluations en comparaison avec la formaldéhyde, comme moyens de rendre la protéine résistante à la décomposition microbienne dans la panse. Les traitements avec ces aldéhydes ne font pas partie de l'invention.
Des échantillons de caséine précipitée par l'acide chlorhydrique (de dimension des partielles inférieure à 0,5mm) furent agités respectivement avec 10 volumes de glyoxal à 30 O/o et avec diverses concentrations de glutaraldéhyde, pendant une heure. On laissa ensuite la caséine se déposer; la solution fut décantée, le résidu lavé deux fois à l'eau, puis séché à 800 C. Un échantillon de caséine fut également mélangé avec un ooids égal de sucrose, et le mélange agité avec un volume d'eau, séché au four à 800 C, lavé à l'eau et de nouveau séché.
La caséine sèche résultant de ces réactions était de couleur brune, indiquant une perte possible d'aminoacides, en particulier la lysine, à partir de la réaction brune. (La caséine traitée à la formaline reste blanche.)
Les échantillons furent mis en incubation in vitro comme dans l'exemple I.
Table il
Incubation in vitro de caséine traitée au glyoxal,
au glutaraldéhyde ou à la sucrose. Accumulation
ammoniacale au-dessus de la valeur à blanc,
après incubation (% d'azote ajouté)
3h 6h 12h 24h
Caséine non traitée 43,2 78,4 90,7 89,8
Caséine traitée:
:
30 0/o glyoxai. 31,3 71,0 87,7 86,1
1 0/o glutaraldéhyde - 0,2 - 0,1 - 0,1 2,7
3,125 oxo glutaraldéhyde - 0,8 - 0,8 - 0,2 - 0,4
6,25 0/o glutaraldéhyde - 0,8 - 0,4 0,0 0,4
12,5 0/o glutaraldéhyde - 1,0 - 0,8 0,2 - 0,2
25 0/o glutaraldéhyde - 1,3 - 0,4 0,2 0,6
Caséine traitée au sucrose 2,1 5,8 12,9 23,9
La caséine traitée au glyoxal ne peut être considérée que comme légèrement protégée contre la dégradation microbienne, tandis que le traitement au glutaraldwhyde l'a immunisée contre l'action microbienne. Une protection notable s'est révélée avec la caséine traitée au sucrose.
Des moutons furent alimentés avec des rations contenant respectivement 1 O/o de caséine traitée au glutaraldéhyde et au sucrose. Des observations préliminaires ont indiqué une augmentation de la croissance lainière plus faible que l'augmentation due à l'addition de caséine formalinisée à la ration. Si la caséine traitée fut protégée contre l'attaque microbienne dans la panse, le traitement ne semble pas avoir sensiblement augmenté l'absorption des amino-acides essentiels limitatifs de l'intestin grêle.
On a également examiné l'emploi de polymères polybasiques pour protéger la caséine contre les attaques microbiennes. Des échantillons de caséine précipitée par l'acide chlorhydrique furent enrobés avec différents polymères, et le taux de la solution de protéine enrobée à pH 6,0 mesuré à l'aide d'une cellule débitmétrique réglée à 280 m. Les polymères avaient été préparés et caract5- risés selon les indications de Harrap, Rosman et solomon en 1965, et comprenant:
1. Poly (N-vinylpyrrolidone)
2, N-vinylpyrrolidone-styrène (50 : 50) copolymère
3. N-vinylpyrrolidone-styrène (75 : 25) copolymère
4. Poly (2-vinylpyridine)
5. 2-vinylpyridine-styrène (50 : 50) copolymère
6. 2-vinylpyridine-styrène (75 : 75) copolymère
7. Poly (tert-butylaminoéthyl méthacrylate)
8.
Tert-butylaminoéthyl méthacrylate-styrène (50 : 50)
copolymère
9. Tert-butylaminoéthyl méthacrylate-styrène (75 : 25)
copolymère 10. Poly (4-vinylpyridine) 11. 4-vinylpyridine-styrène (50: 50) copolymère 12. 4-vinylpyridine-styrène (75 : 25) copolymère
Le polymère No 7: poly (tert-butylaminoéthyl méthacrylate) et, dans une moindre mesure, les N08 4 et 10, se trouvèrent rendre la caséine insoluble à pH 6.
Des echan- tillons de caséine précipitée à l'acide (de dimension des particules comprises entre 0,4 et 0,5 mm) furent traités avec 48 O/o de leur poids des polymères Nos 7 et 12 dissous dans 10 o/o (poids-vol.) de méthyléthylcétone. (20 o/o de polymère No 7 suffisent à rendre la caséine insoluble à pH 6,0). Les échantillons furent séchés, puis mis en incubation in vitro avec le suc pansai, comme selon l'exemple I. Les résultats en sont donnés par la table 12.
