FRUKTAANIT HEVOSTEN REHUISSA Milja Heikkinen Helsingin yliopisto, Kotieläintieteen laitos, milja.heikkinen@helsinki.fi Johdanto Suomessa on tutkittu laajasti nurmirehujen laatuominaisuuksia, mutta hevosten rehuja koskevaa tutkimusta on tehty vähän. Säilöntäaineisiin liittynyt tutkimus- ja kehitystyö on keskittynyt lähes kokonaan tuoreisiin säilörehuihin tai kohtuullisesti esikuivattuihin rehuihin (kuiva-ainepitoisuus alle 50 %). Hevosille tehdyt rehut ovat usein hyvin pitkälle esikuivattuja, jopa 70 80 % kuiva-ainetta. Tämä on haaste rehuntuotannolle, koska tällaisen rehun valmistusprosessista on hyvin vähän tietoa. Yksi merkittävä ongelma hevosten nurmirehuissa on niiden mahdollinen haitallisen korkea sokeripitoisuus. Runsas määrä sokereita ei ehdi hajota hevosen mahalaukussa ja ohutsuolessa, vaan virtaa paksusuoleen ja aiheuttaa ruuansulatushäiriöitä, kuten ripulia. Sokereista etenkin fruktaanit ovat ongelmallisia, sillä hevosen omat entsyymit eivät pysty hajottamaan niitä ohutsuolessa, joten ne virtaavat paksusuoleen muuttumattomina. Paksusuolessa mikrobit fermentoivat fruktaaneja tuottaen maitohappoa, minkä seurauksena suolen ph laskee. Tällöin happamuudelle herkät mikrobit tuhoutuvat ja paremmin happoa kestävät mikrobit lisääntyvät merkittävästi (King & Mansmann, 2004). Mitä fruktaanit ovat? Fruktaanit kuuluvat solunsisällyshiilihydraatteihin ja ne toimivat varastohiilihydraatteina lauhkean ilmaston alueen nurmiheinäkasveissa (Longland & Byrd, 2006). Rakenteeltaan fruktaanit ovat fruktoosin polymeerejä, joissa sakkaroosi on aloitusyksikkönä (Ritsema & Smeekens, 2003). Eri kasvilajeissa esiintyvät fruktaanit muodostavat homologisen sarjan oligo- ja polysakkarideja, joissa jokaisessa on yksi fruktoositähde enemmän kuin edellisessä sarjan jäsenessä (Pollock, 1986). Fruktaaniketjun pituus vaihtelee noin kymmenestä muutamaan sataan fruktoosiyksikköön (Ritsema & Smeekens, 2003). Ruohot syntetisoivat suuren määrän erikokoisia ja -rakenteellisia fruktaaneja, mutta jokaiseen lajiin näyttää kertyvän vain sille tyypillisiä fruktaaneja (Chatterton ym., 1989). Suurimpaan osaan lauhkean alueen laidunkasveista kertyy pääasiassa β2,6-sidoksellista fruktaania (levaani-ryhmä), mutta ne tuottavat myös β2,1-sidoksellista fruktaania (inuliini-ryhmä) (Müller & Lier, 1994). Kasvit käyttävät fruktaaneja uudelleen kasvuun katkaisun tai kuihtumisen jälkeen sekä orastumiseen (Ritsema & Smeekens, 2003). Fruktaanit aiheuttavat kaviokuumetta Hevosen paksusuolen ph:n laskun seurauksena happamissa olosuhteissa menestyvistä mikrobeista grampositiiviset Streptococcus bovis -lajin bakteerit tuottavat eksotoksiinia, joka aktivoi matriksin metalloproteinaasi (MPP) entsyymejä (Mungall ym.; 2001). MMP:t ovat entsyymejä, jotka hajottavat kollageeneja ja muita soluväliaineen proteiineja normaalin kehityksen ja kudosten uudelleenmuokkaamisen aikana (Woessner, 1991). Streptococcus bovis -lajin lisääntyessä merkittävästi paksusuolessa suuri määrä MMP-entsyymejä aktivoituu (Pollitt, 2004). Entsyymeistä osa läpäisee suolen seinämän ja pääsee verenkierron mukana kavioon, missä ne hajottavat soluliitoksia kavion seinämässä. Tällöin kavion seinämää ja kavioluuta yhteen ankkuroiva kudos vaurioituu. Jollei luu ole kunnolla kiinni kavion seinämässä, kääntävät hevosen paino, liikkeestä aiheutuva paine ja syvän koukistajajänteen esteetön veto kavioluun kärkeä alaspäin kohti kavion pohjaa, mikä repii sälekerrosta yhä enemmän rikki (Pollitt, 2004). Samalla verisuonet vahingoittuvat ja kavion pohjan sekä ruununrajan verinahka vaurioituu, joka aiheuttaa voimakasta kipua ja vakavaa vammautumista. 24
Fruktaanin fermentaation seurauksena paksusuolessa syntyy maitohapon lisäksi amiineja, joiden on tutkittu aiheuttavan häiriöitä kavion verenkierrossa (Crawford ym. 2007). Paksusuolen grampositiiviset bakteerit muodostavat amiineja aminohapoista dekarboksylaation välityksellä (Bailey ym., 2004). Tämä aiheutuu mahdollisesti bakteerien reagoidessa ph:n laskuun maitohapon määrän lisääntyessä. Kavion verenkierron häiriintyessä hapen ja ravintoaineiden kulkeutuminen kavioon vähenee, jonka seurauksena kavion vahva rakenne vaurioituu. Kaviokuumeen ehkäisyn kannalta on toivottavaa, että mahdollisimman suuri osa ruohon fruktaaneista hajoaa säilönnän aikana. Muutamat eläimet laumasta voivat saada kaviokuumeen laitumella, vaikka suurin osa laumasta ei sairastu (Longland & Byrd, 2006). Tämä voi johtua siitä, että joidenkin hevosten kynnys saada kaviokuume on pienentynyt tai kaviokuumeesta kärsivät hevoset laiduntavat valikoivasti alueilla, joiden fruktaanipitoisuus on suuri. Todennäköisesti fruktaaniannos, joka aiheuttaa kaviokuumetta sairaudelle herkille hevosille, on pienempi kuin normaalisti kaviokuumetta aiheuttava annos terveille hevosille. Hevoset laiduntavat 12-17 tuntia päivässä, jolloin varastohiilihydraatit eivät saavu paksusuoleen kerralla. Ei tiedetä, aiheuttaako jatkuva runsaasti fruktaania sisältävän ruohon saanti kroonista laktaattia tuottavien bakteerien lisääntymistä, mikä aiheuttaa paksunsuolen ph:n laskun. Jatkuvasti vaihtuvan ruohon fruktaanimäärän johdosta voi paksunsuolen mikroflooran olla vaikea saavuttaa pysyvää tilaa. On mahdollista, että sairastumiselle herkillä eläimillä on krooninen häiriintynyt paksusuolen bakteerien ympäristö, jolloin hetkellisesti merkittävästi kohonnut fruktaanin saanti voi laukaista kaviokuumeen. Fruktaanien hajoaminen säilönnän aikana Biologisia ja kemiallisia säilöntäaineita käytetään parantamaan fermentaation laatua. Tästä syystä niitä käytetään etenkin kuiva-ainepitoisuuden ollessa pieni. Suora orgaanisen hapon, esimerkiksi muurahaishapon, lisäys rajoittaa fermentaatiota, jolloin vesiliukoisia hiilihydraatteja jää rehuun enemmän (Saarisalo ym., 