Jak krowa zamienia trawę w mleko? Tajemnice żwacza.

Co prawda istnieją opinie, że mleko od krowy nie jest dobre dla dorosłych ludzi, ja sobie nie wyobrażam życia bez niego. To mój ulubiony napój. Oczywiście mleko powstaje po to, żeby samica ssaka mogła wykarmić swoje młode i z założenia jest to napój dla rozwijającego się organizmu i z tym nie będę dyskutować. Człowiek od wieków korzysta z mleka, które wytwarzają krowy, czy też inne przeżuwacze i nie tylko.

W tym artykule chciałam przybliżyć jak to się dzieje, że z trawy, którą je krowa, powstaje ten cudowny napój, zwany mlekiem. Dla pewnego uproszczenia to, co krowa je, nazwę właśnie „trawą”, choć nie tylko trawa jest składnikiem diety krowy. Ale o tym co lubi jeść krowa i co powinno być w jej diecie, pewnie opowiem kiedyś w innym artykule.

Wyjątkowy żołądek krowy

Na temat tego jak dokładnie zbudowany jest żołądek krowy było już w artykule o różnicach w budowie przewodu pokarmowego. Wspomnę jedynie, że żołądek przeżuwaczy składa się z 4 komór. Są to: żwacz, czepiec, księgi i trawieniec. Każda z tych części ma swoją indywidualną funkcję. Największą komorą jest żwacz. To taki wielki kocioł z fermentacją.

Człowiek może zjeść trawę, ale wyjdzie ona niezmieniona drugą stroną. Dla nas jedzenie zieleniny jest bardzo zdrowe, ale jej nie trawimy. A krowa i owszem, jednak nie sama, tylko z pomocą bakterii i innych mikroorganizmów.

Przeżuwacze wykształciły dwie unikalne innowacje ewolucyjne, są to:

• obecność żwacza, czyli dużego, z wysoką temperaturą (~39 °C) przedżołądka, który zawiera beztlenową społeczność mikrobiologiczną fermentującą pokarmy do lotnych kwasów tłuszczowych
• ruminacja, czyli zwracanie i ponowne przeżuwanie pokarmu. Ma to na celu rozdrobnienie włókien roślinnych i lepsze przygotowanie ich do strawienia.

Na filmie przeżuwająca krowa w ulubionej do tego pozycji.

Kto trawi w żwaczu?

W jednym litrze płynów pobranych z żołądka jest sto milionów komórek bakterii, a żwacz, czyli największa część czterokomorowego żołądka krowy ma pojemność ok 200 litrów. Stanowi on 15% masy ciała. Jak widać to niesamowicie wielka i wydajna fabryka.

Najpierw trawę przetwarzają bakterie celulolityczne. Bakterie celulolityczne w żwaczu to wyspecjalizowana grupa mikroorganizmów beztlenowych, które odpowiadają za rozkład włókna roślinnego (celulozy i hemicelulozy). Te bakterie produkują enzymy trawienne potrzebne do tego procesu.

Przykładem takich bakterii są:

• Fibrobacter succinogenes
• Ruminococcus flavefaciens
• Ruminococcus albus

Za trawienie w żwaczu odpowiadają nie tylko bakterie. Bardzo istotną rolę odgrywają również pierwotniaki, grzyby, archeony i bakteriofagi. Bakteriofagi to rodzaj wirusów, które nie zajmują się trawieniem, dodatkowo są całkowicie nieszkodliwe dla gospodarza, a ich rola polega na utrzymywaniu równowagi biologicznej w żwaczu.

Jakie związki powstają z trawy?

Kluczowymi źródłami energii z paszy są celuloza i hemiceluloza, które są trawione poprzez enzymy wydzielane przez mikroorganizmy żwacza. W wyniku fermentacji powstają lotne kwasy tłuszczowe (LKT), zwane również krótkołańcuchowymi kwasami tłuszczowymi, ponieważ zawierają 2-4 atomów węgla. LKT powstają również w jelitach człowieka, ale nie w takim dużym stopniu jak w żwaczu.

Wytwarzane są przede wszystkim:

• Propionian (kwas propionowy)
• Maślan (kwas masłowy)
• Octan (kwas octowy)

Każdy z nich ulega trochę innym procesom. Z propionianu w wątrobie syntetyzowana jest glukoza, przekształcana następnie w gruczole mlekowym w laktozę mleka.

Badania fizjologii przewodu pokarmowego dotyczące kwasu masłowego wykazały, że ma on podstawowe znaczenie jako substrat używany przez komórki nabłonka jelitowego do pozyskiwania energii. Z kwasu masłowego korzystają również kosmki jelitowe człowieka.

LKT zaspokajają aż 70–80% całego zapotrzebowania energetycznego krowy. Zasadnicza różnica pomiędzy krową, a człowiekiem polega na tym, że krowa produkuje glukozę w wątrobie z kwasów tłuszczowych, a człowiek glukozę uzyskuje w diecie z trawienia węglowodanów, choć oczywiście jego wątroba również potrafi glukozę wyprodukować.

