Kamphues J. - IFA

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Kamphues J. - IFA

Tagungsband
7. BOKU-Symposium
TIERERNÄHRUNG
Tierernährung im Spannungsfeld
zwischen Lebensmittelproduktion,
Energieerzeugung und Umweltschutz
4. Dezember 2008, Wien
Abteilung Tierische Lebensmittel,
Tierernährung und Ernährungsphysiologie
Department für Lebensmittelwissenschaften und -technologie
BOKU – University of Natural Resources
and Applied Life Sciences, Vienna
Universität für Bodenkultur Wien
Tagungsband:
7. BOKU-Symposium TIERERNÄHRUNG
Tierernährung im Spannungsfeld zwischen Lebensmittelproduktion, Energieerzeugung und
Umweltschutz
4. Dezember 2008, Wien
Herausgeber:
Dr. Karl Schedle
Margit Kraft
Univ.-Prof. Dr. Wilhelm Matthias Windisch
Abteilung Tierische Lebensmittel, Tierernährung und Ernährungsphysiologie
Gregor Mendel-Strasse 33, A-1180 Wien
www.dlwt.boku.ac.at/tte.html
[email protected]
Eigenverlag:
Department für Lebensmittelwissenschaften und -technologie der BOKU Wien
ISBN 978-3-900962-78-4
2. Auflage
Für den Inhalt der Beiträge sind allein die Autoren verantwortlich
Seite II
7. BOKU-Symposium Tierernährung
Inhalt
Inhaltsverzeichnis
Übersichtsvorträge
Heißenhuber A., Rauh S.
Landwirtschaft im Spannungsfeld zwischen Ernährung und Bioenergie
1
Flachowsky G., Meyer U.
CO2-Foodprints für Lebensmittel tierischer Herkunft
– Notwendigkeit, Wissensstand und Einflussfaktoren
14
Schnieke A.
Gene technology in raising livestock
26
Bürstmayr H., Lemmens M.
Beitrag der Pflanzenzüchtung zur Erzeugung hochwertiger Futtermittel
34
Schwarz F.
Möglichkeiten und Grenzen der Aquakultur
bei der Erzeugung hochwertiger Nahrung aus Sicht der Tierernährung
40
Kamphues J.
Futtermittelsicherheit als eine Vorraussetzung der Lebensmittelsicherheit – vermeintliche und
tatsächliche Schwachstellen
47
Novalin S., Zweckmair T.
Neue Wege der stofflichen Nutzung agrarischer Biomasse
außerhalb der Lebensmittelproduktion am Beispiel der Grünen Bioraffinerie
60
Kolar V.
Das europäische Schnellwarnsystem im Rahmen der amtlichen Futtermittelkontrolle
67
Poster: Phytogene Zusatzstoffe / Phytogenic Additives
Wendler K.R., Perner J., Asamer A.
Performance improvement in weaned piglets by the phytogenic feed additive FRESTA F Conc
72
Zeman L., Mareš P., Večerek M., Novák L.
Interaction between phytogenic feed additives and growth intensity of pigs
77
Wetscherek W., Windisch W., Oswald J., Kroismayr A., Zitterl-Egelseer K.
Transfer von Carvacrol beim Schwein
84
Ionescu C., Mazuranok L., Naciri M., Vikari A., Bravo B.
Effects of five plant extracts on broiler performance during coccidiosis
89
Steiner T., Perić L., Milošević N., Dukić-Stojčić M., Bjedov S.
Efficacy of a phytogenic feed additive in a performance trial with broilers
95
Bravo D., Rodriguez-Prado M., Calsamiglia S., Ferret A., Zwieten J., Vikari A., Gonzales L.
Effects of the dose of capsicum extract on intake,
water consumption and rumen fermentation of beef heifers fed a high-concentrate diet
101
Chrastinová L., Chrenková M., Lauková A., Raffay J., Simonová M.,
Szabóová R., Strompfová V., Ondruška L., Chlebec I., Vasilková Z., Faix S., Plachá I.
Dietary effect of plant extracts on performance, meat quality and health status of rabbits
108
Seite III
Inhalt
Poster: Prebiotika, Ballaststoffe / Prebiotics, Dietary Fibre
Ganner A., Nitsch S., Erlacher K., Acosta Aragon A., Klimitsch A., Schatzmayr G.
Ex vivo effect of yeast beta-glucan on lymphocyte viability of weaning piglets
114
Kroismayr A., Neufeld K., Affentranger P.
Einfluss einer neuartigen Lignocellulose auf Leistungsparameter in der Ferkelaufzucht
118
Sarandan H., Neufeld N., Kroismayr A., Neufeld K., Leibetseder J.
Einsatz einer neuen Lignocellulose Formulierung bei der Zuchtsau:
Einfluss auf MMA-Symptomatik, Reproduktionsleistung und Kotqualität
124
Kroismayr A., Neufeld N., Neufeld K.
Einfluss einer neuen Lignocellulose Formulierung auf die Leistungsdaten beim Broiler
131
Krieg R., Schüle St., Dohms J.
Lignocellulose als sichere Rohfaserquelle zur
Leistungsstabilisierung bei Häsinnen und Jungtieren in der Kaninchenzucht
136
Poster: Probiotika / Probiotics
Mair C., Windisch W., Pfaffl M., Plitzner C.
Wirkung eines probiotischen Mehrstammproduktes und eines
prebiotischen Trägerstoffes auf die intestinale Morphologie von Absetzferkeln
146
Wegl G., Sattler V.A., Plitzner C., Nitsch S., Loibner A.P., Schatzmayr G., Klose V.
DGGE Fingerprinting of the total bacterial and bifidobacterial gut
microflora in piglets in response to feeding with probiotics and prebiotics
152
Petersson A., Domig K.J., Nagel P., Zollitsch W., Hagmülller W., Kneifel W.
Nachweis von Bifidobacterium animalis subsp. lactis Ra 18 im Rahmen eines probiotischen
Fütterungsversuchs mit Bio-Mastschweinen
157
Mosonia P., Chaucheyras-Duranda F., Béra-Mailleta C., Foranoa E.
Quantification by real-time PCR of cellulolytic bacteria in the rumen of sheep after supplementation
of a forage diet with readily fermentable carbohydrates – Effect of a yeast additive
163
Chaucheyras-Durand F., Masseglia S., Fonty G., Forano E.
Development of hydrogenotrophic microorganisms and H2 utilisation in the rumen
of gnotobiotically-reared lambs. Influence of the composition of the cellulolytic
microbial community and effect of the feed additive Saccharomyces cerevisiae I-1077
164
Poster: Organische Säuren und weitere Zusatzstoffe / Organic Acids and Other Additives
Urbaityte R., Roth N., Wieser M.
Effect of glycerides of butyric, caprylic and capric acid on growth performance in weaned pigs
166
Roth N., Urbaityte R., Encarnacao P.
Effect of an organic acid blend on a slow release medium on catfish performance
173
Kurtz H., Raab L., Mathies E.
Einfluss des „SGW-Faktors“ auf die Leistungsparameter
Futteraufnahme, tägliche Zunahmen und Tiergesundheit von Aufzuchtkälbern
178
Danek P., Rozkot M.
Lecithin emulsifier in nutrition of piglets
187
Hutterer F., Windisch W., Ettle T.
Effekte einer L-Carnitin-Zulage bei variierenden Energiegehalten des Futters auf Mastund Schlachtleistung sowie Fettsäuremuster in verschiedenen Geweben beim Mastschein
191
Seite IV
Inhalt
Poster: Industrielle Nebenprodukte / Industrial By-Products
Schedle K., Plitzner C., Figl-Wolfsberger T., Windisch W.
Experimentelle Untersuchungen zur
Einsatzmöglichkeit von Weizentrockenschlempe (DDGS) in der Schweinemast
198
Nitrayová S., Patráš P., Brestenský M., Zelenka J., Heger J.
Chemical and nutritional characteristics of byproducts from ethanol fuel industry for pigs
204
Chrenková M., Čerešňáková Z., Mlyneková Z., Poláčiková M., Tomiková A.
Nutritive assessment of by-products from biofuel production in ruminants
210
Kulpys J., Paulauskas E., Mikulioniene S., Stankevičius R.
Einfluss der getrockneten Bierhefe (Saccharomyces cerevisiae)
auf Milchleistung, Milchzusammensetzung und –qualität
216
Poster: Mengen- und Spurenelemente / Macro and Trace Elements
Schlegel P., der Kinderen L., Mul A.J., Ubbink-Blanksma M., Durosoy S., Bruininx E.
Effect of supplemented trace mineral (Fe, Cu, Mn, Zn)
source and dose on growth performance in weaned piglets
225
Durosoy S., Fuchs B.
Effects of supplemental trace mineral (Zn, Cu, Mn, Fe)
source and dose on the status and performances of sows
230
Bunge J., Sommer W., Griep W.
Selenhefe (Sel-Plex®) in der Sauenfütterung –
Auswirkungen auf Wurfgröße und Produktivität in der Praxis
236
Křížová S., Kratochvílová P., Večerek M., Vašátková A., Zeman L.
Supplementation of chelate form of microelements into broiler feed mixture
244
Wagner V., Windisch W., Swoboda S., Ettle T.
Auswirkungen von unterschiedlichen Jodquellen
und Joddosierungen auf Jodakkumulation im Gewebe
und den Status der Schilddrüsenhormone am Modell der wachsenden Ratte
248
., Zeman L.
Mineral supplementation in horse nutrition
256
Tossenberger J., Babinszky L., Kühn I.
The effect of dietary phosphorous level and phytase activity on the performance,
phosphorous retention and eggshell quality in layers during the post peak production stage
260
Poster: Futtermittelhygiene, Sicherheitsaspekte / Feed Hygiene Safety Aspects
Hofstetter U., Rodrigues I.
Occurrence of mycotoxins in DDGS
268
Awad W., Böhm J., Zentek J.
Ingestion of deoxynivalenol (DON) contaminated feed alters the chicken immune responses
272
Müller U., Brüssel H., Sauerwein H., Steinbeck A.
In-vitro-Versuche zur Reduktion von Salmonellen im Schweinefutter
276
Petersson A., Domig K.J., Nagel P., Zollitsch W., Hagmülller W., Kneifel W.
DGGE basiertes Monitoring der Darmmikrobiota des Schweins
282
Seite V
Inhalt
Mayrhofer S., Domig K.J., Mair C., Amtmann E., Kneifel W.
Vergleich des Antibiotikaresistenzverhaltens von LaktobazillenIsolaten tierischer und menschlicher Herkunft
287
Banemann D., Scheikl G., Nelles M.
Biogasverluste durch Nacherwärmung
292
., Mikulionienė S.
Bacterial contamination of milk from the milking environment
297
Matyžiūtė-Jodkonienė, Juknevičius S., Jodkonis L.
Concentration of heavy metals (Pb, Cd, Cr, Ni)
in soil and grass along the main roads in Lithuania
302
Poster: Tierernährung und Umwelt / Animal Nutrition and Environment
Flachowsky G., Dänike S.
Erzeugung von Lebensmitteln tierischer Herkunft und Treibhausgase
– Nutztiere als „Mittäter“ und „Opfer“
309
Lebzien P., Flachowsky G.
Zur Bewertung des Methanreduzierungspotenzials
von Futtermitteln und -zusatzstoffen im Pansen
316
Schöndorfer K., Böck G., Aragón Y.A., Klimitsch A., Schatzmayr G.
The effects of bacterial and chemical silage additives
to grass silage to fermentation quality and aerobic stability
322
Poster: Technische und biologische Aspekte, praktische Fütterung / Technical and
Biological Aspects, Practical Feeding
Gasteiner J., Fallast S., Rosenkranz J., Häusler T., Schneider M., Guggenberger T.
Messung des Pansen-pH-Wertes und der Temperatur mit einer intraruminalen,
kabellosen Messeinheit – Anwendung unter verschiedenen Rationsbedingungen bei Rindern
326
Brandner B., Wetscherek W.
Einfluss der Stalltemperatur auf die Leistung von Mastschweinen
339
Vašátková A., Krizova S., Vojtech A., Kalhotka L., Zeman L.
The effect of naturally moulded feedstuffs on nutrients utilization
345
Rutzmoser K., Ettle T., Obermaier A.
Vergleich der Rohproteinaufnahme mit dem Bedarf in der Aufzucht männlicher Fleckviehkälber
349
Novak L., Zeman L., Mareš P.
The velocity of body weight growth and dynamic phenotype expressions in pigs
355
Seite VI
Heißenhuber und Rauh: Landwirtschaft im Spannungsfeld zwischen Ernährung und Bioenergie
Landwirtschaft im Spannungsfeld zwischen Ernährung und
Bioenergie
Alois Heißenhuber und Stefan Rauh
Lehrstuhl für Wirtschaftslehre des Landbaues,
TU München in Freising-Weihenstephan
Einleitung
Die seit einigen Jahren deutlich gestiegenen Rohölpreise, die hohe Importabhängigkeit sowie
insbesondere die Erkenntnis, den Klimawandel durch eine Reduzierung der Kohlendioxidemission
bremsen zu müssen, werden als Argumente für den Einsatz erneuerbarer Energieträger und dabei
wiederum für den Einsatz nachwachsender Rohstoffen aufgeführt. Damit sollen die genannten
Probleme zumindest gemindert und gleichzeitig in der Land- und Forstwirtschaft neue
Einkommensmöglichkeiten erschlossen werden. Nicht zuletzt könnten damit neue Arbeitsplätze speziell
im ländlichen Raum entstehen. Ganz nebenbei würde der Einsatz agrarischer Rohstoffe auch noch zu
einer Stabilisierung der Erzeugerpreise führen. Kontrovers diskutiert wird die Konkurrenz zwischen der
Erzeugung von Bioenergie und von Nahrungsmitteln.
Politische Vorgaben
Der bis zur Mitte des Jahres 2008 zu beobachtende Anstieg des Rohölpreises ließ die Erwartung
aufkommen, dass Bioenergie bereits konkurrenzfähig sei. Die in Abb. 1 angegebenen
Gleichgewichtsbedingungen geben einen Hinweis, bei welchem Rohölpreis welche Variante an
Biokraftstoff gerade wettbewerbsgleich ist. Den Kalkulationen zu Abb. 1 liegt das Agrarpreisniveau aus
dem Jahr 2005 zu Grunde. Da sich die Agrarpreise aber in den Jahren 2006 auf 2007 deutlich nach
oben verändert haben, galten zwar noch die Wettbewerbsverhältnisse, aber das Gleichgewichtsniveau
verschob sich nach oben. Konkret heißt das, dass trotz eines zwischenzeitlich auf über 140 $ pro
Barrel angestiegenen Erdölpreises Bioalkohol in Europa noch nicht wettbewerbsfähig war, weil die
Agrarpreise gegenüber 2005 auf einem mehr als doppelt so hohen Niveau lagen. Mittlerweile liegt der
Ölpreis allerdings wieder im Bereich des Jahres 2005 (ca. 60 $/Barrel). Auf der anderen Seite konnten
auch die Agrarpreise das hohe Niveau nicht halten, sind aber nach wie vor vergleichsweise teuer.
Deswegen erfolgt in vielen Ländern die Verwendung der Biokraftstoffe nur aufgrund von
Markteingriffen seitens der Politik. In gleicher Weise gilt das auch für einige andere erneuerbare
Energieträger, wie z. B. elektrischen Strom aus Biogasanlagen. Demgegenüber ist z. B. in Brasilien die
Seite 1
Erzeugung von Biosprit aufgrund der sehr günstigen Produktionsmöglichkeiten für Zuckerrohr schon
ohne staatliche Stützung wirtschaftlich.
Quelle: SCHMIDHUBER 2006
Abb. 1: Paritätspreise zwischen Rohöl, Benzin und Biotreibstoffen
Damit Bioenergie zum Einsatz kommt, wurden seitens der Politik folgende Ansätze aufgegriffen:
a)
Verteuerung fossiler Energieträger
b)
Verbilligung der Bioenergie
c)
Abnahmeverpflichtung von Bioenergie zu einem festgelegten Preis
d)
Beimischungsverpflichtung von Bioenergie
zu a)
Die Verteuerung fossiler Energieträger erfolgt bereits z. B. durch die Mineralölsteuer sowie durch die
Ökosteuer. Die Belastungen sind aber sehr unterschiedlich. Benzin wird am stärksten belastet, Diesel
etwas weniger (dafür ist die Kfz-Steuer höher), Heizöl wird deutlich weniger belastet. Eine für alle
Energieträger gleich hohe Belastung ist nicht zuletzt aus sozialen Gründen politisch schwer
durchsetzbar.
Seite 2
zu b)
Eine Verbilligung der Bioenergie ist entweder durch direkte Subventionierung oder durch geringere
Steuerbelastung möglich. Politisch am einfachsten durchsetzbar war wohl die Steuerbefreiung von
Biotreibstoffen. Dieser Weg wurde zuerst bei Biodiesel (aus Rapsöl) begangen. An der Tankstelle
konnte deshalb dieser Treibstoff etwas günstiger angeboten werden als das herkömmliche Dieselöl.
Dem Staat entgingen dabei die entsprechenden Einnahmen an Mineralölsteuer, in der Bevölkerung
entstand der Eindruck, Biodiesel sei kostengünstiger als Diesel. Zwischenzeitlich wurde, entgegen der
ursprünglichen Vereinbarungen, auch bei Biokraftstoffen eine Besteuerung eingeführt.
zu c)
Die Festlegung einer Abnahmeverpflichtung zu einem festgelegten Preis belastet den Konsumenten im
Gegensatz zum Steuerzahler, der bei Variante b) betroffen ist. Dieser Weg wurde in erster Linie bei
elektrischem Strom aus erneuerbaren Energiequellen begangen. Da der Anteil der erneuerbaren
Energie noch relativ klein ist, fällt es beim Verbraucher (noch) nicht so deutlich auf, dass z. B. für
Solarstrom mit ca. 45ct/kWh ein sehr hoher Preis bezahlt werden muss. Für die Landwirtschaft von
großer Bedeutung war die Festlegung der Einspeisetarife für Strom aus Biogasanlagen. Insbesondere
der sogenannte NawaRo-Bonus von ca. 6 ct/kWh zusätzlich zu einer Grundvergütung von
ca. 10ct/kWh aus agrarischen Rohstoffen. Noch dazu wird dieser Tarif für die Dauer von 20 Jahren
zugesichert. Ab Januar 2009 tritt eine novellierte Fassung des EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz) in
Kraft, bei dem der NawaRo-Bonus um 1 ct/kWh erhöht und zugleich ein Gülle-Bonus in Höhe von
4 ct/kWh neu eingeführt wurde. Inklusive weiterer Boni sind somit bis zu 30 ct/kWh erzielbar (vgl.
Abb. 2).
Quelle: eigene Darstellung nach IE, 2004, BMU 2008, BGBL 2008
Abb. 2: Einspeisevergütung für Biogas in ausgewählten Ländern
Seite 3
zu d)
Die Festlegung einer bestimmten Beimischungsquote wird seit 2007 bei Biotreibstoffen durchgeführt.
Aufgrund der geringen Rohstoffverfügbarkeit zur Erfüllung der Quoten, beschloss die Bundesregierung
die Gesamtquote für 2009 um einen Prozentpunkt auf 5,25 % zu senken und sie ab 2010 bei 6,25 %
zu belassen. Ursprünglich war eine stufenweise Steigerung auf 8 % vorgesehen. In Abb. 3 sind die für
Deutschland festgelegten Beimischquoten umgerechnet auf die erforderlichen Produktionsflächen
dargestellt. Da es den Mineralölkonzernen freigestellt ist, wo sie den Biosprit einkaufen, steht hier
nicht mehr die einheimische Produktion im Vordergrund. Letztlich geht es hier nur um den
Klimaschutz, wenn man davon ausgeht, dass Biotreibstoffe das Klima weniger belasten als fossile
Treibstoffe.
Quelle: eigene Berechnungen nach MWV 2007
Abb. 3: Beimischquoten für Biokraftstoffe in Deutschland
Als Zwischenfazit bleibt festzuhalten, dass die genannten politischen Eingriffe den Einsatz
regenerativer Energien deutlich forciert haben. Dies betrifft nicht nur die Landwirtschaft, sondern auch
die Anlagenhersteller, welche nicht nur den Inlandsmarkt sondern zunehmend auch Märkte außerhalb
Deutschlands beliefern.
Es erscheint aber unbedingt notwendig, nach einer Phase der breit gestreuten Förderung
erneuerbarer Energien die Förderpolitik zu überprüfen und unter Berücksichtigung der gesammelten
Erfahrungen und der Nebenwirkungen neu auszurichten. In der Zwischenzeit wird deutlich, dass nicht
alle formulierten Ziele mit dem Einsatz von Bioenergie gleichzeitig erreicht werden können, es treten
Zielkonflikte auf, die eine Prioritätensetzung erfordert. In Abb. 4 sind ausgewählte Verfahren der
Seite 4
Bioenergieerzeugung vergleichend dargestellt. Große Unterschiede bestehen speziell im Energieertrag
je Flächeneinheit.
Folgende Fragen werden heute teilweise kontrovers diskutiert: Ist es sichergestellt, dass Bioenergie
dem Klimaschutz dient? Sind die gesellschaftlichen Kosten des Einsatzes von Bioenergie zur Minderung
der Kohlendioxidemission gerechtfertigt? Verursacht der Einsatz von Biosprit eine Verteuerung der
Lebensmittel?
Ausgewählte Verfahren der Bioenergieproduktion
Für den landwirtschaftlichen Betrieb steht eine Reihe von Verfahren zur Produktion von Bioenergie zur
Verfügung. In Abb. 4 sind die wichtigsten Kennziffern ausgewählter Verfahren dargestellt. Wesentliche
Unterschiede bestehen im Anteil der nutzbaren Endenergie sowie im Hektarertrag. Es zeigt sich
generell, dass die Erzeugung von Biokraftstoff durchwegs einen geringeren Hektarertrag ermöglicht
als die Erzeugung von Wärme, da im einen Fall durch die Konversion ein höherer Umsetzungsverlust
erfolgt gegenüber der Substitution im Falle der Wärmeerzeugung. Bei der Biokraftstofferzeugung
fallen als Nebenprodukt auch noch Futtermittel an. Im Falle der Biogaserzeugung ist es von
entscheidender Bedeutung, inwieweit auch die anfallende Wärme genutzt werden kann. Eine neuere
Variante besteht darin, das erzeugte Biogas nach Aufbereitung in das Ergasnetz einzuspeisen. Damit
erhöht sich der Ausnutzungsgrad der erzeugten Biomasse. Die Aufbereitung verursacht zusätzliche
Kosten und kann deshalb erst bei größeren Anlagen sinnvoll betrieben werden.
Von den in Abb. 4 aufgeführten Verfahren ergibt sich die schärfste Konkurrenz zwischen Nahrungsund Energieerzeugung im Biogasbereich. Da sich der Silomais sowohl für die Rinderhaltung als auch
für die Biogasanlage bestens eignet, wird bei Ausweitung der Biogasproduktion der Silomaisanbau
teilweise deutlich ausgedehnt oder die Rinderhaltung eingeschränkt. Wie Abb. 5 für das Bundesland
Bayern verdeutlicht, gibt es in einigen Regionen eine hohe Viehdichte und zugleich eine deutliche
Konzentration von Biogasanlagen Auf jeden Fall führt diese Konkurrenz um die Fläche zu
ansteigenden Pachtpreisen bzw. zu steigenden Preisen für die Biomasse, was die Wirtschaftlichkeit der
betroffenen Verfahren belastet.
Ein Argument für die Ausweitung der Bioenergieproduktion wird in der Schaffung zusätzlicher
Arbeitsplätze gesehen. In Abb. 6 sind für wichtige Verfahren der tierischen Erzeugung die auf dem
landwirtschaftlichen Betrieb erforderlichen Arbeitsstunden dargestellt. Des Weiteren sind die zur
Verarbeitung des auf einer Flächeneinheit erzeugten Menge an landwirtschaftlichen Erzeugnissen
anfallenden Arbeitsstunden in der Molkerei bzw. im Schlachthof dargestellt. Daneben ist auch die
Variante Biogas dargestellt. Aus diesem Vergleich geht hervor, dass durch die Ausweitung der
Bioenergieproduktion, darstellt am Beispiel Biogas, zusätzliche Arbeitsplätze nur dann entstehen, wenn
das Biogas zusätzlich erzeugt wird, ohne die Produktion von Milch oder Fleisch einzuschränken. Dies
ist dann möglich, wenn z. B. Gülle oder Reststoffe verwendet werden.
Seite 5
300
GJ/ha
250
200
150
100
50
0
Kultur
Weizen
Zuckerrübe
Raps
Mais
Pappel
Weizen
Hauptprodukt
Korn
Rübe
Korn
Silage
Holz
Korn
Ertrag [t FM/ha]
7,7
60
3,5
45
20
7,7
Nebenprodukt
Stroh
---
Stroh
---
---
Stroh
Ertrag [t FM/ha]
5,9
3,3
5,9
Verwendung
Hauptprodukt
Ethanol
Ethanol
RME
Biogas
Hackschnitzel
Menge je ha
2.962 l
6.129 l
1.458 l
7.895 m³
20 t
7,7 t
Äquivalent
Benzin
Benzin
Diesel
Heizöl
Heizöl
Heizöl
Äquivalent-Ertrag in l
Festbrennstoff
1.948 l
4.031 l
1.328 l
4.229 l
5.216 l
3.286 l
Nutzenergieform
Fortbewegung
Fortbewegung
Fortbewegung
Strom+Wärme
Wärme
Wärme
Nebenprodukt
Festbrennstoff
Festbrennstoff
5,9 t
3,3 t
5,9 t
Äquivalent
Heizöl
Heizöl
Heizöl
Äquivalent-Ertrag in l
2.473 l
1.379 l
2.473 l
Menge je ha
Festbrennstoff
Erläuterungen zur Grafik: jeweils 1. Säule = Produkt(e)/Rohstoff(e) der Kulturen, 2. Säule = Verwertungsprodukt(e) aus den
Rohstoffen, 3. Säule = 2. Stufe der Umwandlung (Biogas zu Strom und Wärme)
Legende:
Korn
Stroh/Silage/Holz
Rübe
Biotreibstoff
Biogas
Wärme
el. Strom
Quelle: BERENZ 2008 nach BMVEL 2006, QUIRIN et al. 2004, FNR 2005
Abb. 4: Primär- und Endenergiegehalte verschiedener Kulturen
Seite 6
Biogasanlage
Abb. 5: Viehbesatz und Biogasanlagen in Bayern (2006)
Quelle: RÖHLING, KEYMER 2007
Quelle: RAUH 2007 nach AUER 2007, BERENZ et al. 2007, BVDF 2007, MÜLLER 2007, BMELV 2006, KTBL 2006ab, WEINDLMEIER
2006, FNR 2005, LFL 2003
Abb. 6: Arbeitszeitbedarf je Hektar ausgewählter Wertschöpfungsketten der Landwirtschaft
Seite 7
Neben der Biogaserzeugung (in Deutschland 2007 ca. 0,5 Mio. ha) nimmt die Produktion von
Biokraftstoff mit ca. 1,0 Mio. ha für Biodiesel und 0,3 Mio. ha für Bioethanol den größten
Flächenumfang ein. Aus der Sicht des Rohstoffproduzenten hat sich in der jüngsten Zeit die Situation
gravierend geändert. Während in der Vergangenheit der Getreidepreis bei etwa 10 Euro pro 100 kg
lag, waren 2007 über 20 Euro pro 100 kg und aktuell 15 Euro pro 100 kg zu erlösen. Für den
Bioethanolhersteller haben sich damit die Produktionskosten deutlich erhöht. Wie Abb. 7 zeigt, liegt
bei dem jetzigen Erdölpreis der Benzinpreis (inkl. Steuern) bei über 1,20 €/l. Dieses Benzin entspricht
einem Preis von Bioethanol von etwa 0,50 bis 0,60 €/l (ohne Mineralölsteuer). Der Erzeuger von
Bioethanol bei diesen Produktionskosten mit importiertem Biotreibstoff nur konkurrieren, da dieser mit
einem erheblichen Importzoll belegt ist. Somit stellt sich die wirtschaftliche Situation der
einheimischen Biokraftstofferzeuger vergleichsweise ungünstig dar.
200
Benzin ct/l
Weizenpreis €/dt
07
Preis DDGS 16,50 €/dt
(22,00 €/dt Sojaschrot)
08
05
EtOH aus Brasilien
cif Hafen EU inkl. Zoll
Herstellungskosten
EtOH Brasilien
Quelle: BERENZ 2008 nach IGELSPACHER 2003, MWV 2007
Abb. 7 Bioethanol aus Weizen als Benzinersatz
Ökologische Aspekte der Erzeugung von Bioenergie
Die Nutzung der Bioenergie wird mit der Einsparung von fossilen Energieträgern und mit einer
Reduzierung der Emission klimawirksamer Gase begründet. In Abb. 8 sind am Beispiel Biodiesel (RME)
sowohl die Energie- als auch die Treibhausgasbilanz dargestellt. Demnach führt der Einsatz von
Biodiesel zu einer Einsparung an fossilem Treibstoff. Als wesentliche Ursache ist die Nutzung der in
den Pflanzen gespeicherten Sonnenenergie zu nennen. Es sei noch darauf hingewiesen, dass bei der
Nutzung des Öls aus den Rapskörnern noch Nebenprodukte anfallen, im Beispiel des Biodiesels ist das
der als Pressrückstand verbleibende Rapskuchen. Dies gilt es bei der Bilanzierung zu berücksichtigen.
Nicht so eindeutig gestaltet sich die Bilanzierung der klimawirksamen Gase. Insbesondere die
freiwerdende Menge an Lachgas (N2O) schwankt in einem relativ großen Bereich. Da aber Lachgas
Seite 8
annähernd 300-fach klimawirksamer ist als Kohlendioxid, ergibt sich durch den Rapsanbau mit
anschließender Nutzung des Biodiesels im Vergleich zum fossilen Diesel eine mehr oder weniger große
Klimaentlastung. Daraus ist zu folgern, dass die Verfahren der pflanzlichen Produktion bezüglich der
Lachgasemission noch optimiert werden müssen. Dies gilt in gleicher Weise für die Erzeugung
nachwachsender Rohstoffe als auch für die Erzeugung von Nahrungsmitteln.
Energie
Treibhausgase
100
10,0
GJ/ha
75
t CO2eq/ha
7,5
2.000 kg Schrot
1.500 kg
50
5,0
1.650 l RME
25
1.500 l
0
2,5
0,0
Input
Berücksichtigt:
Output
Diesel und Biodiesel und
Sojaschrot Rapsschrot
Saatgut
Düngung (50% Nährstoffrücklieferung)
Pflanzenschutz
Diesel
Mechanisierung
Lachgas N-Düngung (2,4 – 7,2 kg N2O ha-1 a-1)
Energieträger Pflanzenölgewinnung bis RME-Erzeugung
Hexan, Bleicherde, Säuren und Laugen, Methanol
Pflanzenölpresse und RME-Anlage
Koppelprodukt Rapsschrot als Substitut für Sojaextraktionsschrot
Quelle: Berenz 2008
Abb. 8: Energie- und Treibhausgasbilanz von Biodiesel (RME)
Entsprechende Berechnungen für andere Bioenergielinien (z. B. der Wärmegewinnung von schnell
wachsenden Hölzern) haben ergeben, dass dort eine günstigere Treibhausgasbilanz zu erreichen ist.
Generell sind Verfahren, die fossile Rohstoffe direkt ersetzen (Substitution) den Verfahren überlegen,
die einen chemischen Umbau (Konversion) erfordern. Diese Unterschiede kommen schließlich in den
Kosten der Klimaentlastung (CO2-Minderung) zum Ausdruck. Diese belaufen sich in der
Wärmeerzeugung durchwegs auf einem niedrigeren Niveau als in der Erzeugung von Biokraftstoffen.
Konkurrenz zwischen Nahrung und Energie
Die Konkurrenz zwischen Nahrung und Energie oder zwischen „Brot und Sprit“ wird auch in
Deutschland aber noch viel intensiver in anderen Ländern diskutiert. Durch Pressestimmen wie „BioSprit lässt Tortilla-Preise in Mexiko explodieren“ oder „Ethanol-Durst der USA löst Tortilla-Krise aus“
Seite 9
(Die Welt, 22.1. bzw. 25.2.07) wurde die Diskussion ausgelöst. Die steigenden Nahrungspreise haben
aber mehrere Ursachen, die Konsequenzen sind jedoch in den Ländern mit niedrigem Einkommen sehr
viel gravierender.
In Deutschland wird seitens der Nahrungsmittelindustrie auch gefordert, Nahrung müsse Vorrang
haben. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass schon vor 25 Jahren der Weizenpreis mit rund
25 € pro Dezitonne auf einem doppelt so hohen Niveau lag wie 2006 (Abb. 9). Seitdem war eine
starke Talfahrt zu verzeichnen. Zum Ausgleich bekamen die Landwirte produktbezogene
Direktzahlungen in Höhe von etwa 300 € je Hektar. Der Tiefpunkt lag im Jahr 2005 bei 10 € pro
Dezitonne Weizen, ein nicht mehr Gewinn bringender Preis für die Landwirtschaft. Insofern ist der
jetzige Preisanstieg eine Notwendigkeit und nicht in erster Linie die Folge der Bioenergieausweitung.
30
Erzeugerpreis Weizen incl. MwSt.
€/dt
zuordenbare Ausgleichszahlungen
25
20
15
10
5
0
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2008
Anmerkung: Preise jeweils zur Ernte
Quelle: eigene Darstellung nach ZMP, versch. Jahrgänge
Abb. 9: Entwicklung des Erzeugerpreises für Weizen (in €/dt) von 1980 bis 2008
Gehen wir noch einen Schritt weiter und betrachten verschiedene Produkte, die auf den gleichen
landwirtschaftlichen Rohstoffen basieren, nämlich auf Getreide (Abb. 10). Bei Bier beträgt der Anteil
des Getreides am Endprodukt ca. 4 % und bei Brot ca. 6 %, der Rest der Kosten fällt auf den
nachgelagerten Bereich. Demgegenüber beträgt bei Ethanol der Anteil des landwirtschaftlichen
Rohstoffes Getreide fast 40 % und bei RME beruhen sogar 50 % der Kosten auf denen von Raps. In
Deutschland hat demzufolge der Anstieg der Getreidepreise keinen so gravierenden Einfluss auf den
Preis der Lebensmittel als auf den Preis der Biotreibstoffe.
Anders stellt sich die Situation in einkommensschwächeren Ländern dar, weil der Anteil der Ausgaben
für Lebensmittel an den Lebenshaltungskosten viel höher ist und weil z. B. in Mexiko der Anteil des
Maismehls am fertigen Produkt (der Tortillas) relativ groß ist (vgl. Abb. 10). Es gilt generell: Steigt der
Seite 10
Verbraucherausgaben für Nahrungsmittel und Preisanteil des Rohstoffs
Preis für den agrarischen Rohstoff an, werden die Nahrungsmittelpreise umso stärker belastet, je
höher der Kostenanteil des Rohstoffs. Zudem werden diejenigen Bevölkerungsgruppen stärker
belastet, die einen höheren Anteil des Einkommens für die Lebenshaltung ausgeben müssen.
100%
90%
Mexiko
Deutschland
80%
70%
60%
50%
40%
72%
30%
20%
10%
35%
40%
14%
4%
0%
Ausgaben für
Lebensmittel
Anteil Gerste
am Bierpreis
6%
Anteil Getreide Anteil Getreide
am Brotpreis
am
Ethanolpreis
Ausgaben für
Lebensmittel
Anteil Mais an
der Tortilla
Quelle: eigene Berechnungen und Darstellung nach SNIIM, 2008, BMELV, 2006
Abb. 10: Verbraucherausgaben für Nahrungsmittel und Preisanteil des Rohstoffs
– Beispiel Mexiko und Deutschland
Zusammenfassung
Der Einsatz von Bioenergie erfolgt vor allem in den europäischen Ländern aufgrund staatlicher
Einflüsse. Als Gründe für die staatliche Einflussnahme werden vorwiegend die Minderung der CO2Emission und die Verringerung der Abhängigkeit von Energieimporten aufgeführt. Die seit vielen
Jahren gegebene Überschusssituation auf den Agrarmärkten war eine Begründung für die staatliche
Förderung der Bioenergie. Mit der zwischenzeitlich auf den Agrarmärkten eingetretenen
Angebotsverknappung erscheint die Politik zur Förderung der Bioenergie in einem anderen Licht. Es
verstärkt sich der Druck, die bisherige Politik kritisch zu hinterfragen. Einerseits wird die
klimaschützende Wirkung der Bioenergie kontrovers diskutiert, andererseits wird ein Vorrang des
Lebensmittelbereichs verlangt. Vor diesem Hintergrund werden auch die Beimischungsquoten für
Biokraftstoffe kritisch gesehen. Bei den deutlich angestiegenen Rohstoffpreisen wird die einheimische
Erzeugung in geringerem Umfang in die Bioenergieschiene fließen. Der zusätzliche Bedarf wird über
Importe abgedeckt. Politisch wird der Druck steigen, die Förderung der Bioenergie aus
unterschiedlichen Gründen zurückzunehmen, um einen Preisanstieg nicht zusätzlich zu forcieren.
Seite 11
Als Fazit bleibt: Die Erzeugung von Lebensmitteln aus agrarischen Rohstoffen sollte vorrangig sein. Ein
Hinweis darauf sind die Preisentwicklungen der letzten Jahre. Die höhere Wettbewerbskraft bezüglich
der Verwendung agrarischer Rohstoffe liegt zwar beim Nahrungsmarkt, jedoch umgehen bestimmte
staatliche Maßnahmen, wie die Beimischungsverpflichtung, den Marktmechanismus. In anderen
Ländern, wie z.B. Brasilien und Indonesien, sorgt bereits ein hoher Erdölpreis für eine starke
Konkurrenz der Bioenergie gegenüber dem Nahrungsmarkt. Für die Landwirtschaft und den ländlichen
Raum besteht vor allem die Chance der Nutzung von biogenen Reststoffen bzw. in der Doppelnutzung
von agrarischen Rohstoffen.
Literatur
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und Niederbayern eG, persönliche Mitteilung, 31.07.2007.
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http://www.bmu.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/bericht_stromerzeugung_biomasse.pdf (Abrufdatum: 06.03.06).
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Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie in Weihenstephan, persönliche Mitteilung, 07.11.2006.
Seite 12
ZMP - Zentrale Markt- und Preisberichtstelle GmbH (Hrsg.) (versch. Jahrgänge): ZMP Marktbilanz; Getreide Ölsaaten
Futtermittel; Deutschland Europäische Union Weltmarkt. Bonn.
Anschrift der Autoren
Prof. Dr. Dr. h. c. Alois Heißenhuber,
Dipl. Ing. agr. Stefan Rauh
Lehrstuhl für Wirtschaftslehre des Landbaues
Alte Akademie 14, 85350 Freising - Weihenstephan
Tel.: 08161-713410 (Heißenhuber)
Tel.: 08161-713413 (Rauh)
E-Mail: [email protected]
[email protected]
Seite 13
Flachowsky und Meyer: CO2 Footprints für
Lebensmittel tierischer Herkunft – Notwendigkeit, Wissensstand und Einflussfaktoren
CO2-Footprints für Lebensmittel tierischer Herkunft –
Notwendigkeit, Wissenstand und Einflussfaktoren
G. Flachowsky und U. Meyer
Bundesforschungsinstitut für Tiergesundheit Braunschweig
Einleitung
Die jährliche Zuwachsrate an klimarelevanten Gasen wird weltweit mit etwa 1 Mrd t CO2Äquivalenten
angegeben. Dieser Anstieg resultiert vor allem aus der Verbrennung von fossilem Kohlenstoff, aber
auch anderen Emitenten. Diese Entwicklung hat zu einem Anstieg der Kohlenstoffdioxid (CO2)Konzentration in der Atmosphäre geführt (von ≈ 280, um 1800; auf ≈ 380, gegenwärtig; auf vielleicht
550 ppm, um 2050; IPCC 2006). CO2 gehört zu den Treibhausgasen (klimarelevante Gase), die bei
zunehmender Erhöhung in der Atmosphäre infolge der Absorptionsfähigkeit im InfrarotSpektralbereich die Rückstrahlung von Wärmestrahlen vermindern und so zu einem Anstieg der
Temperatur auf der Erde beitragen. Diese Entwicklung drückt sich nach IPCC (2006) u.a. im Anstieg
der globalen mittleren Oberflächentemperatur um 0,74oC im Laufe der vergangenen 100 Jahre und in
der Beschleunigung des weltweiten Anstieges des Meeresspiegels aus (1,8 mm/Jahr im Zeitraum 1961
bis 2003; 3,1 mm/Jahr im Zeitraum 1993 bis 2003). Für Deutschland wird der Temperaturanstieg seit
1901 im Gesamtjahr mit 0,93oC angegeben (DWD 2008).
Neben CO2 haben auch andere Gase ein Treibhauspotenzial, das deutlich höher als das von CO2 ist
(Tab. 1). Die Methan-Konzentration in der Atmosphäre beträgt gegenwärtig ≈ 1,7 ppm mit einem
jährlichen Konzentrationsanstieg von ≈ 0,01 ppm, die von Lachgas wird mit 312 ppb angegeben
(Bockisch et al. 2000).
Tabelle 1: Treibhauspotenzial von Gasen, die aus der Landwirtschaft
emittiert werden (von IPCC 2006 empfohlene Werte)
Treibhausgas
Seite 14
Summenformel
Treibhauspotenzial
(CO2 = 1)
Kohlenstoffdioxid
CO2
1
Methan
CH4
23
Lachgas
N2O
296
Das Erkennen dieser Zusammenhänge führte dazu, die CO2-Emissionen bzw. die von CO2Äquivalenten zu erfassen und eine gewisse Wichtung der Quellen vorzunehmen sowie wirksame
Reduzierungsmöglichkeiten zu erarbeiten und anzuwenden. Der Anteil der Landwirtschaft an den
gesamten CO2-Emissionen wird in Deutschland nach verschiedenen Quellen mit 6 bis 15 %
angegeben. Global wird der Anteil der Landwirtschaft an den CO2Äq-Emissionen mit nahezu einem
Drittel der Gesamtemissionen angegeben (13,4 Mrd. t von 41,4 Mrd. t CO2Äq pro Jahr, Isermeyer et al.
2008). Infolge der Veredelungsverluste bei der Erzeugung von Lebensmitteln tierischer Herkunft wird
die Frage nach den CO2-Emmissionen vor allem bei diesen Lebensmitteln gestellt. Dadurch soll
einerseits eine Information für die Verbraucher gegeben werden, andererseits wird durch
Sensibilisierung von Erzeugern und Verbrauchern eine Reduzierung der Emissionen angestrebt. Diese
Zusammenhänge können dann bedeutungsvoll werden, wenn der Handel mit Emissionsrechten auch
die Landwirtschaft erfasst (s. Engels, 2008). Im Beitrag wird versucht, den Wissenstand bezüglich der
Emissionen an CO2-Äquivalenten bei der Erzeugung von Lebensmittel tierischer Herkunft (CO2Footprints) zusammenzutragen, mögliche Schwachstellen und entsprechenden Forschungsbedarf
aufzuzeigen sowie auf vorhandene Reduzierungspotenziale hinzuweisen. Derartige komplexe Studien
scheinen dringend erforderlich, da verschiedene Einrichtungen bzw. Autoren bereits bei mangelnder
Datenbasis „präzise“ Angaben über Klimabilanzen für Lebensmittel tierischer Herkunft bereitstellen,
wie Abbildung 1 exemplarisch zeigt. Solche Bewertungen beim gegenwärtigen Wissenstand sind nicht
unproblematisch, da dadurch vor allem bei der Politik der Eindruck entstehen kann, dass
-
ausreichend Primärdaten zur Bewertung vorhanden sind und kein weiterer Forschungsbedarf
besteht,
methodisch das Herangehen abgestimmt und einheitlich ist (z.B. Verwendung der
Systemgrenzen),
vorschnelle (und vielleicht falsche) Schlussfolgerungen zur ökologischen Be-/Verurteilung
verschiedener Lebensmittel tierischer Herkunft bzw. Ihrer Produktionsform vorgenommen werden
können.
Verschiedene Details der in Abbildung 1 dargestellten Säulen wurden kürzlich bewertet (Flachowsky,
2008). Ausgehend von dieser Situation sollen nachfolgend die Voraussetzungen für die Erarbeitung
„belastbarer“ CO2-Footprints exemplarisch dargestellt werden.
Der Begriff „Kette“ sollte eigentlich durch „Netzwerk“ ersetzt werden, da die Nahrungsmittelerzeugung
viel komplexer und vernetzter ist, als es der Begriff „Kette“ ausdrückt (z.B. Beziehungen zu vor- und
nachgelagertem Bereich, Berücksichtigung von Gebäuden und Maschinen). Die Unterschiede in den
Ergebnissen verschiedener Analysten (Milch, Fleisch, Eier, s. Abb. 1) können u.a. durch
unterschiedliche Systemgrenzen verursacht werden. Deshalb ist die Beschreibung der
Rahmenbedingungen Voraussetzung für die Interpretation und die Reproduzierbarkeit verschiedener
Ergebnisse. Aus Platzgründen kann auf Details der im Beitrag berücksichtigten Ein- und Austräge nicht
eingegangen werden (s. Flachowsky 2008). Die Höhe des Futtereinsatzes und die Leistungshöhe der
Lebensmittel liefernden Tiere sind wesentliche Kriterien für die nährstoffökonomische und ökologische
Bewertung der Lebensmittelerzeugung. Da die Erzeugung von essbarem Protein tierischer Herkunft
das Hauptziel der Nutztierhaltung in Europa darstellt, wird diesem Parameter bei der Kalkulation
entsprechender Aufwandsdaten besondere Aufmerksamkeit gewidmet (s. Tab. 2). Die Bezugsbasis
essbares Protein hat gegenüber den Lebensmitteln (Milch, Fleisch, Eier; s. Abb. 1) auch den Vorteil
der unmittelbaren Vergleichbarkeit der verschiedenen Formen der Erzeugung von Lebensmitteln
tierischer Herkunft.
Seite 15
20,0
Defra (2006), konv.
"
18,0
"
16,0
, ökolog.
Heissenhuber (2008), konv.
"
14,0
kg CO2/kg Rohstoff
, ökolog.
Fritsche u. Eberle (2007), konv.
, ökolog.
Hirschfeld et al. (2008), konv.
"
, ökolog.
12,0
10,0
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
Milch
Rindfleisch
Schweinefleisch Geflügelfleisch
Eier
Abbildung 1: CO2Äq-Footprints für Lebensmittel tierischer Herkunft aus herkömmlicher oder
ökologischer Erzeugung nach verschiedenen Autoren
Material und Methoden
Für Kalkulationen zur Ermittlung von CO2Äq-Footprints sind Kenntnisse bzw. nachvollziehbare
Ableitungen entlang der gesamten Nahrungskette (Wertschöpfungskette) erforderlich (Abb. 2).
Eintrag
(Input)
Dünger,
Kraftstoff,
Pflanzenschutzmittel,
Saatgut,
Wasser
Kraftstoff,
Elektroenergie
Kraftstoff,
Elektroenergie
Kraftstoff,
Elektroenergie
(CO2)1)
Kettenglieder
Austrag an
klimarelevanten
Gasen
(Output)
Seite 16
Futtermittel,
Ernte,
Lagerung
Boden/
Pflanze
CO2
N2O
CO2
Mischfutter,
Nebenprodukte
CO2
Kraftstoff,
Elektroenergie
Lebensmittel
tierischer Herkunft
Mensch
Exkremente
Biogas,
Dünger
Tier
CH4 (CO 2)1)
CH4
N2O
CO2
CH4
Ergebnisse
Zur Berechnung der Footprints sind Kenntnisse über die klimarelevanten Austräge entlang der
Nahrungskette (s. Abb. 2) bzw. des jeweiligen Bezugssystems erforderlich. Im Falle der Erzeugung
von Lebensmitteln tierischer Herkunft sind das vor allem Betriebsmittel-bedingte Emissionen beim
Futterbau, bei der Ernte, Konservierung, Aufbereitung und dem Transport der Futtermittel sowie bei
der Tierhaltung. Dazu kommen tierbedingte Emissionen (vor allem Methan, CH4) und Emissionen beim
Exkrementmanagement. Nachfolgend wird exemplarisch auf einige Emissionsquellen eingegangen.
Betriebsmittel-bedingte Emissionen
Der Umfang der Betriebsmittel-bedingten Emissionen hängt von der Intensität des Landbaus und
dabei vor allem von der Düngungsintensität ab. Bei Bezug auf das Produkt (je t bzw. kg
Trockensubstanz, T), der in vorliegender Ausarbeitung die Basis ist, hat die Ertragshöhe erheblichen
Einfluss auf die Emissionen. Auf diesbezügliche Details soll im vorliegenden Beitrag nicht näher
eingegangen werden. Die für die Kalkulationen verwendeten Werte (z.B. 120 kg CO2/t Grundfutter-T;
220 kg CO2/t Kraftfutter T) wurden aus vergleichenden Auswertungen verschiedener Studien
gewonnen (z.B. Bockisch et al. 2000, Brunsch et al. 2008, Defra 2006,Hirschfeld et al. 2008, Kraatz et
al. 2007, Wechselberger 2000, Woitowicz 2007), wobei zwischen den Quellen erhebliche Unterschiede
in den Angaben bestehen.
Futterlagerung und-bearbeitung
Relativ wenige belastbare Studien liegen zum CO2-Austrag bei verschiedenen Verfahren der
Futterlagerung und –aufbereitung vor (Feil 2005). Wenig umfangreich ist auch die Datenbasis
bezüglich der Aufwendungen bzw. Emissionen bei der Futtertrocknung, Vermahlung und
Mischfutterherstellung, so dass auf die bei Bockisch et al. (2000) mitgeteilten Daten zurückgegriffen
wird.
Tierhaltung
Bezüglich der Tierhaltung wird in direktem Energieaufwand bzw. direkte Emissionen und indirekte
Angaben unterschieden. Nach verschiedenen Quellen (Zus. bei Brunsch et al. 2008, Hirschfeld et al.
2008) variiert der Energieaufwand für Milchentzug, -lagerung und Reinigung der Anlage zwischen 18
bis 22 MJ/100 kg FCM für konventionelle Melksysteme und ist für automatische Melksysteme um 2 bis
4 MJ/100 kg FCM höher. Bei Unterstellung einer CO2-Emission von ≈ 200 g/MJ Elektroenergie
(Bockisch et al. 2000) entspricht der Energieeinsatz 3,6 bis 4,4 kg CO2/100 kg FCM bzw. ≈ 40 g
CO2/kg FCM. Der indirekte Energieaufwand bzw. die CO2-Emission, z.B. für Gebäude, Einrichtungen
und Melktechnik umfasst nur etwa ein Hundertstel der direkten Werte (Brunsch et al. 2008) und wird
bei den weiteren Betrachtungen vernachlässigt. Nach Hea (1996) entfallen ≈ 60 % des
Gesamtenergieverbrauches in der Milchviehhaltung auf die Milchgewinnung, ≈ 35 % auf die
Fütterung, ≈ 2 % auf die Entmistung und ≈ 3 % auf die Beleuchtung. In der Sauenhaltung werden 1
% für Reinigung, 1 % für Entmistung, 5 % für Beleuchtung, 11 % für Stallklima, 12 % für Fütterung
und 70 % für die Ferkelnestbeheizung aufgewendet. Weitere Details zum Energieeinsatz in der
Tierhaltung können Bockisch et al. (2000) und Hirschfeld et al. (2008) entnommen werden.
Seite 17
Tabelle 2: Produktion von essbarem Protein tierischer Herkunft mit verschiedenen Tierarten/
-kategorien und N-Ausscheidung in Abhängigkeit von der Leistungshöhe (nach Flachowsky 2002)
Eiweißquelle
Leistung
(Lebendmasse)
je Tag
Futteraufnahme
Höhe
(kg
T/Tag)
GF:KF
(auf T-
Essbare
Protein-
Essbares Protein
Fraktion
gehalt in
(g/Tag)
(%)
essbarer
(g/kg
LM)
Fraktion
Basis,%)
N-Ausscheidung
(kg/kg
(% der
essbares
N-
Protein)
Aufnahme)
(g/kg FM)
Milchkuh
10 kg Milch
12
90/10
(650 kg)
20 kg Milch
16
40 kg Milch
Milchziege
95
323
0,5
0,65
75
75/25
646
0,9
0,48
70
25
50/50
1292
2,0
0,35
65
2 kg Milch
2
80/20
68
1,1
0,40
70
(60 kg)
5 kg Milch
2,5
50/50
170
2,8
0,23
60
Mastrind
500 g LMZ
6,5
95/15
48
0,12
2,5
90
(350 kg)
1000 g LMZ
7
85/15
95
0,24
1,6
84
1500 g LMZ
7,5
70/30
143
0,36
1,2
80
Mastschwein
500 g LMZ
1,8
20/80
45
0,55
0,8
85
(80 kg)
700 g LMZ
2
10/90
63
0,8
0,7
80
900 g LMZ
2,2
0/100
81
1,0
0,6
75
Mastküken
40 g LMZ
0,07
10/90
4,8
3,2
0,4
70
(1,5 kg)
60 g LMZ
0,08
0/100
7,2
4,8
0,3
60
Legehenne
50 % LL
0,10
20/80
3,6
2,0
0,6
80
(1,8 kg)
70 % LL
0,11
10/90
5,1
2,8
0,35
65
90 % LL
0,12
0/100
6,6
3,7
0,2
55
95
50
60
60
95
34
36
190
150
200
120
GF= Grundfutter, KF=Kraftfutter, LM=Lebendmasse, LMZ=Lebendmassezunahme, LL=Legeleistung
Tierbedingte Emissionen
Methan (CH4)
Es ist allgemein anerkannt, dass Methan als natürliches Nebenprodukt der mikrobiellen Fermentation
im Pansen von Wiederkäuern anfällt. In Abhängigkeit zu der Rationsgestaltung können 4 bis 10 % der
Bruttoenergie bzw. 10 – 40 g CH4/kg T-Aufnahme entstehen (Tab. 3). Da wir kürzlich (Flachowsky
und Brade 2007) in einem Review auf Methanbildung und Einflussfaktoren detailliert eingegangen
sind, sollen hierzu keine weiteren Ausführungen folgen. Verschiedene Autoren halten es für realistisch,
durch unterschiedliche Maßnahmen die Methanemission aus dem Verdauungstrakt der Wiederkäuer
um bis zu 30 % zu reduzieren (z.B. Zus. bei Flachowsky und Brade 2007, Jouany 2008, Kreuzer und
Soliva 2008). Auf Möglichkeiten zur Reduzierung der Methanbildung bei den anaeroben Umsetzungen
im Verdauungstrakt und bei der Exkrementlagerung wird im Abschnitt „Forschungsbedarf“ näher
eingegangen. Bedingt durch das hohe Treibhauspotenzial (s. Tab. 2) belastet CH4 die CO2Äq-Footprints
der von Wiederkäuern stammenden Lebensmittel ganz erheblich (zwischen 50 und 80 %).
Seite 18
Tabelle 3: Methanbildung je kg Futtertrockensubstanz in Abhängigkeit von der
Rationsgestaltung der Wiederkäuer (nach verschiedenen Literaturquellen)
% der
Bruttoenergieaufnahme
g/kg
Trockensubstanz
0
8 - 10
25 - 40
50
6-8
20 - 25
90
4-6
10 - 20
Kraftfutteranteil
(%)
Lachgas (N2O)
Lebensmittel liefernde Tiere scheiden selbst kein N2O aus. Etwa 90 % des in die Atmosphäre
gelangenden N2O wird in den Boden bei mikrobiellen Umsetzungen aus Nitrat und Ammonium
gebildet. Der Anteil des Stickstoffes, der als Lachgas emittiert wird, hängt u.a. von N-Quelle,
Bodenart, Feuchte, Temperatur und Bodenbewirtschaftung ab. Außerdem kann Stickstoff, der aus
dem Boden als Nitrat eingetragen und verfrachtet wird, später an anderen Stellen zu
Lachgasemissionen führen.
Insgesamt ist einzuschätzen, dass hohe Stickstofffrachten mit hoher Wahrscheinlichkeit zu hohen
Lachgasemissionen führen. Für quantitative Abschätzungen wird zumeist der IPCC-Richtwert (IPCC
2006) zugrunde gelegt, nach dem 1,25 % des ausgebrachten N als N2O-N emittiert werden, wohl
wissend, dass die N2O-Emissionen bei weidenden Tieren (Oenema et al. 2005, Di et al. 2007) oder
Gülledüngung (Poggemann 2001) deutlich höher sein können als nach Mineraldünger-Gaben (Ambus
et al. 2007, De Klein und Eckard 2007, Jones et al. 2007, von Groeningen et al. 2005a, b). Crutzen et
al. (2007) geben einen Schätzwert von ≈ 4 % N2O-N des gedüngten N an und berücksichtigen dabei
ebenfalls die jenseits der gedüngten Flächen anfallenden Lachgasmengen. Die N2O-Emissionen bei
Weidehaltung können zwischen 1,4 und 9,8 % der ausgeschiedenen N-Menge variieren (Bockisch et al
2000). Im Ergebnis einer Literaturauswertung zu flächenbezogenen N2O-Emissionen aus Acker- bzw.
Grünlandflächen in Deutschland geben Hirschfeld et al. (2008) 266-1717 kg CO2Äq/ha Ackerland bzw.
89 – 720 kg/ha Grünland an. Über weitere Details der Lachgasbildung und zur Reduzierung der NAusscheidungen bei Lebensmittel liefernden Tieren haben wir kürzlich zusammenfassend informiert
(Flachowsky und Lebzien 2007).
Prinzipiell ist einzuschätzen, dass aus Geflügelexkrementen infolge des Harnsäureanteils im Harn
weniger Lachgas entsteht als aus Exkrementen, die im Harn Harnstoff enthalten (Osada et al. 2007).
Da bei Geflügel auch kaum Methan anfällt, resultieren deutlich geringere CO2Äq bei Lebensmitteln von
Geflügel (s. Abb. 1).
CO2-Footprints
Die Höhe der CO2Äq-Footprints hängt wesentlich von den berücksichtigten Systemgrenzen ab. Bei dem
in Tabelle 4 gezeigten Beispiel zur Kalkulation von CO2Äq-Footprints für Milch fanden nur die direkt der
Milchkuh zuordenbaren Emissionen Berücksichtigung. Jungrinderaufzucht oder Emissionen im
Vorleistungsbereich (z.B. Maschinenbau, Stallbau) blieben dabei unberücksichtigt.
Seite 19
Tabelle 4: Kalkulation der Emissionen je Milchkuh und Jahr (Parameter: Lebendmasse: 650 kg,
Milchleistung 8000 kg/Jahr, 1 Kalb/Jahr; nach Dämmgen und Haenel, 2008)
Emissionen
(kg/Kuh und Jahr)
Emissionsquelle
CO2
CH4
N2O
Düngerproduktion
210
5,5
1,1
Futtererzeugung
83
Transport, Behandlung
43
1,2
Pansenfermentation
119
Fermentation bei Güllelagerung
19
0,9
Emissionen aus Boden, Lagerung,
Wasser
-1
1,8
143
5
Gesamt
336
CO2-Äquivalente (t/Kuh und Jahr)
5,2
(g/kg Milch)1)
1)
650
ohne Jungrinderaufzucht und Kalb
Die erwähnten Einflussfaktoren sind als Ursachen für die große Variationsbreite der CO2Äq-Footprints je
kg Milch nach verschiedenen Autoren (zwischen 400 und 1500 g CO2Äq/kg Milch (s. Tab. 5)
anzusehen.
Tabelle 5: Angaben zu produktbezogenen CO2Äq je kg Milch bei unterschiedlichen
Produktionsformen nach verschiedenen Autoren
Produktionsform
konventionell
ökologisch
(kg CO2Äq/kg Milch)
0,40 (40 kg Milch/Tag)
0,55 (20 kg
“
1,00 (10 kg
“
)
Eigene Daten (2008)
)
0,65 (k.A.)
Seite 20
Autor
Dämmgen und Hänel (2008)
0,83
0,84
Woitowicz (2007)
0,85
0,78
Hirschfeld et al. (2008)
0,89
1,13
Iepema und Pijnenburg (2001)
0,94
0,88
Fritsche und Eberle (2007)
0,97
1,13
Zijpp (2001)
0,99
0,94
Cederberg und Mattsson (2000)
1,06
1,23
Defra (2006)
1,30
1,30
Haas et al. (2001)
1,40
1,50
Thomassen et al. (2007)
Noch höhere Schwankungen können bei der Rindfleischerzeugung ermittelt werden, wie Tabelle 6 in
Abhängigkeit von der Höhe der Lebendmassezunahme bzw. der Fütterung demonstriert.
Tabelle 6: Beispiele zur Kalkulation der CO2-Äquivalente bei der Rindfleischerzeugung (150-550 kg
LM) in Abhängigkeit vom Futtereinsatz sowie den Methan- und N-Ausscheidungen
Anteil KF
(% der TAufnahme)1)
Methanausscheidung
(g/kg T)
N-Ausscheidung
(g/Tag)
6,5
0
26
7,0
15
7,5
30
LMZ
Futterauf-
(g/Tag)
nahme
(kg T/Tier
und Tag)1)
500
(überwiegend
Weide, kein KF)
1000
(Stallhaltung,
Grassilage,
etwas KF)
1500
(Stallhaltung,
Maissilage, KF)
N2O-Bildung
CO2-Äquivalente (kg/kg)
(% der NAusscheidung)
LMZ
SLK
ET
110
2
11,5
23,0
28,0
24
130
1
5,5
11,0
13,8
22
150
0,5
3,5
7,0
9,0
LMZ= Lebendmassezunahme, KF=Kraftfutter, SLK=Schlachtleerkörper, ET=essbare Teile
1)
CO2-Output: 120 kg/t Grundfutter-Trockensubstanz, 220 kg/t Kraftfutter-Trockensubstanz
Der vorliegenden Literatur können Variationsbreiten zwischen 7,0 und 36,4 kg CO2Äq/kg Schlachttierleerkörper entnommen werden (s. Tab. 7), wobei die höchsten Werte bei Mutterkuhhaltung ermittelt
wurden. Der extrem hohe Wert von Ogino et al. (2007) resultiert aus ungünstigen
Rahmenbedingungen (Mutterkuhhaltung, nur 40 % Fleischertrag). Die hohe Variation der CO2Äquivalente bei der Rindfleischerzeugung kann wesentlich durch die verschiedenen Bezugsgrößen
(Schlachttierleerkörper, essbare Teile, Fleisch, essbares Protein, s. Tab. 6 und 7) verursacht werden.
Bei Bezug der CO2Äq je kg essbares Eiweiß (Tab. 8) wird ein Vergleich zwischen den verschiedenen
Formen der Erzeugung von Lebensmitteln tierischer Herkunft möglich. Dabei wird offensichtlich, dass
infolge der kaum vorhandenen Methanausscheidungen bei Nichtwiederkäuern und der geringen
Lachgasbildung aus Geflügelexkrementen (hoher Anteil Harnsäure), die CO2Äq-Footprints vor allem bei
Lebensmitteln vom Geflügel deutlich niedriger sind als bei Rindfleisch und Kuhmilch (Tab. 8). Bei
Wiederkäuern entfallen in Abhängigkeit von verschiedenen Einflussfaktoren 50 bis 80 % der CO2Äq auf
die Methanemissionen.
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Tabelle 7: Angaben zu produktbezogenen CO2Äq je kg Schlachttierleerkörper in der Rindermast bei
unterschiedlichen Produktionsformen nach verschiedenen Autoren
Produktionsform
konventionell
ökologisch
Autor
(kg CO2Äq/kg Fleisch)
8,5
29,0 (Mutterkühe)
Reitmayr (1995)
8,7/10,1
10,2
Woitowicz (2007)
k.A.
Eigene Daten (2008, s. Tab. 6)
11,5
k.A.
Wechselberger (2000)
13,3
11,4
Fritsche und Eberle (2007)
15,8
18,2
Defra (2006)
23,6
20,2
Casey und Holden (2006)
7,0 (1500 g LMZ)
11,0 (1000 g LMZ)
23,0 (500 g LMZ)
36,4
(Mutterkühe, Rindermast,
40 % Fleischertrag)
Ogino et al. (2007)
Tabelle 8: CO2-Äquivalente (kg) je kg Produkt bzw. je kg essbares Protein tierischer Herkunft in
Abhängigkeit von der Leistungshöhe verschiedener Nutztiere
Proteinquelle
Leistungshöhe
Milch
CO2-Äquivalente (kg)
(je Tag)
je kg Produkt
je kg Protein
10 kg
1,0
0,55
0,4
30
20 kg
12
40 kg
Rindfeisch1)
Schweinefleisch
1)
1000 g
11,0
55
1500 g
7,0
35
700 g
1,8
1,5
12
0,8
0,6
4
0,6
0,5
5
900 g
Geflügelfleisch1)
40 g
60 g
Eier
70 % LL
90 % LL
1)
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16
10
3
4
Schlachttierkörper, LL=Legeleistung
Schlussfolgerungen
Im Beitrag sollten CO2-Footprints für Lebensmittel tierischer Herkunft unter Berücksichtigung der
Kriterien Notwendigkeit – Wissensstand – Einflussfaktoren abgeleitet und bewertet werden:
Notwendigkeit:
Die zunehmenden CO2- Emissionen und der weitere Anstieg der CO2-Konzentration in der Atmosphäre
führen dazu, alle CO2-Emitenten zu analysieren sowie Reduzierungspotenziale zu erkennen und
umzusetzen. Durch CO2Äq-Footprints für Lebensmittel soll eine Sensibilisierung von Erzeugern und
Verbrauchern bewirkt werden.
Wissensstand:
In den zurückliegenden Jahren wurden wesentliche Beiträge zur Quantifizierung klimarelevanter
Austräge entlang der Nahrungskette (-netzwerkes) geleistet, so dass erste (grobe) Bewertungen von
CO2Äq-Footprints für Lebensmittel tierischer Herkunft möglich sind.
Einflussfaktoren und Forschungsbedarf:
Eine Palette vielfältiger Einflussfaktoren (z.B. Systemgrenzen, Bezugsbasis, jahreszeitliche
Schwankungen der Ein- und Austräge) erschweren gegenwärtig „belastbare“ Aussagen zur Höhe der
CO2Äq-Footprints. Aus Sicht der Tierernährung wird u.a. Forschungsbedarf auf folgenden Gebieten
gesehen:
-
Erfassung der Einflussfaktoren auf die Lachgasbildung und bessere Quantifizierung in
Abhängigkeit von den Einflussfaktoren,
Weitere Quantifizierung der Betriebsmittel-bedingten Emissionen,
Berücksichtigung der Emissionen, die bei der Aufbereitung von Nebenprodukten der
Verarbeitungsindustrie als Futtermittel entstehen,
bessere Quantifizierung der Emissionen aus der Mischfutterherstellung und –behandlung (z.B.
Pelletierung, Extrudieren),
Berücksichtigung des Jahrganges, der Jahreszeit und anderer exogener Einflussfaktoren auf die
Emissionen,
Standardisierung der Methode, klare Definition von Systemgrenzen,
Vertiefung der Kenntnisse über Emissionsreduzierungspotenziale und Umsetzung der Potenziale in
die Praxis,
Bewertung der Auswirkungen der „modernen“ Biotechnologie auf die Ökobilanz
Literatur
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Autorenanschrift
Prof. Dr. Gerhard Flachowsky
Institut für Tierernährung
Friedrich-Loeffler-Institut (FLI)
Bundesforschungsinstitut für Tiergesundheit
Bundesallee 50, 38116 Braunschweig,
e-mail: [email protected]
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Schnieke: Gene technology in raising livestock
Gene technology in raising livestock
Angelika Schnieke
Livestock Biotechnology, Technische Universität München, Wissenschaftszentrum
Weihenstephan, Germany
Summary
The genetic engineering of livestock species allows the precise alteration of existing genetic traits or
the introduction of entirely new traits, potentially offering a powerful accompaniment to traditional
selective and marker-assisted breeding. To date most transgenic livestock have however been
produced for biomedical applications, such as the production of pharmaceutical proteins in milk or
eggs (Kind and Schnieke, 2008), generation of donor animals for xenotransplantation (Dai et al.,
2002) and to model human diseases (Rogers et al., 2008). Medical need continues to provide the
strongest impetus for the development of transgenic technologies. But it is timely to consider whether
it is also appropriate to employ transgenics to improve animal health, productivity and fertility, reduce
the environmental impact of intensive animal husbandry and to increase the nutritional value of food
products.
Technology
The first transgenic large animals were produced in 1985 by microinjecting DNA into fertilised oocytes
(Hammer et al. 1985). This straightforward, but inefficient technique was widely used for almost two
decades, but has now been largely superseded. Retroviral transduction is considerably more efficient
in terms of the percentage transgenic animals obtained (Hofmann et al., 2003; Whitelaw et al., 2004),
but is limited to small transgenes. Sperm mediated transgenesis (SMTG), especially when combined
with intracytoplasmic sperm injection (ICSI), has been used successfully in several species and with
transgenes greater than 100kb (Moisyadi et al., 2008). Cell-mediated transgenesis, in which primary
cells are cultured and transfected in vitro and animals generated by nuclear transfer, is more labourintensive than either of these methods, but allows the presence, location and structure of an
integrated transgene to be analysed in individual cell clones before animals are produced. This
reduces much of the cost, the number of animals required and uncertainty in a transgenic program
(Schnieke et al., 1997) and importantly allows precise modifications to be engineered into genes in
situ, by gene targeting (McCreath et al., 2000; see Table 1).
Over the past ten years, refinements of existing technologies such as nuclear transfer have provided
incremental increases in efficiency (e.g. Oback, 2008). Advances such as the production of oocytes by
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in vitro maturation using slaughterhouse-derived ovaries, rather than flushing from live donors have
also significantly reduced the number of animals required to generate a transgenic founder.
Nevertheless, genetic modification of large animals remains quite a cumbersome and costly
procedure. Several new technologies are however emerging that are likely to have a significant impact
on animal biotechnology, increasing efficiency and expanding the range of tools available.
Embryonic stem (ES) cells have been key to the extensive analysis of gene function, mainly carried
out by gene targeting, in mice over the past two decades. But, despite extensive efforts, definitive ES
cells have yet to be isolated from any livestock species. However stem cell technology has undergone
a revolution in the last two years with the discovery that defined factors can induce pluripotency in
normal somatic cells such as fibroblasts or lymphocytes (e.g. Okita et al. 2007; Hanna et al. 2008).
Induced pluripotent stem (iPS) cells appear to be equivalent to ES cells and are surprisingly easy to
obtain. The derivation of iPS cells from livestock may finally deliver the long-awaited extension of
mouse ES cell technology.
Table 1. Overview of methods for genetic engineering mice and livestock
Method
Mouse
Livestock
Gene Targeting
Viral transduction
+
+
-
ES/EG cells
+
-*
+
iPS cells
+
? **
+
SMTG
+
+
-
RNAi
+
+
(+)
Mol. scissors
(+)
(+)
+
Microinjection
+
+
-
Nuclear transfer
+
+
+
*
exception chicken ES and EG cells
**
currently being developed
SMGT sperm mediated transgenesis
"Classical" gene targeting has so far relied on spontaneous homologous recombination between the
vector and the target locus, which in somatic cells tends to be exceedingly rare, presenting a
substantial difficulty in the generation of gene-targeted livestock. This is likely to change with the
advent of highly-specific endonuclease enzymes, such as endonucleases fused with zinc-finger DNA
binding domains (Urnov et al., 2005) and custom-designed homing endonucleases (Arnould et al.,
2007), sometimes collectively termed "molecular scissors" (see Table 1). These stimulate the
frequency of gene targeting by several orders of magnitude. While the major motivation behind this
work is human gene therapy (Cathomen and Joung 2008), molecular scissors are beginning to be
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extended to the production of gene-targeted animals. For example, zebrafish have recently been
produced by targeted gene inactivation directly in the oocyte using a zinc-finger nuclease (Meng et al.
2008; Doyon et al., 2008).
MicroRNAs (miRNAs) are an abundant class of small (~21 nucleotides) single-stranded, non-coding
RNAs that are crucial regulators of gene expression, affecting a wide variety of cellular properties
including proliferation, differentiation, and apoptosis. Expression of artificial miRNA constructs, or
short hairpin RNAs in transgenic animals allows experimental reduction of target gene expression.
RNA inhibition (RNAi) technology is being extended to livestock offering an alternative to gene
targeting as a means of modulating gene expression (Xia et al., 2006).
Multi-transgenic animals have already been made using current technologies (e.g. Kind and Schnieke,
2008). The development of episomal and artificial chromosome vectors will further facilitate the
introduction of very large transgenes and large multi-transgene arrays.
Thus in the next few years it is likely that a considerably wider range of genetic modifications will
become feasible in livestock species. However any type of genetic modification requires information
on gene sequence, function, allelic variants and gene-gene interactions. The bovine genome has
already been sequenced and the pig is expected in 2009, with more species and breeds undoubtedly
following as sequencing costs continue to fall. Comparative analysis of sequence data from different
breeds will be vital in identifying the genetic basis of many desirable traits, such as disease resistance,
adaptation to environmental conditions, reproductive performance, and product (e.g. meat, milk,
fibre) quality.
Genetic engineering: applications in agriculture
This is a brief, and in no way comprehensive, overview of agricultural applications for genetic
engineering in livestock, with some illustrative examples of existing transgenic animals.
Animal health and welfare
Improvements in animal health benefit not only the animal, but also the farmer through a reduced
need for veterinary care and fewer losses, and the consumer by assuring disease-free products.
Genetic modification offers a means of conferring resistance to important pathological agents that
would be very difficult to achieve otherwise. Transgenic cattle have already been produced with
resistance to Staphylococcus aureus induced mastitis (Wall et al., 2005), or BSE (Richt et al., 2007).
Work is also proceeding towards engineering animals resistant to E.coli infection, brucellosis and a
wide variety of other pathogens and parasites. Recent advances in molecular biology and biomedical
research are being applied to important agricultural applications, for example RNAi is now being
assessed as a means of generating poultry resistant to avian influenza virus (Wise et al., 2008).
Important prerequisites for any intervention are an understanding of the pathogen-host interaction,
the cellular responses and the genes involved. For example, the Toll-like receptor 4 (TLR4) recognises
endotoxins associated with gram-negative bacterial infections (e.g. mastitis), making it an interesting
candidate for enhancing disease resistance. A short nucleotide polymorphism within the 5' UTR region
of the bovine TLR4 gene is associated with health-related traits in the Canadian Holstein population
(Sharma et al., 2008) indicating the type of genetic modification that could be useful. Trypanosome
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parasitism is an important problem in some African countries, but certain African cattle breeds are
known to be less susceptible. Identification of the genes responsible could lead to entirely new
strategies to control the disease.
Although not strictly transgenic in the usual sense, the transfer of recombinant DNA constructs into
somatic cells is already being used in veterinary medicine. DNA therapy offers a means of vaccination
against infectious agents such as West Nile virus in horses (Davidson et al., 2005) and gene therapy
against cancer and cancer-associated conditions in dogs (Bodles-Brakhop et al., 2008). Regulatory
approval has also been granted in food animals. DNA therapy for infectious haematopoietic necrosis
virus was approved for salmon in Canada in 2005; and the use of a construct expressing growth
hormone releasing hormone was approved to reduce offspring mortality in pigs in Australia in 2007
(Kutzler and Weiner, 2008).
Environment
Intensive agriculture and the need to feed an ever-increasing world population places an enormous
strain on the environment. All feasible options to reduce the environmental impact of modern
agriculture should be seriously considered. Perhaps the best known example of transgenic technology
to lessen the environmental impact of agriculture is the "Enviro pig", produced as a means of reducing
phosphorus pollution from animal manure, an important cause of eutrophication of streams and rivers.
These transgenic pigs express a bacterial phytase gene in salivary glands, enhancing their ability to
utilise the phosphorus content in feed grains. This removes the requirement for dietary phosphorus
supplementation and reduces the amount of phosphorus in their manure (Golovan et al., 2001).
The emission of atmospheric greenhouse gas, particularly methane, by ruminant livestock has been
recognised as an important contributor to climate change. Reducing this would not only benefit the
environment, but also bring economic benefit to the farmer, because gas production represents a loss
of feed energy to the animal, a particularly important consideration when grain prices are high.
Ruminal methanogenesis can be reduced by the inoculation of genetically modified E. coli with higher
nitrite reductase activity (Sar et al., 2005). Transgenic technology also offers the possibility of
modifying the digestive properties of the gut.
Animal reproduction and animal products
Reproductive performance is a critical factor in animal husbandry and it is well known that particular
breeds offer high fecundity, for example Booroola Merino sheep or Chinese Meishan pigs. However
using conventional breeding to combine this with other desirable traits, such as high growth rate, is a
complex and difficult task. Where a single gene is responsible (e.g. BMPR1b in Booroola sheep,
Mulsant et al., 2001), the allele could be seamlessly introduced into the same locus in animals with
the desired genetic background, leaving all else unchanged.
Survival and growth of offspring can also be improved by altering milk composition. Expression of
bovine-lactalbumin in the milk of transgenic sows resulted in better survival and development of
piglets (Wheeler et al., 2001). Over-expression of other factors such as growth factors, lactoferrin,
antimicrobial peptides and lysozyme might also be beneficial.
Altering milk composition for human consumption could reduce allergenicity or improve its properties
for the dairy industry. Transgenic cattle have been generated that over-express β- and κ-casein to
improve cheese and yoghurt production (Brophy et al., 2003). Additional examples of transgenic
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animals with modifications of growth and carcass composition, or novel genes to improve the
nutritional value of the meat product such as increased omega 3 fatty acid content are listed in
Table 2.
Table 2. Transgenic livestock with novel traits.
Gene
Trait
Species
Reference
Bovine α-lactalbumin
Improved milk nutrition
Pig
Wheeler et al., 2001
Human lactoferrin
Milk composition
Cattle
Hyvönen et al., 2006
Human lysozyme
Udder health, milk processing
Goat
Maga et al., 2006
Bovine β- and κ-casein
Increased whey
Cattle
Brophy et al., 2003
Desaturase (C. elegans)
Increased omega 3 fatty acids
Pig
Lai et al., 2006
Desaturase (spinach)
Increased omega 3 fatty acids
Pig
Saeki et al., 2004
Growth hormone
Increased growth, less fat
Pig
Cifone et al., 2002
Insulin-like growth factor
Increased growth, less fat
Pig
Pursel et al., 2004
Insulin-like growth factor
Increased wool growth
Sheep
Damak et al., 1996
Keratin (Intermediate filament)
Improved wool quality
Sheep
Bawden et al., 1998
As already mentioned, if the genetics of a particular trait are well understood, replication in a breed of
choice by genetic engineering is a realistic option, especially when a single gene is responsible. To
give a further example: spontaneous mutations in the myostatin gene are known to cause the doublemuscling phenotype in Belgian Blue, Asturiana, South Devon and Scottish Aberdeen Angus cattle (Gill
et al., 2008). These mutations significantly increase the value of the animals through increased
carcass, sirloin and hindquarter weight. This trait could be introduced into any chosen breed in a
single generation by genetic engineering. Similarly, Texel sheep are renowned for their exceptional
meatiness. They carry a point mutation in the myostatin 3' untranslated region that creates a target
site for a specific inhibitory miRNA, resulting in translational inhibition and muscular hypertrophy (Clop
et al., 2006). Again this mutation could be replicated in other breeds. Furthermore, control over the
time at which the genetic alteration becomes active could avoid unwanted aspects of increased
muscle growth such as high birth weight, offering an improvement over the existing breeds.
Clearly many traits are specified by multiple genes and the identification of loci specifying so-called
quantitative traits has been an important aspect of livestock genetics for many years. miRNAs are
involved in the control of many biological processes and in many cases single miRNAs control the
expression of multiple genes. As knowledge of miRNAs increases, it is conceivable that they will allow
control over whole networks of genes that are beyond the scope of individual gene targeting.
Seite 30
Conclusion
Genetic technologies can undoubtedly provide benefits for agriculture and the consumer. Current
public opinion in Europe and other parts of the world is however very much opposed to genetically
modified animals and food products. These attitudes also extend to technologies such as reproductive
cloning where there is no modification of the genomic DNA sequence. This is largely an unfortunate
consequence of the rather insensitive way early GM food plants were launched on the market.
Members of the public were presented with products carrying a totally unknown risk and no perceived
benefit for the consumer. In retrospect it seems unsurprising that natural conservatism resulted in
wholesale rejection of genetic technology for agriculture.
However, as time passes and a track record of safety and efficacy is established, it seems likely that
most members of the public will adopt a more considered approach and accept genetically modified
animals that provide clear and evident benefits. How long this process takes is of course a difficult
question. But the adoption of GM in agriculture in countries such as China is bound to affect
sentiment, as will the demonstrated value of genetically modified animals in the development of
lifesaving drugs and medical procedures.
The availability of an enabling technology is in itself insufficient reason to produce transgenic animals.
Any transgenic project requires an objective risk to benefit analysis in which the well-being of the
animal is given a high priority. But where there are real long term benefits to the environment, animal
or human health and well-being, then transgenic technology undoubtedly offers powerful and precise
tools. The world food demand is forecast to triple by 2025, can society really afford to ignore novel
ways of increasing the food supply?
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Author's address
Prof. Dr. Angelika Schnieke
Biotechnologie der Nutztiere
Technische Universität München
Hochfeldweg, 1m 85350 Freising, Germany
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Bürstmayr und Lemmens: Beitrag der Pflanzenzüchtung zur Erzeugung hochwertiger Futtermittel
Beitrag der Pflanzenzüchtung zur Erzeugung hochwertiger
Futtermittel
Hermann Bürstmayr und Marc Lemmens
Interuniversitäres Department für Agrarbiotechnologie Tulln,
Einleitung
In der integrierten pflanzlichen Erzeugung jeder Kulturart spielt die Wahl der Sorte, neben
Maßnahmen im Pflanzenbau und dem Pflanzenschutz, eine wichtige Rolle. Die Sorte ist das Ergebnis
der Arbeit des Pflanzenzüchters. Meine Lieblingsdefinition ist folgende: „Pflanzenzüchtung ist die
Wissenschaft, Kunst und wirtschaftliche Unternehmung, die genetische Konstitution der Pflanzen so zu
verändern, dass diese an die Anforderungen des Menschen besser angepasst sind.“ (Diepenbrock et
al. 2005).
Pflanzliche Erzeugnisse nutzen wir entweder unmittelbar als Nahrungsmittel oder indirekt über den
Umweg des Tieresmagens sowie auch für andere Zwecke wie z.B. als Baustoff, Industrierohstoff und
die Energiegewinnung. Die für die Landwirtschaft benutzte Anbaufläche der Erde ist in 45 Jahren um
nur ca. 20 % (von ca. 1 Mrd. ha 1961 auf ca. 1.2 Mrd. ha 2006) angestiegen (FAO Statistik:
www.fao.org). Die Erschließung zusätzlicher Ackerflächen wäre wahrscheinlich nur mit hohen
ökologischen Kosten möglich (Rodung von Regenwäldern). Der zunehmende Bedarf an
landwirtschaftlichen Rohstoffen kann somit nur durch eine Steigerung der Flächenproduktivität
erreicht werden. Eine der wichtigsten Weltwirtschaftspflanzen, nämlich der Weizen, erreichte im
Zeitraum zwischen 1961 und 2007 weltweit Anbauflächen zwischen 205 bis 220 Mill. ha und ist somit
flächenmäßig die größte Kulturart der Erde. Die Weizenerträge dagegen verdreifachten sich von ca. 1
t/ha in den 1960 er Jahren auf 2.7-2.9 t/ha in der letzten Dekade (FAO Statistik: www.fao.org).
Selbstredend ist nur ein Teil der realisierten Ertragszunahmen der genetischen Verbesserung der
Kulturarten zuzuschreiben, verbesserte Anbaumethoden und Pflanzenschutzmaßnahmen trugen auch
ihren Teil bei. Insbesondere in entwickelten Ländern ist mit einer Verlangsamung der jährlichen
Ertragsfortschritte zu rechnen, wobei allerdings der relative Anteil des Zuchtfortschrittes an den
Ertragszuwächsen zunehmen dürfte.
Pflanzenzüchtung ist eine alte und zugleich eine junge Tätigkeit des Menschen. Der Beginn der
Züchtung ist zweifellos die Jungsteinzeit vor ca. 10000 Jahren, als die Menschen in einigen Regionen
der Erde begannen, Ackerbau zu betreiben. Über 9900 Jahre erfolgte die Verbesserung und
Anpassung von Sorten (der so genannten Landsorten) mehr oder weniger unbewusst von den
Ackerbauern selber. Erst seit einem Jahrhundert kann man die Pflanzenzüchtung als geplante,
wissenschaftlich fundierte Tätigkeit ansehen. Experimente, in denen die Leistungsfähigkeit von
historischen und modernen Sorten verglichen wird, erlauben die Abschätzung des genetischen
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Fortschrittes. Zahlreiche derartige Experimente wurden durchgeführt, als Beispiel sei auf die Literatur
verwiesen (z.B. Calderini und Slafer, 1999). Es ist zu betonen, dass die durch den Zuchtfortschritt
erreichten Ertragszunahmen nicht auf einer Steigerung der Biomasseproduktion basieren, offenbar ist
der Vorgang der Photosynthese weitgehend fixiert. Der Zuchtfortschritt beruht auf einer Verlagerung
der Biomasse weg vom Stroh hin zum Korn.
Als die drei klassischen Zuchtziele werden in der Regel: 1) Leistungsfähigkeit (=Ertrag), 2) Resistenz
gegen biotischen und abiotische Schadfaktoren und 3) Qualität der Ernteprodukte angesehen.
Während die Zuchtziele Leistung und Resistenz in erster Linie für den Pflanzenproduzenten relevant
sind, ist die Qualität für den Konsumenten der pflanzlichen Produkte entscheidend. Bewusste
züchterische Veränderung von Qualitätsmerkmalen, wie z.B. der Gehalt an wertbestimmenden
Inhaltsstoffen, ist immer dann erfolgreich wenn 1) genetische Variabilität für das Zielmerkmal
vorhanden ist und 2) geeignete Selektionsverfahren zur Verfügung stehen. Wenn auch die
Zusammensetzung der Massen-Inhaltsstoffe der Ernteprodukte (z.B. Gehalt an Stärke, Protein,
Faserstoffe, Fett) durch Züchtung in der Regel wenig verändert wurden, manche wertbestimmende
Stoffe in der Konzentration sogar abnahmen, so erzeugen wir heute doch deutlich mehr Protein oder
Stärke pro Hektar als mit den alten Sorten. Erfolgreiche Beispiele der Qualitätsverbesserung für die
Verwendung als Futtermittel gibt es zahlreiche, insbesondere was die Wegzüchtung unerwünschter
Inhaltstoffe betrifft, wie z.B. Bitterstoffe und Gifte. Als typische Beispiele seien der 00-Raps
(erucasäurefrei und glucosinulatarm) und die Süßlupine (bitterstoffarm) genannt.