2006). Ruohoissa koko vesiliukoisten hiilihydraattien fraktio on säilönnän aikana helposti maitohappobakteerien (LAB) saatavilla fermentaatioon (Winters ym., 1998). Vesiliukoiset hiilihydraatit sisältävät fruktaanit, joita voi olla lauhkean alueen ruohoissa koko fraktiosta jopa 90 %. Useat tutkijat ovat todenneet, että fruktaanit hajoavat verrattain hitaasti säilönnän alkuvaiheessa (Spicka, 1996; Winters & Merry, 1996). Tämän seurauksena hiilihydraatteja voi olla liian vähän käytettävissä fermentaatioon säilönnän alussa. Aiemmat kokeet ovat osoittaneet, että fruktaanin hajoamisen aste riippuu sekä kasvi- että mikrobientsyymien aktiivisuudesta (Merry ym., 1995). Müller & Lier (1994) totesivat, että alle kolme prosenttia lauhkean alueen ruohoista eristetyistä maitohappobakteereista pystyy hajottamaan fruktaania. Merry ym. (1995) ehdottivat, että fruktaania hajottavan maitohappobakteeriympin lisäys rehuun on suositeltavaa etenkin silloin, kun ruohon vesiliukoisia hiilihydraatteja on vähän. Tutkimus kuiva-ainepitoisuuden ja säilöntäainekäsittelyn vaikutuksista rehun fruktaanipitoisuuteen Kesällä 2007 suoritettiin Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskuksessa (MTT) Jokioisilla koe kuiva-ainepitoisuuden ja säilöntäainekäsittelyn vaikutuksista pitkälle esikuivattujen säilörehujen fruktaani- ja kokonaissokeripitoisuuksiin. Koe suoritettiin säilömällä koerehut 120 ml:n minisiiloihin. Tavoitteena oli tehdä kokeet ensimmäisestä sadosta kahdessa eri kehitysvaiheessa (D-arvot 66-68 % ja 60-62 %) ja toisesta sadosta aikaisessa ja myöhäisessä korjuuvaiheessa. Ensimmäinen sato saatiin tehtyä tavoitteen mukaan (niittopäivät 13.6.2007 ja 26.6.2007). Kuivuudesta johtuen nurmet kasvoivat hitaasti ensimmäisen sadon korjuun jälkeen ja toisen sadon teko viivästyi (niittopäivä 9.8.2007). Toisesta sadosta saatiin korjattua vain aikainen korjuu johtuen sateisesta loppukesästä. Toisen sadon myöhäisen korjuun sijaan tehtiin kolmas sato (niittopäivä 21.9.2007). Jokaisella korjuukerralla säilöntäkokeet tehtiin kahdessa kuiva-ainepitoisuudessa. Kuiva-ainetavoitteet olivat noin 300 g/kg ja yli 600 g/kg. 25
Säilöntäainekäsittelyinä olivat painorehu, muurahaishappo (85 %) ja maitohappobakteeri Lactobacillus plantarum (Lactofast, Kemira Oyj). Lactofast annosteltiin ohjeen mukaan, jolloin tavoitteena oli 10 6 pmy/g. Muurahaishappon annostus oli 5l/t. Kokeen tuloksia Säilörehujen raaka-aineista otettiin niiton yhteydessä ja juuri ennen säilöntää näyte kemiallisia analyysejä varten. Säilörehuista otettiin näytteet 21 ja 90 vuorokauden kuluttua säilönnästä. Näytteistä määritettiin kokonaissokeri- ja fruktaanipitoisuudet sekä säilörehujen säilönnällinen laatu. Niittonäytteiden kokonaissokeri- ja fruktaanipitoisuudet eri korjuukerroilla on esitetty kuvassa 1. Näytteiden sokeripitoisuudet vaihtelivat välillä 99 165 g/kg ka. Pitoisuus oli pienin toisen sadon niittonäytteessä ja suurin kolmannen sadon niittonäytteessä Kaikkien näytteiden fruktaanipitoisuudet olivat erittäin pieniä. Suurin fruktaanipitoisuus (9,8 g/kg ka) oli ensimmäisen sadon aikaisen korjuun näytteessä ja pienin (6,6 g/kg ka) ensimmäisen sadon myöhäisen korjuunnäytteessä. 