Digestibilité in vitro de Calliandra calothyrsus en présence du Polyethylène glycol et de Brachiaria ruziziensis, Trypsacum laxum ou Pennisetum purpureum au Cameroun
 

Pamo E Tedonkeng, J R Kana, F Tendonkeng et M E Betfiang

Laboratoire de Nutrition animale, Département des Productions Animales, FASA,
Université de Dschang. B.P: 222 Dschang, Cameroun
Pamo_te@yahoo.fr;   pamo-te@excite.com

Résumé

L'effet de Brachiaria ruziziensis, Trypsacum laxum et Pennisetum purpureum sur la digestibilité in vitro de Calliandra calothyrsus a été évalué en saison sèche et en saison des pluies en présence et en absence du polyéthylène glycol (PEG, 6000) à l'Ouest Cameroun. Le Calliandra calothyrsus (150mg) et les graminées (350mg) soit 500mg d'échantillon étaient mélangées analysées et incubées.

Cette étude a montré que l'addition du PEG a amélioré la production des gaz de Calliandra calothyrsus incubé seul de 27,6 à 34,9ml/200mg MS en saison des pluies, de 27,7 à 33,8ml/200mg MS en saison sèche et des AGV de 0,59 à 0,74mmol/40ml en saison des pluies et de 0,60 à 0,71mmol/40ml en saison sèche. En présence de Brachiaria ruziziensis, le PEG a amélioré la production de gaz et des acides gras volatiles (AGV) de manière significative (p<0,01) en saison des pluies et en saison sèche en présence de Trypsacum laxum et Pennisetum purpureum. Le PEG a baissé le facteur de cloisement (FC) de Calliandra calothyrsus incubé seul de 6.81 à 3,90mg/ml en saison sèche et de 7,61 à 3,81mg/ml en saison des pluies. En présence des graminées et en présence ou en absence du PEG et indépendament des saisons le FC de Calliandra calothyrsus variait entre 4,62 à 6,42mg/ml. En présence ou en absence du PEG et de Trypsacum laxum et Pennisetum  purpureum, aucune différence statistique n'était observée entre les masses microbiennes (MM) engendrées par la dégradation de Calliandra calothyrsus entre la saison des pluies et la saison sèche. La digestibilité de la matière organique (DMO) de Calliandra calothyrsus était significativement (p<0,01) plus élevée en saison sèche en présence de Trypsacum laxum et Pennisetum purpureum et du PEG. En absence des graminées, la DMO de Calliandra calothyrsus était significativement plus élevée (p<0,05) en absence du PEG et en présence du PEG (p<0,01) en saison des pluies par rapport à la saison sèche. En présence de Trypsacum laxum et du PEG, de Pennisetum purpureum et du PEG et en absence de tout apport d'énergie et du PEG on n'observe aucune différence statistique entre le NDF-N de Calliandra calothyrsus en fonction des saisons.

Mots clés: Brachiaria ruziziensis, Cameroun, Calliandra calothyrsus, digestibilité in vitro, polyéthylène glycol, Pennisetum purpureum, saison sèche, saison des pluies, Trypsacum laxum.

Abstract

Effect of Polyethylene glycol (PEG, MW6000) on in vitro digestibility of Calliandra calothyrsus alone or mixed with Brachiaria ruziziensis, Trypsacum laxum or Pennisetum purpureum, in dry and rainy seasons in West Cameroon

The effect of Brachiaria ruziziensis, Trypsacum laxum or Pennisetum purpureum on the in vitro digestibility of Calliandra calothyrsus, in presence or absence of Polyethylene glycol (PEG, MW6000), was studied in dry and rainy seasons in West Cameroon.