Table 12
Incubation in vitro de caséine traitée avec des polymères
polybasiques. Accumulation ammoniacale au-dessus
de la valeur à blanc - % d'azote ajouté en caséine
3h 6h 12h 24h
Caséine non traitée 21,2 46,2 76,5 88.0
Caséine traitée
avec le polymère 7 2,7 7.9 6,0 5,4
Caséine traitée
avec le polymère 9 29,0 44,7 54,7 62,2
Polymère 7 -0,9 -4,1 - 13,5 -21,7
Le polymère 7: poly (tertwbutilaminoéthyl méthacrylate) a protégé la caséine contre les attaques microbiennes alors que le copolymère styrène 12 s'est avéré moins efficace. Le polymère 7, ajouté seul au ballon d'incubation, a diminué l'accumulation ammoniacale en dessous du niveau à blanc. Cet effet semble être associé à une action toxique exercée sur les microbes.
Certains protozoaires éclatèrent lorsque le polymère fut ajouté aux suspensions microbiennes du suc pansaI, et la motilité des autres fut nettement réduite. Aucune action de ce genre ne fut observée lorsque la caséine, traitée avec le même polymère, fut ajoute à la suspension des microbes de la panse.
Exemple IX
Cet exemple concerne l'emploi du traitement à la formaline pour protéger la méthionine amino-acide contre le métabolisme dans la panse. Les mêmes procédés peuvent être appliqués à la cystine et aux autres amino-acides.
On a déjà montré que l'infusion de cystéine ou de méthionine dans la caillette provoque une augmentation sensible du croît en laine. (Reis et Schinckel, 1963.)
Des échantillons d'un gramme de méthionine furent enrobés avec une solution aqueuse contenant 5 g de caséinate de calcium (casinal-glaxo). Après séchage à 800 C, la méthionine enrobée fut alors traitée par la formaline en une pâte employant 10 o/o de formaline, comme dans l'exemple V. Des tubes de contrôle furent également prcparés avec de la méthionine et de la caséine formalinisées ajoutées séparément.
Les préparations furent alors mises en incubation in vitro avec du suc pansai, et la concentration de méthionine dans le suc d'incubation, après précipitation des microbes et des protéines par l'acide sulfurique 0,1 N fut mesurée par électrophorèse sur papier à haut voltage (table 13).
Table 13
Méthionine réclçpérée en sue d'incubation
% de méthionine ajoutée
3h 6h 12h 24h
Méthionine 93 93 81 67
Méthionine enrobée de ca
séine traitée à la for
maline 53 52 62 62
Méthionine + caséine
traitée à la formaline 100 92 87 60
On peut constater que l'enrobage de la méthionine avec de la caséine. et le traitement cons cuti par la formaline, ont réduit la solution de méthionine dans le suc d'incubation.
Ruminant feeding process
It is known that the nutritional value of proteins and free amino acids in ruminant food is often reduced by fermentation in the rumen. The present invention aims to remedy this drawback by feeding the animal with a food or food supplement, rich in protein, which the animal can consume by the normal route, and which causes notable increases in the growth of the wool and / or in body weight, and / or in milk production.
The subject of the present invention is therefore a method for feeding ruminants, characterized in that, with a view to promoting the production of proteins,
The animal receives a food or proteinaceous food supplement, in the form of particles treated with formaldehyde or a condensation product thereof, an amine or amide, and / or a basic vinyl or acrylic polymer so as to bring about the formation chemically at least at the surface of each particle, or so as to cause the deposition on each particle of a polymer complex resistant to microbial attack inside the rumen, this complex being unstable in acidic solution having a lower pH at 4, but relatively stable in solutions with a pH greater than 5,
so that the food or food supplement is resistant to attack and microbial decomposition during the normal period of stay in the rumen, but remains susceptible to decomposition and digestion in the abdomen or small intestine of the animal .
The choice of natural proteinaceous food materials is very wide. They may be preparations of meat waste, fish meal, caseins or yeasts or other by-products from the meat, dairy or fermentation industries. In addition, plants and their preparations rich in protein may be included, such as husks, silages, flour, cakes, concentrates or the like obtained from grains, almonds, beans and other parts of plants, for example husk or husk. alfalfa silage, coconut, soybean, peanut, flax or cotton straw flour, or alfalfa leaf flour.
It is also possible to use proteins of further purification, extracted from these same vegetable materials.
In addition to the above natural proteinaceous materials, it is also possible to employ amino acids or peptides, either synthetic or derived from proteins.
Due to the diversity of the amino acid composition and its physical properties, individual proteins will vary considerably in nutritional value.
However, their deficiencies can be overcome by the addition of appropriate amino acid or peptide preparations.
In the great majority of cases, the feeding carried out in accordance with the present invention will result in an increase in weight without always compromising on wool growth or milk production. This is to be expected due to the disparity in the amino acid requirements for the synthesis of the different proteins involved. It has been found, for example, that infusions of soybean meal in abomasum cause a greater increase in the subject's weight than similar infusions of fishmeal, but this infused fishmeal is superior. to soybean flour for wool growth. One can therefore enhance one form of protein production over another, simply by choosing an appropriate balance of amino acids in the ration.
