Effects of extruded pellets on physical feed quality and digestion behavior in dairy cows

Abstract

This thesis consists of a literature study and a presentation of an experimental work. The literature review contains knowledge of raw ingredients, rumen digestion of starch and protein and feed processing techniques. The purpose of the experiment was to examine the effects of extruder processing on physical quality of concentrate feeds, and on rate of rumen digestion and rumen outflow of starch and protein. Nine concentrates in the pilot production with barley and SBM at the ratio of 65: 35, ground on either 2 or 4 mm hammer mill screen, were extruded using die size either 3 or 5 mm. The nine concentrates were divided into three groups (1) using 2 mm screen and 3 mm die, (2) using 2 mm screen and 5 mm die, and (3) using 4 mm screen and 5 mm die. Three concentrates in each group were extruded (1) with steam injection into 4th section of the extruder barrel, (2) with water cooling of the last section of the extruder barrel, and (3) as such (with neither steam injection nor water cooling), respectively. In the second step, concentrates from first group were selected based on physical property test and were reproduced as experimental concentrates. The concentrate used as control was expanded. All four experimental concentrates had a ratio of barley and SBM at 70: 30. The animal experiment was designed as a 4*4 Latin square, with four experimental diets consisting of the four concentrates (daily ration of 10 kg/cow) together with grass silage (ad libitum); four multiparous lactating Norwegian Red cows, equipped with rumen and duodenal cannulas; and four periods, each lasting for 21 days. Ruminal degradability of DM, starch and protein was measured in sacco (0, 4, 8, 24 and 48 hours). Rumen fermentation patterns, rumen digestibility and total tract digestibility of starch and protein were measured in vivo, through collecting samples from rumen fluid, duodenum, and feces and urine, respectively. Grinding on 4 mm screen, concentrates extruded with steam injection and as such in the pilot production showed higher bulk density (570-600 g/L) compared to concentrates (439-513 g/L) ground on 2 mm screen. Concentrates extruded with water cooling showed high bulk density (588611 g/L) regardless of screen size. Concentrates with bulk density from 570 to 611 g/L were rapidly sinking in rumen liquor. Concentrates ground on 4 mm screen had lower water stability index (WSI) than concentrates ground on 2 mm screen. From the second production, the extruder treated concentrates showed higher WSI than the expanded concentrate (P<0.05). The low, medium and high bulk densities (410, 545, 610 g/L) corresponded to floating, slow sinking and fast sinking extruded concentrates. Extruder treatment considerably reduced effective DM degradability (EDMD) and effective starch degradability (ESD) in sacco compared to the expander treatment. The reduction on ESD was most pronounced for the concentrate with highest WSI. EPD for the four concentrates were significantly different from each other (P<0.05) and was minimized by extruder treatment with steam injection. In agreement with ESD measured in sacco, rumen starch digestibility in vivo tended to decrease (P=0.08) for concentrate extruded with water cooling, which also had highest WSI, compared to expanded concentrate. Concentrate extruded with steam injection showed nominally lowest ruminal protein degradability compared to the other concentrates, consistent with EPD measured in sacco. Processing method of concentrate neither altered total tract digestibility of DM, starch nor of crude protein. Extruder treatment can be used to alter degradation rate of DM and single nutrients in concentrates to dairy cows. It is possible to alter rumen digestibility without altering total tract digestibility, indicating an increase of nutrient digestion in the small intestine.

