Effet de la supplémentation de quelques légumineuses tropicales sur la valeur alimentaire et la digestibilité in-vitro des chaumes de maïs

B Boukila, T E Pamo¹, F A Fonteh¹, J R Kana¹, F Tendonkeng¹ et M E Betfiang¹

Institut National Supérieur d'Agronomie et de Biotechnologie (INSAB), Université des Sciences et Techniques de Masuku, B.P. 941. Gabon
¹Université de Dschang, FASA, Département des Productions Animales. B.P. 222 Dschang, Cameroun,
pamo-te@excite.com   /   pamo_te@yahoo.fr

Résumé

La valeur alimentaire et la digestibilité in vitro du chaume de maïs associé à quelques légumineuses tropicales (Calliandra calothyrsus, Gliricidia sepium, Leucaena leucocephala, Leucaena trichandra et Leucaena diversifolia) ont été évaluées au laboratoire de Nutrition Animale de la Faculté d'Agronomie et des Sciences Agricoles de l'Université de Dschang. Les chaumes de maïs et les feuilles de légumineuses seuls et mélangés à raison de 350 mg de chaume et 150 mg de légumineuses ont été analysés et incubés pendant 24 heures.

Les résultats de cette étude ont révélé que le chaume avait une teneur en protéines brutes de 4,63 % et associé aux légumineuses entre 10,3 et 13,7 %. La production des gaz du chaume incubé seul était de 43,5 ml/200mg MS et associé aux légumineuses entre 42,8 et 47,1 ml/200mg MS. On a également noté une production des acides gras volatils (AGV) très variable et très élevée (0,96 - 1,06 mmol/40ml) quand les chaumes étaient associés aux légumineuses. L'énergie métabolisable du chaume associé au Gliricidia sepium et au Leucaena leucocephala était significativement (p<0,05) supérieure à celle du chaume incubé seul et des autres associations. La digestibilité de la matière organique du chaume seul était statistiquement (p<0,05) inférieure à celles en association avec des légumineuses. La masse microbienne produite lors de la dégradation du chaume était significativement (p<0,05) inférieure à celle produite en association avec Calliandra calothyrsus et Leucaena leucocephala et statistiquement comparable (p>0,05) à celle produite par d'autres combinaisons. Dans l'ensemble toutes les légumineuses ont amélioré la production des gaz, des AGV, de l'EM et la DMO du chaume de maïs. Cependant, l'association avec le Gliricidia sepium et le Leucaena leucocephala paraît être la meilleure.

Mots clés: Chaume de maïs, digestibilité in vitro, légumineuses, supplémentation, valeur alimentaire

Nutritive value and in vitro digestibility of maize stover supplemented  with leaves of tropical legume trees (Calliandra calothyrsus, Gliricidia sepium, Leucaena leucocephala, Leucaena trichandra and Leucaena diversifolia)

Abstract

The nutritive value and in vitro digestibility of maize stover associated with tropical legume tree's leaves (Calliandra calothyrsus, Gliricidia sepium, Leucaena leucocephala, Leucaena trichandra and Leucaena diversifolia) was evaluated in the laboratory of the Faculty of Agronomy and Agricultural Sciences of the University of Dschang. Maize stover and legumes were mixed (350 mg of maize stover and 150 mg of legumes) analysed and incubated during 24 hours.

The results of this study revealed that the crude protein of maize stover was 4.63 % and varied from 10.3 to 13.7 % in association with legumes. The maize stover produced 43.5 % ml/200mg DM of gas and in association with legumes its varied between 42.88 and 47.1 ml/200mg DM. We also noticed a highest and variable shot chain fatty acid (SCFA) production (0.96 - 1.06 mmol/40ml) when maize stover were associated with legumes. Metabolisable energy of maize stover associated with Gliricidia sepium and Leucaena leucocephala was significantly (p<0.05) higher than that of maize stover incubated alone and that of other associations. The organic matter digestibility (OMD) of maize stover was statistically (p<0.05) lower than maize stover associated with legumes. The microbial mass produced from degradation of maize stover was significantly (p<0.05) lower than those produced from the association with Calliandra calothyrsus and Leucaena leucocephala, and there were no significant (p>0.05) difference compared to those produced from other combinaisons. In general, legumes improved the production of gas, of SCFA, of ME and OMD of maize stover. However, the association of maize stover with Gliricidia sepium and Leucaena leucocephala seems to be the better combinaison.