Wytwarzanie LKT to jeden z głównych procesów w żwaczu. Drugi polega na tym, że bakterie wykorzystują energie z celulozy do budowy własnych organizmów. Następnie razem z przetrawionym wstępnie pokarmem trafiają do trawieńca i dalej do jelit, gdzie są trawione, a aminokwasy z ich trawienia w jelitach pokrywają ok. 60-80% zapotrzebowania na białko.

Rys. Schemat przemian w przewodzie pokarmowym przeżuwaczy.

Jak cielak pozyskuje bakterie do trawienia?

Cielak nie rodzi się z bakteriami w żwaczu. Na początek jego przewód pokarmowy jest jałowy. Mikroorganizmy zaczyna pobierać od pierwszych chwil życia następującymi sposobami:

• W trakcie porodu, przy przechodzeniu przez drogi rodne krowy
• Przy wylizywaniu przez matkę
• Podczas ssania mleka pobiera bakterie ze skóry wymienia
• Gdy poznaje świat, wącha i liże przedmioty w swoim otoczeniu
• Woda i pasza pobierana również dostarczają mikroorganizmów i choć nie są to mikroorganizmy typowe dla żwacza, jednakże wytwarzają odpowiednie środowisko do ich rozwoju.

Budowa gruczołu mlekowego krowy

Wymię krowy składa się z 4 części, z których każda zakończona jest brodawką wymienia, czyli strzykiem. W miąższu wymienia znajdują się pęcherzyki mlekotwórcze. Od pęcherzyków odchodzą przewody wyprowadzające, najpierw drobne, które łączą się w duże przewody uchodzące do zatoki mlekowej, gdzie mleko jest magazynowane.

Krew do wymienia dostarcza tętnica sromowa zewnętrzna, a odbierają żyła sromowa zewnętrzna, żyła nadbrzuszna tylna powierzchowna i żyły kroczowe.

Wytwarzanie mleka

Do gruczołu mlekowego krew dostarcza potrzebne substancje, z których komórki gruczołowe produkują mleko. Część składników dociera z krwi w stanie niezmienionym (witaminy i sole mineralne), a część jest w tych komórkach syntetyzowana (kazeina, laktoalbumina). Komórki te mogą też wydzielać pewnych składników dużo więcej, niż jest ich we krwi. Wapnia w mleku jest prawie 15 razy więcej.

Żeby powstał 1 litr mleka, musi przepłynąć przez wymię ponad 400 litrów krwi. Poziom tłuszczu w mleku jest 9-20 razy większy, niż we krwi. Choć laktoza powstaje głównie z krążącej we krwi glukozy, to stężenie cukrów w mleku również jest dużo wyższe.

Poziom witamin w mleku zależy od diety i innych czynników, np. pory roku.

Krowa i jej kuzyni

Człowiek pozyskuje mleko nie tylko od krowy. W górzystych regionach Azji ludzie korzystają z mleka jaka. W naszym kraju popularne jest mleko od kozy i owcy. Natomiast mleko renifera zawiera dużo więcej tłuszczu i białka niż mleko krowie, ale jego pozyskiwanie nie jest proste.

Ogólnie do tej pory zidentyfikowano prawie 200 gatunków przeżuwaczy, a wśród nich udomowionych jest 9 gatunków.

• Bydło domowe
• Owca domowa
• Koza domowa
• Bawół domowy
• Jak domowy
• Banteng domowy
• Gajal
• Renifer (karibu – jedyny przedstawiciel jeleniowatych)
• Owca grzywiasta

Wielbłądy też mają wielokomorowy żołądek, jednak nie są zaliczane do przeżuwaczy, ale człowiek również pozyskuje od nich mleko.

Ciekawostki

• Krowa je tylko trawę, ale też może dorobić się otyłości.

Jeśli zje zbyt dużo, wytworzy sporo lotnych kwasów tłuszczowych, a następnie dużo glukozy w wątrobie, to może dojść u niej do otyłości.

• Mleko jest emulsją, a nie jednorodnym roztworem.

Tłuszcz występuje w nim w postaci kropelek otoczonych błoną, czyli globulek tłuszczowych. Ich rozmiar i skład błony mają znaczenie dla właściwości mleka.

• Kazeina ma niezwykłą strukturę.

Kazeiny tworzą w mleku tzw. micele kazeinowe, w których znajduje się również fosforan wapnia. Dzięki temu mleko może transportować duże ilości wapnia i fosforu w stosunkowo stabilnej formie.

• Mleko jest lekko kwaśne, mimo że nie jest „kwaśne” w smaku.

Świeże mleko ma pH około 6,6–6,8. Jego zakwaszanie podczas psucia wynika głównie z przemiany laktozy w kwas mlekowy przez bakterie.

• Mleko może być żółtawe.

Za lekko kremowe lub żółtawe zabarwienie mogą odpowiadać m.in. karotenoidy, szczególnie β-karoten obecny w paszy.

Szklanka mleka jest końcowym produktem pracy całego ekosystemu znajdującego się w żwaczu oraz metabolizmu wątroby i pracy gruczołu mlekowego, a wszystko zaczyna się od zielonej trawy.

Bibliografia

Praca zbiorowa, Choroby bydła, Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, 1983

Źródła

PL