Nevertheless, in the description which will follow of the present invention, the explanatory examples will relate mainly to wool growth and, in this regard, examples 2, 3 and 4 provide comparisons between a range of foods prepared according to a standard. processes considered to be the best to describe.
It should be noted that, in sheep, the duration of the stay of normal food in the rumen is about 20 hours, and that the duration of their stay in the abomasum and in the small intestine rarely exceeds 4 hours, and frequently falls below two; the lengths of stay are similar in other ruminants.
This means that the desired protective treatment must be able to resist the attack of the digestive enzymes of the rumen microflora for twenty hours, but also store sufficiently inert vis-à-vis the normal digestive enzymes of the abomasum, to that the protein amino acids can be absorbed during the two hours or so that the food stays in the abomasum and in the small intestine. It should not be forgotten, either, that the nutrient system of the ruminant is such that the in vitro verification of the different methods of food protection only gives a crude, and sometimes misleading, indication of the relative merits of these methods as that means to increase the yield of protein production.
The proteinaceous food can be protected from decomposition in the rumen, by modification of the protein itself, by a protective coating of the food material, or by a combination of both.
In a particularly advantageous embodiment of the invention, the proteinaceous food material is treated directly with a simple paste or formaldehyde solution, as detailed in Examples 1 to 5 and 7 (see below). In this treatment, the amines or amides are derived from the protein itself, so that the complex is formed by reversible acidic crosslinks in the terminal amino groups of different proteins, or the E-amino groups of lysine, between the guanidyl groups of arginine, between the imidazole groups of histidine, between the indole groups of tryptophan, or between any combination thereof.
Thus, as might be expected, this straightforward processing cannot promise the protection of simple amino acid preparations, although they can obviously be protected if incorporated into the formalinized protein.
Not only is it possible to formalize proteins, such as casein, which have been applied as a coating for the proteinaceous material to be protected, but it is also possible to form the formaldehyde polymer separately in order to subsequently apply it to the material to be protected. For example, urea formaldehyde, N-methylolpolyacrylamide, melamine formaldehyde, or guanidine formaldehyde, may be suitable and may be formed either individually or separately from food material. Formaldehyde can be used in any marketable form, such as formalin solution, paraformaldehyde, formaldehyde, etc.
As indicated above, and as shown in Examples 1-5 and 7, the choice of proteinaceous food materials is very wide, and variations in the capacity of one or more can be expected. on the other hand to treatment with formalin. It is therefore not possible, ultimately, to indicate which are the best treatment conditions or methods to apply on a large scale. The processing is simple, however, and is made clear by the aforementioned examples. In general, formaldehyde can be applied by means of a paste or an aqueous solution at formaldehyde concentrations between 0.12 and 40 / o, at temperatures up to 1200 C, but preferably at ambient temperatures.
High temperatures can adversely affect the nutritional value of some foods that are more sensitive to thermal conditions. The duration of the treatment should be adjusted to suit the temperature and concentration chosen; but it can vary from a few minutes to a few hours.
Generally speaking, the degree of protection offered is related to pH, duration, concentration and temperature. The free formaldehyde can be removed after treatment, by washing or, more simply, by heating.
In another way of protecting the proteinaceous material against attack in the rumen, copolymers or synthetic polymers of basic vinyl or acrylic monomers are used. The desired properties can be approximated by controlling the number of chargeable nitrogen atoms in the polymer molecule, and by controlling the proportions and types of copolymers employed. The desired activity of the polymer with respect to the proteinaceous food material can also be regulated by subsidiary monomer residues.
More especially, suitable basic polymers of amino acrylates or methacrylates are those of the following general formula:
EMI2.1
where: R1 = H or a normal or branched alkyl chain;
R2 = or a normal or branched alkyl chain;
R = H or methyl; and
n = 2, 3 or 4.
In particular, polymers and copolymers of aminoethyl methacrylates are preferred, the most suitable polymers of this type being derived from poly (tert.
butylaminoethyl methacrylate) and, to a lesser extent, poly (dimethylaminoethyl methacrylate).
The polymers or copolymers of basic vinyl monomers, which are the most promising, are the derivatives of vinyl monomers of the general formula:
EMI2.2
where Y is
EMI2.3
or
EMI3.1
or
EMI3.2
where R = H or alkyl.
Particular polymers or copolymers of some interest in this group are those derived from poly (2-vinylpyridine), poly (4-vinylpyridine) and poly (N-vinylpyrrolidone).
The characteristics of the particular polymeric protein complex can be controlled to a large extent by the use of copolymers of other vinyl or acrylic monomers. Example 8 below elucidates the effects of various proportions of copolymers and of different homopolymers. The choice of such modifying monomers will depend on the degree of basicity expected i.e. the likely acidic solubility - and the hydrophobic or hydrophilic properties - i.e. the solubility under normal conditions. In this way, for example, styrene or substituted styrene of methacrylate or acrylate copolymers can be employed to control the hydrophobicity and basicity of the resulting polymer complex.