Gerade in jüngerer Zeit wird das Thema der Konkurrenz der Verwendung von pflanzlichen Produkten
für Nahrungsmittel, Futtermittel und Industrierohstoffe intensiv diskutiert. Sicher scheint, dass derzeit
die globale Energieversorgung keinesfalls durch die Pflanzenproduktion lösbar ist. Als Beispiel sei auf
eine Studie in den USA verwiesen: selbst wenn die gesamte USA-Ernte an Mais und Sojabohnen (das
sind immerhin 35 Mill. ha Mais und 30 Mill. ha Soja) für Biosprit bzw. Biodiesel benutzt würde,
ergäben sich nur mäßige Einsparungen im CO2 Ausstoß, und man würde maximal 12% des
Benzinbedarfs und 6% des Dieselbedarfs damit abdecken können (Hill et al. 2006).
Im Folgenden werden exemplarisch aus der Fülle möglicher Themen zwei Beispiele etwas näher
ausgeführt.
Beispiel 1: Mykotoxine im Getreide
Mykotoxine Weizen
Der Befall mit Pilzen der Gattung Fusarium kann neben direkten Ertragsverlusten vor allem eine
Qualitätsverschlechterung durch die Kontamination der Ernteprodukte mit Mykotoxinen verursachen.
Die häufigsten Fusariumarten auf Weizen in Österreich sind Fusarium graminearum, F. avenaceum
und F. poae die häufigsten Mykotoxine Desoxynivalenol (=Vomitoxin, DON) und seine Derivate sowie
das östrogen wirkende Zearalenon (Öhlinger 2004). Fusarium-Befall ist dann zu befürchten, wenn
feuchte Witterung und das Vorhandensein von Pilzsporen während der Getreideblüte
zusammenkommen. In Befallsjahren ist mit beträchtlichen Pilzgift-Kontaminationen in Getreide zu
rechnen. Beispielsweise berichtet Öhlinger (2004) dass von 186 analysierten Proben aus
Oberösterreich der Median im DON Gehalt im Jahr 2002 bei 0.14 ppm im Jahr 2003 bei 1.25 ppm lag.
Zum Schutz der Verbraucher wurden für einige relevante Toxine Obergrenzen festgelegt,
beispielsweise gelten seit 2006 in der Europäischen Union für Weizen für die menschliche Ernährung
1.25 ppm Desoxynivalenol und für Kleinkindernahrung 0.2 ppm als erlaubte Höchstmengen (Anonym
2005). Wären diese Grenzwerte schon 2003 gültig gewesen, wäre die Hälfte der Weizenpartien aus
diesem Jahr in Oberösterreich nicht für den menschlichen Verzehr zulässig gewesen.
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Neben pflanzenbaulichen Maßnahmen (z.B. Bodenbearbeitung, Fruchtfolge) und dem chemischen
Pflanzenschutz spielt die Sortenwahl eine wichtige Rolle in der integrierten Bekämpfung der
Ährenfusariose und der damit einhergehenden Toxinbelastung (Buerstmayr et al. 2008). Fusariumresistenz war während der letzten Dekade weltweit ein wichtiges Thema der Züchtungsforschung.
Inzwischen sind zahlreiche Resistenzquellen beschrieben und die Genetik der Resistenz wurde intensiv
bearbeitet (Buerstmayr et al. 2008). Die Resistenz gegen Ährenfusariose ist eine quantitative
Eigenschaft, das heißt bisher sind keine Sorten mit absolut wirksamer Resistenz bekannt. Für die
praktische Züchtung sind heute sowohl Verfahren der Selektion im Zuchtgarten (phänotypische
Selektion), meist mit künstlicher Inokulation in wiederholten Feldversuchen, als auch die Selektion
unter Zuhilfenahme von molekularen Markern (genotypische Selektion) möglich. Die neuen Sorten
sind daher in der Regel mit mindestens mittlerer bis guter quantitativer Fusariumresistenz
ausgestattet.
Mykotoxine Mais
Mais ist eine der weltweit bedeutendsten Nutzpflanzen. Auch in Österreich wird Mais auf einer Fläche
von ca. 280.000 ha angebaut. Das entspricht rund 20% der gesamten Ackerfläche. Eine wirtschaftlich
bedeutende Erkrankung ist die Kolbenfusariose. Obwohl das Ausmaß des Befalls von Maisfeldern mit
Fusarium von Jahr zu Jahr schwankt und stark witterungsabhängig ist, führt Kolbenfusariose jährlich
zu Qualitätsminderung und Mykotoxinverseuchung von Futter- und Nahrungsmitteln. Die typischen
Fusariumarten auf Mais sind F. subglutinans, F. graminearum sowie F. proliferatum, und F. poae. Auf
Mais werden häufig folgende Toxine gefunden: Moniliformin, Zearalenon, Desoxynivalenol, sowie
Fumonisine, Nivalenol und Beauvericin (Lew 1993, Öhlinger 2004).
Bislang wurde kein wirksames Pflanzenschutzmittel gegen Fusarium in Mais entwickelt, und auch
deren Applikation auf Maisfeldern stellt noch immer eine Hürde dar. Deshalb ist die Züchtung neuer
resistenter Sorten zur Ertrags- und Qualitätssicherung ein wichtiger Schritt in der Bekämpfung der
Kolbenfusariose. Kolbenfusarioseresistenz hat zurzeit eine hohe Priorität im den Zuchtprogramm der
Maiszüchter. An unserem Institut werden für die amtliche Sortenzulassung, aber auch im Rahmen von
Auftragsforschung für Privatfirmen, jährlich Resistenz-Untersuchungen durchgeführt. Zur Erstellung
eines wirksamen Resistenzzüchtungsprogrammes und für die Entwicklung von molekularen Markern
für Kolbenfusarioseresistenz muss das vorhandene genetische Material im Detail auf seine
Resistenzeigenschaften untersucht werden.
Fusarienpilze überwintern meist auf Pflanzenrückständen (Stängel, Kolben, sonstige Bruchstücke) auf
der Bodenoberfläche. Von dort breitet sich das infektiöse Myzel aus und die gebildeten Askosporen (=
sexuelle Sporen) oder Makrokonidien (= asexuelle Sporen) können durch Wind, Regentropfen oder
andere Überträger ( z.B. Insekten) auf die Maiskolben gelangen (Sutton 1981). Für das Eindringen des
Pilzes in die Maiskolben gibt es zwei Möglichkeiten: 1) das Auskeimen der Sporen direkt auf den
Seidenfäden gefolgt von Wachstum des Myzels durch den Seidenkanal bis zur Spindel, oder 2) das
direkte Eindringen in den Kolben durch Wunden (z.B. durch Maiszünsler oder nach Hagel- oder
Vogelschäden). F. graminearum dringt meist über den Seidenkanal in den Kolben ein, F. subglutinans
hingegen benutzt dazu Wunden.
Die Resistenz von Mais gegenüber Fusarium kann in zwei Hauptkomponenten unterteilt werden
(Snijders, 1994). Typ I Resistenz (Seidenresistenz) und Typ II Resistenz (Körnerresistenz).
Seidenresistenz ist die Resistenz gegen das Eindringen des Pathogens über die Seiden und den
Seidenkanal. Seidenresistenz kann in zwei weitere Komponenten aufgeteilt werden: 1) die
Eindringungsresistenz, die im Seidenkanal lokalisiert ist, und 2) die Ausbreitungsresistenz, die aktiv ist
im Bereich der Spindel und der Körner. Körnerresistenz ist die Resistenz gegen das Ausbreiten des
Erregers im Wirtsgewebe nach Verletzung der Körner.
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Da die Kolbenfusariose unter natürlichen Bedingungen unregelmäßig auftritt, ist für Versuchszwecke
eine künstliche Inokulation der Pflanzen von Vorteil. Durch den Einsatz spezifischer
Inokulationstechniken können die unterschiedlichen Resistenzkomponenten untersucht werden und so
die einzelnen Maishybriden auf die verschiedenen Resistenzfaktoren überprüft werden (Reid and
Hamilton 1996).
In Resistenzprüfungen mit kommerziellen Maishybriden und -Linien wiesen die untersuchten
Genotypen eine hohe Variationsbreite an Resistenz für alle drei genannten Komponenten auf. Dabei
wurden keine Maissorten gefunden, die absolute Resistenz zeigten. Der kontinuierliche Verlauf der
Resistenzdaten lässt auf ein quantitatives Merkmal schließen. Sehr empfindliche Genotypen können
identifiziert und für den praktischen Anbau eliminiert werden. Das Risiko für eine
Mykotoxinkontamination wird geringer, wenn die Kolbenfusarioseresistenz der Maissorte steigt. Die
oben erwähnten drei Resistenzkomponenten sind nicht gekoppelt. Da im Normalfall jedoch eine
natürliche Infektion am Feld entweder vorzugsweise über den Seidenkanal oder überwiegend durch
bereits vorhandene Verletzungen stattfindet, müssen beide Infektionswege berücksichtigt werden, um
aussagekräftige Daten zur Kolbenfusarioseresistenz einer Maissorte zu erhalten.
Wie erwähnt bieten Wunden am Maiskolben offene Eintrittspforten für Korninfektion mit F.
subglutinans, aber auch F. moniliforme, und F. proliferatum. Solche Wunden können durch
Hagelschlag oder auch Maiszünslerfraß entstehen. Eine wirksame Bekämpfung des Zünslers ist daher
auch eine zielführende Maßnahme dem Fusariumbefall und der Toxinbelastung vorzubeugen. Es
konnte beispielsweise gezeigt werden, dass zünslerresistenter Bt-Mais deutlich weniger Fusariumbefall
aufwies als Vergleichssorten ohne das Bt-Gen (Munkvold et al. 1997).
Beispiel 2:
Wertbestimmende Eigenschaften: Proteingehalt und Aminosäurenzusammensetzung
Proteingehalt Weizen
Der Proteingehalt von Weizen kann üblicherweise Werte zwischen 10 % bis 15 % annehmen. Dieses
Qualitätsmerkmal folgt einer quantitativen Ausprägung und wird neben dem Genotyp stark von den
Umweltbedingungen moduliert. Die Vererbung des Proteingehaltes ist ebenfalls quantitativ und leider
häufig negativ mit der Ertragsleistung korreliert. Eine Herkunft des wilden Emmerweizens (Triticum
dicoccoides) zeigte einen um ca. 2% erhöhten Proteingehalt, welcher monogen vererbt wird. Das
zugrundeliegende Gen konnte in einer aufwändigen Arbeit kloniert werden: das NAC Gen verfrüht die
Abreife und der erhöhte Proteingehalt könnte in erster Linie pleiotrop bedingt sein (Uauy et al. 2006).
Die Selektion von Sorten mit höchstem Ertrag und hohem Eiweißgehalt ist daher aufwändig.
Proteingehalt Sojabohne
In Mitteleuropa, sicherlich einer Grenzlage für die Sojabohne, kommen ausschließlich frühreife
Sojasorten in Frage. Soja ist weltweit in erster Linie eine Ölpflanze und erst in zweiter Linie eine
Eiweißpflanze. In einer Versuchsserie von 1993 bis 1998 fanden Vollmann et al. (2000) Schwankungen
im Proteingehalt von 300 mg/kg bis 450 mg/kg. Während umweltbedingte Schwankungen im
Proteingehalt sehr groß waren war die Genotyp x Umwelt Interaktion relativ gering, sodass eine
züchterische Verbesserung des Eiweißgehaltes aussichtsreich ist.
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Aminosäurezusammensetzung Mais
Die Optimierung der Zusammensetzung an essentiellen Aminosäuren, insbes. Lysin und Tryptophan in
Getreide ist ein lohnendes Zuchtziel. In den meisten Arten ist allerdings wenig genetische Variation für
dieses Merkmal vorhanden. Eine Ausnahme bildet der Mais. Mertz et al. (1964, 1997) entdeckten eine
Mutante mit geringer Menge an Endospermprotein (Zein) welches arm an Lysin ist und erhöhtem
Anteil an anderen Proteinen, die sogenannte opaque-2 Mutation. Die opaque-2 Linien hatten dadurch
einen
deutlich höheren Lysinanteil. Trotz deutlich verbesserter ernährungsphysiologischer
Eigenschaften hatten die frühen QPM (quality protein maize) Sorten ungünstige agronomische
Eigenschaften und waren daher in der Praxis nicht erfolgreich. Erst nach jahrelangen züchterischen
Bemühungen wurden neue Zuchtlinien mit deutlich verbesserten Korneigenschaften und
Ertragsleistung selektiert, welche inzwischen in zahlreichen Ländern Eingang in die Praxis gefunden
haben, zum Beispiel in Afrika; das internationale Mais und Weizenforschungszentrum CIMMYT erhielt
dafür 2001 den World Food Price (www.cimmyt.org). Die Veränderung des Lysingehaltens in QPM ist
mit einer geringeren Menge an α- und β-Zein und einer Erhöhung an γ-Zein assoziiert. Man kann
durch Veränderung der Genexpression diesen Zustand auch gentechnisch herstellen,
interessanterweise zeigten die so gentechnisch hergestellten Pflanzen analoge Eigenschaften wie die
opaque-2 Mutanten (Review von Ufaz and Galili, 2008).
Da in anderen Getreidearten kaum genetische Variation für erhöhten Lysingehalt vorhanden ist,
scheint die Nutzung der Gentechnik als möglicher Ansatz. Molekulargenetische Forschungsarbeiten
wurden unternommen um 1) den Lysinmetabolismus in der Pflanze zu verstehen bzw. zu verändern
und 2) die Expression von Proteinen mit hohem Lysinanteil zu steigern (Ufaz and Galili, 2008).
Eingriffe in die Regulation der Lysinsynthese bewirkten erhöhten Lysingehalt in Modellpflanzen und
Kulturpflanzen. Ein wichtiges Enzym in der Lysinsynthese ist die Dihydrodipicolinat –Synthase
(DHDPS). Dieses Enzym wird üblicherweise in Pflanzen durch steigende Lysinkonzentration in einer
Feedback Reaktion gehemmt (Galili, 2002). In Mikroorganismen fand man Lysin-feedback insensitive
Varianten von DHDPS. Der Einbau eines derartigen gegen Lysin-Feedback insensitiven DHDPS
kombiniert mit einem embryo-spezifischen Promotor führte zur Hoch-Lysin Maislinie LY038 (Dizigan et
al. 2007), diese wurde schon in mehreren Ländern zugelassen, unter anderem den USA, Mexiko und
Kanada, die Zulassung in der EU ist beantragt. In ähnlicher Weise wird an gentechnischen Ansätzen
zur Steigerung des Gehaltes an Tryptophan bzw. Methionin gearbeitet (Ufaz and Galili, 2008).
Zusammenfassung
Die Entwicklung von Sorten mit verbesserten Eigenschaften in der Fütterung ist eines der wichtigen
Zuchtziele, kann aber nicht losgelöst von den anderen Zuchtzielen betrachtet werden. Je nach
Kulturart und Verwendungszweck sind unterschiedliche Ansätze möglich. Neben der sehr erfolgreichen
klassischen Züchtung ist zu erwarten, dass in Zukunft durch ein besseres Verstehen der
Molekularbiologie der Pflanzen neue Qualitätsverbesserungen realistisch erscheinen.
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Literatur
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Autorenanschrift
Department Interuniversitäres Forschungsinstitut für Agrarbiotechnologie Tulln (IFA-Tulln)
Institut für Biotechnologie in der Pflanzenproduktion
Konrad Lorenz Str. 20, A-3430 Tulln
Seite 39
Schwarz: Möglichkeiten und Grenzen der Aquakultur
Möglichkeiten und Grenzen der Aquakultur bei der Erzeugung
hochwertiger Nahrung aus Sicht der Tierernährung
Frieder Jörg Schwarz
Department für Tierwissenschaften, Bereich Tierernährung, Wissenschaftszentrum
Weihenstephan, TUM
Bedeutung der Aquakultur
Fisch als Nahrungsmittel des Menschen ist seit Urzeiten fester Bestandteil des Speisezettels.
Grundlage ist die Fangfischerei im Meer und im Süßwasser. Allerdings hat bereits im Mittelalter mit der
klösterlichen Karpfenteichwirtschaft – was Europa betrifft – die gezielte Fischproduktion begonnen.
Aquakultur (Bereich Fisch) definiert sich unter Einbindung aller Erzeugungsstufen wie
Laichfischhaltung, Erzeugung der Fischeier und Fischbrut, Setzlings- und Abwachsphase bis hin zum
verzehrsfähigen Fisch. In Tab. 1 sind einige neuere Mengenangaben zur weltweiten Aquakultur und
Fangfischerei (FAO, 2006, nach Hilge, 2008) zusammengestellt. Zunächst ist festzuhalten, dass zur
Aquakultur neben dem Fisch auch Weichtiere (Austern, Muscheln), Krebse und Algen gehören. Algen
finden überwiegend Verwendung in Kosmetik, Pharmazie und Nahrungsmittelindustrie (Hilge, 2008).
An der gesamten Produktionsmenge für den menschlichen Verzehr nehmen Fische etwa knapp zwei
Drittel, Mollusken und Krebse immerhin etwas über ein Drittel ein. Die Produktion findet überwiegend
im Süßwasser (knapp 60 %) und zu etwa einem Drittel im marinen Bereich statt.
Mit der Aquakultur wird weltweit bereits heute eine nahezu ähnliche große Menge an Nahrungsmitteln
bereitgestellt, wie sie derzeit mit der Fangfischerei erreicht wird (siehe Tab. 1, Hilge, 2008). Die
Fangfischerei, die hinsichtlich ihres Gesamtertrages seit Jahren stagniert (FAO, 2006), beinhaltet
nämlich auch einen beachtlichen Anteil, der nicht dem menschlichen Verzehr sondern u.a. unmittelbar
dem Futtermittelbereich zugeführt wird. Voraussetzung für die Bereitstellung der hohen
Produktionsmengen aus dem Bereich Aquakultur waren hohe Wachstumsraten – weltweit gesehen –
von über 10 % (1985-1995), etwa 7 % (1995-2005) und derzeit etwa noch 4-6 % (Hilge, 2008).
Allerdings fanden dieses Wachstum und die Produktionsausweitung vor allem in den asiatischen
Ländern statt, allen voran in China, das allein etwa zwei Drittel der Gesamtproduktion für sich
reklamiert (siehe Tab. 2, FAO 2006, nach Hilge, 2008). So finden sich unter den zehn von der
Produktionsmenge bedeutendsten Ländern außerasiatisch nur Chile (Platz 7) und Norwegen (Platz 9).
Allerdings ist der Produktionswert etwas differenziert zu sehen, da in Ländern wie Chile, Norwegen
aber auch Japan Fische des „Hochpreissegments“ erzeugt werden. Insgesamt ist aber festzustellen,
dass die Ausweitung der Aquakultur in Europa und auch in den USA eher sehr begrenzt zu sehen ist.
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Tab. 1: Aquakultur und Fangfischerei weltweit (FAO, 2006, nach Hilge, 2008)
(Mio. t)
Aquakultur
Fisch
Weichtiere (Austern, Muscheln)
Krebse
(Algen
Für menschlichen Verzehr
Fangfischerei
Süßwasser
Marin
Abzügl. nicht für menschlichen
Verzehr vorgesehen (geschätzt)
für menschlichen Verzehr
Mengenangaben (2006)
32,7
13,2
4,6
15,1)
ca. 51,5
Aquakultur
Süßwasser
Brackwasser
Marin
(Mio. t)
29,8
4,1
17,6
10,1
81,9
ca. 33,0
ca. 59,0
Tab. 2: Rangfolge der Länder mit Aquakultur, deren Produktionsmengen und ihr Produktionswert
(FAO, 2006, nach Hilge, 2008)
Menge (Mio. t)
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
China
Indien
Vietnam
Thailand
Indonesien
Bangladesch
(7) Chile
(8) Japan
(9) Norwegen
(10) Philippinen
(11) Ägypten
(15) USA
(17) Spanien
34,43
3,12
1,66
1,39
1,29
0,89
0,80
0,73
0,71
0,62
0,60
0,47
0,29
Wert (Mrd US $)
38,42
3,43
3,32
2,22
2,25
1,36
4,43
3,10
2,72
0,98
0,95
0,90
0,36
Tab. 3 enthält in Anlehnung an den FAO-Bericht (2006) eine Zusammenstellung der an
Produktionsmengen wichtigsten Fischarten. Überraschend ist, dass die Gruppe der Cypriniden einen
Anteil von nahezu zwei Drittel der gesamten erzeugten Fischmenge einnimmt. Von Bedeutung sind
weiterhin die Buntbarsche (Tilapien, vor allem Oreochromis niloticus), die gerade in den letzten Jahren
einen rasanten Aufschwung erreichten. Hervorzuheben sind auch der Atlantische Lachs (Salmo salar),
die Forelle (Oncorhynchus mykiss) oder der überwiegend in den USA erzeugte Katzenwels (Ictalurus
punctatus). Allerdings nimmt die Diversität der in der Aquakultur genutzten Fischarten beständig
nahezu sprunghaft zu. Überdies sind gerade Fische häufig auch regional in ihrer Bedeutung zu sehen,
so z.B. für den Mittelmeerraum die Goldbrasse (Sparus aurata) und der Wolfsbarsch (Dicentrachus
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labrax), in Japan der Gelbschwanzfisch (Seriola quinqueradiata) oder auf den Philippinen und in
Indonesien der Milchfisch (Chanos chanos). Dies wird durch Produktionsbedingungen, aber vor allem
auch durch Verzehrsgewohnheiten beeinflusst. Gerade Fisch ist in der Vermarktung und Zubereitung
bis zum Teller außerordentlich unterschiedlich zu sehen. Als Ausnahmen sind dabei der Atlantische
Lachs oder die Forelle anzusprechen, für die quasi weltweit eine „Produkt- bzw.
Verarbeitungsidentität“ besteht. Insgesamt errechnet sich ein globaler pro Kopf Verbrauch an
Aqua(Fisch)produkten von 16,7 kg (Hilge, 2008). Dabei ist auch in Ländern, die traditionell nicht zu
einem hohen Fischverzehr neigen, wie z.B. Deutschland, der pro Kopf Verzehr auf 16,4 kg im Jahr
2007 angestiegen.
Tab. 3: Fischarten in der Aquakultur und ihre Produktionsmengen (1998 versus 2006) (FAO, 2006)
1998
(Mio. t)
Cypriniden, z.B.
Silberkarpfen
Graskarpfen
Karpfen
Marmorkarpfen
Karausche
Ind. Karpfen
Chichliden, z.B.
Tilapia
Salmoniden, z.B.
Atlant. Lachs
Forelle
Milchfisch
Katzenwels
2006
(Mio. t)
3,33
2,99
2,38
1,59
1,04
1,72
4,36
4,01
3,17
2,39
2,10
3,02
0,77
1,99
0,69
0,44
0,38
0,26
1,41
0,55
0,59
0,43
Ressource Wasser und Rationsgestaltung
Wasser ist die natürliche Voraussetzung für Aquakultur, wobei die Nutzung überwiegend – wie schon
besprochen (siehe Tab. 1) – im Süßwasserbereich erfolgt. Allerdings hat die küstennahe marine
Aquakultur – wie das Beispiel des Atlantischen Lachses zeigt – gerade in den beiden vergangenen
Jahrzehnten erheblich zum Ausbau beigetragen. Trotzdem ist Wasser das erstlimitierende
Produktionsmittel. Überdies ist der Erfolg der Aquakultur bzw. eines Produktionsverfahrens
außerordentlich abhängig von den Wasserbedingungen wie z.B. Wassertemperatur, Sauerstoffgehalt,
„Belastungsfaktoren“ etc. Damit hat die „Umwelt“ im Unterschied zur Landtierproduktion einen
erheblich höheren Einfluß auf die tierspezifische Leistung (Schwarz, 1998). Weiterhin ist zu
berücksichtigen, dass Wasser ein extrem sensibles Milieu hinsichtlich der Verschmutzung und des
Nährstoffeintrages über Futter bzw. Kotausscheidungen ist. Dies stellt höchste Anforderungen an die
Futterqualität (Verdaulichkeit, bedarfsorientierte Nährstoffversorgung ...). Somit ist das vorrangige Ziel
eines möglichst geringen Futteraufwandes pro kg Zuwachs gerade in der Aquakultur verständlich. Die
intensive Salmonidenproduktion (Forelle, Lachs) erreicht z.B. einen Futterquotienten von deutlich < 1
kg Futteraufwand pro kg Zuwachs. Dies ist jedoch nur zum geringeren Teil auf fischspezifische
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Besonderheiten zurückzuführen. Unter optimalen Wachstumsbedingungen ist zwar der relative Anteil
des energetischen Erhaltungsbedarfs am Gesamtbedarf bei Fischen niedriger als bei Landtieren. Doch
zeigen einige Daten, dass die partielle Verwertung der umsetzbaren Energie für das Wachstum bzw.
den Fett- und Proteinansatz vergleichbar mit den Messwerten von Landtieren ist (siehe Tab. 4).
Tab. 4: Energieverwertung beim Karpfen (Wassertemperatur: 20-23° C) (Kirchgeßner et al. 1984,
Meyer-Burgdorff et al. 1989, Schwarz und Kirchgeßner, 1995)
Erhaltungsbedarf: ~ 42 kJ DE/kg0,75/~ 49-53 kg ME/kg0,8
Energieretention: ~ 7,5-8,5 MJ/kg Ansatz bis ~ 11,0-13,5 MJ/kg Ansatz
(Anteil Erhaltungsbedarf am Gesamtbedarf: ~ 25-30 %)
Partielle Verwertung der umsetzbaren Energie (Teilwirkungsgrad)
kg = 0,6-0,7 (0,8)
(kp = 0,46/0,56)
(kf = 0,72/0,89)
Der wesentliche Ansatz hinsichtlich eines geringen Futteraufwandes für den Zuwachs liegt in der
Futterqualität bzw. dessen Nährstoffzusammensetzung. Fischrationen (Alleinfutter) sind – unter
Berücksichtigung von „Orientierungswerten“ – rohproteinreich, können außerordentlich hoch im
Fettgehalt sein und werden sich je nach Fischspezies und dessen Ausstattung mit
Verdauungsenzymen im Kohlenhydrat(Stärke)gehalt differenzieren (siehe Tab. 5 und Schwarz, 1998).
Tab. 5: Nährstoffzusammensetzung von Fischrationen
Anteile in %
Protein
Fett
Kohlenhydrate
Asche
z.B. Salmoniden
(„Kaltwasserfische“
.../“Raubfische ...“)
Marin/Süßwasser
z.B. Cypriniden
(„Warmwasserfische“ ...)
Marin/Süßwasser
35-45
bis 30
bis 15
bis 10
35-45
bis 15
bis 30
bis 10
Mit diesen hier nur in den Eckpunkten dargestellten Anforderungen können z.B. durchaus die
Nährstoffgehalte im Ganzkörper eines Fisches, wie sie einem Raubfisch beim Verzehr seiner Beute zur
Verfügung stehen, verglichen werden. Auch die Nährstoffgehalte bestimmter Naturnahrung (z.B.
Zooplankton des Karpfenteiches zur Karpfenernährung) sind durch hohe Anteile vor allem an
Rohprotein und auch an Rohfett gekennzeichnet (siehe Tab. 6). Aufgabe der Tierernährung ist – und
Seite 43
Tab. 6: Nährstoffgehalte von Zooplankton (Karpfenernährung) (Schwarz et al. 2003)
% d. T
Rohprotein
Rohfett
SFA
MUFA
PUFA
Rohasche
65 (53-72)
8 (5-12)
16 (11-24)
% der Gesamtfettsäuren
38,7
19,1
42,2
hier hat die wissenschaftliche Arbeit in den beiden vergangenen Jahrzehnten außerordentliche
Fortschritte gezeigt – fischspezifisch und auch umweltabhängig die bedarfsoptimierten Grenzen in der
Energie- und Nährstoffzufuhr aufzuzeigen (siehe u.a. NRC, 1993, Lovell, 1998, Schwarz, 1998, Halver
und Hardy, 2002, Webster und Lim, 2002).
Futterbereitstellung
Die Futterbereitstellung bzw. deren Einzelkomponenten für die Aquakultur differenzieren sich zunächst
sehr deutlich in Abhängigkeit der jeweiligen Intensitätsstufe der Fischproduktion. Eine semi-intensive
Teichwirtschaft, wie sie überwiegend für Cypriniden, evtl. im Einzelfall noch für Tilapien oder auch für
den Milchfisch vorzufinden ist, berücksichtigt zunächst einen Versorgungsanteil an rohproteinreicher
Naturnahrung.
Damit
stehen
teichwirtschaftliche
Maßnahmen
zur
Verbesserung
des
Nahrungsangebots und dessen Ausnutzung, z.B. über Polykultur, im Vordergrund des Interesses (Van
der Zijpp et al. 2007). Eine Ergänzungsfütterung wird in der Regel über kohlenhydratreiche
Futtermittel – häufig auch Nebenprodukte der Nahrungsmittelverarbeitung – kostengünstigst
vorgenommen. Umweltrelevante Gründe, die Verbesserung der Produktqualität (Schwarz et al. 2006),
vor allem aber Maßnahmen der Ertragssteigerung pro ha Teich(Wasser)fläche erfordern jedoch den
gezielten Einsatz rohprotein- und energiereicherer Futtermittel bzw. pelletierter Mischfuttermittel.
Damit erhöhen sich deutlich die Anforderungen an die Qualität der Einzelkomponenten bei
gleichzeitiger
Einbindung
tierischer
Futtermittel
sowie
auch
an
eine
verbesserte
Verarbeitungstechnologie.
Eine intensive Aquakultur, als deren Beispiele die Salmonidenproduktion (Forelle, Atlantischer Lachs),
aber auch weitere verschiedene marine Fischarten angeführt werden können, basiert im wesentlichen
auf rohproteinreichen, energie(fett)reichen Alleinfuttermitteln. Die wichtigste, teilweise sogar
ausschließliche Eiweißkomponente ist das Fischmehl. Damit wird die weltweite Fischmehlproduktion
überwiegend in der Aquakultur eingesetzt. Fischmehl hat ebenso wie andere Futtermittel eine
dramatische Kostensteigerung erfahren. Eine Erhöhung des weltweiten Angebots ist wegen der
stagnierenden Fangfischerei (siehe Abschnitt 1) nicht denkbar. Mit Ausweitung bzw. Intensivierung
der Aquakultur tritt eine verstärkte Wettbewerbssituation zu den noch verbleibenden
Fischmehlinteressenten ein. Zahlreiche Forschungsarbeiten konzentrierten sich daher in den
vergangenen Jahren auf den Austausch von Fischmehl gegen pflanzliche Eiweißfuttermittel (z.B.
Sojaprotein, Raps-, Sonnenblumen-, Erdnussschrote, Lupinen, Erbsen, Mais-, Weizenkleber). Die
Einbindung ist jedoch derzeit nur begrenzt erfolgreich, da sich vor allem antinutritive Inhaltsstoffe –
als deren Folge z.B. eine Hypersensitivität des Darmepithels erkennbar ist -, Kohlenhydratanteil,
Seite 44
Mineralstoffverfügbarkeit, Aminosäurenmuster und Verdaulichkeit nachteilig auf Gesundheit,
Leistungsmerkmale und Wasserparameter auswirken können. Eine intensive technologische und damit
kostenintensive Aufbereitung der pflanzlichen Eiweißträger (z.B. Sojaproteinisolat), eine
Rationsergänzung mit synthetischen Aminosäuren, evtl. eine Verwendung verschiedener
Eiweißkomponenten bieten Verbesserungsmöglichkeiten, an denen gearbeitet wird.
Weiterhin spielt Fischöl eine herausragende Rolle in der Energiebereitstellung, vor allem jedoch als
Lieferant der fischspezifischen, langkettigen, mehrfach ungesättigten Fettsäuren (≥ C20 n-3
Fettsäuren). Die weltweite Fischölproduktion wird schon derzeit fast ausschließlich in der Aquakultur
eingesetzt. Eine weitere Intensivierung und zunehmendes Wachstum überfordern daher eindeutig das
derzeitige Angebot. Gleichzeitig weisen bestimmte Fischölchargen (z.B. die der Nordsee) überhöhte
Dioxingehalte und auch hohe Gehalte an PCB und PBDE auf, die eine kostenintensive
Dekontamination bzw. nur einen begrenzten Einsatz bedingen. Ein Austausch von Fischöl gegen
pflanzliche Öle ist notwendig, wobei vor allem Raps-, Palm-, Lein- und Olivenöl bzw. Gemische davon
neben Soja- und Sonnenblumenöl erfolgreich eingesetzt werden. Neuere Versuche zeigen vor allem
bei Forellen einen völligen Ersatz von Fischöl ohne Leistungseinbußen, ohne nachteiligen Effekte auf
die Gesundheit der Fische oder der organoleptischen Eigenschaften bei der Verkostung, jedoch mit
einer deutlichen Minderung der langkettigen, mehrfach ungesättigten Fettsäuren (Corraze et al.
2008). Ähnliche Arbeiten liegen für den Atlantischen Lachs vor, wobei jedoch der Fettstoffwechsel
durchaus beeinflusst wird (Jordal et al. 2007, Karalazos et al. 2007). Entscheidend in dieser Diskussion
ist aber, welche Bedeutung dem Image von Fisch als Lieferant der langkettigen, mehrfach
ungesättigten Fettsäuren für die menschliche Ernährung zukommt.
Letztlich hat auch die Futtermitteltechnologie einen herausragenden Stellenwert in der Herstellung von
Fischfutter. Vor allem für den Kohlenhydrat(Stärke)einsatz und das Einfügen von Fett ist ein
Extrudieren unumgänglich. Hilfsstoffe und Pelletierverfahren beeinflussen die Pelletstabilität sowohl
hinsichtlich des Abriebs als auch hinsichtlich des Zerfalls im Wasser, der Schwimmfähigkeit bis hin zur
Konsistenz des Kotfadens.
Ausblick
Ein weiteres Wachstum der Aquakultur wird im wesentlichen durch eine Intensivierung bestehender
Produktionsverfahren erreicht werden. Allerdings wird auch die Diversität der Fischspezies, die für die
Aquakultur genutzt werden, weiter zunehmen, so dass auch zusätzliche Ressourcen eingebracht
werden können. Fischmehl und Fischöl müssen notwendigerweise verstärkt gegen pflanzliche
Komponenten (evtl. auch gegen Landtierprodukte) ausgetauscht werden. Allerdings setzt dies
hinsichtlich der Eiweißkomponenten eine intensive technologische Bearbeitung voraus. Die
Rationsoptimierung erfordert genaue Kenntnisse über den Energie- und Nährstoffbedarf. Die
Anwendung neuester Futtermitteltechnologie hat Priorität. Alle Maßnahmen haben sich jedoch den
Richtlinien einer umweltfreundlichen, wasserentlastenden Produktion mit Ziel eines gesunden, für die
Humanernährung wertvollen, wohlschmeckenden Nahrungsmittels unterzuordnen.
Seite 45
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Autorenanschrift
Prof. Dr. F.J. Schwarz
Technische Universität München
Department für Tierwissenschaften
Bereich Tierernährung
Hochfeldweg 6, D-85350 Freising-Weihenstephan
Seite 46
Kamphues: Futtermittelsicherheit als eine Voraussetzung
der Lebensmittelsicherheit – vermeintliche und tatsächliche Schwachstellen
Futtermittelsicherheit als eine Voraussetzung für
Lebensmittelsicherheit – vermeintliche und tatsächliche
Schwachstellen
J. Kamphues
Institut für Tierernährung, Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover
Einleitung
Aus futtermittelkundlicher/tierernährerischer Sicht ist die Qualität von Futtermitteln ein sehr weit
gefasster Begriff.
Neben den schon immer geforderten Qualitätskriterien steht heute – forciert durch entsprechende
Erfahrungen in der Vergangenheit – die Sicherheit von Futtermitteln im Zentrum des allgemeinen
Interesses.
Öffentliche Diskussionen zu Fragen der Fütterung lebensmittelliefernder Tiere sind oft noch geprägt
von erheblichen Zweifeln an der Futtermittelqualität. Berichte in den Medien über Hintergründe der
BSE, die Belastung von Futtermitteln mit Dioxinen, Nitrofen, MPA, über den Einsatz von „Antibiotika“
über das Futter, den Nachweis von „Schadstoffen“ im Futter oder auch die Kontamination von
Futtermitteln mit „pathogenen Mikroorganismen“ wie Salmonellen erklären diese Vorbehalte. Hieraus
ergab sich ein politischer Handlungsbedarf, der auf europäischer und nationaler Ebene zu
verschiedenen Aktivitäten und Maßnahmen führte, wodurch indirekt – nolens/volens – die Vorbehalte
und Kritik als begründet und die Zweifel als berechtigt erschienen. In diesem Zusammenhang fehlte
es auch nicht an wechselseitigen Schuldzuweisungen bzw. an Bemühungen, die entsprechenden
Verantwortlichkeiten im jeweils anderen Bereich zu platzieren bzw. zu sehen. So verwies die
Landwirtschaft auf die Mischfutterindustrie, diese wiederum auf Mängel im vor- oder nachgelagerten
Bereich (z.B. Zulieferer) und die Administration auf fehlende Kontroll- und Bewertungsmöglichkeiten
(„widersprüchliche wissenschaftliche Ergebnisse“). Nicht selten geriet hierbei in Vergessenheit, dass
für die Wirkung in der Öffentlichkeit, die Lokalisation der Verantwortlichkeit für einen „Skandal“ eher
nachrangig ist; der Vertrauensverlust betrifft – leider – allgemein die ganze Produktionskette. Vor
diesem Hintergrund sollen im vorliegenden Beitrag die Anforderungen an die Qualität der auf dem
landwirtschaftlichen Betrieb erzeugten Einzelfuttermittel wie auch der hier hergestellten Mischfutter
näher erläutert werden. Von besonderem Interesse ist hierbei die Frage nach den Ursachen für
gegebenenfalls auftretende Qualitätsmängel am Futter, nach den Möglichkeiten, solche Abweichungen
früh zu erkennen bzw. zu vermeiden (Stichwort: Qualitätssicherungskonzepte). Schließlich verdient
der Aspekt der Dokumentation bzw. der Transparenz der Futtermittelgewinnung auf dem
landwirtschaftlichen Betrieb besondere Erwähnung.
Seite 47
Die QUALITÄT von Futtermitteln
Wie aus der Übersicht 1 hervorgeht, ist die Futtermittelqualität ein sehr facettenreiches Kriterium.
Unter den verschiedenen Faktoren, die insgesamt die Qualität näher charakterisieren, betreffen die
meisten Parameter das Tier, einige mehr den Tierhalter und/oder Mischfutterhersteller. Die
Öffentlichkeit und die Verbraucher interessieren Fragen der Futterqualität eigentlich nur insoweit, wie
die Lebensmittelqualität tangiert sein könnte. Hier bestehen nachweislich vielfältigste
Einflussmöglichkeiten, die von einer Veränderung der Fettkonsistenz (z.B. Gehalt an ungesättigten
Fettsäuren im Futter) über die Anreicherung von Nährstoffen in Organen des Schlachtkörpers (z.B. Vit.
A, Vit. E, Kupfer in der Leber) bis zu Rückständen von Arzneimitteln (z.B. Tetracycline im Knochen)
oder auch Kontaminationen mit Keimen (und assoziierten Resistenzen) reichen.
Unter den Parametern der Futtermittelqualität fehlt aber der Terminus, der in der aktuellen Diskussion
dieser Thematik den höchsten Stellenwert hat, nämlich die Futtermittel-Sicherheit.
Die Bedeutung von Futtermitteln für die Sicherheit der Lebensmittel tierischer Herkunft ist für die
Tierernährungswissenschaft kein neuer Aspekt, auch nicht für die mit der Futtermittelüberwachung
betrauten Institutionen; so geht beispielsweise das erste Deutsche Futtermittelgesetz (1. Fassung
1926) auf Schadensfälle (Gesundheitsstörungen bei Tieren) bzw. Erkrankungen von Kindern zurück,
die Milch von Kühen konsumierten, in deren Ration verdorbene Kleien zum Einsatz gekommen waren.
Neu ist nur die Betonung dieses Zusammenhangs im politischen Bereich, insbesondere im Weißbuch
zur Lebensmittelsicherheit der EU, wo es heißt: „Die Sicherheit von Lebensmitteln tierischen Ursprungs
beginnt mit sicheren Futtermitteln“. Aus wissenschaftlicher Sicht spricht nichts gegen diese
Formulierung. Unbestreitbar sind sichere Futtermittel eine wesentliche Voraussetzung für die
Sicherheit von Lebensmitteln, aber eben neben verschiedenen anderen Voraussetzungen.
Unter sicheren Futtermitteln sollen im vorliegenden Beitrag solche Rohwaren, Komponenten und
Produkte verstanden werden, von denen bei sachgemäßem Einsatz keine nachteilige Beeinflussung
der Tiere, des Anwenders, der von Tieren gewonnenen Lebensmittel und der Umwelt ausgeht. Unsicher wären demnach Futtermittel, die aufgrund originärer Inhalts- oder Begleitstoffe bzw. wegen
unterschiedlichster Kontaminationen eine Gefahr für das Tier, den Menschen (als Anwender bzw. als
Konsument der vom Tier stammenden Lebensmittel) oder die Umwelt darstellen. Dabei ist auch daran
zu erinnern, dass ein an sich verträgliches, sicheres Futtermittel allein schon durch eine nichtsachgemäße Verwendung zu einem Sicherheitsrisiko führen kann (z.B. Mineralfutter mit höherem CuGehalt für Schweine bei Einsatz in der Schaffütterung).
ANFORDERUNGEN an die FM-Qualität
Auch wenn mit der Forderung nach sichereren Futtermitteln ein insgesamt umfassendes Profil von
Ansprüchen abgedeckt ist, so darf dennoch nicht der Eindruck entstehen, als wären allein die
Konsumentenwünsche die Erklärung für die gestiegenen Ansprüche an die Futtermittelqualität.
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Übersicht 1: Faktoren zur Charakterisierung des Terminus Futtermittelqualität aus wissenschaftlicher Sicht
Futterwert im engeren Sinne
Verträglichkeit
- Gehalte an Energie und Nährstoffen
- tolerable Nährstoffgehalte
und deren Verdaulichkeit
- Art und Anteil von Einzelkomponenten
- Art/Qualität der Nährstoffe (Rp, Rfe, Rfa, NfE)
(Aminosäuren-/Fettsäurenmuster
Verfügbarkeit von Nährstoffen)
- Bearbeitung (z.B. Vermahlungsgrad)
sowie
die
- Kontaminationen (z.B. Schwermetalle)
- Hygienestatus
(Vorratsschädlinge/Mikroorganismen und Toxine der Mikroorganismen)
Handlingseigenschaften
Schmackhaftigkeit
- Art und Anteil von Komponenten
- Bearbeitung/Zubereitung
- hygienische Beschaffenheit
- Lagerfähigkeit
Facetten der
FuttermittelQUALITÄT
- Mischbarkeit/ Fließeigenschaften
(Korngrößenverteilung)
- Konstanz der Zusammensetzung
(s. Verträglichkeit)
Einflüsse auf die Lebensmittel-Qualität
Sonstige Wirkungen des Futtermittels
- originäre Inhaltsstoffe (z.B. Fettsäurenmuster)
- diätetische Sonderwirkungen
- Rückstände (z.B. von Schwermetallen,
(z.B. auf die Passage/Magen-Darm-Flora etc.)
Zusatzstoffen, Medikamenten)
- Ergänzungseignung (mit einzelnen Nährstoffen)
- Eintrag von/Belastung mit Erregern
- Nebeneffekte (z.B. in der Fruchtfolge, Verwertung statt kostenträchtiger Entsorgung etc.)
(z.B. Salm., Campyl.) u. deren Resistenzfaktoren
Übersicht 2: Erklärungen für steigende Ansprüche an die Qualität von Futtermitteln
Landwirt/Tierhalter
Tiere
Mischfutterhersteller
- betriebsspezif. Ergänzungen
- höhere Leistung
- Rohwarenqualität
- Kosten↓, Leistung↑
- Empfindlichkeit↑
- zertifizierte Produktion↑
FM- Rechtliche Vorgaben1)
Steigende Ansprüche
LM-Rechtliche Vorgaben2)
an die
- Unerwünschte Stoffe
Futterqualität
- Hygienestatus
- s. auch Weißbuch zur
Lebensmittelsicherheit
Lebensmittelindustrie
Verbraucher
LM-Marketing
- Ausschluss bestimmter FM
- „Natürlichkeit“ der
- „Markenfleischprogramme
- Verzicht auf sinnvolle
Produktion
Ergänzungen des Futters
1)
FM = Futtermittel
2)
- „Bio-Produkte“
- „Genusswert“
LM = Lebensmittel
Seite 49
Die durch den züchterischen Fortschritt ermöglichte Leistungssteigerung der verschiedenen
Nutztierarten führte zu erheblich höheren Ansprüchen, was die Energie- und Nährstoffdichte im Futter
betrifft. Der Tierhalter selbst wünscht auf seine betrieblichen Bedingungen abgestimmte
Ergänzungsfutter in einer Vielfalt und Spezialität, wie sie früher unbekannt waren. Die
Mischfutterhersteller (Industrie) fordern verständlicherweise vom Landwirt als Getreidelieferanten
entsprechende Qualitäten der eingehenden Rohwaren, um so Risiken für die Mischfutterproduktion zu
minimieren. In Markenfleischprogrammen zusammengeschlossene Betriebe haben bzgl. der Fütterung
teils weitere spezifische Anforderungen, um so spezielle Wünsche der Lebensmittelindustrie bzw. der
Verbraucher aus Marketinggründen zu befriedigen. So ist z.B. die Forderung nach ballaststoffreicher
Fütterung tragender Sauen zu einer Voraussetzung für die Abnahme von Mastschweinen durch einen
international tätigen Lebensmittelkonzern geworden. Der Verzicht auf ganze Futtermittelgruppen bei
der Herstellung von Mischfutter (z.B. Extraktionsschrote) oder der Ausschluss bestimmter Zusatzstoffe
(z.B.
Aminosäure)
sind
weitere
Beispiele
für
die
Berücksichtigung
„besonderer“
Verbrauchererwartungen an die Qualität der Futtermittel bzw. Fütterung.
Art und Anteil betriebseigener Futtermittel in der Fütterung
Die auf tierhaltenden Betrieben praktizierte Fütterung unterscheidet sich sehr, insbesondere in
Abhängigkeit von der Tierart, dem auf dem Betrieb möglichen Futteranbau, von der technischen
Ausstattung sowie der hierfür verfügbaren Arbeitskapazität (Übersicht 3).
In Abhängigkeit vom Anteil betriebseigener bzw. zugekaufter Futtermittel ergeben sich für die
jeweiligen betrieblichen Bedingungen ganz unterschiedliche Möglichkeiten für die Entstehung von
Mängeln in der Futtermittelqualität. Entsprechend unterschiedlich ist dann auch die Verantwortlichkeit
für die Sicherheit von Futtermitteln verteilt, d.h. liegt diese primär beim Landwirt (nahezu
ausschließliche Verwendung betriebseigener Komponenten) oder primär bei dem Lieferanten des
industriell hergestellten Alleinfutters (z.B. in der Geflügelmast).
Einflüsse auf die Qualität und Sicherheit der Futtermittel bzw. der
Fütterung auf dem landwirtschaftlichen Betrieb
Mit der nachfolgenden Übersicht 4 wird zunächst einmal eine Einschätzung zu generell wirksamen
Einflüssen geboten. Der für die Futtermittel und die Fütterung verantwortliche Mensch rangiert hierbei
an erster Stelle. Aufgrund eigener Erfahrungen waren/sind es gerade mangelnde Eignung, fehlende
Sorgfalt („betriebsblind“) oder auch unzureichende Kenntnisse, die zu erheblichen Mängeln in der
Futterqualität führen können.
Von grundsätzlicher Bedeutung ist des Weiteren die Fütterungsintensität. Werden diesbezügliche
Risiken nicht beachtet (z.B. Kraftfuttermast bei Rindern) sind klinische Störungen oder sogar
Organveränderungen (Leberabszesse) am Schlachtkörper möglich. Weiterhin erhöht die Vielzahl von
Tierarten und Nutzungsgruppen in einem einzigen Betrieb das Risiko für einen nicht ziel/sachgerechten Einsatz eines Futters (Umwidmung) bzw. auch für Kreuzkontaminationen, die sich auf
Futtermittel, Zusatzstoffe (z.B. Ionophore) oder auch auf Arzneimittel (z.B. Antiinfektiva) erstrecken
können.
Was die „stufentypischen Einflüsse“ betrifft, folgt man hierbei sinnvollerweise dem Weg des Futters
von seiner Gewinnung (Anbau) bis zur Aufnahme durch das Tier. Auf jeder dieser Stufen gibt es eine
Vielzahl von Faktoren, Ereignissen und Umständen, die zu erheblichen Qualitäts- und
Sicherheitsmängeln am Futter führen können.
Seite 50
Übersicht 3: Die Futtermittel-VIELFALT auf landwirtschaftlichen Betrieben
● Anteil betriebseigener Futtermittel in der Ration
bzw. im Mischfutter
- nahezu Null (Zukauf von Alleinfuttern)
(z. B. Hähnchenmast)
- mittlerer Anteil (Zukauf von Ergänzungsfutter)
(z. B. Schweinemast)
- hoher Anteil (nur Zukauf von Proteinträgern + Mineralfutter)
(z. B. Rindermast mit Maissilage)
● Vielfalt der Futtermittel auf landwirtschaftlichen Betrieben
- betriebseigenes Grundfutter, frisch/konserviert;
(Grünfutterarten, Heu, Silagen, Rüben etc.)
- betriebseigene Kraftfutter (allgemein konserviert)
(Getreide, Leguminosen)
- industrielle Nebenprodukte aus dem LM-Bereich
(Trockenschnitzel, Getreidenachprodukte, Ölmühlennachprodukte, Milchverarbeitung, Brauerei/Brennerei etc.)
- Mischfutter aus dem Landhandel/der FM-Industrie
(Alleinfutter, Ergänzungsfutter, Mineralfutter)
- besondere Nebenprodukte
(Schweine: Molkemast; Rind: Schlempeverwertung;
Verwertung von Altbrot, Datumware, u.ä.)
Die unter besonderen klimatischen Bedingungen mögliche Förderung bestimmter Pilze (mit dem Risiko
einer Mykotoxinkontamination der Futtermittel) verdeutlicht diese Abhängigkeit von „natürlichen“
Einflussfaktoren geradezu exemplarisch. Bezüglich der in der Öffentlichkeit oft geforderten
“natürlichen“ Produktionsweise für Futtermittel (zur Vermeidung von Kontaminationen) ist darauf zu
verweisen, dass gerade durch moderne Techniken (z.B. Trocknung) oder chemische Konservierungsstoffe (z.B. Propionsäure für Getreidekonservierung) die Sicherheit von Futtermitteln
(reduzierter Besatz mit Vorratsschädlingen, Mikroorganismen und Toxinen) im Sinne des
Verbraucherschutzes zu verbessern ist. Auch genetische Maßnahmen bei Futterpflanzen bieten
erhebliche Chancen zur Reduktion möglicher Belastungen des Futters (z.B. mit Mykotoxinen).
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Übersicht 4: Generell wirksame EINFLÜSSE auf QUALITÄT und Sicherheit
der Futtermittel, der Fütterung im Betrieb
A
:
Faktor Mensch (Eignung, Sorgfalt, Kenntnisse)
B
:
Fütterungsintensität (s. Pansenacidosen → Leberabszesse)
C
:
Vielfalt an Tierarten und Nutzungsgruppen auf 1 Betrieb
D
:
Stufentypische Einflüsse, s. nachfolgende Gruppierung
Stufe
1. Futteranbau/-ernte
typische Einflüsse und Risiken
:
2. Konservierung der FM :
Boden, Düngung, Pflanzenschutzmaßnahmen, Klima, Erntetechnik
Verfahrenstechnik an sich, klimatische Einflüsse, Konservierungsmittel, biotischer und abiotischer Verderb
3. Lagerung der FM
:
Abschirmung (Wild, Schadnager, Vögel), Lagerhygiene/
-sauberkeit, Entwesung, Feuchte, Temperatur, Zeit, Umschlag,
Kontaminationen (Siloanstriche)
4. Bearbeitung/ Mischen :
Technische Ausstattung und Funktionssicherheit, Rezeptur-/
Dosierungsfehler, Einträge unerwünschter Stoffe über betriebsfremde Futtermittel
5. Futterzuteilung:
zielgruppenspezifische Zuteilung, Vermeidung von Verschleppung
Futterverwechslung; Fütterungsarzneimittel, Einhaltung von
Absetzfristen
6. Verdauung und Stoff- :
Carry over Rate unerwünschter Stoffe (Retention/Akkumulation –
wechsel der Tiere
s. z. B. Dioxine), Abbau/ Metabolisierung von Toxinen, Förderung
bestimmter Mikroorganismen/Infektionen
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Für die mikrobiologische Qualität von Lebensmitteln und die Gesundheit von Tierbeständen spielt evtl.
auch der mögliche Eintrag von Salmonellen mit dem Futter eine Rolle. Dabei sind es eben nicht nur
die Futtermittel, die hier als Eintragsquelle in Betracht kommen, sondern noch häufiger die Tiere.
Neben den generell vorhandenen Einflüssen auf die Qualität der Futtermittel kommen im Einzelfall
betriebsspezifische Bedingungen hinzu. Nur um die Bandbreite der möglichen Beeinträchtigungen der
Futterqualität mit sekundär möglichen Risiken für die Lebensmittelqualität aufzuzeigen, sei auf die
Übersicht 5 hingewiesen, insbesondere auf den dort genannten Gebrauch von Arzneimitteln.
Übersicht 5: Besondere RISIKEN für die FM-Sicherheit auf landwirtschaftlichen
Betrieben mit Bedeutung für die LM-Sicherheit
Kontaminationen
- Futteranbau
:
Herbstzeitlose im Grünfutter
(Colchizin in der Milch)
- Silagebereitung
:
Diesel/Hydrauliköleintrag
(Mineralölkohlenwasserstoffe im Tier)
- FM-Trocknung
:
Kontakt zu Rauchgasen
(Dioxineintrag → s. Trockenschnitzel/Grünmehl)
- FM-Lagerung
:
Salmonellen-Eintrag
(Schadnager, Vögel → Schlachttier)
- FM-Zuteilung
:
FM für andere Tiergruppen
(z.B. Cu-haltige Ergänzungsfuttermittel → Leber)
Verderb
- auf dem Feld
:
Fusarienbefall
(Mykotoxine auf pflanzl. LM)
- im Lager
:
Lagerpilze und deren Toxine
(Ochratoxin → Schweine → Nieren)
- im Stall/ Trog
:
mikrobiologische Veränderungen
(evtl. Aflatoxin → Leber)
Einsatz von Mischfutter mit arzneimittelwirksamen Substanzen
- tierartspezifischer Einsatz (s. Anticoccidia)
- buchtenweiser Einsatz (z. B. Therapie)
- Dauer des Einsatzes/Beachtung von Absetzfristen
- Kennzeichnung/separate Lagerung
- Kontamination der „Umgebung“ (Lager,
Stall, Einstreu, Abluft aus Futterlager/Ställen)
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Besondere Beachtung verdienen regional auftretende (ältere/neuere) Belastungen von Böden, auf
denen Futtermittel angebaut und gewonnen werden. Auf entsprechend exponierten Flächen können
Futtermittel mit Schwermetallen, Dioxinen oder auch anderen Kontaminanten (belebt/unbelebt)
belastet sein, so dass diese in die Nahrungskette des Menschen eingetragen werden (vgl. Übersicht
6).
Übersicht 6: Sonderbedingungen in der FM-Gewinnung, die einer besonderen Kontrolle bedürfen
● FM-Gewinnung auf Arealen, die besonderen Einträgen
ausgesetzt waren/sind
→ Klärschlammdüngung (Cd-Belastung)
→ Überschwemmungsflächen (Schwermetalle, Dioxine)
→ Nähe zu Industrieemissionen (Thallium, Selen, Fluor)
→ Nähe zu Deponien (Vielfalt an Einträgen, Salmonellen)
● Fütterung auf der Basis besonderer Nebenprodukte
→ „Reinheit“ der Nebenprodukte (Entsorgungsweg?)
→ Art/Qualität von Hygienemaßnahmen (Sterilisation)
→ Einsatz besonderer Produktionshilfsmittel
Ein altbekanntes Problem ist in diesem Zusammenhang die Schwermetall-, insbesondere Bleibelastung
von Grünfutter (bzw. von Silagen/Heu) auf Überschwemmungsflächen, wenn die entsprechenden
Flüsse oder Bäche aus Regionen gespeist werden, in denen zu früheren Zeiten eine Erzgewinnung
eine größere Rolle spielte (z.B. Harz, Eifel usw.), bzw. in die über längere Zeit entsprechende
Einleitungen von industriellen Abwässern erfolgten. Auch die Abluft bestimmter Industrien führte in
der Vergangenheit zu entsprechenden Einträgen auf Flächen und Futterpflanzen. Thallium
(Zementindustrie), Fluor (Aluminiumgewinnung) erreichten vor Jahrzehnten hierbei teils hohe
Konzentrationen im Futter, die bis zu schweren klinischen Störungen bei Tieren führten. Auf Flächen
in unmittelbarer Nähe zu großen Deponien – die eine hohe Attraktivität für Vögel (Krähen, Möwen),
Schadnager (Ratten) und bestimmte Wildarten haben – wurde wiederholt eine entsprechende
Kontamination mit Exkrementen dieser Tiere beobachtet, so dass beispielsweise auch Salmonellen auf
dem Grünfutter häufiger nachgewiesen wurden. Ein Tränken von Weidetieren aus Gräben, Vorflutern
oder Bächen in der Nähe von Deponien birgt evtl. besondere Risiken, wenn Oberflächenwasser aus
dem Deponiebereich mit in diese Tränkequellen einfließt.
Beispielhaft für die Bedeutung der Bodenbelastung für die Qualität des dort erzeugten Futters seien
hier Dioxingehalte in Grundfutterproben aus Elbüberschwemmungen genannt.
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Tabelle 1: Dioxin-Gehalte in Böden- und Aufwuchsproben (Elbüberschwemmungsflächen; 1993)
Art der Proben
Gehalte an PCDD/F1)
Boden
Gras
Heu
47
0,08
0,14
(ng/kg TS)
(„)
(„)
-
1124
3,43*
2,63
*eine Probe mit hoher Erdkontamination: 7,17 ng/kg TS
1)
vgl. auch SCAN-Bericht 2000 zu Dioxingehalten in
Böden und Futtermitteln
Im Vergleich zu unbelasteten Böden (< 0,5 ng/kg TS) waren hier um den Faktor 100 – 2000 x höhere
Werte gegeben, nicht wenige Futterproben überstiegen bei diesen Bodenbelastungen den heute
futtermittelrechtlich zugelassenen Höchstwert (0,75 ng/kg TS) um ein Vielfaches.
Neben den Futtermitteln im engeren Sinn sind evtl. weitere Eintragspfade von Bedeutung, die bislang
kaum näher/differenzierter beurteilt werden können (Übers. 7).
Übersicht 7: Mögliche Eintragspfade von Stoffen/Organismen, die neben dem Futter
im Einzelfall Bedeutung für die LM-Qualität haben könnten
„Einstreumaterialien“
- Stroh (Mykotoxine, Abreifemittel)
- Hobelspäne, Sägemehl (Mykobakterien, Holzschutzmittel)
- Torf (mit „Zusätzen“ von Spurenelementen)
- „Stallsuperphosphat“ (höchste Fluorgehalte)
Tränkwasser („Futtermittel“)
- aus offenem Oberflächenwasser/Vorflutern u.ä.
(Keime, Toxine, diverse Chemikalien)
- originäre Fluorgehalte
- Medium zur Applikation von Arzneimitteln,
Wirkstoffen unabhängig vom Futter
Produktionshilfsmittel („Bedarfsgegenstände“)
- Entwesungs-/Schädlingsbekämpfungsmittel
(Rote Vogelmilbe/Schadnagerbekämpfung)
- Desinfektionsmittel?
- Schutzanstriche von Einrichtungen
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Hierbei verdienen beispielsweise auch Materialien, die als Einstreu verwendet werden bzw. der
Beschäftigung von Tieren dienen, eine Erwähnung. Die in großem Umfang verwendeten Hobelspäne
oder auch das Sägemehl sind potentielle Eintragspfade von unerwünschten Stoffen, wenngleich von
diesen Produkten keine größeren Mengen oral aufgenommen werden. Entsprechende systematische
Untersuchungen zur Qualität derartiger Produkte stehen aus, wären im Sinne einer umfassenden
Risikoeinschätzung jedoch wünschenswert. Im Einzelfall können die primär zu Einstreuzwecken
verwendeten Materialien auch bewusst als Applikationswege für Substanzen missbraucht werden, die
im Futtermittel entsprechend mit Höchstgehalten bedacht sind (z.B. Zink-, Kupferverbindungen) bzw.
deren Einsatz als Therapeutika nicht erlaubt ist. In diesem Zusammenhang sind weitere Stoffgruppen
zu nennen, die weder futtermittelrechtlich noch arzneimittelrechtlich geregelt sind, die aber in der
modernen Tierhaltung unverzichtbar sind, wie z.B. Desinfektionsmittel oder auch Mittel zur
Schädlingsbekämpfung. Nur bei sachgemäßer Anwendung werden mögliche nachteilige Effekte auf die
Lebensmittel (Rückstandsrisiken) bzw. auf die Umwelt (z.B. über die Abwässer oder auch über die
Gülle) vermieden.
Nach Schilderung der Vielfalt von Möglichkeiten für eine nachteilige Beeinflussung der
Futtermittelqualität auf den landwirtschaftlichen Betrieb stellt sich die Frage, welche Informationen zu
Futtermitteln und zur Fütterung auf dem landwirtschaftlichen Betrieb – im Sinne der angestrebten
Transparenz – eigentlich immer verfügbar sein sollten (s. Übers. 8). Hierbei geht es zunächst einmal
um einige essentielle Grundinformationen und nicht sofort um regelmäßige aufwendige Laboranalysen
(toxikologischer Status, Hygienequalität), die aus Kostengründen auch in absehbarer Zeit wohl auf
besondere Verdachtsfälle beschränkt bleiben.
Liegen besondere Verdachtsmomente für Mängel in der Futterqualität vor, die auch für die
Lebensmittelsicherheit von Bedeutung sein könnten, so erstrecken sich die zur Klärung notwendigen
Maßnahmen (Anamnese bis Analyse) auf das Futter selbst, die Tiere und deren Produkte sowie auf
das fertige Lebensmittel (s. Übers. 9). Je intensiver vorberichtliche Informationen erhoben werden,
umso gezielter und kostengünstiger sind die aufwendigeren Analysen durchzuführen.
Es ist – das muss ehrlicherweise eingeräumt werden – langfristig kaum möglich und finanzierbar, jede
an Nutztiere verfütterte Partie von Einzelfuttermitteln auf die gesamte Palette von unerwünschten
Stoffen (s. Anlage 5 der FMVO) auch nur halbwegs vollständig zu untersuchen. Der Kontrollaufwand
für den Produktionsfaktor Futter würde den Wert der hiermit erzeugten Lebensmittel weit übertreffen.
Vor diesem Hintergrund müssen die Maßnahmen auf solche Prozesse (Gewinnen, Lagern, Mischen und
Zuteilen) und Parameter fokussiert werden, die aufgrund ihrer Frequenz bzw. wegen ihrer möglichen
Auswirkungen auf die Gesundheit des Menschen eine besondere Bedeutung haben (z.B. Eintrag von
Mikroorganismen, bestimmten Mykotoxinen, Schwermetallen, besonderen organischen Schadstoffen
wie z.B. Dioxine).
Schlussfolgerungen
Die Ausführungen bieten einen Überblick zu der Vielfalt an Möglichkeiten für die Entstehung von
Qualitätsmängeln am Futter auf dem landwirtschaftlichen Betrieb, die zumindest theoretisch auch
Bedeutung für die Lebensmittelsicherheit haben könnten. Es erscheint notwendig, bei der Verwendung
von Nebenprodukten als Futtermittel (sowohl auf dem landwirtschaftlichen Betrieb wie auch in der
Mischfutterindustrie) die Kontrolle darauf auszurichten, dass dieser Weg nicht illegal/kriminell zur
Entsorgung dubioser, toxikologisch relevanter Stoffe missbraucht wird (Dioxinbelastetes
Transformatorenöl in der Fettschmelze; Hormone – MPA - in Melasse) bzw. bei ihrer Gewinnung
Sicherheitsaspekte verstärkt berücksichtigt werden (Trocknung von Keksbruch, Altbrot in Kontakt mit
dioxinhaltigen Rauchgasen) bzw. die Lagerungsbedingungen für Futtermittel mit Sorgfalt und
Verantwortungsbewusstsein gewählt werden.
Seite 56
Übersicht 8: Zur DOKUMENTATION sicherheitsrelevanter
Maßnahmen und Informationen → TRANSPARENZ
1. Gewinnung der betriebseigenen Futtermittel
- Wo und Wann?
- Unter welchen Bedingungen (Düngung, Pflanzenschutz)?
- Von welcher Qualität?
2. Konservierung und Lagerung der Futtermittel
- welche Techniken, mit welchem Erfolg (TS, pH)?
- Kennzeichnung und separate Lagerung
- Warenbestandsregister
- Hygienemaßnahmen
3. Mischfutterherstellung/ Rationsgestaltung
- nach welcher Rezeptur/Vorgabe?
- Herkunft und Qualität der Zukaufsfuttermittel
- Funktionskontrollen bzgl. der Technik
- Mischfutter-/Rationsanalysen
4. Mischfutterlagerung und –zuteilung
- Abschirmung/Separierung/Hygienemaßnahmen
- Vorkehrungen gegen Futterverwechslungen
- Einsatz von Fütterungsarzneimitteln
(wann, wie lange, Absetzfristen?)
Seite 57
Übersicht 9: AUFDECKUNG/ ERKENNEN sicherheitsrelevanter Mängel in der FM-Qualität
1. Vorberichtliche Informationen zum Futter
- Wo wurde welches Futter unter welchen Bedingungen
gewonnen, gelagert, bearbeitet und eingesetzt?
→ Bodenanalysen, Düngung, Pflanzenschutzmaßnahmen
2. Befunderhebung am Futter/-lager
- vor Ort: Inspektion der Lagerbedingungen
- Befunde am Futter selbst (z. B. Nagerkot)
- FM-Analysen (Vielfalt je nach Verdacht)
3. Befunderhebung am Tier
- klinischer Gesamteindruck/Leistungsdaten
- Kot-/Harnuntersuchungen (z.B. Arzneimittel)
- Blut-/Serumuntersuchungen (div. Parameter)
- Organ-/Gewebeanalysen (Schlachtkörper)
4. Befunderhebung am Lebensmittel
- des noch lebenden Tieres (Milch/Eier)
- nach Schlachtung
- z.B. Knochen : Schwermetalle
Leber : Aflatoxin
Niere
: Cadmium
5. Tierversuche mit „belasteten“ FM
- Bestimmung der Carry over Rate
- Festsetzung tolerabler Belastungen
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Andererseits bestehen auch längerfristig noch gewisse Risiken für die Qualität von Futtermitteln durch
Umweltkontaminationen wie Dioxine (Gehalte in exponierten Böden) infolge der betrieblich gegebenen
Bedingungen für den Futtermittelanbau. Schließlich sollten längerfristig auch mögliche Eintragspfade
berücksichtigt werden, die bislang in diesem Zusammenhang häufig übersehen wurden (z.B.
Tränkwasser, Einstreumaterialien, Produktionshilfsmittel). Nach den Untersuchungsergebnissen zur
Lebensmittelqualität ist jedoch davon auszugehen, dass die Produktion insgesamt mit hohem
Verantwortungsbewusstsein betrieben wird. Diese generell richtige Einschätzung ist einer zunehmend
kritischen Verbraucherschaft solange nicht zu vermitteln, wie einzelne Vorkommnisse mit teils
kriminellen bzw. technische Pannen immer wieder in den Medien für entsprechende Schlagzeilen
(„Futtermittelskandale“) sorgen. Eine hohe Futtermittelsicherheit ist das Ergebnis guter fachlicher
Praxis, d.h. von Sorgfaltspflicht auf allen Stufen, notwendiger Vorsorge/Vorkehrungen und Kontrollen
(von privater und amtlicher Seite). Gefahren für die Futtermittelsicherheit resultieren aus einem
fehlenden
Problembewusstsein,
falsch
verstandener
Routine
(Betriebsblindheit),
Fehlleistungen/Funktionsmängeln der Technik, aus natürlichen Ereignissen wie auch aus „Unfällen“
und menschlichen Schwächen (bzw. sogar krimineller Energie).
Literatur
Wird auf Anfrage vom Autor zur Verfügung gestellt.
Autorenanschrift
Prof. Dr. Josef Kamphues
Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover
Bischofsholer Damm 15, D-30173 Hannover
Seite 59
Novalin und Zweckmair: Neue Wege der stofflichen Nutzung agrarischer
Biomasse außerhalb der Lebensmittelproduktion am Beispiel der Grünen Bioraffinerie
Neue Wege der stofflichen Nutzung agrarischer Biomasse
außerhalb der Lebensmittelproduktion am Beispiel der Grünen
Bioraffinerie
Senad Novalin und Thomas Zweckmair
Universität für Bodenkultur Wien, Department für Lebensmittelwissenschaften und –
technologie
Kurzfassung
Zahlreiche Studien belegen, dass der Peak-Oil, das Maximum an Erdölförderleistung, in der ersten
Hälfte dieses Jahrhunderts liegen wird. Die damit verbundene Verknappung der Rohstoffe zur
Herstellung der meisten Produkte ist eine große zukünftige Herausforderung. Ein beträchtlicher Teil
der Biomasse muss für die Herstellung der Güter herangezogen werden, wobei auch
landwirtschaftliche Nebenprodukte und Abfälle als Rohstoffquellen fungieren können. Aus
technologischer Sicht kann die sogenannte „Grüne Bioraffinerie“ zur Lösung dieses zukünftigen
Problems dienlich sein.
Die Grundidee besteht darin, dass in Analogie zu einer Erdölraffinerie der Rohstoff
„Grünlandbiomasse“ in einer einzigen Verarbeitungsanlage möglichst vollständig und möglichst ohne
Abfälle in eine Vielzahl von Wertstoffen weiterverarbeitet werden soll.
Im Speziellen bietet Grassilage ein breites Spektrum an Wertstoffen wie z.B. Milchsäure zur
Herstellung biologisch abbaubarer Kunststoffe, zahlreiche Aminosäuren zur Verwendung
beispielsweise in der Futtermittel, Lebensmittel- und Pharmaindustrie oder Pflanzenfasern für
verschiedenste Anwendungsgebiete.
Einleitung
Eine langfristige Vorbereitung auf eine stärker auf nachwachsende Rohstoffe basierende Technologie
erscheint aufgrund des langsam ausgehenden Erdöls (Peak-Maximum wird in der ersten Hälfte dieses
Jahrhunderts erreicht) als unerlässlich. Dabei muss ein beträchtlicher Teil der Biomasse für die
Herstellung der Güter herangezogen werden. Laut einer Studie von McKinsey kann auch ein
signifikanter Teil der Güter auf Basis landwirtschaftlicher Nebenprodukte und Abfälle produziert
werden.
Seite 60
Um zukünftig Ausgangsstoffe für industrielle Produktionsverfahren auf Basis von Biomasse zur
Verfügung stellen zu können, müssen neue technologische Verfahren entwickelt werden. Einen
möglichen technologischen Weg zur teilweisen Bewältigung der absehbaren Verknappung von Erdöl
stellt beispielsweise die Grüne Bioraffinerie dar, welche Grassilage aus Ausgangsstoff nutzt.
Das verfahrenstechnische Konzept der Grünen Bioraffinerie
Erster Verfahrensschritt ist die mechanische Fraktionierung der Grassilage in eine flüssige Fraktion
(Presssaft) und in eine feste Fraktion (Presskuchen). Im Anschluss wird die flüssige Fraktion weiter
fraktioniert um idealer weise einzelne Substanzklassen isolieren zu können:
Abbildung 1: Schematische Darstellung des Technologiekonzeptes der Grünen Bioraffinerie
Die feste Faser
Pflanzenfasern können beispielsweise in der Futtermittelindustrie oder als Dämmmaterial eingesetzt
werden. Im Folgenden wird allerdings das Hauptaugenmerk auf die flüssige Fraktion gelegt.
Die flüssige Fraktion
Folgende Tabelle verdeutlicht die Ausbeute an Grassilagepresssaft und Wertsubstanzen bezogen auf
Flächeneinheit.
Seite 61
Tabelle 1: Darstellung der Ausbeuten bei der Presssaftgewinnung
bezogen auf Flächeneinheit (gerundete Richtwerte)
Biomasseertrag an Grassilage
7,5 t . ha-1 . a-1
2,5 t . ha-1 . a-1
Presssaft
davon TS
10 – 15 %
davon Milchsäure
100 kg . ha-1 . a-1
davon Aminosäuren
100 kg . ha-1 . a-1
davon Zucker
100 kg . ha-1 . a-1
davon Salze
100 kg . ha-1 . a-1
Nach Bestimmung der chemischen Zusammensetzung des Grassilagepresssaftes, die starken
saisonalen Schwankungen unterliegt, gilt es, die Wertsubstanzen und die Anwendungs-möglichkeiten
zu identifizieren:
Milchsäure: wird als Substitut für einen Teil der konventionell hergestellten Kunststoffe betrachtet
weitere einzelne organische Säuren mit potentiellen Anwendungsmöglichkeiten z.B. in der chemischen
Industrie
Zucker zur Verwendung
Fermentationssubstrat
in
Lebensmitteln
bzw.
in
Futtermitteln
und
allgemein
als
Aminosäuren und speziell deren wertmäßig besonders interessanten Derivate zur Verwendung in der
Pharmaindustrie bzw. als Ausgangsprodukt für chemische Synthese
Salze zur Verwendung als Düngemittel
5-10 % der Trockenmasse wurde aus messtechnischen Gründen nicht analysiert; sie enthaltet aller
Wahrscheinlichkeit nach Fruktane, Polyphenole, Peptide, teilweise abgebautes Chlorophyll, welche
ebenfalls einer Nutzung zugeführt werden können
Die Wertsubstanzen Aminosäuren, Milchsäure und andere organische Säuren werden heutzutage
durch Fermentation hergestellt. Die direkte Abtrennung und Gewinnung von Wertsubstanzen aus
Grassilagepresssaft im Rahmen des Technologiekonzeptes der Grünen Bioraffinerie stellt hier einen
neuen technologischen Ansatz dar, der sich besonders durch seine Nachhaltigkeit auszeichnet.
Zu Vergleichszwecken wurde in Tabelle 2 neben dem Grassilagepresssaft auch die Zusammensetzung
von verschiedenen anderen „Rohsäften“ biogenen Ursprungs dargestellt. Unter anderem ist der hohe
Gehalt an Milchsäure und freier Aminosäuren in Grassilage-Presssäften im Vergleich zu anderen
„Rohsäften“ augenscheinlich.
Seite 62
Tabelle 2
Physikalisch-chemische Charakterisierung und Zusammensetzung von Biomasse-Flüssigfraktionen.
Silage Presssaft
Saft nach WasserExtraktion von
Zuckerrübe
Zuckerrohrsaft
Saft aus der
Stärkeverzuckerung
35,8
-
-
-
pH bei 20.5°C
4,0
-
-
-
Trockenmasse, %
13,6
15,5
14,0
-
dunkel
-
-
-
19,3
-
-
-
Essigsäure
2,1
-
-
-
Milchsäure
37,5
-
-
-
-
-
2,8
-
15,5
-
-
-
34,8
-
4,2
-
38,3
154,8
120,4
400,0
Fruktan, g * L-1
-
-
-
-
Wasserlösliche Zucker (WSC),
g * L-1
-
-
0,3
-
26,1
-
2,1
-
-
-
0,7
-
Leitfähigkeit
mS/cm
bei
20.5°C,
Farbe
Summe Kationen, g * L-1 (K+;
Na+; NH4+; Ca2+; Mg2+)
Organische
g * L-1
Säuren,
Summe organische Säuren
Summe Anionen, g * L-1 (C1-;
NO3-; PO43-; SO42-)
Summe anorganische Anionen
and Kationen,
-1
g*L
Summe
Zucker,
g * L-1 (Glukose, Fruktose,
Saccharose, Arabinose, Xylose,
Galaktose)
Aminosäuren, g * L-1
Protein (N x 6,25)
- keine Ergebnisse erhältlich.
Seite 63
Mögliches Verfahrensschema zur Gewinnung von Wertsubstanzen aus der
flüssigen Fraktion
Bevor die Trennung und Gewinnung der Wertsubstanzen ins Auge gefasst werden kann, muss die
flüssige Fraktion einer Vorbehandlung unterzogen werden. Unter anderem müssen z.B. verschiedenste
Feststoffe mit Hilfe einer Zentrifugation abgetrennt werden. Ist im Anschluss die flüssige Fraktion auf
die folgenden Trennschritte entsprechend vorbereitet worden, wird sie einem Elektrodialyseschritt bei
einem entsprechenden pH-Wert unterzogen, wie folgende Abbildung zeigt:
Abbildung 2: Schematische Darstellung der ersten Verfahrensschritte
des Technologiekonzeptes der Grünen Bioraffinerie
Um allerdings entsprechend reine Rohstoffe gewinnen zu können, ist die Chromatographie als
Trenntechnologie unerlässlich. Verschiedenste Chromatographie-Harzmaterialien wurden im Hinblick
auf diese Trennaufgabe (siehe Ausgangsprodukt in Abbildung 2 rechts unten) getestet, wobei
folgendes Ergebnis zeigt, dass teilweise eine Trennung des vorliegenden Substanzgemisches erreicht
werden kann:
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Abbildung 3: Versuchsergebnis MDS 1368 Lewatit; Ca2+-konditioniert; pH=3,8; 2 m-Säule; Flussrate 5
ml * min-1; Temperierung auf 60 °C; Vfeed=20 mL; nicht quantifiziert: Pro, Cys
Nach erfolgter Trennung und Gewinnung der Wertsubstanzen muss berücksichtigt werden, dass die
gewonnenen einzelnen Fraktionen entsprechend aufkonzentriert werden müssen, um sie in
handelsüblicher Formulierung zur Verfügung stellen zu können.
Neben den Trenntechnologien Elektrodialyse/Chromatographie/Membranverfahren spielen auch völlig
neuartige Membrantechnologien wie z.B. Elektrodialyse mit bipolaren Membranen eine entscheidende
technologische Rolle. Diese neuartige Technologie erlaubt es, Salze organischer Säuren in deren
Säureform zu überführen und ermöglicht die Gewinnung von Säuren und Laugen aus ihren
entsprechenden Salzen.
Zusammenfassung und Ausblick
Die Grünen Bioraffinerie stellt ein mögliches technologisches Konzept zur stofflichen Nutzung von
Grassilage dar. In Anbetracht dessen, dass der Peak-Oil, das Maximum an Erdölförderleistung, in der
ersten Hälfte dieses Jahrhunderts liegen wird und damit die Basisrohstoffe zunehmend knapp werden,
stellt dieses technologische Konzept eine Möglichkeit zur alternativen Gewinnung von einigen
Basisrohstoffen aus Biomasse dar.
Zurzeit werden die ersten Schritte gesetzt, um aufbauend auf den gewonnen Erkenntnissen eine erste
Pilotanlage für die Österreichische Grüne Bioraffinierie zu errichten. Unter Einbeziehung großer
Unternehmen der Energiewirtschaft (Energie AG, OÖ Ferngas, RAG) soll in Oberösterreich durch die
Errichtung einer Bioraffinerie-Demonstrationsanlage mit angeschlossener Biogas-Erzeugung dieses
Konzept in technischem Maßstab getestet werden.
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Anerkennung
Das Forschungsprogramm „Fabrik der Zukunft“ (Grüne Bioraffinerie) wird vom Bundesministerium für
Verkehr, Innovation und Technologie und von der FFG gefördert.
Literatur
Novalin S, Zweckmair T, Renewable Resources – Green Biorefinery: Separation of Valuable Substances from Fluid-Fractions by
means of Membranetechnology, in Biofuels, Bioporducts and Biorefining – in press.
Thang VH, Koschuh W, Kulbe KD, Kromus S, Krotscheck C and Novalin S, Desalination of high salt content mixture by two-stage
electrodialysis as the first step of separating valuable substances from grass silage, in Desalination 162, pp. 343–353 (2004).
Koschuh W, Thang VH, Krasteva S, Novalin S and Kulbe KD, Flux and retention behaviour of nanofiltration and fine
ultrafiltration membranses in filtrating juice from a green biorefinery: A membrane screening, in J Membr Sci 261, pp. 121-128
(2005).
Thang VH, Koschuh W, Kulbe KD and Novalin S, Detailed investigation of an electrodialytic process during the separation of
lactic acid from a complex mixture, in J Membr Sci 249, pp. 173-182 (2005).
Thang VH and Novalin S, Green Biorefinery: Separation of lactic acid from grass silage juice by chromatography using neutral
polymeric resin, in Bioresour Technol 99, pp. 4368-4379 (2008).
Kromus S, Wachter B, Koschuh W, Mandl M, Krotscheck C and Narodoslawsky M, The Green Biorefinery Austria - development
of an integrated system for green biomass utilization, in Chem Biochem Eng Q 18, pp. 7-12 (2004).
Kromus S, Wachter B, Koschuh W, Mandl M, Krotscheck C and Narodoslawsky M, The Green Biorefinery Austria - development
of an integrated system for green biomass utilization, in Chem Biochem Eng Q 18, pp. 7-12 (2004).
Bott M et. al., Positionspapier der Dechema e.V, Weiße Biotechnologie – Chancen für Deutschland, Dechema, Frankfurt am Main
(2004).
http://www.fabrikderzukunft.at/results.html/id3017; Stand: [23.09.2008]
http://www.bmbf.de/pub/weisse_biotechnologie.pdf; Stand: [25.02.2008]
http://www.fabrikderzukunft.at/nw_pdf/0533_milchsaeure_aus%20silage2.pdf; Stand [24.10.2008]
Korrespondierender Autor
Ao. Univ. Prof. Dr. Senad Nivalin
Tel.: +43 1 36006 6288; Fax: +43 1 36006 6251.
Mail: [email protected] (S. Novalin)
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Kolar: Das europäische Schnellwarnsystem im Rahmen der amtlichen Futtermittelkontrolle
Das europäische Schnellwarnsystem im Rahmen der amtlichen
Futtermittelkontrolle
Veronika Kolar
Österreichische Agentur für Gesundheit und Ernährungssicherheit, Wien
Das Europäische Schnellwarnsystem für Lebensmittel und Futtermittel (engl. Rapid Alert System for
Food and Feed, RASFF) wurde errichtet, um die nationalen Kontrollbehörden der Mitgliedstaaten mit
einem wirksamen Informationsnetzwerk über sämtliche getroffene Maßnahmen zur Gewährleistung
der Lebensmittelsicherheit auszustatten. Weiter Beteiligte sind die Europäische Lebensmittelbehörde
(EFSA) und die Europäische Kommission. Die Österreichische Agentur für Gesundheit und
Ernährungssicherheit (AGES) ist bereits seit dem Februar 2002 als Kontaktstelle für Futtermittel
(FEED) ernannt, seit 1.3.2007 auch für den Lebensmittelbereich. Die beiden nationalen Kontaktpunkte
sind via Internet mit der Zentrale in Brüssel verbunden und sind im Fall von Krisensituationen direkt
mit den Entscheidungsträgern der beiden Ministerien BMGFJ und BMLFUW kurzgeschlossen.
Gesetzlicher Hintergrund
Der gesetzliche Hintergrund ist in der Verordnung (EG)178/2002 („General food law“) verankert, worin
allgemeine Grundsätze und Anforderungen des Lebensmittelrechts, die Errichtung einer europäischen
Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA), sowie Verfahren zur Lebensmittelsicherheit festgelegt
werden. Die Errichtung eines europäischen Schnellwarnsystems wurde im Artikel 50 festgelegt. Beim
Vorliegen eines ernsthaften unmittelbaren oder mittelbaren Risikos für die menschliche Gesundheit,
das von Lebensmitteln oder Futtermitteln ausgeht, werden diese Informationen von der Kontaktstelle
eines Mitgliedstaats unverzüglich an das Schnellwarnsystem gemeldet. Die EFSA hat die Möglichkeit
die Meldung durch wissenschaftliche oder technische Informationen zu ergänzen, die den
Mitgliedstaaten ein rasches und angemessenes Risikomanagement erleichtern. Die Kommission leitet
diese Informationen inkl. aller folgenden gesetzten Maßnahmen an die Mitglieder des Netzes weiter:
-
Verbot oder Beschränkung der Inverkehrbringung
Rückruf oder Rücknahme vom Markt
Empfehlungen oder Vereinbarungen mit der gewerblichen Wirtschaft
Zurückweisungen durch eine Behörde an einer Grenzkontrollstelle
Betroffene Mitgliedstaaten informieren die Kommission nach Erhalt einer Meldung, welche
Maßnahmen/Schritte eingeleitet wurden. Die Kommission leitet diese Informationen wieder an die
Mitglieder des Netzes weiter.
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Vertraulichkeitsregelungen
Die Mitglieder des Netzwerkes aller Mitgliedsstaaten sind zu absoluter Vertraulichkeit verpflichtet. Der
Öffentlichkeit werden durch die Wochenmeldungen der Kommission nur bestimmte Teile der
Meldungen zugänglich gemacht, wie z.B. die Art und Herkunft Produktes (z.B. Sojaschrot aus
Italien), Art des Risikos (z.B. Salmonellen) und die ergriffenen Maßnahmen. Bestimmte Abschnitte, die
der Geheimhaltung unterliegen, dürfen nicht weitergegeben werden (z.B. Name und Adresse des
Herstellers, etc.). Ausnahme sind Informationen, die aus Gründen des öffentlichen
Gesundheitsschutzes weitergegeben werden müssen. Alle Behörden, die solche Informationen
erhalten, garantieren deren Vertraulichkeit, die auch nach dem Ausscheiden eines Mitarbeiters vom
Dienst gilt. Die Mitgliedstaaten kommunizieren nur über die RASFF-Zentrale in Brüssel (Kommission)
bzw. untereinander nur über die festgesetzten Kontaktpunkte. Informationen an Dritte werden nicht
weiter gegeben.
Folgende Arten von Meldungen werden elektronisch übermittelt:
- Warnmeldungen (Alert notifications)
- Informationsmeldungen (Information notifications)
- News- Meldungen (Neuigkeiten)
- sowie der Originalmeldung nachfolgende Meldungen (Follow Ups)
Alert notifications (Warnmeldungen)
Alert-Meldungen werden versendet, wenn ein Risiko für ein bereits am Markt befindliches Lebensmittel
oder Futtermittel besteht und umgehender Handlungsbedarf erforderlich ist. Warnmeldungen werden
vom jeweiligen Mitgliedstaat ausgeschickt, der das Risiko entdeckt und entsprechende Maßnahmen
wie z. B. eine Sperre oder Rückholung der Ware veranlasst hat. Ziel ist es, alle Mitgliedstaaten rasch
und gleichzeitig über das Internet zu informieren. Die Mitgliedstaaten können danach selbst prüfen,
ob sich das betroffene Produkt auch am heimischen Markt befindet und ob notwendige Schritte zur
Futtermittelsicherheit zu veranlassen sind.
