D étermination de la digestibilitè`

1111111111111111111118 0 0 0

FA

D étermination de la digestibilitè`

de plantes fourrageresl

F. X. SCHtIBIGER et J. LEHMANN, Statior2 féclérale de recherches en agroécologie et agriculture de Reckenhol -,, CH- 8046 Zurich

R. DACCORD et Y. ARRIGO,

fédérale de recherches en production anlrnale, CH-1725 Posieux

B. JEANGROS et J. SCEHOVIC, Station fédérale de recherches en production végétale de Changlns, CH-1260 Nyon 1

~ E-mail: franz.schubiger@fal.admin.ch Tél. (+41) 1/37 77 333.

Résumé

La digestibilité de la matière organique (dMO) peut

être déterminée par différentes méthodes de labora-

toire (analyses

incubation des échantillons

dans du jus de panse ou dans une solution d'en- zymes ou encore estimation à partir de la composï-

tion chimique. Dans cet article, les valeurs de dMO

in vitro -

établies à l'aide de quatre méthodes diffé-

rentes - ont été comparées aux valeurs obtenues lors

d'essais d'alimentation avec des animaux (méthode

in vivo) afin d'évaluer la précision des méthodes de

laboratoire. La méthode microbiologique (incubation dans du jus de panse) est celle qui a permis d'esti- mer les valeurs

avec la plus grande précision.

La détermination de la dMO par calcul a partir des teneurs en constituants pariétaux et en métabolites secondaires a également donné de bons résultats.

La méthode enzymatique (utilisation d'enzymes à la place du jus de panse) est celle qui a donné les

moins bons résultats.

_ ., _

1 1'

' Q ~

~ a

Introduction

La digestibilité de la matière organique (dMO) des fourrages peut être déterminée avec le concours d'animaux (méthode

in vivo).

Cette méthode est onéreuse et nécessite de gros moyens. En outre, elle n'est pas utilisable pour de nombreux échantillons. Pour faire face à ce problème, plusieurs métho- des d'estimation de la digestibilité en laboratoire

vitro) ont été proposées. Parmi elles, la méthode en deux étapes dé- veloppée par

et TERRY (1963) s'est bien imposée. Sa mise en oeuvre exige cependant du jus de panse provenant de vaches fistulées, ce qui limite les possibilités d'utilisation de cette méthode. La méthode du test de HOHENHEIM («Hollen- heimer Fiittent

»; ME

et al., 1979) repose également

'Traduction par Marco Meisser (RAR Posieux) de l'article original en allemand paru dans Agi-nrfnrscluirtg 8 (9), 360-363.

Fig. 1. Dans la méthode microbiologique, l'échantillon de plantes est d'abord incubé dans du jus de panse avant d'être dégradé dans une solution de pepsine et d'acide chlorhydrique (photo FAL, Gabriela Brndle).

Revue suisse Agric. 34 (1): 13-16, 2002 13

Tableau 1. Comparaison entre les valeurs de digestibilité in vivo et les valeurs obtenues avec les différentes méthodes de laboratoire in vitro.

Méthode Nombre

échantillons

Moyenne

N

N

Echantillons après conservation

In vivo (moutons) 35 76,8 83,5 65,8

- -

Microbiologique 35 77,6 86,5 67,8 0,80 2,1

Enzymatique 35 73,4 83,6 55,4 0,53 3,4

Chimique (dMO-L) 35 75,2 82,3 66,7 0,72 2,6

Chimique (dMO-IANP) 35 78,5 88,6 65,1 0,79 2,3 Echantillons «en vert»

Microbiologique 34 77,7 86,1 67,9 0,82 211

Enzymatique 34 7411 83,4 62,6 0,49 3,5

Chimique (dMO-L) 34 74,6 81,8 66,2 0,65 2,9

Chimique (dMO-IANP) 34 77,7 88,1 64,3 0,70 2,7 Tous les échantillons

In vivo (moutons) 35 76,8 83,5 65,8

- -

Microbiologique 69 77,6 86,5 67,8 0,81 2,1

Enzymatique 69 73,8 83,6 55,4 0,50 3,4

Chimique (dMO-L) 69 74,9 82,3 66,2 0,68 2,7

Chimique (dMO-IANP) 69 78,1 88,6 64,3 0,74 2,5

R2 = coefficient de détermination de l'estimation des valeurs in vivo.

se = erreur standard de la prédiction des valeurs in vivo.

sur l'utilisation de jus de panse. Ce n'est cependant pas le point final de la digestion qui est déterminé, comme dans la méthode précédente, mais la production de gaz de fermentation. On obtient ainsi des informations sur la ci- nétique de dégradation.