Those skilled in the art will also be able to control the molecular weights of the resulting polymers and copolymers to appropriately modify the properties of the coatings.
It should be noted that the above requirements for polymers and copolymers can only be established in general terms, since these polymers have been selected to form complexes with the proteins to be coated. In the interesting case of poly (tert.butylaminoethyl methacrylate), when casein is used for the coating, a polymeric protein complex is formed which behaves admirably in resistance to bacterial attack (Example 8).
The present invention also contemplates the use of polymers analogous to those just described, in conjunction with a formalin treatment. Combination treatments of this kind can be applied as a single or two-phase process, but will preferably include the reaction product of methylolation between the polymer and formalin. according to the following general formula:
EMI3.3
The application of the protective treatment to the proteinaceous food material can be carried out according to any known suitable mode: the examples provide several. It has been envisaged, in particular, the use of a fluidized bed, the coating from an emulsion, a solution or a paste, the formation of the protective coating in situ or separately.
We must obviously wish, given a particular food or food supplement to protect, a reduction in the length of stay of this food in the rumen.
This can be achieved, in general, by two means. First, the food particle must be small, preferably between 0.1 and 1 millimeter in diameter, and its relative density is close to unity. A size and density of this order reduce the chances of the food returning for rumination, or of its retention in the rumen by mosses. Second, the addition of salt to the ration up to 15-20%, causing increased aqueous absorption.
greatly accelerates the passage of the rumen by this substance thus divided, which makes possible a reduction by half of the normal durations of the stay. Example 10 demonstrates this effect; but the application of this second means requires an adequate supply of water.
Although it has been clearly indicated that, according to the most advantageous applications of the invention, the best results can be obtained with a treatment agent which reacts with at least the surface protein to form a polymer complex having the desired characteristics, it is It may be possible, by improved coating techniques, to apply to the protein or amino acid a purely mechanical coating, essentially inert to them. Of course, such coatings are characterized by solubilities which are substantially unchanged by their application to proteins and amino acids.
The invention is illustrated with the aid of the examples below:
Example I
Several batches of 250 kg of commercial casein (particle size less than 0.5 mm) precipitated with hydrochloric acid, were stirred for one hour with 10 volumes of a formalin solution prepared by mixing a volume of commercial formalin (40 / n formaldehyde) with 9 volumes of water. The casein was allowed to settle and the formalin solution was decanted. The residue was stirred with 10 volumes of water, allowed to settle, and the water was decanted. This washing process was repeated once, and the residue dried on trays in an oven at 800 C.
Samples of formalin-treated and untreated casein were incubated with 20 ml of pansai juice, in vitra, at 39.50 C, and the ammoniacal accumulation in this medium was measured by distillation with a saturated solution of sodium borate. sodium and titration with 0.01N Hcl. Ammonia build-up is shown in Table 1.
Table 1
In vitro incubation of formalinized casein - Accumulation of NH3 above the blank value after incubation (/ o of nitrogen added).
3h 6h 12h 24h
Untreated casein 40.4 73.6 82.5 89.2
Formalinized casein - 0.6 - 0.4 - 0.6 - 4.1
The results in Table I are corrected for the small amount of accumulated ammonia which appears in the absence of added protein. These results indicate that the formalin treatment prevented the decomposition of the casein, thus treated, by the microbes in the incubation flasks. The treated casein was recovered intact in these balloons, while the untreated casein had largely disappeared.
Similar results were obtained when a
60 g sample of the treated casein was added through a fistula into the rumen of a sheep; there was no increase in the concentration of ammonia, while 60 g of untreated casein gave rise to an ammoniacal concentration which increased from 15 to 37 mg of nitrogen per 100 ml.
100 g of treated casein were added to the daily ration of eight sheep already receiving 400 g of alfalfa husk and 400 g of wheat husk. Four sheep were kept on a bullet ration alone, which was sufficient to keep the subject's somatic weight constant. Table 2 shows the wool growth rate and the weight of the sheep before and after the addition of treated casein to the daily ration. The growth of wool was measured starting from control zones delimited by lines tattooed on the sides. The total wool growth rates in grams per day, shown in Table 2, were obtained by multiplying the weight of dry wool stripped from the control area by a factor representing the ratio of the control rates to the overall growth rates. woolen.
Table 2
Growth in wool and somatic weight (B.W.) - Response to formalin-treated casein
Pre-treatment Weeks of treatment
2-3 4-5 6-7
Sheep Wool B.W. Wool B.W. Wool B.W. Wool B.W.
