effects of grazing conditions on alpine pastures on muscle growth

DISS. ETH No. 22576
EFFECTS OF GRAZING CONDITIONS ON ALPINE PASTURES ON
MUSCLE GROWTH, MEAT QUALITY AND FATTY ACID PROFILE
A thesis submitted to attain the degree of
DOCTOR OF SCIENCES of ETH ZURICH
(Dr. sc. ETH Zurich)
presented by
ISABELLE DIANE MARIE GANGNAT
Ingénieur in Agriculture, École Supérieure d’Agriculture, Angers, France
Master of Science, Wageningen University, The Netherlands
born on 17.06.1985
citizen of France
accepted on the recommendation of
Prof. Dr. Michael Kreuzer, examiner
Dr. Joel Berard, co-examiner
Dr. Florian Leiber, co-examiner
2015
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Summary
Seasonal alpine pastures are an essential part of the traditional mountain dairy production in
Switzerland, and they also arouse interest for extensive beef production. The characteristic
pedoclimatical conditions on seasonal alpine pastures generate unique features in dairy
products, which could also be expected in meat produced under these conditions. However,
knowledge about performances and meat quality of beef cattle on alpine pastures is lacking. In
the present project, the separate effects of the vegetation on seasonal alpine pastures on the one
hand, and of their characteristic topography on the other hand, were studied in comparison with
typical conditions of lowland grass fattening. The latter was represented by a cultivated lay to
study the effect of vegetation or by a flat terrain to study the effect of topography, respectively.
The effects of the alpine vegetation were tested on beef heifers whereas the effects of the alpine
topography were tested on suckling beef calves. As a finishing period is often practiced by
commercial farms after a stay on seasonal alpine pastures, the effect of a finishing period in
barn was tested following the period where the effects of the alpine vegetation had been
investigated. Additionally, different beef calf systems (suckling, weaned and mentored by
experienced adults, or weaned and kept among themselves) on alpine pastures were compared.
If growth performance was not affected by the native alpine vegetation, in comparison with
performances obtained from a cultivated lay in the lowland, meat colour was found to be less
yellow and less red with the alpine vegetation, and some of the expected fatty acid
characteristics found in dairy products were retrieved in the meat. Finishing positively
influenced growth performance due to the compensatory growth of the animals, but no effect of
the alpine vegetation could be maintained concerning meat quality characteristics, including the
effect on the fatty acid profile. Physical activity, as influenced by the characteristic inclination
on seasonal alpine pastures, had limited consequences on growth performances and positively
influenced meat quality of suckling beef calves. Meat brightness, juiciness and tenderness were
higher in beef calves kept on pastures with a high inclination, with a muscle-dependent
response. Muscle contractile metabolism differed according to the topography of the pasture.
However, the post mortem proteolytic metabolism was limitedly and inconsistently affected by
physical activity. In the system comparison, suckling calves had a reduced physical activity and
a better growth performance than weaned calves. Among weaned calves, the mentored calves
showed more physical activity but similar growth performances compared with calves kept
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among themselves. This suggests a positive effect of the presence of mentoring adults.
Differences in physical activity were not retrieved in meat quality due to large slaughter weight
differences. The present results showed that both the alpine vegetation and the alpine
topography influenced meat quality but that a poor growth or a finishing period in barn could
also counteract these effects. In the present experiments, satisfactory slaughter performances
and meat quality were obtained also without finishing. The key factor to obtain animals ready to
slaughter at the end of their stay on seasonal alpine pastures seems to be the balance between
the quality of the diet available and the growth stage of the animals.
