(Full Article)

Züchtungskunde, 85, (2) S. 154–168, 2013, ISSN 0044-5401
© Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart
Original Article
Silierung rückbefeuchteter Leguminosenkörner und der
Einfluss der Silierung auf den Gehalt an Alkaloiden,
Oligosacchariden, Phytat-Phosphor und Tanninen
Annett Gefrom1, Edda Maria Ott1, Sandra Hoedtke1 und Annette Zeyner2
Zusammenfassung
Ackerbohnen-, Erbsen- und Lupinenkörner stellen aufgrund ihres hohen Energie- und
Proteingehaltes ein wertvolles Futtermittel dar. Dennoch müssen die in Leguminosenkörnern vorkommenden antinutritiven Substanzen (Alkaloide, Oligosaccharide, PhytatPhosphor, Phenole, Tannine) beachtet werden. Die milchsaure Fermentation feuchter
Leguminosenkörner könnte verschiedene Vorteile bieten, wie eine stabile Konservierung
und den Abbau antinutritiver Inhaltsstoffe. In den hier vorgestellten Silierversuchen mit
geschrotetem und auf 65% Trockensubstanz rückbefeuchteten Leguminosenkörnern
(Ackerbohne, Erbse, Süß- und Bitterlupine) wurde eine Reduzierung des Gehaltes an
Oligosacchariden und Tanninen, nicht aber an Alkaloiden und Phytat-Phosphor, gemessen. Trotz der ungünstigen chemischen Siliereigenschaften war die milchsaure Silierung
der Leguminosenkörner in einem hohen Trockensubstanzbereich möglich. Die Resultate
lassen den Schluss zu, dass die Milchsäurebakterien Oligosaccharide als zusätzliche Kohlenhydratquelle genutzt haben. Der Einsatz zusätzlicher Zuckerquellen (aus Melasse)
zur Silierung ist offenbar nicht notwendig. Der Zusatz leistungsfähiger Milchsäurebakterien hingegen sichert eine schnelle und ausgeprägte Milchsäurebildung und unterdrückt
die Produktion unerwünschter Fermentationsprodukte wie Ethanol. Die Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass die milchsaure Fermentation feuchter Leguminosenkörner ein
sicheres Konservierungsverfahren darstellt, welches gleichzeitig eine Reduzierung der
Gehalte bestimmter antinutritiver Inhaltsstoffe erlaubt. Die Übertragbarkeit der hier
gewonnenen Ergebnisse auf mit hohem Restfeuchtegehalt geerntete Leguminosenkörner
bleibt in weiteren Silierversuchen zu prüfen.
Schlüsselwörter: Körnerleguminosen, Feuchtkornsilierung, Alkaloide, Oligosaccharide,
Phytat-Phosphor, Tannine
1
Chair for Nutrition Physiology and Animal Nutrition, Faculty of Agricultural and Environmental
Sciences, University of Rostock, Justus-von-Liebig-Weg 8, D-18059 Rostock, Germany
2 Department of Animal Nutrition, Martin-Luther-University Halle-Wittenberg, Institute of Agricultural and Nutritional Sciences, Theodor-Lieser-Straße 11, D-06120 Halle (Saale), Germany; Email:
[email protected]
Silierung von Leguminosenkörnern und antinutritive Inhaltsstoffe
155
Summary
Ensiling remoistened legume seeds and influence of conservation on contents
of alkaloids, oligosaccharides, phytate-phosphorus and tannins
Beans, peas and lupine grains are valuable feedstuffs providing remarkable amounts of
energy and protein. Nevertheless, they contain several anti-nutritional factors (alkaloids,
oligosaccharides, phenols, phytate-phosphorus, tannins) which need to be considered
with respect to the animals’ performance and health. Ensiling legume seeds may be an
inexpensive and ecologically interesting method to produce a high-protein feed of local
origin and to degrade anti-nutritional factors. The typically patchy maturation recommends harvesting and ensiling the seeds in moist condition. In the present study, crushed
legume seeds of beans, peas and lupines re-moistened to moisture contents of 35% were
fermented under laboratory conditions either untreated or treated with different additives (molasses and lactic acid bacteria). Despite unfortunately chemical properties high
quality silages were achieved and contents of oligosaccharides and tannins, but not of
alkaloids and phytate-phosphorus, were reduced. Results indicate, however, that lactic
acid bacteria may have used oligosaccharides as additional carbohydrate source. An additional use of molasses for ensilage is obviously not necessary. Supplemented lactic acid
bacteria, however, ensure a fast and pronounced lactic acid production and decrease the
contents of undesired fermentation products like ethanol. Results indicate that lactic acid
fermentation of legume grains can be recommended as safe method of feed preservation
which additionally allows the reduction of certain anti-nutritional factors. Whether results
obtained here can be transferred to natively moist legume grains harvested before maturation needs to be proven in further ensiling studies.
Keywords: Grain legumes, silage, lactic acid bacteria, alkaloids, oligosaccharides,
phytate-phosphorus, tannins
1 Einleitung
Neben ihrer hervorragenden Bedeutung im Acker- und Pflanzenbau gewinnen Körnerleguminosen unter den Gesichtspunkten der Nachhaltigkeit der landwirtschaftlichen
Erzeugung und Erweiterung des Futtermittelspektrums in der Nutztierfütterung insbesondere auch im ökologischen Landbau zunehmend an Bedeutung. Aufgrund ihres
hohen Protein- und Energiegehaltes stellen Leguminosen ein wertvolles Futtermittel dar.
Bedingt durch die uneinheitliche Abreife der Bestände ist jedoch insbesondere bei feuchter Spätsommerwitterung von hohen Restfeuchtegehalten zur Ernte auszugehen. Durch
milchsaure Fermentation von vor der Abreife geernteten Körnern könnten die zum konventionellen Erntetermin üblicherweise anfallenden Trocknungskosten umgangen werden.
