Wpływ cieplnego stresu na jakość mięsa kurcząt brojlerów

Transkrypt

1 Wpływ cieplnego stresu na jakość mięsa kurcząt brojlerów Od kilkunastu lat klimatolodzy na całym świecie dyskutują obserwowane od połowy XX wieku podwyższenie średniej temperatury atmosfery przy powierzchni ziemi i oceanów z jednoczesnym ochłodzeniem stratosfery oraz przewidują w przyszłości ocieplenie wynikające z zaburzenia równowagi promieniowania Ziemi. Średni wzrost temperatury powietrza w stuleciu w pobliżu powierzchni Ziemi wyniósł 0,74 ± 0,18 C, i należy ustalić w jakim stopniu to globalne ocieplenie jest wynikiem działalności człowieka, a w jakim naturalnych czynników. Wg Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC) wzrost od połowy XX wieku średniej temperatury globalnej, jest wynikiem cieplarnianego, antropogenicznego efektu zwiększenia koncentracji cieplarnianych gazów. W tym czasie naturalne czynniki, takie jak aktywność słoneczna i wulkany, w niewielkim stopniu zwiększyły ocieplenie w porównaniu do okresu sprzed przemysłowej rewolucji. Opinię tę poparło ponad 45 stowarzyszeń i akademii naukowych w tym placówki badawcze 8 najbardziej uprzemysłowionych państw. Zgodnie z opracowanymi przez IPCC prognozami modeli klimatycznych, średnia temperatura powierzchni Ziemi podniesie się w XXI w. o 1,1-6,4 C. Wątpliwości naukowe dotyczą skali przewidywanego wzrostu temperatury oraz czy ocieplenie i jego skutki będą różnić się w poszczególnych rejonach na Ziemi. Rządy większości państw podpisały i ratyfikowały protokół z Kioto, mający na celu redukcję emisji gazów cieplarnianych. Trwa jednak światowa polityczno-publiczna debata, dotycząca działań w celu redukcji tempa ocieplania się klimatu oraz przystosowania się do już występujących i przewidywanych jego następstw. Tymczasem w ostatniej dekadzie, polscy producenci drobiu zaskakiwani są występującymi już od maja, a nawet kwietnia kilkudniowymi niespodziewanymi upałami, trwającymi niekiedy aż do października. Te nagłe i bardzo duże wahania temperatury w kurnikach i brojlerniach, zakłócają dobrostan drobiu i wpływają ujemnie na jego stan zdrowotny i produkcyjność. Sukces drobiarskiej produkcji jest ściśle związany z naturalnymi lub sztucznymi środowiskowymi warunkami. Gdy temperatura otoczenia przekroczy maksymalną, komfortową dla ptaków temperaturę, będą one dostosowywały swe metaboliczne ciepło, aby utrzymać stan fizjologiczny regulujący układ hormonalny, odpornościowy i nerwowy. Badacze wiele eksperymentując z różnymi powyżej neutralnej, poziomami temperatury - zgodnie wykazali negatywny ich wpływ na wydajność drobiu oraz na fizjologiczne i biochemiczne zmiany w gruczołach potowych. Gdy temperatura i wilgotność względna przekracza komfortowy dla ptaków poziom, tracą one zdolność skutecznego wypromieniowania ciepła. Wywołuje to fizjologiczne zmiany w układzie hormonalnym i ograniczające żerność, by zmniejszyć poziom metabolicznego ciepła i zahamować szybkość wzrostu, jak również zmniejszyć wykorzystanie paszy (Song i King, 2015). Nowoczesne, szybko rosnące kurczęta brojlery trudno sobie radzą z cieplnym stresem, towarzyszącym zmianom w intensywnej produkcji drobiarskiej, rozwijanej w wielu krajach, do których w ostatnich trzech dekadach przywieziono towarowe zestawy brojlerów o genetycznie uwarunkowanym szybkim tempie wzrostu. Ponieważ stwierdzono, że wysoka temperatura 8