This study revealed that addition of PEG increased the gas production of Calliandra calothyrsus from 27.6 to 34.9ml/200mg DM in the rainy season and from 27.7 to 33.8ml/200mg DM in dry season. In presence of Brachiaria ruziziensis, addition of PEG significantly increased the gas and short chain fatty acid (SCFA) production in the rainy season and in the dry season in the presence of Trypsacum laxum and Pennisetum purpureum. Addition of PEG decreased the partitioning factor (PF) of Calliandra calothyrsus from 6.81 to 3.90mg/ml in dry season and from 7.61 to 3.81mg/ml in rainy season. In the presence of grasses and in the presence or absence of PEG, the PF of Calliandra calothyrsus varied between 4.62 and 6.42mg/ml in the dry and rainy seasons. There was no significant difference between the microbial mass (MM) yielded from the degradation of Calliandra calothyrsus in the presence or in the absence of PEG, Trypsacum laxum and Pennisetum purpureum between the dry and the rainy season. The organic matter digestibility (OMD) of Calliandra calothyrsus was significantly higher in the dry season in the presence of Trypsacum laxum, Pennisetum purpureum and PEG. In the absence of grasses the OMD of Calliandra calothyrsus was both significantly higher in the absence of PEG and in the presence of PEG in the rainy season as compared to the dry season.

Keywords: Brachiaria ruziziensis, Cameroon, Calliandra calothyrsus, dry season, in vitro digestibility,Pennisetum purpureum, polyethylene glycol, rainy season,.Trypsacum laxum.

Introduction

La plupart des fourrages constituant la base de l'alimentation des ruminants dans les tropiques sont de mauvaise qualité pendant la majeure partie de l'année et les micro-organismes du rumen ne peuvent que les dégrader très lentement. S'ils sont la seule composante de la ration offerte au bétail, celui-ci ne pourra pas en consommer suffisamment pour couvrir ses besoins nutritifs (Chesworth 1996). La déficience de ces fourrages en nutriments au cours de la majeure partie de l'année nécessite une supplémentation pour assurer l'équilibre du régime alimentaire afin de pourvoir aux besoins des animaux.

La méthode de digestibilité in vitro a souvent été utilisée pour évaluer l'efficacité d'utilisation et les performances de nombreuses légumineuses y compris celles du Calliandra calothyrsus (Makkar et al 1997; Balogun et al 1998; Palmer et Jones 2000). Ces dernières ne peuvent être utilisées seules de manière efficace par les animaux et ne le sont souvent que pour pallier aux déficiences protéiques. Peu ou presque pas d'évaluations de l'efficacité de ces fourrages ont été réalisées en présence d'une source d'énergie généralement utilisée par nos ruminants pour mieux apprécier leur efficacité d'utilisation digestive.

Le travail dont les résultats sont rapportés ici a pour objectifs l'évaluation de l'effet du polyéthylène glycol et de Brachiaria ruziziensis, Trypsacum laxum et Pennisetum purpureum utilisés comme source d'énergie sur la dégradation in vitro du Calliandra calothyrsus dans l'Ouest Cameroun pendant la saison sèche et pendant la saison des pluies.

Materiels et méthodes

Collecte des échantillons

Les feuilles fraîches de Calliandra calothyrsus, Pennisetum purpureum, Trypsacum laxum et Brachiaria ruziziensis étaient récoltées à la Ferme d'Application et de Recherche de l' Université de Dschang tous les 15^eme jours de chaque mois, de Janvier à Décembre 2002. La localité est située à 05^o 26' de latitude nord, 10^o 26' de longitude Est et à une altitude moyenne de 1420m. Le climat de la région est équatorial de type Camerounien d'altitude. Les précipitations varient entre 1500 et 2000mm par an et les températures oscillent entre 10^oC (Juillet-Aout) et 25^oC (Février).

Les échantillons récoltés étaient séchés à 60^oC jusqu'à poids constant dans une étuve ventilée de marque Gallenkamp puis broyés de manière à traverser les mailles de 1mm à l'aide d'un broyeur de marque Pulverisette 14.

Pour effectuer les analyses chimiques et les tests de digestibilités in vitro, les légumineuses (150mg) et les graminées (350mg) soit au total 500mg d'échantillon étaient mélangées, analysés et incubés.

Analyse de la valeur nutritive

La matière sèche (MS) a été déterminée en séchant 0,5 g d'échantillon à l'étuve pendant une nuit à 100^oC tandis que les cendres ont été déterminées par incinération à 500^oC pendant 6h (AOAC 1990). La teneur en azote a été déterminée par la méthode de Kjeldahl. Les protéines brutes ont été calculées en multipliant la teneur en azote par 6,25. Les fibres (NDF, ADF, ADL) ont été déterminées par la méthode de Van Soest et al (1991) et la teneur en phosphore selon la méthode de AOAC (1990).