Neben Fragen der Futterkonservierung ist der Gehalt an antinutritiven Inhaltsstoffen
Gegenstand aktuellen Forschungsinteresses. Ziel war zu untersuchen, ob und wenn ja in
welchem Umfang der Gehalt an den antinutritiv wirkenden Alkaloiden, Oligosacchariden,
Phytat-Phosphor und Tanninen durch den Silierprozess reduziert werden.
2 Material und Methoden
Für den Versuch wurden reife lagertrockene Körner von Ackerbohne(Sorte Limbo), Erbse
(Sorte Lisa), Süßlupine (Sorte Bora) und Bitterlupine (Sorte Azuro) geschrotet (3 mm
Siebgröße) und mit aqua dest. auf ca. 65% Trockensubstanz (T) befeuchtet.
156
Annett Gefrom, Sandra Hoedtke und Annette Zeyner
Entsprechend der Zielsetzung wurden die Rohnährstoffgehalte im Ausgangsmaterial
nach den Standardlabormethoden der Weender Analyse (VDLUFA, 1997) bestimmt. Die
Rohproteinanalyse erfolgte nach Kjeldahl (1883) mittels Kjeldatherm und Vapodest
(Gerhardt, Königswinter, Germany). Die Rohfaseranalyse erfolgte nach der Methode
von Von Lengerken und Zwierz (1983) am FOSS Analyser (Fibertec 2010, Rellingen,
Germany) mit H2SO4 und KOH-Extraktion. Neutrale und saure Detergentienfaser wurde
nasschemisch nach Goering and van Soest (1970) bestimmt. Die Rohfettanalyse wurde
nach der Weender Futtermittelanalyse mittels Etherextraktion durchgeführt (OSS Tecator
Soxtec 2050). Rohstärke und -zucker wurden nach enzymatischer Hydrolyse (Thermamyl
120, Novo Nordisk A/S, Denmark) mittels HPLC (Shimadzu) analysiert (analog Schmidt
et al., 2005). Zur Futtermittelbewertung wurden die analysierten Rohnährstoffgehalte
sowie Stärke- und Zuckergehalte nach der von der GfE (2006) empfohlenen Gleichung
zur Schätzung der Umsetzbaren Energie für Schweine (MES) bzw. die von der WPSA
(1989) empfohlene Formel zur Ermittlung der scheinbar Umsetzbaren Energie für Geflügel (AMEN)verwendet. Die Berechnung erfolgte unter Berücksichtigung der Nährstoffverdaulichkeit und der Korrekturfaktoren nach DLG (1997). Um die Vergärbarkeit von
Leguminosenkörnern einzuschätzen, erfolgte die Analyse der chemischen Silierparameter Zuckergehalt und Pufferkapazität sowie deren Verrechnung zum Zucker/Pufferkapazität-Quotienten im jeweiligen Ausgangsmaterial (Weissbach, 1967). Die chemische
Analyse des Alkaloidgehaltes erfolgte mittels GC-MS (Shimadzu GC-MS QP 2010) nach
der Methode von Wink et al. (1995). Die wasserlöslichen Kohlenhydrate (Galactose, Saccharose) und Oligosaccharidfraktionen (Stachyose, Raffinose, Verbascose) im Erntegut
und den Silagen wurden mittels HPLC (HPX-87C, Biorad, Hercules, USA) analysiert
(Kluge et al., 2002). Die Bestimmung der Gehalte an Phosphor und Phytat-Phosphor wurde mittels einer modifizierten Methode von Harland and Oberleas (1986) durchgeführt.
Die Analyse von Phenol und Tanninfraktionen (Phenol, Nicht-Tannin-Phenol, Tanninphenol, kondensierte Tannine) erfolgte photometrisch (Makkar und Goodchild, 1996).
Zur Erstellung der Modellsilagen (ROMOS; Hoedtke und Zeyner, 2011) wurden
600 g Körnerschrot in spezielle Folienbeutel eingewogen und unter Nutzung eines
Vakuumiergerätes (0,8 bar) verdichtet, evakuiert und verschweißt. Die Versuchsanordnung entsprach 4 Varianten (Kontrolle, Zusatz von 2% Melasse, Zusatz von Milchsäurebaktierien (MSB; Lb. plantarum, 3x105 KbE/g MSB, DSM 8862, 8866; Dr. Pieper Technologie- und Produktentwicklung GmbH, Wuthenow, Deutschland) und Melasse + MSB)
in je 3 Parallelen. Nach Inkubation von 34 Tagen (20°C) wurde zur Ermittlung der Gärparameter ein Silageextrakt erstellt. Im Filtrat aus 50 g Silage und 200 ml aqua dest.
(15 h Lagerung bei 5°C) wurden der pH-Wert (Potentiometer WTW MultiCal pH 526,
Meßgenauigkeit: 0,01), Milchsäure, flüchtige Fettsäuren und Alkohole (mittels HPLC
und GC) ermittelt. Im lyophilisierten Silagematerial wurden die antinutritiven Inhaltsstoffe (Alkoloide, Oligosaccharide, Phytat-Phosphor, Tannine) analysiert. Die Daten wurden mit der Softwere SPSS 14 für Windows (SPSS Inc., Chicago, Illinois, USA) über die
einfaktiorielle Varianzanalyse (Duncan-Test, p < 0,05) statistisch ausgewertet.