180 160 140 120 g/kg KA 100 80 60 40 20 fruktaanit sokerit 0 Sato1 aikainen Sato1 myöhäinen Sato2 Sato3 Kuva 1. Niittonäytteiden sokeri- ja fruktaanipitoisuudet eri korjuukerroilla Säilörehujen raaka-aineiden fruktaani- ja sokeripitoisuudet sekä D-arvot esikuivauksen jälkeen ovat taulukossa 1. Säilörehujen raaka-aineet olivat kuiva-aineiltaan hieman alle 30 % ja noin 60 %. D- arvoiltaan kaikki raaka-aineet olivat hyviä. Ensimmäisen sadon aikaisemman korjuun ja kolmannen sadon raaka-aineiden D-arvot olivat yli 70 % ja muiden raaka-aineiden noin 68 %. Kaikkien raakaaineiden sokeripitoisuudet vähenivät esikuivauksen aikana noin 20 g/kg ka verrattuna niittonäytteisiin ja näytteissä, joissa oli suurempi kuiva-ainepitoisuus (KA2), oli hieman vähemmän sokereita kuin näytteissä, joissa oli pienempi kuiva-ainepitoisuus (KA1). Kaikkien näytteiden fruktaanipitoisuudet (5,70 11,28 g/kg ka) olivat pieniä. 26
Taulukko 1. Säilörehujen raaka-aineiden fruktaani- ja sokeripitoisuudet sekä D-arvot. Sato Sato1 Sato 2 Sato 3 Kasvuaste Kasvuaste 1 Kasvuaste 2 Kuiva-aine KA1 KA2 KA1 KA2 KA1 KA2 KA1 KA2 Kuiva-aine, g/kg 275 614 356 663 277 662 232 891 Sokeri, g/kg ka 122 121 149 144 83 77 165 160 Fruktaanit, g/kg ka 11,28 10,10 5,70 6,37 6,23 6,27 6,14 D-arvo, % 70,9 70,9 67,6 67,7 68,2 67,7 70,6 71,1 Eri säilöntäaineilla säilöttyjen rehujen fruktaani- ja sokeripitoisuudet 90 vrk säilönnästä ovat taulukossa 2. Kuivemmissa rehuissa sokereita ja fruktaaneja oli enemmän kuin märemmissä rehuissa. Ympillä tehdyssä rehussa fruktaaneja oli vähiten jäljellä ja happorehussa eniten. Hapolla tehdyssä rehussa myös kokonaissokeripitoisuus oli suurin. Kuivemmassa rehussa säilöntäaine ei ollut vaikuttanut rehujen fruktaani- ja sokeripitoisuuksiin. Kaikkien rehujen fruktaanipitoisuudet olivat hyvin pieniä. Taulukko 2. Eri säilöntäaineilla säilöttyjen rehujen fruktaani- ja sokeripitoisuudet (g/kg ka) 90 vrk säilönnästä rehun kuiva-ainepitoisuuden ollessa joko 30 tai yli 60 %. Fruktaanit yhteensä Sokerit yhteensä Frukt. osuus sokereista, % Kuiva-aine 30 % Painorehu 10,7 53,2 18,4 Happo 12,6 141,8 8,9 Ymppi 10,0 71,3 16,4 Kuiva-aine >60 % Painorehu 14,3 117,0 14,1 Happo 15,1 123,1 14,5 Ymppi 14,9 112,4 15,0 Hevosen karkearehun tarve on yli 1 kg ka/100 kg elopainoa (Saastamoinen ym., 2003). Tällöin 500 kg painava hevonen tarvitsee päivässä 9 kg säilöheinää, jonka kuiva-ainepitoisuus on 60 %. Hapolla säilötty kokeen kuivempi rehu sisälsi fruktaania 15,1 g/kg ka. Tällaista rehua syötettäessä hevosen päivittäinen fruktaanin saanti olisi vain 136 g eli 0,27g/elopaino-kg. Määrä