2 środowiska, działa szkodliwie na produkcyjność i wydajność mięsną drobiu, powinny być wdrożone i wykorzystane skuteczne środki by poprawić odporność na ciepło mięsnych ptaków, bez wpływu na ich wydajność i jakość mięsa. Temperatura otoczenia a produkcyjność brojlerów Wykazano, że wysokie temperatury otoczenia powodują zmniejszenie spożycia paszy i przyrostów masy ciała oraz powodują wysoki udział padnięć, a tempo wzrostu brojlerów jest związane z wrażliwością ptaków na ciepło. Wzrost temperatury w brojlerni z 21,1 o do 32.2 o C spowodował spadek spożycia paszy o 9,5%/ptaka/dzień od pierwszego do szóstego tygodnia życia, a podniesienie temperatury z 32,2 o do 37.8 o C, spowodowało dalszy spadek spożycia paszy o 9,9%/dzień/ ptaka w porównaniu do 21.1 o C (North i Bell, 1990). Washburn i in. (1992) oraz Yunis i Cahaner (1999) stwierdzili, że wpływ cieplnego stresu był bardziej widoczny w towarowym stadzie szybko rosnących brojlerów. Badacze mierzyli wydajność brojlerów utrzymywanych do różnego wieku i w różnych zakresach temperatur. Wysokie temperatury otoczenia miały istotny wpływ na wyniki produkcyjne kurcząt, zwłaszcza od 4-6 tygodnia życia. Wg Yalçin i in. (2001) stwierdzili niższą masę ciała o 23% i o 15% spożycie paszy w porównaniu z brojlerami odchowanymi w optymalnych temperaturach. Wg Quinteiro-Filho i in. (2012) u kurcząt utrzymywanych w cieplnym stresie (31+1 o C), od 35 do 42 dnia życia nastąpiło obniżenie masy ciała, spożycie i wykorzystanie paszy o odpowiednio 155%, 31,4% i 270%. Azad i in. (2010) wykazali zmniejszony przyrost masy ciała brojlerów na skutek zmniejszonego spożycia paszy i jej gorszego wykorzystania w stałych wysokich temperaturach. Wg Zhang i in. (2012), przy stałej wysokiej temperaturze 34 o C i przy stałej wysokiej dobowej cyklicznej temperaturze (36 o C od 1000 h h i 23 C od 1600 h h) nastąpiło obniżenie masy ciała o odpowiednio 8.1% i 18.2% w porównaniu z grupą kontrolną utrzymywaną w stałej temperaturze 23 C. Skutek cieplnego stresu w postaci ograniczonego spożycia paszy przez starsze brojlery można zmniejszyć, utrzymując pisklęta w pierwszym tygodniu życia w wysokiej temperaturze. Skutki fizjologiczne i biochemiczne Stres cieplny uszkadza komórki, a na skutek zwiększenia przepuszczalności ich błony dochodzi do uwalniania płynu śródmiąższowego, zawierającego takie enzymy jak aminotransferazę asparaginianową i alaninową (ALT), a w surowicy podnosi poziom keratynowej kinazy (CK) i mleczanowej dehydrogenazy (LDH) przy obniżeniu poziomu innych enzymów, takich jak fosfatazy alkalicznej. Takie wahania poziomów wskazują na uszkodzenie mięśni szkieletowych lub miopatii i są konsekwencją zaburzeń funkcjonalnych i przepuszczalności błony komórkowej komórek mięśniowych. Wg Puvadolpirod i Thaxon (2000) u brojlerów poddanych cieplnemu stresowi zwiększa się przepływ krwi z jelita do skóry i wątroby, prowadząc do podwyższonego poziomu ALT i aktywności LDH w surowicy. Wg Sandercock i in.(2001), zakłócenia w żylnej krwi stosunku kwasu do zasada, powodujące zasadowicę - alkalozę, czyli stan podwyższonego poziomu zasad we krwi, były proporcjonalne do zmian temperatury w głębi ciała. Wykazali oni, że cieplny stres wywołuje miopatię (zanik mięśni) i utratę CK na skutek rozregulowania wewnątrzkomórkowej, mięśniowej homeostazy wapniowej. Zmiany, w przepuszczalności komórkowej błony mięśniowej, były konsekwencją zaburzenia równowagi kwasowo-zasadowej (Sandercock i in., 2001). Miopatie spowodowane cieplnym stresem, charakteryzują się wzrostem aktywności osocza w szkieletowych mięśniach wywołanej izoenzymem CK i homeostazą wapniową pośred- 10

3 niczącej w zmianach integralności mięśniowej błony (Mitchell i Sandercockk, 1995). Podobne zwiększenie aktywności CK w osoczu obserwowano w warunkach stresu związanego ze stanem podwyższonej temperatury ciała (hipertermią) u świń, wykazując jego wpływ na ilość mięsa (Sośnicki, 1987). Ostry stres cieplny może spowodować u brojlerów hipertermalną chorobę mięśni, a zwiększenie aktywności CK mięśni może wywołać na skutek metabolizmu glikolizy, zmianę działania komórkowej błony mięśni piersiowych oraz wzrost jej aktywności osmotycznej (Bao i in., 2004). W czasie stresu cieplnego, w wyniku degeneracji tkanki, występuje toksyczne działanie glikolizy, przemiana metaboliczna białek mięśni, martwica włókien mięśniowych i zwiększona ilość fosfokinazy kreatyninowej (CPK) w krwi, co potwierdza ujemny wpływ wysokiej temperatury. W tym samym czasie, gdy