Keys words: in vitro digestibility, leguminous, maize stover, nutritive value, supplementation

Introduction

L'amélioration de la valeur nutritive des résidus de récolte est un sujet de plus en plus préoccupant dans les pays tropicaux. En effet, la pression démographique s'accentue davantage et les jachères d'où les ruminants tirent l'essentiel de leur alimentation se font de plus en plus rares (Pamo et al 2004, 2005). De même, le développement des cultures de contre saison constitue une entrave sérieuse à la mise en liberté des animaux pendant la saison sèche. Face à ces contraintes, l'élevage en claustration devient progressivement un impératif. L'essentiel de l'alimentation des ruminants est constitué des résidus de récolte de faible valeur nutritive qui pour couvrir les besoins de ces animaux nécessitent une complémentation protéique et minérale (Chesworth 1996; Makkar 2002).

L'association résidus de récolte et particulièrement chaumes de maïs-sous produits de l'agro-industrie d'une part et légumineuses fourragères d'autres part peut être potentiellement améliorer la valeur nutritive pour les ruminants. Cependant, peu d'informations sur la valeur nutritive des associations chaume de maïs et légumineuses existent dans la littérature. Très peu d'essais ont été conduits sur de telles associations sur pâturage naturel où le tri des fourrages par les animaux rend l'évaluation de l'ingestion volontaire et de la digestibilité des aliments très peu précises, coûteuses et très lentes par rapport à la méthode in-vitro.

L'objectif de ce travail était de faire une meilleure évaluation de la valeur nutritive des chaumes de maïs, source potentielle d'énergie, en association avec quelque légumineuses fourragères tropicales, source potentielle d'azote, nécessaire au bon fonctionnement de la panse des ruminants. Il s'agissait plus précisement d'évaluer l'effet de la supplémentation avec Calliandra calothyrsus, Gliricidia sepium, Leucaena leucocephala, Leucaena trichandra et Leucaena diversifolia sur la valeur alimentaire et la digestibilité in-vitro des chaumes de maïs.

Matériel et méthodes

Site d'étude et collecte des échantillons

Les feuilles fraîches de légumineuses (Calliandra calothyrsus, Gliricidia sepium, Leucaena leucocephala, Leucaena trichandra et Leucaena diversifolia) et les chaumes de maïs ont été récoltées à la Ferme d'Application et de Recherche de l'Université de Dschang au mois de Septembre 2004. Ces plantes étaient cultivées, non fertilisées, non irriguées, matures et agées d'au moins 2 ans et n'avaient pas fleuri au moment de la collecte des échantillons. La localité est située à 05^o 26'latitude nord, 10^o 26' longitude Est à une altitude moyenne de 1420 m. Le climat de la région est équatorial de type Camerounien d'altitude. Les précipitations varient entre 1500 et 2000 mm par an et les températures oscillent entre 10^oC (Juillet-Août) et 25^oC (Février).

Les échantillons récoltés étaient séchés à 60^oC jusqu'à poids constant dans une étuve ventilée puis broyés de manière à traverser les mailles de 1mm à l'aide d'un broyeur et conservés dans des papiers plastiques en vue des analyses chimiques et du test de dégradabilité. Pour effectuer les analyses chimiques et les tests de digestibilité in vitro, les légumineuses et les chaumes de maïs étaient mélangés dans les proportions 30% / 70% soit 150 mg de feuilles de légumineuses et 350 mg de chaume de maïs.

Analyse de la composition chimique

La matière sèche (MS), les cendres, le phosphore, les lipides et les protéines brutes ont été déterminées selon la méthode de l'AOAC (1990). Les fibres (NDF, ADF, ADL) ont été déterminées par la méthode de Van Soest et al (1991).

Dégradation in vitro

Préparation de l'inoculum et méthode utilisée

L'évaluation de la production de gaz et la préparation du réactif ont été faites selon la méthode et la procédure décrites par Menke et al (1979) et modifiée par Makkar (2002). A la veille de la réalisation de l'essai, les échantillons pesés en triplet et introduits dans des seringues d'incubation de 100 ml et le réactif fraîchement préparé étaient placés dans un incubateur à 39^oC pendant toute la nuit. De même, le bain-marie était mis en marche à 39^oC et la température était contrôlée par un thermostat. Le matin avant la collecte du liquide ruminal, le réactif a été placé dans ce bain-marie à 39^oC. Dans ce réactif, arrivait continuellement un flux de gaz (CO₂) dont la pression a été réglée de manière modérée (1 bar). Le sulfure de sodium (417 mg) et le NaOH 6N (0,444 ml) ont été ajoutés à cet inoculum. Le liquide ruminal a été collecté à l'abattoir municipal de Dschang dans un thermos maintenu à chaud avec l'eau bouillante pendant toute la nuit et transporté immédiatement au laboratoire où il a été filtré sous un flux de CO₂ et 700 ml ont été prélevés et introduits dans le réactif toujours sous le flux de CO₂. Ce mélange (inoculum) a été homogénéisé pendant 10 mn à l'aide d'une baguette magnétique et 40 ml de cet inoculum étaient prélevés à l'aide d'un distributeur de précision et injectés dans chacune des seringues d'incubation puis placé dans le bain-marie pour incubation.