A plusieurs reprises, il a été proposé de remplacer le jus de panse par l'enzyme cellulase, qu'il est possible d'obtenir dans le commerce

et al., 1970;

JONEs

et

1973;

et al., 1986). Des équations de régres- sion, permettant d'estimer la dMO à partir de la composition chimique, ont également été développées

1994). La spectrophotométrie dans le proche infrarouge (SPIR) constitue une autre méthode qui permet d'analyser très rapidement un grand nombre d échantillons de façon fiable et peu coûteuse

et al., 1976). Cette méthode offre en outre un avantage de taille: il est possible de déterminer plu- sieurs paramètres analytiques à partir du même cycle de mesures. L'utilisa- tion du spectrophotomètre implique cependant un travail préalable de cali- bration. Celui-ci ne peut se faire sans l'aide d'une méthode de laboratoire, de sorte que la précision des valeurs SPIR dépend directement de la méthode d' étalonnage utilisée.

Une méthode de laboratoire efficiente doit être reproductible; les résultats qu'elle produit devraient fortement se rapprocher de ceux obtenus lors des es- sais d'alimentation avec les animaux. Le présent travail a pour but de comparer entre elles les valeurs de laboratoire et de vérifier si ces dernières concordent bien avec les valeurs obtenues in vivo.

Matériel et méthodes

Trois espèces fourragères (ray-grass anglais, dactyle et trèfle blanc) ont été cultivées sé- parément à Posieux sur de grandes par- celles d'environ 40 ares (JEANGROs et al., 2001). Pendant deux ans, elles ont été ré- coltées en grandes quantités à différentes reprises au cours des I re, 3e et 4e pousses (en 1997, des prélèvements de trèfle blanc ont également été effectués sur la 5e pous- se). Le matériel végétal a été congelé à -20 °C en 1996 (21 échantillons) et séché à 30 °C en 1997 (13 échantillons). En 1997, un échantillon de ray-grass anglais a été sé- paré en deux parties, l'une a été séchée et l'autre congelée. Sur chacun de ces échan- tillons, un premier sous-échantillon a été prélevé peu avant la conservation («en vert») pour les analyses de laboratoire. Ce sous- échantillon a été séché à 60 °C, puis moulu (moulin Brabender, tamis de 1 mm). Au cours de l'essai de digestibilité, un 2e sous- échantillon a été prélevé sur chacun des échantillons et préparé comme le premier (échantillon après conservation).

La dMO des sous-échantillons (69 au total) a été déterminée en laboratoire à l'aide des méthodes suivantes:

• Méthode microbiologique, d' apres TIL- LEY et TERRY (1963): l'échantillon est d'abord incubé dans du jus de panse avant d'être dégradé dans une solution de pepsine et d' acide chlorhydrique (fig. 1;

méthode en deux étapes); on mesure en- suite la quantité de matière organique non dégradée.

• Méthode enzymatique, d'après DE BOE- VER et al. (1986): l'échantillon est traité avec une solution de pepsine et d'acide chlorhydrique, puis avec une solution de cellulase; après pesage du résidu de ma- tière organique non dégradé, la digestibi- lité est déterminée par calcul en tenant compte des teneurs en matière sèche et en cendres.

• Méthodes chimiques, d'après SCEHOVIC (1991 et 1995): la dMO est déterminée à partir de la composition chimique du fourrage; la première équation de régres- sion multiple (méthode dMO-L) fait in- tervenir la lignocellulose, la lignine, la cellulose et les acides phénoliques atta- chés aux parois. Dans la seconde métho- de (méthode dMO-IANP), les valeurs obtenues avec la méthode précédente ont été corrigées à l'aide de l'indice IANP (SCEHOVIC, 1995). Ce dernier permet de tenir compte de l'effet potentiellement négatif des métabolites secondaires.

La détermination de la dMO in vivo des 35 échantillons a été réalisée à Posieux se- lon la méthode standard (DACCORD et SCHNEESERGER, 1986). Chaque échantillon a été distribué à quatre moutons (béliers castrés). Après une période d'adaptation de trois semaines, la dMO a été déterminée à partir des quantités de nutriments ingérées et excrétées dans les fèces pendant deux pé- riodes de quatre jours.

Résultats et discussion Comparaison des

méthodes de laboratoire

Les résultats obtenus à l'aide des qua- tre méthodes de laboratoire concordent dans l'ensemble assez bien avec les va- leurs obtenues in vivo (tabl. 1). Les fi- gures 2 à 5 présentent les relations entre les valeurs in vivo et celles dé- terminées avec chacune des quatre mé- thodes de laboratoire.

Des quatre procédés, la méthode mi- crobiologique est celle qui a montré la meilleure concordance avec les valeurs

Si on considère tous les échan- tillons (c'est-à-dire aussi bien ceux pré- levés «en vert» que ceux prélevés après la conservation), le coefficient de déter- mination (R'-) est de 0,81 et l'erreur standard de la prédiction (se) de 2,1 %.