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Zusammenfassung
Die Nutzung von Alpflächen mit Rindern und Kühen ist ein zentraler Bestandteil der
Milchproduktion im Schweizer Berggebiet. Die Alpung von Rindern ist auch für die extensive
Rindfleischproduktion eine interessante Möglichkeit. Die charakteristischen pedoklimatischen
Bedingungen der Alpweiden verleihen Milchprodukten besondere Eigenschaften, ähnliche
Effekte sind auch für die Fleischproduktion unter diesen Bedingungen zu erwarten. Bislang
fehlt jedoch Wissen über die Leistung und die Fleischqualität von gealpten Fleischrindern. In
diesem Projekt wurden die Auswirkungen der Vegetation auf Alpweiden einerseits und der
Einfluss der charakteristischen Topographie der Alpweideflächen andererseits untersucht und
mit typischer Weidemast im Flachland/Tal verglichen. Letztere basierte auf einer Grasmast mit
Kunstwiesen beziehungsweise auf ebenem Terrain. Da auf vielen Betrieben die Tiere nach der
Alpung zur Ausmast auf den Betrieb zurückkehren, wurde dieser Effekt im Anschluss an die
Versuchsperiode in der Alpzeit untersucht. Die Effekte der Vegetation wurden mit Mastfärsen
untersucht, während die Effekte der Topographie mit Mutterkuhkälbern untersucht wurden.
Weiter wurden noch verschiedene Haltungsformen von Kälbern (Mutterkuhhaltung, abgesetzte
Kälber mit erwachsenen Mentorkühen oder abgesetzte Kälber unter sich) verglichen. Auch
wenn sich die Mastleistung bei nativer alpiner Vegetation nicht unterschied von der Leistung
bei Kunstwiesengras, so zeigte sich eine weniger starke Gelb- und Rotfärbung des Fleisches.
Zudem konnten einige Fettsäurecharakteristika im Fleisch von gealpten Tieren nachgewiesen
werden, die aufgrund der Analysen von Alpmilchprodukten erwartet wurden. Die Ausmast
verbesserte die Mastleistung durch einen kompensatorischen Wachstumseffekt bei den gealpten
Tieren, allerdings liess sich kein positiver Effekt der Alpvegetation auf die Fleischqualität inkl.
des Fettsäurenprofils mehr feststellen. Die physische Aktivität, der Alptiere aufgrund der
natürlichen Hangneigung ausgesetzt waren, hatte lediglich bedingt Auswirkungen auf die
Mastleistung, beeinflusste aber die Fleischqualität positiv. Fleisch Helligkeit, Saftigkeit und
Zartheit waren höher bei Mutterkuhkälbern auf Weiden mit starker Hangneigung, wobei die
Ausprägung
bei
verschiedenen
Muskeln
unterschiedlich
deutlich
war.
Der
bewegungsabhängige Metabolismus verschiedener Muskel unterschied sich je nach
Topographie der Weidefläche. Die Bewegungsaktivität beeinflusste die proteolytische Aktivität
post mortem nur geringfügig und uneinheitlich. Beim Vergleich der Haltungsformen hatten die
Mutterkuhkälber eine reduzierte Bewegungsaktivität und eine bessere Wachstumsleistung im
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Vergleich zu den abgesetzten Kälbern. Unter abgesetzten Kälbern zeigten die Kälber mit den
Mentorkühen trotz mehr Bewegungsaktivität gleiche Wachstumsleistungen wie die abgesetzten
Kälber allein. Die unterschiedliche Bewegungsaktivität resultierte nicht einer unterschiedlichen
Fleischqualität; dies möglicherweise aufgrund der grossen Unterschiede im Schlachtgewicht.
Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl Vegetation als auch Topographie einen Einfluss auf die
Fleischqualität haben. Diese Effekte treten allerdings bei schlechtem Wachstum oder nach einer
Ausmastphase nicht, oder nicht mehr auf. In den hier durchgeführten Experimenten wurden
auch ohne Ausmast am Betrieb zufriedenstellende Schlachtleistungen und Fleischqualitäten
erreicht. Entscheidend zur Erreichung von schlachtreifen Tieren zum Ende der Alpungszeit
scheint eine gute Abstimmung von Futterangebot beziehungsweise Futterqualität und dem
Wachstumsstadium der Masttiere zu sein.