Der Konsument kann darauf vertrauen, dass Produkte aus einer veröffentlichten „Alert“-Meldung
schon vom Markt entfernt worden sind bzw. gerade zurückgeholt werden. Die Mitgliedstaaten
entscheiden selbst, wie solche Maßnahmen auf nationaler Ebene ausgeführt werden, auch ob
detaillierte Information an die Medien weitergegeben werden.
Information notifications
Informationsmitteilungen werden zumeist veröffentlicht, wenn für Lebensmittel oder Futtermittel zwar
ein Risiko bestehen würde, aber das Produkt nicht auf den Markt gekommen ist. Diese Meldungen
betreffen zum Großteil Lieferungen, die aufgrund einer Grenzkontrolle an einer Außengrenze der EG
abgewiesen wurden. Sofortmaßnahmen sind hier nicht erforderlich.
News
Diese Meldungen, die weder als Warnung noch zur Information dienen, aber für die Kontrollbehörden
relevant sein könnten, werden von der Kommission für die Mitglieder des RASFF zur Verfügung
gestellt (z.B. bestimmte Analysenmethoden, diverse Informationen von Gesundheitsbehörden oder
Problemberichte aus/mit Drittstaaten, etc.)
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Weekly Overviews - Wochenmeldungen
Die Kommission veröffentlicht einmal wöchentlich eine Übersicht über alle Food und Feed –
Meldungen im Internet. Futtermittelmeldungen sind in Blau gedruckt. Handelsnamen und Identität der
betroffenen Firmen werden hier nicht bekannt gegeben. Detaillierte Informationen werden nur an die
Kontaktpunkte der nationalen Behörden und die Zentrale in Brüssel weitergegeben.
Information von Drittstaaten
Die Kommission informiert Drittstaaten dann, wenn diese durch Export oder Import von einem
beanstandeten Futtermittel betroffen sind. Dadurch sollen im Ursprungsland durch geeignete
Gegenmaßnahmen Wiederholungsfälle verhindert werden.
EU-Antragsländer wie z.B. Türkei, Kroatien, Mazedonien, aber auch andere Drittstaaten oder
internationale Organisationen können sich einvernehmlich und unter Einhaltung bestimmter
Übereinkommen (z.B. Vertraulichkeitsregeln) am Schnellwarnsystem teilnehmen.
RASFF FEED Meldungen
Mehr als 95% aller Meldungen betreffen den Lebensmittelsektor. Weniger als 5% der Meldungen
betreffen den Futtermittelsektor. Die häufigsten Futtermittelmeldungen betreffen mikrobiologische
Kontaminationen von Futtermitteln, hier vor allem Salmonellen (71) und Enterobacteriaceae (11).
Weiters wurden Kontaminationen durch Mycotoxine (12), nicht zugelassene GVO (12), Tiermehl (12),
Dioxine (10), Schwermetalle (7), Rückstände von Tierarzneimitteln (3) und verschiedene andere
Risiken gemeldet. Ingesamt gab es im Jahr 2007 bei Futtermitteln 163 Original-Meldungen, wobei die
zahlreichen Follow Up Meldungen noch nicht mitgerechnet wurden.
Jahr
RASFF
Feed
Feed Meldungen aus
Österreich
Gesamtmeldungen
Meldungen
(Food and Feed)
excl. Follow Up
2002
3024
100
2
2003
4286
71
7
2004
5367
65
4
2005
6897
85
10
2006
6594
129
10
2007
7354
163
10
2008
xxxx
xxx
12 (Stand 31.10.2008)
inkl. Follow Up
RASFF-Meldungen aus Österreich (inkl. Follow Up Meldungen)
2002:
Dioxin in Ferkeltorf, Salmonellen in Fischmehl
Seite 69
2003:
Kokzidiostatika in Legehennenfutter, Dioxin in Grünmehlpellets und Zinkoxid, Salmonellen in Fischmehl
und Sonnenblumenschrot, erhöhter Fluorgehalt in einem Ergänzungsfuttermittel, Tiermehl in
Sauenfutter
2004:
Tiermehl in Säurepremix und Rübenschnitzel, Salinomycin in Mineralfutter, Polycyclische aromatische
Kohlenwasserstoffe (PAH) in Graspellets
2005:
Salmonellen in Hundekauknochen (6x), Leinsamenschrot (2x) und Fischmehl (2x)
2006:
Selen- und Chromhefe in Hunde- und Katzenfutter, Superoxiddismutase in Pferdefutter, dioxinähnliche
PCB in Kupfersulfat, Blei in Manganoxid, Arsen in Pferdefutter, Salmonellen in Proteinkonzentrat für
Masthühner (2x), in Hundefutter, Rapsschrot und Fischmehl
2007:
Selen-Überschreitung in Ferkelfutter, Botulinumtoxin in Katzenfutter (2x), Cumarin in Hundekeksen,
Fremdkörper in Welpenfutter, Alflatoxine in Erdnüssen, dioxinähnliche PCBs in Kupfersulfat,
Salmonellen in Hundekauknochen, Cadmium in Zinksulfat, Enterobakterien in Hundefutter
2008:
DDT in einem Ergänzungsfutter (2x), Salmonellen in Sojaschrot (4x), Salmonellen in
Weizenproteinkonzentrat (1x), Blei in Reisproteinkonzentraten (1x), Cyanide in Leinsamenschrot (1x),
Tierische Proteine in einem pflanzlichen Zusatzstoff (1x), Dioxinähnliche PCB in Kupferchelat (1x),
Cyanursäure in Süßmolkepulver (1x). Stand 31.10.2008
Im Jahr 2007 sorgten zwei Themenkreise für größere Aufregung: Melamin in verschiedenen
Eiweißkonzentraten und Heimtiernahrung aus China sowie Pentachlorphenol und Dioxin in
Guarkernmehl (Zusatzstoff) aus Indien. Die Meldungen über Melamin haben seit Ende Juli 2008
besonders am Lebensmittelsektor dramatisch zugenommen. Hier sind vor allem milchund
eipulverhältige Lebensmitteln aus China (Milch- und Molkepulver, verschiedene Milchprodukte,
Bonbons, Kekse und Süßigkeiten) betroffen, aber auch Body Paint Sets (Sexshopprodukte) und
Zusatzstoffe wie Ammoniumcarbonat (Backhilfsmittel) oder Zinkkapseln. Die Medien berichteten
bereits von über 50.000 Erkrankungen und mehreren Todesfällen durch Nierenversagen bei
Säuglingen und Kleinkindern sowie von 1500 verstorbenen Marderhunden in China durch
kontaminiertes Milchpulver bzw. Futtermittel. Da in China derzeit riesige Mengen von beanstandeter
Ware anfallen und möglicherweise nicht alles sachgemäß entsorgt wird, muss damit gerechnet
werden, dass dieselben Produkte - in einiger Zeit - am Futtermittelsektor in Europa oder als
Nahrungsmittel in Entwicklungsländern wieder auftauchen. Aufgrund der Dringlichkeit und des großen
Ausmaßes dieser Thematik wurde von der Europäischen Kommission am 14. Oktober 2008 eine
Empfehlung zur Untersuchung aller milch- bzw. milcherzeugnishältigen und aller hochproteinhältigen
Lebens- und Futtermittel aus China auf Melamin erlassen (Empfehlung
der Kommission
798/2008/EG).
Seite 70
Literatur:
VO(EG) Nr. 178/2002
Empfehlung der Kommission Nr. 798/2008/EG
http://ec.europa.eu/food/food/rapidalert/index_en.htm
Anschrift der korrespondierenden Autorin
Dipl.-Ing. Mag. Veronika KOLAR,
Institut für Futtermittel, Abteilung Futtermittelüberwachung
Bereich Landwirtschaft
Österreichische Agentur für Gesundheit und Ernährungssicherheit,
Bundesamt für Ernährungssicherheit
Spargelfeldstrasse 191 , A-1226 Wien
e-mail: [email protected],
Seite 71
Phytogene Zusatzstoffe / Phytogenic Additives
Performance improvement in weaned piglets by the phytogenic
feed additive FRESTA F Conc.
K.R. Wendler, J. Perner and A. Asamer
Delacon Biotechnik GmbH, Weissenwolffstr. 14, A-4221 Steyregg, Austria
Introduction
The enormous development in pig farming in the second part of the 20th century has been made
possible by the improvement of facilities, management, genetics, and animal nutrition. One of the
main nutritional factors was the use of antibiotics as growth promoters. A ban of antibiotic growth
promoters (AGP's) was put into force within the European Union (EU) on 01.01.2006. With this ban,
the EU met growing concerns of researchers and consumers on possible cross-resistance of bacteria
to antibiotics used in human medicine and the risk of antibiotic residues in animal derived human food
(e.g. meat). Economic losses resulting from this ban were calculated to be 5-9% in weaned piglets
(PFIRTER, 2003). As a consequence, great efforts have been made to find alternative solutions that
can replace AGP's in animal production. Possible alternative feed additives include organic acids,
probiotics, but also plant based (phytogenic) products. Phytogenic feed additives are combinations of
plant extracts and herbs and spices. They exhibit a variety of different effects such as stimulation of
digestive processes leading to improved nutrient digestibility, anti-inflammatory and immunomodulatory effects. The phytogenic product FRESTA F Conc. is a standardised combination of
selected essential oils with herbs and spices rich in pungent substances, flavonoids and mucilages.
FRESTA F Conc. was developed for application in ready mixed feed for sows and piglets.
The objective of the present study was to investigate the effects of FRESTA F Conc. in weaned
piglets under commercial conditions in Spain.
Materials and Methods
The experiment was carried out between February and April 2007 at a commercial farm in Spain. A
total of 360 piglets were selected at weaning and sorted according to bodyweight, sex, and litter
origin and then allocated to 36 pens in 3 weaner rooms (12 pens per room). The two dietary
treatments negative control (NC) and FRESTA F Conc. (FFC) were allocated to the pens of male and
female piglets by block, so that each treatment was applied to 18 pens of 10 piglets. The stocking
density was approximately 0.63 m2 / piglet. The house was lit by a combination of day and artificial
Seite 72
light. Heating was provided from electrical tube-heaters and ventilation was achieved by single,
variable-speed fans linked to temperature sensors.
Diets consisted mainly of barley, maize, wheat, extruded soybeans and soybean meal and vitamin and
mineral additives and were formulated without AGP’s or alternatives (e.g. organic acids/salts, high
Cu/Zn etc.). For each feeding period (prestarter and starter), both diets were calculated to be isonutritive and to meet or exceed EU maximum permitted concentrations for trace minerals or vitamins.
Weighed samples of FRESTA F Conc. were mixed with soybean meal before being added to the diets
at final concentrations of 250 ppm. Nutrient composition in prestarter and starter feeds were similar
for both treatments (Table 1).
Feed and water were ad libitum available. Feed consumption (per pen) and body weight (individually
and per pen) were recorded at the beginning of the experiment, at feed change (from pre-starter to
starter), and at the end of the experiment and feed conversion was calculated.
Table 1: Analysed nutrients in experimental diets
Prestarter (28-42 d)
Starter (42-70 d)
NC
FFC
NC
FFC
Dry matter (%)
90.6
90.2
88.4
88.3
Crude protein (%)
17.7
18.7
17.6
17.7
Starch (%)
36.1
37.7
42.2
42.5
Ether extract (%)
6.2
6.1
4.5
5.0
Crude fibre (%)
2.7
2.7
3.8
3.8
Ash (%)
8.5
6.2
5.0
5.1
Statistical analyses were performed using SAS for Windows, applying a General Linear Model (GLM)
procedure with treatment, sex and room as fixed factors and initial bodyweight as covariable. The
data is presented as least square means; statistical significance is declared at P ≤ 0.05, and a nearsignificant trend at 0.05 < P ≤ 0.10.
Results and Discussion
The health and performance of the animals were considered normal throughout the study. There were
4 death/culls (1.11 %) during the prestarter period and 19 further death/culls during the starter
period. Total mortality/cull rate to 70 days was 23/360 (6.4%) and this was not related to treatment
(Table 2).
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Table 2: Mortality during the experiment
NC
FFC
SEM1
P
Prestarter phase (28-42 d)
0.56
1.67
0.662
0.2442
Starter phase (42-70 d)
7.34
3.33
1.722
0.1096
Whole experiment (28-70 d)
7.78
5.00
1.908
0.3111
Body weight development of animals is shown in Table 3. Piglets fed on the FRESTA F Conc.
supplemented diets grew 7.3% more than the control piglets to 42 days of age and weighed 5.5%
more than control piglets at 70 days of age.
Table 3: Bodyweight development in weaned piglets
Days of age
NC
FFC
SEM1
P
28 d
8.37
8.35
--
--
42 d
9.6
10.3
0.06
<0.0001
70 d
21.9
23.1
0.36
0.0196
The effect of treatment on average daily gain, daily feed intake and feed conversion ratio is shown in
Table 4. During the prestarter period FRESTA F Conc. piglets grew more, ate more feed, and had
better feed conversion rate than control piglets. During the starter period no significant differences
were observed for any of the parameters studied. For the whole experimental period (from 28 to 70
days of age), FRESTA F Conc. supplemented piglets grew 9.4 % more than controls. No significant
differences were found on feed intake or feed conversion rate.
No significant differences were found on total number of piglets requiring treatment with injectable
antibiotics. However, control piglets were re-injected more times than FRESTA F Conc. piglets
(Table 5). Less number of re-injections in FRESTA F Conc. supplemented animals could indicate a
quicker recovery from diarrhoea compared to control piglets. As a result, FRESTA F Conc.
supplemented animals exhibited better growth and feed intake than control piglets in the prestarter
period.
Seite 74
Table 4: Growth performance in weaned piglets
NC
FFC
SEM1
P
ADG, g/d
86.6
135.4
4.12
<0.0001
ADFI, g/d
169.3
182.7
2.40
0.0005
FCR, g feed/g gain
2.08
1.38
0.104
<0.0001
ADG, g/d
439.5
460.6
12.16
0.2327
ADFI, g/d
570.4
600.7
16.12
0.1950
FCR, g feed/g gain
1.31
1.32
0.037
0.8692
ADG, g/d
321.9
352.2
8.64
0.0196
ADFI, g/d
436.7
461.4
10.84
0.1190
FCR, g feed/g gain
1.37
1.32
0.035
0.3661
Prestarter phase (28-42 d)
Starter phase (42-70 d)
Whole experiment (28-70 d)
Table 5: Number of piglets injected and repetition of injections (number of injections per piglet)
NC
FFC
SEM1
P
Piglets injected, nº pigs/rep
3.78
3.39
0.489
0.5776
Repetitions, nº re-injections
1.66
1.33
0.126
0.0685
Days of age
Conclusions
It can be concluded from the present experiment that the supplementation of the phytogenic feed
additive FRESTA F Conc. at a dosage of 250 ppm in prestarter and starter feed significantly improved
growth performance in weaned piglets.
References
Pfirter, H.P. 2003. AML-Verbot: Alternative Futterzusatzstoffe zur Leistungsverbesserung. Tagungsbericht „Gesunde Nutztiere –
Heutiger Stellenwert der Futterzusatzstoffe in der Tierernährung“. Schriftenreihe aus dem Institut für Nutztierwissenschaften
Ernährung-Produkte-Umwelt, ETH-Zürich, Band 24, 63-71.
Autorenanschrift
Dr. Karola Wendler
Delacon Biotechnik GmbH
Weissenwolffstr. 14
A-4221 Steyregg, Austria
Seite 75
Firmensponsoring – DELACON BIOTECHNIK GmbH , Weissenwolffstr. 14, A-4221 Steyregg
Seite 76
Interaction between phytogenic feed additives and growth
intensity of pigs
Ladislav Zeman, Petr Mares, Michal Vecerek and Ludvik Novak
Mendel University of Agriculture and Forestry Brno
Introduction
The plant additives and their functional components can selectively influence the intestinal
microorganism growth in positive or negative direction. If the growth promotion relates with positive
microorganisms and growth elimination is connected with pathogens the result is nutrients utilization
improvement, stimulation of immunologic system or positive influence of intermedial metabolism.
Anethole is one of these important plant metabolites. There are described following positive effects of
anethole in human medicine: vasorelaxant, antithrombotic, releasing of heart function, fytoestrogenic
(it mean improving of milk secretion, menstruation, promotion of menses, birth improvement, men’s
hormonal changes improving, sexual libido improving), antioxidative, antifungal, improvement of
derma permeability, antihelmintic, insecticidal, yeast elimination, antibacterial, antipyretic.
In our work the effect of anise and fennel essential oils on nutrients utilization in pig experiment was
evaluated. And the influence on growth intensity was monitored. The trials were realized in accredited
experimental stable Žabcice of Mendel University of Agriculture and Forestry Brno. The high level
efficiency of experimental animals is mentioned through general parameters (average daily gain, feed
intake and feed conversion). The results of nutrients utilization rate show slightly higher digestibility of
nutrients in treatment with anise oil, this improvement is not higher then 1.0 %. We can see also
improvement of nitrogen retention in body mass on level of 5.6 % (anise treatment compared with
control group). There is low variability between experimental animals (except nitrogen retention
coefficient) but we can not see any statistical significance. On base of these results we can say the
used phytogenic additives do not affect negatively the nutrient utilization in used concentration (0.1
% of essential oil in feed mixture) and are fully eligible for animal nutrition. These results are also
supported by few research papers connected with similar topic. In feeding experiment we can see no
effect of Anise oil addition on growth intensity parameters.
The main active compound of essential oil that is evaluated in our experiments is anethole. The
chemical name is (E)-1-methoxy-4-prop-1-enyl benzene.
1: Chemical structure of anethole
Seite 77
Anethole is known since first half of 20th century. It is aromatic unsaturated ether from
phenylpropanoids family. Anethole as secondary metabolite is compound in anise oils obtained from
few plant species: Pimpinella anisum (anise), Illicium verum (star anise) or Foeniculum vulgare
(fennel); in firs two kinds of essential oils is anethole content higher (on level of 80–90 %) and in
fennel oil is lower (50–60 %). The most effective way to obtain anethole essential oil is from star
anise that is not common in Central Europe. The safe anethole intake for organisms is 125 mg per kg
of live body weight (WHO Report, Nacagawa and Suzuki, 2003 or Poon and Freeman, 2006). Anethole
is in nature products in trans-isomer and all positive effects are connected with this form. On second
hand the cis-anethole is toxic and its content in plant metabolic pathways is very low – under the
toxicity level.
The related chemical stuffs (anisaldehyde, anise acid) cause the typical anise aroma. Anetholedithiolethion (anethole-trithione) is derivate that is widely used in human medicine as sialagogue, anticongestive, sedative, cholereticum or antioxidancium (Khana et al., 1998; Pazaud a Rat, 2001; Li et
al., 2008; Li et al., 2007, Kwak et al., 2007).
The effect of trans-anethole is mentioned in several papers and is connected with vasorelaxants,
antitrombotic, heart relaxant influence (Tognolini et al. (2007), Soares et al., (2007) or Siqueira et al.
(2006) and Siqueira et al. (2006a). Phytoestrogenic effect is described in work of Nacagawa and
Suzuki, 2003 and Tabanca et al., 2004. Synthetic fytoestrogens used in this time belong to
dianetholes or photoanetholes (Albert-Puleo, 1980). Antioxidative effect of anethole is mentioned in
work of Wang et al. (2008), Veronikami and Gavalas (2006) or Misharina a Polshkova (2005).
Antifungal properties are desribed in experiment made by Fontenelle et al. (2008), Fujita et al. (2007)
Lee et al. (2007), Soylu et al. (2006), Kordali et al. (2005) or Fujita and Kuhn (2004). Antihelmintic
properties are part of work of Camurca-Vasconcelos et al. (2007) and insecticide effect is desribed in
work of Knio et al. (2008), Park et al. (2006) or Morais et al. (2006). The anethole products are used
also in tooth hygiene because of effective elimination of Candida yeasts (Marotta et al., 2006).
Antibacterial effects are published by Kordali et al. (2005), Karapinar (1990) or Shimoni et al. (2003).
Material and Methods
A two experiment were realized in frame of this work. First experiment was related with nutrient
digestibility determination and second experiment with evaluation of growth intensity of young pigs’
category. In experiments were used negative control and treatments with essential oil content in feed
mixture as is mentioned bellow. The experiments run in experimental stable of Mendel University of
Agriculture and Forestry Brno. In experiment were used pigs of hybrid combination PIC. In our work
were used essential oils from anise (Pimpinella anisum) and fennel (Foenicullum vulgare) that belong
to order Cornales and family Apiaceae. The feed mixtures were based on wheat, barley, soya extract
meal, fish meal (only second experiment) and vitamins – mineral components. The statistical
evaluation used single-factor analysis.
First experiment
Eight male pigs with initial body weight 40.95 ± 1.05 kg enter the experiment in balance cages. The
efficiency and nutrient digestibility of negative control feed mixture were compared with mixtures
supplemented by anise and fennel essential oils. Analyses of nutrient content and feed mixture quality
were based on Czech legislation Act No. 124/2001 Sb. that determines system of samples taken and
analyses. The analyses were realized at university laboratories. Before experiment the pigs were
treated by antibiotics and antihelmintic to standardize its intestinal microflora. The feed mixtures were
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feed to pigs in seven weeks and the amount of feed intake and exretas were recorded. Mixture was
offered semi-adlibitum to be eaten in 30 minutes by all pigs. The excreta were lyophilized (except
urea that was conserved by HCl). Water intake was not limited. There was recorded the temperature
and humidity in stable. Essential oils were mixed with maize starch and added into experimental feed
mixture in rate of 0.5 %. The digestibility of dry matter, crude protein, crude fibre, fat and ash and
energy was analyzed. The retention of nitrogen in organism was also evaluated.
Second experiment
The amount of 114 pigs with initial body weight 11.65 ± 2.39 kg entered the experiment in two
repetitions. Piglets were housed in three different pens with plastic perfored floor with heated
mattress, two feeding pump, and feeder with 6 places. The pen’s area was 6.3 m2 per 19 animals.
Piglets were weight every two weeks and the experiment duration was 28 days. Individual body
weight was measured with accuracy ± 25 grams. Piglets were identified by individual ear-marks. In
the stable were measured and recorded automatically the air temperature and humidity every 30
minutes all day. The feed mixture was based on following compounds: wheat, barley, soybean extract
meal (45 % of crude protein - CP), fish meal, rape oil, milk products, mineral and vitamin additives.
The experimental treatment was realized by supplementation of anise oil comparing with untreated
control (group A). First experimental mixture contained 0.05 % of essential oil (group B) and second
experimental mixture contained 0.15 % of concentrated essential oil (group C). The procedure
included the pre-supplementation of anise oil into rape oil that was added into feed mixture in rate of
2 %. The mixture was granulated (4 mm pellets). Feed intake of feed mixture was not limited and
was measured on pen level.
Results and discussion
In the first experiment was the initial pig weight 41.0 ± 1.0 kg. During experimental period was the
average daily gain on level 1.06 ± 0.06 kg and the average daily feed intake 2.63 kg/day/animal. The
results show slightly higher digestibility of nutrients in mixture with anise essential oil, but these
differences were not higher then 1 %. The retention of crude protein was higher of 5,6 comparing
with control in this treatment. No of these differences was statistical significant. The differences
between control and treatment with fennel oil was even lower and also without statistical
significances. This experiment makes us sure that these feeding additives do not affect the
digestibility negatively and in selected rate are available for other testing. In second experiment was
used only anise oil as supplement with higher content of anethole. As we can see in Table 1 the
growth rate of treated groups was slightly under the growth rate of control group but the differences
was not significant. No significant differences were found out also in feed intake evaluation.
Seite 79
Table 1: Main results OF second experiment
Group
Initial weight (kg)
Final weight (kg)
Average daily gain
(kg/animal/day)
A
11,63 ± 2,48
27,71 ± 5,44
0,578 ± 0,120
B
11,68 ± 2,39
27,61 ± 5,73
0,567 ± 0,127
C
11,63 ± 2,28
27,34 ± 5,00
0,561 ± 0,111
The influence of digestibility by anethole essentials oils is missing in research papers but we can find
relatively enough information about effect of these supplements on growth parameters. These papers
usually describe positive effect of these additives that was not confirmed in our work. The decreasing
of digestibility coefficients were found out after supplementation of feed by mixture of fennel,
coriander plants substrates in rates of 1.5 %. The decreasing of crude proteins digestibility is
described in experiments with laboratory rats (Pradeep a Geervani, 1994). The team of authors (Cross
et al, 2007) evaluated the effect of different plant extract on nutrient digestibility and growth intensity
in broilers production. Few methodological matters was used in our work. While this team could see
some significant influence of growth parameters no effect on digestibility was found out. The
improvement of chick broilers mention for example Ghalib (2008); this improvement is found out in
this paper on level 24 % in treatments with 1 % of anise essentials oil in feedstuff and on level 17 %
in treatments with 0.5 % of the same additive. Kroismayr et al. (2008) mention that in their work the
commercial additive included also the anise oil improved sows efficiency. The feed intake was higher
of 2 %, the piglets gain was higher of 5 % and birth live weight of piglets of 6 % higher. We can see
high improvement of growth parameters in work of Ertas et al. (2005), Simsek et al. (2005) and Ciftci
et al. (2005). They used anise essentials oil in experiments with broilers and all paper comes from
same research team, the essentials oils concentration was on level of 0.02 – 0.04 % in feed mixture.
Improvement up to 19 % of broilers daily weight gain is described in work of El-Deeka et al. (2003),
digestibility rate was not monitored. Eiben et al. combined the anise substrates with substrates from
plant Trigonellae foenum-graecum in experiments with rabbits and their results describe more likely
negative effect of these additives.
Summary
The antibiotics usage was criticized in all Europe because of high risks of pathogen resistance on
these medicaments that are used consequently in animal and human medicine. New alternative ways
to protect and improve an animal health are to be founded in relation with this antibiotics ban and
other regulations. Rosen (1996) classified this potential matters as pronutrients and the groups called
like this are for example probiotics, prebiotics, organic acids, diet fiber and also herbs, spices and
plant extracts. The effect of these pronutrients on livestock efficiency has huge range. Generally, the
positive effect is higher in low efficiency conditions (bad health status, low quality of quality hygienic
conditions, temperature-humidity status, nutrition or management. The plant additives and their
functional components can selectively influence the intestinal microorganism growth in positive or
negative direction. If the growth improving relates with positive microorganisms and growth
elimination is connected pathogens the results is nutrients utilization improving, stimulation of
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immunologic system or positive influence of intermedial metabolism. These properties are evaluated in
vitro in huge amount of research papers. The transfer of these results into life intestinal conditions is
not easy. The phytogenic additives are here in different conditions and are affected by synergistic or
antagonistic connections with other feedstuffs components and others (Wenk, 2000). The main
positive properties are antiviral, coccidiostatic, antifungal (Tassou et all., 2004, Shylaja et all., 2004).
One of these important plant metabolites is anethole. Anethole additives are obtained mainly from
plant species Pimpinella anisum (aniseed), Illicium verum (star anise) or Foeniculum vulgare (fennel);
from firs two mentioned plants we can obtain essential oil with 80 – 90 % amount of anethole, in
fennel essential oil there is 50 – 60 % of anethole. The most economic effect is connected with star
anise essential oil but it is plat that is not common in Middle Europe. In human medicine there are
described following positive effects of anethole: vasorelaxant, antithrombotic, releasing of heart
function, fytoestrogenic (it mean improving of milk secretion, menstruation, promotion of menses,
birth improving, men’s hormonal changes improving, sexual libido improving), antioxidative,
antifungal, improving of derma permeability, antihelmintic, insecticidal, yeast elimination, antibacterial,
antipyretic.
In our work was evaluated effect of anise and fennel essential oils on nutrients utilization and grow
intensity in pig experiment. The trial was organized in accredited experimental stable Žabcice of
Mendel University of Agriculture and Forestry Brno. The high level efficiency of experimental animals
is mentioned through general parameters (average daily gain, feed intake and feed conversion). The
results of nutrients utilization rate show slightly higher digestibility of nutrients in treatment with anise
oil, these improving is not higher then 1.0 %. We can see also improving on nitrogen retention in
body mass on level of 5.6 % (anise treatment compared with control group). There is low variability
between experimental animals (except nitrogen retention coefficient) but we can see any statistical
significance. On base of these results we can say the used phytogenic additives do not affect
negatively the nutrient utilization in used concentration (0.1 % of essential oil in feed mixture) and are
fully eligible for animal nutrition. We did not see and positive or negative influence of growth intensity
by experimental treatments. These results are also supported by few research papers connected with
similar topic. On opposite site we did not see and positive or negative influence of growth intensity by
experimental treatments and it is different from some mentioned research papers of other authors.
Acknowledgement
The work and presentation of its results is supported in frame of financed project No. NAZV QG
60118.
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Contact address
Ing. Petr Mares,
Department of Animal Nutrition and Forage Production,
61300 Brno, Czech Republic,
Seite 83
Transfer von Carvacrol beim Schwein
Wofgang Wetscherek1, Wilhelm Windisch1, Johann Oswald1, Arthur
Kroismayr1 und Karin Zitterl-Egelseer2
1
Universität für Bodenkultur Wien, Department für Lebnensmittelwissenschaften und
-technologie
2
Veterinärmedizinische Universität Wien, Department für Nutztiere und öffentliches
Gesundheitswesen in der Veterinärmedizin
Einleitung
Im ätherischen Öl von Oregano ist Carvacrol in relativ großen Mengen enthalten. Viele
Untersuchungen mit den zur Zeit sehr modernen phytogenen Futterzusatzstoffen beobachteten nur
Leistungseffekte und spekulierten über deren Ursache (Windisch et al. 2008). In den hier
dargestellten Untersuchungen mit Aufzuchtferkel und Zuchtsauen wird der Versuch unternommen,
Transfervorgänge beim Schwein für Carvacrol aus dem Futter in den Blutkreislauf sowie die
Ausscheidung über den Harn oder eventuelle Einlagerungen in Fleisch, Fett, Leber, Niere und Milz zu
bestimmen. Zusätzlich wurde der Transfer von Carvacrol in die Sauenmilch geprüft.
Ferk elaufzuchtversuch
Die für die Untersuchung verwendeten Ferkel stammten aus der eigenen Nachzucht des Betriebes. Es
handelte sich dabei um F1-Kreuzungstiere der Rassen Edelschwein x Pietrain. Die mit einem Alter von
28 Tagen abgesetzte Aufzuchtferkel wurden mit einer mehligen Absetzfuttermischung über
Futterautomaten ad libitum gefüttert. Dem Futter wurde ein ätherisches Öl, welches von Oregano
gewonnen wurde, zugesetzt.
In der dritten Versuchswoche wurden individuelle Kotproben von jedem Ferkel über mehrere Tage
gesammelt, vermischt und für spätere Analysen tiefgefroren. Die scheinbare Verdaulichkeit wurde
mittels Indikatormethode bestimmt. Als Indikator wurde der Gehalt an salzsäureunlöslicher Asche
verwendet.
Weiters wurden nach der dritten Versuchswoche 12 Ferkel geschlachtet und Gewebeproben von
Bauchhöhlenfett, Lungenbraten, Leber, Niere und Milz gezogen und bei -20° C tiefgefroren. Ebenfalls
Seite 84
wurde von diesen Tieren bei der Schlachtung frisches Blut aufgefangen, mit Heparin versetzt und
zentrifugiert. Dem Blutplasma wurde zur Stabilisierung jeweils 40 µl Essigsäure 0,58 M pro ml Plasma
zugesetzt und das Plasma bei -20°C gelagert.
Zuchtsauenversuch
22 tragende Zuchtsauen der Rasse Edelschwein wurden mit 2 g / kg gemahlenem Oregano im
Alleinfutter für tragende Zuchtsauen gefüttert. Am Ende der zweiten Versuchswoche wurden Kot,
Harn und Blutproben gesammelt und daraus analog dem Ferkelaufzuchtversuch Blutplasma
gewonnen. Die Lagerung aller gewonnen Proben erfolgte bei -20° C. Die scheinbare Verdaulichkeit
wurde mittels Indikatormethode bestimmt. Als Indikator wurde der Gehalt an salzsäureunlöslicher
Asche verwendet.
In einer darauf folgenden Untersuchung wurden 12 Zuchtsauen mit 2 g / kg gemahlenen Oregano im
Alleinfutter für säugende Zuchtsauen gefüttert und am Ende der Säugeperiode Milchproben gezogen
und tief gefroren gelagert.
Aufbereitung der Futterproben zur Bestim m ung der ätherischen Ölkom ponenten
Die Quantifizierung der ätherischen Ölkomponenten in den Futtermitteln erfolgte mittels GC/MS nach
einer Festphasenmikroextraktion (SPME). Dafür wurde 1,00 g Futter mit 2,0 ml Dichlormethan
versetzt und 15 min. im Ultraschallwasserbad extrahiert. Das Extrakt wurde mit einem internen
Standard (o-Cresol) versehen und gaschromatographisch bestimmt.
Aufbereitung der M ilch- bzw . Blutplasm aproben zur Bestim m ung der ätherischen
Ölkom ponenten
Das Plasma wurde nach dem Auftauen nochmals zentrifugiert (5 min., 10.000 rpm). Nach
Überführung von 1,00 ml Plasma bzw. Milch in ein Reagenzglas mit Lamellenstopfen wurden 40 µl
Essigsäure 0,58 M und 100 µl β-Glucuronidaselösung (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) zugesetzt.
Anschließend erfolgte eine Inkubation bei 37°C im Wasserbad für 30 min. Danach wurden 50 µl
interne Standardlösung (40,0 mg o-Cresol gelöst in 2 ml Methanol, aufgefüllt mit Aqua dest. ad
100 ml, verdünnt mit Aqua dest. 1:10) zugesetzt. In ein 10 ml-Headspace Vial wurden 1,0 g NaCl
(Suprapur®, Merck, Deutschland) eingewogen, 100 µl H3PO4 hinzupipettiert und ein Magnetrührkern
sowie das behandelte Plasma zugegeben.
Aufbereitung der Fleisch- (Leber, Niere, M ilz, Lungenbraten, Bauchhöhlenfett) und
K otproben
3,00 g der vorzerkleinerten Gewebe- bzw. Kotprobe wurden in ein 20 ml-Probenfläschchen
eingewogen, mit 5 ml Aqua dest. versetzt und anschließend mit dem Ultraturrax homogenisiert.
Danach wurden 200 µl Essigsäure 0,58 M und 200 µl ß-Glucuronidaselösung (Sigma-Aldrich, St. Louis,
MO, USA) hinzugegeben und die Probe bei 37°C für 30 min., verschlossen mit einem Septum,
inkubiert. Anschließend erfolgte die Zugabe von 1,0 g NaCl (Suprapur®, Merck, Deutschland), 50 µl
interner Standardlösung (40,0 mg o-Cresol gelöst in 2 ml Methanol, aufgefüllt mit Aqua dest. ad
100 ml, verdünnt mit Aqua dest. 1:5), 100 µl H3PO4 und einem Magnetrührkern.
W eitere Aufbereitung und B estim m ung der ätherischen Ölkom ponenten
Das Probenfläschchen mit der vorbereiteten Probe (Plasma, Fleisch, Kot) wurde luftdicht mit Alukappe
und Septum verschlossen und der Inhalt am Magnetrührer kurz durchgerührt. Dann wurde mit einer
Nadel das Septum durchstochen und durch dieses Loch der Faserhalter mit der Polydimethylsiloxandivinylbenzen- (PDMS-DVB) Faser (65µm, Supelco, Bellefonte, PA, USA) geschoben. Die Inkubation
der Faser in der Gasphase über der Probe erfolgte für 35 min. bei 80°C mit 750 rpm im Wasserbad
am Magnetrührer. Anschließend wurde die Faser in den Injektorblock des GC/MS-Gerätes überführt
Seite 85
und dort 5 min. bei 250°C desorbiert. Zur Reinigung wurde die Faser vor Beginn jeder weiteren
Exposition 10 min. bei 250°C im Injektorblock ausgeglüht.
Die Analyse erfolgte mit einem Gaschromatographiegerät (HP 6890) mit massenselektivem Detektor
(HP 5972) (Agilent Technologies GmbH, Willmington, DE, USA) an einer 30 m x 0,25 mm Kapillarsäule
(Restek Corporation, Bellefonte, PA, USA) bei einem Splitverhältnis von 1:1. Die Starttemperatur von
60°C wurde für 5 min. gehalten, dann wurde mit einer Aufheizrate von 4°C pro min. auf 120°C und
weiter mit 20°C pro min. auf 240°C aufgeheizt. Die Nachheizphase bei 300°C dauerte
5 min. Unter diesen Bedingungen eluierte Carvacrol nach ca. 20 min.
Ergebnisse
Futter
Carvacrol als Hauptkomponente von Oregano erreichte im Ferkelfutter mit 15,1 mg/kg den höchsten
Wert der ätherischen Ölkomponenten. Im Alleinfutter für tragende Sauen wurden 33,3 mg/kg
Carvacrol bestimmt. Das Alleinfutter für säugende Sauen enthielt 27,8 mg/ kg Carvacrol.
Scheinbare Verdaulichk eit
Die scheinbare Verdaulichkeit von Carvacrol lag bei den tragenden Zuchtsauen bei 96,5 % und
Aufzuchtferkeln bei 99,6 %. Dies bedeutet, dass diese Substanz fast zur Gänze resorbiert wurde.
Blutplasm a
Im Blutplasma der Ferkel konnten mit der SPME-GC/MS-Analytik Carvacrol-Werte von 106-171 ng/ml
gefunden werden. Im Blutplasma der tragenden Sauen konnten Durchschnittswerte von 216 ng/ml für
Carvacrol festgestellt werden. Die Ergebnisse lagen somit in ähnlicher Höhe wie bei den Ferkeln.
Harn
Die Untersuchung der Harnproben der tragende Zuchtsauen zeigte erwartungsgemäß große
Schwankungen in Abhängigkeit der aufgenommenen Wassermengen. Im Durchschnitt lagen die Werte
für Carvacrol bei 1982 ng/ml.
Gew ebeuntersuchungen
In den Leber-, Milz-, Bauchhöhlenfett- und Lungenbratenproben konnten keine ätherischen
Ölkomponenten mit dieser Methode gefunden werden. Im Nierengewebe konnten bei den Ferkeln
Werte von 122 ng/g für Carvacrol bestimmt werden.
Sauenm ilch
In den Milchproben konnten mit 13,5 ng/ml Carvacrol im Durchschnitt nur extrem geringe
Konzentrationen analysiert werden. Unter der Berücksichtigung der Tagesmilchleistung der Sauen
lässt sich für Carvacrol von etwa 0,1 % berechnen.
Seite 86
Zusammenfassung
Carvacrol wird im Darm sehr gut resorbiert. Eine Einlagerung dieser Substanz in Fett, Fleisch, Leber
und Milz konnte nicht nachgewiesen werden. Der Nachweis in der Niere ist durch die Ausscheidung
der Substanz über den Harn erklärbar. Die Wiederfindung in der Sauenmilch ist nur in einem sehr
geringen Umfang gegeben und ermöglicht dadurch keine indirekte Zufuhr an die Saugferkel mit damit
verbundenen positiven Effekten.
Literatur
Windisch, W., K.Schedle, C. Plitzner und A. Kroismayr: Use of phytogenic products as feed aditives for swine and poultry.
Journal of Animal Science 2008, 86, E140 – E148.
Autorenanschrift
Ao. Univ.- Prof. Dr. Wolfgang Wetscherek
Department für Lebensmittelwissenschaften und –technologie
Gregor Mendel Straße 33, 1180 Wien
e-Mail: [email protected]
Seite 87
Firmensponsoring - BASF ChemTrade GmbH, Kornfeldgasse 21 g, A-2512 Tribuswinkel
Seite 88
Phytogene Zusatzstoffe / Phytogenic Additves
Effect of five plant extracts on broiler performance during
coccidiosis
C. Ionescu1, L. Mazuranok1, M. Naciri2, A. Vikari3, and D. Bravo1
1
Pancosma Research, Geneva, Switzerland
2
INRA, Nouzilly, France
3
Pancosma S.A., Geneva, Switzerland
Introduction
Coccidiosis in chicken is known to impact digestive tract integrity, to induce an immune response and
to reduce growth. Some plant extracts are known to be antimicrobial and immune stimulants and they
could positively impact the response of a chicken in challenged conditions.
The objective of this experiment was to test 5 plant extracts: Reishi (R), Shiitake (S), Berberin (B),
Turmeric (T) and Chilli pepper (C) on performance and parasitical parameters in broiler chickens
challenged with Eimeria acervulina.
Material and methods
The trial was set in 2 rooms of 36 cages with 4 chickens per cage. The animals were 288 male broiler
chickens. The trial checked the differences between 12 treatments (see table 1) each consisting of 6
replicates or cages. The plant extracts were introduced in the diets from day (d) 7 to 21 and were
compared to a non infected not treated (NINT) and an infected not treated (INT) group. The
allocation of broilers to the treatments was made on d 7 and all animals, except those from NINT
group, were challenged on d 14 with 220 000 E. acervulina sporulated oocysts.
During the trial, both performance and parasitical parameters were observed. Performance was
measured by body weight (BW), feed intake (FI) or calculated as feed conversion ratio (FCR) on d 7,
14, 18 and 21. Lesion scores were measured on d 18 and 21 and ranked between 0 and 4 (Johnson
and Reid, 1970). Oocyst excretion was also measured between d 18 and 21 on collected faeces on d
21 (Hodgson, 1970).
Seite 89
Table 1: Treatments
Treatments
Treatments
abbreviation
Infection
Dose of inclusion in
mg/kg feed
Not infected not treated
NINT
No
0
Infected not treated
INT
Yes
0
R1
Yes
35
R2
Yes
70
S1
Yes
80
S2
Yes
160
B1
Yes
40
B2
Yes
80
T1
Yes
40
T2
Yes
80
C1
Yes
30
C2
Yes
60
Reishi (R)
Shiitake (S)
Berberin (B)
Turmeric (T)
Chilli pepper (C)
Statistics
The GLM Procedure of SAS (SAS Institute, 2003) was used with the following model:
Y= μ + Tr + ε where Y was the outcome (BW, FI…), μ the outcome of the mean, Tr the treatment
with level 1 = NINT, level 2 = INT, level 3 = R, level 4 = S, level 5 = B, level 6 = T and level 7 = C
where the products were tested independently of their dose and ε the residual error.
Differences among treatments were analysed using Bonferroni test for performance data and
Newman-Keuls test for parasitological data.
The BW of the broilers were not different on d 7 and 14. On d 21 (see Table 2), the infection reduced
BW significantly (P<0.02). Shiitake and Turmeric had intermediary BW between INT and NINT
animals. The FCR during the overall trial period was increased (P>0.1) by the infection (1.58 vs.
1.43). No statistical differences could be observed on FCR between the INT group and the different IT
groups.
Seite 90
Table 2: BW of broilers on d 7, 14 and 21 in g and FCR for the d 7-21 period
Parameters
Treatments
NINT
INT
R
S
B
T
C
SE
132
132
132
132
132
132
132
0.70
BW – d 14
370
367
372
366
363
363
368
2.63
BW – d 21
809a
704b
711b
729ab
706b
719ab
712b
7.06
FCR d 7-21
1.43A
1.58AB
1.58AB
1.58AB
1.61B
1.57AB
1.64B
0.01 <0.007
BW – d 7
P
NS
NS
<0.02
Means with different letters within a line differ significantly
No lesion scores (Figure 1) were observed in NINT chickens showing that there was no infection bias
in this experiment.
P<0.001
Figure 1: Lesions scores of broilers fed the 5 plant extracts on d 18 and d 21.
On d 18, the lesion scores of broilers fed either Reishi, Shiitake or Turmeric were significantly reduced
when compared to INT (P<0.001). On d 21, the lesion scores of broilers were only significantly
reduced for the Reishi group when compared to INT. The differences observed in time between the 3
products could be explained by various mode of action. Both Reishi and Turmeric are known to have a
ulcer-healing effect in rats. For Reishi it was due to a TNF-alpha reduction and an increased
production of mucus (Gao et al., 2002). For Turmeric it was due to a decrease in some antioxidant
enzymes: catalase and glutathione peroxidase generally increased by the disease (Sivalingam et al,
2007). In piglets, Shiitake induced a lower turnover of epithelial cells possibly linked to a reduction in
Seite 91
total microflora (van Nevel et al, 2003). The fact that only Reishi fed broilers still had a significant
reduction in lesion score on d 21 could indicate that the TNF-alpha reduction and the increased
production of mucus could be more beneficial in coccidiosis challenges than antioxidant, cell
proliferation or microflora modifications.
No differences in oocyst excretion (see Table 3) were measured between all the infected groups.
These results indicate that the tested plant extracts did not directly act on the pathogen in situ.
Table 3: Oocyst excretion (log106) between d 18 and 21 expressed as oocysts/chicken/day
Treatment
Oocyst excretion
NINT
INT
R
S
B
T
C
0b
8.21a
8.28a
8.36a
8.30a
8.34a
8.50a
Means with different letters are significantly different P<0.001.
Conclusion
On day 21, Shiitake or Turmeric groups had an increased BW compared to the INT and they could be
valuable feed additives to lessen growth impact reduction due to coccidiosis.
On day 18, or 4 days post-infection to E. acervulina, Shiitake, Reishi and Turmeric groups had lower
lesion scores than the broilers from the INT group. On day 21, only Reishi had a consistent reduction
in lesion scores reduction when compared to INT. This indicates that Shiitake and Turmeric products
were mostly active in the first phase of the infection and the effect of Reishi on mucosa protection
was much more consistent over time as the values were closed for the two lesion scoring dates.
The absence of modification in oocyst excretion between INT and infected and treated animals
indicate that these plant extracts do not directly act on the pathogen. However, Reishi, the most
effective product to decrease lesion scores was known to act on some specific innate immunology
parameters such as the cytokine TNF-alpha, indicating that modifying immune parameters can reduce
the impact of E. acervulina coccidiosis in broiler chickens intestine lesion scores.
Summary
In Europe, coccidiostats and anticoccidial should be prohibited in 2012 as feed additives. In such a
context, different solutions should be examined to maintain performance and reduce coccidiosis
losses. That is why this trial was conducted on broiler chickens to evaluate the effects of five plant
extracts at two different dosages each: reishi, shiitake, berberin, turmeric and chilli pepper, in
comparison to a non infected non treated group (NINT) and an infected non treated control (INT) at
day 7, 14, 21 - 1) on broiler performance and 2) on parasitological status - during an infection with
Eimeria acervulina. 1) All types of plant extracts improved body weight at 21 days numerically (from
+0.3% for berberin group to +3.6% for shiitake group vs. INT). Moreover, they all improved lesion
score at 18 days either numerically as for berberin, chilli pepper groups (-5.2%, –19.2% respectively)
or statistically as for reishi, shiitake and turmeric groups (-34.4%, -44.4%, -34.4% respectively). At 21
Seite 92
days, the lesion score decreased numerically, whatever the plant extract dose, for all plant extracts
except for Reishi groups where it decreased significantly (P<0.01).
References
Gao Y., Zhou S., Wen J., Huang M. And Xu A. (2002): Mechanisms of the antiulcerogenic effect of Ganoderma lucidum
polysaccharides on indomethacin-induced lesions in the rat. Life Sci. 72, 731-745.
Hodgson J. N. (1970): Coccidiosis: oocyst counting technique for coccidiostat evaluation. Exp. Parasitol. 28, 99-102.
Johnson J. and Reid W. M. (1970): Anticoccidial Drugs: Lesion Scoring Techniques in Battery and Floor-Pen Experiments With
Chickens. Exp. Parasitol. 28, 30-36.Sivalingam N., Hanumantharaya R., Faith M., Basivireddy J. Balasubramanian K.A. and Jacob
M. (2007). Curcumin reduces indomethacin-induced damage in the rat small intestine. J Appl Toxicol. 27, 551-560.
Van Nevel C.J., Decuypere J.A., Dierick N. And Molly K, (2003): The influence of Lentinus edodes (Shiitake mushroom)
preparations on bacteriological and morphological aspects of the small intestine of piglets. Arch Tierernahr. 57, 399-412.
Corresponding Author
Dr. Armin Vikari
PANCOSMA S.A.
Voie-des-Traz 6
CH-1218 Le Grand-Saconnex, Geneva-Switzerland
Seite 93
Firmensponsoring - Pancosma S.A. , Voie-des-Traz 6, CH-1218 Le Grand-Saconnex
Seite 94
Efficacy of a phytogenic feed additive in a performance trial
with broilers
T. Steiner1, L. Perić, N. Milošević, M. Dukić-Stojčić and S. Bjedov
1
BIOMIN GmbH, Herzogenburg, Austria
2
University of Novi Sad, Faculty of Agriculture, Novi Sad, Serbia
Abstract
Phytogenic feed additives are based on plant extracts derived from herbs or spices, which have
beneficial effects on animal production and health. A large variety of plants have properties which
could potentially improve feed intake, digestion, feed conversion and body weight gain. The objective
of this trial was to evaluate the effect of a phytogenic additive based on essential oils and
fructooligosaccharides on performance of broilers. The trial was conducted on the Experimental Farm
of the Faculty of Agriculture in Novi Sad. It was designed as 2 x 6 experiment (2 treatments with 6
replicates). Treatments were: C (Control) and PH (Phytogenics). Birds in the C treatment were fed a
corn-soy-based basal diet, whereas birds in the PH treatment were fed the basal diet supplemented
with a phytogenic feed additive (Biomin® P.E.P. 125 poultry) at an inclusion rate of 125 g/ton over the
whole trial period. Each replicate (pen) consisted of a floor pen with 38 Cobb 500 broilers. The floor
was covered with straw. Stocking density was 15 birds/m2. The trial lasted for 6 weeks. Feed and
drinking water were provided ad libitum. Diets were formulated to meet the breed standards. Results
showed a positive effect of the phytogenic additive on production parameters. The difference in body
weight between birds in the C and PH treatment was statistically significant (P < 0.01) after three
weeks of age (PH: 681 g vs. C: 646 g) and this relation remained until the end of the trial (PH: 2210 g
vs. C: 2135 g). Feed conversion ratio was 1.91 and 1.87 (P > 0.05) in the C and PH treatment,
respectively. Mortality rate did not differ (P > 0.05) between treatments. Improved overall
performance by using the phytogenic additive resulted in an improved European Production Efficiency
Factor (269 vs. 258). This data indicate that inclusion of phytogenics in broiler diets can positively
influence performance, thus potentially contributing to overall productivity.
Introduction
As a consequence of dramatically increasing cost of production, poultry producers worldwide are
looking for solutions to increase the productivity of their operations. Besides optimization of
Seite 95
management and hygiene status, a main point of interest is to imply profitable strategies, thus helping
to improve efficiency of production. Among potential options, phytogenics represent a promising
group of growth promoters. Originating from plant materials, phytogenics have flavoring properties as
well as biological activities. Antimicrobial, antiviral, antioxidant and many other biological activities
have been determined in various phytogenic feed compounds. The mode of action of phytogenics in
vivo is versatile and needs further scientific evaluation. A beneficial impact on intestinal microflora,
level of microbial toxins in the gut and nutrient digestibility was reported earlier in pigs (Kroismayr et
al., 2008). Moreover, it has been speculated that phytogenics may stimulate the secretion of saliva
and digestive enzymes (Platel and Srinivasan, 2004). Recent data indicates that phytogenics may have
a pronounced impact on performance and health status of broilers (Cross et al., 2007; Ertas et al.,
2005).
The objective of this trial was to evaluate the effect of a phytogenic additive based on essential oils
and fructooligosaccharides on performance of broilers.
The trial was conducted on the Experimental Farm of the Faculty of Agriculture in Novi Sad using 456
one-day-old mixed-sex Cobb 500 broiler chicks in two treatments. There were six replicates per
treatment with 38 birds per replicate (pen), resulting in 228 birds per treatment. Each pen had a
stocking density of 15 birds/m2. A control diet based on corn and soybean meal was supplemented or
not supplemented with a phytogenic feed additive. The treatments were C (Control): Basal diet
without growth-promoting additives, and PH (Phytogenics): Basal diet + Biomin® P.E.P. 125 poultry
(125 g/t). Feed and drinking water were provided ad libitum. Diets were formulated to meet the breed
standards. All birds were subjected to three feeding phases: Starter (day 1-21), grower (day 22-35),
finisher (d 36-42). The formulation of the basal diets is shown in Table 1.
The phytogenic feed additive under evaluation is specifically designed to stabilize the gut microflora
and improve digestion in poultry. It is based on a defined blend of essential oils derived from oregano,
anise and citrus and prebiotic carbohydrates (fructo-oligosaccharides). As main active ingredients the
product contains the phenolic monoterpenes carvacrol, thymol, anethol and the cyclic monoterpene –
hydrocarbon limonen. Data were analyzed by ANOVA/MANOVA followed by LSD post hoc test using
StatSoft software (STATISTICA 8).
Seite 96
Table 1. Formulation of the basal diets
Feeding phase
Starter
Grower
Finisher
(d 1-21)
(d 22-35)
(d 36-42)
Corn
47.50
55.24
61.70
Soyameal (44% crude protein)
34.24
24.85
22.48
Full fat soya (extruded)
10.20
11.85
7.79
Oil
4.00
4.00
4.00
Limestone
1.30
1.18
1.09
Mono calcium phosphate
1.30
1.39
1.40
Salt
0.30
0.30
0.38
Methionine
0.16
0.19
0.16
Premix
1.00
1.00
1.00
Crude protein (%)
22.8
20.0
18.0
Crude fiber (%)
4.19
3.77
3.49
Crude fat
8.40
8.85
8.35
ME MJ/kg
13.0
13.4
13.4
Lysine (%)
1.31
1.10
0.96
Methionine (%)
0.51
0.50
0.45
Calcium (%)
0.90
0.85
0.80
Total P (%)
0.70
0.70
0.67
Ingredients (%)
Calculated nutrient composition:
Performance parameters were improved when the diets were supplemented with the phytogenic
additive. Body weights measured in the course of the experiment are shown in Table 1. The difference
in body weight between birds in the C and PH treatment was statistically significant (P < 0.01) after
three weeks of age (PH: 681 g vs. C: 646 g) and this relation remained until the end of the trial. Final
body weight at 42 days of age was significantly (P < 0.05) higher by 3.5% as compared to the Control
group (PH: 2210 g vs. C: 2135 g).
Seite 97
Table 2. Effect of phytogenics on average body weight
Age
Control
Phytogenics
Day old
37
38
1 week
133
134
2 week
317
321
3 week
645b
680a
4 week
1119b
1157a
5 week
1593b
1650a
6 week
2135b
2210a
a,b
Significant difference between treatment means (P < 0.001)
Feed conversion ratios (FCR) are shown in Figure 1. After three or six weeks of age, FCR was 3.9 and
2.1% lower as compared to the Control group.
Mortality rate did not differ (P > 0.05) between treatments (C: 3.07%, PH: 4.4%). The overall
productivity was increased by 11 points or 4.3%, as indicated by the European Production Efficiency
Factor (Figure 2).
Figure 1. Effect of a phytogenic feed additive on feed conversion ratio at three and six weeks of age
Seite 98
Figure 2. Effect of a phytogenic feed additive on European Production Efficiency Factor (EPEF).
EPEF=[Body weight (g) × survival rate (%)] / [FCR × duration of trial (days)] × 10
Positive effects of phytogenics on broiler performance were also obtained by Cross et al. (2007) and
Bölükbaşi et al. (2006). In these reports, essential oils originating from thyme and yarrow improved
body weight gain and FCR. Phytogenic feed additives are considered as alternative to antibiotic
growth promoters. The impact of a blend of essential oils originating from oregano, clove and anise in
comparison to a conventional antibiotic growth promoter (Avilamycin) was investigated in a trial with
broilers (Ertas et al., 2005). The phytogenic feed additive, fed at graded doses (0, 100, 200, 400
ppm), significantly improved average daily weight gain and FCR ratio and these improvements were
even higher in magnitude in comparison to the antibiotic. The effects of phytogenic supplementation
were highest at a dosage of 200 ppm, indicating a close dose-dependency between performance
parameters and the level of supplemental phytogenics. Additionally, there was an increase in feed
intake following administration of the phytogenic after three experimental weeks.
Several feeding strategies may be implemented to assist in promoting health and performance status
in poultry production. In this sense, there is growing evidence that phytogenics represent one of the
most promising groups of feed additives (Raper, 2007). In addition to a flavoring effect, incorporation
of phytogenics may result in a stimulated secretion of digestive juices and a stabilization of the gut
microflora, thus affecting nutrient digestibility, immune status and overall animal performance. Most
of the effects of phytogenics seem to be dose-dependent. Further factors affecting their efficacy
include type of diet, feeding regimen, hygienic conditions, management practices and genetics of the
birds.
Conclusion
This data indicates that inclusion of the phytogenic feed additive under evaluation (Biomin® P.E.P. 125
poultry) in broiler diets can positively influence performance, thus potentially contributing to overall
productivity.
Seite 99
Literature
Bölükbaşi, Ş.C., Erhan, M.K. and Özkan, A. (2006). Effect of dietary thyme oil and vitamin E on growth, lipid oxidation, meat
fatty acid composition and serum lipoproteins of broilers. South African Journal of Animal Science 36, 189–196.
Cross, D.E., McDevitt, R.M., Hillman, K., Acamovic, T. (2007). The effect of herbs and their associated essential oils on
performance, dietary digestibility and gut microflora in chickens from 7 to 28 days of age. British Poultry Science 48, 496–506.
Ertas, O.N., Güler, T., Çiftçi, M., DalkIlIç, B. and Simsek, Ü.G. (2005). The effect of an essential oil mix derived from oregano,
clove and anise on broiler performance. International Journal of Poultry Science 4, 879–884.
Platel, K., and Srinivasan, K. (2004) Digestive stimulant action of spices: A myth or reality? Indian Journal of Medical Research
119, 167-179.
Raper, G. (2007) Increased interest for plant extracts. Feed Mix 15(6), 12-14.
Autorenanschrift
Dr. Tobias Steiner
BIOMIN GmbH
Industriestrasse 21
3130 Herzogenburg, Austria
Seite 100
Effects of the dose of capsicum extract on intake, water
consumption and rumen fermentation of beef heifers fed a highconcentrate diet
D. Bravo1, M. Rodriguez-Prado2, S. Calsamiglia2, A. Ferret2, J. Zwieten2, A.
Vikari3 and L. Gonzalez2
1
Pancosma Research, Geneva, Switzerland
2
Universitat Autonoma de Barcelona, Spain
3
Pancosma S.A., Geneva, Switzerland
Introduction
The intensive feed-lot beef production systems rely on feeding large quantities of cereal grains and
concentrate meals that bring into the rumen large flows of highly fermentable nutrients. These
systems are often associated with rumen acidosis, bloat, digestive and metabolic disorders. The
feeding of ionophores antibiotic helps either to manage these disorders and to improve the feed
efficiency of this production by increasing protein efficiency and reduce methane losses (Tedeschi et
al., 2003). However, the production of antibiotic free meat or milk is increasing worldwide. This
market tendency started few years ago in some European countries and has been validated by the
ban of antibiotic in European Community in 2006. To satisfy consumer expectations, more and more
countries are now producing significant amounts of meat or milk without antibiotic growth promoters
even if national legislation still authorizes their use.
For ruminant feeding systems, new potential feeding strategies were reviewed by Wallace (2004) and
Calsamiglia et al. (2007). For the rumen modification effect, some plant extracts exhibit interesting
effects as decrease deamination and C2 / C3 ratio. This is the case for cinnamaldehyde, eugenol and
capsicum oleoresin (Calsamiglia et al., 2007). For example, increasing doses (0. 0.3, 3 mg.L-1) of
capsicum oleoresin (CAP) have been shown to decrease gradually the ratio C2 / C3 (-7.7%, -30.8%
and -38.4% respectively, Cardozo et al., 2005). Beyond rumen modification effect, another important
parameter of growing ruminant fed with high fermentable diets is the feed intake amount and pattern.
The intake level per se is important for production (NRC, 2001) as it alters the site of digestion and
total tract digestion of starch and total organic matter in high concentrate diets (Galyean et al., 1979).
Moreover the intake pattern determines the pH pattern of the rumen, which is important for control of
acidosis (Kaufman, 1976). Little research has been done on the effects of CAP on dry matter intake
(DMI) and intake pattern in ruminants. Daily doses of 0.5 g and 1 g CAP increased DMI by +12.1% (P
< 0.10) and +9.2% (P < 0.05) on heifers fed high concentrate diet (respectively, Fandino et al., 2007
and Cardozo et al., 2006). Moreover, recently, 0.5 g of CAP was shown to increase water and feed
Seite 101
consumption and to alter feed intake pattern and behavior (Rodriguez-Prado et al., 2008).The
objective of the present work was to determine the effect of increasing doses of capsicum oleoresin
on feed intake pattern and rumen metabolites , in growing heifers fed high concentrate diet.
Anim als
Four Holstein heifers with initial body weight of 360kg (+60kg) were fitted with a 1-cm i.d. plastic
ruminal trocar. They were used in a 4 x 4 Latin square design. Each of the four periods lasted 3
weeks, one week of adaptation, one week of intake recording and one week of ruminal fluid sampling.
Heifers were individually housed in tie-stalls.
Diets
The heifers were fed once per day at 8:00 hour. They were offered a hand mixed TMR containing
90% concentrate and 10% barley straw on ad libitum basis, at 110% of the intake at the previous
day. If the intake changed, the offered amount was adapted. The concentrate composition is detailed
in Table 1.
Table 1. Concentrate composition (expressed in % of DM).
Feedstuffs
Content
Ground barley grain
32.2
Ground corn grain
27.9
Soybean meal
13.3
Soy hulls
8.1
Wheat
7.5
Corn gluten feed
7.2
Sunflower
2.8
Megalac
1.1
Calcium carbonate
0.5
Dicalcium phosphate
0.5
Vitamin supplement
0.4
The diet (16.1% CP, 22.0% NDF, 54.3% NSC (Non Structural Carbohydrates); DM basis) was
designed to meet or exceed nutrient recommendations of a 360 kg of BW Holstein heifer with an
average daily gain of 1.15 kg / d (NRC, 2001).
Ex perim ental treatm ents
The treatments were organized in a 4 * 4 Latin Square with the 4 levels treatment CAP: 0 vs. 125 (L1)
vs. 250 (L2) vs. 500 (L3) mg.head-1.day–1 of a product containing 20% of capsicum oleoresin with 6%
of capsaicin and dihydrocapsaicin (Xtract 6933®). The extract supplements were manually mixed with
the daily offered amount of feed.
Seite 102
Ex perim ental m easurem ents
During the fifth day of the week 3, animals were moved from an individual tie stall with hade caps, in
the open air, to the barn were intake recording took place after 3 days of adaptation. To record feed
intake from day 9 to day 14 of each experimental period, an automated system was used. Feed bunks
(120 L capacity) were mounted on waterproof digital platform scales for each stall. Iron bars were set
between the heifers and the scale to avoid entrance, foot step or head resting on the scales. Each
scale was programmed to transmit the feed weight at 1-min intervals. This interval was chosen
because it was considered to be a reliable indicator of short-term feeding behavior. The information
was downloaded into a personal computer with a software application. Feeding events were
registered as 7 minute-by-minute feeder disturbance. Each feed weight observation was classified as
an “eating” observation when the as-fed feed intake (actual feed weight minus the prior one) was
greater than 10 grams or when the measurement was recorded as “unstable” due to the animal’s
head pushing on the scale while eating. Otherwise, the observation was considered “no eating”. The
data was corrected for moments when the heifers were pushing on the scales. Intake was calculated
by multiplying the disappearance from the scales with the average dry matter content of the feed. The
DM content of the fresh offered concentrate and straw was determined. The residuals separated in
straw and concentrate, were weighed and dry matter content was determined. Separation of the
residuals was performed by a Penn State Forage Separator (PennState University, Pennsylvania, USA)
and all particles smaller than 8 mm were considered as concentrate. Determination of DM occurred by
oven drying of the feed at 105°C for 24 h. The feeding pattern was determined by calculating the
intake per 2 hours. Water intake was monitored by using individual drinking cups equipped with
individual flow meters.
Measurement of pH was performed by sampling ruminal fluid via the trocars. The ruminal pH was
measured immediately with a portable pH measuring device. pH was measured just before feeding in
the morning, and at 3, 6 and 12 h after feeding, this was measured during the first 3 days of the third
week.
Statistics
Data were examined using the GLM Procedure of SAS (SAS Institute, 2003).
To determine statistical differences in water intake, daily DMI and daily concentrate DMI, the following
model was used: Y = m + a + b + c + d + ε where Y is the outcome (DM intake, concentrate intake,
water intake,…) which mean is m. The parameters a, b, c and d are respectively the period effect (4
levels), the animal effect (4 levels), the day effect (3 levels) and the CAP effect (4 levels).
To determine statistical differences between the time intervals during the day in DMI, and pH, the
following model was used: Y = m + Cov + a’ + b’ + c’ + d’ + ε where Y is the outcome (DMI, rumen
pH…) which mean is m. Cov is the covariable (eg. pH of the previous 2h interval or DMI of the
previous 2h interval). The parameters a’, b’ and d’ are respectively the period effect (4 levels), the
animal effect (4 levels), and the CAP effect (4 levels).
In all models, ε is the residual error. Differences among treatments were determined using a Tukey
test.
Seite 103
Results und discussion
Effect on DM I and w ater intake
The effect of increasing dose of CAP on water intake, concentrate DMI and total DMI are presented in
the Table 2.
Table 2. Effect of increasing dose of CAP on water, straw, concentrate and total intake
P-value
Outcome
CAP (mg.head-1.d-1)
L1 = L2 = L3 =
0
125 250 500
Water intake, L/d
27.41 27.21 30.26 29.41
0.022 0.001 0.021
0.998 0.031 0.072 0.048 0.231 0.883
Straw DMI, kg/d
Concentrate DMI,
kg/d
0.908 0.919 1.03
1.001
0.001 0.021 0.001
0.969 0.003 0.001 0.001 0.011 0.606
7.651 7.757 8.802 8.399
0.001 0.983 0.001
0.962 0.006 0.001 0.001 0.021 0.253
0.001 0.999 0.001
0.959 0.004 0.001 0.001 0.015 0.256
8.559 8.677 9.834 9.4
Total DMI, kg/d
1
Treatment CAP effect
2
Animal effect
3
Period effect
T1
A2
P3
Linear contrast
0
0
0
L1
L1
L2
vs. L1 vs. L2 vs. L3 vs. L2 vs. L3 vs. L3
The addition of 0.5 g of CAP increased water intake (29.4 vs. 27.4 L/d, +7.3% with P = 0.072) and
total DMI (9.4 vs. 8.5 kg/d, +9.8% with P = 0.001). These findings are consistent with Rodriguez –
Prado et al. (2008) who reported +17.6% and 8.8% increase of water intake and DMI, respectively
with the same dose of CAP. For the same dose of CAP (0.5 g), the size of the effect of CAP was
similar for DMI between the present result vs. Rodriguez – Prado et al. (2008) and Fandino et al.
(2007) with +9.8% vs. 8.8% and +12.1%. With a higher dose of CAP (1g), Cardozo et al. (2006)
observed an increase of +9.2% of DMI. The size of the effect of CAP was somehow lower for water
intake with +7.3% vs. +17.6% respectively for the present trial vs. Rodriguez – Prado et al. (2008).
Intermediary dose of 0.25 g of CAP also exhibited this effect on water (30.26 vs. 27.4 L/D, +10.0%
with P = 0.031) and DMI (9.8 vs. 8.5 kg/d, +14.9%, P = 0.001). Finally, the lower dose of CAP
(0.125g) did not modify either water intake (P = 0.998) or DMI (P = 0.959).
Effect on feed intake pattern
The feeding pattern is presented in the Table 3.
When the heifers fed with the control diet, most of the intake took place during the 2 first hours after
feeding with 2.41 kg consumed on a total of 7.04 kg total consumed. Then, the heifers decreased
their feed intake until 13-14 hours after feeding when they made a second pick of intake with 0.75 kg
(on 7.04 kg on total).
During the first 2 hours interval after feeding, 0.5 g of CAP decreased numerically DMI (2.2 kg vs. 2.4
kg, P > 0.15). These results are consistent with Rodriguez – Prado et al (2008) who reported a
significant decrease of DMI for the same dose of CAP (2.2 kg vs. 3.2 kg, P < 0.001) during the 2 first
hours after feeding. Moreover, the present results indicated that the lower doses of capsicum (0.125
g) increased the feed ingested during the 2 first hours (2.0 vs. 2.4 kg, P = 0.079). Then increasing
Seite 104
dose of CAP gradually decreased DMI with 2.6 kg and 2.3 kg for respectively 0.25 g and 0.5 g of CAP.
The differences with the control were only numerical (respectively P = 0.749 and P = 0.479). The
heifers fed with 0.5 g of CAP consumed less feed (P = 0.014) during the 2 first hours compared to the
heifers fed with 0.125 g of CAP.
During the interval from 3 to 4 hours after feeding, there was no differences between the treatment
regarding DMI (P > 0.10). Then, during the interval from 9 to 10 hours after feeding, the lower dose
of CAP increased DMI (1.05 kg vs. 6.6 kg, P = 0.020) whereas the higher dose exhibited higher DMI,
from 11 to 12 hours after feeding (P = 0.067). These results confirmed that CAP modified feed intake
pattern as shown by Rodriguez – Prado et al (2008). They also demonstrate that the fragmentation of
feed intake pattern did not exist for 0.125 g of CAP but appeared with 0.250 g and remained at 0.5 g
of CAP.
Time
CAP (mg.head-1.d-1)
Linear contrast
P-value
Postfeeding (h) 0
L1 =
L2 = L3 =
125
250 500
T1
1-2
2411
2900
2612 2278
0.017
3-4
636.1 643.2 602.7 665.9 0.945
5-6
666.6 810.1 776.4 814.5 0.726
7-8
535.4 810.8 586.8 759.4 0.298
9-10
661.7 1051.7 719.9 910.4 0.017
673.6 883.2 748.9 1106.9 0.008
11-12
13-14
750.3 690.4 682.5 783.3 0.873
15-16
267.1 161.9 268.3 229.3 0.59
17-18
332.0 136.1 133.2 63.6
0.044
19-20
36.3
30.7
29.4 46.3
0.753
21-22
8.3
27.3
5.1
25.5
0.293
23-24
61.0
98.8
47.6 48.4
0.128
1
2
Animal effect
3
Period effect
4
Covariable effect (DMI previous 2 hrs interval)
A2
0.001
0.011
0.4
0.277
0.934
0.489
0.001
0.044
0.085
0.26
0.148
0.019
P3
0.001
0.022
0.4
0.047
0.001
0.004
0.001
0.039
0.131
0.158
0.602
0.079
0
Cov4 vs. L1
0.079
0.095 0.999
0.217 0.765
0.005 0.363
0.031 0.020
0.531 0.396
0.017 0.974
0.859 0.634
0.003 0.195
0.316 0.988
0.754 0.551
0.145 0.288
0
vs. L2
0.749
0.988
0.879
0.989
0.969
0.933
0.962
1.00
0.177
0.977
0.996
0.934
0
vs. L3
0.911
0.992
0.748
0.544
0.263
0.067
0.996
0.973
0.035
0.937
0.629
0.99
L1
vs. L2
0.479
0.980
0.996
0.534
0.063
0.734
0.999
0.622
1.000
0.998
0.42
0.091
L1
vs. L3
0.014
0.996
1.000
0.989
0.653
0.304
0.914
0.869
0.877
0.803
0.999
0.166
L2
vs. L3
0.351
0.932
0.994
0.729
0.507
0.032
0.901
0.971
0.889
0.758
0.499
0.991
Effect on rum en pH and m etabolites
The effects of the treatments on rumen pH and metabolites are presented in the Table 4.
The two highest dose of CAP decreased rumen pH (5.84 and 5.86 vs. 6.02, P = 0.056). This was also
observed by Rodriguez – Prado et al. (2008) with a numerical decrease of rumen pH with 0.5 g of CAP
(6.95 vs.7.0, P > 0.1).
Increasing dose of CAP increased the total VFA production, the effect becoming significant with 0.25 g
of CAP and remaining significant for 0.5 g (respectively 144.7 and 142.9 vs. 134.2 mM, P = 0.056).
The higher dose of CAP was associated with an increase of +6.5% of total VFA which is lower than
the increase of total VFA reported by Rodriguez – Prado et al. (2008) with +9.3% (154.3 vs. 141.2
mM, P = 0.001). Within VFA, the two highest doses of CAP numerically increased the molar proportion
of propionate (24.3 and 27.2 vs. 22.2%, P > 0.10) and reduced significantly the ratio C2 / C3 (2.74
and 2.38 vs. 3.19, with P = 0.113). Particularly, the size of the effect of the higher dose of CAP was –
25.4% which was higher than the –16.7% decrease of C2 / C3 ratio reported by Rodriguez – Prado et
al (2008) for the same dose of CAP.
Seite 105
Outcomes
CAP (mg.head-1.d-1)
pH – Global
Total VFA, m M
0
L1 = L2 = L3 =
vs.
500
T1
A2
P3
Cov4 L1
0
125
250
6.02 5.96 5.84 5.86 0.003 0.001 0.055 0.001 0.598
134.2 140.1 144.7 142.9 0.085 0.322 0.021 0.001 0.533
0
vs.
L2
0.056
0.074
0
vs.
L3
0.056
0.074
L1
vs.
L2
0.158
0.694
L1
vs.
L3
0.320
0.916
L2
v
s.
L3
0.980
0.973
Individual,
mol/100mol
Acetate
Propionate
Butyrate
Isobutyrate
Valerate
Isovalerate
C2:C3
Lactate
59.64
22.17
14.87
0.99
1.82
0.74
3.19
0.26
0.001
0.001
0.068
0.132
0.020
0.189
0.001
0.541
0.998
0.460
0.181
0.951
0.965
0.669
0.113
0.674
0.998
0.460
0.181
0.951
0.965
0.669
0.113
0.674
0.970
0.298
0.389
0.200
0.781
0.129
0.053
0.999
0.001
0.001
0.313
0.146
0.012
0.636
0.001
1.000
0.001
0.202
0.999
0.997
0.138
0.761
0.258
0.999
1
2
3
4
59.9
21.7
14.6
1.05
1.74
0.77
3.25
0.18
59.46
24.33
13.59
0.97
1.79
0.70
2.74
0.19
Animal effect
Period effect
Covariable effect (Sampling hour)
Linear contrast
P-value
55.42
27.24
13.49
0.96
1.92
0.73
2.38
0.18
0.001
0.001
0.001
0.077
0.016
0.033
0.001
0.598
0.113
0.071
0.049
0.034
0.001
0.001
0.001
0.001
0.885
0.411
0.723
0.001
0.070
0.001
0.430
0.691
0.993
0.993
0.969
0.479
0.494
0.723
0.991
0.587
Conclusion
Feed intake, feed intake pattern and feed intake behavior can be a target for plant extract feed
additives. The present results indicated that daily doses of 0.25 and 0.5 g of CAP increased water,
feed consumption and altered feed intake pattern. The animals spent more time eating and the
pattern of intake was more stable during the day.
References
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Dr. Armin Vikari
PANCOSMA S.A.
Voie-des-Traz 6
CH-1218 Le Grand-Saconnex, Geneva-Switzerland
Seite 107
Dietary effect of plant extracts on performance, meat quality
and health status of rabbits
Ľubica Chrastinová1, Mária Chrenková1, Andrea Lauková2, Ján Rafay1,
Monika Simonová2, Renáta Szabóová2, Viola Strompfová2, Ľubomír
Ondruška1, Ivan Chlebec1, Zuzana Vasilková3, Štefan Faix2 and Iveta
Plachá2
1
Slovak Agricultural Research Centre - RIAP, Nitra, Slovak Republic,
2
Institute of Animal Physiology of Slovak Academy of Sciences
3
Parasitological Institute of Slovak Academy of Sciences, Košice, Slovak Republic
Abstract
A total number of 96 unsexed, weaned NZW (New Zealand White) hybrid rabbits of age 5 weeks were
randomly allocated to 4 similar groups, kept in cages. The animals of experimental group (EG1) got
sage (Salvia officinalis) extract (10 µl/animal/day) in drinking water. Rabbits of EG2 were fed enriched
diet with supplement Eleutherococcus senticosus (ginseng dry extract 15 g/ 100 kg feed), rabbits of
EG3 had diet enriched with Eleutherococcus senticosus (ginseng dry extract 30 g/ 100 kg feed) for 21
days. The control group (CG) was fed untreated pellet diet. The experiment lasted for 42 days, until
the animals attained the slaughter weight 2.5 kg. Body weight and feed consumption were registered
weekly. The samples of caecal content of three slaughtered animals from each group were collected
on day 42 to determine caecal bacterial content. The digesta was analyzed for pH, VFA, ammonia-N
and lactic acid. The data were analysed using the two-way ANOVA procedure. Significantly different
means of dietary groups were determined by t test.
The samples of Musculus longissimus dorsi (MLD) were homogenized and analysed for individual
parameters. We obtained the favourable values of water holding capacity, the high content of total
proteins and very favourable content of intramuscular fat. The energetic value did not exceed the
values 426–432 kJ in 100 g MLD. The pH value of rabbit meat was 5.75 –5.89 48 h post mortem.
The ginseng dry extract in rabbit diets stimulates animal growth and performance. It is very good
stimulant to prevent infections of intestinal diseases, but it is not a healing agent. Antibacterial effect
of sage was discussed in experiments with rabbits. Phytoadditives did not influence negatively
biochemical parameters in blood and caecum of rabbits. They influenced positively the health status
as well as increasing body weight gain.
Seite 108
Introduction
Infection diseases of the digestive system represent the main cause of mortality during the fattening
period in rabbits (Rosell, 2003). Mortality of rabbits can be reduced by adequate nutrition, but recent
studies also indicate favourable effects of different feed additives, such as probiotic bacteria, different
organic acids and phytogenic feed additive. Natural herbs are being explored as alternatives to
antimicrobials. Eleutherococcus senticosus, Acanthopanax senticosus (Siberian ginseng) contain
different bio active substances (Haviarová et al., 2006; Szabóová, 2007). The root contains variety of
glucosides (0.6~0.9%): daucosterol, acanthosides A, B1, C, D, E, isofraxidinglucoside, ethyl-α-Dgalactoside, syringaresinol glucoside, syringin, hyperin. In animal nutrition and medicine it is clear that
sage has a historical reputation for promotion of health and treatment of ailments. Sage is a widely
cultivated medicinal plant with a large scale of bioactive compounds. The ethanol tinctures and
decoctions from sage have long been known for their curing effect in various inflammations of oral
cavity, digestive and intestinal tract. The aromatic oil isolated from sage (Salvia officinalis L.,
Labiateae) contained of Cineole 15%, Thujone 24%, Borneole 18% (Calendula Company, Nová
Ľubovňa, Slovakia). The use of supplements containing herbal extract is widespread and increased
both in human and veterinary medicine in the Slovak Republic.
The aim of this experiment was to study the combined effect of ginseng dry extract and Salvia plant
extract on selected parameters in rabbits (antimicrobial, immunological, biochemical, zootechnical and
occurrence of Eimeria spp. oocysts).
A total number of 96 unsexed, weaned NZW (New Zealand White) hybrid rabbits of age 5 weeks were
randomly allocated to 4 similar groups, kept in standard cages.
•
•
•
•
The animals of experimental group (EG1) got sage (Salvia officinalis) plant extract (10 µl
/animal /day) in drinking water for the period of 21 days and were fed untreated pellet diet B
(Table 1) for growing rabbits.
The rabbits of experimental group (EG2) were fed enriched diet A with supplement
Eleutherococcus senticosus (ginseng dry extract 15 g/ 100 kg feed).
The rabbits of experimental group (EG3) had diet A enriched with supplement
Eleutherococcus senticosus (ginseng dry extract 30 g/ 100 kg feed).
The control group (CG) had ad libitum access to untreated pellet diet B and the drinking water
did not contain any coccidiostats drugs during experiment.
The experiment lasted for 42 days, until the animals attained the slaughtered weight 2.5 kg.
The samples of individual feeds and complete granulated mixture were analyzed for the content of
nutrients according to STN 46 7092. The content of digestible energy (DE) was calculated by the
equation of Wiseman et al. (1992).
The samples of Musculus longissimus dorsi (MLD) were collected immediately after death and stored
at 5˚C for 24h and then physical-chemical analyses (according to STN 57 0185) were made. The
samples of MLD were homogenized and analyzed for individual nutrients.
Seite 109
Table 1: Ingredients and chemical composition of the experimental diets
Feed ingredients in %
A
B
Dehydrated lucerne meal
15.2
15.2
Dried beet pulp
10.0
Oats
A
B
Dry matter
885.4
905
10.0
Crude protein
164,2
171.4
8.0
8.0
Crude fibre
171.7
173.6
Barley
3.5
4.3
Fat
33
41.4
Apple pomace
10.0
10.0
Nitrogen free extract
446.9
448.1
Wheat bran
15.0
15.0
Organic matter
815.8
834.4
Dry malting sprouts
6.0
6.0
Starch
139.4
157.4
Sunflower meal
18.0
18.0
Ash
69.6
70.5
Olive-seed meal
3.0
3.0
Calcium
9.3
6.7
DDGS
5.0
5.0
Phosphorus
6.9
4.1
Minerals &Vitamins
2.6
2.6
Lysine
7.5
9.1
Rape oil
1.7
1.7
Met+Cys
6.5
5.8
DL-methionine 0.1%
0.1
0.1
Acid detergent fibre (ADF)
196.2
210.3
Soybean meal
0.9
0.9
Neutral detergent fibre (ADF)
219.9
365.1
0
0.2
Digestible energy
11.6
11.4
1.0
0
11
10.8
Carob meal
Wheat meal +(15g vs. 30 g)
Eleutherococcus senticosus
Chemical analysis in g/kg feed
ME (MJ.kg-1)
*Provided per kg diet: vit. A 12000IU; vit.D2 2500 IU; vit. E 20 mg; vit.B1 1.5 mg; vit. B2 7.5 mg; vit. B6 4.5 mg; vit.B 12 30 µg;
vit.K 3 mg; nicotic acid 45 mg; folic acid 0.8 mg; biotin 0.08 mg ; Choline chloride 450 mg; Premix minerals (per kg diet) ca
9.25 g; P 6.2 g; Na 1.6 g; Mg 1.0 g; K 10.8 g; Fe 327.5 mg; Mn 80 mg; Zn 0.7 mg
The pH at 24 hours post mortem was measured by portable pH-meter mod. Radelkis OP-109 with a
combined electrode penetrating 3 mm into the MLD. Protein and fat content were estimated using an
INTRATEC 1265 spectroscope and expressed in g/100g: from these values, the gross energy value of
samples of meat was calculated:
Energy value (kJ/100g) = (16.75 * total protein content + 37.68 * total fat content).
Caecum digesta were collected on day 42 of the trial. The collected samples were analyzed for pH
and VFA (molar production of acetate, propionate, butyrate, valerate, capronate), ammonia-N
concentrations and content of lactic acid). Body weight and feed consumption were registered weekly.
Eimeria sp. oocysts were enumerated in the faeces samples microscopically and expressed as counts
of oocysts per 1 g of faeces (OPG). Data were subjected to two-way ANOVA. The significance of
differences was evaluated by the t-test.
Seite 110
The study was carried in the Slovak Agricultural Research Centre Nitra, Slovak Republic. There were
used 96 rabbits in experiment. They were weaned at 35 days and divided into 4 groups (2 rabbits per
cage). We did not find large differences among experimental groups in feed intake, body weight and
carcass value in fattening experiment (Table 2). Feed consumption per kg gain was the lowest in
group with the supplement of Eleutherococcus senticosus (ginseng dry extract 15 g/ 100 kg feed).
The rabbits were slaughtered before morning feeding for observation of fermentation processes in the
caecum. Concentration of observed VFA shows, that most intensive process was in the caecum of
rabbits in experimental groups (Table 4).
The results of the antimicrobial activity of the essential oils, described by Delamare et al. (2007)
reveal that the oils of Salvia officinalis inhibited the growth of Bacillus cereus, B. megatherium and B.
subtilis; partial inhibitory effect was observed against Escherichia coli and Staphylococcus aureus
(Szabóová et al., 2008).
Table 2: Effect of treatment on performance of rabbits
Parameter
EG1
EG2
EG3
Control
Number of animals in groups
24
24
24
24
Initial live weight (35 d), g
970
950
753
940
Intermediate live weight (56 d), g
1824
1764
1670
1810
Final weight (77 d), g
2530
2535
2538
2580
2.92
2.89
2.41**ABD
2.81
4.06*B
4.27
4.06*B
4.01*B
3.50
3.55
3.43
3.63
2
3
1
5
Daily weight gain, (g/d)
37.14
39.51
42.5**A,*BD
40.5
Carcass value (%)
52.25
52.44
52.31
52.26
Feed conversion ratio
between 35th and 56th day (g/g)
Feed conversion ratio
between 56th and 77th day (g/g)
Feed conversion ratio per kg gain
Mortality (n)
*P<0.05 **P<0.01 Significant difference
Slaughter parameters and quality of meat were practically similar in each experimental group (Table
3).The application of natural herb additives increased concentration of total protein and fat in rabbit
meat and energetic value of meat also increased significantly (P<0.05) in both experimental groups.
All animals were found in good health conditions during the trial. The application of Eleutherococcus
senticosus reduced the mortality and increased feed conversion ratio between 35th and 56th day of
age in rabbits (P<0.05) and average daily weight gain (P<0.01).
Seite 111
Table 3: Physical-chemical characteristics of rabbit meat (MLD) 24 h post mortem
Parameter (g.100g-1)
EG1
EG2
EG3
Control
Content of water
75.23±0.15
75.47±0.38
75.23±0.15
76.5±0.4
Total proteins
22.27±0.15
22.3±0.35
22.27±0.15
21.7±0.13
Content of fat
1.5±0.1
1.23±0.1
1.5±0.2
1.42±0.3
429.49±3.8* BD
420.0±7.17
429.49±3.8*BD
417.6±10.3
5.72±0.04
5.73±0.02
5.72±0.05
5.67±0.15
35.35±1.4*D
36.09±3.5*D
35.35±1.4*D
29.3±2.1
Energetic value
(kJ.100g-1)
pH24
Water
capacity
holding
*P<0.05 Significant difference
Table 4: Qualitative parameters in caecum
Parameter (n=3)
pH
-1
N-NH3 (mmol.1 )
Lactic acid (g.100g-1)
EG1
EG2
EG3
Control
6.12±0.01
5.87 ±0.15
6.12 ±0.32
5.87±0.01
10.3±6.6
8.66±1.65
10.91±1.47
8.66±0.15
0.057±0.01
0.041±0.02
0.052±0.01
0.064±0.01
VFA in caecum (mmol.100g)
Acetic acid
5.00±0.09
5.16±0.33
4.40±0.75
4.49±0.15
Propionic acid
0.33±0.09
0.28±0.03
0.29±0.03
0.25±0.07
Butyric acid
1.57±0.24
1.27±0.17
1.14±0.11
1.41±0.02
Other VFA
0.16±0.02
0.14±0.01
0.16±0.02
0.16±0.02
**P<0.01 Significant difference
Conclusion
Feeding of natural substances to rabbits did not influence biochemical and zootechnical parameters,
as well as it had no negative effect on growth performance in rabbits. It had positive effect on health
status and it reduced number of eimeria of oocysts in rabbit intestinal ecosystem.