Les deux méthodes chimiques ont éga- lement livré des valeurs proches de cel- les qui sont obtenues avec les animaux.

Par rapport à la méthode dMO-L, on relève que l'introduction de l' indice IANP (méthode dMO-IANP) améliore sensiblement le coefficient de détermi- nation. La méthode enzymatique four- nit les moins bonnes estimations de la dMO.

Le classement des quatre méthodes de laboratoire quant à leur concordance avec les valeurs

n'est pas modi- fié lorsqu'on considère uniquement les échantillons prélevés «en vert» ou seu- lement ceux qui ont été séchés ou conservés.

14

O Dactyle

© Ray-grass anglais a

0 Trèfle blanc pà A- - 1 - - -

--

00

00

I

R2 = 0,50 se = 3,4%

50 55 60 65 70 75 80 85 90 dMO % (méthode enzymatique)

90 85 80

-.

~ 75 ç

~ 70

0

O

~ 65 60 55 50 90

0 Dactyle

85 — - --- -- -- -

0 Ray-grass anglais r

~ ~.

80 0 Trèfle blanc A - - - - --- --

~ 75

R2 = 0,81 Ç se=2,1%

~- 70 - - -

~ ₀

~ 65 CD -- - ----

~

60 -- - - -

55 -- - — -- --- ----

50-

1

50 55 60 65 70 75 80 85 90 dMO % (méthode microbiologique)

Fig. 2. Comparaison entre les valeurs de digestibilité (dMO) prove- Fig. 3. Comparaison entre les valeurs de digestibilité (dMO) prove- nant des essais d'alimentation avec animaux (in vii~o) et celles obte- nant des essais d'alimentation avec animaux (in vivo) et celles obte- nues avec la méthode microbiologique (R- = coefficient de determi- nues avec la méthode enzymatique (R' = coefficient de détermina- nation; se = erreur standard de la prédiction de la dMO in vivo; tion; se = erreur standard de la prédiction de la dMO in vivo; ligne

ligne auxiliaire: y = x). auxiliaire: y = x).

Les valeurs obtenues avec la méthode valeurs est plus grande avec la méthode thode microbiologique montre une rela- microbiologique sont en moyenne su- IANP qu' avec la méthode dMO-L. tion plus étroite avec les procédés chi- périeures de 0,8 point à celles obtenues Comparativement à la méthode in vivo, miques (r = 0,89 et 0,88) qu'avec la

; les résultats provenant de la la méthode dMO-IANP a tendance à méthode enzymatique (r = 0,82).

méthode dMO-IANP sont quant à eux surestimer la dMO des échantillons Il est étonnant que la relation entre les plus élevés de 1,3 point. En revanche, ayant une digestibilité élevée et à sous- valeurs enzymatiques et les valeurs

les méthodes chimique dMO-L et enzy- estimer celle des échantillons de mau-

soit aussi lache. La plupart des tra- matique sous-estiment respectivement vaise qualité. vaux font état d'une bonne corrélation la dMO de 1,9 et 3 points. De façon attendue, les valeurs obtenues entre ces deux méthodes (par exemple La méthode enzymatique sous-estime avec les deux méthodes chimiques sont

1973; DE BOEVER la dMO des graminées, alors que les fortement liées (r = 0,99). La moins et al., 1986). D'après la littérature, la valeurs qu'elle fournit pour le trèfle bonne concordance a été observée entre méthode enzymatique est plus précise blanc correspondent mieux avec les va- les procédés chimiques et la méthode que la méthode microbiologique lors- leurs in vivo. La plage de variation des enzymatique (r = 0,76 et 0,78). La me- que les aliments sont riches en amidon.

VU

85 80

~ 75

~ C

~ 0 70 O

~ 65 60 55 50

0 Dactyle

A Ray-grass anglais Trèfle blanc

R2 = 0,68 se = 2,7%

90 85 80

~

~ 75 0 70 ~

~ O

"0 65 60 55 50

0 Dactyle

A Ray-grass anglais AL Ô

0 Trèfle blanc -- - - - -- - - _ —

0 0 ° Î0

R2 = 0,74 0~

se = 2,5%

t V

-

50 55 60 65 70 75 80 85 90 50 55 60 65 70 75 80 85 90 dMO % (méthode chimique L) dMO % (méthode chimique IANP)

Fig. 4. Comparaison entre les valeurs de digestibilité (dMO) prove- Fig. 5. Comparaison entre les valeurs de digestibilité (dMO) prove- nant des essais d'alimentation avec animaux (in vivo) et celles obte- nant des essais d'alimentation avec animaux (in vivo) et celles obte- nues avec la Ife méthode chimique L (R' = coefficient de détermina- nues avec la 2e méthode chimique IANP (R2 = coefficient de deter- tion; se = erreur standard de la prédiction de la dMO in vivo; ligne mination; se = erreur standard de la prédiction de la dMO in i,ivo;

auxiliaire: y = x). ligne auxiliaire: y = x).