Group No g / day kg g / day kg g / day kg g / day kg
Control 6,016 8.1 55.8 7.4 55.4 6.8 55.2 6.9 54.6
6030 6.2 45.8 5.4 46.1 6.9 45.4 5.7 45.9
6033 6.2 52.0 4.8 52.1 5.8 51.8 4.8 51.8
6,034 6.8 55.0 7.0 55.5 6.2 55.3 7.4 55.6
Average 6.8 52.2 6.2 52.3 6.4 51.9 6.2 52.0
Treaties 6,018 6.1 54.8 9.5 57.2 12.0 58.0 13.1 58.2
6,024 5.9 56.4 7.4 57.4 7.9 58.3 8.1 59.1
6,029 7.3 52.2 9.5 54.4 12.8 55.2 12.8 55.7
6031 7.2 53.2 8.6 54.8 10.4 55.0 10.4 55.6
6014 5.8 47.2 7.9 48.7 11.0 49.0 10.5 49.9
6,020 5.5 57.0 6.5 59.2 8.9 60.5 7.8 61.2
6,026 7.5 56.7 9.5 58.0 10.2 58.5 10.4 58.4
6,036 8.0 44.5 9.8 46.7 13.8 48.0 13.6 49.3
Average 6.7 52.6 8.6 54.6 10.9 55.3 10.8 55.9
The wool growth of sheep receiving the treated casein was 74% greater than that of the control sheep after seven weeks.
Somatic weights also increased in sheep receiving treated casein. In other experiments, adding untreated casein to the same basic ration only increased wool growth by 10-15% and had no effect on somatic weight.
Blood samples were taken from four treated sheep and four control sheep four weeks after the diet change. Analysis of the pooled samples for free amino acids by ion exchange chromatography gave the results shown in Table 3.
Table 3
Asnino acids in sheep plasma after addition,
in their ration, of casein treated with formalin
Concentration mM
O / o
Amino Acid Witness Augmentation Treatment
Taurine 0.01 0.070 +100
Urea 0.366 0.542 + 48
Aspartic acid 0.033 0.032 - 3
MM O / o concentration
Amino Acid Witness Augmentation Treatment
Glutamic acid 0.059 0.050 - 15
Proline 0.092 0.280 +204 Citmlline 0.166 0.234 + 41
Wisteria 0.688 0.439 - 36
Alanine 0.220 0.173 - 21
Valine 0.107 0.244 + 128 1/2-cystine 0.014 0.037 + 164
Methionine 0.013 0.018 + 38
Isoleucine 0.055 0.084 + 53
Leucine 0.070 0.135 + 93
Tyrosine 0.060 0.082 +
37
Phenylalanine 0.032 0.046 + 44
Ornithine 0.106 0.125 + 18
Lysine 0.113 0.220 + 95
Histidine 0.112 0.112 0
Significant increases were seen in the concentration of essential amino acids in the plasma of sheep given formalin-treated casein in their ration. Similar changes in the amino acid concentration of the plasma could be observed when the casein was infused directly into the abomasum.
100 g of casein treated with formalin were generally added to the daily ration of fifteen sheep which received, in addition, 400 g of alfalfa husk. These sheep had previously been fed a ration comprising 250 g of alfalfa husk and 250 g of a concentrated mixture of flour (wheat, oats, flax and coconut). Table 4 gives the results obtained on the wool growth and the weight of the subjects.
Table 4
Wool growth and somatic weight (B.W.) - Response to formalinized casein
Pre-treatment Weeks of treatment
1-2 weeks 3-4 weeks 5-6 weeks
Wool B.W. Wool B.W. Wool B.W. Wool B.W.
Sheep g / day kg g / day kg g / day kg g / day kg
FA30 3.6 37.6 3.4 36.9 5.2 36.9 3.8 37.2
FA46 3.0 42.5 2.5 41.9 4.9 42.4 4.4 43.4
FA70 3.3 36.5 3.1 36.6 5.7 37.2 5.0 37.5
FA82 3.1 45.8 4.1 46.3 3.5: 45.3 3.8 46.8
FA84 2.1 39.6 3.6 40.7 5.3 41.3 5.1 41.1
FA86 2.6 42.0 3.1 41.1 4.6 41.8 5.5 42.2
4078 2.2 44.8 3.3 45.7 4.8 46.6 5.5 46.5
4092 3.5 41.2 4.3 41.5 4.4 41.8 5.7 41.8
4093 2.1 42.8 3.8 43.2 4.4 43.6 5.0 44.2
A665 2.4 32.9 3.3 32.7 3.1 32.5 2.8 32.6
5569 2.8 27.2 3.1 28.0 5.2 28.6 5.6 29.3
5577 4.6 38.2 5.3 39.2 7.2 39.8 8.3 40.2
5585 3.6 37.8 4.0 38.0 4.6 38.4 4.9 38.8
5590 3.0 38.1 3.2 37.6 3.6 38.9 4.7 39.4
5592 4.8 34.4 5.5 35.3 5.9 35.3 5.9 35.4
Average 3.1 38.8 3.7 39.0 4.8 39.4 5.1 39.8
After five to six weeks, the wool growth of these sheep had increased by 60.8 / o. Before starting treatment,
it had not changed by more than 10 o / o during the past year. The treatment also caused an increase in the subjects' weight.