Dégradation in vitro: Préparation de l'inoculum et méthode utilisée

L'évaluation de la production de gaz et la préparation de l'inoculum ont été faites selon la méthode et la procédure décrites par Menke et al (1979) à la seule différence que le poids des échantillons incubés en trois répétitions était de 500mg. 1g de Polyéthylène glycol (6000) était additionné à certains échantillons pour évaluer son effet sur la digestibilité de Calliandra calothyrsus. A la veille de la réalisation de l'essai, les échantillons et l'inoculum fraîchement préparés étaient placés dans un incubateur de marque Memmert à 39^oC pendant toute la nuit. De même, le bain-marie était mis en marche et la température était contrôlée par deux thermostats de marque Lauda E300 réglés à 39^oC. Le matin avant la collecte du liquide ruminal, l'inoculum a été placé dans le bain-marie à 39^oC. Dans cette solution, arrivait continuellement un flux de gaz (CO₂) dont la pression a été réglée de manière modérée. Le sulfure de sodium (417mg) et le NaOH 6N (0,444ml) ont été ajoutés à cet inoculum. Le liquide ruminal a été immédiatement filtré après collecte sous un flux de CO₂ et 700ml ont été prélevés et introduits dans l'inoculum toujours sous le flux de CO₂. Ce mélange a été homogénéisé pendant 10mn à l'aide d'une baguette magnétique. 40ml de cet inoculum étaient prélevés à l'aide d'un distributeur de précision de marque Fortuna Optifix et injectés dans chaque seringue puis placés dans le bain-marie pour incubation.

L'incubation a duré 24 heures et les volumes de gaz produits ont été relevés après 3h, 6h, 9h, 12h, 18h et 24h.

Digestibilité in vitro

Le contenu des seringues a été transféré dans les béchers de 600 ml et les seringues étaient lavées deux fois avec 15 ml de NDS (Neutral Detergent Solution) et vidé dans ces béchers. Les échantillons étaient chauffés à feu doux pendant une heure et filtrés dans des creusets filtrants pré-tarés. Les creusets filtrants ont été séchés à 100^oC pendant une nuit et pesés (Van Soest et Robertson 1985). Cette opération permettait de soustraire les microorganismes qui sont généralement présents dans le tube digestif des ruminants, des substrats réellement non dégradés. La vraie dégradabilité a été calculée comme la différence entre le poids du substrat incubé et le poids du résidu après le traitement au NDS. Les résidus après le traitement au NDS étaient utilisés pour la détermination du NDF-N par la méthode de Kjeldahl.

Après 24h d'incubation les gaz produits et corrigés par les gaz produits par l'inoculum dans des tubes témoins ont été utilisés pour calculer la Digestibilité de la Matière Organique (DMO) en utilisant l'équation de régression suivante (Menke et Steingass 1988):

DMO, % = 14,88 + 0,889GP + 0,45PB + 0,0651C

Où:
            GP = Gaz produit à 24 heures d'incubation.
            PB = Protéines brutes.
            C = Cendres.

Parallèlement, le contenu en énergie métabolisable (EM), le facteur de cloisement (FC), la masse microbienne (MM) et les acides gras volatiles (AGV) ont été calculés selon Makkar (2002).

EM, MJ/kg.MS = 2,20 + 0,136GP + 0,057PB

Où:
            GP = Gaz produit à 24 heures d'incubation.
            PB = Protéines brutes.

Où:
            MOD, mg = Matière organique dégradée.
            GP, ml = Gaz produit à 24 heures d'incubation.

MM, mg = MOD - (GP x FS)

Où:
            MOD, mg = Matière organique dégradée.
            GP, ml = Gaz produit à 24 heures d'incubation.
            FS = Facteur stœchiométrique (2,20 pour les fourrages).