Denne oppgaven består av en litteraturstudie og en presentasjon av et eksperimentelt arbeid. Litteraturvurderingen inneholder kunnskap om råvarer, fordøyelse av stivelse og protein i vom og fôrbehandlingsteknikker. Formålet med eksperimentet var å undersøke effekten av ekstruderprosessering på fysisk egenskap av kraftfôr, og på hastighet av fordøyelse og utstrømming av stivelse og protein fra vom. I en pilotproduksjon ble bygg og soyamel (SBM) blandet i forhold 65:35 malt på hammermølle med enten 2 eller 4 mm sold og ekstrudert ved en dysestørrelse på enten 3 eller 5 mm. Det ble produsert ni prøver delt inn i tre grupper ved hjelp av (1) 2 mm sold og 3 mm dyse, (2) 2 mm sold og 5 mm dyse, og (3) 4 mm sold og 5 mm dyse. Tre prøver i hver gruppe ble ekstrudert med (1) dampinjeksjon i fjerde seksjon av ekstruderen, med (2) vannkjøling av den siste (femte) seksjonen av ekstruderen, og (3) som sådan (med hverken dampinjeksjon eller vannkjøling). Ut fra de fysiske egenskapstestene i pilotproduksjonen ble de tre prøvene fra første gruppe valgt ut og reprodusert som eksperimentelle dietter. En ekspandert prøve ble anvendt som kontrolldiett. Alle fire eksperimentelle dietter hadde et forhold mellom bygg og SBM på 70:30. Dyreforsøket ble gjennomført som et 4 * 4 Latinsk kvadrat med de fire eksperimentelle diettene som forsøkskraftfôr. Den daglige rasjonen var 10 kg kraftfôr pr. ku og grassurfôr gitt ad libitum. Fire voksne lakterende kyr av rasen Norsk rødt fe med kanyle i vom og duodenum ble benyttet. Det var fire forsøksperioder, hver på 21 dager. Nedbrytbarhet av tørrstoff, stivelse og protein i vom ble målt in sacco med inkubasjonstider på 0, 4, 8, 24 og 48 timer i vom. Gjæringsmønster i vom, fordøyelighet i vom og fordøyelighet totalt ble målt in vivo ved å samle prøver fra henholdsvis vomvæske, tolvfingertarm og avføring og urin. I pilotproduksjonen viste prøver malt på 4 mm sold og ekstrudert med dampinjeksjon og som sådan, høyere egenvekt (570-600 g/L) sammenlignet med prøver malt på 2 mm skjerm (439-513 g/L). Prøver ekstrudert med vannkjøling viste høy egenvekt (588-611 g/L) uavhengig av soldstørrelse. Prøver med egenvekt fra 570 til 611 g/L var raskt synkende i vomvæske. Prøver malt på 4 mm sold hadde lavere vannstabilitetsindeks (WSI) enn prøver malt på 2 mm sold. Fra den andre produksjonen viste de ekstruderte diettene høyere WSI enn den ekspanderte dietten (P<0.05). Lav, middels og høy egenvekt (410, 545, 610 g/L) korresponderte henholdsvis med flytende, langsomt synkende og hurtig synkende ekstruderte dietter. Ekstrudering reduserte effektiv nedbrytbarhet av tørrstoff (EDMD) og stivelse (ESD) in sacco sammenlignet med ekspandering. Reduksjonen i ESD var størst for dietten med høyest WSI. Effektiv nedbrytning av protein (EPD) var signifikant forskjellig for alle diettene (P<0.05) og lavest ved ekstrudering med dampinjeksjon. I overensstemmelse med ESD målt in sacco, tenderte fordøyeligheten av stivelsemålt in vivo (P=0.08) til å være laver for dietten ekstrudert med vannkjøling, som også hadde høyest WSI, sammenlignet med den ekspanderte dietten. Dietten ekstrudert med dampinjeksjon viste nominelt laveste EPD sammenlignet med de andre diettene, i samsvar med EPD målt in sacco. Det var ingen effekt av diett på totalfordøyelighet av tørrstoff, stivelse eller protein. Ekstrudering kan brukes til å endre nedbrytningshastigheten av næringsstoffer i kraftfôr til melkekyr. Det er mulig å påvirke fordøyeligheten i vom uten å forandre totalfordøyeligheten, noe som indikerer muligheter for økt fordøyelse av næringsstoff i tynntarmen.