Incubation

L'incubation a duré 24 heures et les volumes de gaz produit ont été relevés après 3h, 6h, 9h, 12h, 18h et 24h. Au terme de l'incubation, le contenu de chaque seringue a été transféré dans un bécher de 600 ml et la seringue était lavée deux fois avec 15 ml de NDS (Neutral Detergent Solution) puis vidée dans le bécher. Les échantillons dans les béchers étaient chauffés à feux doux pendant une heure et filtrés dans des creusets filtrants pré-tarés. Les creusets filtrants ont été séchés à 100^oC pendant une nuit (au moins 12 heures) et pesés (Van Soest et Robertson 1985). La vraie digestibilité a été calculée par la différence entre le poids du substrat incubé et le poids du résidu non dégradé après le traitement au NDS à la fin de l'incubation. Ces résidus obtenus 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 utilisées pour calculer la digestibilité de la Matière Organique (DMO) en utilisant l'équation de régression de Menke et Steingass (1988):

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

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

Parallèlement, le contenu en énergie métabolisable (EM), le facteur de partitión (FC) qui est la quantité de matière organique qui produit 1 ml de gaz, 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 après 24 heures d'incubation
      PB = Protéines brutes.

Où: MOD (mg) = Matière organique dégradée.
      GP (ml) = Gaz produit après 24 heures d'incubation.

MM (mg) = MOD - (GP x FS)

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

AGV (mmol/ml) = 0,0239GP - 0,0601

Où: GP (ml) = Gaz produit après 24 heures d'incubation

Analyses statistiques

Les gaz produits après 24 heures d'incubation, les acides gras volatiles à courtes chaînes, la masse microbienne, la digestibilité de la matière organique, le facteur de partitión, l'énergie métabolisable et le NDF-N ont été soumis à l'analyse de variance. Lorsque les différences existaient dans les paramètres, les moyennes étaient séparées par le test de Duncan (Steel et Torrie 1980).

Resultats

Composition chimique des fourrages

La composition chimique des chaumes de maïs et des mélanges de chaumes de maïs-légumineuses est présentée dans le Tableau 1.

Il en ressort que la matière organique (MO) des chaumes de maïs est de 93,1% et celle du chaume associé aux légumineuses oscille entre 92,3 et 93,3%. La teneur en NDF du chaume de maïs seul est de 72,3% et associé aux légumineuses elle varie entre 60,8 et 66,4%. La teneur en ADF du chaume de maïs seul est de 39,3%, elle varie entre 35,1 et 38,5% quand il est associé aux légumineuses. Dans l'ensemble, associé aux légumineuses on note une baisse des teneurs en constituants pariétaux (NDF et ADF) au profit des protéines brutes (PB) et des lipides. La teneur en PB et en lipide du chaume de maïs seul est respectivement de 4,63% et de 1,03% et associé aux légumineuses, la teneur en PB varie entre 10,3 et 13,7% et celle des lipides entre 2,23 et 6,46%. L'apport des légumineuses a substantiellement amélioré les valeurs protéique et lipidique des chaumes de maïs. La teneur en phosphore des chaumes de maïs est de 0,24% et associé aux légumineuses elle oscille entre 0,14 et 0,17%. La teneur des sucres non fibreux varie entre 28 et 33% chez les légumineuses, entre 9,33 et 15,9% chez chaumes de maïs associés aux légumineuses.

Digestibilité in vitro

Le tableau 2 présente le volume des gaz produit en 24 heures d'incubation, les acides gras volatiles (AGV), la vraie digestibilité (VD), la digestibilité de la matière organique (DMO), l'énergie métabolisable (EM), le facteur de cloisement (FC), la masse microbienne (MM) et l'azote résiduel (NDF-N) du chaume de maïs et des combinaisons chaume -légumineuses.