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Résumé
Les pâturages d‟alpage sont un maillon essentiel de la production de fromage traditionnelle en
Suisse. Ils présentent cependant aussi un intérêt pour la production extensive de viande bovine.
Les caractéristiques pédoclimatiques des pâturages d‟alpage confèrent des propriétés uniques
aux produits laitiers. Le même effet pourrait être attendu sur la viande qui y est produite.
Cependant, les performances de croissance et la qualité de la viande des animaux pâturant sur
les alpages sont mal documentées. Dans le projet présenté ici, les effets de la végétation
naturelle des pâturages d‟alpage d‟une part, et de leur topographie caractéristique d‟autre part,
ont été étudiés. Ils ont été comparés à un système d‟élevage à l‟herbe en plaine, représenté par
une prairie cultivée pour la partie touchant à l‟effet de la végétation et par un terrain plat pour la
partie touchant à l‟effet de la topographie. Si la végétation naturelle d‟alpage n‟a pas eu
d‟impact sur la croissance des bovins en comparaison à une herbe de prairie cultivée, la qualité
de la viande a été influencée. Puisque la période d‟alpage est, en pratique, souvent suivie d‟une
période de finition, les effets de la finition ont aussi été testés à l‟issue de l‟essai sur l‟effet de la
végétation. L‟effet de la végétation a été étudié sur des génisses tandis que l‟effet de la
topographie a été étudié sur des veaux allaitants. Par ailleurs, plusieurs systèmes
d‟engraissement de veaux (allaitants, sevrés avec des vaches tutrices ou sevrés seuls) ont été
comparés. La viande d‟animaux nourris à l‟herbe d‟alpage était moins jaune et moins rouge que
celle d‟animaux nourris à l‟herbe cultivée. Certaines des caractéristiques des acides gras des
produits laitiers d‟alpage ont par ailleurs été retrouvées dans la viande. La période de finition a
permis une croissance compensatrice à l‟issue de la période d‟alpage. Par contre, aucun des
traits de qualité de la viande observés sur les animaux abattus directement après l‟alpage n‟a pu
être observé sur les animaux finis, y compris les effets sur les acides gras. L‟activité physique,
influencée par la topographie accidentée des pâturages d‟alpage, a sensiblement diminué le gain
de poids des animaux sur les pâturages en pente. Elle a par contre eu un effet positif sur la
qualité de leur viande, avec une viande plus claire, plus juteuse et plus tendre sur les pâturages
en pente. Différents effets ont cependant été observés dans différents muscles. Le métabolisme
contractile musculaire a aussi été influencé, tandis que peu de différences ont été observées sur
la protéolyse post mortem. Dans la comparaison des systèmes d‟engraissement des veaux, les
veaux allaitants ont réalisé moins d‟activité physique et ont eu une croissance plus rapide que
les veaux sevrés. Entre veaux sevrés, ceux avec des vaches tutrices ont eu une activité physique
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plus importante, mais des gains de poids similaires, en comparaison avec les veaux sevrés seuls.
Ces différentes activités physiques n‟ont pas pu être retrouvées dans les traits de qualité de la
viande, probablement à cause des grandes différences de poids d‟abattage. Les résultats
présents ont montrés qu‟aussi bien la végétation que la topographie des pâturages alpins
influençait la qualité de la viande. Cependant, ces effets ne sont pas observés dans le cas d‟une
croissance médiocre ou à l‟issue d‟une période de finition. Dans les essais présentés ici, des
performances d‟abattage et une qualité de viande satisfaisantes ont aussi été obtenues sur des
animaux non-finis. L‟adéquation entre l‟âge de l‟animal et son état d‟engraissement avant la
montée en alpage d‟une part, et son alimentation sur l‟alpage d‟autre part, semblent les facteurs
clés pour permettre l‟abattage sans finition à l‟issue de l‟alpage.
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