Seite 112
References
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of Salvia officinalis L. and Salvia triloba L. cultivared in Sounth Brazil. Food Chem., 100, p.603-608
Haviarová, M., Chrastinová, Ľ., Szabóová, R., Simonová, M., Strompfová, V., Faix, Š.,Vasilková, Z., Plachá, I., Lauková, A.,
Rafay, J., Poráčová, J. 2006. Eleutherococcus senticosus and rabbits breeding. In: Proc.VII Days of Nutrition and Veterinary
Dietetics, Sept.2006, Košice, Slovakia, p.101.
Simonová, M., Szabóová, R., Chrastinová, Ľ., Lauková, A., Haviarová, M., Strompfová, V., Plachá, I., Faix, Š., Vasilková, Z.,
Mojto, J., Rafay, J. 2008. The use of a Ginseng extract in rabbit. In: 9th World Rabbit Congress, June 2008, Verona, Italy, p.
809-813.
Szabóová, R. 2007. Natural substances in rabbit breeding. In: Proc. 2th
Seminar of PhD. Students SAS and UVM, Sept. 2007, Košice, Slovakia, 104-107.
Rosell, J.M. 2003. Technical note. Health status of commercial rabbitries in the Iberian peninsula. A practitioners study. World
Rabbit Sci., 11, p. 157-169
Simonová, M., Szabóová, R., Chrastinová, Ľ., Lauková, A., Haviarová, M., Strompfová, V., Plachá, I., Faix, Š., Vasilková, Z.,
Mojto, J., Rafay, J. 2008. The use of a Ginseng extract in rabbit. In: 9th World Rabbit Congress, June 2008, Verona, Italy,
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STN 46 7092 Metódy skúšania krmív (Methods of feeds analyses), Bratislava, 1985
Wiseman,J., Villamide,M.J., De Blas,C., Carabaňo, M.J., Carabaňo, R.M. 1992:
Prediction of the digestible energy and digestibiblity of gross energy of feed for rabbits. 1. Individual classes of feeds. In: Anim.
Feeds. Sci. Technol., 39, p. 27-38.
Address of corresponding authors
Ing. Mária Chrenková, PhD.
Slovak Agricultural Research Centre - RIAP, Institute of Nutrition,
Hlohovská 2, 949 92 Nitra, Slovakia
Seite 113
Prebiotika, Ballaststoffe / Prebiotics, Dietary fibre
Ex vivo effect of yeast beta-glucan on lymphocyte viability of
weaning piglets
A. Ganner1, S. Nitsch2, K. Erlacher1, A. Acosta Aragon1, A. Klimitsch1 and
G. Schatzmayr1
1
BIOMIN Research Center, Technopark 1, 3430 Tulln, Austria
2
BIOMIN GmbH, Industriestr. 21, 3130 Herzogenburg, Austria
Introduction
Yeast derived beta-glucans have been considered as a potential growth promoter by beneficially
modifying the immune system. Immunomodulatory feed additives might offer alternatives to
antimicrobial growth promoters in livestock production.
Beta-1,3/1,6-glucans are naturally occurring large linear polysaccharides of glucose units found in the
cell walls of fungi.
The immune response consists of two separate, but interrelated systems: the innate immune
response, which is rapid but non-specific and the acquired immune response, which is slower, but
highly specific. The innate immune response forms the first line of defense against infection, giving
cells of the acquired immune system time to generate a specific response to an invading microorganism. There is considerable interaction between cells of the innate and the acquired immune
system, and most responses are caused by a mixture of components from the two systems.
Important cells of the innate immunity are e.g. macrophages, phagocytes and natural killer cells.
Those cells have surface beta-glucan receptors, which specifically recognize and bind the beta-1,3glucan linkage of the beta-glucan molecule. Lymphocytes belong to the acquired immunity and play a
key role in defending the body against disease. Numerous studies have shown that yeast beta-glucan
modulates the innate immunity and enhances the functional status of macrophages, stimulates the
release of cytokines and exerts anti-tumor as well as antioxidant activity. Few studies have been
devoted however, to the influence of beta-glucan on the immune responses of lymphocytes.
Therefore, our trial objective was to study the efficacy of yeast beta-glucans on ex vivo lymphocyte
viability of weaning piglets.
Material and Methods
Twenty-four, 4 week-old mixed-sex weaning piglets were divided into 4 experimental groups with 3
replicates and were fed 0, 100, 250 and 500 mg beta-glucan/kg feed. Blood samples of 6 piglets per
group were taken on days 7 and 21 after adding beta-glucan to the diet. Lymphocytes were separated
from whole blood with histopaque, which is a solution of polysaccharide with a density of 1.077 in
Seite 114
order to facilitate isolation of viable lymphocytes. A density of 106 cells per mL was pipetted into a 96
well plate and the WST-1 (water soluble tetrazolium salt) assay was used to determine the cell
viability. The principle of this assay is that tetrazolium salts are cleaved to formazan by cellular
enzymes. An expansion in the number of viable cells results in an increase in the overall activity of
mitochondrial dehydrogenases in the sample. This augmentation in enzyme activity leads to an
increase in the amount of formazan dye formed, which directly correlates to the number of
metabolically active cells. Quantification of the formazan dye produced by metabolically active cells is
done by a scanning multi-well spectrophotometer. The absorbance of the dye solution is measured at
a wavelength of 450 nm.
Statistical analyses were performed with SPSS 15.0; analysis of variance (ANOVA) and Turkey test
were used to evaluate the data.
Results
On day 7, lymphocyte viability from pigs fed 100, 250 or 500 mg/kg beta-glucan were not different
from those of control pigs (P = 0.28). On day 21, pigs fed 250 or 500 mg/kg beta-glucan had higher
(OD 0.6; P = 0.003) lymphocyte viability than the controls (OD 0.4).
The slight difference in lymphocyte viability between the control group and the trial groups might be
due to lack of bacterial challenge in this trial. Furthermore, individual or gender-specific differences
are quite substantial in weaning piglets.
In the course of the trial, beta-glucan feeding did not affect pig performance.
Fig. 1: Lymphocyte viability on day 7 after addition of beta-glucan to the diet (P = 0.283)
Seite 115
*
*
*P < 0.05 compared to control
Fig. 2: Lymphocyte viability on day 21 after addition of beta-glucan to the diet
Discussion and conclusion
The ban of antibiotic growth promoters in the European Union 2006 stimulated research in the field of
functional feed additives to find natural alternatives. Yeast derivates are potential alternatives for
antibiotics to improve animal health and animal performance. Research in the area of immune
stimulants and alternatives to antimicrobial growth promoters in livestock production has increasing
importance for industry and science. Very promising results have been shown by different authors;
future research in this field has to reproduce the statements made.
In summary, in the present study the beta-glucan preparation had a beneficial effect on lymphocyte
viability at dosage levels 250 mg/kg and 500 mg/kg on day 21. However, no difference of animal
performance was noticed between the groups. Yeast beta-glucan can be an effective
immunomodulating agent which may fortify animal health in critical transition periods.
As there are not many studies devoted to enhance the lymphocyte viability by beta-glucan
preparations, we consider the present study as an initial step in this research area. However, the
observed trend towards increased lymphocyte viability needs further elucidation.
Corresponding author
Mag. Anja Ganner
Biomin Research Center
Technopark 1, 3430 Tulln
Email: [email protected]
Seite 116
Firmensponsoring - BIOMIN GmbH, Industriestraße 21, A-3130 Herzogenburg
Seite 117
Einfluss einer neuartigen Lignocellulose auf Leistungsparameter
in der Ferkelaufzucht
A. Kroismayr1, K. Neufeld2 und P. Affentranger3
1
Agromed Austria GmbH, Kremsmünster, Österreich
2
Animal Nutrition Research Center, Österreich
3
UFA AG, Bühl, Schweiz
Einleitung
Der diätetische Einfluss verschiedener Rohfaserträger wird in der Ferkelaufzucht vorrangig mit einem
negativen Effekt auf Futteraufnahme und Leistungsdaten in Verbindung gebracht und der diätetische
Nutzen, vor allem jener von fermentierbarer Nahrungsfaser, vernachlässigt.
Eine Unterscheidung zwischen fermentierbarer und nicht - fermentierbarer Nahrungsfaser ist
notwendig, weil der ernährungsphysiologische Effekt dieser Futtermittelkomponenten auf völlig
verschiedenen Wirkmechanismen basiert. Spricht man in traditioneller Weise von Rohfaser oder
Ballaststoffen, so meint man in der Regel die Effekte nicht - fermentierbarer Nahrungsfaser. Diese
sind nicht löslich weisen aber teils ein beträchtliches Wasserbindungsvermögen auf. Im Dickdarm
bewirken nicht fermentierbare Nahrungsfasern durch den Volumenreiz eine Verkürzung der
Verweildauer des Futterbreis, folglich wird die regelmäßige Darmentleerung gefördert und somit
Verstopfung vorgebeugt (Wilfart et al, 2007). Eine zügige Darmpassage erschwert das „Aufsteigen“
pathogener Keime aus dem Dickdarm in die vorderen Darmabschnitte und trägt auf diese Weise zur
Aufrechterhaltung von Darmgesundheit und Durchfallprophylaxe bei.
Eine ausgewogene Kombination fermentierbarer und nicht - fermentierbarer Nahrungsfaser ist auch
insbesondere deshalb notwendig, weil nach neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen nicht
fermentierbare Nahrungsfaser dazu beiträgt, dass die fermentierbaren Komponenten in jene hinteren
Abschnitte des Dickdarms verlagert werden, wo die Fermentation besonders positive Effekte nach sich
zieht (Govers et al., 1999). Die nicht fermentierbare Nahrungsfaser schiebt die fermentierbaren
Anteile faktisch vor sich her bis in das hintere Colon, wo sie die Darmflora stabilisieren und die Zellen
der Darmwand unterstützen, welche die Wasserrückresorption aus dem Darminhalt gewährleisten.
Im Bereich Ferkelaufzucht und Schweinemast wird der Rohfaserkomponente einerseits ein positiver
Einfluss auf die Darmgesundheit zugesprochen, jedoch wird sie andererseits oftmals mit einer
reduzierten Futteraufnahme, Verschlechterung der Futterverwertung und folglich unbefriedigender
Leistung assoziiert (Sissons, 1993). Fütterungsversuche unter Feldbedingungen haben allerdings
gezeigt, dass eine wohl durchdachte Supplementierung von Nahrungsfaser sich günstig auf
Gesundheit sowie auf Leistungsdaten auswirkt und die Futteraufnahme und –verwertung nicht oder
positiv beeinflusst werden können.
Seite 118
Prebiotika, Ballaststoffe / Prebiotics, Dietary Fibre
Produkte basierend auf Lignocellulose enthalten sehr hohe Rohfasergehalte und werden seit geraumer
Zeit zur Nahrungsfaserergänzung eingesetzt. Im Vergleich zu traditionellen Lignocellulose Produkten,
welche mehr oder weniger aus nicht - fermentierbarer Faser bestehen, gibt es auch neuartige
Lignocellulose Anwendungen die auch fermentierbare Faserbestandteile enthalten und sich somit
positiv auf Verdauungsprozesse und Darmgesundheit von Nutztieren auswirken sollten.
In der vorliegenden Studie wurde der Einfluss einer neuartigen Lignocellulose (OptiCell®, Agromed
Austria GmbH), welche fermentierbare und nicht fermentierbare Nahrungsfaserkomponenten enthält,
auf Leistungsparameter von Aufzuchtferkeln untersucht.
Bei diesem 35 Tage dauernden Fütterungsversuch wurden 228 abgesetzte Ferkel mit einem
durchschnittlichen Alter von 27 Lebenstagen auf 2 Futtergruppen aufgeteilt. Die negative
Kontrollgruppe erhielt ein Standard Aufzuchtfutter ohne spezielle Rohfaserergänzung. Die
Zusammensetzung des Futters der Versuchsgruppe war grundsätzlich dieselbe wie jene der negativen
Kontrollgruppe, allerdings wurden zusätzlich 1,5 % funktionelle Lignocellulose beigemischt. Dadurch
kam es zu einer leichten Verdünnung der Nährstoffe in der Versuchsgruppe. Die genaue
Zusammensetzung der verfütterten Rationen ist Tabelle 1 zu entnehmen.
Tabelle 1: Zusammensetzung und Gehaltswerte der Rationen
Bezeichnung
Getreide
Getreideprodukte
Proteinträger
Fischmehl
Milchprodukte
Säuren
Aminosäuren
Mineralstoffe
Fett und Melasse
Vormischungen
Enzyme
Opticell
Gehaltswerte
RA
RP
RL
RF
VES
Lys
Ca
P
Na
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
g/kg
g/kg
g/kg
g/kg
MJ/kg
g/kg
g/kg
g/kg
g/kg
Funkt. Lignocellulose
57.68
18.69
7.30
4.78
1.74
0.86
0.79
1.80
4.15
0.71
0.02
1.5
Negative Kontrolle
58.67
18.84
7.42
4.86
1.77
0.86
0.80
1.83
4.21
0.72
0.02
48
180
55
41
13.8
12.4
6.8
5.3
2.3
49
183
55
31
14.0
12.6
7.0
5.4
2.3
Seite 119
Geprüft wurden 4 Serien à 4 Ferkelgruppen mit je 13 oder 15 Ferkeln. Total wurden 228 Ferkel mit
einem mittleren Alter von 27 Tagen eingestallt. Alle Absetzferkel stammten aus Würfen des
Muttersauenbestandes von UFA-Bühl.
Als Kriterien für die Gruppeneinteilung wurden, neben der Abstammung das Absetzgewicht und das
Geschlecht berücksichtigt. Die Versuchdauer pro Serie betrug je 5 Wochen.
Die Einzelgewichte der Tiere wurden zu Versuchsbeginn, am 15. Versuchstag und zu Versuchsende
ermittelt. Ebenso wurde der Futterverbrauch bis zu den jeweiligen Wiegetagen gruppenweise
dokumentiert. Die Futterverwertung wurde für die jeweiligen Zeiträume (Tage 1-14, 15-35, 1-35)
errechnet.
Die statistischen Berechnungen erfolgten mit dem Statistikpaket Statgraphics 5 Plus. Es wurde eine
einfache Varianzanalyse durchgeführt.
Ergebnisse
Die Tiere der Versuchsgruppe welche 1,5% funktionelle Lignocellulose in der Ration hatten,
zeigten mit 558 Gramm pro Tag eine um 20 gram höhere Futteraufnahme als die Tiere der
Kontrollgruppe (538 g/d). Dieser statistisch nicht signifikante Effekt wurde durch 42 gram
höhere Tageszunahmen (p<0.1) und 700 gram höhere Endgewichte (p<0.1) in der
Versuchsgruppe tendenziell statistisch abgesichert. Signifikant verbesserte Tageszunahmen
(p<0.05) wurden in der Versuchsgruppe von Versuchstag 15 -35 beobachtet. Für die Tiere der
Lignocellulose Gruppe zeigte sich von Tag 1-35 eine numerisch leicht verbesserte
Futterverwertung. Im Zeitraum von Versuchstag 15-35 war dieser Effekt tendenziell statistisch
abgesichert (p<0.10).Die genauen Versuchsergebnisse sind Tabelle 2 zu entnehmen.
Für die Auswertung konnten 11 Ferkel (6 aus der Versuchsgruppe, 5 aus der negativen Kontrolle)
nicht berücksichtigt werden. Der geschätzte Futterverzehr dieser Tiere wurde für die betreffenden
Buchten in Abzug gebracht.
Seite 120
Prebiotika, Ballaststoffe / Prebiotics, Dietary Fibre
Tabelle 2: Zootechnische Leistungen in den beiden Futtergruppen
Funkt. Lignocellulose
108
8
Negative Kontrolle
109
8
230
777
558
227
745
538
Gewicht (kg pro Tier)
Beginn
14. Tag
35. Tag
7.8
10.2
20.5(b)
7.8
10.2
19.5(a)
Tageszuwachs (g/Tag)
1.-14. Tag
15.-35. Tag
1.-35. Tag
172
491b
364(b)
168
458a
342(a)
1.34
1.58(a)
1.54
1.37
1.63(b)
1.57
Tierzahl
Buchtenzahl
Futterverzehr (in g pro Tag)
1.-14. Tag
15.-35. Tag
1.-35. Tag
Futterverwertungsindex (kg/kg)
1.-14. Tag
15.-35. Tag
1.-35. Tag
a,b
…...p<0.05
(a),(b)
…p<0.10
Diskussion
Im Bereich Ferkelaufzucht und Schweinemast wird der Rohfaserkomponente einerseits ein positiver
Einfluss auf die Darmgesundheit zugesprochen, andererseits wird sie jedoch oftmals mit einer
reduzierten Futteraufnahme, Verschlechterung der Futterverwertung und folglich unbefriedigender
Leistung assoziiert (Sissons, 1993). Der vorliegende Versuch kann diese Bewertung nicht bestätigen.
Vielmehr hat die Einmischung von 1.5% funktioneller Lignocellulose die Leistungsdaten z.T. signifikant
verbessert. Obwohl die Ration der Versuchsgruppe aufgrund der Verdünnung mit dem Lignocellulose
Produkt geringfügig niedrigere Nährstoffwerte aufwies, waren die zootechnsichen Leistungsdaten in
der Versuchsgruppe verbessert. Auch die Erhöhung des Gesamtrohfasergehaltes von 3.1% in der
negativen Kontrollgruppe auf 4.1% in der Versuchsgruppe wirkte sich in dieser Studie keinesfalls
negativ aus. Da die Tiere beider Versuchsgruppen unter keinen ernährungsbedingten Durchfällen
litten, und die Leistungsdaten in der negativen Kontrollgruppe ebenso auf relativ hohem Niveau
waren, stellt sich die Frage welche Effekte zu den beobachteten Leistungsverbesserungen geführt
haben.
Am wahrscheinlichsten scheint hier ein kombinatorisch wirksamer Effekt von nicht
Seite 121
fermentierbaren und fermentierbaren Nahrungsfaserkomponenten, wie sie in dem untersuchten
Produkt laut Hersteller beinhaltet sein sollen, zu sein. Die von Govers et al. (1999) beschriebene
synergistische Wirkung von fermentierbaren und nicht - fermentierbaren Faserkomponenten und
deren positive Effekte auf die Passagerate sowie die Fermentationsprozesse im Dickdarm, liefert eine
plausible Erklärung für die beobachteten Leistungsverbesserungen bei gesunden Ferkeln.
Auch andere Fütterungsversuche unter Feldbedingungen mit demselben funktionellen Lignocellulose
Produkt haben sehr ähnliche Ergebnisse wie diese Studie gebracht (Leibetseder & Neufeld, 2006). In
zwei Feldstudien konnten die Tageszunahmen verbessert werden während die Futterverwertung nicht
beeinflusst wurde. Anhand eines Punkteschemas konnte eine bessere Konsistenz der Fäzes
dokumentiert werden. Laboruntersuchungen haben diese Wahrnehmung bestätigt, da der
Trockensubstanzgehalt der Fäzes in der Versuchsgruppe mit Lignocellulose um 13% höher lag als in
der Kontrollgruppe.
Schlussfolgerung
Die vorliegende Studie bestätigt die positive Wirkung von funktioneller Lignocellulose auf
Leistungsparameter beim Ferkel. Genauere wissenschaftliche Untersuchungen zur Erforschung
des Zusammenspiels von fermentierbaren und nicht-fermentierbaren Lignocellulose
Komponenten scheinen notwendig und sinnvoll.
Literatur
Govers MJ, Gannon NJ, Dunshea FR, Gibson PR & Muir JG(1999): Wheat bran affects the site of fermentation of resistant starch
and luminal indexes related to colon cancer risk: A study in pigs. Gut 1999, 45(6): 840-847
Kroismayr A (2008): Lignocellulose – fresh wood as dietary fibre. Feed Mix, Vol 2, 2008: 13-17
Leibetseder J, Neufeld K (2006): A new lignocellulose supplement (OptiCell®) improves performance parameters and faecal
quality in weaner piglets. Unveröffentlichte Feldstudie
Leibetseder J, Neufeld K (2006): Supplementation of 1% OptiCell® improves daily weight gain and faecal quality in piglets
Unveröffentlichte Feldstudie
Sissons JW (1993): Aetiology of diarrhoea In:Cole DJA, Haresign W, Garnsworthy PC (Hrsg.): Recent developments in pig
nutrition 2, Nottingham University Press, S. 267-284
Wilfart A, Montagne L, Simmins H, Noblet J, Milgen J (2007): Digesta transit in different segments of the gastrointestinal tract
of pigs as affected by insoluble fibre supplied by wheat bran. Br J Nutr 98(1): 54-62
Autorenanschrift
Dr. Arthur Kroismayr
Bad Haller Straße 23
A-4550 Kremsmünster (Österreich)
Seite 122
Firmensponsoring - AGROMED Austria GmbH, Bad Hallerstr. 23, A-4550 Kremsmünster
Seite 123
Einsatz einer neuen Lignocellulose Formulierung bei der
Zuchtsau: Einfluss auf MMA-Symptomatik, Reproduktionsleistung und Kotqualität
Horea Sarandan1, Nina Neufeld2, Arthur Kroismayr3, Klaus Neufeld2 und
Josef Leibetseder4
1)
Department of
Rumänien
2)
3)
Agromed Austria GmbH, Österreich
4)
Institut für Ernährung, Veterinärmedizinische Universität Wien, Österreich
Physiology, Faculty
of Veterinary
Medicine
Timisoara,
Abstract
A feeding trial was performed to test the influence of a lignocellulose product for fibre
supplementation (OptiCell ® , Agromed Austria GmbH) on MMA symptoms, reproductive
performance and faecal quality. The test substance with a crude fibre content of 59% and total
dietary fibre (TDF) of 85% is a combination of fermentable and non-fermentable dietary fibre.
The investigation took place in a pig farm with evident MMA problems in Romania. Data of 65
sows over one reproductive cycle from insemination till weaning were evaluated.
31 sows of the control group were fed a standard gestation feed and standard lactation feed
whereas the 34 sows in the trial group were fed a diet supplemented with the test substance at
a concentration of 3% during gestation and 0.5% during lactation.
Sows of the trial group showed less MMA symptoms. Most notable was the significant difference
in mastitis (51,6% in control group vs. 20,6% in trial group). The trial group revealed more live
born piglets per sow (11 vs. 10,2) and more weaned piglets (8,2 vs. 7,7). Average daily weight
gain was significantly higher for trial piglets (163,8g vs. 155g). The trial group showed good
faecal quality (dry matter content shortly above 30%) over the whole test period whereas the
control group had remarkable variations in faecal quality around time of farrowing. Soft faeces
were followed by hard faeces and dry matter content increased from 27% to 42% within three
days in control group.
Seite 124
Einleitung
Die optimale Versorgung mit Nahrungsfaser spielt in der Ernährung der Zuchtsau eine
bedeutende Rolle. Die Vermeidung von übermäßiger Gewichtszunahme bei guter Sättigung ist
ebenso wichtig wie die Vermeidung von Obstipation oder Diarrhöe. Sowohl Obstipation als auch
Diarrhöe werden als prädisponierende Faktoren für die Entstehung von Symptomen des MMA
(Metritis-Mastitis-Agalaktie) Komplexes angesehen. Bei der Auswahl geeigneter Rohfaserträger
ist darauf zu achten, dass in der Futterration sowohl fermentierbare als auch nicht
fermentierbare Nahrungsfasern in ausreichender Quantität und einwandfreier Qualität zur
Verfügung stehen. Herkömmliche Rohfaserträger weisen teilweise beträchtliche mikrobielle
Kontamination oder Kontamination mit Mykotoxinen auf. Manche Rohfaserträger beeinflussen
den Mineralstoffhaushalt der Tiere und sind daher nur beschränkt einsetzbar. Auf dem Markt
haben sich daher alternative Rohfaserträger auf Basis von Lignocellulose etabliert. Der Einfluss
einer neuen Lignocellulose Formulierung (OptiCell® , Firma Agromed Austria GmbH) auf MMA
Symptomatik, Reproduktion und Kotqualität wurde im Rahmen eines Fütterungsversuchs an 80
Zuchtsauen getestet.
Versuchsdauer und Tierzahl: Für den Versuch ausgewählt wurde ein Zuchtsauenbetrieb in
Rumänien mit bestehender MMA Problematik. Versuchsdauer war ein Reproduktionszyklus von
Besamung bis Absetzen. Der Versuch wurde mit zwei Gruppen (Versuchsgruppe und
Kontrollgruppe zu jeweils 40 Zuchtsauen) geführt. Die Tiere wurden einzeln gewogen und in
Gruppen von je 10 Tieren eingestallt. Die Daten von 65 Zuchtsauen konnten ausgewertet
werden (34 Tiere in der Versuchsgruppe, 31 Tiere in der Kontrollgruppe). Jene Tiere, die erneut
besamt werden mussten, wurden von der Auswertung ausgeschlossen.
Testsubstanz: Bei der Testsubstanz handelt es sich um ein Nahrungsfasersupplement, das aus
unbehandeltem Frischholz hergestellt wird (OptiCell ® , Firma Agromed Austria GmbH). Laut
Hersteller enthält das Produkt sowohl fermentierbare als auch nicht fermentierbare
Nahrungsfasern (Rohfasergehalt 59%, Gesamtnahrungsfasergehalt 85%). Die vom Hersteller
empfohlene Einsatzdosierung für die tragende Zuchtsau liegt bei 2-3% bei rationierter
Fütterung und 2,5-4% bei Sattfütterung.
Futter: In der Kontrollgruppe wurde marktübliches Tragefutter verabreicht. Das Tragefutter für
die Versuchsgruppe enthielt 3% der Testsubstanz. Bis zum 3. Trächtigkeitsmonat wurden 2,2kg
Tragefutter pro Tier und Tag gefüttert. Ab diesem Zeitpunkt wurde die Futtermenge auf 3,5kg
erhöht. Am Tag 107 der Trächtigkeit wurden die Tiere in die Abferkelboxen verbracht, die
Futtermenge wurde auf 1,8kg pro Tier und Tag reduziert. Die Menge des Laktationsfutters
wurde dem individuellen Bedarf angepasst, es wurden 5-6kg pro Sau und Tag verfüttert. Die
Kontrollgruppe erhielt marktübliches Laktationsfutter, dem Laktationsfutter der Versuchsgruppe
wurde die Testsubstanz in einer Dosierung von 0,5% beigemischt. Die Rezepturen der
verschiedenen Futter sind Tabelle 1 zu entnehmen.
Seite 125
Tabelle 1: Futterrezepturen
OptiCell ® Gruppe
Kontrollgruppe
Tragefutter
Laktationsfutter
65,5
-
68,9
Weizen
-
63,8
-
66,18
Sojaschrot
-
10,0
6,0
10,0
14,5
6,4
10,0
6,4
Fischmehl
-
3,0
-
3,0
Fett
-
2,5
-
2,5
CaCO 3
1,3
1,5
1,2
1,5
Dicalciumphosphat
0,4
0,7
0,7
0,7
Vit-Min-Prämix
0,5
0,5
0,5
0,5
Futtersäure
-
0,4
-
0,4
Bioplus
-
0,04
-
0,04
Vitamin E
-
0,025
-
0,025
Mais
Sonnenblumenextraktionsschrot
Lysin
Tragefutter
Laktationsfutter
-
0,25
0,5
0,2
0,5
Methionin
-
0,12
-
0,12
Threonin
-
0,08
-
0,08
0,5
0,5
0,5
0,5
10,0
10,0
5,0
7,0
7,0
-
4,0
-
-
-
3,0
0,5
NaCl
Weizenkleie
Luzernepellets
OptiCell
®
Untersuchungsparameter: Kotproben der Zuchtsauen wurden zu Beginn der Trächtigkeit und
dann in monatlichen Abständen während der Tragezeit gesammelt, außerdem bei Einstallung in
der Abferkelbucht, drei Tage nach dem Abferkeln sowie beim Absetzen. Die Kotproben wurden
auf ihren Trockensubstanzgehalt untersucht.
Mit dem Umstallen in die Abferkelbucht bis drei Tage nach dem Abferkeln wurde bei den Sauen
morgens und abends die innere Körpertemperatur (Rektaltemperatur) gemessen. Am Tag 1 und
3 nach dem Abferkeln wurde das Gesäuge adspektorisch und palpatorisch beurteilt und
Mastitissymptome sowie Milchmangel protokolliert.
Die Ferkel wurden markiert und einzeln gewogen. Die Wiegungen der Ferkel erfolgten an den
ersten drei Lebenstagen sowie zum Zeitpunkt des Absetzens. Ferkelverluste wurden bis zum
Absetzen protokolliert.
Seite 126
Statistik: Die Ergebnisse wurden mittels Vierfelder- Χ 2 -Test oder t-Test überprüft. Test,
Signifikanz und Signifikanzniveau sind in der Tabellenbeschreibung angegeben.
Ergebnisse
Die Sauen der Versuchsgruppe zeigten weniger MMA Symptome (Tabelle 2). Besonders deutlich
war der Unterschied beim Auftreten von Mastitis (20,6% in der Versuchsgruppe vs. 51,6% in
der Kontrollgruppe).
Tabelle 2: MMA Symptome; a,b) statistisch signifikant (p≤0,01; Vierfelder-Χ 2 -Test)
Kontrollgruppe
Gesamt
%
Gesamt
%
Tierzahl
31
Tiere mit MMA Symptomen
29
93,55
30
88,23
Innere Körpertemp. >39,4°C
24
77,42
27
79,41
Mastitis
Agalaktie
16
100
Versuchsgruppe
a
9
34
100
b
51,61
7
29,03
7
20,59
20,59
In der Versuchsgruppe wurden mehr lebend geborene Ferkel (11,0 vs. 10,2) sowie mehr
abgesetzte Ferkel (8,2 vs. 7,7) verzeichnet. Die durchschnittliche Tageszunahme war für Ferkel
der Versuchsgruppe höher (163,8g vs. 155g).
Tabelle 3: Reproduktionsleistung; a,b) statistisch signifikant (p≤0,05; t-Test)
Kontrollgruppe
Versuchsgruppe
Lebend geboren
10,2
11,0
Abgesetzt
7,7
8,2
Geburtsgewicht
1,58
1,49
Absetzgewicht
5,91
Ferkel pro Zuchtsau
ø Ferkelgewicht (kg)
ø Tageszunahme der Ferkel (g)
154,95
6,08
a
163,82
b
Zu Versuchsbeginn wiesen beide Gruppen einen Kottrockensubstanzgehalt von 40% auf. Die
weiteren Untersuchungen ergaben für die Versuchsgruppe gleichmäßige Werte von etwas über
30% bei allen Probenahmen, während die Kottrockensubstanz in der Kontrollgruppe starke
Schwankungen – insbesondere bei den Probenahmen um die Geburt - aufwies. So wurde für die
Seite 127
Kontrollgruppe ein durchschnittlicher Kottrockensubstanzgehalt von 27% beim Umstallen in die
Abferkelbox ermittelt. Drei Tage nach dem Abferkeln lag der Durchschnittswert für diese
Gruppe bei 42,5%.
Kontrollgruppe
Versuchsgruppe
45
Kottrockensubstanzgehalt (%).....
40,25
42,53
b,e
40
40,01
33,74
35
34,47
31,46
32,9
30
d
33,27
33,02
27,09
25
33,97
Trächtigkeit
f
31,39
a,c
Laktation
20
Kotprobe 1
Kotprobe 2
Kotprobe 3
Kotprobe 4
Kotprobe 5
Kotprobe 6
Abbildung 1: Durchschnittswerte der Kottrockensubstanz aus Kontroll- und Versuchsgruppe
a,b) Unterschiede der Kottrockensubstanz in Kontrollgruppe vor dem Abferkeln und 3 Tage nach dem Abferkeln
sind statistisch signifikant (p≤0,05; t-Test)
Unterschiede der Kottrockensubstanz zwischen Kontrollgruppe und Versuchsgruppe vor dem Abferkeln (c,d) und
3 Tage nach dem Abferkeln (e,f) sind statistisch signifikant (p≤0,05; t-Test)
Diskussion
Die Häufigkeit, mit der MMA Symptome innerhalb eines Betriebes auftreten, unterliegt starken
Schwankungen. Durchschnittlich zeigen 5-30% der Zuchtsauen ein oder mehrere Symptome,
die dem MMA Komplex zuzuordnen sind. Für den beschriebenen Versuch wurde ein Zuchtbetrieb
mit offensichtlich bestehendem MMA Problem ausgewählt, daher wiesen fast alle Sauen MMA
Symptome auf.
MMA verursacht Ausfälle bei Ferkeln und Zuchtsauen, die Ferkel zeigen geringere
Gewichtszunahmen bis zum Absetzen, die Sauen entwickeln Fruchtbarkeitsstörungen, rauschen
häufiger um, und die Wurfzahl ist geringer. MMA resultiert daher in eine herabgesetzte
Reproduktionsleistung. MMA Symptome werden durch ein multifaktorielle Ursachen ausgelöst.
Prophylaktisch sind Hygienemaßnahmen für Stall und Futter von besonderer Bedeutung.
Diätetische Maßnahmen zur Vermeidung von Verstopfung, Diarrhöe oder Übergewicht werden
ebenso empfohlen wie eine diätetische Ansäuerung des Harns.
Seite 128
Für das Tragefutter wird ein hoher Rohfasergehalt angestrebt, womit einerseits Übergewicht
vermieden werden soll, andererseits soll auch Verstopfung insbesondere in den letzten Tagen
vor dem Abferkeln vermieden werden. Göransson (1989) hat gezeigt, dass das Auftreten von
Milchmangel bei Verfütterung einer rohfaserreichen und energiereduzierten Ration abnimmt,
während die Leistungsparameter der Ferkel davon unbeeinflusst bleiben.
Eine Ration mit hohem Rohfasergehalt soll eine gute Sättigung der Zuchtsauen während der
Tragezeit bewirken und somit Aggressionsverhalten und Stereotypien vorbeugen. In
Deutschland wurde daher ein minimaler Rohfasergehalt für das Tragefutter gesetzlich festgelegt
(Bundesgesetzblatt der Bundesrepublik Deutschland 2006). Bergeron et al (2000)
demonstrierten, dass eine Futterration mit hohem Rohfasergehalt bei zweimal täglicher
Fütterung stereotypes Verhalten reduziert. Noch bessere Effekte konnten bei ad libitum
Fütterung erreicht werden. Andere Untersuchungen widersprechen diesen Ergebnissen. So
sahen Holt et al. (2006) bei Verfütterung einer Ration mit hohem Anteil an Sojaschalen keinen
positiven Einfluss auf das Wohlbefinden oder die Reproduktionsleistung. Die widersprüchlichen
Ergebnisse können ihre Ursache in der Verwendung unterschiedlicher Rohfaserquellen haben.
Bei der Auswahl der Rohfaserquellen ist darauf zu achten, dass sich fermentierbare und nicht
fermentierbare Nahrungsfasern ergänzen sollten, da sie verschiedene Wirkmechanismen und
Effekte haben (Govers et al 1999). Um die Eubiose des Darmtraktes zu unterstützen ist eine
ausgewogene Kombination von fermentierbarer und nicht fermentierbarer Nahrungsfaser von
Bedeutung.
Neue wissenschaftliche Untersuchungen (Begum et al 2004) haben belegt, dass Lignin als
Precursor von Säugerlignanen wie Enterolacton und Enterodiol fungiert, die phytoöstrogene
Wirkung
haben.
Um
die
Wirkung
von
Nahrungsfasern
und
einzelnen
Nahrungsfaserkomponenten
besser
zu
verstehen,
sind
weitere
wissenschaftliche
Untersuchungen nötig.
Im beschriebenen Versuch wurde ein Nahrungsfasersupplement aus unbehandeltem Frischholz
eingesetzt. Die Testsubstanz zählt somit zu den sogenannten Lignocelluloseprodukten, die sich
in den letzten Jahren auf dem Markt etabliert haben. Die Vorteile dieser Produkte sind der
standardisierte Gehalt an Rohfaser, Lignocellulose hat keinen Einfluss auf den
Mineralstoffhaushalt der Tiere, die Produkte sind frei von Mykotoxinen und durchlaufen im Zuge
des Produktionsprozesses verschiedene thermische Hygienisierungsschritte. Die eingesetzte
Testsubstanz weist als Besonderheit auf, dass das Produkt sowohl fermentierbare als auch nicht
fermentierbare Nahrungsfaser enthält, während herkömmliche Lignocelluloseprodukte
ausschließlich nicht fermentierbare Nahrungsfaser aufweisen. Die Testsubstanz wurde bereits in
einer großen Anzahl an Feldversuchen in unterschiedlichen Dosierungen und Einsatzbereichen
untersucht. Unter Praxisbedingungen zeigte die Testsubstanz positiven Einfluss auf
Darmgesundheit und Leistungsdaten beim Absetzferkel, Mastschwein, Broiler und
Mastkaninchen (Neufeld und Leibetseder, 2008).
Um wissenschaftliche Studien in Hinblick auf die Bedeutung der Nahrungsfaserkomponente
miteinander vergleichen zu können, sollte nicht nur der Rohfasergehalt Beachtung finden,
sondern auch ADL (acid detergent lignin), ADF (acid detergent fibre), NDF (neutral detergent
fibre) und TDF (total dietary fibre) sowie die Nahrungsfaserquellen sollten in die Überlegungen
miteinbezogen werden.
Seite 129
Schlussfolgerung
Das getestete Nahrungsfaserprodukt (OptiCell ® , Firma Agromed Austria GmbH) hatte im
beschriebenen Versuch einen positiven Einfluss auf MMA Symptome, Reproduktionsparameter
und Kotqualität.
Literatur
Begum AN, Nicolle C, Mila I, Lapierre C, Nagano K, Fukushima K, Heinonen SM, Adlercreutz H,
Rémésy C, Scalbert A (2004): Dietary lignins are precursors of mammalian lignans in rats.
J. Nutr. 134: 120-127
Bergeron R, Bolduc J, Ramonet Y, Meunier-Salaun MC, Robert S (2000): Feeding motivation and
stereotypes in pregnant sows fed increasing levels of fibre and/or food.
Appl. Anim. Behav. Sci 70(1): 27-40
Bundesgesetzblatt Bundesrepublik Deutschland 2006, Teil I Nr. 37 §25(6)
Göransson L (1989): The effect of dietary crude fibre content on the frequency of post partum
agalactia in the sow.
Zentralbl. Veterinärmed. A. 36(6): 474-479
Govers MJ, Gannon NJ, Dunshea FR, Gibson PR, Muir JG (1999): Wheat bran affects the site of
fermentation of resistant starch and luminal indexes related to colon cancer risk: A study in
pigs.
Gut 45(6): 840-847
Holt JP, Johnston LJ, Baidoo SK, Shurson GC (2006): Effects of high-fiber diet and frequent
feeding on behavior, reproductive performance and nutrient digestibility in gestating sows.
J. Anim. Sci. 84: 946-955
Neufeld K, Leibetseder J (2008): Nahrungsfaser in der Nutztierernährung.
Feed Magazine 5-6: 21-27
Autorenanschrift
Dr. Nina Neufeld
Animal Nutrition Research Center
Sattelbach 13
A-2532 Heiligenkreuz, Österreich
E-mail: [email protected]
Seite 130
Einfluss einer neuen Lignocellulose Formulierung auf die
Leistungsdaten beim Broiler
A. Kroismayr1, N. Neufeld2 und K. Neufeld2
1)
Agromed Austria GmbH, Österreich
2)
Abstract
The broilers’
considerable
fermentation
flora in the
Nevertheless
evaluated.
pairs of caeca contain high quantitiy of gut bacteria which are able to produce
amounts of volatile fatty acids by microbial fermentation. Gut flora as well as
products influence health and performance of animals. To support eubiotic gut
lower intestine fermentable and non-fermentable fibre should be provided.
the adequate supply of dietary fibre for broilers has not been scientifically
In the presented field trial with 515.400 broilers it was shown that dietary fibre reveals positive
effects on performance in broilers. Control group and trial group received the same feed with
the only difference of an additional supplementation of 1% of the test substance in the grower
feed for the trial group (d 10 – d 23) without balancing metabolizable energy. The test
substance was a lignocellulose product for fibre supplementation (OptiCell ® , Agromed Austria
GmbH) which is a combination of fermentable and non-fermentable dietary fibre (fibre content
59%, total dietary fibre 85%). Animals of trial group had significantly higher daily weight gain
(51.0g vs. 46,8g in control group) resulting into higher animal weight at slaughtering (1.52kg
vs. 1.41kg in control group) and consequently leading into a remarkable better European
Efficiency Factor (EEF was 306 for trial group vs. 280 for control group).
Einleitung
Obwohl es bekannt ist, dass die paarig angelegten Blinddärme des Geflügels dicht bakteriell
besiedelt und somit Ort mikrobieller Fermentation sind und ebendort große Mengen kurzkettiger
Fettsäuren entstehen, ist Qualität und Quantität einer adäquaten Rohfaserversorgung beim
Broiler noch nicht wissenschaftlich erforscht. In Lehrbüchern und wissenschaftlichen Beiträgen
Seite 131
wird die Rohfaserkomponente, wenn sie überhaupt erwähnt wird, in Zusammenhang mit ihrer
energieverdünnenden Wirkung gesehen.
Im Rahmen eines Feldversuchs in einem Broilermastbetrieb mit insgesamt 515.400 Tieren in 12
Ställen wurde der Einfluss eines neuen Nahrungsfaserproduktes (OptiCell ® , Firma Agromed
Austria) auf die Leistungsdaten beim Broiler unter Praxisbedingungen ermittelt.
Versuchsdauer und Tierzahl: Der Versuch wurde in einem Broilermastbetrieb in MecklenburgVorpommern, Deutschland, durchgeführt. Für den Versuch herangezogen wurden insgesamt
515.400 Tiere in 12 Ställen, wobei zwei Gruppen (Kontrollgruppe und Versuchsgruppe)
untersucht wurden. Die Kontrollgruppe umfasste 351.700 Tiere, untergebracht in 8 Ställen. Die
Versuchsgruppe umfasste 163.700 Tiere, die in 4 Ställen untergebracht waren. Ausgewertet
wurden die Daten über die gesamte Mastperiode.
Testsubstanz: Bei der Testsubstanz handelt es sich um ein Nahrungsfasersupplement, das aus
unbehandeltem Frischholz hergestellt wird (OptiCell ® , Firma Agromed Austria GmbH). Laut
Hersteller enthält das Produkt sowohl fermentierbare als auch nicht fermentierbare
Nahrungsfasern (Rohfasergehalt 59%, Gesamtnahrungsfasergehalt 85%). Die vom Hersteller
empfohlene Einsatzdosierung für Broiler liegt bei 0,5-1,5%.
Futter: Die Kontrollgruppe erhielt ein marktübliches Broilerfutter (Starter-, Mittelmast- und
Endmastfutter). Der Versuchsgruppe wurde das gleiche Futter zugeteilt, Starter- und
Endmastfutter waren identisch mit der Kontrollgruppe. Für die Versuchsgruppe wurde dem
Mittelmastfutter (d 10 bis d 23) die Testsubstanz in einer Dosierung von 1% zugesetzt, ohne
weitere Veränderungen an der Rezeptur oder einen Energieausgleich vorzunehmen. Somit hatte
die Zulage des Nahrungsfasersupplements energieverdünnende Wirkung im Vergleich zur Ration
der Kontrollgruppe.
Untersuchungsparameter: Zur Auswertung herangezogen wurden die Daten der einzelnen
Ställe, die vom stalleigenen Computerprogramm (Fancom ® ) ermittelt wurden. Ausgewertet
wurden die Mastleistungsdaten, Ausfälle, Wasserverbrauch pro Tier und die errechnete
Mastkennzahl (MKZ = [Tageszuwachs (g/d) x Überlebensrate (%)] / [10 x Futterverwertung]).
Statistik: Zur statistischen Auswertung wurde der t-Test herangezogen. Signifikante
Unterschiede und Signifikanzniveau sind in der Beschreibung der Ergebnistabelle angeführt.
Ergebnisse
Die Versuchsgruppe erzielte eine bessere Mastleistung als die Kontrollgruppe (Tabelle 1). Die
Tiere der Kontrollgruppe erreichten ein durchschnittliches Schlachtgewicht von 1,41kg, die Tiere
der Versuchsgruppe im Vergleich dazu 1,52kg. Die durchschnittliche Mastdauer der
verschiedenen Ställe betrug 30,25 Tage für die Kontrollgruppe und 29,75 Tage für die
Versuchsgruppe. Die Tageszunahmen lagen in der Kontrollgruppe bei 46,8g, in der
Seite 132
Versuchsgruppe bei 51g. Die Mastkennzahl für die
Versuchsgruppe konnte eine MKZ von 306 verzeichnen.
Kontrollgruppe
betrug
280,
die
Tabelle 1: Ergebnisse des Broilermastversuchs mit insgesamt 515.400 Tieren
a,b) Unterschiede statistisch signifikant (p<0,05; t-Test)
Kontrollgruppe
Eingestallte Tiere
Versuchsgruppe
351.700
163.700
Stallverluste (%)
2,61
3,10
Ø Schlachtgewicht des Einzeltieres (kg)
1,41 a
1,52 b
Ø Futterverbrauch/Tier (kg)
2,27 a
2,43 b
Futterverwertung
1,63
1,61
Ø Wasserverbrauch/Tier (l)
4,36
4,58
a
51,0 b
Ø Tageszunahme (g)
46,8
Ø Masttage
30,25
29,75
280 a
306 b
Mastkennzahl
54
52,1
52
50,7
50,4
50,6
Tageszunahmen in g
50
48
48,1
47
46,4
47,9
47,9
46,9
45,5
46
durchschnittlich + 9%
44,7
bei Tageszunahmen
44
42
40
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Ställe
Abbildung 1: Durchschnittliche Tageszunahmen in den 12 Ställen
Kontrollgruppe: Stall 1-8, Versuchsgruppe: Stall 9-12
Seite 133
Diskussion
Wildvögel nehmen beim Schlüpfen Darmbakterien des Muttervogels auf, die sich in großer Zahl
auf der Eischale befinden. Da in den kommerziellen Brütereien auf eine möglichst keimarme
Umgebung geachtet wird, werden Eintagskücken erstmals beim Einstallen mit der
stallspezifischen Bakterienflora konfrontiert. Sobald Bakterien den Darmtrakt besiedeln,
vermehren sie sich rasch und erreichen nach weniger als einer Woche die maximale Dichte, in
den Blinddärmen >10 11 Bakterien/g Ingesta (Apajalahti et al 2004). Ist die maximale
Bakteriendichte erreicht, halten sich bakterielle Vermehrung und Abgang mit der Passagerate
der Ingesta die Waage. Durch mikrobielle Fermentation werden in den Caeca große Mengen an
flüchtigen Fettsäuren gebildet (Annison et al 1968, Bergman 1990), welche die Darmgesundheit
sowie die Wasserrückresorptionsrate positiv beeinflussen. Um die Eubiose im Bereich des
Dickdarms aufrecht zu erhalten, muss der Darmflora ihre natürliche Nahrungsgrundlage zur
Verfügung stehen. Somit ist fermentierbare Nahrungsfaser auch für den Broiler von Bedeutung,
obwohl diese Futterkomponente in der Praxis der kommerziellen Broilerfütterung bisher so gut
wie keine Beachtung gefunden hat.
Im beschriebenen Versuch wurde ein Nahrungsfasersupplement aus unbehandeltem Frischholz
eingesetzt. Die Testsubstanz zählt somit zu den sogenannten Lignocelluloseprodukten, die sich
in den letzten Jahren auf dem Markt etabliert haben. Die Hersteller beschreiben folgende
Vorteile von Lignocelluloseprodukten: Standardisierter Gehalt an Rohfaser, Lignocellulose hat
keinen Einfluss auf den Mineralstoffhaushalt der Tiere, die Produkte sind frei von Mykotoxinen
und
durchlaufen
im
Zuge
des
Produktionsprozesses
verschiedene
thermische
Hygienisierungsschritte. Die eingesetzte Testsubstanz weist als Besonderheit auf, dass das
Produkt sowohl fermentierbare als auch nicht fermentierbare Nahrungsfaser enthält, während
herkömmliche Lignocelluloseprodukte ausschließlich nicht fermentierbare Nahrungsfaser
enthalten. Die Testsubstanz wurde bereits in einer großen Anzahl an Feldversuchen in
unterschiedlichen Dosierungen und Einsatzbereichen untersucht. Unter Praxisbedingungen
zeigte die Testsubstanz positiven Einfluss auf Darmgesundheit und Leistungsdaten bei
Zuchtsau, Absetzferkel, Mastschwein und Mastkaninchen (Krieg et al 2007, Neufeld und
Leibetseder 2008).
Der Versuch hat gezeigt, dass der Einsatz von Nahrungsfaser auch beim Broiler positive
Auswirkungen auf die Leistungsdaten hat. Dies ist insbesondere deshalb bemerkenswert, weil
bei der Gestaltung des Versuchsfutters kein Energieausgleich vorgenommen wurde, und daher
die Tiere mit einem energiereduzierten Futter in der Mittelmast bessere Leistungen erzielten,
als mit dem herkömmlichen kommerziellen Futter.
Schlussfolgerung
Das getestete Nahrungsfaserprodukt (OptiCell ®, Firma Agromed Austria GmbH) wirkte sich im
beschriebenen Versuch positiv auf die Mastleistungsdaten beim Broiler aus.
Seite 134
Literatur
Annison EF, Hill KJ, Kenworthy R (1968): Volatile fatty acids in the digestive tract of the fowl.
Br. J. Nutr. 22: 207-216
Apajalahti J, Kettunen A, Graha H (2004): Characteristics of the gastrointestinal microbial communities, with
special reference to the chicken.
World’s Poultry Science Journal 60: 223-232
Bergman EN (1990): Energy contributions of volatile fatty acids from the gastrointestinal tract in various species.
Physiol. Rev. 70 (2): 567-590
Krieg I, Krieg R, Kroismayr A, Leibetseder J, Neufeld K, Neufeld N, Zentek J (2007): Einfluss einer neuartigen
Lignocellulose auf Gesundheitsstatus und Ausfallsquote in der Kaninchenmast.
Proceedings 6. BOKU Symposium Tierernährung, 15.11.2007, Wien, Österreich, S. 134-142
Neufeld K, Leibetseder J: Nahrungsfaser in der Nutztierernährung.
Feed Magazine, 2008, 5-6: 21-27
Autorenanschrift
Dr. Nina Neufeld
Animal Nutrition Research Center
Sattelbach 13
A-2532 Heiligenkreuz, Österreich
Seite 135
Lignocellulose als sichere Rohfaserquelle zur
Leistungsstabilisierung bei Häsinnen und Jungtieren in der
Kaninchenzucht
Ronald Krieg1) ,Steffen Schüle2) und Juliane Dohms3)
1)
Kleintierzucht Krieg, Deutschland
2)
J.Rettenmaier &Söhne GmbH, Deutschland
3)
Rosenberg/Ellwangen, Deutschland
Einleitung
In der Kaninchenzucht wurde international an Themen der Gesunderhaltung von leistungsfähigen
Rassen und Hybridlinien geforscht. Dabei lag der Focus in der Vergangenheit auf dem
Erkenntniszuwachs zum Bedarf des Kaninchens für Futterstoffe, speziell physiologisch relevanter
Inhaltstoffe. Zunehmend verbesserte Analysetechnologien und international koordinierte
Verbundprojekte haben besonders nach dem Jahr 2000 zu einem rasanten Erkenntniszuwachs
geführt. Eine veränderte Situation zur landwirtschaftlichen Erzeugung von Futterausgangsstoffen und
auch eine veränderte Sichtweise der Verbraucher zur Lebensmittelsicherheit haben zu einer Vielzahl
von neuen Fragestellungen der Kaninchenfütterung geführt. Ausschlaggebend war zudem das
generelle Verbot der Fütterungsantibiotika ab 2006, welche in der Vergangenheit neben der
Leistungsförderung auch gesundheitsstabilisierenden bzw. prophylaktischen Einfluss hatten. Diese
Effekte sollten bei aktuellen Fragestellungen durch Optimierung der Fütterung und Strukturierung der
Kaninchenration besonders hinsichtlich der Rohnährstoffe Beachtung finden.
Das Kaninchen ist ein monogastrischer Pflanzenfresser, dessen Verdauungssystem sehr gut an den
Verzehr großer Mengen pflanzlicher Gerüstsubstanzen angepasst ist. Insbesondere in der Phase nach
dem Absetzen, in welcher die Größendifferenzierung des Verdauungssystems noch nicht
abgeschlossen ist, hat das Kaninchen einen hohen Bedarf an ausreichend strukturierter
Nahrungsfaser. Zu geringe Gehalte unverdaulicher Faser (Lignin) im Futter können zu vermindertem
Wachstum führen, welches oftmals durch Verdauungsstörungen verursacht wird. Probleme wie
Aufblähung oder Durchfall in der ersten Zeit nach dem Absetzen bereiten Kaninchenzüchtern wie –
Mästern Schwierigkeiten. Tierverluste bis zu 30% sind keine Seltenheit (Tetens, 2007). Insbesondere
unverdauliche Nahrungsfaser spielt eine wichtige Rolle für die Gesundheit der Kaninchen und die
Aufrechterhaltung physiologischer Verdauungsvorgänge. Dem adäquaten Verhältnis von Lignin zu
Cellulose kommt hier besondere Bedeutung zu, es sollte im Aufzuchtbereich über 0,40 liegen (Gidenne
& Garcia, 2006).
Ein neuer Ansatz zur Einstellung eines optimalen Rohfasergehaltes im Kaninchenfutter ist die
Verwendung von Lignocellulose. Arbocel® Lignocellulose ist ein aus Frischholz gewonnenes
Seite 136
mykotoxinfreies Rohfaserkonzentrat. Hinsichtlich einem bereits in der Kaninchenfütterung
untersuchten Rohfaserkonzentrat (Krieg et al. 2007), welches auf Lignocellulose und
Rindenbestandteilen basierte (Patentschrift 2008), unterscheidet sich Arbocel® einerseits in der
ausschließlichen Zusammensetzung aus reiner Lignocellulose ohne Beimengung, andererseits durch
die gleichmäßige Fibrillierung der Primärfaser. Die Analysenwerte belegten die Zusammensetzung von
Arbocel® mit einem Rohfasergehalt von über 65 % und einem Lignin (ADL-) Anteil von ca. 23 % in
der Trockensubstanz.
Material und Methode
In einem handelsüblichen Kaninchen- Alleinfutter sollte ein Teil der Rohfaserquelle durch Arbocel ®
ersetzt werden. Dazu wurde im Zuchtfutter durch Zugabe von 3% Arbocel® und im Mastfutter durch
2 % Arbocel® ein Teil der Rohfaser substituiert.
Es sollte geprüft werden, ob die Änderung der Rohfaserquelle, besonders beim Lignin (ADL), einen
Effekt auf zootechnische Parameter bei Häsinnen und abgesetzten Jungtieren bis zur Schlachtreife
hat.
Bisherige Untersuchungen (Krieg et al. 2007) haben gezeigt, dass Lignocellulose einen deutlich
stabilisierenden Effekt auf die Tiergesundheit abgesetzter Kaninchen hatte. Vorliegende
Untersuchungen umfassten eine vollständige Reproduktionsperiode bis zum Absetzen mit 35 Tagen
und eine Aufzuchtperiode der Jungtiere bis zum 80. Lebenstag.
Dem Zuchtfutter sollte mehr Arbocel® zugegeben werden als dem Mastfutter, um die physiologische
Konditionierung der Jungtiere vor dem Absetzen zu unterstützen. Diesem Versuchsziel sollte
außerdem eine längere Säugedauer von 35 Tagen dienen.
Die Untersuchungen wurden in einer Kaninchenhaltung mit Boxensystemen der Fa. Meneghin sro.
Flatdeck durchgeführt. Im Untersuchungs-Betrieb wurden 30 Häsinnen der Linie ZIKA®-Hybrid in
Standardboxen mit Plastik-Rostenboden unter praxisüblichen Bedingungen gehalten.
Die Boxenmaße entsprachen den Leitlinien der WRSA (2007). Somit hatten alle Mütter mit ihren
Würfen ein Platzangebot von 4500 cm2 und jedes Jungtier nach dem Absetzen 1125 cm2.
Jede Mutter hatte freien Zugang zu ihrem Wurf.
Alle Tiere wurden in einem Stallabteil gehalten, das Stallklima wurde temperaturabhängig mit einem
Unterdruck- Entlüftungsverfahren automatisch geregelt.
Gruppeneinteilung
30 Häsinnen wurden künstlich besamt.
20 tragende Häsinnen wurden am 28. Trächtigkeitstag in zwei Fütterungs-Gruppen eingeteilt
(Kontrolle und Arbocel®- Gruppe 3%).
Zum Wurf wurde praxisüblich ein Wurfausgleich vorgenommen. Die Jungtiere wurden mit 35 Tagen
abgesetzt (4 Tiere je Box; je Gruppe 40 Tiere zufällig ausgewählt). Die Jungtiere erhielten ein
Aufzuchtfutter mit 2% Arbocel® bzw. ein Kontrollfutter ohne Zusätze. Die Nachkommen der Mütter
der Versuchsgruppe mit Arbocel erhielten ebenfalls diesen Rohfaserzusatz.
Die Aufteilung der
Jungtiere erfolgte innerhalb der Gruppen zufällig, die Geschlechter wurden getrennt gruppiert.
Die Aufstallung der Tiere erfolgte nach einer randomisierten Blockanlage.
Seite 137
Fütterung
Futter und Tränkwasser wurde ad libitum zur Verfügung gestellt.
Es wurde handelsübliches Kaninchenzucht bzw. –Aufzuchtfutter ohne Zusätze (wie Medikamente,
Kokzidiostatika) verwendet. Produzent war die REIKA Reinsdorfer Kraftfutterwerk (Sachsen).
Die Rezepturen wurden durch mengenmäßige Anpassung der Rohkomponenten auf einen
einheitlichen Rohfasergehalt abgestimmt.
Für das Zuchtfutter und das Aufzuchtfutter wurde folgende Rohfaser-Zusammensetzung analysiert:
Tab. 1: Rohfaseranalytik des Zucht- und Aufzuchtfutters
Zuchtfutter (Häsinnen + Wurf)
Aufzuchtfutter (Jungtiere Mast)
Kontrolle
Arbocel 3%
Kontrolle
Arbocel 2%
TS (g/kg)
898
896
907
905
Rohfaser (%)
16,2
16,1
16,1
15,8
Lignin (ADL) %
4,4
4,3
3,0
3,0
Parametererfassung
An allen Tieren wurden die Lebendmasse, Futterverzehr und physiologische Störungen (Durchfall und
Aufblähungen) erfasst.
Die Gewichtserfassung der Häsinnen erfolgte einzeln, der Würfe jeweils als gesamter Wurf.
Die Wurfgröße wurde anhand der lebend geborenen bzw. abgesetzten Jungtiere ermittelt. Dabei
wurden ausgetauschte Jungtiere der Empfänger-Häsin zugeordnet.
Nach dem Absetzen wurde die Lebendmasse für jedes Einzeltier ermittelt.
Das Durchfallgeschehen wurde täglich an allen Tieren erfasst. Als Durchfall wurde das Auftreten einer
verschmierten oder verklebten Analregion mit wässrigem oder zähflüssigem Kot definiert.
Abgänge wurden taggenau erfasst.
Der Futterverzehr wurde in Perioden ermittelt. Der Futterverbrauch wurde vor dem Absetzen jeweils
einer Häsin und deren Wurf zugeordnet, nach dem Absetzen jeweils einer Box mit 4 Jungtieren.
Tierabgänge wurden bei der Berechnung der Futterverwertung termingenau berücksichtigt.
Ergebnisse und Diskussion
Reproduktionsperiode
(28. Trächtigkeitstag der Mütter bis Absetzen der Jungtiere mit 35 Tagen)
Morbidität und Mortalität
Während der Hochträchtigkeit, der Wurfperiode und in der gesamten Säugezeit gab es bei den
Häsinnen keine Erkrankungen oder Abgänge.
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Die Abgänge bei den Jungtieren im Nest wurden in zwei Perioden ermittelt:
von Geburt bis 21. Säugetag ( reine Milchphase)
vom 22.- 35 Lebenstag der Nest- Jungtiere (beginnende Festfutteraufnahme).
Tabelle 2: Jungtieranzahl während der Säugezeit (n=10 Häsinnen/ Gruppe)
Arbocel®-Gruppe 3%
Kontrollgruppe
Anzahl Jungtiere zur Geburt
81
80
Anzahl am 21. Säugetag
75
77
Anzahl am 35. Säugetag
74
76
Tierabgänge 1.-21.Tag %
7,4
5,0
Tierabgänge 21.-35.Tag %
1,2
1,2
(nach Austausch)
Die Jungtierabgänge im Nest waren im praxisüblichen Bereich und unterschieden sich nicht signifikant
voneinander.
Lebendmasse- Entwicklung
Die Lebendmasseentwicklung der Mütter beider Gruppen verlief tendenziell auf gleichem Niveau.
Die Lebendmasse der Jungtiere wurde mit Beginn der Festfutteraufnahme deutlich durch Arbocel®Zusatz beeinflusst.
Lebendmasse Jungtiere im Nest
g LM
900
840
757
800
Kontrolle
700
664
Arbocel
560
600
500
358
400
374
a
b
300
200
100
68
68
0
Geburt
21.LT
28.LT
35.LT
Tag pp.
Abb. 1: Lebendmasse der Jungtiere in der Nestphase
Unterschiedliche Buchstaben kennzeichnen signifikante Differenzen: p< 0,0052
Seite 139
Die Lebendmassedifferenz der Jungtiere zum 28. Lebenstag war hoch signifikant (p<0,01), zu den
übrigen Beobachtungsterminen zufällig. Trotz der höheren Anzahl aufgezogener Jungtiere im Nest
(Tab. 2) konnte in der Versuchsgruppe ein deutlich besseres Wachstum der Jungtiere beobachtet
werden.
Während der gesamten Nestperiode nahmen die Jungtiere der Versuchsgruppe 772 g,
der Kontrollgruppe 689 g zu. Das entspricht bei einem ausgeglichenen Startgewicht einem Vorteil von
83 g bzw. 11% des Absetzgewichtes der Kontrolle.
Futterverzehr
g/d
Täglicher Futterverzehr je Häsin incl. Wurf
671
700
600
546
Kontrolle
500
Arbocel
383
400
408
a
b
300
200
178
167
132
88
100
0
4.TW (alle
Kontrollfutter)
5.TW (Beginn
Arbocel)
1.-3.Wo.pp
(Milchphase)
4.-5.Wo.pp
(Festfutter JT)
Reprod.-zeitpunkt
Abb. 2: Futterverzehr der Häsinnen während der Säugezeit
Unterschiedliche Buchstaben kennzeichnen signifikante Differenzen: p< 0,0008
TW= Trächtigkeitswoche
Mit Beginn der Futterumstellung in der Hochträchtigkeit verringerte sich die Futteraufnahme der
Häsinnen in der Arbocel- Gruppe um 33 %. Ein Zusammenhang mit der Wurfgröße ist zu diesem
Zeitpunkt jedoch nicht herzuleiten, ebenso nicht zum Wurfgewicht. Nach homogenem Austausch der
Würfe auf einheitliche Wurfgrößen konnte in der „Milchphase“ eine leicht erhöhte Futteraufnahme in
der Arbocel®- Gruppe festgestellt werden. Im Ergebnis wurden leicht erhöhte Jungtiergewichte am
21. Lebenstag beobachtet.
Mit Beginn der Festfutteraufnahme der Jungtiere konnte ein signifikant erhöhter Futterverzehr
beobachtet werden (p<0,001).
Der Futterwechsel bei Häsinnen in der Hochträchtigkeit hatte keinen negativen Einfluss auf Wurfgröße
oder –gewicht, ebenso auf die Milchleistung.
Seite 140
Die erste Festfutteraufnahme der Jungtiere war signifikant höher als in der Kontrollgruppe.
Aufzuchtperiode
(Absetzen mit 35 Tagen bis Versuchsende am 80. Lebenstag)
Durchfall und Mortalität bei Jungtieren nach Absetzen
Für die Klassifizierung der physiologischen Störungen wurden drei Fälle unterschieden:
•
•
•
Durchfall hell: heller, gelb-brauner, sekretartiger Schleim mit gallertartiger
Konsistenz, diffuse Verteilung auf Körperunterseite und Läufe
Durchfall dunkel: dunkler, grau-schwarzer, pastöser und klebriger Kot, fest bis
teigige Konsistenz, lokale Verteilung um den After, langanhaftend
Aufblähung:
physiologische
Störung,
die
ohne
sichtbare
Durchfallerscheinungen einhergeht. Darminhalt kann flüssig sein („gluckern
beim Schütteln“), auf jeden Fall Aufgasung des Caecum. Kein Weitertransport
des Chymus.
Tabelle 3: Tierabgänge und Morbidität in der Aufzuchtperiode
Kontrollgruppe
Arbocel®-Gruppe 2%
Tiere zum Absetzen Anzahl
40
40
Tierabgänge Anzahl
7
3
Gastrointestinale Störung
Anzahl
24
19
Anteil* Tiere mit Durchfall
hell %
42,5
27,5
Anteil Tiere mit Durchf.
dunkel %
7,5
10,0
Anteil Tiere mit Aufblähungen
%
50,0
40,0
Durchfall hell (Dauer Tage)
3,35
1,82
Durchfall dunkel (Dauer
Tage)
3,33
3,50
Aufblähung (Dauer Tage)
3,40
3,75
Summe aller Erkrankungen
5,63
4,95
(Dauer Tage)
* Anteil Tiere= Anzahl der Tiere, bei denen die Erkrankungen beobachtet wurde im Bezug auf alle
Tiere einer Gruppe
Seite 141
Die Summe der Dauer aller Erkrankungen ist nicht identisch der Summe der Einzelwerte: Tiere
konnten aufgebläht sein und hatten danach Durchfall.
Wenn die Tiere allerdings Durchfall bekamen, gab es nur einen geringen Unterschied hinsichtlich der
Dauer: die Tiere der Arbocel®-Gruppe hatte durchschnittlich 0,7 Tage weniger andauernde
physiologische Störungen.
Die Durchfallhäufigkeit konnte nur bei der hellen Form um 15 % gesenkt werden, es gab zudem 10 %
weniger Aufblähungen.
Die Dauer der Störungen konnte nur bei hellem Durchfall deutlich gesenkt werden (- 1,5 Tage).
In der Arbocel- Gruppe konnten die Tierabgänge um mehr als die Hälfte reduziert werden.
Der zeitliche Verlauf der Störungen nach dem Absetzen wurde wenig beeinflusst (Abb. 3).
Prozentualer Anteil erkrankter Tiere nach dem Absetzen
60
Kontrollgruppe
Versuchsgruppe
50
morbide Tiere (%)
40
30
20
10
80
78
76
74
72
70
68
66
64
62
60
58
56
54
52
50
48
46
44
42
40
38
36
0
Lebenstag
Abb. 3: Verlauf der Erkrankungshäufigkeit in der Aufzuchtperiode bis zum 80. Lebenstag
Die typischen physiologischen Imbalancen zu Ende der ersten und in der zweiten Woche nach dem
Absetzen waren in der Arbocel- Gruppe geringer (- 12,5%).
Auffallend war, dass innerhalb kurzer Zeit (7 Tage) mehr als die Hälfte der Kontrolltiere erkrankten
und sich damit auch ein potentielles Ansteckungsrisiko aufbaute. Im gleichen Zeitraum, etwa um den
42. Lebenstag, waren in der Arbocel®- Gruppe etwa 25 % der Tiere erkrankt. Dies deutete auf eine
physiologisch stabilere Situation in der Versuchsgruppe hin.
Lebendmasse und Futterverzehr
Je Gruppe wurden zufällig 40 Tiere beiderlei Geschlechts ausgewählt.
Der Gewichtsvorteil der Arbocel®- Gruppe zum Absetzen (+ 84g) konnte bis zum Versuchsende am
80. Lebenstag aufrechterhalten werden (+ 60g). Es gab während des Wachstumsverlaufs keine
signifikanten Unterschiede für die Lebendmasse zwischen den Gruppen.
Tab. 4 gibt einen Überblick zu den Zunahmen und dem Futterverzehr nach dem Absetzen.
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Tab 4: Lebendmasse und Futterverzehr der Jungtiere vom 36.- 80 Lebenstag (Mittelwert ±
Stand.abw.), bereinigt um Tierverluste
Kontrollgruppe
Anzahl Tiere 35. Lebenstag
Arbocel®-Gruppe 2%
40
40
759 ± 84
842 ± 80
Mastendgewicht 80. LT
2405 ± 287
2466 ± 199
Lebendmassezunahme 36.-80. LT
1646 ± 256
1624 ± 174
79.365
91.242
Futterverzehr je Tier 36.-80. LT
6061 ± 520
6236± 258
Futteraufwand (kg Futter/kg LMZ)
3,68 ± 0,19
3,84± 0,13
Absetzgewicht 35. Lebenstag (LT)
Erzeugtes Lebendgewicht je Gruppe
zum Mastende 80. LT (g)
Die Differenzen zwischen den Mittelwerten der einzelnen Merkmale sind nicht signifikant.
Die Tiergewichte in der Mast wurden durch Arbocel® (2% Zusatz) kaum beeinflusst. Die ökonomische
Gesamtleistung der Arbocel®- Gruppe ist bedingt durch geringere Tierabgänge
um 14,9 % höher gegenüber der Kontrolle (+ 11,88 kg).
Je Durchschnitts-Tier der Arbocel®- Gruppe wurde in der Mastperiode 175 g mehr Futter
aufgenommen
(+ 2,9%) . Dadurch erhöht sich auch der Futteraufwand um 0,16 kg/kg in der Arbocel®- Gruppe.
Obwohl die Tiere der Arbocel®- Gruppe insgesamt mehr Futter verzehrten, konnte ein geringfügig
verbessertes ökonomisches Ergebnis realisiert werden.
Zusammenfassung
Der Ersatz von 3 % Rohfaser einer herkömmlichen Ration durch
„Arbocel®“ in der
Reproduktionsphase führte zu einem deutlich höheren Absetzgewicht der Jungtiere.
Der Futterwechsel bei Häsinnen in der Hochträchtigkeit hat keinen negativen Einfluss auf Wurfgröße
oder –gewicht, ebenso auf die Säugeleistung.
Die Morbidität und Mortalität in der Säugezeit blieb unbeeinflusst.
In der Mastperiode konnte der Einsatz von 2 % Arbocel® die Herdengesundheit geringfügig
verbessern. Die klassische Durchfallhäufung nach dem Absetzen konnte nur bei der Form „heller
Durchfall“ deutlich verringert werden. Ebenso wurde die Dauer dieser Durchfallform durch Arbocel®
verkürzt. Dunkle Durchfälle und Verstopfungen traten in beiden Gruppen gleichermaßen auf.
Die Mortalität war in der Arbocel®- Gruppe um 10 % geringer als in der Kontrolle.
Seite 143
Die Lebendmassezunahme während der Mast blieb unbeeinflusst.
Der Futteraufwand unterschied sich nur geringfügig.
Eine ökonomische Bewertung der Lebendmasseproduktion und des Futterverbrauchs unter
Einbeziehung aller Tierabgänge erbrachte einen Vorteil der Arbocel®- Gruppe von 14,9 % bezogen
auf die erzeugte Lebendmasse je Gruppe zum Mastende.
Der physiologische Effekt auf zootechnische Parameter von Arbocel® ist besonders in der Phase der
ersten Festfutteraufnahme der Jungtiere zu sehen. Zu prüfen ist, ob ein früheres Absetzen und /oder
ein höherer Anteil des Lignocellulosezusatzes zu positiven Effekten in der Mastperiode führen kann.
Mit Arbocel® wurde ein weiteres Rohfaserkonzentrat in der Kaninchenzucht geprüft. Die Eignung für
den Einsatz in der Reproduktion konnte als fördernd für die Nest- Jungtiere beschrieben werden. In
der Aufzucht sind die positiven Effekte auf einen kurzen Zeitraum nach dem Absetzen beschränkt. Mit
Arbocel® steht somit eine weitere Alternative zur Gesunderhaltung von Kaninchenbeständen ohne
Antibiotika zur Verfügung.
Literatur
Tetens, M. (2007). „ Intensive Kaninchenhaltung in Deutschland.“Diss. Tierärztl. Hochschule Hannover
Gidenne,T.; Garcia, J. (2006).” Nutritional strategies improving the digestive health of the weaned rabbit.” In: Recent Advances
in Rabbit Sciences (Maertens, L. Coudert,P.; eds.): 229- 238
Krieg,I., Krieg,R., Kroismayr,A., Leibetseder,J., Neufekld,K., Neufeld,N., Zentek,J. (2007). „Einfluss einer neuartigen
Lignocellulose auf Gesundheitsstatus und Ausfallquote in der Kaninchenmast.“ 6. BOKU-Symposium Tierernährung, Wien, 15.
November 2007: 134- 142
Patentschrift (WO/2008/058698) ROUGHAGE (2008).
http://www.wipo.int/pctdb/en/wo.jsp?IA=EP2007009791&WO=2008058698&DISP
WRSA (2007). „Leitlinien der Deutschen Gruppe der World Rabbit Science Association (WRSA) und des DLG- Ausschusses für
Kaninchenzucht und –haltung zu Mindeststandards bei der Haltung von Hauskaninchen.“ 10.05.2007, http://www. unigiessen.de/fbr09/tierzucht/ag_hoy/wrsa/Leitlinien.pdf
Autorenadresse
Dipl.Ing.agr. Ronald Krieg
Kleintierzucht
Merseburger Str. 3, D- 06255 Mücheln /Wünsch
Seite 144
Firmensponsoring – JRS J.Rettenmaier & Söhne GmbH+Co.KG,
Geschäftsbereich Tierernährung, Holzmühle 1, D-73494 Rosenberg
Seite 145
Probiotika / Probiotics
Wirkung eines probiotischen Mehrstammproduktes und eines
prebiotischen Trägerstoffes auf die intestinale Morphologie von
Absetzferkeln
Christiane Mair1, Wilhelm Windisch1, Michael Pfaffl2 und Christian Plitzner1
1
Department für Lebensmittelwissenschaften und -technologie, Abteilung Tierische
Lebensmittel, Tierernährung und Ernährungsphysiologie, Universität für Bodenkultur
Wien
2
Lehrstuhl für Physiologie, Zentralinstitut für Ernährungs- und Lebensmittelforschung
(ZIEL), Technische Universität München
Einleitung
Im Verdauungstrakt findet man eine beachtliche Anzahl und Artenvielfalt an Mikroorganismen. Diese
sogenannte Darmflora und deren Stoffwechselvorgänge können unter anderem auch durch die
Nahrung beeinflusst werden (Rastall et al., 2005). Als Ziel derartiger Fütterungsinterventionen steht
dabei meist die Verbesserung der Gesundheit und Leistungsbereitschaft der Nutztiere. So werden
beispielsweise Probiotika, Prebiotika, organische Säuren oder phytogene Zusatzstoffe in der
Tierernährung seit dem EU-weiten Verbot von antibiotischen Leistungsförderern im Jänner 2006
vermehrt eingesetzt.
Nach Fuller (1992) sind Probiotika lebende Mikroorganismen, die dem Futter zugesetzt werden, um
die Gesundheit des Wirtstieres durch Verbesserung des mikrobiellen Gleichgewichts im Darm positiv
zu beeinflussen. Als Probiotika werden dabei vorwiegend Milchsäurebakterien, Bifidobakterien, Sporen
von Bacillus spp. oder Saccharomyces cerevisiae verwendet. Neben der Applikation von
Einzelstämmen werden in der Praxis häufig mehrere definierte Stämme gemeinsam in einem Produkt
eingesetzt (Abe et al., 1995, Huang et al., 2004, Mountzouris et al., 2006, Shim et al., 2005), mit dem
Ziel, die Eigenschaften unterschiedlicher Stämme, wie zum Beispiel die Wachstumshemmung von
pathogenen Keimen, die Produktion von Säuren zur pH-Wert Senkung, etc. zu kombinieren.
Im Unterschied dazu sind Prebiotika für das Wirtstier unverdaubare Nahrungsbestandteile
(vorwiegend Kohlenhydrate), die selektiv das Wachstum und/oder die Aktivität von bestimmten
Bakterienspezies im Intestinaltrakt stimulieren und so eine positive Wirkung auf das Wirtstier haben
sollen (Gibson und Roberfroid, 1995). Diese Selektivität für bestimmte Mikroorganismen wurde
beispielsweise für Bifidobakterien bei Fruktooligosacchariden (β-D-Fructane, 2-20 Monomere) bzw.
Inulin (β-D-Fructane, 2-60 Monomere) nachgewiesen (Gibson et al., 1995). Da es sich bei Prebiotika
um „nicht-lebende“ Substanzen handelt, sind diese nicht, wie Probiotika, anfällig die Magen-DarmPassage auf Grund des stark sauren Milieus im Magen nicht zu überleben. Häufig werden Prebiotika
Seite 146
gemeinsam mit Probiotika (i.e. Symbiotikum) verabreicht, da Prebiotika neben den kommensalen
Bakterien im Darm auch das Wachstum geeigneter probiotischer Stämme stimulieren können
(Schrezenmeir und de Vrese, 2001).
In der vorliegenden Studie sollte die Wirkung eines probiotischen Mehrstammproduktes auf
histometrische Parameter (Zottenlänge, Kryptentiefe, Fläche der Peyer’schen Platten und Anzahl der
Lymphfollikel in den mesenterialen Lymphknoten) in ausgewählten Darmabschnitten in einem
Fütterungsversuch mit Absetzferkeln untersucht werden. Um die erwarteten Effekte von möglichen
Koeffekten des verwendeten prebiotischen Trägerstoffes Inulin zu differenzieren wurde der Versuch 2faktoriell angelegt und daraus resultierend folgende vier Gruppen eingesetzt: negative Kontrolle,
Prebiotikumgruppe (Inulin), Probiotikumgruppe und Symbiotikumgruppe.
Der Fütterungsversuch wurde mit 48 Absetzferkeln der 2-Rassenkreuzung Edelschwein x Piétrain
durchgeführt. Die im Schnitt 26 Tage alten Ferkel wurden nach Wurf, Geschlecht und Lebendmasse in
zwölf Blöcke zu je vier möglichst ähnlichen Tieren eingeteilt. Innerhalb des Blocks wurden die Tiere
zufällig einer der vier Versuchsgruppen zugeordnet, wobei die Ferkel ein durchschnittliches
Lebendgewicht von 9,2 kg ±0,2 (±pSEM) aufwiesen. Die Haltung der Ferkel erfolgte in insgesamt acht
Boxen eines Ferkelaufzuchtstalles mit Vollspaltenboden und beheizter Liegefläche.
Die Tiere der Kontrollgruppe erhielten ein handelsübliches Ferkelaufzuchtfutter (183 g XP und 15,6 MJ
ME per kg T (GfE, 2008)), welches in den Versuchsgruppen mit einem Prebiotikum (0,4 % Inulin,
„Prebiotikum“), einem probiotischen Mehrstammprodukt (Enterococcen, Lactobacillen und
Bifidobakterien, 1x109 KBE/kg FM, BIOMIN GmbH, Herzogenburg, „Probiotikum“), bzw. einer
Mischung der beiden experimentellen Faktoren in gleichen Konzentrationen („Symbiotikum“) versetzt
wurde. Die Futtermischungen wurden isokalorisch und isonitrogen eingestellt und standen den Tieren
gemeinsam mit Wasser ad libitum zur Verfügung.
Nach einer vierwöchigen Fütterungsintervention wurden die Tiere mit einem durchschnittlichen
Lebendgewicht von 17,8 kg ±0,4 fachgerecht geschlachtet und Gewebeproben aus dem Jejunum,
Ileum, Colon sowie den mesenterialen Lymphknoten gezogen. Die Proben wurden in einer
Kochsalzlösung gewaschen (3,8 % NaCl), in Einbettkassetten überführt und für 24h bei
Raumtemperatur in Formalin fixiert. Anschließend erfolgte eine Dehydrierung der Proben in
aufsteigenden Alkoholkonzentrationen und eine Imprägnierung in Rotihistol, wonach die Proben in
Paraffin eingebettet wurden. Am Mikrotom wurden 6 µm Gewebeschnitte hergestellt, auf Objektträger
aufgebracht und mit Hämatoxylin und Eosin gefärbt.
Die histologischen Messungen beinhalteten die Bestimmung der Zottenlänge (von der Zottenspitze bis
zur Lamina propria muscularis, µm) und Kryptentiefe (vom der Öffnung der Krypte bis zur Lamina
propria muscularis, µm) in Jejunum und Ileum sowie die Kryptentiefe und Kryptenbreite im Colon
(µm). Zusätzlich wurde die Fläche der Peyer’schen Platten im Ileum (mm2) und die Anzahl der
Lymphfollikel pro Knotenfläche in den mesenterialen Lymphknoten (n/mm2) erhoben.
Die statistische Auswertung der Ergebnisse erfolgte mit Hilfe der Statistical Analysis Software (SAS
9.1.3, SAS Institute Inc., NC, USA, 2002-2003) unter Verwendung der procedure GLM und einem
statistischen Modell einschließlich Versuchsgruppe und Block. Um die Effekte der experimentellen
Faktoren herauszuarbeiten, kam ein zusätzliches Modell zur Anwendung, welches Prebiotikum,
Probiotikum und die Interaktion der Faktoren (Prebiotikum x Probiotikum) beinhaltete. Multiple
Vergleiche der LS-means (least square means) wurden mit dem Tukey-Kramer-Test durchgeführt. Die
Seite 147
Gruppenunterschiede wurden bei einem p-Wert von <0,05 als statistisch signifikant und bei
0,05<p<0,10 als Tendenz bewertet. Zusätzlich zu den histologischen Messungen wurde das V/CVerhältnis (Verhältnis: (Zottenlänge - Kryptentiefe) / Kryptentiefe) in Jejunum und Ileum errechnet.
Ergebnisse
Die Ergebnisse der histologischen Messungen im Darmtrakt von Absetzferkeln zeigten allgemein eine
Abnahme der Zottenlänge im Dünndarmverlauf, sowie das Auftreten der tiefsten Krypten im Colon
verglichen mit den Krypten im Dünndarm.
Im Jejunum konnte eine tendenzielle Erhöhung der Zottenlänge in der Probiotikumgruppe im
Vergleich zur Kontrolle detektiert werden (p<0,10, Abbildung 1). Zusätzlich war eine signifikante
Interaktion der beiden experimentellen Faktoren Inulin und Probiotikum zu beobachten, da sich die
Zottenlänge in der Symbiotikumgruppe nicht additiv aus den Ergebnissen der Einzelkomponenten
ergab. Die Kryptentiefe im Jejunum zeigte keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den
Gruppen. Das V/C-Verhältnis im Jejunum war in der Prebiotikumgruppe mit einem Quotienten von
1,32 am höchsten und lag damit 24,5 % über der Kontrollgruppe (Tabelle 1).
Abbildung 1: Zottenlänge und Kryptentiefe im Jejunum der Absetzferkel
Abbildung 2: Darstellung der histologischen Messungen (Zottenlänge, Kryptentiefe, Fläche der
Peyer’schen Platten) im Ileum der Absetzferkel
Seite 148
Abbildung 3: Kryptentiefe und Kryptenbreite im Colon und Anzahl der Lymphfollikeln in den
mesenterialen Lymphknoten von Absetzferkeln
Tabelle 1: Verhältnis der Zottenlänge zur Kryptentiefe (V/C) in Jejunum und Ileum
Versuchsgruppe
Kontrolle
Prebiotikum
Probiotikum
Symbiotikum
pSEM
p-Wert
Jejunum
1,06
1,32
1,20
1,12
0,05
0,263
Ileum
1,42
1,32
1,31
1,25
0,04
0,655
Statistisch signifikante Unterschiede konnten im Ileum für keine der untersuchten Parameter bestimmt
werden (Abbildung 2). Allerdings wies die Symbiotikumgruppe die numerisch längsten Zotten
(+10,9 % im Vergleich zur Kontrolle), die tiefsten Krypten (+13,3 %) sowie die größte Fläche der
Peyer’schen Platten (+10,4 %) auf. Auch bei dem V/C-Verhältnis waren keine signifikanten
Unterschiede zwischen den Versuchsgruppen festzustellen, jedoch hatte hier die Kontrollgruppe, die
im Jejunum den geringsten Wert aufwies, mit 1,42 den höchsten Quotienten und lag damit 12,0 %
über dem Symbiotikum, der Gruppe mit dem niedrigsten Quotienten (Tabelle 1).
Tiere, welche Probiotika in ihren Futtermischungen erhielten, wiesen zusätzlich im Vergleich zu den
anderen beiden Gruppen breitere Krypten im Colon auf (p<0,10, Abbildung 3). Die Kryptentiefen im
Colon unterschieden sich statistisch jedoch nicht signifikant. Auch bei der Anzahl der Lymphfollikel pro
Knotenfläche (Abbildung 3) waren keine statistisch signifikanten Unterschiede zu verzeichnen, wobei
die Werte im Mittel bei 165,9 Follikeln pro Knotenfläche (mm2) lagen.
Diskussion
Ziel des vorliegenden Experiments war es die Wirkung des Prebiotikums Inulin sowie eines
Mehrstammprobiotikums auf die Darmstruktur von Absetzferkeln zu untersuchen. In der
Ferkelaufzucht ist vor allem das Absetzen eine kritische Phase, in welchem häufig stressbedingte
Wachstumseinbußen und Morbidität zu verzeichnen sind (Pluske et al., 1997). So kommt es in dieser
Zeit zu histologischen und biochemischen Veränderungen im Dünndarm, wie zum Beispiel
Zottenatrophie oder Hyperplasie der Krypten (Pluske et al., 1997). Verdauungs- und
Seite 149
Absorptionsstörungen können die Folge sein, welche häufig mit ein Grund für Diarrhoe nach dem
Absetzen sind (Pluske et al., 1997). Daher sind Zottenlänge und Kryptentiefe indirekte Indikatoren für
die Reife und funktionelle Kapazität der Enterozyten (Hampson, 1986), welche bei längeren Zotten
und tieferen Krypten in größerer Anzahl im Darm vorkommen (Hampson, 1986). Aus diesem Grunde
kann eine Vergrößerung der Distanz von Zottenspitze zum Kryptenanfang im Absetzferkel die Funktion
von Verdauung und Absorption der Nährstoffe verbessern (Pluske et al., 1996), was sich positiv auf
die Wachstumsleistungen auswirken könnte (Marinho et al., 2007). Denn durch Zottenatrophie kann
ein Engpass in der Aufnahme von Schlüsselnährstoffen resultieren, welche beispielsweise für das
Wachstum peripherer Gewebe wie den Skelettmuskeln notwendig sind (Domeneghini et al., 2006).