Le volume de gaz du chaume de maïs associé aux Gliricidia sepium (47,1ml/200mg MS) et celui du chaume de maïs associé au Leucaena leucocephala (46,1 ml/200mg MS) sont significativement (p<0,05) supérieurs à celui du chaume de maïs incubé seul (43,5 ml/200mg MS) ou en combinaison avec les autres légumineuses (42,8-43,8 ml/200mg MS). La production des gaz du chaume de maïs varie beaucoup en fonction de la composition chimique des espèces de légumineuses en présence ce qui pourrait entraîner des différences de performance chez les animaux.

Comme pour la production des gaz on note une grande variabilité entre les productions des AGV du chaume de maïs associé aux légumineuses (0,96-1,06 mmol/40ml). Cette variation pourrait être attribuée à celle de la teneur en sucre non fibreux (solubles) car certaines bactéries et protozoaires dégradent essentiellement ces derniers avec une production très variable des AGV. Elle peut aussi être attribuée à la variation de la DMO et de l'EM car il existe une forte corrélation entre les AGV et ces paramètres avec des coefficients de corrélation de r = 0,81 et de r = 0,85 respectivement (tableau 3).

Les FC du chaume de maïs associé aux Gliricidia sepium (5,71 mg/ml), au Leucaena trichandra (5,88 mg/ml), au Leucaena leucocephala (6,18 mg/ml) et au Leucaena diversifolia (5,98 mg/ml) sont significativement (p<0,05) inférieures à celui du chaume de maïs incubé seul (6,32 mg/ml). Ceci suggère que l'incubation du mélange chaume et légumineuses fournie à la fois l'énergie et l'azote nécessaires à la multiplication, la croissance des micro-organismes et favorise une intensification de leurs activités.

L'énergie métabolisable du chaume de maïs associé au Leucaena leucocephala (9,26 MJ/kg MS) et au Gliricidia sepium (9,31 MJ/kg MS) est significativement (p<0,05) supérieure à celle du chaume incubé seul (8,38 MJ/kg MS) ou associé au Calliandra calothyrsus (8,62 MJ/kg MS), au Leucaena trichandra (8,81 MJ/kg MS) et au Leucaena diversifolia (8,64 MJ/kg MS). Ces différences sont en réalité le reflet de celles des DMO de ces différentes rations car il existe une corrélation hautement positive entre ces deux paramètres avec un coefficient de corrélation de r=0,99 (tableau 3).

La MM produite lors de la dégradation du chaume de maïs seul (179 mg) est statistiquement (p>0,05) comparable à celle produite quand le chaume de maïs est associé au Leucaena diversifolia (162 mg), au Leucaena trichandra (161 mg), au Gliricidia sepium (165 mg) et significativement inférieure (p<0,05) à celle du chaume de maïs associé au Calliandra calothyrsus (184 mg) et au Leucaena leucocephala (184 mg). Ceci semble indiquer que la MM varie en fonction des sources et de la quantité d'azote apportée par chaque légumineuse dans la ration.

La DMO du chaume de maïs incubé seul est significativement inférieure (p<0,05) à celle en association avec les légumineuses. Ceci suggère une intensification de l'activité fermentaire des micro-organismes quand un aliment riche en protéines (légumineuse) est incubé en présence d'un autre riche en énergie (chaume de maïs). Par contre la VD du chaume de maïs est comparable (p>0,05) à celle du chaume de maïs associé au Leucaena diversifolia, Leucaena trichandra et Gliricidia sepium.

La teneur en azote résiduel (NDF-N) varie beaucoup (0,92 - 1,31) en fonction des espèces de légumineuse en présence. Ceci serait lié aux différences entre les teneurs en azote et des autres composantes chimiques de ces légumineuses en particulier, la lignine et les autres substances antinutritionnelles telles que les tannins dans Calliandra calothyrsus , la mimosine dans Leucaena leucocephala et les oxalates dans le chaume de maïs.

Discussion

La teneur en PB des chaumes s'élève à 4,63% alors que celle du mélange chaume et légumineuses oscille entre 10,3 et 13,7%. Si ces chaumes seuls constituent la ration alimentaire des animaux ils ne pourraient jamais couvrir les besoins azotés de ces animaux car leur faible teneur en PB est non seulement insuffisante pour un bon fonctionnement des micro-organismes du rumen mais une bonne partie est inaccessible parce qu'elle est fortement liée aux parois cellulaires lignifiées (Chesworth 1996). Par contre les fortes teneur en PB des légumineuses (18,8 - 28,1%) font d'elles d'importants suppléments protéiques pour une utilisation efficace de ces chaumes dans l'alimentation des ruminants dans la région tropicale et surtout pendant la saison sèche, période pendant laquelle ces chaumes sont disponibles et les ressources fourragères presque inexistantes (Paterson et al 1996; Salawu et al 1997; Pamo et al 2002; Pamo et al 2004; 2005). La teneur en NDF des chaumes est de 72,3% et associé aux légumineuses elle oscille entre 60,8 et 66,4%. Les fibres, constituées essentiellement de la cellulose et de l'hémi-cellulose sont une source importante d'énergie pour les ruminants (Gadoud et al 1992; Chesworth 1996; Makkar et al 1997).