komórki mięśni uwalniają LDH, jego działanie będzie znacznie wyższe niż w normalnej temperaturze. Prowadzi to do glikolizy zwiększającej w surowicy ilość kwasu mlekowego i obniżający aktywność alkaliczną fosfatazy. Zmiany integralności błony mięśni mogą wpływać post mortem na mechanizm wewnątrzkomórkowej utraty wody, a podwyższenie w osoczu CK- jest związane z częstszym spadkiem wartości ph i zwiększeniem wycieku z mięśni. Prowadzono wiele badań nad wpływem szoku cieplnego (HS) na patologiczne uszkodzenia budowy narządów i występujące na komórkowym i molekularnym poziomie rozwoju cieplnej tolerancji hodowanych komórek. HS zdefiniowano jako ekspresję małej grupy wysoce konserwatywnych polipeptydów, określanych jako białka stresu cieplnego (HSP), prokariotycznych i eukariotycznych komórek, reagujących na działanie wysokiej temperatury otoczenia lub innych środowiskowych, stresowych czynników. Białka te pod wpływem szkodliwych czynników, wytwarzają specjalny zestaw białek, aby utrzymać przeżywalność komórek i stabilność wewnętrznego środowiska. HSP uczestniczy w rozwoju oraz komórkowej termotolerancji i homeostazy. Wg Wang i Edens (1988), zwiększona ekspresja HSP była widoczna jeszcze przez 4 tygodnie po zakończeniu codziennego ogrzewania powietrza w brojlerni. Wpływ ciepła na procesy utleniania w mięśniach Stres cieplny prowadzi do stresu oksydacyjnego, zwiększającego wytwarzanie reaktywnych cząsteczek tlenu i zmniejszenie w osoczu ilości witamin i mineralnych składników, odgrywających rolę w układzie obronnym. Utlenianie jest głównym czynnikiem wpływającym na funkcjonalność mięśniowych białek podczas przetwarzania i przechowywania mięsa i dlatego jest interesujące jak pod wpływem cieplnego stresu dochodzi do utleniania białek kurczaka, zmieniającego ich właściwości funkcjonalne. Stres oksydacyjny uszkadza komórkową błonę i mitochondrialną integralność oraz powoduje uszkodzenie komórek i peroksydację lipidów, czyli biologiczny proces ich utleniania, łańcuchowy i wolnorodnikowy, w wyniku którego powstają nadtlenki tych lipidów. Wg Lin i in. (2006), oksydacyjny stres może być wywołany u 5-tygodniowych brojlerów ostrą emisją ciepła (32 o C przez 6 h) co sugeruje, że podwyższenie temperatury ciała może nastąpić w wyniku zmian metabolicznych, które przyczyniły się do oksydacyjnego stresu, który należy traktować jako część odpowiedzi brojlerów na wysoka temperaturę. Stres oksydacyjny jest wynikiem braku równowagi między działaniem reaktywnych form tlenu, a biologiczną zdolnością do szybkiej detoksykacji reaktywnych produktów pośrednich lub naprawy wyrządzonych szkód. Od dawna mitochondria odgrywają kluczową rolę w utrzymaniu statusu energetycznobiologicznego w komórkach. Wg Muhaid i in., (2007), silny stres cieplny zwiększa w szkieletowym mięśniu kurcząt wytwarzanie reaktywnych form mitochondrialnego tlenu, które 12

4 mogą wpłynąć na niespecyficzną modyfikację lipidów i białek, prowadząc do ich biologicznoenergetycznej dysfunkcji. Z drugiej strony, silny cieplny stres powoduje wzrost poziomu reaktywnych form tlenu (ROS) w mitochondriach izolowanych z szkieletowych mięśni brojlerów. Wg Altan i in., (2003), poddanie kurcząt brojlerów temperaturze 38o+1 o C przez 3h podnosi stopień utleniania tłuszczu we krwi i zwiększa aktywność katalazy, ponadtlenkowej dysmutazy i glutationowej reduktazy, wykazując w wątrobie przeciwutleniającą aktywność enzymu, pod wpływem stresu cieplnego. Feng i in.