on huomattavasti pienempi kuin fruktaanimäärä (7,5g/kg elopainoa), jonka on todettu aiheuttavan kaviokuumetta (van Eps & Pollit, 2006). Vaikka rehu sisältäisi fruktaaneja 300 g/kg ka, pitäisi hevosen syödä yli 12 kg ka, jotta päivittäinen fruktaanien saanti olisi kaviokuumetta aiheuttava. Lisäksi hevosen syödessä fruktaanit virtaavat ohutsuoleen vähitellen. Van Epsin & Pollitin (2006) kokeessa fruktaani infusoitiin hevosille kertaannoksena. Hevonen syö tuoretta laidunta kuiva-aineena 1,5-5,2 % elopainostaan (Longland & Byrd, 2006). Laidunnustutkimuksessaan Longland & Byrd (2006) totesivat, että jos fruktaanien osuus hiilihydraateista olisi yli 50 %, paljon (385 g/kg ka) vesiliukoisia hiilihydraatteja sisältävällä laitumella 500 kg hevosen fruktaanien saanti voisi olla jopa 3,5-7,3 kg päivässä. Se olisi lähes kaksinkertainen kaviokuumetta aiheuttavaan määrään verrattuna. Tulosten perusteella voidaan todeta, että laidunkausi on vaativampi kaviokuumeen ehkäisyn kannalta kuin sisäruokintakausi. Lisäksi vähemmän esikuivattu ja ympillä säilötty rehu on turvallisempaa, sillä siinä osa sokeista ja fruktaaneista hajoaa säilönnän aikana. MTT:llä tehdyssä tutkimuksessa kaikkien raaka-aineiden fruktaanipitoisuudet olivat pinempiä kuin säilörehujen. Tämä viittaa mahdollisiin ongelmiin fruktaanien analysoinnissa. On mahdollista, että kaikkia fruktaaneja ei ole saatu esille, mikä selittäisi säilörehujen pieniä fruktaanipitoisuuksia. 27
Lähteet Bailey, S.R., Menzies-Gow, N.J., Marr, C.M. & Elliot, J. 2004. Equine Vet. J. 36: 267-272. Chatterton, N.J., Harrison, P.A., Bennett, J.H. & Asay, K.H. 1989. J. Plant Physiol. 134: 169-179. Crawford, C., Sepulveda, M.F., Elliot, J., Harris, P.A. & Bailey, S.R. 2007. J. Animal Sci. 85: 2949-2958. King, C. & Mansmann, R.A. 2004. Clin. Tech. Equine Pract. 3: 96-102. Longland, A.C. & Byrd, B.M. 2006. J. Nutr. 136: 2099S-2102S. Merry, R.J., Winters, A.L., Thomas, P.T., Müller, M. & Müller, T. 1995. J Appl Microbiol 79:583-591. Mungall, B.A., Kyaw-Tanner, M. & Pollitt, C.C. 2000. Vet. Microbiol. 79: 209-223. Müller, M. & Lier, D. 1994. J. Appl. Bacteriol. 76: 406-411. Pollitt, C.C. 2004. Clin. Tech. Equine Pract. 3: 34-44. Pollock, C.J. 1986. Tansley review No. 5. The New Phytologist 104: 1-24. Ritsema, T. & Smeekens, S.C.M. 2003. J. Plant Physiol.160: 811-820. Saarisalo, E., Jalava, T., Skyttä, E., Haikara, A. & Jaakkola, S. 2006. Agric. Food Sci. 15: 185-199. Saastamoinen, M., Hirvonen, P. Hyyppä, S., Jansson, H. Laine, P. 2003. Hevosen ruokinta ja hoito. s. 23. Spicka, J. 1996. Phytochemistry 31: 2989-2992. Van Eps, A.W. & Pollit, C.C. 2006. Equine vet. J. 38: 203-208. Winters, A. & Merry, R. 1996. Feed Mix 4: 27-30. Winters, A.L, Merry, R.J, Müller, M., Davies, D.R., Pahlow, G. & Müller, T. 1998. J. Appl. Microbiol. 84: 304-312. Woessner, J.F.Jr. 1991. FASEB Journal 5: 2145-2154. 28