Zusätzlich zur Veränderung der Morphologie nach dem Absetzten treten auch häufig Entzündungen im
Intestinaltrakt auf. Entzündungen per se werden mit einer Verringerung der Zottenlänge im Dünndarm
in Verbindung gebracht (Touchette et al., 2002). Die histometrischen Analysen in der vorliegenden
Studie zeigten demgegenüber eine tendenzielle Erhöhung der Zottenlänge im Jejunum der
Probiotikumgruppe gemeinsam mit einer vergleichsweise geringen Kryptentiefe. In Anbetracht dieser
Ergebnisse kann man daher schlussfolgern, dass vor allem die Probiotikumgruppe keinen negativen,
entzündungsfördernden Reizen im Jejunum ausgesetzt war. Auch in anderen Studien, beispielsweise
mit Bacillus sp., konnte eine Erhöhung der Zottenlänge im Jejunum von Schweinen beobachtet
werden (Gorke und Liebler-Tenorio, 2001).
Die Hauptaktivität der Verdauungsvorgänge findet im Jejunum statt, wohingegen das Ileum
vorwiegend für Absorption der im Jejunum nicht aufgenommenen Nährstoffe verantwortlich ist
(Montagne et al., 2003). In der vorliegenden Studie wurden im Ileum keine statistisch signifikanten
Unterschiede in der Zottenlänge, Zottenbreite und Kryptentiefe erfasst. Diese Ergebnisse stehen in
Kontrast zu Resultaten von Di Giancamillo (2008), welcher nach Einsatz von Pediococcen bei
Absetzferkeln signifikant längere Zotten und tiefere Krypten im Ileum nachwies. Shim et al. (2005)
jedoch konnten ebenfalls keine unterschiedlichen Einflüsse von Pro-, Pre- bzw. Symbiotika auf die
Zottenlänge im Ileum von Saugferkeln detektieren. Da auch durch einen Kontakt mit pathogenen
Keimen die Zottenlänge im Dünndarm verringert wird (Dreau et al., 1994), kann man schlussfolgern,
dass die hygienischen Bedingungen zwischen den Gruppen vergleichbar waren.
Das V/C-Verhältnis ist ein gutes Kriterium die Verdauungskapazität im Dünndarm einzuschätzen. So
wird eine Verminderung des Quotienten als negativ für Verdauung und Absorption gesehen
(Montagne et al., 2003). Andererseits wird ein höheres V/C-Verhältnis mit einem erhöhten ZellTurnover in der intestinalen Mucosa assoziiert, was den Grundumsatz und so den Energiebedarf der
Ferkel folglich erhöhen kann (Van Nevel et al., 2005). Die Ergebnisse aus den Berechnungen für die
Prebiotikumgruppe zeigen ein sehr einheitliches Verhältnis in Jejunum und Ileum, wohingegen sich
das Verhältnis in der Kontrollgruppe von Jejunum Richtung Ileum erhöht.
Schlussfolgerung
In der vorliegenden Studie konnte an 48 Absetzferkeln gezeigt werden, dass der Einsatz eines
Mehrstammprobiotikums einen positiven Effekt auf die Zottenlänge im vorderen Dünndarm (Jejunum)
aufwies. Das zusätzlich getestete Prebiotikum Inulin hatte demgegenüber jedoch keine signifikanten
Einflüsse auf die intestinale Morphologie zu verzeichnen. Man kann daher schlussfolgern, dass das
Probiotikum, mit welchem die potentiell negativen Einflüsse des Absetzens auf die Zottenlänge am
besten kompensiert werden konnte, möglicherweise einen Vorteil bei der Nährstoffabsorption und
-verdaulichkeit bringen könnte.
Seite 150
Literatur
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Autorenanschrift
Mag. Christiane Mair
Gregor Mendel Straße 33 , A-1180 Wien
Seite 151
DGGE Fingerprinting of the Total Bacterial and Bifidobacterial
Gut Microflora in Piglets in Response to Feeding with Probiotics
and Prebiotics
G. Wegl1, V.A. Sattler1, C. Plitzner2, S. Nitsch2, A.P. Loibner1, G.
Schatzmayer3 and V. Klose1
1
University of Natural Resources and Applied Life Sciences, Vienna, Dep. IFA-Tulln,
Division Environmental Biotechnology, Konrad Lorenz Str. 20, 3430 Tulln, Austria
2
University of Natural Resources and Applied Life Sciences, Vienna, Dep. of Food
Science & Technology, Division of Animal Food and Nutrition, Gregor Mendel Str. 33,
1180 Vienna, Austria
3
Introduction
Natural feed additives like pro- and prebiotics represent a promising alternative to antimicrobial
growth promoters, since they were shown to maintain health and positively influence performance
standards in livestock production (Collier et al., 2003; Taras et al., 2007). However, administration to
farm animals also changes their gastrointestinal (GI) microbiota. Due to limitations in classical culturebased techniques, the use of molecular methods allows to gain new insights into intestinal microbial
ecology and the effects of different dietary strategies and host factors on the bacterial-community
composition.
The aim of this study was to develop and evaluate denaturing gradient gelelectrophoresis (DGGE), a
qualitative method to display the genetic diversity of complex microbial community structures, to
detect possible changes in the microbiota of piglets in response to different feeding practices on the
basis of a feeding trail.
In the feeding trial the experimental groups, each comprised of 12 individual weaner piglets were: (i)
control group, fed untreated feed; (ii) test group fed with probiotics; (iii) test group fed with pro- and
prebiotics (synbiotics); (iv) test group fed with prebiotics. Test animals were sacrificed at day 28 and
contents of ileum, caecum and colon were taken under anaerobic conditions. Samples were stored at
Seite 152
-80°C for further analysis. DNA extraction was performed with the QIAamp DNA Stool Mini Kit
(Quiagen, Hilden, Germany) and the 16S rDNA V3 region was amplified by PCR using universal
eubacterial primers 341f-GC and 518r (Muyzer et al., 1993) to monitor the total bacterial microbiota.
Amplification of bifidiobacterial primers was done in a nested PCR approach. First, all samples were
screened for specific amplicons using the bifidobacterial primers Bif164-f and Bif662-r (Kok et al.,
1996). In the second PCR round, obtained fragments were reamplified with 341f-GC and 518r. PCR
amplicons obtained were separated by DGGE based on the GC content of the sequences.
Polyacrylamid gels (8%) with gradients from 30–60% were employed for separation of products
amplified with universal primers and from 35–65% for bifidobacterial amplicons. Gels were
electrophoresed for 16h at 120V in a 0.5x Tris-acetic-acid-EDTA Buffer (TAE) at a constant
temperature of 60°C and subsequently stained with SYBR Green. Similarity, microbial diversity and
species richness of banding patterns of the intestinal samples were analyzed using cluster analysis,
Shannon diversity indices and number of bands supported by the gel software program GelComparII
(Applied Maths, Belgium).
Comparisons between DGGE fingerprints of universal bacterial PCR fragments of ileum, caecum and
colon samples within and between dietary groups showed first important insights. Results revealed
significant differences in colonic and caecal microbial richness and diversity in treated compared with
untreated animals, indicating an important effect of the microbial and prebiotic feed additives on the
gut microbiota (Tab. 1A). However, low bacterial diversity of ileal samples is also known from
literature (Marteau et al., 2001) and may be related to the passage through the stomach, where
bacteria meet extreme conditions. Cluster analysis displayed very clear clustering of bacterial
fingerprints from colon samples according to the different dietary groups indicating an effect of the
feed on the microbial population in that particular gut compartment. However, it is still not clear to
what extent pro- and prebiotics contribute to these changes and why the effects are detected more
distinct in the distal part of the gastrointestinal tract (Fig. 1A). Another interesting finding was that in
all gut compartments prebiotic profiles tended to group with samples from the control group.
Concerning the bifidobacterial community, it could be shown that microbial richness and diversity
within a feeding group were similar (Tab. 1B). However, comparison with the control group showed
that combination of pro- and prebiotic feed significantly enhanced the bifidobacterial population in
caecum samples. Undigestible carbohydrates are known to stimulate the growth and activity of the
resident gut microbiota, especially bifidobacteria are target organisms for prebiotics. In the case of
synbiotic administration, prebiotic substances could not only stimulate resident gut strains but could
also improve the survival of the probiotic organism, because its specific substrate is readily (Collins
and Gibson, 1999). Although ileal samples from the synbiotics feeding group tend to group together
and similar clustering of synbiotic and prebiotic samples was found in the caecum, cluster analysis of
the DGGE fingerprint profiles revealed no clear clustering pattern (Fig 1B). One possible reason might
be that too few samples were analysed for some groups. Maybe in the case of higher and equally
distributed sample numbers clustering patterns would be more obvious.
Seite 153
Tab. 1: Mean values (standard deviations are written in parentheses) for microbial richness (S, No. of
bands) and diversity (H’, Shannon-Wiener Index) were calculated from DGGE fingerprints of ileum,
caecum and colon samples from different dietary groups (n= No. of analyzed samples) of the total
bacterial A) and the bifidobacterial B) community. Statistically significant differences within groups are
marked with letters a and b. Differences of the pro-, syn- and prebiotic group compared to the control
are marked in bold letters.
Seite 154
B) Bifidobacterial Community
Fingerprints
A) Universal Community Fingerprints
Hatzendorf Ileum (32 entries)
Dice (Tol 0.4%-0.4%) (H>0.0% S>0.0%) [0.0%-100.0%]
100
B1
No. 46
probiotics
C1
No. 3
synbiotics
C2
No. 43
synbiotics
B2
No. 22
probiotics
B3
No. 38
probiotics
B4
No. 2
probiotics
B5
No. 42
probiotics
B6
No. 18
probiotics
C3
No. 39
synbiotics
C4
No. 47
synbiotics
C5
No. 15
synbiotics
C6
No. 23
synbiotics
B7
No. 26
probiotics
B8
No. 14
probiotics
A1
No. 29
control
A2
No. 37
control
C7
No. 19
synbiotics
C8
No. 35
synbiotics
D1
No. 4
prebiotics
C1
No. 19
synbiotics
A3
No. 1
control
C2
No. 39
synbiotics
A4
No. 21
control
C3
No. 15
synbiotics
A5
No. 17
control
D2
No. 48
prebiotics
C4
No. 35
synbiotics
D3
No. 28
prebiotics
D1
No. 16
prebiotics
D4
No. 16
prebiotics
B1
No. 26
probiotics
D5
No. 44
prebiotics
B2
No. 46
probiotics
A6
No. 13
control
B3
No. 14
probiotics
A7
No. 25
control
B4
No. 38
probiotics
No. 1
control
Hatzendorf Ileum Bif (13 entries)
Dice (Tol 1.1%-1.1%) (H>0.0% S>0.0%) [0.0%-100.0%]
Bifido
100
90
80
70
60
50
40
Bifido
30
80
90
60
70
40
50
V3_new
30
20
V3_new
D6
No. 36
prebiotics
A1
A8
No. 5
control
D2
No. 4
prebiotics
D7
No. 24
prebiotics
D3
No. 48
prebiotics
D8
No. 40
prebiotics
B5
No. 6
probiotics
Hatzendorf Caecum (32 entries)
Dice (Tol 0.2%-0.2%) (H>0.0% S>0.0%) [0.0%-100.0%]
V3_new
100
Hatzendorf Caecum Bif (24 entries)
B1
No. 22
probiotics
B2
No. 42
probiotics
B3
No. 26
probiotics
B4
No. 38
probiotics
C1
No. 35
synbiotics
C2
No. 39
synbiotics
C3
No. 43
synbiotics
B5
No. 18
probiotics
C1
No. 23
synbiotics
B6
No. 46
probiotics
C2
No. 43
synbiotics
C4
No. 47
synbiotics
C3
No. 35
synbiotics
B7
No. 6
probiotics
C4
No. 3
synbiotics
B8
No. 14
probiotics
B1
No. 46
probiotics
C5
No. 3
synbiotics
D1
No. 16
prebiotics
C6
No. 19
synbiotics
B2
No. 42
probiotics
C7
No. 23
synbiotics
C5
No. 19
synbiotics
D1
No. 44
prebiotics
C6
No. 47
synbiotics
D2
No. 40
prebiotics
C7
No. 39
synbiotics
D3
No. 48
prebiotics
B3
No. 14
probiotics
D4
No. 36
prebiotics
B4
No. 26
probiotics
C8
No. 15
synbiotics
D5
No. 4
prebiotics
D2
No. 24
prebiotics
A1
No. 5
control
D3
No. 44
prebiotics
D6
No. 28
prebiotics
D4
No. 28
prebiotics
A2
No. 13
control
D5
No. 4
prebiotics
D6
No. 48
prebiotics
No. 40
prebiotics
D7
No. 24
Dice (Tol 1.3%-1.3%) (H>0.0% S>0.0%) [0.0%-100.0%]
100
90
80
70
60
Bifido
50
30
Bifido
40
90
80
70
60
50
40
30
20
10
V3_new
prebiotics
D8
No. 16
prebiotics
D7
A3
No. 37
control
A1
No. 1
control
A4
No. 25
control
A2
No. 25
control
A5
No. 21
control
A3
No. 5
control
A6
No. 29
control
D8
No. 36
prebiotics
A7
No. 17
control
B5
No. 6
probiotics
A8
No. 1
control
A4
No. 29
control
Hatzendorf Colon (32 entries)
Dice (Tol 0.3%-0.3%) (H>0.0% S>0.0%) [0.0%-100.0%]
100
A1
29
control
A2
37
control
A3
5
control
A4
17
control
A5
25
control
A6
13
control
A7
21
control
D1
No. 16
prebiotics
D2
No. 24
prebiotics
D3
No. 28
prebiotics
Hatzendorf Colon Bif (14 entries)
D4
No. 44
prebiotics
Dice (Tol 0.7%-0.7%) (H>0.0% S>0.0%) [0.0%-100.0%]
D5
No. 48
prebiotics
D6
No. 36
prebiotics
D7
No. 40
prebiotics
D8
No. 4
prebiotics
C1
No. 19
synbiotics
C2
No. 43
synbiotics
C3
No. 23
synbiotics
B1
No. 42
probiotics
C4
No. 39
synbiotics
B2
No. 46
probiotics
C5
No. 3
synbiotics
A1
No. 29
control
C6
No. 47
synbiotics
A2
No. 25
control
C7
No. 15
synbiotics
C1
No. 39
synbiotics
B1
No. 6
probiotics
C2
No. 47
synbiotics
C8
No. 35
synbiotics
B3
No. 38
B2
No. 42
probiotics
C3
No. 43
B3
No. 46
probiotics
C4
No. 15
synbiotics
B4
No. 22
probiotics
D1
No. 4
prebiotics
B5
No. 26
probiotics
B6
No. 38
probiotics
D2
No. 24
prebiotics
B7
No. 14
probiotics
D3
No. 28
prebiotics
B8
No. 18
probiotics
D4
No. 16
prebiotics
A8
1
control
A3
No. 1
control
Bifido
100
90
80
70
Bifido
60
50
90
80
70
60
50
40
V3_new
30
20
V3_new
probiotics
synbiotics
Figure 1 is described on the next page
Seite 155
Fig.1: Dendogram showing clusters based on universal A) and bifidobacterial B) DGGE profiles
reflecting the similarity of the intestinal bacterial communities of the ileum, the caecum and the colon
taken from pigs assigned to different dietary groups: (A1-8) belonging to the control group with
untreated feed; (B1-B8) belonging to the group treated with probiotics; (C1-C8) belonging to the
group treated with synbiotics; (D1-D8) belonging to the group treated with prebiotics. Numbers in the
middle column are identification numbers assigned to every pig in the feeding trial. The similarity of
banding patterns was calculated on the basis of the dice coefficient, 100 indicating identical band
patterns and 0 indicating no common bands between two fingerprint entries.
Conclusion
This study clearly demonstrated that DGGE is a powerful tool to study targeted microbial populations
in the GI tract. Eubacterial DGGE analysis revealed an overall increase in bacterial diversity in the
colon of pro- and prebiotic fed. Concerning bifidobacterial communities, positive effects of prebiotic
fed in combination with probiotic strains stood out. However, although this study allows following
qualitative changes, complex interrelations of the microbiota, like influence of the environment,
variations in genetics and health status within the animals herd, have to be considered. Therefore,
application of quantitative techniques (e.g. FISH and qPCR) in future feeding trials will allow us to
gain further insights into complex interactions, with the aim to better characterize the effects on
microbiota of piglets.
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Authors address
Gertrude Wegl
University of Natural Resources and Applied Life Sciences, Vienna
Dep. IFA-Tulln, Division Environmetal Biotechnology
Konrad Lorenz Straße 20, 3430 Tulln
Seite 156
Nachweis von Bifidobacterium anim alis subsp. lactis Ra 18 im
Rahmen eines probiotischen Fütterungsversuchs mit BioMastschweinen
Agnes Petersson1, Konrad J. Domig1, Philipp Nagel2, Werner Zollitsch2,
Werner Hagmüller3 und Wolfgang Kneifel1
1
Universität für Bodenkultur Wien, Department für Lebensmittelwissenschaften und technologie, Abteilung für Lebensmittelmikrobiologie und –hygiene
2
Universität für Bodenkultur Wien, Department für Nachhaltige Agrarsysteme, Institut
für Nutztierwissenschaften
3
LFZ- Raumberg Gumpenstein, Außenstelle Wels, Institut für Biologische Landwirtschaft und Biodiversität der Nutztiere
Einleitung
Bifidobakterien sind Gram-positive, anerob wachsende, polymorphe Bakterien, die häufig als
Probiotika eingesetzt werden. Bifidobacterium animalis stellt eine der bisher bekannten 29
Bifidobakterienarten dar, wobei zwei Unterarten beobachtet werden (B. animalis subsp. animalis und
B. animalis subsp. lactis). Während B. animalis subsp. animalis (früher bekannt als B. animalis) vor
allem im Fäzes verschiedener Tierarten und im Abwasser vorkommt, ist das natürliche Habitat von B.
animalis subsp. lactis (früher B. lactis) fermentierte Milch (Felis, 2007; Biavati und Mattarelli, 2006;
Masco et al., 2004).
Der Gastrointestinaltrakt des Schweins repräsentiert ein komplexes dynamisches Ökosystem, das von
anaeroben grampositiven Bakterien dominiert wird (Konstantinov et al., 2004). Bifidobakterien sind in
der gastrointestinalen Mikrobiota des Schweins mit ca. 105 KBE/g Darminhalt zahlenmäßig nicht
dominierend (Janczyk et al. 2007), spielen aber im Einsatz als Probiotikum auch beim Schwein eine
bedeutende Rolle.
Ziel der durchgeführten Analysen war festzustellen, ob der als Probiotikum eingesetzte
Bifidobakterienstamm in Proben aus dem Intestinaltrakt bzw. im Kot nachgewiesen werden kann. Es
wurden Methoden basierend auf der Real-Time PCR Technik, sowie die Denaturierende Gradienten
Gelelektrophorese (DGGE) adaptiert und optimiert für die Analysen eingesetzt. Die Real-Time PCR ist
gut geeignet um komplexe Gemeinschaften wie jene des Gastrointestinaltrakts qualitativ und
quantitativ zu untersuchen (Gueimonde et al., 2004). DGGE ist eine geeignete Methode, um die
Komplexität einer Bakteriengemeinschaft zu untersuchen und Veränderungen innerhalb einer
Seite 157
Bakterienpopulation (z.B. bei unterschiedlichen Fütterungsmaßnahmen) festzustellen. Sie ist auch in
der Lage bislang unbekannte und nicht kultivierbare Bakterien zu erfassen (Muyzer und Smalla, 1998).
Im zugrunde liegenden Projekt (EU-Projekt „Quality Low Input Food“) wurden 76 Schweine in zwei
Fütterungsrunden mit vier verschiedenen Futterbehandlungen (Kontrollgruppe (KG), KG + Grassilage,
KG + Maissilage und KG + Probiotikum [Bifidobacterium animalis subsp. lactis Ra 18; Universität
Bologna]) gefüttert (Nagel et al., 2007). Pro Tier wurden 3 Fäzes- und 5 Darminhaltsproben (Magen,
Duodenum, Ileum, Caecum und Colon) gewonnen, welche in sterilen Plastiksäcken in anaerober
Atmosphäre (GENbag® anaer, Biomerieux, Marcy l'Etoile, Frankreich) bei -80°C gelagert wurden. Eine
Fäzes- und die Colonprobe aller 76 Tiere wurden für die folgende Untersuchung herangezogen. Die
DNA-Isolierung erfolgte mit Hilfe des QIAamp® DNA Stool Mini Kits (Qiagen, Hilden, Deutschland).
Als Positivkontrolle wurde Bifidobacterium animalis subsp. lactis Ra 18 (Bf95, interner Code) in BHIMedium (Oxoid, Hampshire, England) bei 37°C unter anaeroben Bedingungen angezüchtet und durch
Gramfärbung auf Reinheit geprüft. Die gewonnene Biomasse wurde durch zweimaliges Waschen mit
0,85%-iger NaCl-Lösung und 50 mM EDTA-Lösung gereinigt und diente als Ausgangsprodukt für die
DNA-Isolierung mit dem Qiagen DNeasy® Blood and Tissue Kit (Qiagen, Hilden, Deutschland).
Die Real-Time PCR Untersuchungen erfolgten mit dem Rotorgene 3000 Thermocycler (Corbett
Research, Sydney, Australien), wobei SybrGreen als Fluoreszenzmarker verwendet und ein
kommerziell erhältlicher Mastermix (QuantiMix EASY KIT) der Firma Biotools (Madrid, Spanien)
eingesetzt wurden.
Um Bifidobacterium animalis subsp. lactis in den Fäzes- bzw. Colonproben nachweisen zu können,
kamen ein für diese Art spezifisches Primerpaar (Bflact2/Bflact5) und folgendes Programm zum
Einsatz: Initiale Denaturierung bei 95°C für 3 Minuten, 35 Zyklen mit Denaturierung bei 95°C für 20
Sekunden, 64°C Annealingtemperatur für 20 Sekunden und Extension bei 72°C für 20 Sekunden. Das
Primerpaar Bflact2/Bflact5 setzt in der ITS Region der 16S rDNA von Bifidobacterium animalis subsp.
lactis an (siehe Tab. 1; Mayer et al., 2007). Anschließend wurde die Länge der PCR-Produkte mittels
Agarosegelelektrophorese bestätigt.
Die für die DGGE benötigte PCR-Amplifikation wurde in einem Mastercycler (Eppendorf, Hamburg,
Deutschland) mit dem Primerpaar Bflact5/Bflact2-GC durchgeführt, wobei nachfolgendes PCR
Programm verwendet wurde: Initiale Denaturierung bei 95°C für 5 Minuten, 35 Zyklen mit
Denaturierung bei 95°C für 1 Minute, 64°C Annealingtemperatur für 1 Minute und Extension bei 72°C
für 1 Minute und anschließender finalen Extension bei 72°C für 8 Minuten. Das amplifizierte PCRFragment mit einer Länge von ca. 680 bp (Mayer et al., 2007) wurde in einer Agarosegelelektrophorese bestätigt. Anschließend wurde die DGGE im Bio-Rad DCode™ Universal Mutation
Detection System (Bio-Rad, München, Deutschland) durchgeführt. Um die PCR Produkte
aufzutrennen, wurden 8%ige Polyacrylamidgele mit einem linearen denaturierenden Gradient von 30 50% eingesetzt und die Elektrophorese bei 60°C und 70 V für 16 h durchgeführt. Die Visualisierung
der DNA-Banden erfolgte durch Färbung mit Ethidiumbromid. Ausgewählte Banden wurden aus dem
Gel ausgeschnitten, mit 1x PCR-Puffer gewaschen und bei 4°C über Nacht in 1x PCR-Puffer eluiert.
Daraufhin wurde mit dem erhaltenen Template eine PCR mit dem Primerpaar Bflact2/Bflact5 (ohne
GC-Klammer) durchgeführt, die PCR-Produkte mit dem QIAquick PCR Purification Kit (Qiagen, Hilden,
Deutschland) gereinigt und letztlich zur Sequenzierung gesandt (Eurofins MWG Operon, Ebersberg,
Deutschland). Auf der NCBI Webseite wurden die erhaltenen Sequenzen mit öffentlich zugänglichen
Seite 158
Sequenzdaten
unter
Zuhilfenahme
des
(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/blast/Blast.cgi).
BlastN
Tools
verglichen
und
identifiziert
Tabelle 2: eingesetzte Primer
1
Primer
Sequenz (5´- 3´)
Spezifität
Annealing
Temp (°C)
DGGE Gradient
(%)
Literatur
Bflact2
GTG GAG ACA CGG TTT CCC
B. animalis subsp.
lactis
64
-
Mayer et
al., 2007
Bflact5
CAC ACC ACA CAA TCC AAT AC
B. animalis subsp.
lactis
64
-
Mayer et
al., 2007
Bflact2GC1
GTG GAG ACA CGG TTT CCC
B. animalis subsp.
lactis
64
30 - 50
-
GC clamp (5´-CCC GCC GCG CCC CGC GCC CGT CCC GCC GCC CCC GCC CG-3´) angehängt an das 5´-Ende des Primers
Die letzte vor der Schlachtung gezogene Fäzes- sowie die Colonproben aller 76 Bio-Mastschweine
wurden auf das Vorhandensein des eingesetzten Probiotikums analysiert. Als artspezifisches
Primerpaar wurde Bflact2/Bflact5 gewählt. Die PCR-Bedingungen wurden anhand der Positivkontrolle
im Voraus optimiert und als geeignet beurteilt.
Durch den Einsatz der Real-Time PCR konnten 44 Proben positiv auf das Vorhandensein von
B. animalis subsp. lactis getestet werden, wobei 3 der positiven Proben ein sehr schwaches Signal
zeigten. Ein positives Ergebnis war durch die charakteristische Schmelzpunkttemperatur, die für B.
animalis subsp. lactis bei einem Mittelwert von 91,82°C mit einem Minimum von 91,75°C und einem
Maximum von 92°C lag, gekennzeichnet (siehe Abb. 1). Anschließend an die Real-Time PCR wurden
die PCR-Produkte mit einer Gelelektrophorese bestätigt. Die Ergebnisse der Schmelzpunktanalyse der
Real-Time PCR korrelierten gut mit den Ergebnissen der Agarosegelelektrophorese (siehe Abb. 2).
B. animalis subsp. lactis konnte mittels Real-Time PCR mit wenigen Ausnahmen nur in Proben von
Tieren der Probiotikum-Fütterungsgruppe nachgewiesen werden.
Seite 159
x-Achse: Temperatur in °C
y-Achse: dF/dT: Erste Ableitung – Änderungsrate (d) der Fluoreszenz (F) bezogen auf die Zeit
(T)
Abbildung 4: Schmelzkurvenbestimmung in der Real-Time PCR - B. animalis subsp. lactis (ausgewählte
Ergebnisse)
[bp]
M Bf95 112 113 116 117 118 121 122 123 127 128
1500
1000
500
Abbildung 2: Gelelektrophorese der Real-Time PCR-Produkte: B. animalis subsp. lactis (ausgewählte
Ergebnisse)
bp: Basenpaare
M: Marker
Bf95: B. anim alis subsp. lactis Ra 18 (Positivkontrolle)
112, 113: Fäzesproben der Maissilagegruppe (erste Runde des Fütterungsversuchs)
116, 117, 118: Fäzesproben der Kontrollgruppe (erste Runde des Fütterungsversuchs)
121, 122, 123: Fäzesproben der Grassilagegruppe (erste Runde des Fütterungsversuchs)
127, 128: Fäzesproben der Probiotikumgruppe (erste Runde des Fütterungsversuchs)
Seite 160
B. animalis subsp. lactis zeigte nach Amplifikation mit dem Primerpaar (Bflact2-GC/Bflact5) in der
DGGE eine starke Bande (1) im unteren Abschnitt des Gels, sowie eine schwache Bande (2) im oberen
Teil des Gels, wobei diese Bande vor allem bei der Positivkontrolle (Bf95) gut sichtbar war (siehe Abb.
3). Die untersuchten Proben zeigten dasselbe Bild, obwohl die Bande 2 oft sehr schwach bzw.
manchmal auch nicht detektiert wurde (siehe Abb. 3). Die Identität der Banden wurde durch
anschließende Sequenzierung geprüft und bestätigt. Mittels DGGE wurden 43 der untersuchten Proben
positiv auf B. animalis subsp. lactis getestet, wobei 2 der positiven Proben allerdings sehr schwache
Banden zeigten.
Sowohl Real-Time PCR als auch DGGE eigneten sich zum Nachweis des eingesetzten Probiotikums
B. animalis subsp. lactis. Beide Methoden führten zu identen Endergebnissen. In denselben 41 Proben
wurde B. animalis subsp. lactis nachgewiesen.
Obwohl die Charakteristik und die Besonderheit der DGGE in der Analyse komplexer mikrobieller
Gemeinschaften bzw. in der Darstellung der Biodiversität liegt (Ercolini, 2004), kann die Methode
ebenso zum Nachweis einzelner Bakterienarten oder -gattungen herangezogen werden. Hierzu wurde
an den Primer Bflact2 eine GC-reiche Sequenz (GC-Klammer, siehe Tab. 1) angehängt, um den Einsatz
in der DGGE zu ermöglichen. Allerdings ist der Einsatz der DGGE im Gegensatz zur Real-Time PCR mit
höherem Zeit- und Arbeitsaufwand verbunden. Somit stellt die Real-Time PCR für die hier
beschriebene Aufgabenstellung die schnellere und effizientere Methode dar. Mit beiden Methoden
konnten übereinstimmende Ergebnisse erzielt werden.
Um genaue Aussagen über die Quantität des eingesetzten Probiotikums treffen zu können, sind im
weiteren zusätzliche Real-Time PCR Analysen bei B. animalis subsp. lactis positiven Proben geplant.
Abbildung 3: PCR-DGGE: B. animalis subsp. lactis (ausgewählte Ergebnisse)
Bf95: B. anim alis subsp. lactis Ra 18 (Positivkontrolle)
481, 483, 484: Fäzesproben der Probiotikumgruppe (zweite Runde des
Fütterungsversuchs)
159, 171, 156: Colonproben der Maissilagegruppe (erste Runde des Fütterungsversuchs)
Seite 161
Danksagung
Mein Dank gilt der H. Wilhelm Schaumann Stiftung (Hamburg, Deutschland) für die Finanzierung
meines Forschungsstipendiums sowie des Laborverbrauchsmaterials.
Literatur
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Tierernährung, Sekundärwirkungen von Futterinhaltsstoffen – vom Nährstoff zum Wirkstoff; 15 November 2007; Vienna,
Austria.
Autorenanschrift
DI Petersson
Abteilung für Lebensmittelmikrobiologie und –hygiene
Seite 162
Quantification by real-time PCR of cellulolytic bacteria in the
rumen of sheep after supplementation of a forage diet with
readily fermentable carbohydrates – Effect of a yeast additive
Mosonia P., Chaucheray-Duranda F., Béra-Mailleta C. and Foranoa E.
No abstract available before printing
Seite 163
Development of hydrogenotrophic microorganisms and H2
utilisation in the rumen of gnotobiotically-reared lambs.
Influence of the composition of the cellulolytic microbial
community and effect of the feed additive Saccharom yces
cerevisiae I-1077
Chaucheyras-Durand F., Masseglia S., Fonty G. and Forano E.
No abstract available before printing
Seite 164
Firmensponsoring - METALL UND FARBEN GESELLSCHAFT M B H, Leibnizgasse 1/4/4, A-1100 Wien
Seite 165
Organische Säuren und weitere Zusatzstoffe / Organic Acids and other Additives
Effect of glycerides of butyric, caprylic and capric acids on
growth performance in weaned pigs
Renata Urbaityte, Nataliya Roth and Martin Wieser
BIOMIN GmbH, Industriestrasse 21, 3131 Herzogenburg, Austria
Introduction
The first weeks after weaning are critical stage for the piglets in terms of nutritional, environmental
and physiological stresses leading to malabsorption coupled with reduced weight gain and increased
morbidity and mortality rates. In the past the dietary supplementation with antibiotics has been
proven the efficient tool to compensate the post-weaning stress. However, the public concerns about
the potential development of resistant pathogen strains and general food safety resulted in antibiotics
ban and consequently forced nutritionists to search for alternative growth promoters. Particular
attention has been paid to the short (SCFA) and medium (MCFA) chain fatty acids, which are widely
distributed in nature as a constituent of plants, animal tissues or common metabolites of microbial
fermentation (Partanen and Mroz, 1999).
Butyric acid is produced along with other SCFA by microbial fermentation of dietary and endogenous
residues in the lower gut of all animal species, however in the small intestine of pigs the formation of
butyrate is low or absent (Knudsen et al., 2003; Claus et al., 2007). The free butyric acid is rapidly
taken up from the gut lumen and it is the crucial oxidative fuel for the colonocytes (Roediger, 1980).
Additionally, butyric acid has also been shown to have several cellular effects, i.e. influencing cell
maturation and differentiation (Knudsen et al., 2003). Pig mucosa cells are renewed every 2-7 days.
Mucosal integrity is ensured by an appropriate balance between the mitotic activity of stem cells in
crypt area and apoptosis in the villi tips (Claus et al., 2007). According to some studies butyric acid
stimulates mitosis and inhibits apoptosis of mucosal cells in the pigs’ colon, consequentially increases
the vill length and crypt depth (Galfi and Bokori, 1990; Mentschel and Claus, 2003; Kotunia et al.,
2004). Various studies confirmed bactericidal and stimulant effect of butyric acid on beneficial
microflora in pigs (Leeson et al., 2005; Boyen et al., 2008) thus leading to improved animal
performance (Galfi and Bokori, 1990; Kotunia et al., 2004).
Different reviews showed that approximately fifty percent of newborn piglets’ deaths were reported to
occur within the first 3 days, because of energy insufficiency (Wieland et al., 1993a, b). To remedy
the energy insufficiency medium chain triglycerides (MCT) can serve as a unique supplemental fuel
source for piglets (Odle et al., 1991; Odle, 1997). Medium chain fatty acids (MCFA) which are the
constituents of MCT having 6 to 12 carbon atoms are more soluble than long chain fatty acids and can
diffuse through the enterocytes wall without the assistance of the carriers (Wieland et al., 1993a, b).
MCT can be easily absorbed and oxidized by neonatal pigs improving blood glucose homeostasis
(Lepine et al., 1989) and energy status of the animal (Benevenga et al., 1989). Moreover, MCFA have
Seite 166
been shown to be bactericidal to numerous gram-negative and gram-positive bacteria (Nakai et al.,
2002; Skrivanova et al., 2006).
SCFA and MCFA are rapidly metabolized by the microbiota of the gut and absorbed by the epithelial
cells along the gastro-intestinal tract (Van Immerseel et al. 2006, Louis et al., 2007). The
supplementation of protected fatty acids enables them to reach the further gastrointestinal tract
compartments in pigs, where the colonization by pathogenic bacteria mainly takes places, and
consequentially reduce the bacterial counts. Reduced colonization of the distal parts of the intestinal
tract may in turn correlate with the reduced fecal shedding of bacteria and moreover, improved
animal growth performance.
The aim of the study was to evaluate the effect of glycerides of butyric, caprylic and capric acids on
the growth performance in weaned pigs.
Materials and methods
A trial was carried out with weaned pigs on a commercial farm in Austria. The trial was conducted in a
period of 14 d post-weaning. Eighty-four crossbred piglets (German Landrace x Pietrain; mixed males
and females) were weaned at 28 d and transported to the barn where they were housed into crates
on slatted plastic floor. The piglets were divided into 4 groups (21 animals per group) that were
homogenous for weight and sex. During the trial piglets received the commercial weaned pigs’ diet in
a mash form. The diet was formulated according to the GfE (2006) requirements. Two groups
received the diet containing no feed additive, whereas the other two received the dietary
supplementation with glycerides of butyric, caprylic and capric acids (BIOMIN GmbH, Austria) at
inclusion rate of 2.0 kg/ton feed. Feed and water were provided ad libitum. The composition and
nutrients of the commercial weaned pigs’ diet is shown in Table 1 and 2.
Each pen had its own feeder and nipple drinker. The room was equipped with automatic heating and
forced ventilation. The temperature was gradually reduced from 29 to 25°C during the experiment.
The pigs were weighed in groups at the beginning and at the end of the trial. Feed consumption was
recorded for each group daily and then individual feed intake was calculated. Clinical observations for
diarrhea, depression, immobility and inappetence were carried out daily.
Seite 167
Table 1. Composition of the commercial weaned pigs’ diet (as fed).
Ingredients
Unit
Corn
%
30.00
Barley
%
35.00
Potato protein
%
5.75
Fishmeal
%
5.50
Soy protein concentrate
%
3.00
Corn pressure cooked
%
4.00
Whey powder
%
3.00
Palm kern-coconut fat
%
3.50
Dextrose
%
4.00
Lactose
%
3.00
Mono calcium phosphate
%
0.50
Calcium formate
%
0.80
Magnesium phosphate
%
0.25
Sodium chloride
%
0.35
Vitamin premix
%
0.10
Trace mineral premix
%
0.15
L-Lysine
%
0.60
DL-Methionine
%
0.20
L-Threonine
%
0.20
L-Tryptophan
%
0.08
Sweetener&Flavour additive
%
0.02
Seite 168
Table 2. Nutrient composition of the commercial weaned pigs’ diet (per kg as fed).
Item
Unit
ME
MJ
14.3
Crude protein
%
17.0
Crude fibre
%
2.7
Ether extract
%
6.4
Crude ash
%
5.0
Calcium
g
6.4
Phosphorus
g
5.6
Sodium
g
2.6
Magnesium
g
1.6
Lysin
g
14.0
Methionin
g
5.3
Threonin
g
8.8
Tryptophan
g
2.7
Vit. A
I.U.
18000
Vit. D3
I.U.
2000
Vit. E
mg
230
Vit. C
mg
40
Vit. K3
mg
20.0
Vit. B1
mg
3.0
Vit. B2
mg
8.6
Vit. B6
mg
5.1
Vit. B12
mcg
50
Nicotinic Acid
mg
60
Panth acid
mg
20
Cholinchloride
mg
250
Folic Acid
mcg
1000
Biotin
mcg
150
Copper
mg
160
Zinc
mg
120
Iron
mg
115
Manganese
mg
80
Cobalt
mg
2.0
Iodine
mg
3.2
Selenium
mg
0.4
Seite 169
All animals remained in good health throughout the duration of the trial. The dietary supplementation
with glycerides of butyric, caprylic and capric acids improved animal growth performance. The final
body weight (BW) and average daily weight gain (ADWG) were increased by 4 and 14%, respectively,
whereas feed conversion rate (FCR) decreased by 18% in the trial group compared to these in the
control group (Table 3). The feed intake (FI) was slightly decreased in the trial group compared to the
control.
The improved growth performance in the present study is in a good agreement with the studies
conducted with butyrates in weaned pigs (Manzanilla et al., 2008, Kotunia et al., 2008). According to
the various literature sources SCFA and MCFA are absorbed and transported directly to portal vein to
provide animals with additional energy. Especially butyric acid is considered as a nutrient for the
epithelium integrity along the intestinal tract (Scheppach et al., 1996). It is indicated that free butyric
acid is absorbed very quickly in upper digestive tract and likely is limited of its use. Therefore in the
present study the protected butyric acid form coupled with glycerides was used. Unlike free butyric
acid, glycerides of butyric acid result in slow release of butyric acid in gastro-intestinal tract delivering
it to the further compartments of intestine. Therefore it might be assumed that the higher ADWG in
piglets fed glycerides of butyric, caprylic and capric acids improved absorption of nutrients from lumen
gut due to increased length of the intestinal villi and therefore enlarged absorption surface of the gut.
Table 3. Effect of glycerides of butyric, caprylic and capric acids
on the growth performance in weaned pigs.
Group
Control
Trial
No of animals
n = 42
n = 42
Initial BW d 28, kg
7.55
7.54
Final BW d 42, kg
10.73
11.16
ADWG, g
227
258
FI/animal/day, g
419
389
FCR
1.85
1.51
Trial 1
BW = body weight; ADWG = average daily weight gain; FI = feed intake; FCR = feed conversion rate
In the present study FCR was improved in piglets fed with dietary supplementation of glycerides of
butyric, caprylic and capric acids. The results reported herein might suggest that MCT provided piglets
with fuel energy, therefore less feed was needed per unit weight gain. These results are in a good
agreement with those of De Rodas and Maxwell (1990) who obtained a significantly increased feed
efficiency during the first week post weaning (weaning at 21 to 28 d) by adding 6 % MCT oils. Finally,
Dove (1993), feeding 5 % soyabean oil, MCT or animal fat, obtained the highest growth rate with the
MCT source. There are discrepancies between the effects of MCT on pig performance. These
discrepancies may be related to the absence or very low levels of endogenous gastric or plant lipases
(Decuypere and Dierick, 2003).
Seite 170
Regarding to the various literature sources the SCFA and MCFA act against pathogenic bacteria
(Boyen et al., 2008; Van Imerseel et al., 2004, 2006). In the present study the counts of the bacteria
in gastrointestinal tract were not measured, however it might be assumed that the number of the
pathogenic bacteria was decreased reducing the bacterial challenge.
Conclusions
In the present study the dietary supplementation with glycerides of butyric, caprylic and capric acids
resulted in overall improved animal performance in weaned pigs. The enhancement of growth
performance in pigs might be attributed to the slow release of the butyric acid in gastrointestinal tract.
Due to nourishing butyric acid function the intestine villi are enlarged, enhancing absorption area for
nutrients. Moreover, triglycerides of caprylic and capric acids provided weaned pigs with the high
quality energy, thus improved feed efficacy.
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by neonatal pigs. Journal of Animal Science 71: 1869-1874.
Dr. Renata Urbaityte
BIOMIN GmbH
Industriestrasse 21, A-3130 Herzogenburg
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Effect of an organic acid blend on a slow realese medium on
cathfish performance
Nataliya Roth1, Renata Urbaityte1 and Pedro Encarnacao2
BIOMIN Holding GmbH, Industriestrasse 21, 3130 Herzogenburg, Austria
BIOMIN Singapore Pte Ltd, 3791 Jalan Bukit Merah 08-08, 159471 Singapore
Introduction
Catfish (Pangasius hypothalamus) have become increasingly attractive for the food industry. Farmers
are looking for the possibilities to increase the catfish performance. Public opinion and regulation
authorities in most export countries focus now on the misuse of antibiotics in aquaculture, and public
attention has focused on alternative production methods (Verbeeke, 2001). Furthermore, the EU has
banned all antibiotic growth promoters (AGPs) from livestock production since January 2006, as the
use of low level AGPs in animal feeds carries the possibility of resistance transfer from the bacterial
community to species that are pathogenic in humans (Liem, 2004). The use of organic acid and their
salts or blends provides an interesting opinion for promoting the performance of a wide variety of
aquaculture species worldwide. Organic acids are abundant in extracts of tissues of fish and other
aquatic organisms (Hidaka et al., 1992). The use of acidifier in aquaculture can be an efficient tool to
achieve more sustainable and economic fish production (Lückstädt, 2007). Some studies have shown
their stimulatory effects on fish (Adams et al., 1988; Hidaka et al., 1992) As such acids may leach
from food pellets and influence the feeding behavior of fish (Xie et al., 2003).
The present study focused on the application of organic acid bland on a sequential release medium in
catfish feed to improve the growth performance. Different inclusion levels were tested to determine
best dosage for the application of the product.
The trial was conducted in a period of 63 days in Aquaculture Centre for Applied Nutrition (ACAN),
Thailand. A total of 630 juvenile striped catfish (Pangassius hypothalamus) with on average initial
weight of 10±1g were divided into three treatments. Fish were stocked in nine tanks (500 l)
randomly, at density 70 fish per tank. The trial design consisted of three treatments with three
replicates per treatment.
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Treatments:
• Control group –Diet, no feed additives
• Trial group I – Diet + 2 g acidifier/kg feed
• Trial group II – Diet + 4 g acidifier/kg feed
The experimental diets were produced by blending a commercial diet with vegetable oil and the test
product according to Table 1. The chemical analysis of the experimental diets is shown in Table 2.
Table 1. Diet formulation
Feed Ingredient
CP 1190 diet
Biotronic SE
Vegetable oil
Total
Control
g/kg
990
10
1000
Trial group I
g/kg
988
2
10
1000
Trial group II
g/kg
986
4
10
1000
Table 2. Diet analysis
Diet
1
2
3
Energy
(Cal/100g)
353
356
360
%CF
%DM
%Ash
%CP
6.55
6.85
6.51
91.60
91.63
93.54
11.5
11.2
11.6
30.2
30.1
31.1
The experimental diet was grinded to produce a basal mash diet. The test substances were added to
this basal diet at the determined concentration and mixed together using a 10 liter Hobart type mixer.
These diets were produced using a lab scale extruder machine, followed by drying in an air flow oven
was at 600C until the moisture content is lower than 10%. The dry pellets were kept in the feed
container with two layer plastic bags and stored in the air-conditioned storage room. The fish were
fed to near satiety 3 times daily for a period of 63 days (9 weeks).
Water quality parameters (temperatures, dissolved O2, nitrites, nitrates and ammonia) in the tanks
and mortality occurrence were recorded daily.
Feed intake was recorded weekly as difference in weight of feed container. Periodical sampling of
weight gain (bulk weight of each tank) was determined after 28 days from the beginning of
experiment. At day 28 and day 63 live weight gain and feed efficiency of the fish were calculated.
(FCR).
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Results
The fish under trial conditions achieved a very high performance during the entire period increasing
their initial body weight by more than 500% in 9 weeks. The trial results showed the improvement in
growth performance in the trial groups fed diets supplemented with acidifier compared to the control
group (Table 3). Fish fed diets supplemented with acidifier at 2 and 4 g/kg feed inclusion rate showed
an increase in weight gains of 2.53 and 3.28%, respectively (Table 3). During the experimental period
100% survival rates in all three trial groups indicate high hygienic and production conditions.
Table 3. Effect of acidifier on growth performance in catfish
Control group
No. fish
Initial body weight
(IBW), g
Final
body
weight
(FBW), g
Weight gain (WG)
(d1-d63),g
Feed
conversion
rate(FCR)
210
9.7
Acidifier
2 g/kg feed
210
9.8
Acidifier
4 g/kg feed
210
9.8
59.9
61.2
61.6
50.1
51.4
51.8
0.89
0.85
0.86
There was no significant difference found if compared with the negative control (P>0.05).
Nevertheless, compared to the control group, the feed conversion rate (FCR) was slightly lower (0.85
and 0.86) in the groups fed diets supplemented with 2 and 4 g acidifier /kg feed, respectively.
However, all three groups showed much better FCR than that observed in commercial production
farms for this species (FCR 1.5). In the present study the FCR might be attributed firstly to the high
quality of feed, and optimization of feeding rate under trial conditions. Nevertheless, even under these
optimized conditions it was possible to see an improvement of performance with the application of
acidifier.
Analysis of the trial in the Table 4 shows that after the first period of 28 days fish fed with acidifier
supplementation of 2 g/kg of feed had the best growth performance overall with an increase in weight
gain of 6% when compared to the negative control. However, after 9 weeks this beneficial effect
reduced to 2.6 % and 3.7% for the diet supplemented with Biotronic® SE at 2 kg/t and 4 kg/t
respectively, compared to the negative control.
Table 4. Fish performance after the first 28 days period
Diet
IBW, g
FBW, g
WG, g
Control
9.7
24.7
15.0
Acidifier
2 g/kg feed
9.9
25.8
15.9
Acidifier
4 g/kg feed
9.8
25.4
15.5
There was no significant difference found if compared
Feed, g
FCR
16.4
1.10
16.5
1.04
16.8
1.08
with the negative control (P>0.05).
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Water parameters measured in the tanks daily were constant during the entire trial period. Therefore
it was concluded that dietary supplementation with acidifiers has no negative effects on water quality.
Table 5 shows the parameter of the water quality.
Table 5 Results of water quality analysis during the trial period
week
1
2
3
4
5
6
7
8
Oxygen
mg/l
5.6
5.4
5.8
5.3
5.3
5.1
4.8
4.7
pH
7.5
7.4
7.4
7.3
7.3
7.4
7.3
7.3
Ammonia
mg/l
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
Nitrites
mg/l
0.2
0.2
0.3
0.4
0.3
0.2
0.2
0.4
Discussions
The influence of acidifiers on the fish performance was tested in several studies. The use of acids was
tested in tropical warm water species, like tilapia (Rami et al., 2005) and catfish (Owen et al. 2006).
Ramli et al. (2005) tested the use of potassium-diformate as a non-antibiotic growth promoter in
tilapia grow-out. Over the whole feeding period, from day 1 to day 85, potassium-diformate
supplementation significantly increased the weight gain and feed efficiency in tilapia.
The effects of several organic acids (citric, metacetonic, lactic, acetic, and oxalic) on the stimulatory
feeding behavior of Tilapia nilotica were tested (Xie et al 2003). Some of these acids are added to
food stocks to retard spoilage. The results showed that citric acid at a concentration of 102 to 106 M,
metacetonic acid at 104 to 106 M, and lactic acid at 102 to 105 M stimulated feeding.
There is a published study about the use of acidifiers for catfish. Owen et al. (2006) tested the sodium
salt of butyric acid as a feed additive in the omnivorous tropical catfish Clarias gariepinus at 2 kg/t
using a fishmeal and a defatted soya concentrate diet. In the catfish fed on fishmeal diet, the SGR
was slightly higher in the supplemented fish (% body weight gain 131% for control and 141% for the
Na-butyrate group), with a concomitant reduction in the FCR for the supplemented fish. Subjectively,
sodium butyrate supplementation appeared to increase the proportion of gram-positive bacteria in the
hindgut of C. gariepinus, even though this increase was not statistically significant. (Lückstadt 2007)
The use of Biotronic® SE in catfish diet shows the slight improvement in the weight gain and improved
FCR were observed. It should be considered that the performance level of the catfish was very good
and therefore the improvement of performance parameters is limited, nevertheless acids were able to
enhance productivity.
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Conclusions
In spite of excellent production conditions, diets supplemented with acidifier Biotronic® SE (organic
acid bland on a sequential release medium) resulted in slight improved growth performance in catfish.
No significant differences were found while supplying acidifier if compared with the negative control.
However, dietary supplementation at inclusion rates 2 and 4 g/kg feed showed increase in weight
gains of 2.53 and 3.28%, respectively. Decreased FCR compared to the control group was also
achieved in the groups containing acidifiers.
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Autorenanschrift
BIOMIN Holding GmbH
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3130 Herzogenburg, Austria
Tel: +43 2782 803 0
Fax: +43 2782 803 40
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Einfluss des SGW-Faktors auf die Leistungsparameter
Futteraufnahme, tägliche Zunahmen und Tiergesundheit von
Aufzuchtkälbern
Holger Kurtz, Leonhard Raab und Edmund Mathies
IS Forschungsgesellschaft mbH, An der Mühlenau 4, D-25421 Pinneberg
Einleitung und Problemstellung
Optimale Kälbergesundheit ist die Basis für den Erfolg in der Milcherzeugung bzw. in der Rindermast.
Nur gesunde und kräftige Kälber können später als adultes Tier den an sie gestellten
Leistungsanforderungen gerecht werden. Der Grundstein für eine gute Konstitution der zukünftigen
Milchkühe oder Mastrinder wird in den ersten Lebenswochen während der Aufzuchtphase gelegt.
Selbst Kälber, die während dieser Zeit nur einmal erkranken, werden in ihrer Entwicklung nachweislich
negativ beeinflusst. Mehrfacherkrankungen steigern das Risiko einer reduzierten Lebensleistung
entsprechend.
Der SGW-Faktor ist ein innovativer Wirkstoffkomplex, der primär für den Bereich der Kälberfütterung
bzw. Kälberaufzucht entwickelt wurde. Der Hauptwirkungsort des SGW-Faktors beim Kalb ist der
Darm. Durch eine Kombination von ausgewählten mittelkettigen Fettsäuren mit einer
Faserkomponente aus Lignocellulosen soll die Funktionalität des Darms auch unter ungünstigen
Aufzuchtbedingungen sichergestellt, die Darm-Mikroorganismenzusammensetzung optimiert und
dadurch die Nährstoffversorgung des Tieres verbessert werden (Decuypere und Dierick, 2003; Jin, L.
et al., 1994; Jorgensen et al., 1994; Lenis et al., 1996; Skrivanova et al., 2006; Stratford und Anslow,
1996). In der vorliegenden Arbeit wird der SGW-Faktor in zwei Versuchen auf seine Wirksamkeit
bezüglich einer Verbesserung der Leistungsparameter Gewichtszuwachs, Futteraufnahme und
Tiergesundheit nach Zulage zum Milchaustauscher bei Aufzuchtkälbern überprüft.
Material und Methodik
In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss des dem Milchaustauscher beigemischten SGW-Faktors,
einer Wirkstoffkombination aus verschiedenen mittelkettigen Fettsäuren und Lignocellulosefasern,
hinsichtlich Gewichtsentwicklung, Futteraufnahme und Gesundheitsstatus von Kälbern überprüft. Dazu
wurde im August (Versuch 1, V1) und November (Versuch 2, V2) 2007 auf Gut Hülsenberg,
Wahlstedt, zwei siebenwöchige Fütterungsversuche mit männlichen Aufzuchtkälbern durchgeführt. Die
Zukaufskälber wurden in beiden Versuchen nach Tieralter und Lebendgewicht gleichmäßig einer
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Behandlungsgruppe (Zulage SGW-Faktor) bzw. einer Kontrollgruppe (Kontrolle, keine Zulage) zugeordnet. Um einen möglichen gerichteten Einfluss der Zusammensetzung bzw. des Nährstoffgehaltes
der verfütterten Milchaustauscher (MAT) auf die Interpretation der Wirksamkeit der Zulage des SGWFaktors ausschließen zu können, wurden in beiden Versuchen MAT mit unterschiedlicher Formulierung
eingesetzt
Für die Versuche (V1, V2) standen jeweils insgesamt 30 männliche Aufzuchtkälber der Rasse HolsteinFriesian zur Verfügung. Bei beiden Versuchen wurden die Kälber nach Alter und Lebendgewicht auf
zwei möglichst homogene Gruppen aufgeteilt, die Behandlungsgruppe erhielt jeweils den mit dem
SGW-Faktor aufgemischten Milchaustauscher (Behandlung, SGW-Faktor), die zweite Gruppe diente als
Kontrollgruppe (Kontrolle, keine Zulage). Der Versuchsbeginn (V1 16.08.07; V2 15.11.07) erfolgte
direkt nach Verteilung der Tiere auf die Versuchsgruppen praxisüblich ohne vorherige
Adaptionsperiode.
Haltung und Fütterung der Tiere beider Versuche (V1, V2) erfolgte unter standardisierten
Bedingungen. In beiden Fütterungsversuchen wurden die Kälber gruppenweise zu je 15 Tieren in
Tiefstreu-Gruppenbuchten auf Stroh gehalten. Eine individuelle Fütterung erfolgte bezüglich
Milchaustauscher (restriktiv nach Tränkeplan) und Kraftfutter (ad libitum) einzeltierbezogen mittels
Tränkeautomat bzw. Kraftfutterabrufstation. Der Tränkeplan, der während der Versuchsperiode beider
Versuche (V1, V2) zur Anwendung kam, ist in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1: Tränkeplan während der Versuchsperiode
Versuchstag
Elektrolyt-Tränke
(l/Tier)
MAT-Tränke
(l/Tier)
Konzentration MAT
(g/l Tränke)
0*
2
-
-
1
1
4
125
2-7
-
5-7
125
8 - 28
-
7
125
29 - 36
-
7-4
125
37 - 41
-
4-2
125
42 - 49
-
2-0
125
*Tag 0 = Tag des Zukaufes
In Versuch 1 wurden die Kälber beider Gruppen mit einem MAT mit 18,0 % Rohprotein, 16,5 %
Rohfett und etwa 60 % Molkenanteil in der Trockenmasse gefüttert, während die Tiere beider
Gruppen in Versuch 2 einen MAT mit 20,0 % Rohprotein, 18,0 % Rohfett, 15 % Magermilchpulver
und etwa 50 % Molkenanteil in der Trockenmasse erhielten. Neben dem jeweiligen MAT-Typ wurde
als Kraftfutterkomponente ein Kälber-Müsli angeboten. Die Grundfuttermittel TMR und Heu standen
den Tieren über Fressgitter ad libitum zur Verfügung. Als TMR wurde die Standard-TMR der MilchviehHerde in Hülsenberg gefüttert. Die Kälber hatten während der gesamten Versuchsdauer freien Zugang
zu einer zusätzlichen Wassertränke. Vor und während der Versuche (V1, V2) wurden keine
medizinischen Maßnahmen zur Darmgesundheits-Prophylaxe durchgeführt. Während der Versuche
(V1, V2) erfolgte eine tägliche Gesundheitskontrolle aller Tiere.
Das Wiegen der Kälber zur Ermittlung des Lebendgewichtes erfolgte mittels einer mobilen
elektronischen Kälberwaage an festgesetzten Tag zu jeweils identischen Zeitpunkten. Alle Tiere
wurden im Abstand von 7 Tagen gewogen, wobei die erste Wiegung am Zukaufstag (V1 16.08.07; V2
15.11.07) und die letzte Wiegung am 49. Versuchstag (V1 04.10.07; V2 03.01.08) stattfand.
Insgesamt wurden alle Tiere achtmal gewogen.
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Die täglichen Futteraufnahmen an MAT und Kraftfutter konnte tierindividuell, elektronisch erfasst
werden. Bezüglich der täglichen Aufnahmen an TMR und Heu musste die Futteraufnahme über die
Differenz von Einwaage und Rückwaage buchtenweise ermittelt werden, da eine tierindividuelle
Datenerfassung technisch nicht mögliche war. Die einzeltierbezogene Futteraufnahme an TMR und
Heu wurde unter Annahme anteilig gleicher Futteraufnahmen der Tiere je Bucht geschätzt.
Während der Versuche (V1, V2) erfolgte eine tägliche Gesundheitskontrolle aller Tiere. Vor und
während der Versuche wurden keine medizinischen Maßnahmen zur Darmgesundheits-Prophylaxe
durchgeführt.
Die Futtermittel-Probennahme erfolgte bei beiden Versuchen identisch. MAT und Kraftfutter wurden
chargenweise beprobt, Heu einmalig während der Versuchs, die TMR wurden täglich beprobt. Die
täglich gezogenen TMR-Proben wurden 14-tägig gepoolt und bis zur Analytik tiefgefroren gelagert.
Alle Futtermittel wurden im Labor der ISF in Wahlstedt auf Rohnährstoffgehalte nach WEENDERFuttermittelanalytik, Stärkegehalte sowie Calcium und Phosphorgehalte untersucht. Beim
Milchaustauscher kam eine erweiterte Analytik bezüglich Laktosegehalt, pH-Wert, Benetzbarkeit,
Löslichkeit und Fließverhalten zur Anwendung.
Die Auswertung der Daten zu Tiergewicht und Futteraufnahme erfolgte mittels SASStatistikprogramm. Als Auswertungsmodell wurde die PROC GLM Prozedur von SAS (SAS Inst., Inc.,
Cary, NC) verwendet, wobei die Faktoren Tieralter und Tiergewicht bei der Auswertung im Modell
berücksichtigt wurden. Die Überprüfung nach signifikanten Unterschieden (P<0,05) zwischen den
Behandlungen erfolgte auf Basis des DUNCAN-Tests. In der statistischen Auswertung konnten im
Versuch 1 nur jeweils 14 Tiere je Versuchsgruppe berücksichtigt werden, da je ein Tier pro Gruppe
aus gesundheitlichen Gründen von der Auswertung ausgeschlossen wurde. Im Versuch 2 konnten aus
selben Gründen in der Kontroll-Gruppe nur 13 und in der Behandlungs-Gruppe lediglich 14 Tiere
berücksichtigt werden.
Ergebnisse
Versuch 1 (V1)
Für den Versuch 1 (16.08.07 - 04.10.07) wurden 30 männliche Aufzuchtkälber der Rasse HolsteinFriesian mit einem durchschnittlichen Alter von 20 Tagen und einem mittleren Lebendgewicht von 50
kg zugekauft. Die Tiergewichte und das mittlere Alter der Kälber nach Versuchsgruppen ist der Tabelle
2 zu entnehmen.
Tabelle 2: Charakterisierung des Tiermaterials nach Versuchsgruppen (V1)
Tiere zu Versuchs- Alter zu Versuchsbeginn (n)
beginn (d)
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Anfangsgewicht
(kg)
Kontrolle
15
20 ±7
50,4 ±3,55
SGW-Faktor
15
20 ±7
50,0 ±5,83
Im Laufe des Versuches (V1) wies jeweils ein Tier pro Gruppe krankheitsbedingt so starke
Schwankungen in Futteraufnahme und Zuwachs auf, dass die erfassten Daten dieser Tiere bei der
Versuchsauswertung nicht berücksichtigt werden konnten. Die Gewichtsentwicklung und die mittlere
Futteraufnahme der Kälber (V1) je Versuchswoche sowie im Mittel des Versuchszeitraumes sind für
die Tiere der Kontroll-Gruppe und für die Tiere der SGW-Gruppe in der Tabelle 3 dargestellt.
Tabelle 3: Gewichtsentwicklung und mittlere Futteraufnahme der Tiere der Kontroll-Gruppe (K, n=14) und der SGW-Gruppe
(SGW, n=14) im Wochenverlauf (V1)
Versuchsbeginn
Mittleres
Tiergewicht
(kg)
Tägliche
Zunahmen
(g)
K
SGW
K
SGW
Mittlere Futteraufnahme je Tier/Woche
Kraftfutter
TMR
(kg)
(kg TM)
MAT
(kg)
K
SGW
K
SGW
K
SGW
Heu
(kg)
K
SGW
(16.08.)
50,4
50,0
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Woche 1
(17.08.-23.08.)
53,1
52,9
390,8
412,2
4,38
3,80
0,49
0,49
-
-
0,21
0,23
Woche 2
(24.08.-30.08.)
54,8
54,5
245,9
223,5
5,37
4,53
0,56
0,64
-
-
0,21
0,23
Woche 3
(31.08.-06.09.)
57,5
58,0
377,6
499,0
5,59
5,51
0,64
0,58
0,47
0,39
0,29
0,29
Woche 4
(07.09.-13.09.)
61,8
62,3
616,3
612,2
5,00
5,63
1,16
1,14
1,14
1,09
0,25
0,31
Woche 5
(14.09.-20.09.)
64,8
66,8
433,7
651,0
5,76
5,78
1,00
1,50
1,67
1,88
0,00
0,00
Woche 6
(21.09.-27.09.)
68,1
70,8
466,3
572,5
4,92
4,92
1,86
2,60
2,64
2,79
0,00
0,00
Woche 7
(28.09.-04.10.)
71,5
75,2
489,8
627,6
2,47
2,57
4,11
4,00
4,63
6,31
0,00
0,00
Ø
(16.08.-04.10.)
60,2
±7,53
61,3
±9,03
431,4
±113,9
514,0
±152,6
4,80
±1,08
4,68
±1,16
1,40
±1,20
1,56
±1,21
2,11
±1,46
2,49
±2,09
0,14
±0,12
0,15
±0,14
Die Tiere beider Versuchs-Gruppen im Versuch 1 wiesen zu Versuchsbeginn eine einheitliche mittlere
Lebendmasse von 50 kg auf. Zu Versuchsende wogen die Kontrolltiere 71,5 kg und die Tiere der
Behandlung mit dem SGW-Faktor 75,2 kg. Damit lag der Gesamtzuwachs im Versuchsverlauf des
Versuchs 1 bei durchschnittlich 21,1b kg (Kontrolle) bzw. 25,2a kg (SGW-Faktor) je Tier (P<0,05).
Daraus ergab sich mit 514 g täglichen Zunahmen ein signifikant höherer Zuwachs in der BehandlungsGruppe mit dem SGW-Faktor im Vergleich mit 431 g in der Kontroll-Gruppe.
Die mittleren Gewichtszunahmen sowie die Gesamtfutteraufnahme der Kälber im Versuchszeitraum
(V1) sind im Vergleich der Versuchs-Gruppen der Tabelle 4 zu entnehmen.
Tabelle 4: Zuwachs und Gesamtfutteraufnahme der Kälber im Versuchszeitraum (V1, 16.08.07 - 04.10.07)
Gesamtfutteraufnahme je Tier
Gewichtszunahme
(kg)
MAT
(kg)
Kraftfutter
(kg)
TMR
(kg TM)
Heu
(kg)
Kontrolle
21,1b
33,6
9,82
10,6b
0,96
SGW-Faktor
a
11,0
a
1,06
25,2
32,7
12,5
a,b - unterschiedliche Hochbuchstaben kennzeichnen signifikante Unterschiede (P < 0,05)
Während bezüglich der Futteraufnahme an MAT und Heu keine Unterschiede zwischen den Gruppen
im Versuchszeitraum des Versuchs 1 feststellbar waren, ließen sich für das Kraftfutter in der Tendenz
(SGW 11,0 kg vs. 9,82 kg Kontrolle) und bezüglich der TMR signifikant bessere Futteraufnahmen
(SGW 12,5 kg vs. 10,6 kg Kontrolle) bei den Tieren der Behandlungsgruppe (SGW-Faktor) feststellen.
Seite 181
Neben den signifikant besseren Zunahmen in Verbindung mit tendenziell (KF) bzw. signifikant (TMR)
verbesserten Trockenfutteraufnahmen konnte in der Behandlungs-Gruppe mit SGW-Faktor auch ein
tendenziell besserer Gesundheitsstatus der Tiere im Versuch 1 festgestellt werden. Wie aus Tabelle 5
hervorgeht, war die Anzahl an Durchfalltagen in der Behandlungsgruppe mit lediglich zwei gegenüber
sieben Durchfalltagen in der Kontroll-Gruppe deutlich geringer, auch die Anzahl an tierärztlichen
Behandlungen konnte durch den Einsatz des SGW-Faktors auf ein Minimum reduziert werden (Anzahl
Behandlungen: SGW 2 vs. 14 Kontrolle).
Tabelle 5: Anzahl an Durchfalltagen und tierärztlichen Behandlungen je Versuchsgruppe
als Parameter der Tiergesundheit (V1)
Durchfalltage
Tierärztliche
Behandlungen1
Kontrolle
7
14
SGW-Faktor
2
2
1
Erkrankungen Gastro-Intestinaltrakt u. Respirationsapparat; Fieber
Versuch 2 (V2)
Für Versuch 2 (15.11.07 - 03.01.08) standen insgesamt 30 männliche Aufzuchtkälber der Rasse
Holstein-Friesian zur Verfügung. Die Tiere wurden mit einem durchschnittlichen Alter von 21 Tagen
und einem mittleren Lebendgewicht von 53 kg zugekauft. Die Tiergewichte und das mittlere Alter der
Kälber nach Versuchsgruppen ist der Tabelle 6 zu entnehmen.
Tabelle 6: Charakterisierung des Tiermaterials nach Versuchsgruppen (V2)
Tiere zu Versuchs- Alter zu Versuchsbeginn (d)
beginn (n)
Anfangsgewicht
(kg)
Kontrolle
15
21 ±4
53,6 ±7,20
SGW-Faktor
15
22 ±5
53,5 ±9,15
Im Laufe des Versuches (V2) wiesen in der Kontroll-Gruppe zwei und in der Behandlungs-Gruppe ein
Tier krankheitsbedingt so starke Schwankungen in Futteraufnahme und Zuwachs auf, dass die
erfassten Daten dieser Tiere bei der Versuchsauswertung nicht berücksichtigt werden konnten.
Die Gewichtsentwicklung und die mittlere Futteraufnahme der Kälber (V2) je Versuchswoche sowie im
Mittel des Versuchszeitraumes sind für die Tiere der Kontroll-Gruppe und für die Tiere der SGWGruppe in der Tabelle 7 dargestellt.
Seite 182
Tabelle 7: Gewichtsentwicklung und mittlere Futteraufnahme der Tiere der Kontroll-Gruppe (K, n=13) und der SGW-Gruppe
(SGW, n=14) im Wochenverlauf (V2)
Mittleres
Tiergewicht
(kg)
Tägliche
Zunahmen
(g)
K
SGW
K
SGW
K
SGW
K
SGW
K
SGW
K
SGW
(15.11.)
53,6
53,5
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Woche 1
(16.11.-22.11.)
56,3
58,4
385,7
696,4
5,19
5,06
0,09
0,55
-
-
0,11
0,28
Woche 2
(23.11.-29.11.)
59,4
61,4
435,1
439,3
6,60
6,48
0,18
0,84
0,15
0,53
0,62
0,78
Woche 3
(30.11.-06.12.)
62,0
65,5
372,7
575,0
6,56
6,71
0,33
0,97
0,69
0,85
0,43
0,33
Woche 4
(07.12.-13.12.)
67,5
71,1
783,1
806,0
6,83
6,80
0,57
1,50
1,19
1,87
0,53
0,53
Woche 5
(14.12.-20.12.)
69,9
74,6
349,4
500,0
5,07
5,29
1,11
1,99
5,84
8,37
0,00
0,00
Woche 6
(21.12.-27.12.)
73,8
78,2
558,4
519,1
2,32
2,13
3,19
4,56
5,84
8,37
0,00
0,00
Woche 7
(28.12.-03.01.)
81,7
86,1
1127,3
1131,0
-
-
6,81
6,75
9,79
14,3
0,00
0,00
Ø
(15.11.-03.01.)
65,5
±9,49
68,6
±10,9
573,1
±287,5
666,7
±240,0
5,43
±1,69
5,41
±2,53
1,76
±2,31
2,45
±2,17
3,92
±3,54
5,71
±5,07
0,24
±0,28
0,27
±0,30
Versuchsbeginn
Mittlere Futteraufnahme je Tier/Woche
Kraftfutter
TMR
(kg)
(kg TM)
MAT
(kg)
Heu
(kg)
Die Tiere beider Versuchs-Gruppen im Versuch 2 wiesen zu Versuchsbeginn eine relativ einheitliche
mittlere Lebendmasse von etwa 53 kg auf. Zu Versuchsende wogen die Kontrolltiere 81,7 kg und die
Tiere der Behandlung mit dem SGW-Faktor 86,1 kg. Damit lag der Gesamtzuwachs im Versuchsverlauf
des Versuchs 2 bei durchschnittlich 28,1b kg (Kontrolle) bzw. 32,7a kg (SGW-Faktor) je Tier (P<0,05).
Daraus ergab sich mit 667 g täglichen Zunahmen in der Behandlungs-Gruppe mit dem SGW-Faktor ein
signifikant höherer Zuwachs als in der Kontroll-Gruppe mit lediglich 573 g.
Die mittleren Gewichtszunahmen sowie die Gesamtfutteraufnahme der Kälber im Versuchszeitraum
des Versuchs 2 sind im Vergleich der Versuchs-Gruppen der Tabelle 8 zu entnehmen.
Tabelle 8: Zuwachs und Gesamtfutteraufnahme der Kälber im Versuchszeitraum (V2, 15.11.07 - 03.01.08)
Gesamtfutteraufnahme je Tier
Gewichtszunahme
(kg)
MAT
(kg)
Kraftfutter
(kg)
TMR
(kg TM)
Heu
(kg)
Kontrolle
28,1b
32,6
12,3b
23,5b
1,69b
SGW-Faktor
32,7a
32,5
17,2a
34,2a
1,92a
a,b - unterschiedliche Hochbuchstaben kennzeichnen signifikante Unterschiede (P < 0,05)
Während bezüglich der Futteraufnahme an MAT kein Unterschied zwischen den Gruppen im
Versuchszeitraum des Versuchs 2 feststellbar war, ließen sich für Kraftfutter (SGW 17,2 kg vs. 12,3 kg
Kontrolle), TMR (SGW 34,2 kg vs. 23,5 kg Kontrolle) und Heu (SGW 1,92 kg vs. 1,69 kg Kontrolle)
signifikant bessere Futteraufnahmen bei den Tieren der Behandlungsgruppe (SGW-Faktor) feststellen.
Neben den signifikant besseren Zunahmen in Verbindung mit signifikant verbesserten
Trockenfutteraufnahmen (KF, TMR und Heu) konnte im Versuch 2 in der Behandlungs-Gruppe mit
SGW-Faktor auch ein tendenziell besserer Gesundheitsstatus der Tiere festgestellt werden. Wie aus
Tabelle 9 hervorgeht, war im Versuch 2 in der Behandlungsgruppe kein Durchfallgeschehen zu
beobachten, während in der Kontroll-Gruppe sieben Durchfalltage zu verzeichnen waren.
Seite 183
Tabelle 9: Anzahl an Durchfalltagen und tierärztlichen Behandlungen je Versuchsgruppe
als Parameter der Tiergesundheit (V2)
Durchfalltage
Tierärztliche
Behandlungen1
Kontrolle
7
6
SGW-Faktor
0
6
1
Erkrankungen Gastro-Intestinaltrakt u. Respirationsapparat; Fieber
Zusammenfassung und Schlussfolgerung
In der vorliegenden Arbeit wurde anhand zweier Fütterungsversuche (V1 (16.08.07 - 04.10.07), V2
(15.11.07 - 03.01.08)) bei Aufzuchtkälbern der Einfluss des dem Milchaustauscher beigemischten
SGW-Faktors, einer Wirkstoffkombination aus ausgewählten mittelkettigen Fettsäuren und
Lignocellulosefasern unterschiedlicher Holzherkünfte, auf Futteraufnahme, Wachstumsleistung und
Tiergesundheit überprüft.
Bezüglich des Leistungsparameters Zuwachs konnten im Versuch 1 in der Behandlungs-Gruppe mit
dem SGW-Faktor signifikant höhere tägliche Zunahmen von 514 g gegenüber 431 g in der KontrollGruppe festgestellt werden. Beim Parameter Futteraufnahme wurden im Versuch 1 für die
Aufnahmemengen an MAT und Heu im Versuchszeitraum keine Unterschiede zwischen den Gruppen
festgestellt, während sich für das Kraftfutter in der Tendenz (SGW 11,0 kg vs. 9,82 kg Kontrolle) und
bezüglich der TMR signifikant bessere Futteraufnahmen (SGW 12,5 kg vs. 10,6 kg Kontrolle) bei den
Tieren der Behandlungsgruppe (SGW-Faktor) feststellen ließen.
Im Versuch 2 konnten bezüglich des Zuwachses in der Behandlungs-Gruppe mit dem SGW-Faktor
ebenfalls signifikant höhere tägliche Zunahmen von 667 g gegenüber 573 g in der Kontroll-Gruppe
festgestellt werden. Beim Parameter Futteraufnahme wurden im Versuchszeitraum des Versuchs 2
keine Unterschiede bei den Aufnahmemengen an MAT zwischen den Gruppen festgestellt, während
sich für Kraftfutter (SGW 17,2 kg vs. 12,3 kg Kontrolle), TMR (SGW 34,2 kg vs. 23,5 kg Kontrolle) und
Heu (SGW 1,92 kg vs. 1,69 kg Kontrolle) signifikant bessere Futteraufnahmen bei den Tieren der
Behandlungsgruppe (SGW-Faktor) feststellen ließen.
Alle Erkrankungen der Tiere, die eine unmittelbare tierärztliche Behandlung notwendig machten, aber
auch Temperaturerhöhungen und Durchfälle wurden bei beiden Versuchen (V1, V2) erfasst. Im
Versuch 1 war bei den Kälbern der Behandlungs-Gruppe (SGW-Faktor) über den gesamten
Versuchszeitraum eine um 71 % reduzierte Durchfallhäufigkeit und eine um 86 % geringere Anzahl an
tierärztlichen Behandlungen zu verzeichnen. Die Kälber der Kontroll-Gruppe im Versuch 2 wiesen im
Verlauf des Versuches sieben Durchfalltage auf, während bei der Behandlungs-Gruppe (SGW-Faktor)
kein Durchfallgeschehen beobachtet werden konnte. Die durch die geringere gesundheitliche
Belastung bedingte höhere Vitalität der Kälber mit SGW-Faktor-Fütterung ließ sich im Vergleich mit
den Kontrollkälbern entsprechend in den deutlich verbesserten Leistungsmerkmalen wie
Futteraufnahme und Zuwachs der Tiere in beiden Versuchen (V2, V2) nachweisen.
Seite 184
Literatur
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lipolyticenzymes as an alternative to in-feed antibiotics in piglets: concept, possibilities and limitations: An overview. Nutrition
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Lenis, N.P.; Bikker, P.; van der Meulen, J.; van Diepen, J.T.; Bakker, J.G. and A.W. Jongbloed. Effect of dietary neutral
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Skrivanova, E.; Marounek, M.; Benda V. and P. Brezina. Susceptibility of Escherichia coli, Salmonella sp. and Clostridium
perfringens to organic acids and monolaurin. Veterinarni Medicina, 51, 2006 (3): 81–88.
Stratford, M. and P.A. Anslow. Comparison of the inhibitory action on Saccharomyces cerevisiae of weak-acid preservatives,
uncouplers, and medium-chain fatty acids. FEMS Microbiology Letters, 1996. 142 (1): 53-58.
Autorenanschrift
Dr. Holger Kurtz
IS Forschungsgesellschaft mbH
An der Mühlenau 4, D-25421 Pinneberg
[email protected]
Seite 185
Firmensponsoring - H. Willhelm SCHAUMANN GmbH & Co. KG, Jakob-Fuchs-Gasse 25-27,
A-2345 Brunn am Gebirge
Seite 186
Lecithin Emulsifier in Nutrition of Piglets
P. Danek and M. Rozkot
Institute of Animal Science Praha Uhříněves
Introduction
The need for natural alternatives to antibiotic growth promoters is an important issue in animal
production in this time. The high production level with still increasing demands as well as production
sites that have to fulfil high quality standards at low cost result in high stress levels for the animals
and will increase the demand for additives with effect on production. Milk fat contains a large amount
of short chain fatty acids that are easily consumable and absorbable (Palmquist et al., 1993). The
digestibility of milk fat of sows is set to be up to 95% (Heugten and Odle, 2000). In addition, the fat is
emulsified and it can be more easily digested in this form. Piglets lose this nutrition source at the
moment of weaning and it is a question how to substitute it adequately (Jensen et al., 1997). Heugten
and Odle (2000) considered insufficient digestibility to be the major problem of adding fats into feed
mixtures for piglets. It may be caused by the size of fat droplets. It was reported that a lecithin
emulsifier could help piglets of the weight up to 22 kg to increase weight gains and improve feed
conversion (Schwarzer and Adams, 1996). The effect of lecithin emulsifier is higher in days
immediately after weaning (Soares et al., 2002). With respect to these experiments the use of lecithin
emulsifier in feed mixtures for piglets after weaning can be promising (Desouza et al., 1995; Gu and
Li, 2003). The aim of the experiment was to test the effects of lecithin on the efficiency of piglets in
the post-weaning period.
Piglets were weaned in age of 28 days and sorted into experimental (E) and control (C) group
according to starting weight, sex and origin. In each group were 28 piglets. Piglets were kept in the
cages with non-stop access to food and water. The experiment lasted 28 days.
The control group was fed with commercial feeding mixture for piglets without growth stimulator. For
experimental group was lecithin emulsifier added in amount 1kg/t.
The weight of piglets and feed consumption were monitored in weekly intervals.
For digestibility determination the faeces were collected last two days of every week. The digestibility
was determined by calculating the content of nutrients in feed and faeces concerning the content of
Seite 187
the marker (insoluble portion of ash). In the laboratories of our institute the contents of dry matter,
crude protein, crude fat, crude fibre, ash and insoluble portion of ash in HCl were measured. Dry
matter was determined by weighing after drying at the temperature of 105°C for 4 hours. The content
of crude protein in the sample was calculated after determining the nitrogen content by Coulometric
titration according to the formula: crude protein = N × 6.25. Nitrogen in the sample was transformed
after mineralization by sulphuric acid while boiling with catalyst to ammonium sulphide and by titration
with hydrobromide generated coulometrically from potassium bromide using biamperometric
indication its amount was calculated. Fat was determined by weighing as the residue after extraction
by means of diethyl ether. Fibre was determined as the solid residue after acid and alkaline hydrolysis
by sulphuric acid and the solution of sodium hydroxide after having estimated the ash by weighing.
Ash was determined as the residue after complete combustion of organic substances at 550°C by
weighing. The insoluble portion of ash in HCl was determined as the residue of ash after dissolving
ash in diluted hydrochloric acid by weighing. Laboratory analysis of the used feed mixture was
performed at the same time
The statistical program Qcexpert (TriloByte) was used for statistical evaluation.
Average weight at the beginning of the experiment was almost the same in both groups (C = E =
8.700), but the final weight is about 0.5 kg higher in experimental group (C = 19.446, E = 19.886 kg).
Average daily gain was statistically insignificantly about 4% higher in piglets from the experiment
group (C = 383.8, E = 399.5 g). Feed consumption was 1.959 kg per 1 kg of weight gain in the
control group, while in the experiment one 1.806 kg, which means a statistically significant decrease
by 7.8 % – table 1.
Table 1: Results of feeding experiment - values marked by different capital letters are statistically
highly demonstratively different (P>0.01).
C
E
Index (%)
C = 100%
Number of piglets
Initial
weight kg
AWG g/day
FCR kg/kg
Final
weight kg
Seite 188
28
28
x
8.700
8.700
SD
1.256
1.586
x
383.8
399.5
SD
98.4
95.0
x
1.959A
1.806 B
SD
0.063
0.045
19.446
19.886
3.364
3.586
100
104.1
92.2
102.6
The digestibility of nutrients was higher in piglets with the feeding mixture with emulsifier. The lowest
increase of digestibility was determined in organic matters – by 1.4% in comparison to the control;
the highest increase was in crude fibre – an increase of 6.3% in comparison to the control. The some
effect was registered at crude fat, crude protein and ash digestibility – an increase of 4.3, 4.7 i.e. 4.2
% in comparison to the control group, but only differences in crude protein was statistically significant
(C = 78.50, E = 82.20% P<0.01) – table 2.
Table 2 Digestibility coefficients (%) - values marked by different capital letters are statistically highly
demonstratively different (P>0.01).
C
E
Index (%)
C = 100%
Crude fat
Crude protein
Crude fibre
Organic matter
Ash
x
68.42
71.38
SD
9.21
9.25
x
78.50 A
82.20 B
SD
4.36
2.36
x
56.01
59.52
SD
13,09
10,54
x
83.76
84.99
SD
2,96
2,77
x
64.88
67.59
SD
9,32
10,20
104.3
104.7
106.3
101.4
104.2
The presupposition of a better feed exploitation was confirmed. In piglets from the experiment group
there was a lower feed consumption per kg of weight increase in comparison to the control. This
conclusion is supported by the fact a higher digestibility of nutrients from feeding mixture. Also
Heugten and Odle (2000) arrived at the same conclusion. They found out a better digestibility of fat,
energy and N-substances after adding lysolecithin (0.02%) into the feeding mixture for piglets. Our
results support the results of the experimental utilisation of phospholipids obtained so far and
published by Schwarzer and Adams (1996) and our previous results (Daněk et al. 2005), and
supplemented information about influence of lecithin emulsifier on nutrients digestibility. During the
whole experiment no changes of the health condition were found out, no diarrhoea in any piglet.
Conclusion
According to the results presented in this study we can draw a conclusion that the supplementation of
lecithin emulsifier to the commercial mixture for piglets in the period from weaning has a positive
impact on the utilisation of dietary nutrients in piglets in the post-weaning period.
Seite 189
The study was developed within the project of NAZV (National Agency for Agricultural Research)
1G46085
References
Daněk P., Paseka A., Smola J., Ondráček J., Bečková R., Rozkot M. (2005): Influence of lecithin emulsifier on the utilisation of
nutrients and growth of piglets after weaning. Czech J. Anim. Sci., 50, (10): 459–465
Desouza T.R., Peiniau J., Mounier A., Aumaitre A. (1995): Effect of addition tallow and lecithin in the diet of weaning piglets on
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Soares M., Lopez-Bote C.J. (2002): Effect of dietary lecithin and fat unsaturation on nutrient utilization in weaned piglets. Anim.
Feed Sci. Technol., 95, 169–177.
Petr Danek
Institute of Animal Science
Praha Uhrineves
Div. of pig Breeding
Komenskeho 1238, 517 41 Kostelec nad Orlici, Czech Republik
Seite 190
Effekte einer L-Carnitinzulage bei variierenden Energiegehalten
des Futters auf Mast- und Schlachtleistungen sowie
Fettsäuremuster in verschiedenen Geweben beim Mastschwein
F. Hutterer¹, W. Windisch¹ und T. Ettle2
¹ Universität für Bodenkultur Wien, Department für Lebensmittewissenschaften und
–technologie, Abteilung Tierische Lebensmittel, Tierernährung und
Ernährungsphysiologie
2
Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Institut für Tierernährung und
Futterwirtschaft
Einleitung
L-Carnitin – ein lebenswichtiges Aminosäurederivat – übt im Intermediärstoffwechsel von Tier und
Mensch wichtige Funktionen aus. Eine zentrale stoffwechselphysiologische Aufgabe besteht darin, als
Carrier den Transport von langkettigen Fettsäuren vom Zytosol ins Innere der Mitochondrien zu
ermöglichen, wo diese in die ß-Oxidation eingeschleust werden.
Untersuchungen an Zuchtsauen zeigen, dass durch Zulage von L-Carnitin eine Verbesserung der
Reproduktionsleistung erreicht wird (Ramanau et al., 2002). Studien beim Mastschwein (Owen et al.,
2001) deuten an, dass durch L-Carnitinzulagen ein geringerer Fettansatz erreicht werden kann.
Speziell bei carnitinarmen, rein pflanzlichen Diäten könnten sich durch Zusätze von L-Carnitin
Auswirkungen auf die Mastleitung ergeben. Darüber hinaus lassen sich aufgrund der Funktion als
Fettsäuren-Carrier Auswirkungen einer L-Carnitinzulage auf die Schlachtkörperzusammensetzung
insbesondere dann ableiten, wenn unterschiedliche Energiekonzentrationen in der Ration durch
unterschiedliche Gehalte an Fett in der Ration eingestellt werden.
Vor diesem Hintergrund sollte die vorliegende Studie mögliche Effekte von L-Carnitinzulagen bei
unterschiedlichen Energiekonzentrationen bzw. Fettgehalten in der Ration auf Mast- und
Schlachtleistungen von Mastschweinen aufzeigen.
Seite 191
Die Studie wurde mit 60 Mastschweinen (männliche Kastraten) der österreichischen
Dreirassenkreuzung (OEHYB) durchgeführt. Die Tiere wurden in der österreichischen
Schweineprüfanstalt in Streitdorf (NÖ) mit einem mittleren Gewicht von 30 kg eingestallt und unter
Berücksichtigung von Wurf (Herkunft) und Gewicht gleichmäßig über 12 Boxen auf 4 Versuchsgruppen
aufgeteilt (5 Tiere pro Box, 3 Boxen bzw. 15 Tiere je Behandlung). Gemäß dem zweifaktoriellen
Versuchsansatz wurden die Rationen der Versuchsgruppen 1 und 2 auf einen Energiegehalt von 13 MJ
ME/kg eingestellt, die Rationen der Versuchsgruppen 3 und 4 auf einen Energiegehalt von 14 MJ
ME/kg; während den Rationen der Versuchsgruppen 1 und 3 kein L-Carnitin zugesetzt wurde, wurden
die Rationen der Versuchsgruppen 2 und 4 jeweils mit 50 mg L-Carnitin supplementiert (Carniking® 50% L-Carnitin, Lonza Group Ltd., Schweiz).