Example 11
The formalin treatment of casein process described in Example I was applied to 500 lb (250 kg) batches of fishmeal, peanut meal, cottonseed meal, cottonseed meal, soy bean. The treatment lost a little soluble matter from these flours, and led to an increase in the percentage of crude protein, except for fishmeal, which lowered it.
Samples of two treated flours were incubated with rumen juice, in vitro, to assess the degree of protection obtained against microbial degradation. Table 5 gives the results for fish and peanut meal.
Table 5 In vitro incubation of formalin treated fishmeal and peanut meal. Accumulation of NH3
above the blank value after incubation (% nitrogen added)
3h 6h 10h 24h
Untreated fish meal 19.3 14.9 16.1 10.4
Processed fish meal .. - 0.4 - 2.1 - 0.1 -3.1
Untreated peanut flour 60.1 64.3 66.6 66.0
Processed peanut flour. 0.9 1.4 3.3 2.3
It should be noted that untreated fishmeal did not result in a large accumulation of ammonia in the culture medium, due to a natural resistance to microbial attack, or to the use of ammonia for microbial sythesis. However, for both flours, the formalin treatment significantly reduced ammonia build-up.
The treated flours had been mixed with equal parts alfalfa husk, and compressed.
Groups of six sheep were fed 500 g per head per day per day at each ration, and wool growth rates were compared with growth rates previously measured on similar rations containing untreated flour.
Table 6
Grows in wool on rations containing formalinized protein flour
Wool grows
Wool growth g / day
Sheep g / day Treated ration
Ration No Ration not treated after 4-5 weeks o / o change
Peanut flour 6560 6.0 6.7
6545 4.4 7.0
6538 4.2 8.4
6552 3.4 7.9
6554 2.8 4.6
6541 4.3 5.1
Average 4.2 6.6 + 57 or
Soybean flour 6526 6.9 8.5
6553 5.9 7.0
6543 6.3 6.9
6549 7.0 9.2
6537 5.2 7.5
6521 4.2 6.6
Average 5.9 7.6 + 29 or
Cottonseed meal 6,562 8.4 8.5
6528 7.4 7.0
6542 7.2 6.2
6548 5.6 7.0
6532 6.2 6.2
6519 5.4 6.6
Average 6.7 6.9 + 3 0 / o
Fish meal 6,559 8.5 5.3
6533 7.7 5.8
6540 7.8 5.3
6558 6.7 4.5
6550 8.3 6.4
6524 4.5 3.0
Average 7.3 5.1 - 30 <RTI
ID = 6.9> / o
It can be seen that the formalin treatment decreased the nutritional value of the fishmeal with respect to wool growth, possibly due to the loss of soluble constituents during the washing process.
The value of cottonseed meal was not affected by processing; but the values of soybean and peanut flour have been significantly increased.
Example 711
In view of the varied responses in wool growth obtained on the formalin treatment of different protein flours, the ability of different proteins to stimulate this growth when infused directly into the abomasum was measured.
Fistulas were therefore practical in the abomasum, and infusions made as Reis and Schinckel indicated in 1961.
Table 7 indicates the effects of these infusions on the growth of the wool and the weight of the subjects.
Table 7
Increases in wool growth rate and somatic weight (B.W.)
resulting from the infusion of various proteins into the abomasum
Grows wool. Augm. somat weight.
No Basic ration Inf. prot. 5-7 weeks after 7 weeks
Sheep protein g / day g / day O / o increase. (kg)
Casein 3 800 60 148 4.5
Gelatin 1 800 60 20 3.0
Blood meal 2 400 62 31 2.4
Far. fish. 1 800 83 47 4.0
Far. soya 1,800 80 27 4.9
These results show that the infusion of various proteins into the abomasum gives different responses in wool growth and weight of the subject, so that the protection of the different proteins against microbial attack, by treatment with formalin, cannot be. considered to give the same answer in wool growth. Note that the increase in somatic weight was not proportional to the increase in the rate of wool growth.
Further responses regarding the latter were obtained when 1.5 to 3 grams per day of L-cysteine or D-methionine were infused with casein or gWlatin, indicating the importance of the amino acid composition of the infused protein.
Example IV
The formalin treatment, as described in Example 1, was also applied to fresh grasses and clover, and alfalfa chaff. In all cases.
treatment of food materials with formalin markedly reduced ammoniacal accumulation after in vitro incubation (Table 8). Analysis of volatile fatty acids revealed that formalin treatment does not decrease the fermentation of carbohydrate present in food materials.
Table 8
In vitro incubation of fresh grass, legumes and alfalfa husk.
Ammonia build-up above blank test. % nitrogen added
3h 6h 10h 24h
Grass (Kikouyou Pennisetum clandestinum) untreated 22.8 14.1 - 4.4 - 17.1
treated - 0.9 -9.0 - 14.9 - 47.4
Dwarf clover (Trifolium subterraneum) untreated 12.9 8.5 6.9 12.6
treated -0.7 - 3.8 -8.3 -29.1
Alfalfa (Medicago sativa), untreated 22.7 23.4 22.8 39.0
treated 2.6 0.8 -3.1 - 9.7
Alfalfa bale untreated 9.3 4.7 7.5 11.0
treated - 1.5 -4.0 - 19.0 - 12.5
Example V
The process described in Example I for the treatment of casein with formalin suffers from a disadvantage: it requires a phase of washing and extraction of the soluble constituents when it is applied to certain food materials rich in proteins.