3 Ergebnisse
3.1 Futterwertpotential und chemische Silierparameter der Leguminosenkörner
In Tabelle 1 sind die Ergebnisse der klassischen Rohnährstoffanalyse aufgeführt. Vor allem
die hohen Protein- und Energiegehalte (Fett, Stärke) von Ackerbohnen-, Futtererbsenund Lupinensamen weisen diese als ein wertvolles Futtermittel aus. Die Rohproteingehalte liegen bei 23–41% der T. Lupinen haben einen hohen Fettgehalt (7% der T). Die
Silierung von Leguminosenkörnern und antinutritive Inhaltsstoffe
157
Tab. 1. Nährstoff-, Energiegehalte und Vergärbarkeitsparameter von Leguminosenkörnern
Content of nutrients, energy content and Buffering capacity of legume grains
Parameter (parameters)
(n = 3)
T
XA
XP
XL
XF
XS
XZ
MES
MEG
PK
XZ/PK
[%]
[% T]
[% T]
[% T]
[% T]
[% T]
[% T]
[MJ/kg T]
[MJ/kg T]
[g MS/100 g T]
Ackerbohne
(field bean)
„Limbo“
89.25
3.64
30.96
1.78
8.52
43.32
2.50
13.02
12.80
5.30
0.47
±
±
±
±
±
±
±
±
±
±
±
0.21
0.06
0.11
0.59
0.11
0.24
0.01
0.01
0.01
0.29
0.18
Erbse
(field pea)
„Lisa“
89.86
3.51
23.38
1.84
7.67
48.03
2.32
13.95
12.43
4.70
0.49
±
±
±
±
±
±
±
±
±
±
±
0.37
0.04
0.11
0.18
0.14
0.42
0.01
0.02
0.02
0.25
0.11
Süßlupine
(sweet lupine)
„Bora“
Bitterlupine
(bitter lupine)
„Azuro“
90.54
3.70
40.62
7.02
12.72
1.50
4.44
14.56
9.13
4.10
1.08
90.91
3.59
40.15
5.63
14.93
1.14
2.94
14.55
8.51
4.10
0.72
±
±
±
±
±
±
±
±
±
±
±
0.34
0.07
0.11
0.11
0.08
0.43
0.01
0.01
0.01
0.22
0.10
±
±
±
±
±
±
±
±
±
±
±
0.22
0.11
0.10
0.10
0.11
0.30
0.01
0.03
0.03
0.22
0.24
MEG: Energiegehalt Geflügel; berechnet nach Schätzformel der WPSA (metabolizable energy content
poultry; calculated according to the formula from WPSA (World’s Poultry Science Association)) MJ/kg
T = 15,51 * XP + 34,31 * XL + 16,69 * XS + 13,01 * XZ; MEs: Energiegehalt Schwein; berechnet nach
Schätzformel der GfE (2006) und DLG (1997) (metabolizable energy content pig; calculated according
to the estimation formula from GfE (2006) and digestibility from DLG (1997)); MS: Milchsäure (lactic
acid); PK: Pufferkapazität (Buffering capacity); T: Trockensubstanz (dry matter); XA: Rohasche (crude
ash); XF: Rohfaser (crude fiber); XL: Rohfett (crude fat); XP: Rohprotein (crude protein); XS: Stärke
(crude starch); XZ: Zucker crude sugar (fructose, glucose, saccharose)
Gehalte an Fett erreichen bei Ackerbohnen und Erbsen maximal 2% der T. Die Stärkegehalte liegen dafür bei 43–48% der T. Die Stärkegehalte bei den ausgewählten Lupinensorten erreichen nur 1,5% der T und sind gegenüber den DLG-Angaben (1997) deutlich
geringer, was durch Untersuchungen von Jansen et al. (2006) bestätigt wird. Trotz der
beachtlichen Menge an Gesamt-Kohlehydraten in Leguminosensamen beinhalten diese
nur einen geringen Gehalt an Zucker (2,3–4,4% der T). Die Energiegehalte der untersuchten Leguminosenkörner betrugen rd. 14 MJ MES/kg T (Schwein) bzw. 9 bis 13 MJ
AMEN/kg T (Geflügel).
Die potenzielle Vergärbarkeit von Leguminosenkörnern ist anhand der chemischen Silierparameter als schlecht zu beurteilen (Tab. 1). Der Gehalt an wasserlöslichen Kohlenhydraten ist für eine ausreichende Milchsäurebildung und sichere Konservierung zu gering
(Wilkinson, 1983). Zusammen mit dem hohen Proteingehalt, welcher sich puffernd auf
die Gärsäuren auswirkt, und der daraus folgenden hohen Pufferkapazität, ergibt sich ein
für die Silierung ungünstiger, geringer Zucker/Pufferkapazitäts-Quotient von unter 1.
3.2 Gärparameter der Silagen mit 35% Kornfeuchte
Alle Modellsilagen waren nach Sinnenprüfung als einwandfrei zu beurteilen. In Tabelle 2
sind die Gärparameter der Modellsilagen zusammengefasst. Alle geprüften Silagen wiesen
158
Annett Gefrom, Sandra Hoedtke und Annette Zeyner
Tab. 2. Gärparameter in Modellsilagen aus Leguminosenkörnern (Ackerbohne: Limbo; Erbse: Lisa;
Süßlupine: Bora; Bitterlupine: Azuro; rückbefeuchtet mit aqua dest.)
Fermentation parameters in different silage variants of moist grain legumes (field bean: Limbo;
pea: Lisa, blue sweet lupine: Bora; bitter lupine: Azuro)
Variante
(variety)
(n = 3)
T
pH
MS
ES
[%]
PS + BS
ΣAL
[% T]
SM (Limbo)
CON
MOL
MSB
MSB + MOL
65.3
64.8
65.3
65.5
65.5
±
±
±
±
±
0.4
0.1
0.0
0.0
0.1
6.3a
4.3c
4.5b
4.2c
4.2c
±
±
±
±
±
0.0
0.1
0.1
0.0
0.0
n.a.
4.5b
3.4c
4.8ab
5.0a
±
±
±
±
0.2
0.5
0.1
0.0
n.a.
0.3
0.2
0.3
0.3
±
±
±
±
0.0
0.2
0.0
0.0
n.a.
0.0
0.0
0.0
0.0
±
±
±
±
0.0
0.0
0.0
0.0
n.a.
0.6a
0.5ab
0.3b
0.2b
±
±
±
±
0.1
0.5
0.0
0.0
SM (Lisa)
CON
MOL
MSB
MSB + MOL
63.2
61.9
62.2
62.5
62.6
±
±
±
±
±
0.6
0.6
0.5
0.1
0.2
6.3a
4.4b
4.3bc
4.1c
4.2c
±
±
±
±
±
0.0
0.2
0.0
0.0
0.0
n.a.
3.9b
4.4b
5.4a
5.4a
±
±
±
±
0.7
0.5
0.1
0.0
n.a.