Die Tiere erhielten bis 65 kg Lebendmasse ein Anfangsmastfutter und anschließend bis zur
Schlachtung mit ca. 112 kg Lebendmasse ein Endmastfutter. Die Hauptkomponenten der
Futtermischungen waren Mais, Sojaextraktionsschrot, Weizen und Weizenkleie und Gerste. Die
Abstufung im Energiegehalt wurde durch Austausch von inerter Diatomeenerde gegen Rapsöl im
Umfang von 2,7 % (Anfangsmast) bzw. 2,8 % (Endmastfutter) eingestellt. Die Futtermischungen der
Anfangsmast enthielten dadurch 13,5 bzw. 14,5 MJ ME/kg bei 16% Rohprotein und die der Endmast
13,7 bzw. 14,6 MJ ME/kg bei 14 % Rohprotein.
Sowohl das pelletierte Futter als auch Wasser standen den Tieren zur freien Aufnahme zur Verfügung.
Die Futteraufnahme wurde über eine individuelle Tiererkennung am Fütterungsautomaten täglich
erfasst. Die Lebendgewichte der Einzeltiere wurden wöchentlich ermittelt.
Die Tiere wurden nach Erreichen eines Lebendgewichtes von ca. 112 kg im betriebseigenen
Schlachthof unter standardisierten Bedingungen geschlachtet. Die Schlachtleistungsparameter wurden
nach den Methoden der österreichischen Schweineprüfanstalt erhoben. Im Zuge der Schlachtung
wurden Blutproben gezogen, zentrifugiert und das Blutplasma bis zu weiteren Analyse tiefgefroren
gelagert. Darüber hinaus wurden Gewebeproben von Rückenmuskel, Rückenspeck, Leber und Herz
entnommen, homogenisiert, gefriergetrocknet und tiefgefroren gelagert. In den Futter- und
Gewebeproben wurde der Carnitingehalt mittels radiometrischem Nachweis ermittelt und in den
Proben von Leber und Rückenspeck das Fettsäuremuster gaschromatographisch bestimmt.
Die ermittelten Daten wurden einer Varianzanalyse (GLM Procedure of SAS, SAS Inst., Inc., Cary, NC)
unterzogen. Signifikante Unterschiede zwischen den Mittelwerten (P≤0,05, Student-Newman-KeulsTest) sind mit Hochbuchstaben gekennzeichnet. Aufgrund von Erkrankungen und krankheitsbedingten
Minderleistungen wurden 7 Tiere (je 2 Tiere aus den Gruppen 1, 2 und 3 sowie ein Tier aus Gruppe 4)
von der statistischen Auswertung ausgeschlossen.
Die Carnitinzulage hatte keinen gerichteten Einfluss auf die Mastleistungen, weder im Mittel über den
gesamten Versuch (Tabelle 1), noch in der Anfangsmast oder Endmast (Daten nicht aufgeführt). Die
Carnitinzulage zeigte darüber hinaus keine Effekte auf die Schlachtleistungen. Im Mittel der mit LCarnitin
supplementierten
Gruppen
zeigten
sich
jedoch
deutlich
(p<0,05)
höhere
Carnitinkonzentrationen in Leber, Herz, Rückenmuskel sowie im Blutplasma (Tabelle 1). Dabei
Seite 192
entsprachen die Werte der Carnitingehalte in den untersuchten Gewebeproben vergleichbaren
Untersuchungen (Gustavsen, 2000).
Literaturdaten belegen verbesserte Reproduktionsleistungen bei Zuchtsauen durch Zulagen von LCarnitin (Ramanau et al., 2002). Musser et al. (1999) stellten neben verbesserten Geburtsgewichten
bei Ferkeln auch erhöhte Gewichtszunahmen bei Zuchtsauen nach Carnitinzulagen während der
Trächtigkeit fest.
Bei Mastschweinen wird in der Literatur auf verbesserte Schlachtleistungsdaten im Sinne von
verringerten Fettansätzen nach Zulage von L-Carnitin zu Rationen von Mastschweinen hingewiesen
(Owen et al., 2001). Ein weiterer Versuch von Owen et al. (2001) ergab ebenfalls einen reduzierten
Fettansatz, einen höheren Magerfleischanteil sowie einen höheren täglichen Proteinansatz. Für diese
Merkmale wurden 49 – 64 mg Carnitin je kg Futter als optimaler Carnitingehalte ermittelt. Die
Funktion von L-Carnitin als Carrier für langkettige Fettsäuren bzw. ein Zusatz von L-Carnitin könnte
speziell bei Rationen deren unterschiedliche Energiekonzentrationen durch unterschiedliche
Fettgehalte eingestellt wurden einen Einfluss auf die Mast- und Schlachtleistungen zeigen.
Untersuchungen von Rincker et al. (2003) deuten an, dass die Effektivität von Carnitinzulagen in
Rationen mit Fettzulagen erhöht sein könnte.
In der vorliegenden Studie konnten keine gerichteten Effekte einer Zulage von L-Carnitin auf die Mastund Schlachtleistung aufgezeigt werden, obwohl signifikant höhere Carnitingehalte im Blutplasma der
Gruppen mit Carnitinzulagen gemessen wurden. Dieses Ergebnis deutet an, dass im vorliegenden
Versuch entweder die Carnitingehalte in der verfütterten Getreide - Soja Ration ausreichend hoch
waren und/oder die endogene Canitinsynthese den Bedarf vollständig abdecken konnte.
Die Untersuchungen zum Fettsäuremuster in Leber- und Rückenspeckproben ergaben Auswirkungen
einer L-Carnitinzulage. Wie in Tabelle 2 ersichtlich, führte der Zusatz von L-Carnitin in der Leber zu
einer Änderung der Zusammensetzung der ungesättigten Fettsäuren dahingehend, dass der Anteil der
einfach ungesättigten Fettsäuren sowohl in absoluter (p<0,01) als auch in relativer Hinsicht (p<0,05)
reduziert wurde. Der Anteil der mehrfach ungesättigten Fettsäuren blieb hingegen unbeeinflusst.
Die Analysen der Fettsäurenzusammensetzung im Rückenspeck (Tabelle 2) ergaben durch die Zulagen
von L-Carnitin eine absolute Erhöhung (p<0,05) des Anteils der einfach ungesättigten Fettsäuren
sowie eine absolute und relative Reduktion (p<0,05) der mehrfach ungesättigten Fettsäuren.
Hinsichtlich der unterschiedlichen Energiekonzentrationen war sowohl in der Anfangmastperiode
(p<0,05; Daten nicht aufgeführt) als auch über die gesamte Mastperiode (p<0,1) in der Gruppe mit
14 MJ ME/kg ein deutlich bzw. tendenziell geringerer Futteraufwand zu erkennen, was sich mit
Literaturdaten (Ettle et al., 2003) deckt. Im Gegensatz zu anderen Untersuchungen (Roth et al.,
2000), die zeigen, dass Mastschweine eine erniedrigte Energiekonzentration der Ration durch eine
erhöhte Futteraufnahme zumindest teilweise kompensieren können, war die Futteraufnahme in
vorliegender Untersuchung bei niedrigerem Energiegehalt des Futters allerdings nur geringfügig
erhöht.
Die höhere Energiekonzentration von 14 MJ ME/kg führte im Mittel der Behandlungen zu einem
geringeren Magerfleischanteil (p<0,05) und zu einer erhöhten Rückenspeckdicke (p<0,05). Frühere
Untersuchungen mit Steigerung der Energiekonzentration von 13 auf 14 MJ ME/kg konnten dagegen
keine derartigen Wirkungen auf den Magerfleischanteil und andere Schlachtleistungsmerkmale zeigen
(Ettle et al., 2003). Im Gegensatz zu diesen Studien blieb jedoch der Futterverzehr in der vorliegenden
Untersuchung unverändert, so dass die Steigerung der Energiedichte des Futters unmittelbar die
Gesamtaufnahme an Energie erhöhte, was die stärkere Verfettung der betroffenen Tiere erklärt.
Seite 193
Tabelle 1: Effekte von L-Carnitinzulagen und unterschiedlicher Energiekonzentrationen des Futters auf
Mast- und Schlachtleistungen sowie auf Carnitingehalte in verschiedenen Gewebeproben
p-Wert
Behandlungskombination
1)
Energie (MJ ME/kg)
13
13
14
14
Suppl. Carnitin (mg/kg)
0
50
0
50
Anfangsgewicht (kg)
29
29
30
31
n.s.
n.s.
n.s.
Endgewicht (kg)
112
113
113
111
n.s.
n.s.
n.s.
Mastdauer (Tage)
102
104
100
99
n.s.
n.s.
n.s.
Zuwachs (g/Tag)
821
832
852
825
n.s.
n.s.
n.s.
Futter/Zuwachs (kg/kg)
2,55
2,55
2,44
2,48
n.s.
n.s.
n.s.
Magerfleisch (%)
58,0a
58,5a
56,5b
56,2b
**
n.s.
**
Rückenspeck (mm)
23,1
23,2
25,4
24,9
n.s.
n.s.
*
Leber
18,9b
21,9ab
19,0b
25,3a
**
**
n.s.
Herz
415b
497a
375b
539a
**
**
n.s.
Rückenmuskel
426b
497ab
428b
560a
*
**
n.s.
b
b
b
a
**
*
n.s.
BehandCarnitin
lung
Energie
Mastleistung
Schlachtleistung
Carnitingehalte (mg/kg TM)
Blutplasma
1,52
1,52
1,40
1,79
1)
Behandlung: Vergleich der 4 Behandlungskombinationen; Carnitin: Vergleich der beiden Carnitinstufen;
Energie: Vergleich der beiden Energiestufen; n.s. = nicht signifikant (p>0,05), * = p<0,05, ** = p<0,01
Die Ergebnisse der Fettsäureanalysen (Tabelle 2) ergaben in den Leberproben hinsichtlich der
Energiezulage eine rel. Reduktion (p<0,05) der einfach ungesättigten Fettsäuren. Im Rückenspeck
führte die Energiezulage durch 2,8% Rapsöl im Futter zu einer deutlichen Reduktion (p<0,01) der
gesättigten Fettsäuren. Hinsichtlich der ungesättigten Fettsäuren ergab die Energiezulage eine
signifikante Abnahme (p<0,01) der einfach ungesättigten sowie eine signifikante Zunahme (p<0,01)
der mehrfach ungesättigten Fettsäuren. Die Ergebnisse zeigen Übereinstimmung mit Arbeiten von
Frickh et al. (1998). Diese Versuche ergaben durch Zulagen von Rapssaat zu Schweinemastfutter, bei
allerdings gleichbleibendem Energiegehalt, eine Abnahme der gesättigten sowie eine Zunahme der
ungesättigten Fettsäuren im Auflagenfett der Schlachtkörper.
Seite 194
Tabelle 2: Effekte von L-Carnitinzulagen und unterschiedlicher Energiekonzentrationen
des Futters auf das Fettsäuremuster der Leber und des Rückenspecks
p-Wert
Behandlungskombination
1)
Energie (MJ ME/kg)
13
13
14
14
Suppl. Carnitin (mg/kg)
0
50
0
50
(mg/g)
41,6
41,4
43,5
39,9
n.s.
n.s.
n.s.
(%)
48,6
48,2
48,2
49,5
n.s.
n.s.
n.s.
44,1ab
44,6ab
46,8a
41,1b
*
n.s.
n.s.
(%)
51,4
51,8
51,8
50,5
n.s.
n.s.
n.s.
(mg/g)
11,8a
11,4a
12,1a
10,0b
**
**
n.s.
a
ab
ab
b
12,3
*
*
*
BehandCarnitin
lung
Energie
Leber
gesättigte FS
ungesättigte FS (mg/g)
Monoensäuren
Polyensäuren
(%)
13,8
13,2
13,3
(mg/g)
32,3
33,3
34,7
31,1
n.s.
n.s.
n.s.
(%)
37,7
38,6
38,5
38,2
n.s.
n.s.
n.s.
(mg/g)
363ab
370a
342b
357ab
*
n.s.
**
ab
a
b
ab
*
n.s.
**
Rückenspeck
gesättigte FS
(%)
40,0
40,9
38,6
39,4
544
536
543
549
n.s.
n.s.
n.s.
60,0ab
59,1b
61,4a
60,6ab
*
n.s.
**
367
370
341
360
**
*
**
(%)
40,5a
40,9a
38,5b
39,7ab
**
n.s.
**
(mg/g)
177bc
165c
203a
189ab
**
*
**
bc
c
a
b
**
*
**
ungesättigte FS (mg/g)
(%)
Monoensäuren
Polyensäuren
(mg/g)
(%)
1)
19,5
18,3
22,9
20,9
Behandlung: Vergleich der 4 Behandlungskombinationen; Carnitin: Vergleich der beiden Carnitinstufen;
Energie: Vergleich der beiden Energiestufen; n.s. = nicht signifikant (p>0,05), * = p<0,05, ** = p<0,01
Schlussfolgerungen
Die Zulagen von L-Carnitin zu Mastfutter mit unterschiedlichen Energiekonzentrationen kamen im
Stoffwechsel der Tiere an, wie die entsprechenden Steigerung der Carnitingehalte im Gewebe der
Tieren belegen. Diese Zulagen hatten jedoch keinen zusätzlichen Effekt auf die Mast- und
Schlachtleistung der behandelten Tiere. Offensichtlich enthielten die verwendeten Getreide-SojaRationen auch dann noch ausreichende Mengen an nativem Carnitin, als höhere Energiegehalte durch
Seite 195
höhere Fettanteile eingestellt werden. Demgegenüber führte die Steigerung der Energiekonzentration
des Futters zu erniedrigten Magerfleischanteilen bzw. einer höheren Rückenspeckdicke.
Das Fettsäuremuster in Leber- und Rückenspeckproben wurden durch Carnitinzulagen uneinheitlich
beeinflusst. Während die Gehalte der einfach ungesättigten Fettsäuren in der Leber durch
Carnitinzulagen reduziert wurden, stiegen diese Gehalte im Rückenspeck an. Der Anteil der mehrfach
ungesättigten Fettsäuren blieb durch L-Carnitinzulagen in der Leber unverändert, während er im
Rückenspeck reduziert wurde. Die Energiezulage durch Rapsöl führte zu einer Veränderung des
Fettsäuremusters im Rückenspeck. Der Anteil der gesättigten sowie der einfach ungesättigten
Fettsäuren ging deutlich zurück, jener der mehrfach ungesättigten stieg deutlich an.
Literatur
Ettle, T., Roth-Maier, D. A., Roth, F. X., 2003. Effect of apparent ileal digestible lysine to energy ratio on performance of
finishing pigs at different dietary metabolizable energy levels. J. Anim. Physiol. a. Anim. Nutr. 87, 269–279
Frickh, J.J.; Wetscherek, W.; Pichler, W.A., 1998. Untersuchungen über den Einsatz von Rapssaat und deren Auswirkungen auf
die Mast- und Schlachtleistung sowie auf die Fleischqualität in der Schweinemast, Die Bodenkultur, 49(1), 39-49
Gustavsen, H., 2000. Bestimmung des L-Carnitingehaltes in rohen und zubereiteten pflanzlichen und tierischen Lebensmitteln.
Dissertation Univ. Hannover
Musser, R. E.; Goodband, R. D.; Tokach, M. D.; Owen, K. Q.; Nelssen, J. L.; Blum, S. A.; Dritz, S. S.; Civis, C. A., 1999. Effects
of L-carnitine fed during gestation and lactation on sow and litter performance. J. Animal Sci. 77, 3289-3295
Owen, K.Q.; Ji, H.; Maxwell C.V.; Nelssen, J.L.; Goodband, R.D.; Tokach, M. D.; Tremblay, G. C. ; Koo, S.I., 2001. Dietary Lcarnitine suppresses mitochondrial branched-chain keto acid dehydrogenase activity and enhances protein accretion and
carcass characteristics of swine. J. Anim.Sci 79, 3104-3112
Owen, K. Q.; Nelssen, J.L.; Goodband, R.D.; Tokach, M. D.; Friesen, K. G., 2001. Effect of dietary L-carnitine on growth
performance and body composition in nursery and growing-finishing pigs. J. Anim.Sci 79, 150 -1515
Ramanau, A.; Kluge, H.; Spilke, J.; Eder, K., 2002. Reproductive performance of sows supplemented with dietary L-carnitine
over three reproductive cycles, Arch. Anim. Nutr. 56, 287-296
Rincker, M.J.; Carter, S.D.; Real, D.E.; Nelssen, J.L.; Tokach, M.D.; Goodband, R.D.; Dritz, S.S.; Senne, B.W.; Fent, R.W.;
Pettey, L.A.; Owen, K.Q., 2003. Effects of increasing dietary L-carnitine on growth performance of weanling pigs. J. Anim. Sci
81, 2259-2269
Roth, F. X.; Eder, K.; Rademacher, M.; Kirchgessner, M., 2000. Effect of apparent ileal digestible lysine to energy ratio on
performance of growing pigs at different dietary metabolizable energy levels J. Anim. Physiol. Anim. Nutr. 83, 181–192.
Autorenanschrift
DI Franz Hutterer
Lohmann Animal Health GmbH & Co KG
Aggsbach 7, 4655 Vorchdorf
Seite 196
Firmensponsoring - LOHMANN ANIMAL HEALTH GmbH & Co.KG, Heinz-Lohmann-Strasse 4, D-27472 Cuxhaven
Seite 197
Industrielle Nebenprodukte / Industrial By-Products
Experimentelle Untersuchungen zur Einsatzmöglichkeit von
Weizentrockenschlempe (DDGS) in der Schweinemast
Karl Schedle1, Christian Plitzner1, Tatjana Figl-Wolfsberger2 und Wilhelm
Windisch1
1
Universität für Bodenkultur Wien, Department für Lebensmittelwissenschaften und –
technologie
2
AGRANA Bioethanol GmbH, Pischelsdorf, Österreich
Einleitung
Die anfallenden Weizenschlempen bei der Erzeugung von Bioethanol sind weitgehend frei von Stärke
bzw. deren Abbauprodukten (Dextrine, Zucker). Sie enthalten aber alle anderen Inhaltsstoffe der
verarbeiteten Rohstoffe, v.a. Eiweiß, Fett, Mineralstoffe, Hemicellulosen, Cellulose und Lignin. Darüber
hinaus befinden sich in ihnen die gesamten eingesetzten und im Verlauf der Gärung vermehrten
Hefemengen, wodurch ihre biologische Wertigkeit beträchtlich gesteigert wird (Eiweiß, Vitamine).
Durch die Trocknung der Schlempe (DDGS) wird sie haltbar gemacht und muss nicht direkt nach der
Vergärung verfüttert werden. Die Weizenschlempe weist einen Rohproteingehalt von ca. 33,3 % in
der Frischmasse auf und könnte daher einen gewissen Anteil an Soja in den Rationen von
Mastschweinen ersetzen.
Ziel der Studie war es, Weizen-DDGS schrittweise gegen Soja im Futter von Mastschweinen
zuzusetzen (6 Konzentrationen, 0 bis 30 %), um den höchstmöglichen Einsatz von Weizenschlempe zu
ermitteln und mögliche Auswirkungen auf die Mast- und Schlachtleistung festzustellen. Ausgetauscht
wurde die Weizenschlempe in der Ration mit Sojaextraktionsschrot, wobei darauf geachtet wurde,
dass alle Versuchsgruppen eine optimale Protein, Aminosäuren- und Mineralstoffversorgung hatten.
Das Experiment fand in einem Mastabteil der österreichischen Mastprüfanstalt in Streitdorf statt. Es
standen 12 konventionelle Boxen mit Vollspaltenboden zur Verfügung. Jede Box war mit einem
Futterautomaten ausgestattet, über den der tägliche Futterverzehr individuell erfasst wurde.
Seite 198
60 Mastschweine (ÖHYP) wurden bei einem Gewicht von ca. 30 kg in Gruppen zu je 5 Tieren auf die
12 verfügbaren Boxen aufgeteilt. Die Zuteilung erfolgte unter möglichst gleichmäßiger Verteilung der
Lebendmasse und der Herkunft (Wurf).
Die Tiere erhielten die ersten Tage im Maststall ein Medizinalfutter zur Prophylaxe gegen mögliche
umstellungsbedingte Erkrankungen. Anschließend wurde bis 70 kg Lebendmasse ein Futter für die
Anfangsmast (MF I; 12,9 MJ ME/kg, 13,7 % Pcv Protein) mit bedarfsdeckenden Nährstoffgehalten ad
libitum eingesetzt und ab einer Lebendmasse von 70 kg wurde auf ein Endmastfutter (MF II; 13,2 MJ
ME/kg, 12,2 % Pcv Protein) gewechselt und ebenfalls ad libitum angeboten. Die Soll-Nährstoffgehalte
waren an die Bedarfsnormen der Gesellschaft für Ernährungsphysiologie (GfE) angepasst. Die
Basisration bestand hauptsächlich aus Mais, Weizen und Sojaextraktionsschrot bzw. Weizenschlempe
(Tabelle 1). Die eingesetzte Weizenschlempe wurde in Form von Actiprot®, von der AGRANA
Bioethanol GmbH (Pischelsdorf, Österreich) bezogen. Um die 6 Futtermischungen isokalorisch zu
halten, und trotz unterschiedlicher Proteinträger die Gehalte und das Muster der essentiellen Pcv
Aminosäuren bedarfsdeckend zu gestalten, wurden die zu vergleichenden Futtermittel
(Weizenschlempe und Soja HP) in einer separaten Vormischung auf gleichen Energie- bzw. Pcv
Proteingehalt eingestellt. Diese Vormischungen wurden dann wie in Tabelle 1 angegeben auf die
Basaldiät im jeweiligen Verhältnis aufgemischt.
Zu Versuchsende wurden die Mastleistungsparameter tägliche Zunahmen, tägliche Futteraufnahme
und Futterverwertung erhoben:
Im Rahmen der Schlachtung wurden die zerlegten Schlachtkörper auf die Schlachtleistungsparameter
Fleischfülle (Anteil wertvoller Teilstücke), Fleischbeschaffenheit (pH-Wert, Fleischhelligkeit (GÖFO),
Safthaltevermögen (=Drip Verlust), Magerfleischanteil (MFA, %), Rückenspeckdicke (RSP, mm),
Marmorierung (IMF, %) untersucht.
Zusätzlich wurden die Konzentrationen von NH3 und Harnstoff im Blutplasma mittels eines
kommerziellen Kits (Böhringer Mannheim, Darmstadt, Deutschland) erhoben.
Der Austausch von Sojaextraktionsschrot durch Schlempe hatte wie erwartet einen kontinuierlichen
Anstieg des Gehaltes an Rohprotein und NDF bzw. ein Absinken des Stärkegehalts der jeweiligen
Futterrationen zur Folge. Insgesamt entsprechen die analysierten Nährstoffgehalte der angestrebten
Mischung. Alle analysierten Nährstoffe befanden sich im Bereich der GfE Normen.
Die Ergebnisse der Mastleistung sind in Abbildung dargestellt. Aufgrund respiratorischer Erkrankungen
wurden zwei Tiere (ein Tier VG1 und ein Tier VG2) aus dem Versuch entnommen. Über die gesamte
Mastperiode (Ø 35,6 – 113kg Lebendgewicht) hinweg zeigten sich keine Unterschiede zwischen den
einzelnen Versuchsgruppen in Bezug auf die Mastleistungsdaten (Abildung 1). In der vorliegenden
Studie hatte der Austausch von Soja durch Weizenschlempe bei ausgeglichenen Protein, Aminosäurenund Energiewerten keine Auswirkung auf die Mast- und Schlachtleistungsparameter über die gesamte
Mastperiode. Ähnliche Ergebnisse zeigten Studien von Whitney und Shurson 2004, Thacker PA. 2006
und Martínez et al. 2008. Gegenteiliges wird von berichtet in welchen die Futterrationen auf ein
ausbalanciertes totales Aminosäuremuster kalkuliert wurden (Whitney et al. 2006). Diese Ergebnisse
scheinen daher auch nicht überraschend, da DDGS eine um einiges schlechtere
Aminosäureverdaulichkeit aufweisen als vergleichbare Eiweißquellen (Spiehs et al. 2002, Widyaratne
and Zijlstra 2007).
Seite 199
Tabelle 1: Rezepturen der Alleinfuttermittel
Versuchsgruppe
Futtermittel
VG1
VG2
VG3
VG4
VG5
VG6
Vormastfutter
Vormischung Soja (VM-S),
%
30
24
18
12
6
0
Vormischung Actiprot (VM-A),
%
0
6
12
18
24
30
Mais, %
40
40
40
40
40
40
Weizen, %
20,5
20,5
20,5
20,5
20,5
20,5
Rapsschrot
5
5
5
5
5
5
Monocalciumphosphat
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
Futterkalk, %
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
3
3
3
3
3
3
L-Lysin, %
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
L-Threonin, %
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
Vitamin und
Spurenelementprämix G, %
Endmastfutter
Vormischung Soja (VM-S),
%
30
24
18
12
6
0
Vormischung Actiprot (VM-A),
%
0
6
12
18
24
30
65,8
65,8
65,8
65,8
65,8
65,8
Weizen, %
0
0
0
0
0
0
Rapsschrot
0
0
0
0
0
0
Monocalciumphosphat
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
Futterkalk, %
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
3
3
3
3
3
3
L-Lysin, %
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
L-Threonin, %
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
Mais, %
Vitamin und
Spurenelementprämix G, %
Seite 200
Abbildung 1: Mastleistungsdaten über die gesamte Mastperiode
Bei den Schlachtleistungsmerkmalen pH-Wert Schinken und Fleischhelligkeit ergaben sich signifikante
Unterschiede zwischen der VG1 und VG4 (pH Schinken VG1 6,4±0,06 bzw. VG4 5,9±0,12;
Fleischhelligkeit VG1 68,2±1,3 bzw. VG4 58,3±3,0), aus denen jedoch keine systematischen
Rückschlüsse auf einen Einfluss des Austauschs von Sojaextraktionsschrot gegen Weizenschlempe
gezogen werden können. Bei allen anderen untersuchten Schlachtleistungsparametern zeigten sich
keine Unterschiede zwischen den Versuchsgruppen.
Obwohl der Rohproteingehalt kontinuierlich von VG 1 bis VG 6 anstieg, zeigten die Ergebnisse der
Blutplasma-Analysen auf Harnstoff und NH3 keine Unterschiede zwischen den Behandlungsgruppen.
Aufgrund des hohen NDF bzw. NSP Gehaltes von DDGS (Widyaratne und Zijlstra 2007) kann ein
Anstieg der potentiell bakteriell fermentierbaren Substanz vermuted werden. Diese ermöglicht eine
verstärkte Transformation von NH3 in Mikrobenprotein (Van Nevel et al. 2006), wodurch weniger NH3
über die Leber entgiftet werden muss. Letzteres würde erklären, warum trotz des höheren
Rohproteingehaltes der VG mit hohem DDGS Anteil keine unterschiedlichen Gehalte an NH3 und
Harnstoff im Plasma zu finden waren. Diese Ergebnisse lassen darauf schließen, dass der für einen
ausbalancierten prececal verdaulichen Proteingehalt benötigte höhere Rohproteingehalt, keine
zusätzlichen Stoffwechselbelastungen für das Tier verursacht.
Schlussfolgerung
Aus den vorliegenden Ergebnissen lässt sich ableiten, dass ein kontinuierlicher Austausch von Soja
gegen Weizenschlempe im Mastschweinefutter bei iso-kalorischen Bedingungen und entsprechender
Berücksichtigung des jeweiligen Gehalts an potentiell limitierenden essentiellen Aminosäuren (v.A.
Lys, Met+Cys, Thr) zu keinen Veränderungen bei den Mast- und Schlachtleistungen führt. Die bei der
Seite 201
Schlachtleistungsprüfung auftretenden Unterschiede beim Merkmal pH-Wert Schinken und GÖFO
zwischen VG 1 und 4 scheinen dabei nicht im Zusammenhang zum kontinuierlichen Austausch von
Sojaextraktionsschrot gegen DDGS zustehen. Darüber hinaus zeigen die unveränderten NH3- und
Harnstoffgehalte im Blutplasma, dass der höhere Futterproteingehalt der Versuchsgruppen mit hohem
Weizenschlempe Anteil keine zusätzliche Stoffwechselbelastung verursachte.
Insgesamt legen die Ergebnisse nahe, dass ein kompletter Austausch von Sojaextraktionsschrot durch
Weizenschlempe in der Schweinemast ohne eine systematische Beeinträchtigung der Mast- und
Schlachtleistung grundsätzlich möglich ist.
Literatur
., Hernández L, Achan J. (2008): Evaluation of distillers dried grains with
soluble (DDGS) on the productive performance and health indicators in growing pigs. In: Iben C., Wagner E., Handl. (Hrsg.),
Congress Proceedings 12th Congress of the ESVCN, 25-27 September 2008, Wien, 67, ISBN 978-3-200-01193-9.
Spiehs, MJ., Whitney MH., Shurson GC. (2002): Nutrient database for distiller’s dried grains with soluble produced from new
ethanol plants in Minnesota and South Dakota. J Anim Sci 80:2639-2645.
Thacker PA. (2006): Nutrient digestibility, performance and carcass traits of growing-finishing pigs fed diets containing dried
wheat distiller’s grains with solubles. Can J Anim Sci 86: 527-527.
Van Nevel CJ., Dierick NA., Decuypere JA., De Smet SM. (2006): In vitro fermentability and physicochemical properties of fibre
substrates and their effect on bacteriological and morphological characteristics of the gastrointestinal tract of newly weaned
piglets. Arch Anim Nutr 60: 477-500
Whitney MH., Shurson GC. (2004): Growth performance of nursery pigs fed diets containing increasing levels of corn distiller’s
dried grains with solubles originating from a modern Midwestern ethanol plant. J Anim Sci 82: 122-128.
Whitney MH., Shurson GC., Johnston LJ., Wulf DM., Shanks BC. (2006): Growth performance and carcass characteristics of
grower-finisher pigs fed high-quality corn distillers dried grain with soluble originating from a modern Midwestern ethanol plant.
J Anim Sci 84: 3356-3363.
Widyaratne GP., Zijlstra RT. (2007): Nutritional value of wheat and corn distiller’s dried grain with soluble: Digestibility and
digestible contents of energy, amino acids and phosphorus, nutrient excretion and growth performance of grower-finisher pigs.
Can J Anim Sci 87: 103-114.
Autorenanschrift
Dr. Karl Schedle
Abteilung: Tierische Lebensmittel, Tierernährung und Ernährungsphysiologie
Seite 202
Firmensponsoring - AGRANA Bioethanol GmbH, Industriegelände Pischelsdorf, A-3435 Pischelsdorf
Seite 203
Chemical and nutritional characteristics of byproducts from
ethanol fuel industry for pigs
S. Nitrayová1, P. Patráš1, M. Brestenský1. J. Zelenka2 and J. Heger1
1
Slovak Agricultural Research Centre, Research Institute of Animal Production, Nitra,
Slovakia
2
Mendel University of Agriculture and Forestry, Brno, Czech Republic
Introduction
In the past decade, a considerable interest has arisen in ethanol production, which in turn has led to
the exploration of the nutritional value of ethanol industry byproducts, i.e. wet distillers grains (WDG)
and dried distillers grains with solubles (DDGS) for farm animals. Owing to the high concentration of
structural carbohydrates, WDG and DDGS have been traditionally used in rations for ruminants
where the efficiency of fibre utilization is high. In pigs, the high fibre content may reduce nutrient
digestibility, thus reducing the digestibility and availability of energy (Laplace et al. 1989). However, a
recent study by Pedersen et al. (2007) showed that the values of digestible (DE) and metabolizable
(ME) energy of maize-derived DDGS for growing pigs were approximately the same as those of the
maize itself. It has also been demonstrated that the availability of P in DDGS is considerably higher
than that in maize (Stein et al. 2005), even though the reason for this disparity is not fully elucidated.
On the other hand, owing to the low concentration of lysine, protein utilization of WDG and DDGS is
generally low and may be further reduced as a result of processing or drying procedures (Cromwell et
al. 1993). Experiments conducted on pigs so far suggest that the nutritional value of DDGS is highly
variable, presumably due to different raw materials used, methods of fermentation, drying
temperatures or the proportion of solubles in the final product (Cromwell et al. 1993, Spiehs et al.
2002). Therefore, the aim of the present study was to evaluate the nutritional value of five byproducts
coming from four ethanol fuel plants using proximate analysis and balance experiment on growing
pigs.
Six LW gilts of the Institute herd with an average initial body weight of 40.2 kg were used throughout
the experiment. The pigs were housed in metabolism cages in a thermoneutral environment. After a
14-d adaptation period, during which a standard grower diet was offered, the pigs were randomly
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assigned to five dietary treatments according to a 5 x 6 factorial arrangement. Within the experiment,
there were six consecutive periods, each consisting of a 5-d preliminary period followed by a 2-d
collection period. During the collection period, urine was collected quantitatively using bladder
catheters and the urine aliquots were immediately analyzed for total N. Faeces were collected by grab
sampling, freeze-dried, finely ground and stored for subsequent analysis.
Four samples of distillers dried grains with solubles (DDGS) and one sample of wet distillers grains
(WDG) were obtained from four ethanol fuel manufacturers. The sample characteristics and their
analyzed nutrient contents are given in Table 1. Five semipurified diets were formulated containing
distillers grains (56.6 %), maize starch (20 %), sucrose (20 %) and minerals and vitamins (2.4 %).
Cellite (1 %) was added to the diets as a source of acid insoluble ash. The diet containing WDG was
formulated on dry matter basis. All diets were fed twice daily
at 7.00 and 16.00 h in two equal meals at a daily rate of 90 g DM/kg0.75.
Table 1. Characteristic and chemical composition of distillers grains (g or MJ/kg DM)
Sample
Product source
No.
Dry
Crude
Lysine Fat
matter protein
Ash Starch NDF
ADF
P
GE
1
DDGS
Wheat, barley
928,5
364,3
7,05
43,7
56,6
23,3
366,0 148,1 9,43
20,83
2
DDGS
Wheat, barley
902,1
346,2
7,89
53,5
68,5
26,4
354,0 135,6 8,51
20,91
3
DDGS
Maize
894,6
305,3
7,17
122,8 50,8
38,7
375,6 166,7 9,55
22,61
4
WDG
Maize
195,7
338,9
9,73
71,6
24,0
56,6
262,1 127,2 5,02
21,52
5
DDGS
Wheat
890,1
335,1
3,71
45,7
77,8
36,7
332,3 228,7 9,40
20,28
The diets and faeces were analyzed for dry matter (DM), total N, fat, ash, NDF, ADF, P and acid
insoluble ash (AIA) in accordance with standard methods of AOAC (1990). Gross energy of diets and
faeces was determined using Parr 1281 Oxygen Bomb Calorimeter (Parr Instrument Co., Moline, IL,
USA). Colour intensity of distillers grains was measured as reflectance at 520 nm using Spekol 11
spectrophotometer. DWG was lyophilized before the reflectance measurements. Coefficients of
apparent digestibility of nutrients and energy were calculated using acid insoluble ash as a digestibility
marker. The digestibility of energy was calculated by difference as described by GfE (2005) assuming
that the energy digestibility of starch and sucrose was 100 % (van Milgen et al. 2001). For the
calculation of metabolizable energy (ME), the energy content of urine was assumed to be 47.6 kJ/g N
(Hoffmann and Klein 1980). The experimental data were subjected to ANOVA using Statgraphic Plus
package (version 3.1., Statistical Graphics Corp., Rockville, MD, USA). When a significant F-value for
treatment means (P<0.05) was observed, the differences between means were assessed using
Fisher's LSD procedure. Regression analysis was used to evaluate the relationship between colour
intensity of distillers grains and N utilization as well as between lysine content, N digestibility and N
retention.
The concentration of CP in the five samples differed from 305 to 364 g/kg DM (Table 1) and even
greater difference was found for the concentration of lysine (3.7 to 9.7 g/kg DM). It is interesting to
Seite 205
note that the lowest value was found in DDGS produced from wheat while the highest one was found
in WDG from maize, even though lysine content in wheat is generally higher than that in maize. It
seems that an unsuitable processing of wheat-based DDGS may be responsible for this seeming
discrepancy. Considerable differences were also observed in the concentration of other nutrients.
Thus fat content ranged from 43.7 to 122.8 g/kg DM and starch content from 23.3 to 56.6 g/kg DM.
The concentration of ash and of total P in WDG (sample #4) was about one half of the values found
in other sources. This suggests that a considerable proportion of minerals is present in the liquid part
of the fermentation media which is not the constituent of WDG.
Table 2. Coefficients of apparent digestibility of nutrients and energy of distillers grains
Sample
No.
Apparent digestibility (%)
DM
OM
N
Ash
P
NDF
ADF
GE
1
77,5
b
80,1
b
74,2
b
39,8
b
42,6
b
43,7
b
45,8
b
64,8
b
2
80,7
c
83,0
c
76,8
c
46,7
c
34,8
c
57,8
c
52,2
c
68,9
c
3
82,4
d
84,9
d
80,7
d
41,0
d
49,1
d
63,5
d
71,6
d
73,9
d
4
78,6
b
81,0
b
83,7
b
27,9
b
1,4
b
61,2
b
71,6
b
62,3
b
5
76,0
a
78,2
a
55,7
a
45,5
a
21,5
a
37,9
a
35,2
a
58,8
a
SEM
0,4
0,4
0,8
0,9
6,3
1,6
1,4
0,8
The coefficients of apparent digestibility of nutrients and energy are presented in Table 2. In all
nutrients studied, the digestibility values differed significantly among the sources of distillers grains. In
most cases, the highest digestibility was found in DDGS from maize (sample #3) and the lowest one
in DDGS produced from wheat (sample #5). Except for the latter sample, the mean apparent N
digestibility was 79 % and was comparable with data on CP digestibility of various sources of DDGS as
published by Pedersen et al. al (2007). A very low digestibility of total P was found in WDG (sample
#4) and the digestibility of ash was also significantly lower when compared with other samples. As
shown in Table 1, the concentration of ash and P in sample #4 was low, resulting in low intake of
both nutrients. Since the apparent digestibility is not corrected for endogenous losses, the low
apparent digestibility at low nutrient intakes might have been explained by a relative high proportion
of endogenous losses in faeces. However, as shown by Fernández (1995) and Rodehutscord et al.
(1988), faecal endogenous P losses in pigs are rather low, amounting to about 6 - 10 mg/kg BW. True
P digestibility, calculated using these data, increased only to about 10 %. It seems therefore that
phosphorus present in sample #4 was largely unavailable for the animals but we did not find any
reasonable explanation for this finding. In contrast, apparent P digestibility of samples #1-3 was only
slightly lower than those reported by Widmer et al. (2007) and Pedersen et al. (2007). The present
results are thus in accordance with previous reports showing superior P digestibility in DDGS as
compared with common cereals and suggesting that part of phytate P is hydrolyzed during the
fermentation process (Bohlke et al. 2005, Stein et al. 2005). The apparent digestibility of energy
ranged from 58.8 to 73.9 %, the differences between all samples being significant. The present values
are comparable with the range of 62.7 - 70.5 % as given by Stein et al. (2006), but are lower than
the mean value of 76.8 % reported for 10 samples of DDGS by Pedersen et al. (2007).
Seite 206
Table 3. Parameters of N metabolism and energy values of distillers grains
Sample N intake Faecal N Urinary N
g/d
g/d
N retention
g/d
DE
%
ME
No.
g/d
MJ/kg DM MJ/kg DM
1
47,1a
12,1b
25,5a
9,5b
20,2b
13,5b
12,0b
2
46,8a
10,8b
25,2a
10,7b
22,7b
14,4c
12,8c
3
44,5a
8,6c
21,2ab
14,7c
32,8c
16,7d
15,3d
4
38,0b
6,2d
19,3b
12,5bc
32,8c
13,4b
11,9b
5
42,7ab
18,8a
19,0b
4,8a
11,4a
11,9a
10,6a
SEM
2,2
1,5
0,7
1,2
2,2
0,2
0,2
The results of N balance (Table 3) have shown that, despite relatively high CP content, the protein
quality of all samples of distillers grains is low. Maximum N utilization, expressed as percentage of N
retention of N intake, was 32.8 % which was considerably less than the N utilization of common pig
diets based on cereals and soyabean meal. This is undoubtedly due to the low content and availability
of lysine in distillers grains protein. Using multiple regression analysis, the relationship between
percentage N retention (NR) and lysine concentration (Lys) and N digestibility (ND) as independent
variables was described by the equation
NR = -43.92 - 3.67Lys + 1.11ND (P<0.0001, R2 = 0.64).
The P-values for Lys and ND were 0.236 and 0.018, respectively, thus indicating that N retention was
more influenced by N digestibility than by total lysine content, the effect of which was not significant.
Since there was no significant relationship between N digestibility and fibre components
concentration, it seems that the changes in N digestibility reflect the negative impact of processing
and may serve as an indirect measure of amino acid availability. Indeed, the relationship between
colour intensity, indicating thermal deterioration, and N utilization (Fig. 1) clearly shows that the
darker colour is associated with lower N retention per unit of N intake as well as with lower N
digestibility. Evaluation of the colour intensity may thus serve as a simple tool for assessing the
nutritional value of DDGS. However, it should be borne in mind that the colour of DDGS depends also
on raw material used and therefore the comparison of products made from different cereals may be
questionable.
Seite 207
Fig. 1. Relationship between colour intensity of distillers grains and N utilization ( —— ) or N
digestibility ( – – ). Plotted from the equations Y = 8.47 + 0.578 X, R2 = 0.76 (N utilization) and Y =
56.41 + 0.680 X, R2 = 0.71 (N digestibility).
Based on energy digestibility and metabolizability, the contents of digestible and metabolizable energy
were calculated and the resulting data per kg DM are presented in Table 3. The DE and ME values
ranged from 11.9 to 16.7 and from 10.6 to 15.3 MJ/kg DM, respectively. Excluding sample #5, which
was obviously damaged by high temperature, the mean DE and ME values were 14.5 and 13.0 MJ/kg
DM, respectively. These values are about 15 % lower than those reported for maize or wheat.
Pedersen et al. (2007) found only small differences between SE or ME contents in DDGS and maize
and Stein et al. (2006) reported SE contents in DDGS ranging from 14.1 to 15.9 MJ/kg DM. All the
recent values including the present ones are higher than those given by NRC (1998), i.e. 14.3 and
12.7 MJ/kg DM for SE and ME, respectively. Higher energy concentrations of DDGS should be included
into least-cost formulation matrix to improve the precision of calculations.
Conclusion
Nutrient contents and their digestibility in various batches of DWG and DDGS were variable, being
primarily dependent both on the cereal source and processing procedure. Very large variation was
found in N digestibility and concentration of lysine and, as a result, in N retention and N utilization. N
utilization was more dependent on N digestibility than on total lysine content which was not a good
predictor of protein quality. There was a close relationship between colour intensity and the utilization
Seite 208
and digestibility of N which suggests that the drying temperature strongly affects protein quality of
distillers grains. DE and ME contents in distillers grains were lower than those in maize or wheat but
higher than the values given by NRC (1998). It is concluded that distillers grains are good sources of
energy and, except for one sample, of P, but their nutritional value may vary among sources.
References
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Bohlke RA, Thaler RC, Stein HH (2005) Calcium, phosphorus, and amino acid digestibility in low-phytate corn, normal corn, and
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Cromwell GL, Herkelman KL, Stahly TS (1993): Physical, chemical, and nutritional characteristics of distillers dried grains with
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GfE (2005) Communications of the committee for requirement standards of the Society of Nutrition Physiology. Determination
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Hoffmann L, Klein M (1980) Die Abhängigkeit der Harnenergie vom Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt im Harn bei Rindern,
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Laplace J.P., Darcy-Vrillon B.,. Perez J.M., Henry Y., Giger S. and Sauvant D. (1989):
Associative effects between two fibre sources on ileal and overall digestibilities of amino acids, energy, and cell wall
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van Milgen J, Noblet J, Dubois S (2001) Energetic efficiency of starch, protein and lipid utilization in growing pigs. J. Nutr. 131,
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Widmer MR, McGinnis LM, Stein HH (2007) Energy, phosphorus, and amino acid digestibility of high-protein distillers dried
grains and corn germ to growing pigs. J. Anim. Sci. 85, 2294-3003.
MVDr. Soňa Nitrayová, PhD.
Research Institute of Animal Production
Tel : +421 37 6546 248
Fax : +421 37 6546 418
Seite 209
Nutritive assessment of co-products from biofuel production in
ruminants
M. Chrenková, Z. Čerešňáková, Z. Mlyneková, P. Fľak M. Poláčiková and
A. Tomíková,
Slovak Agricultural Research Centre – Research Institute for Animal Production Nitra,
Slovak Republic
Introduction
The growth of the fuel industry continues to increase supplies of dried distillers grains with solubles
available for use in livestock, pigs and poultry feeds. The feed industry plays an integral role in the
ethanol production industry. The primary product of the dry milling production process is ethanol; but
approximately one-third of the total dry matter is recovered in the form of co-products. Through the
fermentation process much of the starch in grains is removed and the remaining grain nutrients are
concentrated in the end-product. The main attention regarding the use of distillers grains as animal
feedstuffs is focused on stability in nutritional characteristics and quality of the product. Depending on
the plant, and whether it is producing a wet or dry feed, the proportion of distillers grains (DG) and
distillers solubles that are mixed together may vary (Knott et al. 2002). The results of research
indicated that DG wet or dried may have been ideal source of ruminal undegraded protein with a good
amino acids profile, but Lysine is the first-limiting AA for dairy cows (Kleinschmit et al., 2007).
Our work was focused on the quality of dry distillers grains with solubles (DDGS) and distillers grains
with solubles (DGS) from corn and wheat. In this study were used DDGS from corn (n=7), DDGS from
wheat (n=4) and DGS from corn (n=6). Samples were analysed for DM, CP, total proteins, AA, NDF,
ADF, N-ADF, starch and fat according to the Decree of the Ministry of Agriculture of the Slovak
Republic No. 1497/4/1997-100.
For crude protein (CP) degradability was used in sacco technique, and for intestinal digestibility mobile
bag technique on three cows provided with a large rumen cannula and T-cannula in the duodenum
behind the pancreas. Crude protein effective degradability was calculated with passage rate 0.06/h.
The intestinal digestibility of CP, total amino acids and essential amino acids were determined in
undegraded residues after 16 h incubation of the DDGS and DGS in the rumen. Only one sample of
DGS was used for in sacco experiment.
Seite 210
The results were evaluated by One-way analysis of variance and significant differences were declared
at P<0.01 and P<0.05.
The nutrient composition of distillers grains depends on the type, variety and quality of the used
grains and the processing technique (Berk et al. 2008). The composition of corn DDGS is essentially
the same with or without solubles added (Schingoethe, 2006). Knott et al. (2002) are of other opinion.
The chemical composition of the feeds used in this experiment is shown in Table 1 and in the Fig.1.
The CP found in wheat DDGS was significantly (P<0.01) greater than in DDGS and DGS from corn.
The same tendency was in the starch content also. In DDGS were found about three-fold higher
contents of crude fibre than in the original grains, the content is about 27.9 g/kg DM in wheat and 21
g/kg DM in corn. The variability in nutrients content was low within the tested DG samples. The
quality of DDGS samples was more stable in content of all parameters than DGS, except starch (c.v. is
27.6% for DDGScorn resp. 48 % for DDGSwheat).
Table 1: Chemical composition of DDGS and DGS from corn, and DDGS from wheat
Nutrients content g/kg DM
Crude
protein
x
Crude
fibre
Starch
sugar
±SE
x
±SE
x
±SE
x
NfE
±SE
x
±SE
DDGScorn
286.0a
9.80
97.0a
7.20
50.0a
5.23
32.5a
1.58
465.8
14.90
DGScorn
299.4b
16.86
146.2a,b
4.76
77.7b
11.68
5.8a
1.21
462.2
12.64
DDGSwheat
346.8a,b
6.26
91.8b
5.76
37.4a,b
45.6a
10.68
452.0
9.21
9.01
The NDF and ADF content varied among distillery grains products. The content of NDF is relatively
high in all products. The highest content of ADF was found in over-heated DDGS from wheat (Fig. 1).
This product had a much greater proportion of nitrogen bound to ADF (16.59 g/kg DM or 31.5 % of
total N). Similar results found Kleinschmit et al. (2007). Wheat DDGS* with dark colour confirmed that
there was not used correct temperature in drying process. Harty et al. (1998) declared that colour
score appears to have little linear relation to the concentration of ADF-N and decreasing of CP
digestibility.
Seite 211
Content in g/kg DM
500
400
300
200
100
0
NDF
ADF
DDGScorn
DGScorn
N-ADF
DDGSwheat*
%N-ADFfrom total
N
DDGSwheat
Fig. 1: Content of fibre components and N-ADF of distillers grains.
(DDGSwheat* were excessively heated)
The effect of excessive heating on reducing protein degradability and intestinal digestibility has been
well documented by our results (Table 2). The lowest parameter a (22.8 %), b (48.2 %), and c (0,028
%.h-1) were calculated from in sacco experiment by incubation of DDGS* in rumen. The highest
undegraded CP (100-Edg) was in wheat DDGS* (62.7 %) but the intestinal digestibility of amino acids
was the lowest (Fig. 3). We did not find differences for immediately soluble fraction (a)
Table 2: Crude protein degradation parameters and effective degradability
(Edg) of DDGS and DDGS from corn and DDGS from wheat
Crude protein degradability
a
b
c
Edg
x
DDGScorn
DGScorn
DDGSwheat
±SE
19.5-26.4
52.6-70.0
0.0310-0.054
50.6a
1.491
18.8
69.4
0.037
46.8b
0.260
22.8-51.9
48.2-71.0
0.028-0.065
58.38b
5.184
P<0.01
Seite 212
among all samples of DG from corn. The ruminally degradable CP fraction (b) and the degradability
rate (c) were in the same range for them. Like a higher CP content in all DG, content of amino acids
is higher than in corn or wheat also. Content of TEAA was the highest in non dried DG from corn,
mainly Lysine. Heating has the highest effect on Lysine concentration, because this AA is the first one
susceptible to heat damage via a Maillard reaction. Concentration of Methionine that is also essential
for dairy cows was the highest in corn DGS (Fig. 2).
900
800
700
g AA/160g N
600
500
400
300
200
100
0
TAA
TEAA
DDGScorn
Lysine
DGScorn
Methionine
DDGSwheat
Fig. 2: Amino acids content in distillers grains in kg crude protein
Intestinal digestibility of total and essential amino acids of ruminally undegraded residues was very
high (except DDGSwheat* the intestinal digestibility of total AA 81% and of lysine 77.3 %). The
intestinal digestibility among the same type of DG (DDGScorn= 7 samples, DDGSwhet= 2, DDGSwheat*=
2) was similar (Fig. 3). The differences are apparent between DG from corn and wheat, but they are
significant only between DDGSwheat* and the others. The intestinal digestibility of Lysine is the lowest
among other AA. This fact indicates lower utilization of Lysine by animal.
In general, distillers grains are relatively good source of energy in spite of lack of starch. Nutritional
value of all DG in our experiment is documented in Table 3. In comparison with corn and wheat the
values for ME, NEL and NEV are significantly lower (Chrenková et al., 2008), on the contrary, PDIN
and PDIE are much higher (71.3 and 115.0 for corn, and 78.7 and 103.2 for wheat, respectively) and
there are not significant differences among them.
Seite 213
100
Intestinal digestibility (%)
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
TotalAA
TotalEAA
DDGScorn
DGScorn
TotalNEAA
Lysine
DDGSw heat
Methionine
DDGSw heat*
Fig. 3: Intestinal digestibility of amino acids in undegraded residues after 16 h incubation in the rumen
Table 3: Nutritional value of DDGS and DGS for ruminants
MJ/kg DM
ME
g/kg DM
NEV
NEL
PDIN
PDIE
x
±SE
x
±SE
x
±SE
x
±SE
x
±SE
DDGScorn
12.61a
0.103
7.78a
0.089
7.65a
0.073
200.0a
6.86
169.6a
4.33
DGScorn
11.78a
0.112
7.12a
0.054
7.11a
0.057
212.5a
11.84
188.9a
7.06
DDGSwheat
12.10b
0.550
7.55a
0.017
7.38a
0.016
235.7a
2.91
174.7b
11.52
P<0.05
Conclusion
DDGS from corn and wheat are a good source of protein and energy for ruminants. For ruminants is
quality of CP much better than in raw material because degradability of CP degreased and intestinal
digestibility of by-pass amino acids is higher by 95% for DDGS from corn and 79-88 % for DDGS from
wheat. Nonadequate drying may degreased of protein and essential amino acids intestinal digestibility
(DDGSwheat*) and their utilization. The quality of DDGS samples was stable in content of majority
parameters.
Seite 214
References
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Address of corresponding authors
Ing. Mária Chrenková, PhD.
Slovak Agricultural Research Centre - RIAP, Institute of Nutrition,
Seite 215
Einfluss der getrockneten Bierhefe (Saccharom yces cerevisiae )
auf Milchleistung, Milchzusammensetzung und -qualität
1)
Kulpys J., 2)Paulauskas E., 3)Mikulionienė S. and 1)Stankevičius R.
1)
Litauische Veterinärmedizinische Akademie
2)
Litauischer Landwirtschaftlicher Beratungsdienst
3)
Litauische Landwirtschaftliche Universität
Einleitung
Ernährung hat großen Einfluss auf Gesundheitszustand, Nutzungsdauer und Milchleistung von Kühen.
Deshalb spielt eine ausgeglichene Rationsgestaltung eine wichtige Rolle. Auf Futtermittel entfällt der
größte Kostenanteil (ca. 65 %), so dass bedarfsgerechte Tierernährung und Wirtschaftlichkeit eines
Milchbetriebes im engen Zusammenhang stehen. Zahlreiche Versuche zeigen, dass energie- und
eiweißreiche Ergänzungsfuttermittel sowie Futterzusätze mit verschiedenen biologisch aktiven
Substanzen sich positiv auf Gesundheit, Reproduktions- und Milchleistung von Hochleistungskühen
sowie auf die Parameter der Milchqualität auswirken. Umfang des Einsatzes von
Ergänzungsfuttermitteln richtet sich nach dem Ernährungszustand von Kühen sowie nach dem
Nährstoffmangel in der Ration. Ration der Kühe sollte aus preisgünstigen einheimischen Futtermitteln
bestehen und eine ausgeglichene Nährstoffzusammensetzung aufweisen, indem man preiswerte
inländische Ergänzungsfuttermittel wie Bierhefe einsetzt (Jeroch et al., 2008).
Im vorliegenden Versuch wurde getrocknete Bierhefe zum Ausgleichen der Milchkuhration eingesetzt.
Es handelt sich dabei um ein von der litauischen Firma „Ekoproduktas“ hergestelltes natürliches
ökologisches Futtermittel, das Eiweiß, Vitamine und Mineralstoffe enthält. Getrocknete Bierhefe lässt
sich nicht nur in der intensiven Tierproduktion, sondern auch in landwirtschaftlichen Ökobetrieben
einsetzen (Maierhofer et al., 2003).
Der 90-tägige Versuch erfolgte von April bis Juni 2008 in einem litauischen Milchbetrieb, der über
ertragsreiche Grünlandflächen verfügt und in der Lage ist, den Tieren Grünfutter hoher Qualität zur
Verfügung zu stellen. Der mittlere Milchertrag pro Kuh und Jahr liegt bei 7500 kg, Milchfett – bei
4,20 %, Milcheiweiß – bei 3,35 %. Versuchsdesign ist der Tabelle 1 zu entnehmen.
Seite 216
Tabelle 1. Versuchsdesign
Gruppe (n=10)
Zusammensetzung der Ration
Kontrollgruppe
Ration: Heu, Maissilage, Anwelksilage, Mischfutter
(gequetschte Weizen, Sojaextraktionsschrot, Vormischung)
(verschiedene Laktationsperioden)
Versuchsgruppe I
Ration + getrocknete Bierhefe 250 g/Tag
(bis zum 70. Tag nach Abkalbung)
Im Laufe des Versuches kontinuierlich bis auf 400 g/Tag
erhöht.
Versuchsgruppe II
(70–140 Tage nach Abkalbung)
Versuchsgruppe III
(über 140 Tage nach Abkalbung)
Kontrollgruppe enthielt Tiere in unterschiedlichen Laktationsstadien, um Vergleich mit Ergebnissen der
Versuchsgruppen gewährleisten zu können. Die Versuchsgruppe I bildeten Kühe in der frühen
Laktation mit negativer Energiebilanz und dem Höhepunkt der Milchproduktion (bis zum 70. Tag nach
Abkalbung). Zu der Versuchsgruppe II wurden Kühe in der frühen bis mittleren Laktation sowie im
Höhepunkt des Futterverbrauchs (70-140 Tage nach Abkalbung) zugeordnet. Die Versuchsgruppe III
enthielt Tiere in der mittleren und späten Laktation.
Über die gesamte Versuchsperiode wurden gleiche Bedingungen für alle Gruppen gewährleistet:
Stallhaltung, gleiche Ration aus je 15 kg Maissilage und Anwelksilage, 2 kg Heu, 5 kg Mischfutter
(eigene Herstellung aus gequetschten Weizenkörnern, Sojaextraktionsschrot und einer Vormischung)
in der Laktationsperiode und 2 kg Mischfutter in der Trockenzeit. Energetischer Futterwert der Ration:
6,5 MJ NEL je kg TS, Rohprotein 16 %, Rohfaser 22,6 %.
Zu Versuchsbeginn erfolgte eine kurze Gewöhnungsphase, wobei getrocknete Bierhefe in das
Mischfutter integriert und in der Melkzeit verabreicht wurde.
Um optimale Bierhefemenge zu bestimmen, wurde die Tagesmenge in der Versuchsgruppe I alle zwei
Wochen erhöht, solange erhöhte Milcherträge dokumentiert werden konnten. Nach dem Erreichen des
Höhepunktes wurde die Bierhefemenge wiederum kontinuierlich auf 250g pro Tier und Tag reduziert.
Getrocknete Bierhefe wird nach Angaben des Herstellers „Ekoproduktas“ aus flüssiger Bierhefe –
einem Nebenprodukt der Brauerei – hergestellt und in Pulverform ausgeliefert. Das Produkt ist als eine
Eiweißquelle einzustufen, angereichert mit Spurenelementen und Vitaminen der B-Gruppe.
Ausgangstoff wird keiner chemischen Behandlung unterzogen und enthält praktisch keine
Beimengungen. Im Produktionsvorgang werden keine synthetischen Komponenten bzw.
Konservierungsstoffe verwendet, so dass getrocknete Bierhefe als sauberes Produkt einzustufen ist.
Chemische Zusammensetzung getrockneter Bierhefe ist in der Tabelle 2 ausgewiesen.
Seite 217
Tabelle 2. Zusammensetzung getrockneter Bierhefe (Švirmickas, 2007)
Inhaltsstoff
Gehalt
Inhaltsstoff
Feuchte, %
max 8
Tyrosin, g/kg
10,02 – 10,78
Phenylalanin, g/kg
12,10 – 14,45
Histidin, g/kg
11,79 – 12,42
Lysin, g/kg
26,21 – 27,55
Eiweiß, %
Fett, %
44 – 50
max 6
Asche, %
2
Gehalt
Threonin, g/kg
15,80 – 16,59
Arginin, g/kg
14,63 – 16,73
Glutamin, g/kg
56,11 – 63,13
Nikotinsäure, mg/100 g
28,00 – 45,80
Prolin, g/kg
17,00 – 26,94
Nikotinamid, mg/100 g
10,00 – 24,41
Glycin, g/kg
13,84 – 14,47
Pyridoxin, mg/100 g
2,00 – 6,63
Alanin, g/kg
20,92 – 23,68
Thiamin, mg/100 g
6,50 – 10,50
Valin, g/kg
13,28 – 15,53
Folsäure, mg/100 g
1,84 – 3,03
Methionin, g/kg
2,92 – 4,35
Riboflavin, mg/100 g
2,80 – 5,50
Isoleuzin, g/kg
10,00 – 10,70
Pantothensäure, mg/100 g
Leuzin, g/kg
19,25 – 19,96
Biotin, mg/100 g
17,60
0,013 – 0,040
Zu Versuchsbeginn wurde Körpermasse aller Tiere erfasst sowie ihr Ernährungs-, Klauen- und
Gesundheitszustand beurteilt. Andere Parameter wie Fresslust, Brunstintensität und Befruchtungsrate
wurden ebenfalls dokumentiert.
In der Prüfperiode erfolgten sieben Kontrollmelkungen: dreimal planmäßig zur Ermittlung der
Milchleistung sowie zur Bestimmung der Milchzusammensetzung und Qualitätsparameter und viermal
zur Ermittlung der Milchleistung. Die erste Kontrollmelkung wurde zu Versuchsbeginn durchgeführt,
die zweite – nach 10 Tagen, die weiteren – alle zwei Wochen, nach der Erhöhung der Hefenmenge
(Versuchsgruppe I). Planmäßige Kontrollmelkungen erfolgten nach einem festgelegten Plan, wobei
täglicher Milchertrag (kg) ermittelt sowie Proben zur Milchqualitätskontrolle (Fett-, Eiweiß und
Milchzuckergehalt (%), SCC (taus./ml) und Harnstoffgehalt (mg %)) entnommen wurden. Ermittlung
der Milcherträge erfolgte im Betrieb. Milchproben wurden im Labor der öffentlich-rechtlichen
Einrichtung "Pieno tyrimai“ (Milchuntersuchungen) mit den Analysegeräten „Lacto Scope FTIR“ (FTI.
2001) und „Soma Scope“ (CA- 3A4, 2004) nach Standardmethoden untersucht. Ergebnisse und
Beobachtungsdaten wurden statistisch mit dem Softwarepaket „R“ ausgewertet (Juozaitienė et al.,
2001), um sie innerhalb der Gruppen und zwischen den Gruppen zu vergleichen.
Im Laufe des Versuches konnten Tiere aller Gruppen als gesund beurteilt werden. Zu Beginn
zeichnete sich bei einigen Tieren Verzicht auf Mischfutter mit getrockneter Bierhefe ab. Nach einer
vorgeschalteten Gewöhnungsphase (3 Tage) nahmen jedoch alle Tiere die geplanten Hefemengen
Seite 218
auf. Innerhalb von 10 Tagen war Stimulierung der Fresslust durch Hefeeinsatz beobachtbar. Es wurde
mehr Futter und insbesondere Kraftfutter mit Bierhefe aufgenommen. In den Versuchsgruppen
beobachtete man vitalere Tiere im besseren Ernährungszustand, intensive Brunst und stärkeren
Haarglanz, es traten auch keine Verdauungs- und Klauenprobleme auf. In der Kontrollgruppe wurden
dagegen zwei Lahmheitsfälle (Klauenerkrankungen) dokumentiert. Versuchskühe hatten im Vergleich
mit der Kontrolle leichtere Abkalbung und damit weniger postnatale Probleme, brachten vitalere
Kälber. In der Kontrollgruppe wurden dagegen eine Schwergeburt mit einem lebensschwachen Kalb in
der Folge sowie bei zwei weiteren Kühen Gebärmutterentzündungen verzeichnet, was höhere
Behandlungskosten in dieser Gruppe verursachte. Versuchsgruppen hatten höhere Milcherträge und
brachten damit mehr Einkommen im Vergleich mit der Kontrolle (Tabelle 6).
Zu Versuchsbeginn und am Versuchsende wurde Körpermasse aller Tiere erfasst (Tabelle 3).
Tabelle 3. Entwicklung der Lebendmasse
Versuchsbeginn,
kg
Versuchsende, kg
±, Differenz, kg
Differenz, %
Kontrolle
609 ± 26
613 ± 31
4
100,7
Versuchsgruppe I
640 ± 17
661 ± 14
21
103
Versuchsgruppe II
563 ± 27
584 ± 38
21
103,7
Versuchsgruppe III
610 ± 25
618 ± 23
8
101
Gruppe
Wie aus der Tabelle 3 ersichtlich ist, lässt sich eine ungleichmäßige Lebendmasseentwicklung in allen
Gruppen beobachten. In den Versuchsgruppen I und II war die mittlere Gewichtzunahme mit 21 kg
am größten (p>0,001). Bei der negativen Energiebilanz in der Früh- und Hochlaktation
(Versuchsgruppe I) sind die Tiere nicht in der Lage, für intensive Milchproduktions- und
Lebensvorgänge genug Futternährstoffe aufzunehmen, deshalb werden Körperreserven mobilisiert.
Nährstoffmangel lässt sich durch die richtige Rationsgestaltung teilweise ausgleichen (Aniulis et al.,
2003). Gewichtszunahme in der Versuchsgruppe I ist höchstwahrscheinlich mit Hefeeinsatz in
Verbindung zu bringen: Hefezusatz hatte positive Wirkung auf Pansenflora, was Verbesserung von
Fermentationsvorgängen, Steigerung der Fresslust und Futteraufnahme zur Folge hatte. Diese Effekte
konnten von vielen Autoren (Gombos et al., 1995; Maierhofer et al., 2003) bestätigt werden. Kühe der
Versuchsgruppe II konnten für Milchproduktions- und Lebensvorgänge benötigte Nährstoffmenge
aufnehmen. Gewichtszunahme in dieser Gruppe ist u. E. ebenfalls auf positive Beeinflussung der
Pansenflora und verbesserte Gärungsvorgänge durch Hefeeinsatz zurückzuführen. Positive
Energiebilanz in der Spätlaktation (Versuchsgruppe III) führt zum Aufbau von Körpermasse, die Tiere
sollen in dieser Phase ihre Fettdepots auffüllen und genug Körperreserven für die kommende
Laktation bilden (nicht in der Trockenstehzeit, wie oft fälschlicherweise in der Praxis geglaubt wird).
Geringere Bierhefemenge in dieser Gruppe hatte eine schwächer ausgeprägte Wirkung auf
Körpermassezunahme im Vergleich mit den zwei ersten Versuchsgruppen.
Die höchsten Milcherträge mit 27 bis 36 kg pro Kuh und Tag wurden in der Versuchsgruppe I erfasst.
Zu betonen ist, dass Kühe in der Früh- und Hochlaktation nicht die für die Milchproduktion und
Lebensvorgänge benötigte Energiemenge aufnehmen können, so dass der Rationsgestaltung eine
besondere Rolle zukommt. Optimale Fütterung in der Hochlaktation ist Voraussetzung für guten
Gesundheitszustand sowie für hohe Milch- und Reproduktionsleistung von Kühen (Jeroch et al., 2008).
Im Rahmen des Versuches wurde in der Versuchsgruppe I auch Effektivität des Hefezusatzes bei
unterschiedlicher Einsatzhöhe geprüft (Tabelle 4).
Seite 219
Tabelle 4. Abhängigkeit der Milchleistung von der täglichen Bierhefemenge
Tägliche
Bierhefemenge,
g
Täglicher
Milchertrag
pro Tier, kg
±, im Vergleich
mit der
vorangehenden
Periode, kg
%, im
Vergleich mit
der
vorangehenden
Periode
I. 04 10 – 04 28 (18 Tage)
250
28 ± 0,92
-
-
II. 04 29 – 05 11 (13 Tage)
300
32 ± 0,86
4,0
114
III. 05 12 – 05 25 (13 Tage)
350
30 ± 1,02
- 2,0
97
IV. 05 26 – 06 09 (14 Tage)
400
29 ± 0,97
- 1,0
96
V. 06 10 - 06 20 (10 Tage)
250
30 ± 0,71
-
-
Periode
Zur Ermittlung einer optimalen Dosierung wurde die Tagemenge an getrockneter Bierhefe in der
Versuchsgruppe I im Zeitraum 29.04–10.06 variiert. Zu diesem Zweck teilte man den
Versuchszeitraum in 5 annähernd gleiche Abschnitte ein. Zu Beginn und am Ende jedes Abschnitts
erfolgten jeweils Kontrollmelkungen und die Tagesmenge wurde alle 10 bis 14 Tage jeweils um 50 g
pro Kuh erhöht, soweit erhöhte Milcherträge dokumentiert werden konnten. Vom 29. April bis zum 9.
Juni wurde tägliche Bierhefemenge schrittweise von 250 g auf 400 g pro Kuh erhöht. Bei
Stabilisierung der Milcherträge wurde die Bierhefemenge vom 10. bis 20. Juni wiederum kontinuierlich
auf 250 g reduziert. Die von 250 g auf 300 g erhöhte tägliche Bierhefemenge brachte im Mittel 1 Liter
mehr Milch pro Kuh und Tag, die weitere Erhöhung von 300 g auf 400 g hatte dagegen innerhalb von
zwei Wochen keine erhöhte Milchleistung zur Folge.
Übersicht über die Daten der durchgeführten Kontrollmelkungen vermittelt die Abbildung 1.
Abb. 1. Entwicklung der Milchleistung
Seite 220
Die mittlere Milchleistung in der Versuchsgruppe I lag bei 29 kg pro Kuh und Tag und war damit um 5
kg höher als bei den Kontrollkühen der gleichen Laktationsperiode (p>0,05). Der Versuch ergab, dass
man an Hochleistungskühe in der Frühlaktation 250 bis 300 g getrocknete Bierhefe zusätzlich
verfüttern kann.
Milchleistung in den Bierhefe-Gruppen I und II war höher (7,0-1,0 kg) im Vergleich mit der Kontrolle
(P>0,01). In der Spätlaktation (Versuchsgruppe III) hatte getrocknete Bierhefe jedoch keinen Effekt,
tägliche Milchleistung lag bei 16 kg pro Kuh (8 kg weniger als in der Kontrolle).
Zwischen den Gruppen bestanden Unterschiede auch in der Milchzusammensetzung und -qualität.
Versuchsgruppe III (Spätlaktation) wies mit 4,33 ± 0,51 % den höchsten Milchfettgehalt auf, wobei
die Versuchsgruppe I (Frühlaktation) als die Gruppe mit dem niedrigsten Milchfettgehalt (3,50 ±
0,38 %) einzustufen war.
Schätzt man die Futteraufnahmedaten ein, so nahmen die Kühe dieser Gruppe nicht genug
Trockensubstanz auf, was Mangel an leicht verdaulicher Faser (NDF) und Zucker (Glukose und
Fruktose) zur Folge hatte. Defizit dieser Nährstoffe hatte seine stärkste Ausprägung bei den Tieren in
der Frühlaktation (Versuchsgruppe I und früh laktierende Kontrollkühe). Mangel an strukturwirksamer
Faser führte höchstwahrscheinlich zur Störung der Pansenflora und der Gärvorgänge, wodurch sich
zu wenig Essigsäure im Pansen bildete, die für Milchsynthese essentiell ist (Sheidemann und
Steingass, 2005). Mangelerscheinungen kamen am Versuchsende besonders stark zum Ausdruck.
Relativ niedrige Fettgehalte (3,89 ± 0,25 %) wurden auch in der Kontrolle ermittelt, weil in dieser
Gruppe einige früh laktierende Kühe enthalten waren. Fettgehalte in der Versuchsgruppe II waren
über die gesamte Prüfperiode stabil (4,05 ± 0,01 %). Gehalte an Energie und Nährstoffen waren
somit in den Versuchsgruppen II und III ausreichend.
Veränderungen der Fett- und Eiweißgehalte der Milch sind in der Abbildung 2 ausgewiesen.
Abb. 2. Entwicklung der Milchfett-, Eiweiß- und Milchzuckergehalte in %
Aus der zweiten Grafik geht hervor, dass Milcheiweißgehalt in der Versuchsgruppe I am niedrigsten
war. Dafür ist u. E. Ernährung verantwortlich. Anteil des unabbaubaren Proteins lag bei 30 % (40 %
erforderlich), Anteil der unabbaubaren Stärke betrug 25 % (30 % erforderlich). Infolge gestörter
Pansenflora wurde weniger für Milchsynthese erforderliche mikrobielle Proteine (Walace, 1996),
gebildet. Genannte Gründe hatten Einfluss auf Milcheiweißgehalte in der Versuchsgruppe I und bei
den früh laktierenden Kontrollkühen, wobei Tiere der Versuchsgruppen II und III genug Nährstoffe
Seite 221
zur Verfügung hatten. Kontinuierliche Zunahme von Milcheiweiß in allen Versuchsgruppen ist u. E. auf
Wirkung von getrockneter Bierhefe zurückzuführen.
Milchzuckergehalte waren in allen Gruppen vergleichbar und lagen im Normalbereich.
Milchzuckerkonzentration hängt von genetischen und Ernährungsfaktoren ab (Kulpys et al., 2006). Der
geringste Milchzuckergehalt wurde in der Kontrollgruppe ermittelt (um 0,10–0,15 Prozentpunkte
geringer im Vergleich mit den Versuchsgruppen, P>0,01). Höhere Milchzuckergehalte stehen u. E. im
Zusammenhang mit Hefeeinsatz.
Anzahl somatischer Zellen und Harnstoffgehalte unterlagen über den gesamten Prüfzeitraum ebenfalls
Veränderungen (Tabelle 5).
Tabelle 5. SCC und Harnstoffgehalt der Milch
Anzahl somatischer Zellen, taus./ml.
10. April
12. Mai
10. Juni
Mittel
±, im Vergleich
mit der
Kontrolle
Kontrolle
628±292
449±605
652±385
576±79
-
Versuchsgruppe I
366±225
243±105
142±30
250±80
- 326
Versuchsgruppe II
228±96
330±178
226±63
261±42
- 315
Versuchsgruppe III
223±182
281±213
910±744
471±270
105
Gruppe
Harnstoffgehalt, mg %
Kontrolle
31±3
26±1
17±1
25±5
-
Versuchsgruppe I
24±5
31±3
18±3
24±5
-1
Versuchsgruppe II
29±3
33±2
15±2
26±7
1
Versuchsgruppe III
31±5
28±6
17±4
25±5
-
Wie aus der Tabelle 5 ersichtlich ist, wurde die höchste Anzahl somatischer Zellen in der Milch der
Kontrollkühe und der Kühe der Versuchsgruppe III ermittelt. Milch dieser Kühe entspricht nicht dem
Qualitätsstandard für Milch. SCC der Versuchsgruppen I und II lag in Normalbereich.
Über den gesamten Prüfzeitraum wurden in den Versuchsgruppe I und II keine Mastitisproblemen
dokumentiert, in der Kontrolle dagegen einige Fälle festgestellt. Höhere SCC wurden lediglich in der
Versuchsgruppe III festgestellt, welche jedoch im Bereich des Normalen lagen (Juozaitienė et al.,
2004). Die Versuchsergebnisse bestätigen somit positive Wirkung getrockneter Bierhefe auf Resistenz
gegen Eutererkrankungen durch Reduzierung von SCC.
Im Versuchszeitraum lagen Harnstoffgehalte im Normalbereich und unterlagen lediglich geringen
Schwankungen. Harnstoffkonzentration variiert im Normalfall zwischen 15 (20) und 30 mg % und ist
eine Indiz für Rationsqualität und Pansenaktivität (Schwarz et al., 2001). Ihren Tiefpunkt erreichte
Harnstoffkonzentration im Juni.
Vergleich der Wirtschaftlichkeitskennziffer zwischen den Gruppen ist der Tabelle 6 zu entnehmen.
Seite 222
Wie aus der Tabelle 6 ersichtlich ist, brachte die Versuchsgruppe I (Frühlaktation) am meisten
Einkommen, die Versuchsgruppe III (mittlere bzw. Spätlaktation) dagegen am wenigsten.
Ökonomischer Nutzen getrockneter Bierhefe ist in allen Gruppen nicht zu leugnen (Kosten des
Bierhefeeinsatzes betrugen in der Versuchsgruppe I 0,58 Lt pro Kuh und Tag, in der Gruppe II – 0,46
Lt, in der Gruppe III – 0,23 Lt).
Tabelle 6. Tägliches Einkommen für Milch
Täglicher
Milchertrag pro
Kuh, kg
Einkommen, Lt
(0,85 Lt/kg)
Versuchsgruppe I
29
Versuchsgruppe II
Versuchsgruppe III
Gruppe
±, im Vergleich
mit der Kontrolle
%, im Vergleich
mit der Kontrolle
24,65
5,95
132
23
19,55
0,85
105
15
12,75
0,85
107
(0,85 Lt/kg)
Schlussfolgerungen
1. Getrocknete Bierhefe von „Ekoproduktas“ hat positiven Einfluss auf Gesundheit und
Milchleistung von Kühen sowie auf Fett-, Eiweiß- und Milchzuckergehalte der Milch über die
gesamte Laktation.
2. Getrocknete Bierhefe reduziert Anzahl somatischer Zellen und trägt damit zur Vorbeuge der
Eutererkrankungen bei.
3. Getrocknete Bierhefe ist ein in zootechnischer und ökonomischer Hinsicht effektiver
Futterzusatz.
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Dr. Jurgis Kulpys
Abteilung für Tierernährung
Litauische Veterinärmedizinische Akademie
Tilzes g. 18, LT-47181 Kaunas, Litauen
Tel +370 37 363408
Seite 224
Mengen- und Spurenelemente / Macro and Trace Elements
Effects of supplemental trace mineral (Fe, Cu, Mn, Zn) source
and dose on growth performance in weaned piglets.
P. Schlegel1, L. der Kinderen2, A. Mul2, M. Ubbink-Blanksma2, S. Durosoy1
and E. Bruininx2,3
1
Pancosma S.A., Voie des Traz 6, 1218 Le Grand-Saconnex, Switzerland
2
CCL Research, N.C.B.-Laan 52, 5462 GE Veghel, The Netherlands
3
Animal Nutrition Group, Wageningen University, Marijkeweg 40, 6709 PG
Wageningen, The Netherlands
Introduction
Trace minerals, such as copper, iron, manganese and zinc are essential for the piglet growth
development as those are highly involved in metabolic functions. These minerals are generally
supplemented to the diet since native concentration of available mineral in commonly used feedstuffs
is usually insufficient to fulfill animal requirements. Mateos et al. (2005) investigated the commonly
practiced trace mineral supplementation on the Iberian Peninsula and concluded that dietary
concentrations are generally beyond official recommendations. To encourage reasonable trace mineral
safety margins (difference between applied and official recommended dietary concentrations) without
harming piglet performance, the partial or total replacement of inorganic by organic trace mineral
sources expected to be superior in their availability (eg. Close, 2003; Mullan et al. 2005) were
suggested. Organic trace minerals, based on hydrolyzed protein have demonstrated a potential in
reducing dietary trace mineral supplementation in piglets, when compared with traditional levels of
inorganic sources without harming animal performance. (Schiavon et al. 2000; Close, 2003; Creech et
al., 2004). Glycinates, depending on the mineral, have demonstrated an increased apparent mineral
absorbability in weaned piglets when directly compared with hydrolyzed soy based chelates (Ettle et
al. 2008; Männer et al. 2008) indicating an additional potential for limiting trace mineral safety
margins and/or limiting risk of trace mineral deficiencies on individuals within a herd. The efficiency in
using dietary trace minerals is regulated by homeostatic control which is highly dependent from the
animal’s trace mineral status (eg. Windisch and Ettle, 2008). Considering this, the present study was
set up to limit initial trace mineral status of the weaning piglets to represent the critical individuals
within a herd.
The aim of the present study was to investigate the effects of two trace mineral sources (Cu, Fe, Mn
and Zn as soy based chelates or glycinates, respectively) supplemented at two levels (75% and 50%
of common practice when using inorganic sources) on weaning piglet performance, when piglets
where limited in their initial trace mineral status.
Seite 225
Material and method
342 twenty-six day old piglets (8.6±0.4 kg BW) were allocated to 36 pens in 6 rooms on BW, gender
and litter. As experimental predisposition, piglets had no access to creep feed and were injected with
only half (0.5 ml) of the normal Fe-dextran dose on day 3 of age. These predispositions were defined
to artificially simulate non-optimal starting conditions in regards to trace status.
Four dietary treatments were arranged with a 2*2 factorial design. It was arbitrarily assumed that soy
based chelates would be 25% more available than inorganic sources, inducing a corresponding
reduced supplementation when referring to commonly practiced supplementations to piglet diets
Mateos et al. (2005). Therefore, Cu, Fe, Mn and Zn were either supplemented at 20, 80, 40 and 80
mg/kg respectively (~75% of common practice) or at 15, 60, 30 and 60 mg/kg, respectively (~50%
of common practice). Mineral sources were either hydrolyzed soy based chelates of amino acids (Soy,
B-TRAXIM® TEC, Pancosma S.A., Switzerland) or crystalline glycinates (Gly, B-TRAXIM® 2C, Pancosma
S.A., Switzerland). Piglets were fed ad-libitum the barley-based prestarter (day 0-9) and starter (day
10-35) experimental diets and had free access to water via nipples in the wet-and-dry feeders.
Piglets were weighed individually on days 0, 9 and 35. Feed intake (FI) was recorded per pen from
day 0-9 and 10-35. Faecal scoring (firm, soft, watery/diarrhea) was evaluated per pen. Blood was
taken on weaning day of two piglets per pen for 4 pens per treatment. Data were submitted to an
analysis of variance followed by a comparison of means using Genstat v 8.2. The pen was the
experimental unit.
Average initial blood Hb was 7.28 g/dl (-30%) and plasma Cu, Fe and Zn were 2.01 (+5%), 0.75 (30%) and 1.40 (+25%) mg/dl, respectively. Values in brackets represent the relative difference with
reference values from the Dutch veterinary service. This study design, similar to the one used by
Gentry et al. (1997) or Schlegel et al. (2007) regarding pre-weaning dispositions, permitted therefore
to limit piglet’s Fe status, Cu status to a certain extent, but not Zn status. Gérard (2000) reported that
average piglet Hb on French farms is 10.6 g/dl but vary greatly between 3.0 and 14.6 g/dl. The initial
trace mineral status of the values from the present study can therefore be considered as non-optimal,
but representative.
The piglet growth performance (Table 1) was relatively poor compared to the average values from the
research farm. Apparently the pre-dispositions taken to limit initial mineral status also influenced postweaning performance. There was no source*level interaction (P>0.05), except for tendencies
(P<0.10) in BW on d9 and 35 where Soy-50 BW was lower by 2.3% on d9 and lower by 9.6% and
10.1% on d35 when compared to Gly-50 and Gly-75, respectively, The lower supplementation level
increased overall FCR and final BW heterogeneity (P<0.05). Overall BWG, FI and FCR were improved
(P<0.05) by 12.9%, 8.7% and 4.1% respectively with Gly compared to Soy. Faecal consistency scores
were not affected by dietary treatments (data not shown).
Seite 226
Table 1: Growth performance
Source
Soy
Gly
BW d0 (kg)
8,6
8,6
St dev. BW d0
0,42
BW d9 (kg)
8,7
Lsd
Level
Lsd
75
50
0,03
8,6
8,6
0,03
0,41
0,035
0,42
0,41
0,035
8,8
0,18
8,8
8,7
0,18
x
y
St dev. BW d9
0,70
0,73
0,092
0,66
0,78
0,092
BW d35 (kg)
16,8b
17,8a
0,78
17,6
17,0
0,78
St dev. BW d35
2,99
2,77
0,435
2,51x
3,25y
0,435
FI d0-35 (g/d)
390b
424a
28,5
412
402
28,5
BWG d0-35 (g/d)
233b
263a
22,2
257
FCR d0-35
b
1,69
a
1,62
0,068
240
x
1,62
22,2
y
1,70
0,068
Conclusion
The present data suggest that piglets presenting limited iron and copper storage at weaning are
subject for low growth performance. Piglet’s weight heterogeneity was higher and growth
performance lower when the diet was supplemented with half of commonly added inorganic levels as
organic form compared to 75%. Feeding trace minerals as crystalline glycinates instead of soy based
chelates were beneficial for growth performance under the given conditions.
Acknowledgments
We wish to thank the staff at Laverdonk Research farm and Hans Zwolschen DVM for their assistance
during this study.
Literature
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Autorenanschrift (neue Adresse)
Patrick Schlegel
Agroscope Liebefeld-Posieux Research Station ALP
Tioleyre 4
1725 Posieux, Switzerland
Seite 228
Firmensponsoring - AGRANA Bioethanol GmbH, Industriegelände Pischelsdorf, A-3435 Pischelsdorf
Seite 229
Effects of supplemental trace mineral (Zn, Cu, Mn, Fe) source
and dose on the status and performances of sows
Stéphane DUROSOY1 and Boguslaw FUCHS2
1
Pancosma S.A., Voie des Traz 6, 1218 Le Grand-Saconnex, Suisse
2
Wroclaw University of Environmental and Life Science, Wroclaw, Pologne
Introduction
Some trace minerals are both essential for the nutrition of pigs, but also potentially polluants for the
environment when they are in excessive amounts in animal feces. The concentrations of trace
minerals in animal excreta can be reduced with the decrease of dietary levels and with the utilisation
of supplemental sources with high retention. Organic forms of trace elements have been mostly tested
in piglets and in growing pigs. Glycine chelates in crystalline form have higher bioavailability than
chelates of amino acids (Ettle et al. 2008; Männer et al. 2008). In sows, methodological constraints
challenge the measurement of digestibilities of trace minerals (Jongbloed et al., 2004).
The objective of this trial was to measure the effect of the sources and of the doses of trace elements
(Zn, Cu, Fe, Mn) in gestation and lactation diets of sows on their mineral status and on their
performances.
210 sows of polish breeds Large White X Landrace were splitted in three experimental groups after
insemination, according to their initial weight (211 ± 2 kg) and the number of piglets of previous
litters (10,8 ± 0,2). After 30 days, non gestating sows of each treatment (15 ± 1) were removed from
the study. At 90 days of gestation. 10 sows were selected in each experimental group, based on their
weight and their parity.
Until 84 days of gestation, each sow was daily fed 2,5 kg of the gestation diet. Between 85 and 90
days of gestation, the daily feed intake was increased to 3,5 kg, then switched to the lactation diet
until parturition. After farrowing, the feed intake was increased by 0,5 kg per day during one week.
From day 8 to day 19 post-partum, sows were fed ad libitum, with restriction of feeds two days before
weaning at 21 days of lactation.
Seite 230
All diets were based on wheat, barley, triticale and soybean meal. Nutritional values were: 11,5 MJ
ME; 13,5 % CP; 0,66 % Lys and 13 MJ ME; 17,2 % CP; 0,78 % Lys for gestation and lactation diets,
respectively.
The three formulas of gestation and lactation diets differed in sources and doses of trace minerals.
Inorganic forms were either sulphate (Cu, Fe), or oxide (Zn), or a combination of both (Mn). Organic
forms were either chelates of amino acids, based from hydrolysed soya protein, or glycine chelates in
crystalline forms (B-TRAXIM®2C, Pancosma). The three experimental diets were : «Control »,
formulated with inorganic sources; « Chelate », containing chelates of amino acids ; « Glycinate »
containing glycine chelates.
Details of formulation with trace minerals are presented in table 1.
1)
Table 1 –Supplementation with trace minerals
Gestation diet
[mg/kg]
Inorganic
Chelates
Lactation diet
2)
Inorganic
Chelates
2)
Cu
11
8 (50%)
15
8 (50%)
Fe
53
75 (0%)
73
51 (0%)
Mn
60
50 (50%)
80
50 (50%)
83
83 (50%)
110
80 (50%)
Zn
1)
2)
Chelates either of amino acids or of glycine
Values between brackets : percentage in organic form
Analysed values in trace elements were conform to calculated levels.
Feed consumption during lactation has been measured. Sows were weighted before farrowing and
after weaning. Sow blood and milk were sampled for analysis at 110 days of gestation and at 19 days
of lactation. Piglet blood was sampled at 21 days of age. Pregnancy rate has been evaluated after the
first insemination following the study. Litter size and individual weights of piglets were measured at
birth and at weaning.