15

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Inf luence

de la conservation

Pour chacune des quatre méthodes, la dMO des échantillons congelés est en moyenne plus élevée que celle des échantillons prélevés «en vert» (de 0,1 à 0,5 point). En ce qui concerne les échantillons séchés a 30 °C, la dMO est en revanche plus faible quand elle est estimée à l'aide des méthodes enzy- matique et microbiologique (de 0,8 et 2 points). Les méthodes chimiques donnent en moyenne des valeurs supé- rieures de 1,2 et 1,3 point.

Un échantillon de ray-grass anglais a été conservé selon les deux modes. Avec les quatre méthodes de laboratoire, la dMO de l'échantillon congelé est plus élevée que celle de l' échantillon «en vert», tandis que celle de l'échantillon séché est plus basse. Les valeurs in

des deux échantillons conservés (séché ou congelé) sont par contre identiques.

C

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tr p:

n[:ode CO~o _L

per=s d~ eslarn 111, avec la meilleure préçisiori. Cette

méthode fast. cependant appel à du

jus de panse, ce qui limite bien souvent son application.

❑

La détermination de la dMO à l'aide d'une équation de régres- sion basée sur les teneurs en cons- tituants pariétaux et en métabo- lites secondaires constitue une bonne alternative. La prise en compte de composés supplémen- taires augmente cependant les coûts de l'analyse.

❑

La détermination la moins coû- teuse de la dMO est sans aucun doute celle réalisée avec le spec- trophotomètre (SPIR). Lorsque la méthode microbiologique sert de référence pour l' étalonnage, la précision du SPIR pour estimer la dMO peut être très bonne (SCHU-

BIGER et cil.,

1999).

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Summary

Comparison of laboratory methods for determining the digestibility of forage plants

Digestibility of the organic matter can be estimated by different laboratory methods (in vitre): digestion with rumen fluid or with cell-free fungal cellulase, development of regression equations to predict digestibility from chemical composition. The objec- tive of this article was to compare the in vitra digestibility given by four different la- boratory methods with digestibility determined with sheep (in vivo). Digestibility, measured by the technique using rumen fluid, correlated best with the in vivo digesti- bility. Equations for the prediction of the digestibility based on the content of cell wall constituents and secondary metabolites gave also good results. The replacement of rumen fluid by cellulase corresponded the least with the in vivo digestibility.

Key words: forage plants, in vive digestibility, in vitro digestibility, laboratory method.

Zusammenfassung

Die Bestimmung der Verdaulichkeit von Futterpflanzen

Die Verdaulichkeit der organischen Substanz (vOS) kann im Labor (in vitro) mit ver- schiedenen Methoden bestimmt werden: einerseits durch Verdauung der Futterprobe mit Pansensaft oder mit Enzymen, andererseits mittels Schtzung auf Grund der che- mischen Zusammensetzung. In diesem Artikel zeigen wir, ob die mit vier verschiedenen Labormethoden bestimmte Verdaulichkeit mit derjenigen, welche in Tierfütterungs- versuchen (in vivo) bestimmt wurde, übereinstimmt. Die mikrobiologische Methode (Verdauung des Futters mit Pansensaft) schützte die in vivo Werte am besten. Die Berechnung der vOS mit Hilfe des Gehaltes an Zellwandbestandteilen und sekundüren Inhaltsstoffen stimmte ebenfalls gut mit der in vivo Verdaulichkeit überein. Die Verwendung von Enzymen, an Stelle von Pansensaft, ergab die schlechteste Über- einstimmung.

Riassunto

Determinazione della digestibility delle piante foraggere

La digestibilità della materia organica (dMO) pué essere determinata con differenti metodi di laboratorio (analisi in vitro): incubazione dei campioni in succo di rumine, in una soluzione d'enzimi oppure stima a partire dalla composizione chimica. In ques- to articolo, i valori di dMO in vitro, determinati con l' aiuto di quattro metodi diversi, sono stati comparati ai valori ottenuti tramite esperimenti d' alimentazione con animali (metodo in vivo) per valutare la precisione dei metodi di laboratorio. Il metodo micro- biologico (incubazione in succo di rumine) è quello che ha permesso di stimare i valo- ri in vivo con la più grande precisione. La determinazione della dMO tramite calcolo partendo dai tenori in costituenti parietali e in metaboliti secondari ha ugualmente dato dei buoni risultati. Il metodo enzimatico (utilizzazione di enzimi invece di succo di rumine) è quello che ha dato i risultati meno soddisfacenti.

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