These drawbacks are overcome by simply adding a solution of formalin sufficient to make a paste and by removing the free formaldehyde by drying.
Seven samples of 50g of casein precipitated by hydrochloric acid were mixed with 3 volumes (weight) of a formalin solution containing respectively 2.50 / 0, O / o, 7.5o, 10 O / o, 12, 5 O / o, 25/0 and 50 oxo of commercial formalin. After one hour at 200 C, the pasta was placed in an oven at 800 C until the characteristic odor of formaldehyde ceased to be detectable.
The samples were then incubated in
vitro in pansal juice, as in Example I.
Table 9 In vitro incubation of formalinized casein in a paste.
Ammonia build-up above the value
blank, after incubation (% nitrogen added)
3h 6h 12h 24h
Untreated casein 40.4 73.6 82.5 89.2
Formalized casein:
at 2.5 / 0 - 0.2 0.2 - 0.1 - 0.1
at 5 lo - 0.4 0.0 - 0.6 -2.4
at 7.50 / o - 0.2 0.0 - 2.2 - 4.7
at 10 0 / o -0.6 0.0 ¯1.9 -5.8
at12.5o / 0 0.0 -1.3 - 2.9 - 3.7
at25 / o -1.0 - 3.0 - 6.2 - 9.3
at50 0 / o -4.3 -11.0 -20.3 - 28.4
A satisfactory degree of protection against microbial degradation has been obtained by treatment of Casein with
2.5% formalin, and even lower concentrations gave satisfactory protection.
At higher formalin concentrations, ammoniacal accumulation was less than in tubes where there was no casein input, indicating microbial inhibition due to the presence of free formaldehyde in the incubation medium.
Example VI
This example describes the preparations and the effects of a process by treating a tannin. Such a treatment can be cited for comparison, but does not form part of the invention. Three vegetable tannin preparations were evaluated for their ability to make the protein resistant to microbial degradation in the rumen.
The tannic preparations were with quebracho (from Quebracho Colorado wood), myrobolan (from the fruit of
Terminalia chebula) and chestnut (from the wood of Castanea vesca). 5 kg of casein precipitated by hydrochloric acid (particle size less than 0.5 mm) were mixed with 150% by weight of powdered tannin and a supply of 3 volumes of water. The mixture was stirred to form a homogeneous paste, then left for 16 hours at room temperature. The dough was then dried in the oven at 700-800 C.
Samples of the dry matter were added to flasks containing pansal juice and incubated for 24 hours, as in Example I.
Table 10
In vitro incubation of casein treated with vegetable tannins.
Ammonia build-up above the value
blank, after incubation (% nitrogen added)
3h 6h 10h 24h
Untreated casein. 25.7 51.6 71.0 81.1
Processed casein:
with quebracho 25.1 48.1 67.0 74.7
with myrobalan 22.6 44.2 63.1 79.3
with chestnut 23.0 46.8 60.9 69.3
It can be seen from Table 10 that the treatment of casein with vegetable tannins caused only a slight reduction in the microbial decomposition of the casein.
When a sheep received a ration containing 70 g of casein treated with myrobalan tannin, plus 400 g of zagay portions of alfalfa and wheat husk, he ate it on the first day, and then refused it. Another sheep accepted a similar ration, but containing quebracho tannin, but no increase in wool growth was observed. A third first ate a similar ration containing chestnut tannin, but also refused it after the first day.
Example Vll
The aldehydes, glyoxal and glutaraldehyde, and sucrose disaccharide, were also evaluated in comparison with formaldehyde, as a means of making the protein resistant to microbial breakdown in the rumen. Treatments with these aldehydes do not form part of the invention.
Samples of casein precipitated by hydrochloric acid (with a partial dimension of less than 0.5 mm) were stirred respectively with 10 volumes of 30 O / 0 glyoxal and with various concentrations of glutaraldehyde, for one hour. The casein was then allowed to settle; the solution was decanted, the residue washed twice with water, then dried at 800 C. A sample of casein was also mixed with an equal weight of sucrose, and the mixture stirred with one volume of water, oven dried at 800 C, washed with water and dried again.
The dry casein resulting from these reactions was brown in color, indicating possible loss of amino acids, especially lysine, from the brown reaction. (Formalin-treated casein stays white.)
The samples were incubated in vitro as in Example I.