All collected data were run through an analysis of variance and differences between treatment means
were tested using Duncan test.
Sow performance and piglet weights are presented in table 2. Feed consumptions during lactation
were significantly superior in groups « chelate » and « glycinate », resulting with numerically inferior
body weight loss compared to the control. During gestation, there were no treatment differences in
sow weight gains (data not shown). Scarce research exists on trace mineral formulation in sow diets.
No published study reported any effect of trace minerals sources and doses on feed consumption of
lactating sows. Quiniou et al (1998) reviewed that a high number of factors may influence feed intake
of sows.
Seite 231
Table 2 – Results of performances
Control
Chelate
Glycinate
6,05 a
6,95 b
7,05 b
42
37
33
Pregnancy rate after 1st insemination (%)
70 a
80 b
90 b
Live born piglets/litter
11,0
11,3
11,5
Dead born piglets/litter
0,4
0,4
0,0
Piglet weight at 2 days of age (kg)
1,47 a
1,55 b
1,62 b
Piglet weight <1,2 kg at 2 days (%)
11,82 a
9,73 b
8,69 b
235
260
267
Feed consumption during lactation (kg/day)
Body weight loss in lactation (kg/sow)
Piglet weight gain 2-21 days (g/d)
a,b : p<0,05
Pregnancy rate after the first insemination was significantly improved in sows fed two forms of
chelates, with a higher result in the “glycinate” group. When inorganic trace minerals were substituted
by organic sources, Spears et al (1995) had measured an improvement of reproductive performances
of sows with a decrease of rebreeding interval at the second breeding.
There was a trend for a higher number of live born piglets and significantly less light piglets (<1,2 kg
BW) when sows received both chelates. Increased number of live born piglets has been also observed
by Payne et al (2006) when 100 ppm of zinc sulphate was replaced by an organic source. The supply
of trace elements in chelated forms based on hydrolysed soya protein increased the number of (total
and live) born piglets from multiparous sows vs the inorganic sources, averaged from two
supplementation levels (Peters and Mahan, 2008).
Piglet weights at 2 days of age were more elevated in groups “chelate” and “glycinate”, the latter
showing the highest result.
Blood analysis of sows and piglets are presented in graph 1 and graph 2, respectively, and milk
analysis are presented in table 3. Trace mineral concentrations and alkaline phosphatase activity in
blood of sows and piglets were not affected by dietary treatments (data not shown).
Sows fed two forms of chelates had higher protein and albumin contents in serum, these differences
being numerically or statistically different. In piglet blood, only the group “glycinate” had superior
protein and albumin contents. Urea levels of sow serum were higher in groups of chelates vs control,
but these differences disappeared in piglets blood. There is no evidence from literature on the effects
of trace minerals supplied at low levels on protein metabolism in the sow and on consequences for
born piglets.
Protein and albumin composition of sow milk were affected, with a significant increase in the group
“Glycinate”. The highest result of milk protein is superior to standard values (Etienne et al, 2000; Daza
et al, 2004). Milk richer in protein may partly explain the higher weights of piglets in the “Glycinate”
group.
Seite 232
b
a a
a b b
a b b
a,b : p<0,05
Graph 1 – Protein and albumin (g/l) and urea (mmol/l) contents in
serum of gestating (G) and lactating (L) sows
b
a
a
b
a
a
a,b : p<0,05
Graph 2 – Protein and albumin (g/l) and urea (mmol/l) contents in serum of piglets
Seite 233
Table 3 –Sow milk analysis
g/l
Control
Chelate
Glycinate
Protein
22.6 a
24.3 a
33.2 b
Albumin
3.3 a
4.7 a
6.8 b
a,b : p<0,05
Conclusions
Aging sows gradually deplete their mineral reserves (Mahan and Newton, 1995). This study showed
that reduced supplementation levels of zinc and copper, partly replaced by organic sources, did not
degrade sow performances. Pregnancy rate and piglet weights at 2 days were even improved with
chelated forms, specially with crystalline chelates of glycine. Protein and albumin contents of sow
blood and milk were significantly affected by treatments. There results suggest further research on
the effects of trace mineral formulation (doses and sources) on protein metabolism and on
reproductive performances of older and highly prolific sows on a minimum number of parities.
References
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Autorenanschrift
Stéphane Durosoy
Pancosma
Voie des Traz 6
CH-1218 Le Grand Saconnex-Geneva
[email protected]
Seite 234
Firmensponsosring - Pancosma S.A. , Voie-des-Traz 6, CH-1218 Le Grand-Saconnex
Seite 235
Selenhefe (Sel-Plex®) in der Sauenfütterung - Auswirkungen
auf Wurfgröße und Produktivität in der Praxis
(Selenium yeast Sel-Plex in sow feeding – impact on litter size
and productivity under practical conditions)
Josef Bunge1), Dr. Wolfgang Sommer1) and Dr. Wilke Griep2)
1)
Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen, Nevinghoff 40, 48147 Münster;
2)
Alltech (Deutschland) GmbH, Mühlenweg 143, 22844 Norderstedt
Abstract
A field study with 948 sows (Genetic: DanZucht (DZ), local crossbred sow Westhybrid (Hyb),
Hermitage (He)) was investigated to measure the impact of feeding selenium yeast on productivity.
The sows were located on 4 farms in a high pig density area in Westfalia (near Münster/Germany).
1165 litters of a six month production period (Feb-08 till Jul-08) could be allocated to a complete
treatment (sows fed with selenium from selenium yeast - Sel-Plex®, Saccharomyces cerevisiae CNCM
I-3060/Alltech: 0,2 mg Se/kg pregnancy feed and 0,3 mg Se/kg lactation feed). These litters of the
treatment period were compared with 1150 litters of the same season/period of the previous year
(Feb-07 till Jul-07).
All farms showed an increased litter size of alive born piglets of + 0,58 in the treatment period
compared with previous year period (13,08 alive born piglets/litter vs 12,5 alive born piglets/litter).
During treatment phase in average + 0,39 piglets/litter could be weaned more compared to previous
year. The results indicate that using organic selenium (selenium yeast) instead of inorganic selenium
(sodium selenite) was able to improve the productivity. Also sow unit on a high level of productivity
are able to improve the performance. The measure is economically profitable also if it is taken in to
account a genetic progress of + 0,25 piglets/sow and year.
Einleitung
Die Zufuhr des Spurenelementes Selen in Form der Selenhefe kann die Versorgung der Sauen und der
Ferkel gegenüber der üblichen anorganischen Selen-Supplementierung spürbar verbessern. Das
Antioxidans- und Immunsystem profitieren davon.
Seite 236
In einem Praxistest sollte geprüft werden, ob eine erwartete positive Leistungsentwicklung eintritt und
diese plausibel zu den vorliegenden Erkenntnissen passt. Eine anschließende betriebswirtschaftliche
Kalkulation diente der praxisorientierten Gesamtbewertung.
Literatur
Das Antioxidans- und Immunsystem sind die wesentlichen Möglichkeiten des Tieres, oxidativen Stress
und die Wirkungen pathogener Keime abzuwehren.
Abwehrsysteme sind u. a. auch sehr stark von einer optimalen Versorgung mit Spurenelementen
abhängig (Surai, 2006, Ulbrich et al., 2004). Neuere Studien von Mahan und Peters (2004) konnten
den Einfluss der organischen Spurenelemente auf die Produktivität bei einer relativ langfristigen
Betrachtung nachweisen (vgl. Mahan und Peters, 2006). Bis zu ein Ferkel mehr wurde geboren, wenn
eine „Optimal“-Variante mit einer „praxis-üblichen“ Variante verglichen wurde.
Selen in selenhaltigen Aminosäuren, wie es in einer natürlichen Form als Selenhefe in der Fütterung
zur Verfügung steht (erste EU-Zulassung ab Dezember 2006), ermöglicht den Selenversorgungsstatus
der Sauen und Ferkel deutlich zu verbessern (Mahan und Kim, 1996, Mahan, 2000, Mahan und Peters,
2004, Close und Cole, 2003, Close et al., 2008). Das Ferkel wird mit einem höheren Gehalt an
Selenoproteinen geboren (Mahan und Kim, 1996). Durch den stärkeren Transfer von
Selenoaminosäuren in das Milchprotein kann der Selengehalt im Kolostrum und in der Sauenmilch
erhöht werden (Mahan, 2000, Mahan und Peters, 2004, Bertin und Taylor-Pickard, 2007). Quesnel et
al., 2008, messen in ihren Untersuchungen in der INRA, dass das Kolostrum einen um 33 % und die
Milch einen um 89 % höheren Selengehalt aufweist.
Surai, 2006, beschreibt die selenhaltigen Enzymsysteme und Regelsysteme. In Phasen mit erhöhtem
oxidativen Stress können die Selen-Körperreserven mobilisiert werden und die Selenoproteine fließen
in die verstärkte Bildung der enzymatischen Antioxidantien ein. Die mittlerweile 25 bekannten
Enzymsysteme, die Selen als essentiellen Bestandteil enthalten, können optimal genutzt werden.
Intensive Beanspruchung des Immunsystems und hoher oxidativer Stress können von den Tieren
leichter bewältigt werden. Erkrankungen und Verluste sind weniger häufig die Folge der Belastungen.
Verminderte Verluste sind für eine wirtschaftliche Produktion von größter Bedeutung. Lampe et al
2005a und b zeigen, dass in der Ferkel-Erzeugung und der Ferkelaufzucht die Verluste um etwa 2 %Pkte bzw. um 50 % gesenkt werden konnten.
Die Landwirtschaftskammer NRW hat in Zusammenarbeit mit der Futtereinkaufsgemeinschaft
Warendorf unter den in der Praxis zur Verfügung stehenden Möglichkeiten ein SelenFütterungskonzept für Sauen durchgeführt. Vier Betriebe mit zusammen 948 Sauen von drei
genetischen Herkünften (2 x DanZucht = DZ, West-Hybrid =HYB, Hermitage = HE) haben immer das
gleiche Futter der einen Futtereinkaufsgemeinschaft bezogen (vgl. Tabelle 1). Für über acht Monate
wurde Selen (0,2 mg / kg im Trächtigkeitsfutter und 0,3 mg / kg im Laktationsfutter) aus Selenhefe
(= organische Form; Produkt: Sel-Plex®, hergestellt aus Saccharomyces cerevisiae - Stamm CNCM I-
Seite 237
3060 von Alltech) anstatt der Selensupplementierung aus anorganischen Quellen für das Futter
verwendet.
Es wurden die Produktionsdaten aus Sauenplanerdaten verwendet, um Vergleiche zur saisonal
gleichen 6-Monats-Phase ein Jahr vorher, der Vorjahresphase und zur Vorphase (Auswertung eines
vollständigen Jahres vor der Testfütterung) durchzuführen. Die Behandlungsphase umfasste 6 Monate
(Februar 2008 bis Juli 2008). Würfe, die der Behandlungsphase (6 Monate) zugeordnet wurden, sind
Leistungen von Sauen, die während der gesamten Tragezeit und Laktation Selen aus Selenhefe
erhalten haben.
Tabelle 1:
Produktionskennzahlen der Versuchsbetriebe
Betrieb:
DZ-1
DZ-2
Hyb
HE
Gesamt
Genetik
Dan
Zucht
Dan
Zucht
WestHybrid
Hermitage
gew.
Mittel
Anzahl Sauen
Produktivität
343
165
179
261
948
abges. Ferkel / S + J
27,5
30,6
23,2
23,8
26,20
412
187
243
308
1150
434
214
219
298
1165
Würfe
Vorjahresphase
(Feb.-Juli 2007)
Würfe
Versuchsphase
(Feb.-Juli 2008)
Seite 238
Es wurden in vier Betrieben 1165 Würfe der Behandlungsphase zugeordnet. In Tabelle 2 sind die
Mittelwerte der Produktionskennzahlen für die beiden zu vergleichenden Phasen aufgeführt. Im Mittel
wurden 13,08 Ferkel je Wurf lebend geboren. Die Verluste bis zum Absetzen waren durchschnittlich
1,59 tot geborene Ferkel und 1,88 Saugferkelverluste je Wurf. Bei 11,2 abgesetzten Ferkel je Wurf hat
sich die Sauenproduktivität gegenüber der zeitgleichen 6-Monatsphase des Vorjahres um + 0,39
Ferkel bis zum Absetzen der Würfe verbessert. Die positiven Veränderungen ergaben sich vor allem
durch mehr geborene Ferkel (+ 0,46 Ferkel) und weniger tot geborene Ferkel (- 0,13 Ferkel).
Die Verluste in der Säugezeit nahmen in der Beobachtungsphase gegenüber der zeitgleichen 6Monatsphase des Vorjahres zu (+ 0,19 Ferkel).
Die Leistungen entwickeln sich betrieblich individuell, weil Stressfaktoren und Beanspruchung der
Immunität und des Antioxidanssystems individuell sind.
In einem Vergleich mit einer ein Jahr umfassenden Phase vor dem Test sind die gleichen Effekte
erkennbar, die im Gesamtsaldo für die 948 Sauen im Test eine Produktivitätsverbesserung um + 0,54
abgesetzte Ferkel ausmachte. Alle vier Betriebe zeigten positive Entwicklungen in der
Beobachtungsphase hinsichtlich der Wurfgröße bei der Geburt (+ 0,56 Ferkel / Wurf) und in den
Totgeburten (- 0,13 Ferkel / Wurf).
Die wiederholt beobachteten Verbesserungen passen in der Richtung plausibel mit den
Literaturquellen (Mahan und Peters, 2004: Reduktion der Rate tot geborener Ferkel um – 70 %;
Pineda et al., 2004: + 1,07 gesamt geb. Ferkel; Lampe et al., 2005a: + 0,22 abg. Ferkel; TaylorPickard und Zawadzky, 2004: + 4 % mehr leb. geb. Ferkel; Shipp et al., 2008: 0,36 weniger
Saugferkelverluste / Wurf = - 2,7 %-Pkte) überein.
Nach Fortier und Matte, 2006, kann der Selen-Status der Sau mit Selenhefe verbessert werden, was
zu einem verbesserten Selen-Transfer zum Embryo führt. Insbesondere die mit „hyperprolific“
charakterisierten modernen Sauen benötigen ausreichend Selen aus organischer Quelle, um dann eine
exzellente Embryonalentwicklung (Gewicht, Länge, DNA je Embryo) in der Tragezeit auszubilden. Dies
Zusammenhänge könnten eine Erklärung für die beobachteten Effekte in der Wurfgröße sein.
Die betriebswirtschaftliche Erfolgsrechnung ergibt, dass diese Fütterungsstrategie profitabel ist, da
dem Mehraufwand für den Zusatzstoff Selenhefe mit grob 3 € je Sau und Jahr der deutlich größere
Nutzen durch die höhere Produktivität (2,4 Würfe x + 0,39 Ferkel = über 0,9 Ferkel)
gegenüberzustellen ist. Die Maßnahme ist auch unter kalkulatorischer Einbeziehung eines
Zuchtfortschritts (z. B. ≈ + 0,25 Ferkel / Sau und Jahr) wirtschaftlich profitabel.
Seite 239
Tabelle 2:
Betrieb:
Biologische Leistungen in den vier Versuchsbetrieben bei Einsatz von organischem Selen im
Futter für tragende und laktierende Sauen
DZ-1
DZ-2
Hyb
HE
Gesamt
Vorjahresphase: [Ferkel / Wurf] oder [%]
(Feb - Juli / 2007)
gesamt geb.
14,45
16,66
12,30
13,52
14,21
tot geb. (%)
12,4
13,3
10,8
11,4
12,0
lebend geb.
12,66
14,45
10,97
11,98
12,50
Saugferkelverluste (%)
10,5
14,3
8,5
21,0
13,5
abgesetzt
11,33
12,39
10,04
9,47
10,81
Versuchsphase: [Ferkel / Wurf] oder [%]
(Feb - Juli / 2008)
gesamt geb.
14,82
16,95
12,75
14,23
14,67
tot geb. (%)
11,5
11,6
9,3
10,3
10,8
lebend geb.
13,12
14,98
11,57
12,77
13,08
Saugferkelverluste (%)
12,6
14,7
14,5
16,8
14,4
abgesetzt
11,47
12,78
9,89
10,62
11,20
Seite 240
Schlussfolgerung
In vier Betrieben mit unterschiedlichen Bedingungen und drei verschiedenen Herkünften konnten
positive Effekte in der Wurfgröße und der Anzahl tot geborener Ferkel beobachtet werden.
Ökonomisch ist der Vorteil der mehr abgesetzten Ferkel profitabel. Noch zu prüfen ist auch, ob die
verbesserte Selenversorgung der Ferkel in der weiteren Ferkelaufzucht Vorteile bringt.
Zusammenfassung
In einer Feldstudie mit 948 Sauen in vier Betrieben (Genetik: 2 x DanZucht, Westhybrid, Hermitage)
wurde der Einfluss einer natürlichen Selenhefe-Fütterung auf die Produktivität der Sauenherden
beobachtet. In 1165 Würfen (6 Monate Produktion) konnte in allen beteiligten Betrieben positive
Effekte in der Wurfgröße und der Anzahl tot geborener Ferkel beobachtet werden (+0,58 lebend
geborene Ferkel / Wurf). Ökonomisch war in dieser Studie der Vorteil profitabel.
Literaturverzeichnis
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M. Hower, Nottingham University Press
Ulbrich, Hoffmann und Drochner, 2004; in Fütterung und Tiergesundheit, Ulmer-Verlag, Kap. 5
Autorenanschrift
Josef Bunge
Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen
Nevinghoff 40, D-48147 Münster
Seite 242
Firmensponsoring - ALLTECH Deutschland GMBH, Mühlenweg 143, D- 22844 Norderstedt
Seite 243
Supplementation of chelate form of microelements into broiler
feed mixture
S. Krizova, P. Kratochvilova, M. Vecerek, A. Vasatkova and L. Zeman
Mendel University of Agriculture and Forestry in Brno
Introduction
Mineral chelates have been the subject of a growing number of investigations in the past few years.
Results demonstrate a clear trend for a better utilization and higher bioavailability for this type of
mineral supplements (VIEIRA, 2008). There are indications that, at least in some situations, chelated
minerals can achieve biological objectives better than inorganic sources (PATTON, 1997). Turkey diets
supplemented with zinc and manganese-methionine improved feed conversion, and also reduced
mortality and leg abnormalities. Dietary supplementation with zinc and manganese chelates, when
inorganic inclusions of these minerals where considered adequate, led to immune improvements in
turkeys (FERKET et al., 1992). Reduced early broiler mortality was found when zinc and manganeseamino acid were supplemented to broiler breeders throughout the laying period (VIRDEN et al.,
2003).
The aim of our experimental supervision was detected influence of supplementation of chelate form of
microelements Zn and Mn into broiler feed mixture on growth, feed conversion and health condition of
chickens.
Growth experiment was realized on fattening poultry station Prasklice. There were used 1 day old
broilers of Cobb 500 hybrid combination. There were used 200 chickens which were divided into 2
stalls by 100 pieces. Average weight of chicks was 40 g. The birds were housed on deep litter in stalls
3 x 4 m. There were installed corresponding numbers of drinker and bunk feeders. Feed and water
were available ad libitum. Temperature and humidity were measured by Comet L3120 on two points
of animal house.
Broilers were fed by a starter until 12 day of experiment; it was a standard commercial diet BR1.
Experiment feed mixtures BR2 were fed from 13 day to 40 day. The first group was Control group and
it had mineral premix with microelements in inorganic form. The second group was Chelates group
and it had mineral premix with Zn and Mn in organic form. Composition of the feed mixtures is
presented in the Table 1.
Seite 244
Weighing of chickens was realized at the 1, 12, 26 and 40 day of experiment through the use of
digital scales with weighing accuracy 0.1 g. Weight of chickens, feed consumption and mortality in
stalls were noted.
Table 1. Ingredients and composition of feed mixtures
Ingredients
BR1
BR2 - Control
group
BR2 - Chelates
Corn 8.5% NL
g/kg
150
150
150
Wheat
g/kg
426,7
446,7
446,7
Peas
g/kg
10
10
10
Faba bean
g/kg
10
10
10
Soya bean meal
g/kg
320
285
285
Rapeseed oil
g/kg
25
4
4
Mineral premix (inorganic form)
g/kg
58,3
58,3
-
Mineral premix (organic form)
g/kg
-
-
58,3
Dry matter
g/kg
884,3
886,05
886,05
Crude protein
g/kg
224,3
210,3
210,3
Fat
g/kg
45,64
60,48
60,48
Lysine
g/kg
14,5
13,6
13,6
Ash
g/kg
72,39
70,43
70,43
Zn
mg/kg
102,96
101,67
101,67
Mn
mg/kg
137,38
136,62
136,62
Composition
Performance, consumption of BR2, feed conversion and mortality are presented in the Table 2. The
average final live weight in Chelates group was higher (2332.5 g) than in Control group (2325.2 g).
Average daily gain was also higher in Chelates group (72.33 g/d) than in Control group (71.47g/d).
But feed conversion was better in Control group (2.015) than in Chelates (2.112). No differences were
significant. Mortality was similar in the both groups (2 %).
According to PAIK (2001)
beneficial effects on the
manganese in inorganic
supplemented with levels
combination of methionine mineral chelates Zn + Cu for broilers showed no
performance. BERTA et al. (2004) evaluated effects of dietary levels of
(MnO) and organic (Mn fumarate) forms on cockerel chicks, Mn was
of 0, 30, 60 and 240 ppm from both sources; the treatments did not exert
Seite 245
significant effects on the body weight, the feed/gain ratio or the mortality rate. LEE et al. (2001)
suggested metal-amino acid chelates and complexes of Cu and Zn at low levels (Zn 40 ppm, Cu 60
ppm) are not different from that of high levels of inorganic sources in maintaining growth
performance and serum concentration; the fecal excretions for Cu and Zn were greatly reduced when
organic sources were used.
Table 2. Performance, consumption of BR2, feed conversion and mortality
Treatment
Control group
Chelates
Average weight 12 day (g)
324,1
307,2
1128,2
1073,0
2325,2
2332,5
Average gain (g)
2001,1
2025,3
Average daily gain (g/d)
71,47
72,33
Consumption of BR2/ broiler (kg)
4,031
4,224
Feed conversion
2,015
2,112
2
2
Mortality (%)
Conclusion
The final average live weight was higher in Chelate group than in Control group, but the feed
conversion was better in Control group than in Chelates. In our experiment the treatments did not
exert significant effects on the performance of chickens or the mortality rate.
References
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manganese content of broiler chicks. Acta Veterinaria Hungarica 52, p. 199-209.
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VIRDEN, W.S., YEATMAN, J.B., BARBER, S.J., ZUMWALT, C.D., WARD, T.L., JOHNSON, A.B., KIDD, M.T. (2003): Hen mineral
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ZEMAN, L. et al. (1995): Katalog krmiv. VÚVZ Pohorelice, p. 465.
Autorenanschrift
Ing. Sarka Krizova
Department of Animal Nutrition and Forage Production
Zemedelska 1, 613 00, Brno, Czech Republic
Seite 247
Auswirkungen von unterschiedlichen Jodquellen und
Joddosierungen auf die Jodakkumulation im Gewebe und den
Status der Schilddrüsenhormone am Modell der wachsenden
Ratte
V. Wagner1, W. Windisch1, S. Swoboda2 und T. Ettle3
1
Universität für Bodenkultur Wien, Abteilung Tierische Lebensmittel, Tierernährung
und Ernährungsphysiologie
2
Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Bodenforschung
3
Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Institut für Tierernährung
Einleitung
Das natürlich vorkommende Element Jod [I] ist für Menschen und Tiere essentiell. Bei unzureichender
Jodaufnahme kann es zu zahlreichen Mangelerscheinungen wie Kropfbildung, geistiger Behinderung,
oder verminderter Fruchtbarkeit kommen. Aufgrund ihrer geographischen Lage (v.A. die Entfernung
zum Meer) sind weltweit viele Regionen arm an Jod. Dies führt dazu, dass das ganze Umfeld der
Nahrungskette unter dem Einfluss geringer Jodkonzentrationen steht, beginnend von den Pflanzen bis
hin zu den Tieren, und dass Jodmangelerscheinungen (IDD – Iodine deficiency disorders) weltweit
noch immer ein großes Problem für die Bevölkerung darstellen. Die gebräuchlichste Methode im
Kampf gegen IDDs ist der Einsatz von jodiertem Speisesalz, dem entweder Kaliumjodid [KI] oder
Kaliumjodat [KIO3] zugesetzt wird (WHO, 2004).
Auf Grund seiner unmittelbaren Umwandlung in Jodid und anschließenden Absorption im
Gastroinstestinaltrakt sollte Jodat genauso verfügbar sein wie Jodid. In einer früheren Studie mit
Ratten wurde diese Vermutung auch bestätigt (Kuhajek & G.F., 1970). Demgegenüber erwies sich
Jodid beim Menschen als besser verfügbar als Jodat (Murray, 1953; Murray & Pochin, 1951).
Insgesamt ist die Datenlage zur Bioverfügbarkeit verschiedener Jodquellen unbefriedigend gering und
teilweise widersprüchlich (Jongbloed, Kemme, De Groote, Lippens & Meschy, 2002). Aus diesem
Grunde wurde die folgende Studie durchgeführt. Sie sollte den Effekt verschiedener Jodquellen
(Kaliumjodid und Kaliumjodat) in verschiedenen Zulagehöhen auf die Schilddrüsenhormone im Blut
sowie die Jodkonzentration in den Geweben am Tiermodell der wachsenden Ratte näher untersuchen.
Seite 248
Die Studie wurde mit 40 weiblichen Sprague Dawley Ratten mit einem Anfangsgewicht von 68 g
durchgeführt. Die Tiere wurden paarweise in einem Käfig (2 Tiere pro Plexiglaskäfig) und unter
standardisierten Laborbedingungen (25°C Raumtemperatur, relative Luftfeuchtigkeit von 65 %,
Tag-Nacht Zyklus von 12 Stunden) gehalten. In den ersten sieben Tagen wurden eine
semi-synthetische Diät, basierend auf Casein, Stärke und Sucrose, sowie deionisiertem Wasser, das
mit NaCl (0,014 %) supplementiert war ad libitium verabreicht. Nach einer Woche folgte eine
Trennung in 5 Futtergruppen (8 Tiere pro Versuchsgruppe), wobei Jodquelle und Zulagehöhe
variierten (Tabelle 1). Die Jodgehalte der einzelnen Futtergruppen wurden analytisch bestätigt.
Die Zufuhrempfehlung von Jod entspricht bei Ratten 100-200 µg I/kg (NRC, 1978). Daher lag bei den
Tieren der Kontrollgruppe eine knappe Jodversorgung vor (83 µg I/kg). Im Gegensatz dazu erhielten
die beiden anderen Jodzulagen weit über dem Bedarf (400 und 4000 µg I/kg). Die angewendeten
Dosierungen liegen weit über dem physiologischen Bedarf der Tiere, sind jedoch noch nicht toxisch.
Tabelle 1: Behandlungen entsprechend der Jodquelle und Höhe der Jodzulage
Behandlung
Jodquelle
Jodzulage (µg/kg)
1
Kontrollgruppe
Nativer Jodgehalt: 83
2
Kaliumjodid
400
3
Kaliumjodat
400
4
Kaliumjodid
4000
5
Kaliumjodat
4000
Zu Beginn der Studie, sowie einmal wöchentlich und am Ende der Studie wurde das Körpergewicht
tierindividuell bestimmt. Die Futteraufnahme wurde pro Käfig täglich detektiert.
Die jodreiche Fütterung wurde 3 Wochen lang durchgeführt. Daraufhin erfolgte nach einer
zwölfstündigen Nüchterungsphase die Dekapitation der Tiere unter vorheriger Betäubung mit
Diethylether. Dabei wurde Blut entnommen und das Plasma durch Zentrifugation (Labofuge 15000,
Heraeus Sepatech, Germany 4000 UpM, 4 min) abgetrennt und bei -20°C gelagert. In der Folge
wurden Proben von der Schilddrüse, Leber, Herz, Muskel, Femur, abdominales Fettgewebe sowie
subkutanes Fettgewebe im Bereich des Rückens, Gehirn und Haare entnommen, gewogen und bei 20°C eingefroren.
Alle Proben, bis auf die Blutproben, wurden nach der Entnahme gefriergetrocknet und homogenisiert.
Danach wurden ein alkalischer Aufschluss mit TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid) vorgenommen
und die Jodkonzentration in den Geweben mittels ICP-MS detektiert. Die Reproduzierbarkeit der
Methode wurde mit Hilfe des Referenzmaterials BCR-63-R (skim-milk-powder – Community Bureau of
Reference, Brussels, Belgium) sowie jeweils frisch vorbereiteten KI Standards (Kalium Jodid, FIXANAL,
0.1 mol, Riedel.de Haen) bestimmt. Die Reproduzierbarkeit betrug zwischen 97-107 %, bei einem
Detektionslimit von 0.09 µg I/kg bezogen auf gefriergetrocknete Probe.
Die Konzentration der Schilddrüsenhormone im Blutplasma wurde mit ELISA-Technik mit Hilfe eines
Testkits (miniVIDAS, Biomerieux, USA) analysiert.
Seite 249
Die Daten wurden einer Varianzanalyse (GLM-procedure von SAS 9.1.3, SAS Inst., Inc., Cary, NC)
unterzogen. Signifikante Unterschiede zwischen den Mittelwerten (P ≤ 0,05; Student-Newman-KeulsTest) sind mit Hochbuchstaben gekennzeichnet.
Ergebnisse
Die Tageszunahmen wurden von den Jodzulagehöhen signifikant beeinflusst (Tabelle 2). Höhere
Jodzulagen führten zu höheren Tageszunahmen (P>0,05), wobei die Jodquelle keinen Einfluss zeigte.
Der Tagesfutterverzehr betrug im Schnitt 13 g pro Tier, wobei die Versuchgruppe, die mit 400 µg
KIO3/kg gefüttert wurde, signifikant weniger verzehrte, als die anderen Futtergruppen. Dies führte
auch zu signifikant geringeren Tageszunahmen in dieser Gruppe. Da zwischen den beiden Parametern
Tageszunahmen und Tagesverzehr kein statistischer Zusammenhang besteht, dürfte es sich bei den
beobachten Effekten um unsystematische Einflüsse handeln.
Tabelle 2: Einfluss einer jodreichen Fütterung auf Wachstumsparameter
Behandlungen
1
2
3
4
5
Quelle
Kontrolle *
KI
KIO3
KI
KIO3
Dosis (µg I/kg)
- **
400
400
4000
4000
Tieranzahl
8
8
8
8
8
Versuchdauer (d)
28
28
28
28
28
P-Werte
SEM
Beh.
Dosis
Quelle
Wachstumsparameter
Anfangsgewicht (g)
134
133
133
134
133
1,3
1,00
1,00
1,00
Endgewicht (g)
212
208
203
210
212
1,9
0,51
0,17
0,77
Tageszunahmen (g)
3,7a
3,5ab
3,3b
3,6ab
3,8a
0,1
0,05
0,02
0,31
*ohne Jodsupplementierung **nativer Jodgehalt
Die höchste Jodkonzentration wurde in der Schilddrüse (Tabelle 3) detektiert, wobei eine höhere
Jodsupplementierung zu einer höheren Jodkonzentration in der Schilddrüse führte. Zudem wurden in
der Kontrollgruppe signifikant geringere Jodkonzentrationen gemessen. Die Jodquelle hingegen zeigte
in der Schilddrüse keinen signifikanten Einfluss.
In den anderen Geweben wurden deutlich geringe Konzentrationen gemessen. Allerdings konnten
dennoch Werte zwischen 1480 und 5137 ng I/g in den Haaren detektiert werden. Wiederum führten
hohe Jodsupplementierung zu deutlich höheren Jodkonzentrationen in den Haaren ohne
Quelleneinfluss.
Seite 250
Je nach Höhe der Supplementierung lagen die Konzentrationen in Leber, Herz und Blut zwischen
23,6 ng I/g (Kontrollgruppe) und 202 ng I/g. Wiederum führte eine Zulage von 4000 µg I/kg zu einer
deutlichen höheren Jodkonzentration in den Geweben als 400 µg I/kg. Zudem konnten in der Leber
und im Herzen der Tiere, die mit 4000 µg KIO3/kg supplementiert wurden, signifikant höhere
Jodkonzentrationen als bei den mit Jodid gefütterten Vergleichstieren detektiert werden. Im Blut
hingegen zeigte die Jodquelle keinen signifikanten Einfluss. Im Femur und Muskel wurden geringere
Jodmengen gemessen, die sich jedoch wiederum signifikant in Abhängigkeit von der Zulagehöhe
unterschieden, wobei die Jodquelle auch hier keinen Einfluss zeigte.
In Geweben vom Gehirn konnte nur ein signifikanter Anstieg der Jodkonzentration zwischen
Kontrollgruppe und den Behandlungsgruppen detektiert werden. Bei den beiden Zulagehöhen und die
beiden Quellen ergab sich kein signifikanter Unterschied in den Jodkonzentration im Gehirn.
Trotz einer höheren Jodidaufnahme wurden in Tieren, die mit Jodid supplementiert wurden,
numerisch geringere Jodkonzentrationen in extra-thyroidalen Geweben, mit Ausnahme der Haare und
dem subkutanem Fettgewebe, als in Jodat-versorgten Ratten gemessen.
Beim Vergleich der beiden untersuchten Fettgewebe konnte festgestellt werden, dass mehr Jod im
subkutanen Fettgewebe als im abdominalen Fett eingelagert wurde. So lagen die Konzentrationen im
subkutanen Fettgewebe des Rückens zwischen 17 und 67 ng I/g und abdominalen Fett zwischen 5
und 55 ng I/g. Allerdings führte in beiden Geweben eine höhere Joddosierung zu einer höheren
Jodkonzentration im jeweiligen Fettgewebe unabhängig von der Jodquelle.
Bei den Schilddrüsenhormonen T3 und T4 führte eine Zulage von 4000 µg I/kg zu höheren
Konzentrationen im Plasma (Tabelle 4), wobei die höchsten Konzentrationen bei einer Zulage von
4000 µg KI /kg gemessen werden konnten. Das T3/T4 Verhältnis war in der Kontrollgruppe signifikant
höher als in den supplementierten Behandlungsgruppen.
Diskussion
In der vorliegenden Studie sollte der Effekt von Kaliumjodid und Kaliumjodat in zwei verschiedenen
Dosierungen auf die Jodkonzentrationen in Geweben und Schilddrüsenhormone getestet werden.
Um IDDs entgegenzuwirken, wird in vielen Ländern Speisesalz, entweder mit Jodat oder Jodid,
versetzt (WHO, UNICEF & ICCIDD, 1996). Da Jodat sehr schnell in Jodid umgewandelt wird (Taurog,
Howells & Nachimson, 1966), scheint es bei sachgemäßer Lagerung (trocken und sauber) ohne
Bedeutung zu sein, mit welcher Jodquelle, jodiert wird. Dennoch ergaben sich in verschiedenen
Literaturstudien Unterschiede bei der Bioverfügbarkeit in Abhängigkeit der Jodquelle (Hixson &
Rosner, 1957; Murray, 1953; Murray & Pochin, 1951).
Die Bioverfügbarkeit der beiden Jodquellen scheint nicht gleichwertig zu sein, dennoch sind sie im
Kampf gegen IDDs beide effektiv (WHO et al., 1996).
Die höchsten Jodkonzentrationen wurden in der Schilddrüse analysiert, welche als Hauptspeicher für
Jod im Körper gilt (Braverman, 1994; Hetzel & Maberly, 1986).
In allen Geweben, mit Ausnahmen des Gehirns, konnte eine dosis-abhängig Jodeinlagerung bei
Vergleich der beiden Zulagehöhen 400 µg I/kg und 4000 µg I/kg festgestellt werden.
Seite 251
Zudem wurden höhere Werte als in Studien mit Mastschweinen (Franke, Schoene, Berk, Leiterer &
Flachowsky, 2008; Wagner, Windisch, Swoboda & Ettle, 2008) analysiert. Daraus lässt sich schließen,
dass die Jodanreicherung in Geweben nicht nur dosis- sondern vor allem auch spezies-abhängig ist.
Beide Tierspezies reagieren unterschiedlich sensitiv auf eine hohe Jodversorgung. In diesem
Zusammenhang stellt sich die Frage, welche der beiden Spezies dem Menschen näher steht?
Auch bei den Schilddrüsenhormonen konnte eine dosis-abhängige Steigerung sowohl bei T3 als auch
bei T4 festgestellt werden, was zu einer Beeinflussung des Stoffwechsels führt. Zudem deutet das
signifikant unterschiedliche T3/T4-Verhältnis auf eine knappe Jodversorgung in der Kontrollgruppe hin.
Tabelle 3: Jodkonzentration in den Geweben in Abhängigkeit der Jodquelle und Jodzulage
Behandlung
1
2
3
4
5
Quelle
Kontrolle*
KI
KIO3
KI
KIO3
Dosis (µg I/kg)
-**
400
400
4000
4000
P-Werte
SEM
Beh.
Dosis
Quelle
Jodgehalt in Geweben
Schilddrüse*** (µg/g)
83c
192b
178b
276a
299a
14
0,01
0,01
0,82
Blutplasma (ng/g)
23,6b
37,7b
39,0b
122,8a
163,8a
11,6
0,01
0,01
0,25
Leber (ng/g)
45,9d
73,6c
63,6cd
165,6b
203,2a
10,5
0,01
0,01
0,12
Gehirn (ng/g)
23,2b
41,0ab
37,0ab
39,5ab
48,2a
2,6
0,03
0,35
0,67
Herz (ng/g)
33,8c
56,5c
46,4c
171,3b
202,2a
11,6
0,01
0,01
0,17
Muskel (ng/g)
14,1b
20,0b
20,1b
66,9a
76,8a
4,7
0,01
0,01
0,34
Subkutanes
Fettgewebe (Rücken)
(ng/g)
17,6b
32,0b
17,4b
55,9a
66,9a
4,5
0,01
0,01
0,82
Abdominal Fett (ng/g)
10,9b
8,0b
5,0b
20,9ab
32,8a
2,7
0,03
0,01
0,34
Femur (ng/g)
19,2b
30,5b
48,0b
89,1a
110,0a
7,7
0,01
0,01
0,18
Haare (ng/g)
1480b
2109b
1745b
5863a
5137a
323
0,01
0,01
0,12
*** inklusive Schilddrüse-umgebendes Gewebe (hauptsächlich Oesophagus)
Seite 252
Tabelle 4: Konzentration der Schilddrüsenhormone im Blutplasma
in Abhängigkeit der Jodquelle und Jodzulage
Behandlungen
1
2
3
4
5
Quelle
Kontrolle*
KI
KIO3
KI
KIO3
Dosis (µg I/kg)
- **
400
400
4000
4000
P-Werte
SEM
Beh.
Dosis
Quelle
Schilddrüsenhormone im Blutplasma
T3 (nmol/L)
0,92
0,76
0,79
0,93
0,84
0,02
0,08
0,05
0,50
T4 (nmol/L)
51,0b
56,6b
55,2b
74,4a
66,5ab
2,44
0,05
0,01
0,35
T3/T4 Verhältnis
0,02a
0,01b
0,01b
0,01b
0,01b
0,02
0,02
0,28
1,00
Schlussfolgerung
In der Studie am Modelltier Ratte konnte ein kleiner Quelleneffekt mit geringer Überlegenheit des
Jodats bei hoher Joddosierung in der Fähigkeit der Jodakkumulation im Gewebe ohne größere
Bedeutung fürs normale Leben beobachtet werden. In der Praxis jedoch wirken beide Jodquellen in
etwa gleichwertig.
Abschließend ist anzunehmen, dass Jod in tierischen und womöglich auch in menschlichen Geweben
– nicht nur in der Schilddrüse, sondern auch im Muskel und Fettgewebe – angereichert wird. Es ist
jedoch noch unzureichend erforscht, ob es eine biologische Bedeutung hat.
Neueste Untersuchungen deuten zumindest auf einen gewissen Zusammenhang zwischen der
Jodeinlagerung im Fettgewebe und einer Änderung der mRNA Expression des Fettstoffwechsels und
von oxidativen Stress hin (Schedle, Wagner, Li & Ettle, 2009).
Wir danken dem VIRIS Laboratory - Center for Geosciences UZA II für die Unterstützung dieser
Studie, Wien, Österreich.
Literatur
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Franke, K., Schoene, F., Berk, A., Leiterer, M. & Flachowsky, G. (2008). Influence of dietary Iodine on the Iodine Content of Pork and
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Hetzel, B. S. & Maberly, G. F. (1986). Iodine. In W. Mertz, E. J. Underwood, Trace Elements in Human and Animal Nutrition (pp. 139).
Orlando: Academic Press.
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Jongbloed, A. W., Kemme, P. A., De Groote, G., Lippens, M. & Meschy, F. (2002). Bioavailability of Major and Trace Minerals.
International Association of the European (EU). Manufacturers of Major, Trace and specific Feed Mineral Materials (EMFEFA),
79. Brussels.
Kuhajek, E. J. & G.F., A. (1970). A new Source of Iodine for Salt Blocks. Journal of Animal Science, 31(1), 51.
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9(2), 211.
Seite 253
Murray, M. M. & Pochin, E. E. (1951). Thyroid Uptake of Iodine from ingested Iodate in Man. Journal of Physiology, 114(1-2), 6.
NRC (1978). Nutrient Requirement for Laboratory Animals, No 10. (3rd edition). National Research Council. Washington, D.C.: Nat.
Acad. Press.
Schedle, K., Wagner, V., Li, Q. & Ettle, T. (2009). Effects of high dietary iodine supply as iodide or iodate on mRNA expression of marker
genes associated to fat metabolism and oxidative stress in abdominal fat tissue of fattening pigs. Proc. Soc. Nutr. Physiol.,
unpublished data.
Taurog, A., Howells, E. M. & Nachimson, H. I. (1966). Conversion of Iodate to Iodide in vivo and in vitro. Journal of Biological
Chemistry, 241(20), 4686.
Wagner, V., Windisch, W., Swoboda, S. & Ettle, T. (2008). Effects of varying dietary iodine supplementation as iodide or iodate on
zootechnical performance, carcass quality and iodine concentration in tissues of fattening pigs. Proc.Soc. Nutr. Physiol., 17,
59.
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Takkouche, H. Allen, Department of Nutrition for Health and Development (pp. 1). Geneva: World Health Organization
Geneva.
WHO, UNICEF & ICCIDD (1996). Recommended Iodine Levels in Salt and Guidelines for Monitoring their Adequacy and Effectiveness.
Geneva: World Health Organization.
Autorenanschrift
Mag. Dr. Viktoria Wagner
Abteilung: Tierische Lebensmittel, Tierernährung und Ernährungsphysiologie
Seite 254
Firmensponsoring - ZINPRO Performance Minerals™, Gerard Doustraat 4a, NL-5831 CC Boxmeer
Seite 255
Mineral supplementation in horse nutrition
M. Večerek, A. Vašátková, P. Mareš and L. Zeman
Introduction
One of important principle of horses’ nutrition is ensuring optimal contents of minerals in horses diets.
Minerals in mixtures must be in sufficient amount and also in optimal ratio. (Dušek et al., 2007)
Minerals make up 3% to 5% of animal body dry weight. Basic functions of minerals include: skeletal
formation and maintenance, function of protein synthesis, oxygen transport, fluid balance, regulating
acid-base balance of the entire system, activators and/or components of enzyme systems and
mineral-vitamin relationship. It is helpful to know how to read an ingredient list on any feed or
supplement in order to determine bioavailability.
Trace mineral (TM) requirements of horses are a function of the size, age, and growth rate of the
horse (NRC, 1989). Schryver et al. (1974) demonstrated tissue deposition of minerals in growing
horses and suggested that requirements for each mineral were dictated by tissue accumulation,
obligatory losses, and availability or efficiency of absorption of each mineral. Comparison of the TM
content of typical, unsupplemented bermudagrass-based yearling diets with the requirements suggest
by NRC (1989) reveal that several TM may be marginal or deficient. Trace mineral supplementation of
yearlings using multimineral premixes has been shown to increase bone mineral deposition (Ott and
Asquith, 1989).
Minerals (Mn, Zn) chelated were used and it was concluded that the chelated minerals were effective
in improving the performance of animals when the chelated minerals at the lowest supplementary
level was compared to inorganic minerals, especially at the pharmacological levels (Paik, 2001).
Six clinically healthy horses of University farm Zabcice were in the experiment. Influence of feeding of
chelated form of zinc was observed to change of content of zinc and iron in feaces and horses blood.
Before experimental period the horses were fed by standard mineral premix and during experimental
period of 28 day they were fed by premix with chelates of Zn. There were done three taking of feaces
and blood taking at the beginning experiment, 15th day and 28th day. Addition of linseed (cooked processed by high temperature) to diets was the reason why they were done taking at 15th day.
Feeding of horses were twice a day by meadow hay and grain feed. The average hay intake was
Seite 256
10.37 kg of dry matter per horse and day. The average intake of grain feed was 2.87 kg (2.19 kg of
barley and 0.68 kg of mayze) of dry matter per horse and day. Minerals feed were given to horses in
ration 0.1 kg/animal/day as inorganic form MIKROS VDK and than in ration 0.03 kg/animal/day
in organic form. There were increased of content of zinc in diets. Average of nutrients of feed ration
of two days before taking feaces and blood are shown in tab. 1.
Particular specimens (feed, feaces, blood) were dehydrated, mineralized and determinated content of
zinc and iron (figure 1 and 2) by atomic absorbing spectrophotometry metod (MILESTONE ETHOS 1).
There were fod three variants of feed ration with different contents of nutrients (tab. 1). Aim of our
experiment was observed effect of feeding organic form zinc to content of zinc and iron in feaces and
blood of horses. From tab. 1, there are contents of particular nutrients of feed rations and there are
shown increase to content of zinc in diets. Addition of linseed (cooked -processed by high
temperature) to diets was for wishes of owner. It was not observed its effect to content of zinc in
diets. Amount of nutrients and minerals in feaces are shown in tab. 2. The content of observed
minerals in feaces are represented in figures 1 and 2. The content of zinc and iron in blood are
represented in figures 3 and 4.
Tab 1: The content of nutrients in particular diets.
Day
0
15423,838
Dry matter
g
±
2899,580
1371,428
Crude protein
g
±
227,124
331,171
Fat
g
±
59,383
4162,756
Fibre
g
±
936,158
8293,176
g
±
1413,023
1265,307
Ash
g
±
263,891
268,316
Gross - energy
MJ/kg
±
50,221
674,357
Zinc
mg
±
75,128
1004,985
Iron
mg
±
196,224
15
10134,505
±
1255,407
965,262
±
98,336
223,529
±
25,711
4600,460
±
2608,991
5747,877
±
611,785
743,295
±
114,255
177,400
±
21,744
2054,218
±
32,528
336,431
±
7,438
28
13670,117
±
1501,244
1256,605
±
117,592
328,667
±
30,745
3581,584
±
484,692
7442,698
±
731,586
1060,563
±
136,628
239,475
±
26,002
2149,691
±
38,897
394,776
±
12,357
Seite 257
Tab 2: The content of nutrients in feaces.
Day
Crude protein
g/kg
Fat
g/kg
Fibre
g/kg
g/kg
Ash
g/kg
Gross - energy
MJ/kg
Zinc
mg/kg
Iron
mg/kg
Figure 1: The content of zinc in feaces.
Seite 258
0
107,316
±
13,022
46,899
±
39,000
296,123
±
16,828
446,935
±
13,791
102,727
±
15,170
18,526
±
0,189
88,781
±
25,756
127,344
±
59,347
15
80,329
±
12,264
37,537
±
3,743
331,158
±
13,807
477,486
±
6,727
73,490
±
5,591
18,726
±
0,030
87,097
±
33,998
60,842
±
19,423
28
97,276
±
12,427
45,924
±
4,635
304,130
±
22,390
461,251
±
15,724
91,419
±
7,582
18,790
±
0,071
105,272
±
34,046
84,095
±
10,884
Figure 2: The content of iron in feaces
Figure 3: The content of zinc in horses blood
Figure 4: The content of iron in horses blood
Conclusion
The content of zinc in feaces and blood had increasing tendency with increasing amount of zinc in
feed ration. The content of iron in blood had slightly increase and decrease content of iron in feed
ration and feaces. Differences were not significantly.
Acknowledgments: The work was supported by IGA of MZLU as project no. IG280081.
References
Dušek (2007): Chov koní (2 th Ed.). Nakladatelství Brázda, Praha, 404 p., ISBN 80-209-0352-6
NRC. (1989): Nutrient Requirement of Horses (5th Rev. Ed.). National Academy Press, Washington, DC.
Schryver, H. F., H. F. Hintz, J. E. Lowe, R. L. Hintz, R. B. Harper, Reid J. T. (1974): Mineral composition of the whole body,
liver and bone of young horses. J. Nutr. 104:126.
Ott, E. A., Asquith R. L. (1986): Influence of level of feeding and nutrient content of the concentrate on growth and
development of yearling horses. J. Anim. Sci. 62:290.
Paik I. K. (2001): Application of chelated minerals in animal production, Asian . Australasian J. Animals Sci., 14, 191-198.
Contact to authors
Ing. Michal Večerek
Department of animal nutrition and forage production
Zemedelská 1, 613 00 Brno
Seite 259
The effect of dietary phosphorous level and phytase activity on
the performance, phosphorous retention and eggshell quality in
layers during the post peak production stage
Tossenberger, J1., Babinszky1 and L., Kühn2 I.
1
Kaposvár University, Department of Animal Nutrition, Kaposvár/Hungary
2
AB Enzymes GmbH, Darmstadt/Germany
Introduction
Beside their energy and amino acid supply, the production of intensive hybrid layers is essentially
determined by their calcium and phosphorous supply. Calcium and/or phosphorous deficiencies can
lead to a higher incidence of cracked or hairline-cracked eggs, while excessive phosphorous levels beside an adequate calcium supply - can also be associated with eggshell formation problems.
Problems in eggshell formation can also occur during the third phase of the production cycle even
when calcium and phosphorous are supplied according to the recommendations, which may be
attributed to the slow demineralisation and “depletion” of the layer’s body. Poor shell strength will
damage the marketability of the eggs produced leading to reduced economic performance. For this
reason it is of utmost importance to provide an optimum calcium and phosphorous supply in layer
diets. In addition to all this, the more accurate definition of the layer hen phosphorous requirement is
also justified by the aspects of environmental protection, since at present the average phosphorous
retention of the entire production cycle is hardly up to 20 % (Oloffs et al., 1997). In addition to the
more accurate definition of phosphorous requirements, the rate of phosphorous excretion can also be
reduced by improving the availability of native phosphorous. The availability of dietary P can be
improved not only by a careful selection of feed ingredients but also by incorporating an industrial
phytase enzyme in the diet (Rodehutscord et al., 2002). Although several national and international
recommendations concerning the calcium and phosphorous requirements of hybrid layers are
available in the literature, these requirements were determined using hybrid layers marketed a longer
time ago. In the last 10 years however, the performance of hybrid layers has improved considerably.
While according to the data from a performance test concluded in 1994 the production performance
of medium-weight hybrids used to be 270 eggs/year and 17.2 kg eggmass/year, the data from a
similar test conducted in 2001 show, that the average performance of medium-weight hybrids had
already reached 310 eggs and 20.2 kg per year (Heil and Hartmann, 2001), whereas today a
production of 320 eggs per year is a practical reality. This justifies the setting up of trials the results of
which can contribute to a more accurate definition of the P-requirement of these hybrids and to the
reduction of the environmental load from this sector.
Seite 260
Aim of the study
Our trials conducted with medium weight hybrid layers during the post peak production period were
aimed at determining how different dietary phosphorous levels and phytase activities (beside a
constant calcium level and varying phosphorous levels) influenced the layers’ production, feed intake
and feed conversion rate, the eggshell quality and the rate of phosphorous retention.
The trials were set up with Hy-Line brown layer hens at the age of 47 weeks (24 birds per treatment,
3 birds per cage, 650 cm2 per bird). The performance studies were conducted for 24 weeks, from
week 28 to week 52 of the production cycle, while retention studies took place at the end of the 9th
month of production, at week 39 of the production cycle.
Trial diets were formulated on a corn-soy basis. Both studies (performance and retention) tested the
effect of the same 4 treatments. The calcium content of the diets was the same in all treatments,
while their phosphorous contents and phytase activities differed. In Treatment ‘A’ the P-level of the
diet was 2.0 g/kg non-phytate P (NPP), which corresponded to 4.2 g/kg total phosphorous (Pt)
(positive control). This diet contained no added phytase enzyme. In Treatment ‘B’ the NPP level of
the diet was reduced by 50 % compared to the positive control diet (1.0 g/kg NPP). This diet was also
fed without any added phytase enzyme. In Treatments ‘C’ and ‘D’ the P level of the diets was the
same as that of Treatment ‘B’ (1.0 g/kg NPP), but these diets were supplemented with a microbial
phytase enzyme (Trichoderma reesei) at the rate of 250 PPU/kg (Treatment ‘C’) and 500 PPU/kg
(Treatment ‘D’). The AMEn, crude protein, lysine, methionine+cystine, threonine and tryptophane
content of the basal diets were in accordance with the NRC (1994) requirements. Birds were fed their
diets ad libitum, in mash form. The composition and nutrient content of the basal diets are shown in
Table 1.
The individual live weight of the birds was measured in the performance studies at the start and the
end of the trial. Egg production (number of eggs and egg mass) was recorded daily for each cage.
Feed intake was registered weekly for each cage. Eggshell thickness was also measured weekly (24
eggs per treatment) using a Mitutoyo 395-741-10 digital display micrometer. At the same points of
time the strength required to crack the eggs (eggshell) was measured as well using a Precisa 10200G
instrument equipped with a special egg-holding adapter, a cracking arm and a data recorder.
Retention studies consisted of a 4-days collection period beside the continuous feeding of the trial
diets. During the collection period daily feed intakes and the quantity of collected excreta were
measured to gram accuracy. Excreta collected were stored at a temperature of -18ºC until further
processing. The live weight of the birds was measured at the start and end of the collection period.
The nutrient content of the trial diets and the Ca and P content of the excreta samples were
determined according to the AOAC procedure (1989). Trial data were submitted to variance analysis.
In case of a significant treatment effect the statistical reliance of differences among the treatments
was verified by Tukey’s test (SAS, 2004).
Seite 261
Table 1: Composition and nutrient content of the basal diets (g/kg)
B A S A L–D I E T S
Ingredients
PC
(Positive control)
NC
(Negative control)
Corn
673.05
669.70
Soybean meal
181.00
178.00
Alfalfa meal
30.00
40.00
Lysine-HCl
1.10
1.10
DL-Methionine
2.10
2.10
98.00
99.50
MCP
5.70
0.60
NaCl
4.00
4.00
5.00
5.00
1000.00
1000.00
Dry matter
907.3
906.6
Crude protein
157.5
154.5
Crude fat
31.5
30.2
Crude fiber
28.5
28.6
Crude ash
127.0
123.2
565.5
570.1
11.5
11.5
Lysine
8.0
8.0
Methionine + Cystine
7.1
7.1
39.3
39.5
P (total)
4.1
3.0
P (non-phytate)b
2.0
1.0
Limestone
Premix
a
Total
Nutrient content
N-free extract
AMEn (MJ/kg)
b
Ca
a:
1 kg premix contains: Zn:21600 mg, Cu:3600 mg, Fe:11654 mg, Mn:17280 mg, I:288 mg, Se:43 mg, Co: 86 mg,
Vit.A:1640000 IU, Vit.D3: 388000 IU, Vit.E:3880 mg, Vit.K3:312 mg, Vit.B1:312 mg, Vit.B2:1160 mg, Vit.B3:8001 mg, Vit.B5:2400 mg,
Vit.B6:520 mg, Vit.B12:2.56 mg, Cholin:34355 mg, Folic acid:128 mg, Biotin 25.8 mg.
b:
calculated value
Seite 262
The most important results of the performance studies are summarized in Table 2. According to our
data, when the NPP content of the diet fed to positive control birds (2 g/kg) was reduced by 50 %
(Treatment ‘B’ vs Treatment ‘A’) it had a negative influence on the number of eggs produced in the
post peak production period (P≥0.05). More specifically, during the studies (28 - 52 weeks of
production) the negative control birds (Treatment ‘B’) produced 22 % less eggs and 23.5 % less egg
mass compared to the positive control (Treatment ‘A’) (P≤0.05). The egg production of birds fed the
diet also containing phytase supplementation (Treatments ‘C’ and ‘D’) however, was the same as that
of birds fed the diet containing P according to the positive control birds. The difference between the
two phytase dosages was not significant (P≥0.05). In our studies the feed intake of negative control
birds (Treatment ‘B’) was lower than that of their positive control peers (Treatment ‘A’). The 11 %
lower feed intake was also statistically verifiable (P≤0.05). The reduced feed intake is probably
attributable to a loss of appetite caused by the phosphorous deficiency. The feed intake of birds fed
phytase supplemented diets however, was similar to that of positive control birds.
Table 2: The effect of different phosphorous supplies on layer hen production and eggshell quality
TREATMENTS *
A
B
C
D
RMSE**
Live weight (g)
2015a
1689b
1996a
2002a
194
Eggs produced (egg/layer)
142.6a
111.7b
133.7a
141.5a
10.4
Parameters
EGG PRODUCTION
a
b
a
a
Production %
84.9
66.5
79.6
84.2
6.2
Egg mass (g/layer/day)
54.9 a
42.0 b
52.1 a
53.4 a
3.9
112.0a
99.7b
109.6a
110.1a
7.3
FEED INTAKE
+ FEED CONVERSION RATE
Feed intake (g/day)
Feed conversion rate (kg/kg)
a
b
a
a
2.04
2.40
2.12
2.06
0.19
0.335a
0.337a
0.336a
0.336a
0.035
EGGSHELL QUALITY
Thickness (mm)
Strength (Kp/crack)
*
**
c
2.78
b
2.96
b
2.93
a
3.12
0.96
A: with recommended P-content, without added phytase
B: with reduced P-content, without added phytase
C: with reduced P-content + 250 PPU/kg phytase
D: with reduced P-content + 500 PPU/kg phytase
: RMSE : Root Mean Square Error
a,b,c, : different superscripts within the same line indicate a significant difference (P≤0.05)
The reduced phosphorous content of the diets had a significant effect on the amount of feed used to
produce 1 kg of egg mass (P≥0.05), as reflected by a 15 % deterioration of the feed conversion rate
of negative control birds compared to that of their positive control peers. Birds fed the phytasesupplemented diet used the same amount of feed as their positive control peers (P≥0.05).
Seite 263
Our trial data correspond well with the findings of Keshavarz (2000), who studied the influence of
dietary NPP and phytase activity on layer hen performance in the different phases of the production
cycle. Both our data and the findings of the author(s) in reference point out in addition, that the P
content of layer hen diets can be reduced without any deterioration of the performance.
The results of the eggshell studies lead to the conclusion that the different P content and phytase
activity of the diets did not influence the eggshell thickness, as that was the same across all
treatments (P≥0.05). There were significant differences however, in the shell strength of eggs laid by
birds in the different treatments (P≤0.05). It is remarkable, that in the case of P supplied according to
the recommendation (Treatment ‘A’), 6.1 % less strength was needed to crack the eggshell compared
to the eggs of birds fed the diets with reduced P-content and not supplemented with phytase. In
addition to the dietary phosphorous content, the difference is probably attributable to the different
absorption of phosphorous from different origin. Compared to the positive control birds, the eggshell
of birds fed the phytase supplemented diet was 5.4 % stronger (Treatment ‘C’) and 12.2 % stronger
(Treatment ‘D’), respectively (P≤0.05).
The results of balance trials at the 39th week of production are summarized in Table 3. According to
our data the feed intake of birds with the exception of the negative control group was equal in all
treatments (P≤0.05). Average feed intake of birds fed diets with reduced phosphorous level without
phytase supplementation was 14.7 % less (P≤0.05) compared to the positive control birds. The 31.9
% lower P intake measured in the negative control group was due in part to the lower dietary P
content and to the on average 14.7 % lower feed intake of these birds. The on average 22.5 % lower
P-intake of birds fed the phytase supplemented diet compared to their positive control peers is
explained by the similarly lower P-level of their diets. Birds fed the reduced P diets excreted 31 % less
phosphorous on average compared to their peers fed the 2.0 g/kg NPP diet (positive control).
Table 3: Phosphorous intake, excretion and retention of the birds (mg/day)
T R E A T M E N T S*
Parameters
A
Intake
Feed intake (g/day)
P-intake (mg/day)
P-excretion via excreta
Excretion (mg/day)
Excretion (in % of intake)
P-retention
Retention (mg/day)
Retention (in % of intake)
*
**
B
C
D
RMSE**
110.7a
432 a
94.4 b
294 c
109.2 a
340 b
110.0 a
330 b
8.4
26
312 a
72.2
216 b
73.5
221 b
65.0
209 b
63.3
21
119 a
27.7 c
78 b
26.5 c
119 a
35.0 b
121 a
36.8 ba
13
2.5
A: with recommended P-content, without added phytase
B: with reduced P-content, without added phytase
C: with reduced P-content + 250 PPU/kg phytase
D: with reduced P-content + 500 PPU/kg phytase
: RMSE : Root Mean Square Error
a,b,c, : different superscripts within the same line indicate a significant difference (P≤0.05)
It should be noted however, that while the positive control and negative control birds excreted 72.2 %
and 73.5 % of their phosphorous intakes respectively, the excretion rate of layer hens fed the phytase
supplemented diets was 65.0 % (Treatment ‘C’) and 6.3 % (Treatment ‘D’) only. Consequently, the
Seite 264
phosphorous retention of positive control birds was 119 mg/day. Negative control birds retained not
more than 78 mg phosphorous daily and this remained 34.4 % below that of the positive control
birds. Phosphorous retention of birds fed diets with phytase supplementation (Treatment ‘C’ and
Treatment ‘D’) was the same as the value recorded for positive control birds (P≥0.05) and it was 53.8
% higher (P≤0.05) compared to the negative control birds. No statistically verifiable difference
(P≥0.05) was found between the dosages (250 PPU/kg and 500 PPU/kg).
Conclusion and Suggestions
The following main conclusions can be deducted from the results of our trial series conducted during
the second half of the laying cycle. Reduction of the phosphorous content of the diets by 50 % as
compared to the positive control (2.0 g/kg NPP) (positive control versus negative control) decreased
the number of eggs produced and the feed intake of the birds and improved the amount of feed
needed to produce 1 kg of egg mass (P≤0.05). The performance of birds (in all examined parameters)
fed diets with reduced phosphorous content with phytase supplementation was the same as in
positive control birds. The phytase different dosages did not influence the performance of layers.
Reduced phosphorous content of the diets had no negative effect on eggshell thickness. Phytase
added to the diets with reduced phosphorous content resulted in better eggshell strength than in the
birds fed diets with recommended levels of phosphorous. The phosphorous retention of birds fed diets
with reduced phosphorous content increased with phytase supplementation in all cases. Phytase
supplementation (250 PPU/kg and 500 PPU/kg) improved the phosphorous retention (%) at the same
rate.
When the layer diets containing reduced phosphorous levels were supplemented with a phytase
enzyme, there was no reduction of layer hen production, eggshell strength improved, and the rate of
phosphorous excretion decreased by about 31 %, consequently the non-phytate phosphorous content
of the diets of Hy-Line hybrid layers can be reduced down to as little as 1.0 g/kg during the second
half of the production cycle, provided the diet is supplemented with at least 250 PPU/kg phytase
enzyme. To be on the safe side, when the NPP level of diets is reduced to such an extent, a phytase
supplementation of 500 PPU/kg is recommended.
References
Association of Official Analytical Chemists. 1989. Official methods of analysis. 3rd ed. AOAC, Washington, DC.
Heil G. and Hartmann W., 2001. Working Group Report. World’s Poultry Science Journal, 50: 187-189
Keshavarz, K., 2000. Nonphytate phosphorus requirement of laying hens with and without phytase on a phase feeding program.
Poultry Science, 79. 748-763.
National Research Council, 1994. Nutrient Requiremenets of Poultry. National Academy Press, Washington, D. C.
Oloffs K., Danicke S., Zachmann R. and Jeroch H., 1997. Einfluss einer Phytaseergänzung zu einer phosphorarmen Ration auf
verschiedene Leistungsparameter und die Phosphorbilanz bei der Legehenne. Agribiol. Res. 50: 257-264.
Rodehutscord M., Sanver F. and Timmler R., 2002. Comparative study on the effect of variabla phosphorus intake at two
different calcium levels on P excretion and P flow at the terminal ileum of leying hens. Arch. Anim. Nutr. 56: 189-198
SAS, 2004. SAS User’s Guide, Statistics Inst., Inc. Cary NC.
Seite 265
Dr. J. Tossenberger
Kaposvár University, Faculty of Animal Science,
Department of Animal Nutrition,
H-7400 Kaposvár, POB 16. Hungary
e.mail: [email protected]
Seite 266
Firmensponsoring - Evonik Degussa GmbH, Rodenbacher Chaussee 4, D-63457 Hanau
Seite 267
Futtermittelhygiene, Sicherheitsaspekte / Feed Hygiene, Safety Aspects
Occurrence of mycotoxins in DDGS
Ursula Hofstetter and Inês Rodrigues
BIOMIN Holding GmbH, Herzogenburg, Austria
Introduction
Bioethanol is mainly produced from sugars derived from fuel or energy crops, especially maize. The
cereal grains suffer a variety of complex physical and chemical processes and DDGS is obtained as a
by-product. Within a cereal grain, the main parts used for the production of bioethanol are the bran
and the endosperm, as these are the structures that gather most part of the starch, cellulose, hemicellulose and lignin. The use of DDGS – dried distillers grains with solubles, a by-product from
bioethanol production – in animal feed has experienced an increased trend for the last few years.
According to a FDA survey in 2006, the quantity of distillers grains marketed for finished feed
production had a 340% increase since 1995, as a consequence of the rising amounts of bioethanol
produced. In 2007, 33% of the USA maize crop was used for food and industrial uses, 21% of which
was used for ethanol production (Corn Refiners Association, 2008). Geographical availability of maize
and the high cost of maize coupled with high cost of dietary protein have increased livestock
utilization of maize-derived DDGS in the United States over the past year. The concentrations of
protein, fiber, fat and minerals are higher in distiller grains than in corn. Unfortunately this implies also
for the level of mycotoxins that might be present in corn as the fermentation process does not destroy
them. Mycotoxins are secondary metabolites produced by different fungi on almost all agricultural
commodities before or after harvest. These toxic substances are known to be either carcinogenic (e.g.
aflatoxins, ochratoxins, fumonisins), estrogenic (zearalenone), neurotoxic (fumonisins), dermatotoxic
(deoxynivalenol and T-2 toxin) or immunosuppressive (aflatoxins, ochratoxins and trichothecenes).
Mycotoxin contamination of crops may cause economic losses at all levels of food and feed
production. Raw materials’ contamination in terms of mycotoxins is carried-over and even augmented
during bioethanol production as research has shown that fusariotoxins for example, tend to
concentrate more in the bran and germ of the cereal, leading therefore to a DDGS mycotoxin
contamination generally 3 times higher than the original maize. Therefore the inclusion of DDGS in
animal diets must be carefully calculated.
To understand to what extend the DDGS inclusion in animal diets is safe and to provide customers
insights in the occurrence of mycotoxins in DDGS samples worldwide, BIOMIN initiated and backed a
Seite 268
worldwide survey. Since 2006, 293 DDGS samples were collected from throughout the world mainly
received from the United States and Canada (177 samples or 60%) and Asia (103 samples or 35%),
especially China (43 samples or 15%). They were tested for the major mycotoxins of interest in
animal husbandry, namely aflatoxins (AfB1, AfB2, AfG1 and AfG2), zearalenone (ZON) and some of
them were also analysed for its natural – and even more estrogenic - metabolites alpha and beta
zearalenol (α-ZOL, β-ZOL), deoxynivalenol (DON), T-2 toxin and fumonisins (FB1 and FB2). All tests
have been conducted by Quantas Analytics, Austria and Romer Labs Singapore. The analyses were
performed using standard procedures. Aflatoxins, T-2 toxin, zearalenone as well as α- and βzearalenol and total FUM were analyzed by HPLC (High Pressure Liquid Chromatography) whereas
DON values were obtained by TLC (Thin Layer Chromatography). Non-detect levels were based on the
quantification limits of the test method for each toxin: AfB1 <0.5 µg/kg, AfB2 <0.1 µg/kg, AfG1 <0.5
µg/kg, AfG2 <0.1 µg/kg, ZON <25 µg/kg, α-ZOL <15 µg/kg, β-ZOL <37 µg/kg, DON <50 µg/kg; T-2
toxin <30 µg/kg and FB1 and FB2 <25 µg/kg.
Table 1 – Occurrence of mycotoxins in DDGS – worldwide.
AfB1
AfB2
AfG1
AfG2
ZON
αZOL
βZOL
DON
FUM
B1
FUM
B2
T-2
No. samples
from
US
and Canada
293
293
293
293
293
43
43
293
293
293
293
No. positive
samples
57
22
3
0
244
4
18
205
263
234
28
19,5
7,5
1
0
83,3
9,3
41,9
70,0
89,8
79,9
9,6
1,3
0,1
0,02
0
163
5
49
1239
811
242
8
89
7
4
0
8107
76
312
13920
9042
2407
226
% positive
Avg.
level
[µg/kg] =
ppb
Max. level
[µg/kg] =
ppb
Almost 100% of the investigated DDGS samples were contaminated with at least one mycotoxin. More
than 90% of the analyzed samples have shown a simultaneous contamination of two or more
mycotoxins. From all samples analyzed, ZON accounted for 83% contamination rate whereas α-ZOL
and β-ZOL accounted only 9% and 42%. Unfortunately only 43 samples were analyzed for α- and βZOL so far. 70% of tested DDGS were positive for DON, 90% or 80% respectively for fumonisins and
only 10% for T-2 toxin. However the presence of “field mycotoxins” (ZON, DON, T-2 and FUM)
produced by Fusarium sp. which - despite Good Agricultural Practice – cannot be avoided totally, was
very frequent and the contamination levels have to be considered as medium to high (average ZON
level: 163 µg/kg, average DON level: 1239 µg/kg and average FB1 level: 811 µg/kg). Aflatoxins,
produced by Aspergillus sp., were not found frequently in the DDGS samples collected. Only 20% of
the samples were positive for aflatoxin B1 with a low average contamination level of 1.3 µg/kg. The
highest concentration found for this mycotoxin was 89 µg/kg. Almost all samples were tested positive
for at least one mycotoxin (284 samples or 97%). All maize DDGS samples were contaminated by at
least one mycotoxin, except two samples sourced from Australia. There were six cassava DDGS
samples for which the mycotoxin level was below detection limits and one wheat DDGS received from
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Italy was also tested negative for mycotoxin contamination. However 98% of the positive samples
have shown a simultaneous contamination of two or more mycotoxins. Nine samples were free of
mycotoxins and five samples contained only one mycotoxin.
Table 2 – Occurrence of mycotoxins in DDGS samples from the United States and Canada.
AfB1
AfB2
AfG1
AfG2
ZON
αZOL
βZOL
DON
FUM
B1
FUM
B2
T-2
No.
of
samples
from
US
and Canada
177
177
177
177
177
40
40
177
177
177
177
No. positive
samples
39
14
2
0
146
4
18
123
174
156
26
22,0
7,9
1,1
0
82,5
10,0
45,0
69,5
98,3
88,1
14,7
0,3
0,03
0,01
0
79
5
53
1357
735
208
12
6,3
0,8
1
0
1226
76
312
12000
3390
1142
226
% positive
Avg.
level
[µg/kg] =
ppb
Max. level
[µg/kg] =
ppb
83, 70, 15 and 98 and 88% respectively of the samples coming from the United States and Canada
were contaminated with the Fusarium mycotoxins ZON, DON, T-2 and FUM. The average
contamination levels found in the US- and Canada samples for these mycotoxins were 79, 1357, 12
and 735 and 208 µg/kg. Nevertheless, contaminations as high as 1226, 12000, 226 and 3390 and
1142 µg/kg of these mycotoxins could be detected. Aflatoxin B1, produced by Aspergillus sp., was
present in 22% of the samples, with an average contamination of 0.3 µg/kg and the highest level
found for this aflatoxins in the samples analyzed was 6.3 µg/kg. Therefore aflatoxins are not of major
concern in DDGS.
Table 3 – Occurrence of mycotoxins in DDGS samples received from China.
No. of samples
from China
No.
positive
samples
% positive
Avg.
level
[µg/kg] = ppb
Max.
level
[µg/kg] = ppb
AfB1
AfB2
AfG1
AfG2
ZON
DON
FUM B1
FUM B2
43
43
43
43
43
43
43
43
10
7
1
0
42
34
32
27
23,3
16,3
2,3
0
97,7
79,1
74,4
62,8
6,6
0,7
0,1
0
628
1909
982
230
89
7
4
0
8107
13920
9042
971
Compared to the US-Canadian samples the samples received from China didn’t show differences
regarding the frequency of occurrene of mycotoxins but the average levels were higher and also the
maximum concentrations were above the ones received from the US and Canada. ZON accounted for
almost 98% contamination rate, 80% of tested DDGS were positive for DON, 74% and 63% for
fumonisins and in about 7% of the samples aflatoxin B1 was found. Especially the contamination levels
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of ZON and DON have to be considered as high (average ZON level: 628 µg/kg and average DON
level: 1909 µg/kg). Only 20% of the samples were positive for aflatoxin B1 with a low average
contamination level of 1.3µg/kg.
Conclusion
The quality of DDGS, in terms of mycotoxin contamination depends in a great extend on the quality of
the corn purchased by the ethanol plant. If damaged corn is the most prevalent raw material, higher
mycotoxin contamination levels will be found in the by-product. As seen from the results above, the
fermentation process for the production of DDGS does not destroy mycotoxins. Although DDGS may
be seen as the best solution for animal producers, enabling them to counteract the rising prices of
feedstuffs and feed they might be a source of mycotoxins, toxic compounds with hazardous effects to
animal health and productivity. This study confirmed previous literature stating the concentration of
mycotoxins in distiller’s grains. The fermentation process used in production of DDGS does not destroy
mycotoxins. In fact it concentrates the mycotoxins three-fold (Creswell, 2008). In the United States,
90% of the co-products of maize-based ethanol are fed to livestock. An unintended consequence is
that animals are likely to be fed higher levels of mycotoxins, which are concentrated up to three times
in DDGS compared to grain (Wu and Munkvold, 2008) Monitoring mycotoxins in DDGS is crucial and
counteracting strategies are advisable to be accomplished. It’s important to prevent the formation of
Fusarium mycotoxins on the field (by applying GAP) and protect animals from mycotoxicosis by adding
mycotoxin deactivating products.
References
Corn Refiner Association (2008): http://www.corn.org. Accessed July. 2008.
Creswell, D. (2008): Asian Poultry Magazine. Jan/Feb 2008.
FDA - Center for Veterinary Medicine (2006): http://www.fda.gov/cvm. Accessed May, 2006.
Wu, F. and Munkvold, M.P. (2008): Mycotoxins in ethanol co-products: modeling economic impacts on the livestock industry
and management strategies. J. Agric. Food Chem. 56, 3900–3911.
Autorenanschrift
DI Ursula Hofstetter
BIOMIN Holding GmbH
Industriestrasse 21, A-3130 Herzogenburg
Seite 271
Ingestion of deoxynivalenol (DON) contaminated feed alters the
chicken immune responses
Wageha Awad, Josef Böhm and Jürgen Zentek
Institut für Ernährung, Veterinärmedizinische Universität Wien, Veterinärplatz 1, A1210 Wien / Institut für Tierernährung, Fachbereich Veterinärmedizin, Freie
Universität Berlin, Brümmerstr. 34, D-14195 Berlin
Introduction
The immune system is primarily responsible for defense against invading organisms. The effects of
several mycotoxins on the immune responses have been investigated; however, most data concern
laboratory animals. In some instances, farm animals and cells derived from livestock species have
been employed to evaluate the immunotoxicity of mycotoxins. Trichothecenes are potent
immunosuppressive agents that directly affect immune cells and also modify immune responses as a
consequence of tissue damage elsewhere.
One of the most important trichothecene mycotoxins in feedstuffs for poultry in Austria and other
European countries is deoxynivalenol (DON). It has adverse effects on health and performance of
chicks due to the known effects on feed intake and the inhibition of protein synthesis. Haematological
and immunological parameters are altered and suppression of humoral and cellular immune function
occurs after acute and chronic DON intoxication. High-dose of trichothecene injures the spleen,
thymus, bone marrow and intestinal mucosa, which can result in immunosuppression and potentially
increased susceptibility to several pathogens.
There is extensive evidence that DON can be immunosuppressive or even immunostimulatory,
depending upon the dose and duration of exposure (Bondy and Pestka, 2000). Dänicke et al. (2003)
found that an increase in dietary Fusarium mycotoxins concentration (major toxin was DON) resulted
in a linear decrease in serum antibody titres to Newcastle disease virus in broilers. Peripheral blood
monocytes were decreased linearly in broilers fed grains contaminated with Fusarium mycotoxins. The
feeding of contaminated diets linearly reduced the B-cell count at the end of the experiment (56 d),
whereas the T-cell count on d 28 responded quadratically to the contaminated diets (Swamy et al.,
2004). Other effects include superinduction of cytokine production by T helper cells (in vitro) and
activation of T cells to produce a proinflammatory cytokine. To what extent the elevation of cytokines
contributes to metabolic effects such as decreased feed intake remains to be established. Further
toxicological studies on the impact of DON in the immune system and gastrointestinal tract of poultry
are warranted. Therefore we focused on the ability of DON to induce immunotoxic effects in chickens.
Seite 272
Modulation of immune parameters in blood
Studies of DON immunotoxicity have focused primarily on the mouse model, with few investigations
on possible effect in humans or domestic animals. These studies have shown that DON and other
trichothecenes can suppress or stimulate immunity, sometimes even when present at identical
dosages (Rotter et al., 1996).
In chickens, humoral immunity can be either stimulated or impaired by DON and other trichothecenes.
Chicken fed 50 ppm DON had reduced antibody responses to Newcastle disease vaccine (Harvey et
al., 1991). The feeding of contaminated diets with Fusarium mycotoxins to chickens did not cause
significant changes in serum or bile immunoglobulin concentrations (Swamy et al., 2004). However,
Swamy et al. (2002) and Chowdhury et al. (2005) controversially observed that the feeding of
contaminated grains with Fusarium mycotoxins caused significant linear and quadratic declines in the
biliary IgA but not in serum IgA, IgG and IgM.
Oral exposure to Fusarium mycotoxins may alter gut mucosal immunity because of local effect of
mycotoxins in the gut. Serum IgA mediates the transport of antigens from the circulation into the bile
(Russell et al., 1981). It has also been suggested that the hepatobiliary transport of IgA from blood
serves to reinforce the intestinal supply of secretory IgA, which protects the mucosal surface against
infection and prevents penetration of antigens from the gut lumen. Secretory IgA provides an
important line of defense against bacteria, such as Salmonella, Vibrio cholerae, and Neisseria
gonorrhoeae, and viruses such as polio, influenza, and reovirus (Goldsby et al., 2000).
Altered immune cells in tissues
DON can slightly stimulate in vitro B-cell proliferation in a cloned B-cell line (Minervini et al., 1993),
but it does not enhance Ig secretion in purified B-cell cultures (Warner et al., 1994). In vitro
experiments showed that there is increased help for IgA secretion by B-cells when they are cocultured with CD4+ cells pulsed in vitro with DON (Warner et al., 1994). Pestka and Dung (1994)
suggested that deoxynivalenol enhances differentiation to IgA-secreting cells at the Peyer´s patch
level and subsequently affects the systemic compartment. Feeding diets with a high level of grains
contaminated with Fusarium toxins to broiler chickens reduced the percentage of lymphocytes, but did
not alter serum immunoglobulin concentrations (Swamy et al., 2004).
Chowdhury et al. (2005) found that in laying hens the consumption of grains naturally contaminated
with Fusarium mycotoxins decreased the number of blood leukocytes as well as the numbers of blood
B lymphocytes, CD4+ lymphocytes, and CD8+ T lymphocytes after 12 wk of feeding. Holsapple (1995)
indicated that the reduction in peripheral lymphocyte numbers could be considered as a significant
finding only if it correlates with functional assays. Hence, it was important to determine cell function in
terms of cell-mediated or antibody-mediated immune competence. Additionally, Frankic et al. (2006)
found that DON impair the performance of broiler chickens, induce DNA damage in chicken leukocytes
and cause oxidative stress in the organism.
The early increase in response in birds fed mycotoxin-contaminated grains may be due to increased
numbers of T lymphocytes trafficking to the site of application. Similarly, short-term exposure to T-2
toxin, a Fusarium trichothecene, enhanced resistance to Listeria (Corrier et al., 1987). The enhanced
Seite 273
response was attributed to increased migration of macrophages with consequent elevation in
phagocytic capacity or to altered T-cell regulatory activity (Corrier, 1991).
Cytokine gene expression
The capacity of DON and other trichothecenes to influence cytokine gene expression under in vitro
conditions involves transscriptional and /or posttransscriptional mechanisms (Ouyang et al., 1996, Li
et al., 1997), and protein synthesis appears to be mechanistically involved in these effects. Mitogenic
stimulation is necessary for in vitro studies where DON or other protein synthesis inhibitors have been
shown to superinduce cytokine secretion or mRNA abundance (Miller and Atkinson, 1987). In contrast
to the studies in vitro, mouse exposure to DON directly enhanced mRNA expression for a wide range
of cytokines including tumor necrosis factor-α (TNF- α), IL-1ß, IL-6, IL-12p40, interferon-γ (IFN-γ), IL2, IL-4, and IL-10 in spleen and Peyer´s patches, with complete recovery occurring 24 h after a single
exposure (Azcona-Olivera et al., 1995, Zhou et al., 1997). However, information is lacking regarding
the effect of chronic feeding of grains naturally contaminated with Fusarium mycotoxins on cytokine
expression in chicken.
The ability of deoxynivalenol to alter the expression of cytokines transiently is important because such
effects can disrupt normal regulation of a wide variety of immune functions. Deoxynivalenol can upregulate cytokine production in murine models in vitro and in vivo (Wong et al., 1998).
The effect of DON on cytokine mRNA expression in groups of mice were investigated after a single
oral dose of deoxynivalenol at 0, 0.1, 0.5, 1, 5, or 25 mg/kg bw. The abundance of cytokine mRNA in
spleen and Peyer´s patches was assessed 2 h after exposure by reverse transcriptase-polymerase
chain reaction in combination with hybridization analysis. At 5 and 25 mg/kg bw, DON significantly
induced the mRNAs for the proinflammatory cytokines IL-1 ß, IL-6, and TNF-alpha, the T helper-1
cytokines IFN--γ and the T helper-2 cytokines IL-4 and IL-10, whereas lower doses had no effect
(Zhou et al.,1997).
Girgis et al. (2008) found that the Interferon- (IFN- ) gene expression in caecal tonsils was upregulated in challenged birds with coccidia fed the contaminated diet at the end of the challenge
period.
Interestingly, IL-1, IL-6, and TNF-α have all been experimentally shown to cause anorexia and weight
loss (Schobitz et al., 1994). Thus, it might be speculated that cytokine elevation contributes to the
lethal toxic effects observed with DON, as well as the aforementioned chronic effects, feed refusal and
reduced weight gain.
In conclusion, DON was shown to decrease the total numbers of white blood cells, CD4+ and CD8+ Tlymphocytes and B-lymphocytes, and biliary IgA concentration. It was concluded that Fusarium
mycotoxins modulate the avian immune system. This modulation involves alteration of gene
expression. Therefore, the capacity of DON to alter normal immune function has been of particular
interest. Because subtle changes in haematologic or immunologic parameters could affect productivity
or disease susceptibility, particularly in young chickens, caution should be exercised when utilizing
DON-contaminated feedstuffs to formulate poultry diets.
Seite 274
References
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Autorenanschrift
Ph.Dr. Wageha Awad
Freie Universität Berlin,
Fachbereich Veterinärmedizin,
Institut für Tierernährung,
Brümmerstr. 34, D-14195 Berlin
Seite 275
In-vitro-Versuche zur Reduktion von Salmonellen im
Schweinefutter
U. Müller1*, H. Brüssel1, H. Sauerwein1 und A. Steinbeck2
1
Universität Bonn, Institut für Tierwissenschaften
2
Dr. Eckel GmbH, Niederzissen
Einleitung
Bei den Erkrankungen, die auf pathogene Bakterien in Lebensmitteln zurückzuführen sind, werden
häufig Salmonellen identifiziert. Aufgrund der Meldepflicht von Salmonellen nach dem
Infektionsschutzgesetz wurden im Jahr 2007 insgesamt 55.400 Erkrankungsfälle in Deutschland
registriert (RKI 2007). Sehr häufig sind Lebensmittel tierischer Herkunft betroffen, wobei wiederum
Geflügelprodukte und Schweinefleisch als besonders gefährdet gelten (Foley et al., 2008). Die
häufigste beim Schwein isolierte Salmonellen-Art war in amerikanischen Untersuchungen Salmonella
typhimurium, wobei von den zehn Serovaren, die gewöhnlich bei Infektionen des Menschen isoliert
werden, sechs auch die am häufigsten bei Schweinen und bei Geflügel nachgewiesenen
Salmonellenarten sind. Hiervon sind wiederum Salmonella typhimurium und Salmonella enteritidis am
häufigsten (EFSA, 2008 a,b; Foley et al., 2008). Nach Angaben des Robert Koch Institut (RKI) wurden
im Jahr 2007 71% der gesamten Salmonellosefälle durch eben diese Serovare hervorgerufen.
Von allen Bemühungen derartige Kontaminationen einzudämmen, haben diejenigen, die direkt beim
Erzeuger ansetzen, die größte Bedeutung (Vugia et al., 2002). Eine effektive Salmonellenkontrolle ist
daher nicht erst seit Inkrafttreten der Schweine-Salmonellen-Verordnung im Jahr 2007 ein sehr
wichtiges Ziel in den landwirtschaftlichen Betrieben. Die Verordnung fordert eine Kategorisierung aller
Schweinemastbetriebe hinsichtlich des Salmonellen-Antikörper-Status der Schlachttiere. Auch die
Vorschriften für Legehennenbetriebe werden sich in Zukunft weiter verschärfen: Die EU-Kommission
sieht beispielsweise vor, schon ab 2009 Eier aus infizierten Beständen komplett vom Verkauf als
Frischeier auszuschließen. Eier aus solchen Beständen dürfen dann nur noch sterilisiert als
Verarbeitungsware verwendet werden.