0.3
0.3
0.5
0.5
±
±
±
±
0.1
0.1
0.0
0.0
n.a.
0.0
0.0
0.0
0.0
±
±
±
±
0.0
0.0
0.0
0.0
n.a.
1.8a
1.8a
0.7b
0.5b
±
±
±
±
0.2
0.2
0.0
0.1
SM (Bora)
CON
MOL
MSB
MSB + MOL
65.0
62.0
61.7
62.2
63.4
±
±
±
±
±
0.2
0.1
0.3
0.1
0.3
5.8a
4.3b
4.3b
4.1c
4.1c
±
±
±
±
±
0.0
0.1
0.1
0.0
0.0
n.a.
4.7b
4.7b
5.9a
5.9a
±
±
±
±
0.7
0.6
0.1
0.1
n.a.
0.5b
0.4b
0.7a
0.6a
±
±
±
±
0.0
0.0
0.0
0.0
n.a.
0.0
0.0
0.0
0.0
±
±
±
±
0.0
0.0
0.0
0.0
n.a.
0.3a
0.3ab
0.1b
0.1b
±
±
±
±
0.1
0.1
0.0
0.0
SM (Azuro)
CON
MOL
MSB
MSB + MOL
65.0
63.0
64.0
63.8
64.5
±
±
±
±
±
0.4
0.5
0.5
0.0
0.1
5.6a
4.7b
4.5c
4.0d
4.0d
±
±
±
±
±
0.0
0.2
0.0
0.0
0.0
n.a.
2.7f
3.3e
5.3a
5.5a
±
±
±
±
0.2
0.3
0.0
0.1
n.a.
0.4
0.4
0.4
0.4
±
±
±
±
0.0
0.0
0.0
0.0
n.a.
0.0
0.0
0.0
0.0
±
±
±
±
0.0
0.0
0.0
0.0
n.a.
1.3a
0.8b
0.2c
0.1c
±
±
±
±
0.4
0.2
0.0
0.0
BS: Buttersäure (butyric acid); CON: Kotrolle ohne Silierzusatz (control without additive); ES:
Essigsäure (acetic acid); MOL: Melasse (2% der Frischmasse (FM)) (molasses (2% of fresh matter
(FM))); MS: Milchsäure (lactic acid); MSB: Milchsäurebakterien (Lb. plantarum. 3x105 cfu/g FM)
(lactic acid bacteria (Lb. plantarum. 3x105 cfu/g FM)); n.a.: nicht analysiert (not analysed); PS:
Propionsäure (propionic acid); SM: Ausgangsmaterial (starting material); T: Trockenmasse (dry
matter); ΣAL: Alkohol (Äthanol, Propanol, Butanol, Butandiol) (alcohol (ethanol. propanol. butanol.
butandiol)); a,b signifikante (p < 0.05) Mittelwertdifferenzen zwischen den Varianten im Silierversuch einer Sorte (significant (p < 0.05) mean differences between variants within one parameter
and variety)
in Bezug auf den hohen Trockensubstanzgehalt hinreichend tiefe pH-Werte von 4,0–4,7
auf. Beim Zusatz eines Milchsäurebakterienpräparates war die Ansäuerung und Milchsäurebildung (4,8–5,9% der T) stärker ausgeprägt. Dieser Effekt war außer für Ackerbohne signifikant (p < 0,05). Die Essigsäuregehalte in den Silagefiltraten schwanken
Silierung von Leguminosenkörnern und antinutritive Inhaltsstoffe
159
zwischen 0,2 bis 0,7% in der T. Die geringen Alkoholgehalte wurden durch den Einsatz
von Milchsäurebakterien noch weiter reduziert, dies aber nur zum Teil signifikant. Die
Gehalte an Propionsäure und Buttersäure in den hergestellten Silagen lagen unterhalb
der Nachweisgrenze.
3.3 antinutritive Inhaltsstoffe und Auswirkung der Silierung auf deren Gehalte
In Tabelle 3 sind die Alkaloidgehalte bei Süß- und Bitterlupine im Erntegut und den
Körnerschrotsilagen dargestellt. Bei Süßlupinen wurde der für die Verfütterung kritische
Alkaloidgehalt von 0,05% in der T leicht überschritten. Die Analyse des Gesamtalkaloidgehaltes bestätigt die hohe Differenz zwischen Süßlupinen (0,09% der T) und Bitterlupinen (2,3% der T). Eine Reduzierung des Alkaloidgehaltes in Lupinenschrotsilagen
durch den Silierprozess kann aufgrund der minimal geringeren Werte der Silagen bzw.
unregelmäßigen Dynamik der Gehaltsgrößen vorerst nicht angenommen werden.