AGV, mmol/ml = 0,0239GP - 0,0601 (En absence du PEG)

AGV, mmol/ml = 0,0207GP + 0,0207 (En présence du PEG)

Où:     GP, ml = Gaz produit à 24 heures d'incubation

Analyses statistiques

La composition chimique des fourrages, les acides gras volatiles à courtes chaînes, la masse microbienne, la digestibilité de la matière organique ont été soumis à l'analyse de variance. Lorsque les différences existaient entre les paramètres, les moyennes étaient séparées par le test de Duncan (Steel et Torrie 1980).

Résultats et Discussion

Composition chimique des fourrages

La composition chimique de Calliandra calothyrsus et des combinaisons Calliandra calothyrsus-graminées en saison des pluies et en saison sèche est présentée dans le tableau 1.

On y observe que la MO de Calliandra calothyrsus (94,5%) seul et combiné aux graminées (89-90%) ne varie pas en fonction des saisons de l'année. En présence ou en absence des graminées les teneurs en NDF et de ADF de Calliandra calothyrsus sont plus élevées en saison sèche. La teneur en ADL de Calliandra calothyrsus seul et en présence de Brachiaria ruziziensis et Pennisetum purpureum est également plus élevée en saison sèche. En présence de Trypsacum laxum, la teneur en ADL de Calliandra calothyrsus est plus élevée en saison des pluies. Les teneurs en phosphore de Calliandra calothyrsus analysé seul et en présence des graminées sont plus élevées en saison des pluies (0,16 à 0,24%) qu'en saison sèche (0,12 à 0,18%).

Digestibilité in vitro

Le tableau 2 présente le volume de gaz produit en 24 heures d'incubation, les acides gras volatiles (AGV), le facteur de cloisement (FC), l'énergie métabolisable (EM), la masse microbienne (MM), la vraie digestibilité (VD), la digestibilité de la matière organique (DMO) et l'azote résiduel (NDF-N) de Calliandra calothyrsus incubé seul et en présence des graminées et du PEG. Il en ressort que le PEG améliore significativement (p<0,01) la production de gaz de Calliandra calothyrsus de 20% et celle des AGV de 19% en saison des pluies. Ceci confirme l'affinité de fixation du PEG aux sites des tannins sur lesquels les protéines auraient dû se fixer et devenir indisponibles aux micro-organismes du rumen et aux divers activités métaboliques. En présence des graminées et du PEG on observe une légère amélioration de la production de gaz et une légère baisse de la production des AGV en saison des pluies et une augmentation significative (p<0,01) de la production de gaz et des AGV de Calliandra calothyrsus en saison sèche.

Le PEG diminue de manière significative (p<0,01) le facteur de cloisement de Calliandra calothyrsus de 6,81 à 3,90mg/ml en saison sèche et de 7,61 à 3,81 en saison des pluies. La fixation du PEG aux sites où devrait se fixer les protéines libèrent ces dernières et les rend utilisables par les micro-organismes ce qui améliore la dégradabilité de Calliandra calothyrsus d'ou la baisse du FC. Le FC oscille entre 4,72 et 5,35mg/ml en présence du PEG et des graminées en saison des pluies et entre 4,62 et 5,96mg/ml en saison sèche.

L'EM fournie par la dégradation de Calliandra calothyrsus en présence du PEG est significativement (p<0,01) plus élevée (8,29MJ/kg.MS) que celle fournie en son absence (7,29MJ/kg.MS) en saison des pluies. En présence du PEG et de Brachiaria ruziziensis, l'EM fournie par Calliandra calothyrsus (9,13MJ/kg.MS) est significativement (p<0,01) supérieure à celle fournie en présence de Brachiaria ruziziensis en saison sèche (8,91MJ/kg.MS) (Tableau 2). Brachiaria ruziziensis aurait apporté suffisamment d'énergie nécessaire pour accroître la population microbienne et améliorer la digestibilité de la MO de Calliandra calothyrsus. En saison des pluies, l'EM fournie par la dégradation de Calliandra calothyrsus incubé seul est significativement améliorée en présence (p<0,01) et en absence (p<0,05) du PEG par rapport à celle fournie en saison sèche. En présence des graminées et en présence ou en absence du PEG, elle est statistiquement comparable (p>0,01).