La teneur en phosphore des chaumes est de 0,24% et en présence des légumineuses elle oscille entre 0,14 et 0,17%. La teneur en minéraux des fourrages dépend de l'interaction d'un certain nombres de facteurs tels que le sol, l'espèce végétale et le stade de développement végétatif (Conrad et al 1985; Garcia et al 1996).

Le chaume seul induit une production de gaz de 43,5 ml/200mg MS et des AGV de 0,98 mg/ml. En présence des légumineuses la production des gaz varie entre 42,8 à 47,1 ml/200mg MS et celle des AGV de 0,96 à 1,06 mg/40ml. En association avec les légumineuses, la production de gaz des chaumes est nettement améliorée. Cette amélioration substantielle de la production de gaz suggère une intensification de l'activité fermentaire et une production élevée de la MM quand un aliment riche en protéine et un autre riche en énergie sont incubés ensembles (Nherera et al 1998; Makkar et al 1997; Getachew et al 2000). La complémentation des nutriments déficients dans les chaumes (azote) pourrait avoir stimulé l'activité fermentaire des micro-organismes en créant un environnement favorable à leur développement (Getachew et al 2000). Les variations observées dans la production des gaz et des AGV dans cette étude peuvent être attribuées aux différences de la composition chimique des légumineuses utilisées particulièrement leur teneur en fibre, en azote et la nature des composés polyphénoliques et peut être d'autres facteurs anti-nutritionnels qu'elles contiennent. Les substances telles que les tannins affectent fortement la MM qui est corrélée à la production des gaz et des AGV (Nherera et al 1999).

Le FC des fourrages riches en tannin oscille entre 3,1 et 16 mg/ml et celui des aliments conventionnels entre 2,74 et 4,65 (Blummel et al 1997). Associée aux légumineuses le FC du chaume varie entre 5,71 et 6,51 mg/ml, ces valeurs élevées peuvent être attribuées à la forte teneur en lignine du chaume laquelle n'est pas dégradée par les micro-organismes. La valeur énergétique des fourrages est liée à la digestibilité de leur matière organique (Guérin 1999). Il existe une très forte corrélation (r = 0,99) entre ces deux paramètres (EM et DMO) ce qui pourrait davantage expliquer les variations du FC observées. L'EM fournie par la dégradation des chaumes de maïs est de 8,38 MJ et associée aux légumineuses elle varie entre 8,62 et 9,31MJ.

La MM obtenue par la dégradation du chaume seul est de 179,4 mg et en présence des légumineuses elle oscille entre 161,2 et 184,6 mg. Cette variation est liée à celle de la composition chimique, à la concentration et au type de facteurs antinutritionnels présents dans chaque légumineuse. Les substances chimiques telles que la lignine, les tannins et la mimosine inhibent l'activité enzymatique des micro-organismes et réduisent leur croissance et leur multiplication (Chesworth 1996; Makkar 2003). Ces substances peuvent réduire considérablement la population des bactéries, des protozoaires et par conséquent la synthèse des protéines microbiennes (Makkar 2003).

Conclusion

La digestibilité de la matière organique du chaume de maïs est étroitement liée à sa composition chimique et à celle des suppléments apportés. L'apport des différentes sources de protéine améliore la croissance des micro-organismes et leur activité fermentaire. L'amélioration de la digestibilité de la ration à base de chaume de maïs et des légumineuses riches en protéines peut faire de ce résidu de récolte un excellent fourrage pour les ruminants tropicaux dans les zones à fortes densités de peuplement surtout en saison sèche, période pendant laquelle les graminées qui poussent sur les terres marginales et les jachères sont complètement épuisées. Dans l'ensemble toutes les légumineuses ont amélioré la production des gaz, des AGV, de l'EM et la DMO du chaume de maïs. Cependant, l'association avec le Gliricidia sepium et le Leucaena leucocephala paraît être la meilleure.

Remerciements

Les auteurs remercient l'Agence Internationale de l'Energie Atomique (AIEA), le Ministère de l'Enseignement Supérieur et l'Université de Dschang pour leur assistance dans la réalisation de cette étude.

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