In Tabelle 4 sind die Galactose-, Saccharose- und Oligosaccharidgehalte für Ackerbohnen-, Futtererbsen- und Lupinensamen und den resultierenden Körnerschrotsilagen
zusammengestellt. Galactose und Saccharose gehören dabei nicht zu den antinutritiven
Substanzen, sind aber für die qualitative Futterbewertung von Bedeutung. Die Gehalte
an Raffinose ist in Leguminosenkörnern insgesamt sehr gering (< 1% der T). In Ackerbohnen- und Erbsensamen ist Verbascose (ca. 54–75% der Summe aus Raffinose,
Stachyose, Verbascose (RFO)) vergleichsweise reichlich vorhanden, in Lupinenkörnern
hingegen Stachyose (59% der RFO). Nach 34 Tagen Lagerung waren in den Modellsilagen mit wenigen Ausnahmen (die nur geringe Restgehalte zeigen) keine Oligosaccharide (Raffinose, Stachyose, Verbascose) mehr nachweisbar. Der Abbau höhermoekularer
Zucker im Rahmen der Silierung verursachte in einigen Fällen einen höheren Gehalt an
Galactose in den Silagen. Die aus methodischer Sicht chemisch exakte Zuordnung dieser
Tab. 3. Alkaloidgehalte im unsilierten Ausgangsmaterial sowie in den Modellsilagen aus rückbefeuchtetem Lupinenschrot
Alkaloid content in not ensiled crops and in model silages from remoisted grains of sweet (Bora)
and bitter (Azuro) lupines
Variante (n = 3)
(variety)
SM
CON
MOL
MSB
MSB + MOL
Süßlupine (blue sweet lupine)
„Bora“
T
Alkaloid (alkaloid)
[%]
[% T]
65.00 ± 0.20
62.05 ± 0.08
61.67 ± 0.34
62.18 ± 0.08
63.39 ± 0.29
0.094 ± 0.069
0.028 ± 0.005
0.030 ± 0.008
0.024 ± 0.006
0.029 ± 0.002
Bitterlupine (blue bitter lupine)
„Azuro“
T
Alkaloid (alkaloid)
[%]
[% T]
64.98 ± 0.42
63.00 ± 0.49
64.02 ± 0.54
63.76 ± 0.04
64.50 ± 0.06
2.289 ± 1.089
2.244 ± 0.270
2.249 ± 0.463
1.889 ± 0.188
3.955 ± 0.180
CON: Kontrolle ohne Silierzusatz (control without additive); MOL: Melasse (2% der Frischmasse
(FM)) (molasses (2% of fresh matter (FM))); MSB: Milchsäurebakterien (Lb. plantarum. 3x105 cfu/g
FM) (lactic acid bacteria (Lb. plantarum. 3x105 cfu/g FM)); SM: Ausgangsmaterial (starting material);
T: Trockenmasse (dry matter); a,b signifikante (p < 0.05) Mittelwertdifferenzen zwischen den Varianten im Silierversuch einer Sorte (significant (p < 0.05) mean differences between variants)
160
Annett Gefrom, Sandra Hoedtke und Annette Zeyner
Tab. 4. Galactose, Saccharose und Oligosaccharidfraktionen in Leguminosenkörnern und in Modellsilagen aus rückbefeuchtetem Körnerschrot (Ackerbohne: Limbo; Erbse: Lisa; Süßlupine:
Bora; Bitterlupine: Azuro)
Galactose, saccharose and selected oligosaccharides in not ensiled crops and model silages
from moist ground grains
Variante
(variety)
(n = 3)
T
Galactose1
(galactose)
Saccharose
(saccharose)
[%]
Raffinose
(raffinose)
[% T]
Stachyose
(stachyose)
Verbascose
(verbascose)
SM (Limbo) 65.3 ± 0.4 0.33ab
CON
64.8 ± 0.1 0.20b
MOL
65.3 ± 0.0 0.36ab
MSB
65.5 ± 0.0 0.00b
MSB + MOL 65.5 ± 0.1 0.69a
± 0.46
± 0.04
± 0.33
± 0.00
± 0.06
2.28a
0.00b
0.00b
0.00b
0.00b
± 0.31
± 0.00
± 0.00
± 0.00
± 0.00
0.09ab
0.00b
0.12ab
0.16a
0.00b
± 0.12
± 0.00
± 0.11
± 0.01
± 0.00
0.67a
0.16b
0.06bc
0.11bc
0.00c
± 0.12
± 0.04
± 0.10
± 0.09
± 0.00
2.34a
0.00b
0.00b
0.00b
0.00b
± 0.34
± 0.00
± 0.00
± 0.00
± 0.00
SM (Lisa)
63.2 ± 0.6 0.00c
CON
61.9 ± 0.6 0.26b
MOL
62.2 ± 0.5 0.45a
MSB
62.5 ± 0.1 0.50a
MSB + MOL 62.6 ± 0.2 0.42a
± 0.00
± 0.18
± 0.07
± 0.08
± 0.02
1.97a
0.00b
0.00b
0.29b
0.00b
± 0.04
± 0.00
± 0.00
± 0.50
± 0.00
0.52a
0.05b
0.00b
0.00b
0.00b
± 0.16
± 0.09
± 0.00
± 0.00
± 0.00
2.01a
0.00b
0.00b
0.00b
0.00b
± 0.10
± 0.00
± 0.00
± 0.00
± 0.00
3.01a
0.00b
0.00b
0.00b
0.00b
± 0.12
± 0.00
± 0.00
± 0.00
± 0.00
SM (Bora)
65.0 ± 0.2 0.44a
CON
62.0 ± 0.1 0.00b
MOL
61.7 ± 0.3 0.00b
MSB
62.2 ± 0.1 0.29ab
MSB + MOL 63.4 ± 0.3 0.00b
± 0.11
± 0.00
± 0.00
± 0.50
± 0.00
3.45a
0.29b
0.16b
0.24b
0.57b
± 0.84
± 0.25
± 0.27
± 0.41
± 0.49
0.93a
0.00b
0.00b
0.00b
0.00b
± 0.07
± 0.00
± 0.00
± 0.00
± 0.00
4.03a
0.13b
0.27b
0.07b
0.09b
± 0.37
± 0.23
± 0.47
± 0.12
± 0.16
1.92a
0.06b
0.08b
0.00b
0.00b
± 0.04
± 0.10
± 0.14
± 0.00
± 0.00
SM (Azuro) 65.0 ± 0.4 0.29b
CON
63.0 ± 0.5 0.00b
MOL
64.0 ± 0.5 0.00b
MSB
63.8 ± 0.0 1.42a
MSB + MOL 64.5 ± 0.1 1.17a
± 0.10
± 0.00
± 0.00
± 0.31
± 0.43
2.81a
0.00d
0.00d
0.70c
1.35b
± 0.05
± 0.00
± 0.00
± 0.31
± 0.63
0.80a
0.00b
0.00b
0.00b
0.00b
± 0.25
± 0.00
± 0.00
± 0.00
± 0.00
3.32a
0.16b
0.09b
0.00b
0.00b
± 0.60
± 0.14
± 0.09
± 0.00
± 0.00
1.45a
0.05b
0.09b
0.00b
0.00b
± 0.17
± 0.09
± 0.16
± 0.00
± 0.00
CON: Kontrolle ohne Silierzusatz (control without additive); MOL: Melasse (2% der Frischmasse
(FM)) (molasses (2% of fresh matter (FM))); MSB: Milchsäurebakterien (Lb. plantarum. 3x105 cfu/g
FM) (lactic acid bacteria (Lb. plantarum. 3x105 cfu/g FM)); SM: Ausgangsmaterial (starting material);
T: Trockenmasse (dry matter); a,b signifikante (p < 0.05) Mittelwertdifferenzen zwischen den Varianten im Silierversuch einer Sorte (significant (p < 0.05) mean difference between the variants); 1 chemische Zuordnung fraglich
Fraktion ist fraglich und sollte in weiteren Untersuchungen überprüft sowie der Sachverhalt an sich kausal diskutiert werden. Eine umfangreiche Zerstörung von PhytinsäurePhosphor-Komplexen durch die Silierung fand in den hier vorgestellten Untersuchungen
offenbar nicht statt (Tab. 5).