L'incubation de Calliandra calothyrsus en présence du PEG diminue la masse microbienne de 62% et en présence des graminées on note une baisse de 14,5% en saison des pluies (Figure 1) et de 54,5% lors de l'incubation de Calliandra calothyrsus seul et de 13% en présence des graminées en saison sèche. Le PEG fixe les tannins et inhibe leur effet lytique vis à vis des protozoaires qui croissent rapidement en nombre et accentuent leur activité destructrice vis à vis des bactéries qui constituent la majorité de la population des micro-organismes d'où la baisse significative de la MM. Bien que la teneur en azote ammoniacal soit élevée en présence du PEG, la MM reste très faible, probablement à cause d'un manque de synchronisation entre la libération de l'azote quand le PEG est présent et la fermentation des glucides pariétaux qui aurait pu apporter de l'énergie et favoriser la croissance et la multiplication des micro-organismes. La même tendance est observée sur la digestibilité où le PEG entraîne une baisse de 29,5% quand Calliandra calothyrsus est incubé seul en saison sèche. Ceci suggère une intensification de l'activité fermentaire des micro-organismes quand un aliment riche en protéines est incubé en présence d'un autre riche en énergie.

Figure 1. Variation de la masse microbienne, de la vraie digestibilité et de la digestibilité de la matière organique
de Calliandra calothyrsus en présence et en absence du PEG et des graminées (Brachiaria ruziziensis,
Trypsacum laxum, et Pennisetum purpureum) en saison des pluies.

Contrairement à la MM et à la VD, on note une amélioration de la DMO de 10% en saison sèche (Figure 2). La MM engendrée par la dégradation de Calliandra calothyrsus en présence de Brachiaria ruziziensis et en absence du PEG est significativement (p<0,01) plus élevée que celle de toutes les autres combinaisons Calliandra calothyrsus-graminées. L'effet du PEG dépendrait probablement du niveau de tannins et des protéines dans la ration.

Figure 2. Variation de la masse microbienne, de la vraie digestibilité et de la digestibilité de la matière organique
de Calliandra calothyrsus en présence et en absence du PEG et des graminées (Brachiaria ruziziensis,
Trypsacum laxum, et Pennisetum purpureum) en saison sèche.

En présence du PEG, le NDF-N de Calliandra calothyrsus (2,17%) incubé seul en saison des pluies est significativement (p<0,05) inférieur à celui de Calliandra calothyrsus (2,52%) incubé seul en présence du PEG en saison sèche. Ceci confirme la forte protection des protéines par les tannins et suggère la variation de la teneur en tannin de Calliandra calothyrsus en fonction des saisons. En présence des graminées et en présence ou en absence du PEG, le NDF-N est significativement (p<0,01) inférieur à ceux de Calliandra calothyrsus en absence et en présence du PEG. En présence des graminées, les teneurs en NDF-N de Calliandra calothyrsus en présence ou en absence du PEG (0,94 à 1,70%) sont largement inférieures à celles de Calliandra calothyrsus (2,17 à 2,78) incubé seul en présence ou en absence du PEG probablement à cause de la teneur en tannins plus élevée dans les échantillons de Calliandra calothyrsus incubés seuls.

Discussion

La MO de Calliandra calothyrsus (94%) est comparable en saison sèche et en saison des pluies. Des observations similaires ont été rapportées par Adejumo (1995). La teneur en PB varie entre 19,9 et 23,6% chez Calliandra calothyrsus respectivement en saison sèche et en saison des pluies. Ces valeurs sont comparables à celles rapportées par Norton et Ahn (1997) et Florence et al (1998). Les fibres, constituées essentiellement de la cellulose et de l'hémi-cellulose sont une source importante d'énergie pour les ruminants (Chesworth 1996; Merkel et al 1999). En présence de Brachiaria ruziziensis et Pennisetum purpureum, les teneurs en NDF, en ADF et en ADL de Calliandra calothyrsus sont plus élevées en saison sèche et en présence du Trypsacum laxum, les teneurs en ADL sont plutôt plus élevées en saison des pluies. Cette variation ne paraît pas être l'effet de la saison seulement. Le stade végétatif de la plante semble être une autre cause (Balogun et al 1998; El Hassan et al 2000).