Table it
In vitro incubation of casein treated with ethanedial,
with glutaraldehyde or sucrose. Accumulation
ammonia above the blank value,
after incubation (% nitrogen added)
3h 6h 12h 24h
Untreated casein 43.2 78.4 90.7 89.8
Processed casein:
:
30% glyoxai. 31.3 71.0 87.7 86.1
1 0 / o glutaraldehyde - 0.2 - 0.1 - 0.1 2.7
3.125 oxo glutaraldehyde - 0.8 - 0.8 - 0.2 - 0.4
6.25 0 / o glutaraldehyde - 0.8 - 0.4 0.0 0.4
12.5 0 / o glutaraldehyde - 1.0 - 0.8 0.2 - 0.2
25 0 / o glutaraldehyde - 1.3 - 0.4 0.2 0.6
Sucrose treated casein 2.1 5.8 12.9 23.9
Glyoxal-treated casein can only be considered mildly protected against microbial degradation, while glutaraldwhyde treatment has made it immune to microbial action. Noticeable protection has been shown with casein treated with sucrose.
Sheep were fed rations containing respectively 1 O / o casein treated with glutaraldehyde and sucrose. Preliminary observations indicated a smaller increase in wool growth than the increase due to the addition of formalinized casein to the ration. While the treated casein was protected against microbial attack in the rumen, the treatment did not appear to have significantly increased the absorption of the limiting essential amino acids from the small intestine.
The use of polybasic polymers to protect casein against microbial attack has also been investigated. Samples of casein precipitated with hydrochloric acid were coated with different polymers, and the level of the coated protein solution at pH 6.0 measured using a flow cell set at 280 m. The polymers had been prepared and characterized according to Harrap, Rosman and Solomon in 1965, and comprising:
1. Poly (N-vinylpyrrolidone)
2, N-vinylpyrrolidone-styrene (50:50) copolymer
3. N-vinylpyrrolidone-styrene (75: 25) copolymer
4. Poly (2-vinylpyridine)
5.2-vinylpyridine-styrene (50:50) copolymer
6.2-vinylpyridine-styrene (75: 75) copolymer
7. Poly (tert-butylaminoethyl methacrylate)
8.
Tert-butylaminoethyl methacrylate-styrene (50:50)
copolymer
9. Tert-butylaminoethyl methacrylate-styrene (75:25)
copolymer 10. Poly (4-vinylpyridine) 11. 4-vinylpyridine-styrene (50:50) copolymer 12. 4-vinylpyridine-styrene (75: 25) copolymer
Polymer No. 7: poly (tert-butylaminoethyl methacrylate) and, to a lesser extent, Nos. 4 and 10, were found to render casein insoluble at pH 6.
Samples of acid-precipitated casein (particle size between 0.4 and 0.5 mm) were treated with 48% of their weight of polymers Nos. 7 and 12 dissolved in 10% ( weight-vol.) of methyl ethyl ketone. (20% of polymer No 7 is sufficient to make the casein insoluble at pH 6.0). The samples were dried and then incubated in vitro with the pansai juice, as according to Example I. The results are given in Table 12.
Table 12
In vitro incubation of casein treated with polymers
polybasic. Ammonia build-up above
of the blank value -% nitrogen added in casein
3h 6h 12h 24h
Untreated casein 21.2 46.2 76.5 88.0
Processed casein
with polymer 7 2.7 7.9 6.0 5.4
Processed casein
with polymer 9 29.0 44.7 54.7 62.2
Polymer 7 -0.9 -4.1 - 13.5 -21.7
Polymer 7: poly (tertwbutilaminoethyl methacrylate) protected casein against microbial attack, while styrene copolymer 12 was found to be less effective. Polymer 7, added alone to the incubation flask, reduced ammonia build-up below the blank level. This effect seems to be associated with a toxic action exerted on microbes.
Some protozoa burst when the polymer was added to the microbial suspensions of the pansal juice, and the motility of others was markedly reduced. No such action was observed when casein, treated with the same polymer, was added to the suspension of rumen microbes.
Example IX
This example relates to the use of formalin treatment to protect the amino acid methionine against metabolism in the rumen. The same methods can be applied to cystine and other amino acids.
It has already been shown that the infusion of cysteine or methionine into the abomasum causes a marked increase in wool growth. (Reis and Schinckel, 1963.)
One gram samples of methionine were coated with an aqueous solution containing 5 g of calcium caseinate (casinal-glaxo). After drying at 800 C, the coated methionine was then treated with formalin to a paste employing 10% formalin, as in Example V. Control tubes were also prepared with added formalinized methionine and casein. separately.
The preparations were then incubated in vitro with pansai juice, and the concentration of methionine in the incubation juice, after precipitation of the microbes and proteins with 0.1 N sulfuric acid was measured by electrophoresis on high-grade paper. voltage (table 13).
Table 13
Methionine recovered from incubation sweat
% added methionine
3h 6h 12h 24h
Methionine 93 93 81 67
Methionine coated with ca
seine treated forcibly
smart 53 52 62 62
Methionine + casein
treated with formalin 100 92 87 60
It can be seen that the coating of methionine with casein. and subsequent treatment with formalin, reduced the solution of methionine in the incubation juice.