In Tabelle 6 sind die Ergebnisse der Phenol- und Tanninanalyse zusammengefasst. In
Ackerbohnenkörnern wurden 1,3% Gesamtphenol, 0,8% Tanninphenol und 1,7% kon-
Silierung von Leguminosenkörnern und antinutritive Inhaltsstoffe
161
Tab. 5. Gesamt-Phosphor und Phytat-Phosphor sowie Anteil des Phytat-Phosphors am GesamtPhosphor im unsilierten Ausgangsmaterial sowie in den Modellsilagen aus rückbefeuchtetem Körnerschrot der Lupinensorte Bora
Total phosphorus and phytate-phosphorus in not ensiled crops and model silages of moist
ground grains from sweet lupine Bora
Variante
(variety)
(n = 3)
T
pH
[%]
SM (Bora)
CON
MOL
MSB
MSB + MOL
64.49 ± 0.20
62.05 ± 0.08
61.67 ± 0.34
62.18 ± 0.08
63.39 ± 0.29
5.78a ± 0.00
4.31b ± 0.12
4.33b ± 0.15
4.09c ± 0.01
4.13c ± 0.01
GesamtPhytatPhytat-Phosphor am
Phosphor
Phosphor
Gesamt-Phosphor
(total
(phytate(phytate-phosphorus
phosphorus) phosphorus) of Total phosphorus)
[% T]
[%]
0.50 ± 0.01
0.48 ± 0.01
0.48 ± 0.01
0.48 ± 0.01
0.48 ± 0.01
0.21 ± 0.02
0.19 ± 0.02
0.18 ± 0.02
0.20 ± 0.02
0.19 ± 0.05
42.22 ± 4.02
39.85 ± 3.41
38.31 ± 6.19
41.01 ± 4.02
39.02 ± 10.57
CON: Kontrolle ohne Silierzusatz (control without additive); MOL: Melasse (2% der Frischmasse
(FM)) (molasses (2% of fresh matter (FM))); MSB: Milchsäurebakterien (Lb. plantarum. 3x105 cfu/g
FM) (lactic acid bacteria (Lb. plantarum. 3x105 cfu/g FM)); SM: Ausgangsmaterial (starting material);
T: Trockenmasse (dry matter) a,b signifikante (p < 0.05) Mittelwertdifferenzen zwischen den Varianten (significant (p < 0.05) mean differences between variants)
densierte Tannine in der Trockensubstanz ermittelt. Für die dunkel blühende Erbsensorte
Lisa wurden 1% Gesamtphenol, 0,6% Tanninphenol bzw. 1,8% kondensierte Tannine in
der Trockensubstanz ermittelt. Der Gehalt an Gesamtphenolen, Tanninphenolen und
kondensierten Tanninen nahm durch den Silierprozess signifikant (p < 0,05) ab. Besonders der Gehalt an kondensierten Tanninen war im Vergleich zum Ausgangsmaterial um
bis zu 77% reduziert. Durch den Einsatz von Silierhilfsmitteln (Melasse, Milchsäurebakterien) können die Effekte z.T. weiter gesteigert werden (89%). Ein Einfluss der Silierung
auf den Gehalt der Nicht-Tannin-Phenole war hingegen nicht nachzuweisen. Die Gehalte
blieben im Vergleich zum Ausgangsmaterial nahezu unverändert.
4 Diskussion
Die Gehalte der Weender Rohnährstoffe bestätigen nach den eigenen Untersuchungen
Ackerbohnen-, Erbsen- und Lupinenkörner als ein hochwertiges Futtermittel, insbesondere durch die wertbestimmenden Rohprotein-, Stärke- und Fettfraktionen.
Nach den biochemischen Grundlagen gilt auch in der Siliertechnologie die Annahme
der eingeschränkten mikrobiellen Aktivität bei geringer Wasserverfügbarkeit, wie sie im
Siliergut mit > 65% T gegeben ist (Pahlow et al., 2003). Allerdings werden in Abhängigkeit von den stammspezifischen osmotischen Regulationsmechanismen unterschiedliche
Milchsäurebakterien (Lb. plantarum) als hoch osmotolerant ausgewiesen (Rehacek et
al., 1982; Müller et al., 1993). Acosta (2004), Fraser et al. (2005a, b), Pieper et al.