En présence des graminées et indépendemment de la saison, la production des gaz et des AGV est nettement améliorée. Cette amélioration substantielle de la production des gaz et des AGV en présence des graminées riches en cellulose et en hémi-cellulose suggère une intensification de l'activité fermentaire et une production élevée de la masse des micro-organismes quand un aliment riche en énergie et un aliment riche en protéine sont incubés ensemble (Florence et al 1999; Getachew et al 2000a). La supplémentation des nutriments déficients dans les légumineuses (énergie) aurait stimulé l'activité fermentaire des micro-organismes en créant un environnement favorable pour leur croissance (Makkar 2003). Les proportions molaires des AGV produites par Calliandra calothyrsus (0,60mmol/40ml) et (0,59mmol/40ml) incubé seul et en présence du PEG (0,71mmol/40ml) et (0,74mmol/40ml) en saison sèche et en saison des pluies respectivement sont supérieures aux résultats rapportés par Mc Sweeney et al (1999), Getachew et al (2000a) et Pamo et al (2003).

En présence du PEG, le FC était de 3,81mg/ml en saison des pluies et 3,90mg/ml en saison sèche. Ces valeurs sont comprises dans l'intervalle rapporté par Blümmel et al (1997). En général, le FC des fourrages riches en tannin oscille entre 3,1 et 16mg/ml (Getachew et al 2000b). En absence du PEG, il varie entre 6 et 7 mg/ml et ces valeurs élevées peuvent être dues à la solubilisation des tannins dans l'aliment pendant la fermentation contribuant à la baisse de la MO sans toutefois contribuer à la production des gaz et à l'inhibition de la solubilité des cellules végétales par ces tannins (Makkar 2003).

La valeur énergétique des fourrages est liée à la digestibilité de leurs matières organiques (Guérin 1999). En saison des pluies l'EM fournie par la dégradation in vitro de Calliandra calothyrsus est de 7,29 MJ/kg.MS contre 7,10MJ/kg.MS en saison sèche. Cette variation serait liée à la variation de leurs DMO en fonction des saisons. Ces valeurs sont largement supérieures à celles rapportées par Garcia et al (1996).

L'augmentation de la production des gaz et des AGV en présence du PEG dans cette étude confirme l'effet dépressif du tannin sur la dégradation de la MO. En présence ou en absence des graminées, le PEG améliore la production des gaz, des AGV, de l'EM et du FC des nutriments. Par contre il baisse la MM et la digestibilité de Calliandra calothyrsus incubé seul et en présence des graminées. Malgré la baisse de la digestibilité et de la MM, la DMO reste élevée en présence ou en absence des graminées, le PEG aurait fixé les tannins et libéré les protéines qui ont permis aux micro-organismes bien que peu nombreux à optimiser la digestion de la MO et leur synthèse protéique. La DMO de Calliandra calothyrsus est généralement située entre 40 et 56% (Palmer et Jones 2000; Jones et al 2000) en absence du PEG et autour de 65% en présence du PEG (Palmer et Jones 2000).

Conclusion

La digestibilité de Calliandra calothyrsus est étroitement liée à sa composition chimique laquelle n'est pas constante entre les saisons et varie surtout en fonction de la teneur en fibre et en protéine. La haute digestibilité, la teneur élevée en certains nutriments et la forte teneur en tannin de Calliandra calothyrsus sont connues et font de lui un excellent supplément pour les fourrages de faible qualité pendant la saison sèche à condition de prendre en considération la teneur en tannin. Les résultats de cette étude viennent une fois de plus confirmer l'impact potentiel de la supplémentation des graminées fourragères pauvres en nutriments essentiels pendant la majeure partie de l'année avec Calliandra calothyrsus sur les performances des productions animales.

Remerciements:

Les auteurs remercient l'Université de Dschang et l'Agence Internationale de l'Energie Atomique pour leur soutient financier et matériel dans la réalisation de ce travail.

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