(2006) badając w mitochondriach mięśni piersiowych, wpływ dziennych cykli wysokiej temperatury stwierdzili, że wywołują one oksydacyjny stres piersiowego mięśnia pectoralis major. Wg Wang i in. (2009), wyższa temperatura zwiększa w różnym stopniu utlenianie sarkoplazmatycznych i miofibrylarnych białek w mięśniu pectoralis major u kurcząt brojlerów. Poddanie kurcząt wyższej temperaturze przed ubojem, przyspiesza proces utleniania mięśni, przez zwiększenie w nich ilości nienasyconych lipidów i zwiększoną produkcję MDA. Uszkodzone na skutek procesów utleniania białka szkieletowych mięśni, wytwarzają duże ilości modyfikowanych białek w tym karbonylowych. Wpływ cieplnego stresu na jakość mięsa drobiu Dotychczas nie prowadzi się wielu badań nad wpływem cieplnego stresu nad oksydacyjnymi uszkodzeniami mięśniowych białek i ich cechy funkcjonalne (Song i King, 2015). Cechy jakości tuszki oraz mięsa, takie jak jędrność i kolor, mają kluczowe znaczenie przy wyborze ich przez konsumentów. Duże znaczenie ma również przy wstępnej selekcji ogólny wygląd mięsa oraz końcowego produktu i dlatego producenci drobiu winni dążyć do wytwarzania produktów o odpowiednich dla danego rynku właściwościach, by uniknąć wad ich wyglądu, które negatywnie wpływają na ich wybór. Czynniki stresowe, takie jak cieplny stres i czas trwania transportu, wpływają również na zmiany cech jakości mięsa brojlerów. Feng i in. (2006), badający wpływ oddziaływania codziennych cykli wysokiej temperatury związanej z cieplnym stresem na jakość mięsa brojlerów stwierdzili, że obniżają one ph, denaturują białko mięśni i zwiększają wyciek, mięśnie stają się jaśniejsze oraz bardziej twarde na co wskazują wskaźniki siły ścinającej. Stwierdzono, że po uboju na jakość mięsa ma wpływ jego ph, (Young i in., 2004), będące jednym z jego najważniejszych fizycznych parametrów jakościowych, szeroko wykorzystywanym jako wskaźnik jego technologicznej przydatności. Wang i in. (2009) opisali znaczący spadek ph30min i ph24h mięśnia piersiowego pectoralis major kurcząt poddawanych przez 1 do 5 godzin działaniu wysokiej temperatury w porównaniu z grupą kontrolną. Spadek wartości ph w okresie starzenia się mięsa następuje głównie na skutek akumulacji kwasu mlekowego podczas glikolizy i wyniku hydrolizy ATP. Działanie ciepła zwiększa uwalnianie hormonów, przyspieszając rozkład glikogenu oraz zwiększając szybkość glikolizy mięśni, prowadząc do spadku ph. Wg Wang i in. (2008), przyspieszony post mortem pod wpływem ciepła spadek ph w mięsie brojlerów, należy przypisać wysokiej początkowej temperaturze (T30min) mięśni piersiowych, ułatwiającej hydrolizę ATP i glikolizę mięśni. Zdolność utrzymywania wody jest jedną z ważnych sensorycznych właściwości mięsa, z którego pod wpływem ciepła i w czasie gotowania wyciek w różnym stopniu się zwiększa, co sugeruje, że zdolności zatrzymania wody zależą od oksydacyjnego uszkodzenia białek i osłabienia wiązania wody w mięsie. Zwiększone utlenianie lipidów może zmienić strukturę i funkcję i osmozę błon, powodując utratę wody. W przypadku zwiększonego ph w mięsie indyków i kurcząt, podczas gotowania są mniejsze straty wody na skutek zwiększonej jej interakcją z białkami. 14

5 Spowodowane wysoką temperaturą zmiany w mięśniowej tkance mogą post portem wpływać na jakość mięsa brojlerów. U świń i krów, w czasie gorących, letnich miesięcy, a gdy brak jest stałego wzrostu metabolizmu mięśni i na skutek gwałtownego rozpadu glikogenu, mogą wystąpić poubojowe wady mięsa. W szkieletowych mięśniach piersi i nóg brojlerów, utrzymywanych w zbyt wysokiej temperaturze, często po ugotowaniu pojawiają uszkodzone, białe włókna i samo mięso jest mniej soczyste co wskazuje, że odchów w sezonie letnim przyspiesza u ptaków wyczerpywanie się adenozyno trójfosforanu (ATP) i zwiększa udział kurcząt wyróżniających się poubojowymi wadami. chłodzące powietrze w naszych brojlerniach. Trzeba dokładnie policzyć nakłady, straty i zyski, a na szczęście nie ma co liczyć. Kolejną uwagą wiążącą się z zagadnieniami gospodarki cieplnej jest to, że łatwiej i taniej jest dostarczyć ciepło do organizmu niż go ochłodzić. Dr inż. Ryszard Gilewski Prof. dr hab. Stanisław Wężyk Uwaga końcowa Biorąc pod uwagę nasilającą się w Polce częstotliwość występowania nieprzewidywanych nawet przez starych górali upałów, należy się na przedwiośniu zastanowić, czy nie zainwestować w skuteczne chociaż drogie urządzenia 16