(2006, 2011) Thaysen (2009), Hackl et al. (2010) und Gefrom et al., 2012 konnten auf
qualitativ hochwertige milchsaure Körnersilagen (pH < 4) im Trockensubstanzbereich
oberhalb von 60% verweisen. Auch die Ergebnisse der Silierversuche mit Kornmaterial
162
Annett Gefrom, Sandra Hoedtke und Annette Zeyner
Tab. 6. Phenol- und Tanninfraktionen im unsilierten Ausgangsmaterial sowie in den Modellsilagen
aus rückbefeuchtetem Körnerschrot der Ackerbohnensorte Limbo und der Erbsensorte Lisa
Fractions of phenols in not ensiled crops and model silages of moist coarsed grains of field bean
(Limbo) and pea (Lisa)
Variante
(variety)
(n = 3)
T
pH
Gesamtphenole
(TotalPhenole)
TanninPhenole
(TanninPhenole)
kondensierte
Tannine
(condensed
tannins)*
± 0.01
± 0.04
± 0.05
± 0.02
± 0.03
0.77a ± 0.02
0.11c ± 0.02
0.22b ± 0.07
0.00d ± 0.04
0.05d ± 0.06
1.72a ± 0.02
0.45b ± 0.07
0.35c ± 0.02
0.27d ± 0.03
0.22e ± 0.02
0.96a ± 0.07 0.36b ± 0.09
0.49b ± 0.06 0.44a ± 0.02
0.46b ± 0.04 0.37b ± 0.04
0.38c ± 0.03 0.42ab ± 0.01
0.36c ± 0.02 0.30c ± 0.01
0.59a ± 0.06
0.06c ± 0.04
0.09b ± 0.06
0.00d ± 0.03
0.07d ± 0.02
1.78a ± 0.08
0.40b ± 0.09
0.24c ± 0.03
0.20d ± 0.02
0.24e ± 0.01
[%]
SM (Limbo)
CON
MOL
MSB
MSB + MOL
65.3 ± 0.4
64.8 ± 0.0
65.3 ± 0.0
65.5 ± 0.1
65.5 ± 0.2
6.3a
4.3c
4.5b
4.2c
4.2c
SM (Lisa)
CON
MOL
MSB
MSB + MOL
63.2 ± 0.6
61.9 ± 0.6
62.2 ± 0.5
62.5 ± 0.1
62.6 ± 0.2
6.3a ± 0.0
4.4b ± 0.2
4.3bc ± 0.0
4.1c ± 0.0
4.2c ± 0.0
± 0.0
± 0.1
± 0.1
± 0.0
± 0.0
1.34a ± 0.01
0.70b ± 0.04
0.72b ± 0.09
0.50c ± 0.02
0.45c ± 0.03
NichtTanninphenole
(Non-TanninPhenole)
[% T]
0.57a
0.58a
0.50b
0.52b
0.40c
* extrahierbare kondensierte Tannine (extractable condensed tannins); CON: Kotrolle ohne Silierzusatz (control without additive); MOL: Melasse (2% der Frischmasse (FM)) (molasses (2% of fresh
matter (FM))); MSB: Milchsäurebakterien (Lb. plantarum. 3x105 cfu/g FM) (lactic acid bacteria
(Lb. plantarum. 3x105 cfu/g FM)); SM: Ausgangsmaterial (starting material); T: Trockenmasse (dry
matter); a,b signifikante (p < 0.05) Mittelwertdifferenzen zwischen den Varianten im Silierversuch
einer Sorte (significant (p < 0.05) mean difference between the variations in the incubation time)
großsamiger Leguminosen im hohen Trockensubstanzbereich bescheinigen, dass durch
das im Korn befindliche Restwasser enzymatische Umsetzungen ermöglicht werden. In
Auswertung der hier vorliegenden Ergebnisse aus den Modellsilagen von Ackerbohnen-,
Erbsen- und Lupinenschrot mit hohen Restfeuchtegehalten kann eine gute Vergärbarkeit
festgestellt werden. Unabhängig von der erzielten Azidität in den Silagen war die Bildung von Nebengärprodukten von untergeordneter Bedeutung. Buttersäure bzw. Propionsäure wurden im Silageextrakt nicht nachgewiesen, was auf einen unproblematischen
Gärverlauf hinweist und den Konservierungserfolg bestätigt. Der Erfolg der Silierung von
Körnerschrot aus Ackerbohnen, Erbsen und Lupinen im Trockensubstanzbereiche von
etwa 65% wurde durch den Einsatz des biologischen Silierhilfsmittels unterstützt.
Die in Leguminosenkörnern enthaltenen antinutritiven Inhaltsstoffe wie Alkaloide, Oligosaccharide, Phytat-Phosphor und Tannine, beschränken den Einsatz in der Tierernährung.
Da während des Silierprozesses die in den Körnern vorkommenden pflanzlichen bzw.
während der Inkubation gebildeten mikrobiellen Enzyme effektiv wirken (McDonald et
al., 1991), besteht die Möglichkeit, dass die in der wässrigen Phase gelösten bzw. in
suspendierter Form vorliegenden sekundären Pflanzeninhaltsstoffe von Milchsäurebakterien fermentiert werden und zur Bildung von Milchsäure beitragen (Camacho et al.,
Silierung von Leguminosenkörnern und antinutritive Inhaltsstoffe
163
1991; Reddy and Pierson, 1994; Granito and Alvarez, 2006). Dies würde den guten
Siliererfolg trotz scheinbar niedrigem Z/PK-Quotient im Ausgangsmaterial erklären.
Aus dem hier verwendeten Ausgangsmaterial gibt es deutliche Hinweise auf die typisch
weite Variation der Gehalte an antinutritiven Inhaltsstoffen, wie z.B. bei den Alkaloiden
in Lupinen. Bei Süßlupinen wurde der kritische Alkaloidgehalt von 0,05% in der T leicht
überschritten. Auch Sujak et al. (2006) und Jansen et al. (2009) geben eine Variation
der Alkaloidgehalte zwischen 0,05–0,24% der T bei Süßlupinen an. Bei Bitterlupinen lag
der Alkaloidgehalt erwartungsgemäß hoch (2,3% der T), aber immer noch unter der Angabe
von Petterson (1998) für Bitterlupinen (bis 4% der T). Entgegen den Aussagen von
Münte (1931), Camacho et al. (1991), Santana et al. (1996) sowie Santana and Empis
(2001) kann anhand der eigenen Versuchsanstellung die Reduzierung des Alkaloidgehaltes durch den Silierprozess nicht eindeutig nachgewiesen werden. Eine evtl. Veränderung des toxischen Potentials der Alkaloide durch den Silierprozess kann im Rahmen dieser
Untersuchungen nicht geklärt werden.
Die Gesamtgehalte an Oligosacchariden (Raffinose, Stachyose, Verbascose) werden für
Ackerbohnen mit 3–5% der T, bei Erbsen zwischen 4,5–7,5% und Lupinen mit 7–11% der
T angegeben (Wiseman and Cole, 1988; Piotrowicz-Cieslak et al., 1999; MartinezVillaluenga et al., 2005). Die Ergebnisse der eigenen Untersuchungen stimmen mit den
Literaturangaben überein. Nach 34 Tagen Lagerung waren in den Modellsilagen mit wenigen Ausnahmen kaum Oligosaccharide (Raffinose, Stachyose, Verbascose) mehr nachweisbar. Ein bemerkenswerter Effekt bestand darin, dass im Verlauf des Gärprozesses offenbar zusätzlich niedermolekulare Zucker aus dem Abbau von Oligosacchariden freigesetzt
wurden, was die Konzentrationen an für Mikroorganismen verfügbaren wasserlöslichen
Kohlenhydratquellen erhöht und den Milchsäurebakterien zur Milchsäurebildung dient
(Weissbach, 1968, Trugo et al., 1990; Barampama and Simard, 1994; DuszkiewiczReinhard et al., 1994). Die Annahme der Vergärung von ernährungsphysiologisch negativ
zu bewertenden Kohlenhydratoligomeren (Raffinose, Stachyose, Verbascose) zu ernährungsphysiologisch positiv zu beurteilender Milchsäure wird durch die gegenüber dem
Ausgangsmaterial unregelmäßig angestiegenen Zuckergehalt (mit der verwendeten
Methode als Galactose ausgewiesen) in den Körnerschrotsilagen bestärkt. Der Polymerisierungsgrad der im Wasser gelösten Substanzen wurde offenbar erniedrigt. Nowak and
Steinkraus (1988) stellten bei Verfütterung fermentierter Erbsen eine Reduzierung der
flatugenen Wirkung fest, was die oben geäußerte Annahme stützt.
Der Anteil an Phytat-Phosphor ist für Lupinen mit 50% am Gesamt-Phosphor angegeben (DLG, 1999; Mosenthin und Steiner, 2005; Steiner et al., 2007). In den eigenen
Untersuchungen liegen die analysierten Werte etwas unter den in der Literatur angegebenen Daten. in Untersuchungen von Kazanas (1979) mit Sorghum war der komplexgebundene Phosphor nach 3 Tagen milchsaurer Fermentation stark vermindert. Auch in
verschiedenen Leguminosen konnten Phytate während der Fermentation durch Milchsäurebakterien reduziert werden (Reddy and Salunkhe, 1980; Moeijopawiro et al.,
1987). Es kann davon ausgegangen werden, dass die im Rahmen der Fermentation erfolgende biologische Ansäuerung die Bedingungen für die Enzymwirkung mikrobieller Phytasen optimiert, da diese im sauren Milieu bis zu pH-Werten von zwei aktiv sein können
(Hurrell, 2002; Angel et al., 2002; Lopez et al., 2002; ). So erklärten Shirai et al. (1994)
und Lopez et al. (1983, 2000) die von ihnen unter Einwirkung von Milchsärebakterien
(Lb. plantarum) gemessene deutliche Reduzierung von Phytat-Phosphor. In den eigenen
Untersuchungen konnten keine signifikanten Veränderungen von Phytat-Phosphor im
Silierprozess festgestellt werden, auch nicht bei Verwendung von Lb. plantarum als Starterkultur. Der Gesamtphosphorgehalt blieb ebenfalls auf einem gleichbleibendem Niveau.
Aus der Versuchsanstellung ist nicht ersichtlich, ob dieses Resultat auf fehlende oder zu
geringe endogene (pflanzliche) oder mikrobielle Phytaseaktivität und/oder auf den
164
Annett Gefrom, Sandra Hoedtke und Annette Zeyner
hohen Trockensubstanzgehalt des Siliergutes zurückzuführen ist. Eine Reihe von Autoren beschreiben, dass die Löslichkeit der Phosphatkomplexe zwar im Wesentlichen durch
den pH-Wert beeinflusst wird, aber auch von der Konzentration an Mineralstoffen und der
Proteinqualität abhängt (Cheryan, 1980; Scheuermann et al., 1988). Um den Phytatgehalt zu senken, wäre der Zusatz von Enzymen wie Phytase zur Hydrolyse von Phytat und
zur Erhöhung des verfügbaren Phosphors in Körnerschrotsilagen möglich (Sievwright
and Shipe, 1986; Van der Poel et al., 1991und 1992; Frias et al., 2003; Granito and
Alvarez, 2006).
Zwischen der Blütenfarbe und dem Tanningehalt im Korn besteht bei Ackerbohnen
und Erbsen eine Beziehung, wobei bunt blühende Sorten bzw. Sorten mit dunkler
Samenhülle höhere Tanningehalte aufweisen als weiß blühende Sorten und damit im
Futterwert unterlegen sind (Griffiths, 1981; Smulikowska et al., 2001). Dies spiegelt
sich auch in den Analysenergebnissen der Phenol- und Tanningehalte der Ackerbohnenund Erbsenkörner wider. Für die Silierversuche wurden der Zielstellung entsprechend
Sorten mit hohem Tanningehalt ausgewählt. Nach (Deschamps et al., 1980 und Kostinek
et al., 2007) ist der Abbau kondensierter Tannine für eine Vielzahl von Vertetern des
natürlichen epiphytischen Bakterienbesatzes nachgewiesen worden. In Untersuchungen
von Shimelis and Rakshit (2008) wurde eine solche Reduzierung des Tanningehaltes
durch milchsaure Fermentation und zwar um bis zu 47% bestätigt. In den eigenen
Untersuchungen kam es offenbar bereits durch den natürlichen epiphytischen Besatz zu
einer effektiven Reduzierung des Gesamtphenol- und Tanningehaltes. Acosta (2004)
und Gefrom et al., 2012 teilten ebenfalls eine rasche Reduzierung der Gehalte an kondensierten Tanninen im Verlauf des Silierprozesses mit. Bei der Verfütterung von Silagen
aus Ackerbohnen- und Erbsenschrot könnten demnach die Einsatzmenge in der Ration
aus Sicht des Tanningehaltes erhöht werden.
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