Ein Eintrag von Salmonellen in den Erzeugerbetrieb kann über Futtermittel geschehen, wobei
wiederum das Fütterungsmanagement die mögliche Belastung verringern, aber auch erhöhen kann. In
einem systematischen Vergleich (O’Connor et al., 2008) der Studien, die verschiedene
Interventionsmöglichkeiten (Futterentzug vor der Schlachtung, Ansäuern oder Hitzebehandlung des
Futters, Futterstruktur, Nass- und Trockenfütterung) in Beziehung mit der Salmonellenprävalenz in
den Schlachtschweinen setzten, konnten keine eindeutigen Ergebnisse ermittelt werden, was aber
durch die verwendete Methodik erklärt wird: der Salmonellenstatus der Schweine wird über den
Nachweis von Antikörpern bei der Schlachtung geführt; die der Antikörperbildung zugrunde liegende
Seite 276
Infektion kann aber Wochen und Monate vorher erfolgt sein. Die Arbeiten von Visscher (2006) und
Offenberg (2007) zeigen hingegen, dass mit nutritiven Maßnahmen die Salmonellenprävalenz von
Schweinen vermindert werden kann. Als Maßnahmen werden eine gröbere Futterstruktur sowie der
Einsatz von Säuren und deren Salzen empfohlen. Futter sollte selbst primär keine Salmonellen
enthalten, aber auch gegenüber primären oder sekundären Kontaminationen so gesichert sein, dass
sich Salmonellen dort nicht entwickeln und vermehren können sollten.
Die Futtermittelhygiene ist daher maßgeblicher Bestandteil für die Sicherung der Hygiene im
Tierbestand und leistet damit auch einen wesentlichen Beitrag zur Lebensmittelsicherheit. Hinsichtlich
einer möglichen Belastung mit Salmonellen kann durch Zugabe von organischen Säuren (wie
Ameisen-, Propionsäure u.a.) und Säuremischungen nicht nur eine sichere Dekontamination der
Futtermittel erreicht, sondern gleichzeitig eine Rekontamination bei anschließender Lagerung,
Transport und Einsatz im Tierbestand verhindert werden (Strauss and Hayler, 2001). Im vorliegenden
Versuch wurde die wachstumshemmende Wirkung eines kommerziellen Gemisches aus Ameisen- und
Milchsäure in verschiedenen Dosierungen und mit verschiedenen Trägerstoffen in Schweinefutter
untersucht. Dabei wurde eine Rekontamination des Futters mit Salmonellen simuliert, indem definierte
Mengen zugesetzt und nach Inkubation mit und ohne die Zusätze anhand klassischer
mikrobiologischer Anzuchtverfahren quantifiziert wurden.
Mehlförmiges Schweinemastalleinfutter (KM 130, Deutsche Tiernahrung Cremer GmbH und Co. KG,
Düsseldorf) wurde mit einem Milch-/Ameisensäuregemisch (AntaCid, Dr. Eckel GmbH, Niederzissen,
Deutschland) direkt oder über zwei mineralische Trägerstoffe S (SiO2) und V (Vermikulit) in zwei
verschiedenen Dosierungen versetzt. Da die beiden Trägerstoffe ein unterschiedliches
Absorptionsvermögen haben, enthielten die einzelnen Ansätze unterschiedliche Mengen an wirksamer
Substanz (s.u., in Klammern) Die resultierenden Varianten waren:
-
0,75
0,75
0,75
1,00
1,00
1,00
%
%
%
%
%
%
AntaCid
AntaCid
AntaCid
AntaCid
AntaCid
AntaCid
ohne Trägerstoff
auf Trägerstoff S
auf Trägerstoff V
ohne Trägerstoff
auf Trägerstoff S
auf Trägerstoff V
(entspricht
(entspricht
(entspricht
(entspricht
(entspricht
(entspricht
0,75 % AntaCid)
0,45 % AntaCid)
0,41 % AntaCid)
1,00 % AntaCid)
0,60 % AntaCid)
0,55 % AntaCid).
Als unbehandelte Kontrolle wurde eine Probe des Schweinefuttermittels ohne Zusätze mitgeführt.
Ein Massenaliquot (10 g) aller 7 Varianten wurde mit Salmonella enteritidis subsp enteritica (DSM-Nr:
14221) in Form einer Suspension mit 104 KbE/g Futter infiziert und anschließend bei 20° C ± 1°C über
24 h inkubiert. Danach wurden die Proben in die jeweils 10-fache Menge gepufferten Peptonwassers
überführt, nach einer Stunde wiederholten Mischens werden 1 ml in Verdünnungen zwischen 10-1 und
10-3 auf Rambachagar aufgetragen. Nach 24-stündiger Inkubation wurden die gebildeten Kolonien
ausgezählt und als Prozentsatz der zugesetzten Menge an Salmonellen berechnet.
Die Gesamtkeimzahl wurde ebenfalls in den verschiedenen Proben ermittelt. Es wurden insgesamt 18
Wiederholungen durchgeführt und die Daten über eine univariate zweifaktorielle Varianzanlyse (SPSS
15.0) statistisch ausgewertet.
Seite 277
Ergebnisse
In den Kontrollproben wurden im Mittel 13,4 ± 5,2 % (Mittelwert ± Standardabweichung) der
zugesetzten Salmonellenmenge wieder gefunden. Mit den verschiedenen Zusätzen lagen die
Wiederfindungsraten durchweg niedriger (Abb. 1).
% der zugesetzten Salmonellen
15,00
10,00
5,00
0,00
Kontrolle
0,75 % + Träger V
0,75 % + Träger S
1,00 % + Träger V
1,00 % + Träger S
0,75 % ohne Träger
1,00 % ohne Träger
AntaCid % mit oder ohne Trägerstoff
Abbildung 1: Wiederfindung der Salmonellen-Infektionsmenge (n = 18, Mittelwerte + SEM) in
Schweinefutter mit und ohne Zusätzen
In der Varianzanalyse traten keine Wechselwirkungen zwischen den Faktoren „Säurezusatz“ und
„Trägerstoffzusatz“ auf; der Säurenzusatz war mit p = 0,016 von der Kontrolle verschieden, wobei es
zwischen den beiden getesteten Dosierungen keine Unterschiede gab. Der Zusatz von AntaCid mit den
beiden Trägerstoffen erbrachte ebenfalls geringere (p = 0,001) Wiederfindungsraten als in der
unbehandelten Kontrollprobe. Mit Zusatz von Trägerstoff S oder V lagen die Wiederfindungsraten
entsprechend der reduzierten Säuremenge jedoch etwas höher (p < 0,05) als bei Zugabe von AntaCid
alleine. Generell waren auch die Gesamtkeimzahlen mit den Zusätzen gegenüber dem unbehandelten
Kontrollfutter reduziert.
Diskussion und Schlussfolgerungen
Unsere Untersuchungen zeigen, dass erwartungsgemäß der Zusatz eines Ameisen- und
Milchsäuregemisches in mit Salmonellen kontaminiertem Schweinefutter deren Vermehrung deutlich
Seite 278
hemmt. In Abhängigkeit von der Dosierung des Säuregemisches und der Wahl des Trägerstoffs
wurden 11 bis 47% der in unbehandeltem Futter wiedergefundenen Salmonellen nachgewiesen.
Auffallend war, dass von der Menge der zugesetzten Salmonellen selbst in Futter ohne Zusatz
durchschnittlich nur 13,4% nach der Inkubation noch nachweisbar waren. Dies ist wahrscheinlich auf
die geringe Feuchte des verwendeten, mehlförmigen Futters zurückzuführen: Für die Entwicklung von
Salmonellen gelten deutlich höhere Wasseraktivitäts- (Aw) und Feuchtigkeitswerte als beispielsweise in
Getreide zu erwarten, als günstig (Opara et al., 1992; Carr et al., 1995). Inwieweit analoge Ergebnisse
mit Säurezusatz und Trägerstoffen bei Verwendung von Flüssigfütterungstechnik erwartet werden
können, bleibt zu prüfen. Die gewählte Inkubationstemperatur im Versuch lag tiefer als üblicherweise
zur Anzucht von Salmonellen verwendet (z.B. 37°C bei Hayes et al., 2000), sollte aber praxisüblichen
Bedingungen der Lagerung entsprechen.
Die Ansäuerung des Futters erbrachte in allen Dosierungen und Trägerstoffkombinationen signifikant
reduzierte Entwicklungsraten der Salmonellen, aber auch der Gesamtkeimzahl. Die überwiegende Zahl
von Mikroorganismen gedeiht am besten in neutralen pH-Bereichen; eine Ansäuerung des Mediums
hat somit in der Regel eine deutliche Verschlechterung bzw. ein völliges Sistieren ihres Wachstums zur
Folge. Unsere Untersuchungen bestätigen diesen Zusammenhang und lassen somit auch für die Praxis
eine deutliche Verringerung der Keimbelastung von Schweinen über das Futter erwarten. Für
Salmonella konnte die positive Wirkung von Säurezusätzen in Schweinefutter bis hin zu einer
verringerten Seroprävalenz und einem reduzierten Auftreten der Erreger im Tierkörper (Lymphknoten)
gezeigt werden (Creus et al., 2007). Die gegenüber der direkten Applikation des Säuregemischs auf
die Futterproben etwas schlechteren Werte der Kombinationen mit den Trägerstoffen resultieren aus
deren unterschiedlicher Absorptionsfähigkeit und der damit geringeren applizierten Säuremenge. Ein
„Spareffekt“ aufgrund trägerspezifischer Freisetzungskinetik konnte mit dem Versuch nicht gezeigt
werden. Es ist bekannt, dass zumindest flüchtige organische Komponenten durch derartige
Trägerstoffe gebunden und damit aus Gemischen entfernt werden können (Turan et al., 2008).
Jedoch ist über die Kinetik der Bindung nichts bekannt, so dass eine Freisetzung und damit
Aktivierung der Säure unter sich verändernden Bedingungen zu prüfen bleibt.
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2006
und
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Autorenanschrift
AOR Dr. Ute Müller
Institut für Tierwissenschaften, Abteilung Physiologie und Hygiene
Universität Bonn
Katzenburgweg 7-9, D-53115 Bonn
Seite 280
Firmensponsoring – Dr. Eckel GmbH, Im Stiefelfeld 10, D-56651 Niederzissen
Seite 281
DGGE basiertes Monitoring der Darmmikrobiota des Schweins
Agnes Petersson1, Konrad J. Domig1, Philipp Nagel2, Werner Zollitsch2,
Werner Hagmüller3 und Wolfgang Kneifel1
1
Universität für Bodenkultur Wien, Department für Lebensmittelwissenschaften und technologie, Abteilung für Lebensmittelmikrobiologie und –hygiene
2
Universität für Bodenkultur Wien, Department für Nachhaltige Agrarsysteme, Institut
für Nutztierwissenschaften
3
LFZ- Raumberg Gumpenstein, Außenstelle
Landwirtschaft und Biodiversität der Nutztiere
Wels,
Institut
für
Biologische
Einleitung
Die Darmmikrobiota des Schweins wird durch eine komplexe Bakteriengemeinschaft, die von
anaeroben Gram-positiven Bakterien dominiert wird charakterisiert. Aufgrund ihres Einflusses auf
Ernährungs-, physiologische und immunologische Prozesse, sowie auf die Entwicklung der Tiere, spielt
die Darmmikrobiota des Schweins eine große Rolle im Gesundheitsstatus und der Leistungsfähigkeit
der Tiere (Richards et al., 2005).
Die C. leptum Untergruppe (Cluster IV) beinhaltet zahlreiche butyrat-produzierende und fibrolytische
Bakterienarten, einschließlich verschiedener Arten, die zu den Gattungen Clostridium, Eubacterium
und Ruminococcus zählen und können die Darmgesundheit beeinflussen. Da die Mehrzahl der
Bakterien der Darmmikrobiota schwer kultivierbar sind, wird intensiv nach kulturunabhängigen
Methoden gesucht. Es wurden spezifische Sonden und Primer für die C. leptum Untergruppe designt
und eingesetzt, um Bakterienpopulationen mit Fluoreszenz in situ Hybridisierung (FISH), Dot Blot
Hybridisierung und Real-Time PCR zu quantifizieren (Shen et al., 2006; Saunier et al., 2005).
Ziel dieser Arbeit war, die Auswirkungen verschiedener Futterzusätze auf die Darmmikrobiota des BioMastschweins, im Besonderen auf die Clostridium leptum Untergruppe festzustellen. Um die Effekte
der Futterzusätze auf die intestinale Mikrobiota zu verifizieren und die Mechanismen ihrer Wirkung zu
erklären, sind eine gute Methodenstrategie und brauchbare Werkzeuge zur Charakterisierung der
Darmmikrobiota essentiell. In dieser Arbeit wurde die Denaturierende Gradienten Gelelektrophorese
(DGGE) als Analysenstrategie gewählt, da sie die Detektion von Verschiebungen bakterieller
Gemeinschaften, sei es zeitlich bedingt oder durch verschiedene Futterbehandlungen hervorgerufen,
erlaubt (Muyzer und Smalla, 1998). Dazu wurden Fäzes- und Colonproben der Schweine mit einem für
die Clostridium leptum Untergruppe spezifischen Primerpaar auf ihr DGGE-Bandenmuster untersucht.
Die Diversität einer Bakteriengemeinschaft kann durch die Anzahl der erfassten Banden ermittelt
werden (Gong et al., 2008). Ziel der Arbeit war festzustellen, ob die Fütterung einen Einfluss auf die
Seite 282
Anzahl der Banden im DGGE-Profil hat und somit auf eine unterschiedliche Diversität der C. leptum
Untergruppe geschlossen werden kann.
Im Zuge einer Fütterungsstudie, die Teil des EU-Projekts „Quality Low Input Food“ ist, wurden 76
Schweine mit vier verschiedenen Futterbehandlungen (Kontrollgruppe (KG), KG + Grassilage, KG +
Maissilage und KG + Probiotikum gefüttert (Nagel et al., 2007). 3 Fäzes- und 5 Darminhaltsproben
(Magen, Duodenum, Ileum, Caecum und Colon) wurden pro Tier gezogen und in sterilen Plastiksäcken
in anaerober Atmosphäre (GENbag® anaer, Biomerieux, Marcy l'Etoile, Frankreich) bei - 80°C
gelagert. Mit Hilfe des QIAamp® DNA Stool Mini Kits (Qiagen, Hilden, Deutschland) wurde die DNA
aus den Proben isoliert. Für die hier beschriebenen Untersuchungen wurden die vor der Schlachtung
zuletzt gezogenen Fäzes- und die Colonproben aller 76 Tiere herangezogen.
Ausgehend von den isolierten DNA-Proben erfolgte die Amplifizierung mittels PCR in einem
Mastercycler (Eppendorf, Hamburg, Deutschland), wobei das für die Clostridium leptum Untergruppe
spezifische Primerpaar sg-Clept-F/sg-Clept-R3-GC eingesetzt wurde. Folgendes PCR-Programm kam
zum Einsatz: initiale Denaturierung bei 95°C für 5 Minuten, 30 Zyklen mit Denaturierung bei 95°C für
30 Sekunden, 50°C Annealingtemperatur für 40 Sekunden und Extension bei 72°C für 1 Minute und
anschließender finalen Extension bei 72°C für 5 Minuten (Scanlan et al., 2006). Die amplifizierten PCRProdukte wurden in einer Agarosegelelektrophorese bestätigt.
Weiters wurde die DGGE zur Auftrennung der PCR-Fragmente im Bio-Rad DCode™ Universal Mutation
Detection System (Bio-Rad, München, Deutschland) durchgeführt. Dazu kamen 8%ige
Polyacrylamidgele mit einem linearen denaturierenden Gradient von 35 - 55% zum Einsatz. Die
Elektrophorese wurde bei 60°C und 70 V für 16 h ausgeführt. Anschließend wurden die DNA-Banden
durch Färbung mit Ethidiumbromid visualisiert und mit Hilfe der Software BioNumerics (Version 5.0,
Applied Maths, Sint-Martens-Latem, Belgien) ausgewertet.
Tabelle 3: eingesetzte Primer
1
Primer
Sequenz (5´- 3´)
sg-Clept-F
GCA CAA GCA GTG GAG T
sg-Clept-R3-GC
CTT CCT CCG TTT TGT CAA
Spezifität
Clostridium leptum
Untergruppe
Clostridium leptum
Untergruppe
Annealing
Temp (°C)
DGGE Gradient
(%)
Literatur
50
35 – 55
Scanlan et
al., 2006
50
35 - 55
Scanlan et
al., 2006
GC-Klammer (5´-CCC GCC GCG CCC CGC GCC CGT CCC GCC GCC CCC GCC CG-3´) angehängt an das 5´-Ende des Primers
Fäzes- und Colonproben von 76 Bio-Mastschweinen wurden mit dem Primerpaar sg-Clept-F/sg-CleptR3-GC, das spezifisch für die C. leptum Untergruppe ist, auf ihr DGGE-Profil untersucht. Die
angegebenen PCR- sowie DGGE-Bedingungen stellten sich als geeignet für die folgende Fragestellung
Seite 283
heraus. Alle PCR-Produkte konnten durch den Einsatz einer Agarosegelelektrophorese bestätigt
werden. Abbildung 1 zeigt für die C. leptum Untergruppe typische DGGE-Bandenprofile ausgewählter
Fäzes- und Colonproben des Schweins.
L 155 461 477 684 457 121 122 117 647 146
Lb23
Lb5
Lb3
Lb13_2
Lb13_3
Abbildung 5: PCR-DGGE Analyse der Clostridium leptum-Untergruppe ausgewählter Fäzes- und
Colonproben; L: Ladder bestehend aus unterschiedlichen Lactobacillus Arten (Referenzsystem): Lb23
L. plantarum; Lb5 L. johnsonii; Lb3 L. gasseri; Lb99 L. jensenii; Lb6 L. crispatus; Lb13 L. reuteri;
Lb197 L. rhamnosus
Die Anzahl der im DGGE-Profil ersichtlichen Banden kann als Indikator für die Diversität der
Bakterienpopulationen herangezogen werden (Gong et al., 2008) und wurde für alle untersuchten
Proben ermittelt. Der Mittelwert der Anzahl der Proben lag bei 17 Banden, wobei ein Minimalwert von
5 und ein Maximalwert von 27 Banden erreicht wurden. Betrachtet man die einzelnen
Fütterungsgruppen konnten folgende Ergebnisse erzielt werden: Maissilagegruppe durchschnittlich 16
Banden mit einem Minimalwert von 5 und einem Maximalwert von 21 Banden; Kontrollgruppe
durchschnittlich 18 Banden mit einem Minimalwert von 6 und einem Maximalwert von 25 Banden;
Grassilagegruppe durchschnittlich 18 Banden mit einem Minimalwert von 11 und einem Maximalwert
von 27 Banden und Probiotikumgruppe durchschnittlich 17 Banden mit einem Minimalwert von 12 und
einem Maximalwert von 22 Banden. Betrachtet man die durchschnittliche Anzahl der DGGE-Banden
pro Fütterungsgruppe, können nur minimale Unterschiede zwischen den Fütterungsgruppen
festgestellt werden (Abbildung 2), während die Unterschiede innerhalb der Gruppen wesentlich größer
sind.
Die Denaturierende Gradienten Gelelektrophorese ist ein aussichtsreiches Werkzeug, um die Diversität
von Bakterienpopulationen in Umweltproben zu ermitteln. Die untersuchten Fäzes- und Colonproben
der Bio-Mastschweine zeigten in Bezug auf die C. leptum Untergruppe keine Unterschiede zwischen
den Fütterungsgruppen, allerdings große Inhomogenitäten innerhalb der Fütterungsgruppen. Dieser
Seite 284
Sachverhalt lässt auf einen starken individuellen und wirtsspezifischen Einfluss auf die Darmmikrobiota
schließen.
Abbildung 6: Anzahl der DGGE-Banden (Mittelwert) pro Fütterungsgruppe; M: Maissilagegruppe; K:
Kontrollgruppe; G: Grassilagegruppe; P: Probiotikumgruppe
Danksagung
Kernbereiche dieser Arbeit wurden dankenswerterweise von der H. Wilhelm Schaumann Stiftung
(Hamburg, Deutschland) finanziert (Forschungsstipendium für Agnes Petersson und Laborverbrauchsmaterial).
Literatur
Gong J, Yu H, Liu T, Li M, Si W, De Lange CFM, Dewey C. 2008. Characterization of ileal bacterial microbiota in newly-weaned
pigs in response to feeding lincomycin, organic acids or herbal extract. Livestock Science 116:318–322.
Muyzer und Smalla, 1998. Application of denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) and temperature gradient gel
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Nagel P, Domig KJ, Hagmüller W, Pfalz S, Kronsteiner S, Ortner B, Sundrum A, Zollitsch W. 2007. Effects of silage or probiotics
on performance and gut microbial composition of organic growing-finishing pigs. 6. BOKU-Symposium Tierernährung,
Sekundärwirkungen von Futterinhaltsstoffen – vom Nährstoff zum Wirkstoff; 15 November 2007; Wien, Österreich.
Richards JD, Gong, J, De Lange CFM. 2005. The gastrointestinal microbiota and its role in monogastric nutrition and health with
an emphasis on pigs: Current understanding, possible modulations, and new technologies for ecological studies. Canadian
Journal of Animal Science 85:421-435.
Saunier K, Rougé C, Lay C, Rigottier-Gois L, Doré J. 2005. Enumeration of bacteria from the Clostridium leptum subgroup in
human faecal microbiota using Clep1156 16S rRNA probe in combination with helper and competitor oligonucleotides.
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Scanlan PD, Shanahan F, O´Mahony C, Marchesi JR. 2006. Culture-independent analyses of temporal variation of the dominant
fecal microbiota and targeted bacterial subgroups in Crohn’s disease. Journal of Clinical Microbiology 44(11):3980–3988.
Seite 285
Shen J, Zhang B, Wei G, Pang X, Wie H, Li M, Zhang Y, Jia W, Zhao L. 2006. Molecular profiling of the Clostridium leptum
subgroup in human fecal microflora by PCR-Denaturing gradient gel electrophoresis and clone library analysis. Applied and
Environmental Microbiology 72(8):5232-5238.
Autorenanschrift
DI Agnes Petersson
Seite 286
Vergleich des Antibiotikaresistenzverhaltens von LaktobazillenIsolaten tierischer und menschlicher Herkunft
Sigrid Mayrhofer1, Konrad J. Domig1, Christiane Mair1, Ernst Amtmann2
und Wolfgang Kneifel1,3
1
Universität für Bodenkultur Wien, Department für Lebensmittelwissenschaften und
–technologie, Abteilung Lebensmittelmikrobiologie und –hygiene
2
–technologie, Abteilung Lebensmittelchemie
3
–technologie, Abteilung für Lebensmittelqualitätssicherung
Einleitung
Der Einsatz von Antibiotika ist seit ihrer Entdeckung Mitte letzten Jahrhunderts drastisch gestiegen.
Sowohl in der Humanmedizin, als auch in der Veterinärmedizin werden diese therapeutisch und
prophylaktisch genutzt. Seit 1960 wurden Antibiotika in der Landwirtschaft nicht nur zur Behandlung
und Vermeidung von Krankheiten beim Nutztier eingesetzt, sondern auch als Leistungsförderer
(Anonym, 1999). Dabei haben subtherapeutische Gaben von Antibiotika einen Effekt auf die Mikroflora
des Darms. Sie schädigen pathogene Keime letal oder subletal und vermindern damit zusätzlich die
Produktion von bakteriellen Toxinen. Zudem wird die Synthese von mikrobiellen,
wachstumshemmenden Metaboliten verringert und die Absorption von Nährstoffen verbessert (Dibner
und Richards, 2005). Mit der Zunahme von resistenten Mikroorganismen begann jedoch ein
Umdenken bei der Verwendung von Antibiotika. Mit Jänner 2006 wurden daher Antibiotika als
Leistungsförderer beim Nutztier in der EU verboten (Anonym, 2002).
In einigen europäischen Ländern, in denen Antibiotika als Leistungsförderer bereits früher verboten
wurden, kam es in den darauffolgenden Jahren zum Anstieg des therapeutischen Antibiotikaeinsatzes,
um die resultierenden, gesundheitlichen Probleme bei Nutztieren behandeln zu können. Nach
Ungemach (2002) fällt in der Veterinärmedizin ein vergleichsweise hoher Tetracyclinverbrauch auf,
obwohl bei diesem Antibiotikum bereits eine ungünstige Resistenzsituation vor allem im Schweineund Geflügelbereich vorherrscht. Hierbei ist bei den meisten veterinärmedizinisch relevanten Erregern
schon mit mehr als 80% Resistenzen zu rechnen (Ungemach, 2002). Aufgrund des hohen Verbrauchs
an Tetracyclinen zweifelt Ungemach (2002) an einem sorgfältigen Einsatz und vermutet, dass hierfür
entweder keine ausreichende Indikationsstellung auf der Basis einer mikrobiologischen Diagnose
zugrunde liegt, dass durch Dosissteigerung Resistenzen überwunden werden sollen oder dass eine
versteckte Leistungsförderung getarnt als prophylaktischer Einsatz erfolgt.
Seite 287
Laktobazillen stellen einen wichtigen Teil der tierischen und menschlichen Darmflora dar. Erst seit
kurzem werden Laktobazillen hinsichtlich ihres Resistenzverhaltens untersucht. Zuvor hatten sie
diesbezüglich weder als Indikatorkeim noch als Krankheitserreger große Bedeutung. Jedoch werden
Laktobazillen oft bei der Produktion von Futtermitteln und Lebensmitteln als Probiotika und
Starterkulturen eingesetzt, wobei lebende Mikroorganismen in hohen Zahlen zugefügt werden
(Kastner et al., 2006). Daher sollten diese Bakterien frei von erworbenen, übertragbaren
Antibiotikaresistenzgenen sein (FEEDAP, 2008; FEEDAP, 2005; FAO/WHO, 2002; Henrikssson et al.,
2005; von Wright, 2005), um das bereits bestehende Resistenzgenreservoir in der Darmmikrobiota
nicht weiter zu erhöhen.
Im Rahmen dieser Studie wurde das Resistenzverhalten von Laktobazillen Isolaten tierischer und
menschlicher Herkunft gegenüber Tetracyclin verglichen, um die Auswirkung des massiven
Antibiotikaeinsatzes beim Nutztier darstellen zu können.
Insgesamt standen 93 Laktobazillen-Isolate für die Untersuchung zur Verfügung. Hierbei waren 53
Stämme tierischer Herkunft (16 L. johnsonii, 25 L. amylovorus, 2 L. acidophilus, 3 L. crispatus, 7 L.
gallinarum) und 40 Stämme menschlicher Herkunft (2 L. johnsonii, 2 L. amylovorus, 25 L. gasseri, 7 L.
acidophilus, 4 L. crispatus).
Das Resistenzverhalten dieser Stämme wurde mittels Etest (AB Biodisk, Solna, Schweden) gegenüber
Tetracyclin überprüft. Dabei wurden zur Herstellung der Bakteriensuspension mehrere Kolonien des zu
testenden Stammes in physiologische Kochsalzlösung überimpft und auf eine Dichte entsprechend des
McFarland Standards 1 eingestellt. Anschließend wurde die Bakteriensuspension über die gesamte
Agaroberfläche des Testmediums ausgestrichen. Nachdem das Inokulum absorbiert worden war,
wurde ein Etest-Streifen auf die Oberfläche gesetzt. Die MHK (minimalen Hemmstoffkonzentration)Werte wurden nach 48-stündiger, anaerober Bebrütung nach den Vorgaben des Etest-Herstellers
abgelesen.
Ergebnisse
Von den insgesamt 53 getesteten Stämmen tierischen Ursprungs wiesen 39 (73,6%) MHK-Werte im
Bereich von 64 - >256 µg/ml auf und wurden somit als resistent beurteilt. Nur 11 Isolate (20,8%)
waren mit MHK-Werten von 0,5 - 4 µg/ml sensibel, während drei Stämme (5,7%) intermediär
resistent waren und MHK-Werte von 8 und 16 µg/ml aufwiesen.
Dagegen war nur je ein Isolat (2,5%) von den 40 Stämmen humaner Herkunft gegenüber Tetracyclin
resistent bzw. intermediär resistent. Die restlichen 38 Stämme (97,5%) waren sensibel und hatten
MHK-Werte im Bereich von 0,25 - 4 µg/ml.
Seite 288
32
Anzahl der Isolate.
28
24
20
16
12
8
4
0
0,016 0,032 0,064 0,125 0,25
0,5
1
2
4
8
16
32
64
128
256
>256
MHK (µg/ml)
Abb. 1: Verteilung der minimalen Hemmstoffkonzentration (MHK) gegenüber Tetracyclin bei 53
Laktobazillen-Isolaten tierischer Herkunft.
16
Anzahl der Isolate.
14
12
10
8
6
4
2
0
0,016 0,032 0,064 0,125 0,25
0,5
1
2
4
8
16
32
64
128
256
>256
MHK (µg/ml)
Abb. 2: Verteilung der minimalen Hemmstoffkonzentration (MHK) gegenüber Tetracyclin bei 40
Laktobazillen-Isolaten humaner Herkunft.
Diskussion & Schlussfolgerung
Die dargelegten Ergebnisse zeigen, dass sich der Einsatz von Tetracyclin beim Resistenzverhalten der
Laktobazillen widerspiegelt. Generell kann jedoch deren Einsatz als Indikatorkeim für den
herrschenden Antibiotikaselektionsdruck und für zukünftig zu erwartende Probleme mit resistenten
Pathogenen nicht empfohlen werden. Gründe dafür sind das anspruchsvolle Isolationsverfahren,
unzureichend standardisierte Methoden für die Antibiotikaresistenztestung, fehlende Daten zur
Interpretation der Ergebnisse und das Vorkommen natürlicher Resistenzen bei dieser Keimpopulation.
Diesbezüglich sind E. coli und Enterokokken als Indikatorkeime besser geeignet (Gnanou und Sanders,
2000).
Seite 289
In der Human- und Veterinärmedizin werden zwar dieselben Antibiotikaklassen verwendet (Teuber,
2001), es bestehen aber gewisse Unterschiede. So werden aus ökonomischen Gründen großteils alte
Antibiotika wie Tetracycline für die Behandlung und Vermeidung von Krankheiten bei Nutztieren
eingesetzt (Schwarz und Chaslus-Dancla, 2001). Dagegen wird dieses Antibiotikum schon seit
längerem nicht mehr zu den Antibiotika erster Wahl in der Humanmedizin gezählt. Zusätzlich wurde in
den vergangenen Jahren nur eine limitierte Anzahl neuer Antiinfektiva in der Veterinärmedizin
zugelassen. Vielversprechende neue Klassen von Antibiotika sind nur für die menschliche Therapie
reserviert (Schwarz und Chaslus-Dancla, 2001).
Aufgrund der angeführten Fakten und der bereits bestehenden, bedrohlichen Resistenzsituation, die
auch zu einem großen Teil durch den unkritischen Antibiotikaeinsatz in der Humanmedizin selbst
verursacht worden ist, sind Leitlinien für einen sorgfältigen Umgang mit Antibiotika in der
Veterinärmedizin unerlässlich. Nur unter Einbeziehung solcher Leitlinien kann die Resistenzentwicklung
unter Kontrolle gehalten und ein wirksames Arsenal von Antibiotika erhalten werden (Ungemach,
2002).
Bezüglich des Einsatzes von Antibiotika als Leistungsförderer zeigte eine Studie, dass auf einen
solchen erfolgreich verzichtet werden kann, so lange der Gesundheitszustand der Tiere, die
landwirtschaftlichen Techniken und das Management in den Betrieben gut ist (Laine et al., 2004).
Außerdem wird intensiv nach Alternativen für Antibiotika als Leistungsförderer gesucht. Zu diesen
zählen zur Zeit Probiotika, Präbiotika, organische Säuren, Enzyme, spezifische Nahrungsfasern, hoch
verfügbare Nährstoffe sowie Kräuter und deren Extrakte (Roth und Ettle, 2005; Simpson, 2005; Wenk,
2005; Wetscherek und Windisch, 2005).
Trotz des EU-weiten Verbotes von antibiotischen Leistungsförderern stellt der Einsatz von Antibiotika
immer wieder ein aktuelles Thema im Spannungsfeld zwischen Tierhaltung bzw. –ernährung und
Lebensmittelproduktion dar. Durch das verstärkte Auftreten resistenter Keime wird nicht nur das
Arsenal an verfügbaren Antibiotika für den therapeutischen Einsatz in der Human- und
Veterinärmedizin gemindert, sondern auch das Auffinden futter- und lebensmittelrelevanter Probiotika
und Starterkulturen erschwert.
Literatur
Anonym (1999): Antimicrobial resistance, an ecological perspective – report from the American Academy of Microbiology, ASM –
Press, Washington, D. C.
Anonym (2002): New safety rules for feed additives and to prohibit antibiotics as growth
http://www.europa.eu.int/rapid/start/cgi/guesten.ksh?p_action.gettxt=gt&doc=IP/02/466I0IRAPID&lg=EN
promoters.
Dibner, J.J., Richards, J.D. (2005): Antibiotic growth promoters in agriculture: history and mode of action. Poultry Science 84:
634-643
FAO/WHO (2002): Guidelines for the evaluation of probiotics in food. London, Ontario: Food Agriculture Organisation of the
United Nations and World Health Organisation Working Group Report, 1-11
FEEDAP Panel (2005): Opinion of the scientific panel on additives and products or substances used in animal feed on the
updating of the criteria used in assessment of bacteria for resistance to antibiotics of human and veterinary importance. The
EFSA Journal 233, 1-12
FEEDAP Panel (2008): Update of the criteria used in the assessment ob bacterial resistance to antibiotics of human or
veterinary importance. The EFSA Journal 732, 1-15
Gnanou, J.C., Sanders, P. (2000): Antibiotic resistance in bacteria of animal origin: methods in use to monitor resistance in EU
countries. International Journal of Antimicrobial Agents 15, 311-322
Henriksson, A., Borody, T., Clancy, R. (2005): Probiotics under the regulatory microscope. Expert Opinion on Drug Safety 4,
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Kastner, S., Perreten, V., Bleuler, H., Hugenschmidt, G., Lacroix, C., Meile, L. (2006): Antibiotic susceptibility patterns and
resistance genes of starter cultures and probiotic bacteria used in food. Systematic and Applied Microbiolology 29, 145-155
Seite 290
Laine, T., Yliaho, M., Myllys, V., Pohjanvirta, T., Fossi, M., Anttila, M. (2004): The effect of antimicrobial growth promoter
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Roth, F.X., Ettle, T. (2005): Alternative zu antibiotischen Leistungsförderern. In: Tagungsband 4. BOKU-Symposium
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Schwarz, S., Chaslus-Dancla, E. (2001): Use of antimicrobials in veterinary medicine and mechanism of resistance. Veterinary
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Simson, O. (2005): Mikroorganismen als Futterzusatzstoffe: Probiotika – Wirksamkeit und Wirkungsweise. In: Tagungsband 4.
BOKU-Symposium Tierernährung: Tierernährung ohne antibiotische Leistungsförderer, 10 – 16
Teuber, M. (2001): Antibiotikaresistente Bakterien in Lebensmitteln. Mitteilungen aus Lebensmitteluntersuchung und Hygiene
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Ungemach, F.R. (2002): Einsatz von Antibiotika in der Veterinärmedizin: Konsequenzen und rationaler Umgang. In: Antibiotika
und Resistenzen, Symposium, März 2002 – Graz, 45 – 55
von Wright, A. (2005): Regulating the safety of probiotics - The European approach. Current Pharmaceutical Design 11, 17-23
Wenk, C. (2005): Einsatz von Kräutern und deren Extrakten in der Tierernährung: Erwartungen und Möglichkeiten. In:
Tagungsband 4. BOKU-Symposium Tierernährung: Tierernährung ohne antibiotische Leistungsförderer, 17 – 27
Wetscherek-Seipelt, G. Windisch, W. (2005): Effekt eines Probiotikums auf die Leistung von Absatzferkel. In: Tagungsband 4.
BOKU-Symposium Tierernährung: Tierernährung ohne antibiotische Leistungsförderer, 81 – 88
Autorenanschrift
Dr. Sigrid Mayrhofer
[email protected]
Seite 291
Biogasverluste durch Nacherwärmung - Einfluss der aeroben
Stabilität auf die Biogasausbeute von Praxissilagen aus Österreich
Dirk Banemann1, Gottfried Scheikl2 und Michael Nelles1
1. Universität Rostock, Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät, Institut für
Umweltingenieurwesen, Fachgebiet Abfall- und Stoffstromwirtschaft, Justus-vonLiebig-Weg 6, D-18059 Rostock/Deutschland
2. Wilhelm Schaumann GmbH & Co KG, Jacob Fuchs-Gasse 25-27, 2345 Brunn am
Gebirge/Österreich
Einleitung
Ziel für den wirtschaftlichen Betrieb einer Biogasanlage muss die maximale Methanausbeute pro
eingesetztem Hektar Ackerfäche sein. Dies bedeutet die Reduzierung aller vermeidbaren Verluste von
der Ernte über die Silierung bis zum Fermenter. Bei Einhaltung der guten fachlichen Silierpraxis kann
Nacherwärmung zu großen Energieverlusten führen. Nacherwärmung kann überall dort auftreten wo
Silagen mit Luftsauerstoff in Kontakt kommen und sich Hefen und andere Schadorganismen
ungehindert vermehren können. In der Praxis besonders gefährdet ist die Silage an der
Anschnittsfläche, bei einem möglichen Transport, während einer Zwischenlagerung und während der
Zeit im Vorlagebehälter der Biogasanlage. Neben einer verfahrenstechnischen Optimierung, Anpassen
der Silogeometrie an die tägliche Futtermenge zur Einhaltung des geforderten Mindestvorschubs einer
Reduzierung der Lagerung von Silage in geschütteter Form (Transportwagen, Zwischenlagerung),
kommt der Anpassung des Gärsäuremusters eine wichtige Funktion zu, Nacherwärmung zu
verhindern. Im nachfolgenden Beitrag werden anhand von fünf Praxissilagen aus Österreich der
Einfluss der Nacherwärmung auf die Biogasausbeute dargestellt. Anhand einer weiteren Silage werden
Nacherwärmung und die dabei auftretenden Stoffwechselvorgänge dargestellt.
Methodik
Die untersuchten Praxissilagen wurden von unterschiedlichen Betrieben aus der jeweilig frischen
Anschnittsfläche entnommen. Das aus den Praxissilos entnommene Material wurde geteilt und ein Teil
dem standardisierten Verfahren nach Honig zur Bestimmung der aeroben Stabilität unterzogen (Honig,
1990) sowie auf Silageparameter hin untersucht. Der restliche Teil
wurde bis zur
Methanpotentialbestimmung im Batch eingefroren.
Seite 292
Zwei der fünf Silagen waren unbehandelte Silagen „Kontrollsilagen“, drei Silagen wurden während des
Ernteprozesses mit einem heterofermentativen Siliermittel behandelt. Die Wirksamkeit des
biologischen Siliermittels wird durch das geringere Milchsäure/Essigsäure-Verhältnis gegenüber der
Kontrollsilage bzw. dem höheren 1,2-Propandiolanteil in den behandelten Silagen bestätigt, dargestellt
sind Mittelwerte aus zwei bzw. drei Silagen (Tabelle 1). Die Gärsäureanalytik erfolgte mittels HPLCAnalytik (Gerät Knauer, Säule BioRad). Die Trockenmassekorrektur erfolgte nach Weißbach 2008.
Tabelle 4 Verschiedene Praxissilagen wurden auf ihr Gärsäuremuster hin
untersucht und die aerobe Stabilität ermittelt
Kontrollsilagen
Behandelte Silagen
Milchsäure [% TMK]
6,7
4,3
Essigsäure [% TMK]
2,3
3,3
MS : ES
2,9
1,3
1-2 Propandiol [% TMK]
0,1
0,9
Berechnete Honig-Verluste
nach 3 Tagen [% FM]
4,7
1,1
Im Standardisierten Verfahren nach Honig kann mittels Temperaturfühlern die durch Lufteinfluss
entstehende Temperaturerwärmung innerhalb der Silage gemessen werden. Die während des
Silierprozesses entstehenden Säuren (hauptsächlich Milch- und Essigsäure) schützen die Silage
während der anaeroben Lagerung vor Abbau durch unerwünschte Silageschädlinge. Nach Öffnung der
Silage und in Gegenwart von Luftsauerstoff können sich Silageschädlinge (Hefen, Schimmelpilze)
rasch vermehren. Eingeleitet wird der aerobe Verderb durch den Abbau der in der Silage vorhandenen
Säuren, beteiligt sind hieran allen voran Hefen die während des Silierprozesses in ihrem Stoffwechsel
gehemmt sind (Pahlow, 2003). Indikator für die aeroben Stoffwechseltätigkeiten ist die
Temperaturerwärmung der Silage.
Die Bestimmung des Methanpotentials der Silagen direkt aus der Anschnittsfläche und den Silagen
nach Lagerung unter Luftstress erfolgte im GRW-Biogas-Batch-System (Fritz, 2007). Je Batch-Ansatz
wurden 300 gr. Frischmasse eingewogen. Je Behandlung wurde eine Dreifach-Bestimmung
durchgeführt.
Ergebnisse
Die Bestimmung der aeroben Stabilität einer herkömmlich fermentierten Silage zeigt eine
charakteristische Erwärmungskurve während der Lagerung unter Luftsauerstoff im Honig-Test
(Abbildung 1). Nach 72 Stunden hat sich die Silage um 3 Kelvin gegenüber ihrer
Umgebungstemperatur erwärmt und die aerobe Stabilität ist nach Definition gebrochen (DLG, 2006).
Nach einem lokalen Maximum von fast 40°C klingt die Temperatur wieder leicht ab um im Weiteren
Seite 293
wieder auf 45°C anzusteigen und einen charakteristischen Kamelhöcker im Temperaturverlauf zu
bilden.
50
Gew.- Verluste: 1,6 %
Gew.- Verluste: 7,2 %
Temperatur [°C]
45
40
Silagetemperatur
Raumtemperatur
Umgebungstemperatur + 3°C
35
30
25
20
0
24
48
72
96
Stunden [h]
120
144
168
Abbildung 7 Temperaturverlauf im Honig-Test einer herkömmlich silierten Maissilage
Untersuchungen dieser Silage auf den Gehalt an Gärsäuren zeigen, dass nach 84 Stunden weniger als
50% der Milch- und Essigsäure noch in der Silage vorhanden sind und 1,2-Propandiol unterhalb der
Nachweisgrenze liegt. Zum Zeitpunkt 158 Stunden sind alle Gärprodukte fast vollständig abgebaut
(Tabelle 2).
Tabelle 5 Abbau der Gärsäuren in einer herkömmlich fermentierten Silage während einer Lagerung
unter Luftsauerstoff
% d. FM
Beginn ASTA
Nach 84 Std. ASTA
Nach 158 Std. ASTA
Milchsäure
3,57
1,64
0,03
Essigsäure
0,45
0,2
0,05
1,2-Propandiol
0,34
< 0,02
< 0,02
Seite 294
Die in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse aus den Untersuchung der Praxissilagen zeigen auch den
aus der Literatur bekannten positiven Effekt essigsäurereicher Silagen auf die aerobe Stabilität. Die
aus der Temperaturerwärmung nach Honig berechneten Gewichtsverluste zeigen bei den nicht
behandelten Silagen nach 3 Tagen deutlich höhere Verluste als Silagen, die mit einem biologischen
Siliermittel behandelt wurden (Tabelle 1). Nach Bestimmung der aeroben Stabilität wurde das Material
ebenfalls tiefgefroren bis zur Bestimmung des Methanertrages gelagert.
Alle Silagen zeigten ohne den Einfluss der Lagerung unter Luftsauerstoff hohe Methanerträge im
GRW-Batch-Test und deuten so auf qualitativ hochwertige und energiereiche Silagen hin (332 – 357
Nm³ / t TM). Das Methanbildungspotential der milchsäurereichen Silage nach Lagerung unter
Luftsauerstoff lag im Mittel um ca. 14% niedriger als ohne Lagerung unter Luftsauerstoff. Die
heterofermentativ silierten Silagen zeigten ein im Mittel um 7,8% geringeren Methanertrag nach
Lagerung unter Luftsauerstoff und somit eine bessere Energiekonservierung unter Luftstress
(Abbildung 2).
16
% - Methanverluste durch Lagerung
unter Luftsauerstoff
14
12
10
8
6
4
2
0
herkömmlich
1 siliert
heterofermentativ
siliert
2
Abbildung 8 Durch die Behandlung mit einem heterofermentativen Siliermittel konnten die Verluste
durch Nacherwärmung verringert werden
Diskussion
Mit der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss einer Lagerung von Silage unter Luftsauerstoff auf das
Methanbildungspotential untersucht. Hierzu wurden 5 Praxissilagen aus Österreich im standardisierten
Verfahren nach Honig auf ihre aerobe Stabilität hin untersucht. Zwei Silagen waren unbehandelte
Kontrollsilagen, drei Silagen waren mit einem biologischen heterofermentativen Siliermittel behandelt
worden. Der positive Einfluss der heterofermentativen Silierung auf die aerobe Stabilität wird von
Seite 295
verschiedenen Institutionen bestätigt (Danner et. al, 2002; Oude Elfering et al. ,2001). Auch in den
hier vorgestellten Ergebnissen konnte gezeigt werden, dass durch eine Verhinderung der
Nacherwärmung die Methanverluste begrenzt werden können.
Mit einer weiteren Silage wurden Untersuchungen zur Nacherwärmung und den stofflichen
Umsetzungsprozessen während der Nacherwärmung durchgeführt. Der Abbau der Gärsäuren durch
Hefen hebt den pH-Wert in der Silage, weitere Gärschädlinge können nun den aeroben Verderb
beschleunigen. Die durch aeroben Verderb abgebauten Säuren stehen im Biogasprozess nicht mehr
zur Verfügung. Nacherwärmung von Silagen kann somit zu Verlusten im Methanertrag führen. Durch
Nacherwärmung im Honig-Test reduzierte sich der Methanertrag um 14% bei Milchsäurereichen
Silagen und 7,8% bei heterofermentierten Silagen.
Bei steigenden Substratpreisen muss es für den wirtschaftlichen Betrieb von Biogasanlagen oberstes
Ziel sein, den Energiegehalt der Pflanze, über Ernte, Silierung und anschließender Einbringung in den
Fermenter, zu konservieren. Aerobe Verluste die im verstärkten Maße durch große Anschnittsflächen,
lange Lagerzeit im Vorlagebehälter oder große Transportstrecken begünstigt werden, können durch
die Anpassung des Gärsäuremusters minimiert werden.
Literatur:
Pahlow G., Muck R., Driehus F., 2003, Silage Science and Technology, Kap.2 Microbiology of Ensiling (S.30-93), Number 42 in
series Agronomy
Danner H., Holzer M., Mayrhuber E., Braun R., 2002, Acetic Acid Increases Stability of Silage under Aerobic Conditions, Applied
and Environmental Microbiology Vol 69, No.1
Oude Elfering S., Anaerobic Conversion of Lactic Acid to Acetic Acid and 1,2-Propanediol by Lactobacillus buchneri, Applied and
Environmental Microbiology, Jan. 2001, p 125-132
Fritz T., Banemann D., Engler N., Nelles M., Fricke K., Möglichkeiten und Grenzen zur Bestimmung von Biogaserträgen aus
Energiepflanzen nach VDI 4630, 1. Rostocker Bioenergieforum Tagungsbeitrag
DLG-Richtlinien für die Prüfung von Siliermitteln auf DLG-Gütezeichen-Fähigkeit Stand 12/06
Honig H., Evaluetion of aerobic Stability, 1990, Grovefoder, Grass and Foragereports, Proceedings of the Eurobac Converence
12-16 August 1986, Uppsala Schweden, 3, 76-82
Weißbach F., Die Korrektur des Trockensubstanzgehaltes von Maissilagen als Substrate für Biogasanlagen, Landtechnik 2008
No.2, S. 82-83
Autorenanschrift
Dipl. –Ing. Dirk Banemann
Universität Rostock
Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät
Institut für Umweltingenieurwesen, Fachgebiet Abfall- und Stoffstromwirtschaft
Justus-von-Liebig-Weg 6, D-18059 Rostock
Seite 296
Bacterial contamination of milk from the milking environment
Jūratė Šiugždaitė, 1 Kristina Dargytė 1, Regimantas Šaulys 1 and Sabina
Mikulionienė 2
1
Department of Infectious Diseases, Lithuanian Veterinary Academy, Tilžės 18, LT47181,
Kaunas, Lithuania
2
Department of Crop Science and Animal Husbandry, Lithuanian University of
Agriculture, Studentų g. 11, LT – 53067, Akademija, Kauno distr., Lithuania
Introduction
Milk has outstanding nutritional quality but also an excellent medium for bacterial growth and an
important source of bacterial infection. To protect public health against milk-borne infections, there
are regulations that require proper hygienic handling of milk.
Raw milk as it leaves the udder of healthy cows normally contains very low numbers of
microorganisms. Microbial contamination of raw milk can occur from a variety of microorganism’s
sources. Milk residue left on equipment contact surfaces supports the growth of a variety of
microorganisms. Raw milk may be contaminated by a wide range of bacteria, including
enterotoxigenic Staphylococcus aureus, which is often involved in staphylococcal food poisoning,
Bacillus cereus and Escherichia coli (Riemann, Cliver, 2006). The presence of food borne pathogens in
milk is due to direct contact with contaminated sources in the dairy farm environment and to excretion
from the udder of an infected animal (Donkor et al. 2007). Enterobacteria are common
microorganisms found in an intestine of animal species, including cows. In most cases they are found
in the excrements, which are often located on the milking equipment. Therefore, milk can easily be
contaminated with Enterobacteriacea microorganisms.
Staphylococcus aureus – is one of the most common agents of food intoxication. Milk and dairy
products are often infected with Staphylococcus aureus enterotoxins (Morandi et al. 2007; Tirado,
Schimdt, 2005). Staphylococcus sp. can be found in milk from cows' udder, teats or teat channels,
especially if they contain purulent wounds. Microorganisms can also be transmitted via humans' hands
or nostrils (Normanno et al. 2005). Along with the thermal processing raw milk is regulated by
staphyloccocus that produce coagulation. Raw milk is not suitable for intaking in case the number of
staphyloccocus reach or extend 2x103 ksv/cm3 (HN 26:2006).
In general, the direct influence of natural inhabitants as contaminants in the total bulk milk count is
considered to be small, and most of these organisms do not grow competitively in milk. Of more
importance is the contribution of microorganisms from teats soiled with manure, mud, feeds, or
Seite 297
bedding (Siugzdaite et al. 2005). Potential environmental mastitis pathogens and/or similar
organisms can occur in milk as a result of other contributing factors such as dirty cows, poor
equipment cleaning and/or poor cooling (Costa et al. 1998). An increase in SCC can sometimes
serve as supportive evidence that a mastitis bacterium may have caused an increase in the bulk
milk bacteria count.
A total of 56 raw milk samples and 10 milk samples with increase somatic cell count were collected
from cow herd and 4 different milk collection stations. The samples were collected aseptically and
transported on ice to the laboratory analysis. Analysis of the milk samples was carried out in the
microbiology laboratory of the Infectious Diseases Department of the Lithuanian Veterinary Academy.
All of the milk samples (66) were placed on blood agar (BA) and nutritional agar (NA) (Oxoid,
England). Petri plates are cultivated in thermostat in 37ºC degree temperature for 24–48 hours. After
cultivation the colour, size, and the manifestation of colony are being tested. After the estimation was
processed, catalysis test was performed. Colonies that proved positive reaction were coloured
according to Gram (“Diagnostica Merck“, Germany). Afterwards the smear is being inspected with a
microscope. Staphylococcus aureus colonies are furtheron replanted into a selective environment –
Mannital salt agar (Oxoid, England). Then plates are cultivated in thermostat in 37ºC degree
temperature for 24–48 hours. Inherent Staphylococcus aureus colonies are replanted into DNase agar
(Liofilchem, Italy). Petri plates were incubated in a thermostat, in 37ºC degree temperature for 24–48
hours. Rehidrated rabbit plasma coagulation reaction (Liofilchem, Italy) was parallelly performed with
inherent colonies. In addition, “Staphytect Plus“test (Oxoid, England) was held to identify pathogenic
staphylococcus. „Beta Lactamase Test sticks“test (Liofilchem, Italy) was performed to identify
Staphylococcus aureus β lactamase. All of the milk samples (66) were placed on Drigalsky agar
(carbohydrate lactosis) (Oxoid, England). Petri plates are cultivated in thermostat in 37ºC degree
temperature for 24–48 hours. After the cultivation, grown colonies were estimated. Inherent colonies
were coloured according to Gram (“Diagnostica Merck“, Germany). Afterwards the smear is being
investigated with a microscope. In order to investigate lactose ferment and non-ferment
microorganisms, colonies were replanted in MacConkey agar (Oxoid, England). Petri plates were
cultivated in thermostat in 37ºC degree temperature for 24–48 hours. Furtheron the morphology of
the colonies as well as the reaction on the MacConkey agar are being tested. In order to identify
enterobacteria, “EnteroPluri“test (Liofilchem, Italy) was performed. After 24 hours the changing of the
colour was estimated, as well as types of microorganisms. The aim of dispersive analysis (ANOVA)
was to investigate Staphylococcus aureus, cow species, lactations and the amount of time a milkmaid
needs to prepare the cow for milking, which influence the quality and the quantity of milk, its fatness,
albumen, somatic cells count (SCC) and lactose. For this reason statistic models were composed.
Staphylococcus aureus, species, lactose and the preparation of milkmaid were estimated, aiming to
measure the influence made to cow's productivity and qualitative rates of milk. Data of the research is
reliable when p < 0.05, p < 0.001 and p < 0.001. Reliability of arithmetic average differences was
estimated according to Stjudent (Juozaitienė, Kerzienė, 2001). Chi kvadrat criterion was calculated to
estimate the correlation between the analyzed rates. Research data was processed with WinExcel.
Seite 298
Results
It was estimated, that the main pathogen in milk with increase somatic cell count was Staphylococcus
aureus (50%), which produced majority of damages.
Preliminary Staphylococcus aureus diagnosis was made from the primary culture on the basis of
characteristic colony morphology and haemolysis of the colonies. Double haemolysis and the yellow
colour of the colony are quite clear signs of Staphylococcus aureus. In gram-staining, small grampositive cocci are seen in irregular clusters individually or in pairs. Young cells stain strong purple, but
in old cultures also gram-negative cocci are seen. In addition to staining, catalase and coagulase tests
are usually need for identification. All isolates of staphylococci strains were positive for the for catalase
and coagulase tests. The coagulase test was used to determine the ability of bacteria to produce the
coagulase enzyme. Additional commercial test –“Staphytest Plus“on isolates identification was used.
With this test the presence of an additional virulence factor- protein A can be shown.
According our data the presence of Staphylococcus aureus in milk was associated with the time
needed for the milkmaid to prepare cow for milking (p< 0.001) and with the increase of somatic cell
counts (p<0.01). Cow species and lactation of Staphylococcus aureus do not effect the abovementioned. The investigations proved that the amount of lactose (25.8%) found in milk is affected by
cow species (p < 0.05). Increase of SCC (41.6%) has influence for time needed to the milkmaid
prepare cow for milking (p< 0.01).
Most of the microorganisms identified in raw milk were enterobacteria – 38% (Figure 1). The isolated
coliforms were gram-negative, also for the oxidase negative. Enteropluri test helped to identify
species of enterobacteria found in the milk: Pantoea agglomerans, Serratia marcescens, Edwardsiella
tarda and Proteus mirabilis.
Occurrence of microorganisms in raw and mastitic milk
samples
60%
50%
40%
Staphylococcus aureus
30%
Enterobacter spp.
Other
20%
10%
0%
Raw milk
Mastitic milk
Figure 1. The microorganisms isolation from cows raw and mastitic milk
Seite 299
Discussion
Researches proved that the dominant microorganism found in mastitic cow milk is Staphylococcus
aureus (50%). Milk and dairy products are frequently contaminated with enterotoxigenic
Staphylococcus aureus, which is often involved in staphylococcal food poisoning. According to Jofee
and Baranovičs (2006) 95% per cent of all the cases are caused by Staphylococcus aureus,
Streptococcus agalactiae. Extracted staphylococcus comprised 100% of BA hemolysis, coagulated
rehidrated plasma of a rabbit. None of the staphylococcus extracted produced ferment beta
lactamase.
Raw milk could be infected with pathogenic microorganism by the milkmaid, who failed to keep up to
sanitary and health regulations. Such presumption could be made taking into consideration the
correlation between Staphylococcus aureus and chemical-quantative rates of the milk, which were
estimated according to Stjudent criterion. Completed calculations proved the intense correlation
between Staphylococcus aureus and the time needed to prepare a cow for milking.
In addition, the existence of Staphylococcus aureus is closely connected to SCC. Large number of
somatic cells proves that cow might be infected with clinical form of mastitis; therefore
Staphylococcus aureus microorganisms cross the production of milk (Haveri et al., 2005). Completed
calculations according to Chi kvadrat criterion proved that the presence of S. aureus in milk as well as
cow's specie and its lactation has nothing to do with each other. Disperse analysis (ANOVA) proved
that cow specie influences the amount of lactose found in cow's milk by 25.8%. The increase of SCC
(41.6%) is influenced by the time needed to prepare the cow for milking.
Donkor et al. (2007) proved that alongside with pathogenic staphylococcus, pathogenic enterobacteria
are found (38%). The mount of enterobacteria found in milk is influenced by lack of hygiene and
sanitary regulations. Donkor et al. (2007) identified 35.5% of enterobacteria found in milk samples.
Costa et al., (1998) state that enterobacteria cross daily food via environment. Poorly washed dishes,
milk cans, milking machines, poor cleaning of the udder, as well as poor sanitary regulation condition
microorganisms to get into milk (Liaw et al. 2001).
Conclusion
The results obtained in this study demonstrated that bacteria are spread from cow to cow and to raw
milk, through deficiencies in the procedure of milking, equipments, poor sanitation of milking
environments.
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Jūratė Šiugždaitė
Lithuanian Veterianry Academy
Department of Infectious Diseases
Tilžės 18, LT-47181, Kaunas, Lietuva
Seite 301
Concentration of heavy metals (Pb, Cd, Cr, Ni) in soil and grass
along the main roads in Lithuania
Dalia Matyžiūtė-Jodkonienė1, Stasys Juknevičius2 and Laimis Jodkonis3
1
Lithuanian Veterinary Academy, Kaunas
2
Lithuanian University of Agriculture, Kaunas
3
National Food and Veterinary Risk Assessment Institute, Kaunas
Introduction
Recently the problem of environment contamination becomes especially important, as it transforms
from local level into regional and gradually turns into global issue (Juknys, 1994; Kuiters, 1996;
Medvedev, 1999; Lopez Alonso et al., 2000). Rapid urbanization, unregulated industrialization,
growing transport intensity and agricultural activities have created a problem of heavy metal (HM)
contamination worldwide. According to the Korte index which expresses hazard to environmental
quality, HMs are among such major problems as contamination with pesticides, acid rain, oil spills,
chemical fertilizers and noise (Stravinskienė, 2005). HMs are long-term contaminants with the ability
to accumulate in soil and plants and have no natural way to be removed (White et al., 2002). Most
hazardous are toxic HMs: lead (Pb), manganese (Mn), chromium (Cr), copper (Cu), nickel (Ni), zinc
(Zn), and their soluble compounds (Mažvila, 2001; Navas et al., 2005).
Number of cars in Lithuania increases day-after-day, so concentration of HMs in roadside soil
increases as well. Big amounts of HMs are dangerous to plants and animals. Wild animals can be
affected by enormous concentration of HMs and carcinogenic, mutagenic, gonadotrophic and
embryotoxic effect can be observed (Балтренас et al., 2003). However these effects can be
recognized after certain period of time. Acute course can be observed after high concentrations.
Central and peripheral nervous system disturbances, destruction of work of blood forming organs and
endocrine system can follow. HMs also have negative influence on reproductive function of animals
and people.
Recently there are enough data proving negative influence of contaminated soil to plants, animals and
human beings. Concentration of HMs in soil could be from 100 to 1000 times higher than natural
background in some regions of the Earth. As chloride ions, for example, can form complexes with
many cations such as Cd, Hg, Pb, Zn and Cu, so salting of roads for deicing purposes is an important
source of chloride ions and such complexes in roadside environment (Doner, 1978). Concentrations of
Pb and Zn are higher in grass of such soils also. According to Polish scientists concentration of Pb in
grass close to the main roads can be up to 250 mg per 1 kg of grass (Maciejewska, 2004).
There is an opinion that even low amounts of traffic emission pollutants can negatively affect the fish
organism, causing various disturbances in its health and wellbeing (Vosylienė et al., 2006). So,
monitoring of HMs in soil along the main roads in Lithuania is essential task to detect hazardous
places for plants and animals.
Seite 302
Aim of this research was to measure HM concentrations along main roads in Lithuania: in soil and in
grass.
For investigation eight main roads in Lithuania were chosen: Kaunas–Klaipėda, Kaunas–Vilnius,
Kaunas–Druskininkai, Kaunas–Zarasai, Kaunas–Marijampolė, Kėdainiai–Panevėžys, Panevėžys–Biržai
and Prienai–Alytus. Some soil samples were taken from the depth of 0–20 cm along roads Kaunas–
Zarasai, Kaunas–Druskininkai and Kaunas–Klaipėda with distances of less than 50, 50–200, 200–500
and more than 1000 meters from the road. Other samples were taken from the depth of 5–10 cm with
distances of 20 and 100 meters from the road. Soils were sandy loam, sandy clay loam, clay loam or
silty clay loam. Taking into account particular road, they were as follows: Kaunas–Klaipėda – Gleyic
Luvisols and Gleyic Albeluvisols, Kaunas–Vilnius – Haplic Luvisols, Kaunas–Druskininkai – Calcaric
Luvisols, Kaunas–Zarasai – Eutric Planosols, Kaunas–Marijampolė and Prienai–Alytus – Stagnic
Luvisols and Gleyic Luvisols, Kėdainiai–Panevėžys and Panevėžys–Biržai – Gleyic Cambisols.
Detail investigation of grass was carried out along highway Kaunas–Klaipėda. Mixture of grass was
collected in two directions from the road: South–East and North–West at distances 5, 15, 25, 50, 100
and 250 meters.
Mineralization of each sample and measurement of element concentrations was performed in 3
replicates. The average resulted values were evaluated by statistical parameters and unreliable results
were rejected. Element concentrations were calculated in dry plant matter dried at 105 °C (dry
matter).
The total concentrations of HMs (Cr – chromium, Cd – cadmium, Pb – lead and Ni – nickel) in soil and
grass samples were determined by flame atomic absorption spectrometry.
The average values of element concentrations in soils and grass were calculated using statistically
evaluated mathematical average values by means of statistical R package, version 2.0.1 (Gentlemen
et al., 1997).
Results
HM concentrations in surface soil (5–10 cm depth) of roadside up to 100 m were different. Intervals
for appropriate element were as follows: Cr – 15.4–21.4 mg/kg, Cd – 0.5–0.95 mg/kg, Pb – 10.7–21.3
mg/kg and Ni – 8.0–12.0 mg/kg (Table 1). The soil along the road Kėdainiai – Panevėžys was
contaminated most of all. It contains highest amounts of Cr, Cd and Ni. Moreover, concentrations of
HMs up to 20 m from road were high for all elements in comparison with concentrations of HMs in soil
at distance of 100 m from road. In comparison with other roads, there was no big relationship
between distance from road and decrease of HM concentrations. High concentrations of elements was
just for the road Kaunas – Vilnius in case of Cr, Cd and Pb and for the road Panevėžys – Biržai in case
of Cr, Cd, Pb and Ni (20 m from road). The soil of road Panevėžys – Biržai had the lowest
concentration of Cr, Cd and Ni (100 m from road).
Seite 303
Table 1. Concentration of heavy metals in surface soil (5–10 cm depth) of roadside up to 100 m
Road
Heavy metals, mg/kg
Distance from
road, m
Cr
Cd
Pb
Ni
20
20.1
0.80
21.3
12.5
100
19.6
0.75
15.0
12.5
20
18.3
0.75
20.4
11.5
100
17.9
0.75
13.4
10.0
20
19.2
0.5
18.3
10.5
100
17.6
0.76
11.2
12.0
20
21.4
0.95
18.4
12.0
100
17.3
0.85
10.7
10.5
20
16.3
0.55
17.5
8.7
100
15.4
0.5
10.8
8.0
20
18.3
0.85
18.0
10.0
100
18.6
0.8
10.8
10.5
100
3
100
75
Kaunas – Vilnius
Kaunas – Klaipėda
Kaunas – Marijampolė
Kėdainiai – Panevėžys
Panevėžys – Biržai
Prienai – Alytus
Permissible concentration*
* in accordance with the HN 60:2004.
mg/kg
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Cr1
Kaunas – Marijampolė
Cd2
Pb3
Kaunas – Vilnius
Kėdainiai – Panevėžys
Ni4
Panevėžys – Biržai
Prienai – Alytus
Figure 1. Average concentrations of HMs in soils along some main roads in Lithuania
Figure 1 shows average HM concentrations in soils along the main roads in Lithuania. There are no big
differences between all roads, however the soil of road Kaunas – Vilnius is polluted most of all in case
Seite 304
of Cr (19.85 mg/kg), Pb (18.15 mg/kg) and Ni (12.5 mg/kg). The highest concentration of Cd is in the
soil along road Kėdainiai – Panevėžys (0.9 mg/kg). The lowest concentrations of elements in soils
(100 m from road) were along the road Panevėžys – Biržai for Cr (15.85 mg/kg), Cd (0.525 mg/kg),
Pb (14.15 mg/kg) and Ni (8.35 mg/kg).
HM concentrations in soil of 0–20 cm depth (Table 2) show that high contamination is at distance of
50–200 m from main road. The most polluted soil is along the road Kaunas – Zarasai in case of Cr, Cd
and Ni. Soil along the road Kaunas – Klaipėda contains highest values of Pb. The lowest
concentrations of elements are in soil along the road Kaunas – Druskininkai for Pb and Ni at distance
of 200–500 m. For Cd the lowest concentration was along the same road but at distance of more than
1000 m. The lowest concentration of Cr in soil was along the road Kaunas – Zarasai at distance of
more than 1000 m.
Data received from the measuring of HM concentrations in grass along the highway Kaunas – Klaipėda
(Table 3) are very mixed. The highest concentration of Cr was detected in grass of reservation. Quite
big concentrations of Cd and Pb were found in grass 5 m from the road to the direction of South–East.
Also big concentrations of Cd were observed in grass 5 m from road to the direction of North–West.
High concentration of Cr and Ni were at distance of 50 m to the direction South–East and for Cr and
Pb – at distance 250 m from the road to the direction North-West.
Correlation between the distance from road and HM concentrations in grass was calculated. In most
cases it was negative. An exception was for Ni, in South–East direction and for Cr, Pb and Ni, in
North–East direction. The best reverse correlation was for Cd (directions South–West and North–
West). High positive correlation was observed for Cr in case of direction North–West. Correlation
between HM concentrations at different distances depending on directions was calculated also. A very
strong correlation was observed for Cd (r=1). However a reverse correlation was calculated for Cr
(r=–0.5029). Other correlations were not remarkable.
Table 2. Concentration of heavy metals in soil (0–20 cm depth) of territories along the main roads
Main road, locality
Distance from
road, m
Average concentration, mg/kg of soil
Cr
Cd
Pb
Ni
Kaunas – Zarasai
Staškūniškis
up to 50
13.2
0.5
9.9
11
Daugailiai
50–200
15.2
0.7
10.6
12.7
200–500
7.3
0.5
8.6
7.1
>1000
7.2
0.5
8.6
6.8
Anykščių
Utenos distr.
and
Kaunas – Druskininkai
Domantonys
up to 50
12.1
0.4
9
7.9
Raižiai
50–200
13.7
0.5
10
10.2
Punia,
200–500
8.4
0.4
7
4
>1000
8.9
0.3
7.1
6.1
Alytaus distr.
Žemaičių road
up to 50
8.7
0.5
14.8
8.3
Labardžiai
50–200
11.7
0.6
15.3
10.3
Rietavas,
200–500
7.8
0.4
12.4
7
>1000
9.4
0.5
13
7.7
Plungės distr.
Seite 305
Table 3. Concentration of heavy metals in grass along the highway Kaunas
– Klaipėda, mg/kg of dry matter
Distance from road
Cr
Permissible concentration*
Reservation
0.80
Cd
Pb
Ni
1
30
0.025
1.45
0.67
Direction South–East
5m
0.52
0.025
1.97
0.22
15 m
0.52
0.025
1.62
0.75
25 m
0.55
0.005
1.35
0.92
50 m
0.70
0.005
1.07
2.17
100 m
0.60
0.005
1.37
1.22
250 m
0.50
0.005
1.32
1.27
-0.2102
-0.5368
-0.3975
0.3238
Correlation
Direction North–West
5m
0.47
0.025
2.10
0.57
15 m
0.62
0.025
2.82
1.05
25 m
0.45
0.005
1.70
1.47
50 m
0.45
0.005
1.80
0.97
100 m
0.60
0.005
2.02
0.85
250 m
0.75
0.005
3.02
1.30
0.8047
-0.5368
0.5683
0.3588
Correlation
* According to the “Technical Regulation on Obligatory Safety Requirements for Products Intended for
Animal Feeding” (2006)
Discussion
According to the HM concentrations in roadside soils, roads Kaunas–Zarasai, Kėdainiai–Panevėžys and
Kaunas–Vilnius could be described as most polluted (Fig. 1). All HM concentrations in roadside soils
and grass were lower than maximum allowed concentrations in soil (in accordance with HN 60:2004)
or raw feedingstuff for Pb and Cd (in accordance with the Technical Regulation on Obligatory Safety
Requirements for Products Intended for Animal Feeding). So, contaminated grass can not be very
dangerous for wild animals those graze close to the main roads in Lithuania. Quality of game animal
meat also should not be affected. Similar results were obtained by other authors (Балтренас et al,
2003), however some authors detected levels of HMs in roadside soil above maximum allowed limits
(Motuzas et al., 2001).
Seite 306
HM concentrations in roadside soils were different depending on distance from road and direction
where samples were taken (Table 1 and 2). It could be related to the clay amount in the soil as well
as other soil properties. As HMs are adsorbed by clay minerals, thus there is a direct relationship
between clay amount in soil and HM concentration (Gipiškis et al., 2007). Moreover HMs can
concentrate in pits, where they are brought by rain waters. Direction of winds also could have
influence on distribution of HMs in the investigated territory. Substances emitted are exposed to
various aerodynamic and gravitation forces resulting in their separation and, depending on their
physical and chemical properties, they settle selectively on the soil surface at different distances from
the road surface. The main concentration of heavy metals is settling on the soil surface in the narrow
limited zone of the highway itself, its slopes and ditches (Baltrėnas et al., 2003; Kliaugienė et al.,
2003).
However high concentrations of Pb in roadside soils were not far from main roads – up to 20 m.
Grigalavičienė and Rutkovienė (2006) noticed that concentration of Pb in roadside soil is the highest at
distance of 5–10 m from road and then concentration decreases. Similar observations were during
investigation of Via-Baltica (Балтренас et al., 2003).
According to the received data Cd concentrations in roadside soils and plants are the highest at
distance from 5 m to 20 m from road. Grigalavičienė and Rutkovienė (2006) also identified that Cd
concentration in plants at distance of 5–10 m from road is the highest.
Own investigations and results of other authors show variability of HM concentrations in roadside soils
even along the same road. It means that contamination of soils and grass varies every year
(Antanaitis, 2006), so it is advisable to monitor HM concentrations every year.
Conclusions
1. Concentrations of heavy metals in the investigated roadside soils and grass were lower than
maximum allowed concentrations in soil (in accordance with HN 60:2004) and in grass for Pb and Cd
(in accordance with “Technical Regulation on Obligatory Safety Requirements for Products Intended
for Animal Feeding”, 2006).
2. According to the heavy metal concentrations in roadside soils, roads Kaunas–Zarasai, Kėdainiai–
Panevėžys and Kaunas–Vilnius could be described as most polluted.
3. Correlation between the distance from road Kaunas–Klaipėda and Cr, Pb and Ni concentrations in
grass is positive (respectively 0.8047, 0.5683 and 0.3588) in case of North–West direction.
4. Concentrations of Cd and Pb in grass along the highway Kaunas–Klaipėda are much lower than
permissible concentrations indicated in the “Technical Regulation on Obligatory Safety Requirements
for Products Intended for Animal Feeding” (2006) and can not be hazardous to animals.
5. As heavy metal concentrations in soils and grass varies every year, so it is advisable to monitor
them annually.
Summary
High concentrations of heavy metals have negative influence on live organisms. So, concentrations of
some heavy metals (lead (Pb), cadmium (Cd), chromium (Cr) and nickel (Ni)) were measured in
roadside soils and grass along the main roads in Lithuania: Kaunas–Klaipėda, Kaunas–Vilnius, Kaunas–
Druskininkai, Kaunas–Zarasai, Kaunas–Marijampolė, Kėdainiai–Panevėžys, Panevėžys–Biržai and
Seite 307
Prienai–Alytus. Soil samples were taken from 0 cm to 20 cm of depth at distances of less than 50, 50–
200, 200–500 and more than 1000 meters from the road; grass – at distances 5, 15, 25, 50, 100 and
250 meters from road. All concentrations of heavy metals in roadside soils and grass were lower than
maximum allowed concentrations in soil (in accordance with Lithuanian hygiene norm HN 60:2004).
They were different depending on distance from road and direction where samples were taken.
Decrease of concentrations of heavy metals in roadside soils depending on distance from road was
observed for Pb and Cd. The highest concentrations of Cr in grass along the highway Kaunas–Klaipėda
was detected in grass of reservation. Quite big concentrations of Cd and Pb were found in grass 5 m
from the highway. Contamination of soils and grass varies every year, so it is advisable to monitor
concentrations of heavy metals every year.
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Author
Dr. Dalia Matyžiūtė-Jodkonienė
Lithuanian Veterinary Academy
Tilžės g. 18, LT-47181 Kaunas
Seite 308
Tierernährung und Umwelt / Animal Nutrition and Environment
Erzeugung von Lebensmitteln tierischer Herkunft und
Treibhausgase – Nutztiere als „Mittäter“ und „Opfer“
G. Flachowsky und S. Dänicke
Einleitung
Ansteigende Erdbevölkerung (auf ≈ 140 %) und höhere Einkommen in vielen Ländern werden bis zum
Jahre 2050 etwa zu einer Verdopplung des Verbrauches an Lebensmitteln tierischer Herkunft führen
(auf 180 % bei Milch) bzw. 203 % bei Fleisch; Tab. 1)
Tabelle 1: Herausforderungen für die Tierproduktion bis 2050 (Steinfeld et al. 2006)
gegenwärtig
Prognose
für 2050
Menschen auf der Erde (Mrd.)
Fleischproduktion
(Mio
t)1)
Milchproduktion (Mio t)
1)
6,5
229
580
9,0
465
1043
Anstieg in %
(zu gegenwärtig)
138
203
180
Schlachtkörpermasse
Die Ursachen für diesen Anstieg sind neben dem Wachstum der Erdbevölkerung vor allem im hohen
Genusswert von Milch, Fleisch, Eiern und Fisch und den höheren Einkommen in vielen Ländern (s.
Delgado et al. 1999, Keyzer et al. 2005) zu suchen. Diese Entwicklung stellt gewaltige Anforderungen
an die Pflanzenzüchtung, den Pflanzenbau sowie die Konvertierung der Futtermittel in Lebensmittel
tierischer Herkunft und hat erhebliche Konsequenzen für klimarelevante Emissionen. In Tabelle 2 sind
die erforderlichen Nahrungsmengen dargestellt.
Nutztiere als „Mittäter“
Zur Bewertung der Einträge (Inputs) in die und der Austräge (Outputs) aus der Nahrungskette ist eine
umfassende Quantifizierung notwendig (Abb. 1). Auf der Basis derartiger Daten können
Schlussfolgerungen bezüglich Ressourceneffizienz sowie „Mittäterschaft“ und „Opfer“ Lebensmittel
liefernder Tiere in Verbindung mit Treibhausgasen abgeleitet werden.
Seite 309
Tabelle 2: Erforderliche Nahrungsmengen für Menschen und Tiere sowie notwendiger Flächenertrag
(eigene Kalkulation)
Mensch/Tier
Anzahl
(Mrd.)
Menschen
Großtiere
Rinder/Büffel/Pferde/Kamele
Kleinwiederkäuer
Schweine
Geflügel
Verbrauch (Verzehr)
in Trockensubstanz (T)
(kg/Tag)
(Mrd. t/Jahr)
6,5
0,45
1,1
1,6
1,8
8
1
4,6
0,7
0,95
18,5
1
0,07
0,35
0,45
Verbrauch Futtermittel, gesamt
gegenwärtig
2050
Erforderlicher Flächenertrag
6,1
≈ 12?
1,3
2,6
(bei 1,5 Mrd. ha Ackerfläche und
3,3 Mrd. ha Grasland; in: t T/ha
Eintrag
(Input)
Dünger,
Kraftstoff,
Pflanzenschutzmittel,
Saatgut,
Wasser
Kraftstoff,
Elektroenergie
Kraftstoff,
Elektroenergie
Kraftstoff,
Elektroenergie
(CO2)1)
Kettenglieder
Austrag an
klimarelevanten
Gasen
(Output)
Futtermittel,
Ernte,
Lagerung
Boden/
Pflanze
CO2
N2O
1)
CO2
Mischfutter,
Nebenprodukte
CO2
Kraftstoff,
Elektroenergie
Lebensmittel
tierischer Herkunft
Mensch
Exkremente
Biogas,
Dünger
Tier
CH4 (CO 2)1)
CH4
N2O
CO2
CH4
CO2 wird durch die Photosynthese gebunden und durch Umsetzungen im Tier
freigesetzt, es wird als emissionsneutral betrachtet.
Abbildung 1: Wesentliche Elemente des Nahrungskettengliedes bzw. -netzwerkes „Lebensmittel
tierischer Herkunft“ sowie ausgewählte Einträge von Ressourcen und Austräge von klimarelevanten
Gasen
Seite 310
Dabei fallen nicht nur Methan (CH4) und Stickstoff-Verbindungen als direkte klimarelevante Austräge
der Nutztiere an, sondern entlang der Nahrungskette entsteht aus Bestriebsmittel-bedingtem Inputs
auch Kohlenstoffdioxid (CO2, Abb. 1). Durch Lebensmittel liefernde Tiere, vor allem durch
Wiederkäuer, wird Methan (Treibhausgasgefahr: 23 x CO2), vor allem im Rahmen der Umsetzungen
im Vormagensystem gebildet. Die anfallende Methanmenge hängt u.a. von Tierart, Höhe der
Futteraufnahme, Rationsgestaltung und weiteren Einflussfaktoren ab. Im Mittel können 20 – 25 g
CH4/kg Futtertrockensubstanzaufnahme erwartet werden (s. Flachowsky und Brade 2007). Das von
den Tieren ebenfalls ausgeschiedene CO2 wird als emissionsneutral eingeschätzt (s. Abb. 1). Stickstoff
(N) wird in unterschiedlicher Form (Harnstoff, Protein-gebunden, Harnsäure u.a.) ausgeschieden;
Klimarelevanz erlangt vor allem das in unterschiedlichem Umfang gebildete Lachgas (N2O; 0,5 – 10 %
der N-Ausscheidung, Treibhausgasfaktor: ≈ 300 x CO2, IPCC 2006). Neben der Tierart hängt die
ausgeschiedene Stickstoffmenge von der Höhe der Proteinversorgung (Überschüsse vermeiden) und
dem Leistungsniveau ab. Selbst bei hohen Leistungen der Nutztiere werden über 50 % des
aufgenommenen Stickstoffs in den Exkrementen ausgeschieden (Tab. 3).
Tabelle 3: Produktion von essbarem Protein tierischer Herkunft mit verschiedenen Tierarten/kategorien und N-Ausscheidung in Abhängigkeit von der Leistungshöhe
Kennzahlen der
Futteraufnahme
Essbare
Fraktion
(%)
Proteingehalt
in der
essbaren
Fraktion
(g/kg
Frischmasse)
90/10
75/25
50/50
95
2
2,5
80/20
50/50
500 g LMZ1)
1000 g LMZ
1500 g LMZ
6,5
7
7,5
Mastschwein (80 kg)
500 g LMZ
700 g LMZ
900 g LMZ
Mastküken (1,5 kg)
Legehenne (1,8 kg)
Eiweißquelle
(Lebendmasse)
Leistung
je Tag
Höhe
(kg
T/Tag)
Grundfutter/
Kraftfutterverhältnis
(auf T-Basis, %)
Milchkuh (650 kg)
10 kg Milch
20 kg Milch
40 kg Milch
12
16
25
Milchziege (60 kg)
2 kg Milch
5 kg Milch
Mastrind (350 kg)
1)
Essbares Protein
N-Ausscheidung
g/Tag
g/kg
Lebendmasse
kg/kg
essbares
Protein
Prozent
der NAufnahme
34
323
646
1292
0,5
0,9
2,0
0,65
0,48
0,35
75
70
65
95
36
68
170
1,1
2,8
0,40
0,23
70
60
95/15
85/15
70/30
50
190
48
95
143
0,12
0,24
0,36
2,5
1,6
1,2
90
84
80
1,8
2
2,2
20/80
10/90
0/100
60
150
45
63
81
0,55
0,8
1,0
0,8
0,7
0,6
85
80
75
40 g LMZ
60 g LMZ
0,07
0,08
10/90
0/100
60
200
4,8
7,2
3,2
4,8
0,4
0,3
70
60
50 % LL2)
70 % LL
90 % LL
0,10
0,11
0,12
20/80
10/90
0/100
95
120
3,6
5,1
6,6
2,0
2,8
3,7
0,6
0,35
0,2
80
65
55
Lebendmassezunahme
2)
Legeleistung
Bewertung der Emission (CO2Äq-Footprints)
Durch CO2-Footprints (CO2-Fußabdrücke unter Berücksichtigung der klimarelevanten Emissionen, CO2,
CH4 und N2O) wird eine vergleichende Bewertung verschiedener Produkte (s. Tab. 3) und
Erzeugungsformen sowie eine Sensibilisierung von Erzeugern und Verbrauchern zur weiteren
Minimierung der Ausscheidungen von Treibhausgasen angestrebt (s. Flachowsky und Meyer 2008).
Die CO2-Footprints hängen von verschiedenen Einflussfaktoren ab (z.B. Futterbau, Methan- und
Lachgasbildung sowie Leistungshöhe der Tiere). Dabei ist einzuschätzen, dass infolge der Vielzahl der
Seite 311
Einflussfaktoren derartige Angaben gegenwärtig wenig belastungsfähig sind (s. auch Flachowsky und
Meyer 2008).
Tabelle 4: N- und CH4-Ausscheidungen sowie CO2-Äquivalente je kg essbares Protein tierischer
Herkunft bei verschiedenen Proteinquellen und Leistungshöhen (s. Flachowsky und Meyer 2008)
Ausscheidung (kg/kg essbares Protein)
Leistungshöhe
(je Tag)
N
P
CH4
CO2Äquivalente
10 kg
20 kg
40 kg
0,65
0,44
0,24
0,10
0,06
0,04
1,0
0,6
0,4
30
16
12
Rindfleisch
1000 g
1500 g
1,3
1,0
0,18
0,14
1,5
1,2
55
35
Schweinefleisch
700 g
900 g
0,7
0,55
0,10
0,08
0,08
0,05
12
10
Geflügelfleisch
40 g
60 g
0,35
0,25
0,04
0,03
0,01
0,01
4
3
Eier
70 %
90 %
0,4
0,3
0,07
0,05
0,02
0,02
5
4
Proteinquelle
Milch
Eine vergleichende Gegenüberstellung der CO2Äq-Footprints für die verschiedenen Proteinquellen
tierischer Herkunft auf der Basis von essbarem Protein verdeutlicht, dass Milch und Rindfleisch infolge
der Methanemission beim Wiederkäuer höhere Werte aufweisen als Proteinquellen von
Nichtwiederkäuern (Tab. 4).
Aus globaler Sicht wird eingeschätzt, dass nahezu ein Drittel der Treibhausgasemissionen (13,4 Mrd. t
CO2Äq) auf die Landwirtschaft entfallen (Tab. 5). Der Anteil der Nutztiere an den Treibhausgases aus
der Landwirtschaft dürfte etwa die Hälfte betragen. Gegenwärtig wird die jährliche Zuwachsrate an
CO2-Äquivalenten weltweit mit ≈ 1 Mrd. t angegeben (Isermeyer et al. 2008). Diese Situation
unterstreicht die Notwendigkeit, Reduzierungspotenziale zu erkennen und umzusetzen (s. Lebzien und
Flachowsky 2008).
Tabelle 5: Treibhausgasemissionen, global (Isermeyer et al. 2008)
Region
Welt
davon Landwirtschaft
Seite 312
CO2 Äquivalente (Mrd t/Jahr)
Gesamt
in %
CO2
CH4
N2O
31,9
6,0
3,1
41,4
100
7,6
3,1
2,6
13,4
32
Nutztiere als „Opfer“
Es steht außer Frage, dass bei den stattfindenden bzw. zu erwartenden Klimaveränderungen, wie
beispielsweise:
Ansteigende Temperatur (≈ 1oC im 20. Jahrhundert in Deutschland, DWD 2008; global: 0,74oC),
Höhere CO2-Konzentration in der Atmosphäre (Anstieg z.Z. ≈ 2 ppm CO2/Jahr, IPCC 2006),
Anstieg des Meeresspiegels (1,8 mm/Jahr im Zeitraum 1961 – 2003; 3,1 mm/Jahr im Zeitraum
1993 – 2003; IPCC 2006),
•
Zunehmende Witterungsumbilden (Unwetter, Starkregen, Sommertrockenheit u.a.).
erhebliche Auswirkungen auf Futterwirtschaft und Tierproduktion haben werden. Die Konsequenzen
der Klimaveränderungen für die Nutztiere sind im Einzelfall noch nicht vorhersehbar. Sie müssen auch
nicht immer eindeutig negativ sein, wie häufig postuliert wird. Beispielsweise kann die höhere
CO2-Konzentration in der Atmosphäre bei ausreichender Wasser- und Düngerbereitstellung zu höheren
Erträgen bei Getreide führen (Tab. 6), da CO2 wichtiger Pflanzennährstoff für die Photosynthese ist.
•
•
•
Nachfolgend werden zu erwartende Auswirkungen auf Futterwirtschaft und Tierproduktion aufgelistet:
-
Auswirkungen auf Futterwirtschaft
Ertragsverluste bis –ausfälle bei Trockenheit und/oder Unwetter
Ertragssteigerung bei optimalen Bedingungen (z.B. Wasser, Dünger)
Anderes Befallsmuster durch Schädlinge, weiteres Vordringen von Schädlingen in den Norden
Zusammensetzung und Futterwert der Futtermittel, evtl. stärkere Lignifizierung, größeres oder
kleineres Endopserm (Schmachthorn) in Samen
•
Andere Futterpflanzen
•
Konsequenzen für Futtervorratswirtschaft (z.B. mehrjährige Vorräte bei Ertragsausfall)
•
•
•
•
-
Ausgewählte Auswirkungen auf Tierproduktion
Konsequenzen höherer Temperaturen auf Futteraufnahme und Leitung der Tiere,
Ausreichende Tränkewasserbereitstellung (z.B. + 2l je Milchkuh und Tag je 1oC höhere
Temperatur; Meyer et al. 2004)
•
Kühlung im Stall, am Tier; Dachbegrünung u.a.
•
Weiterentwicklung von Fütterungs- und Haltungssystemen
•
Auftreten neuer bzw. bisher in Mitteleuropa nicht oder kaum auftretender Tierkrankheiten
•
Herausforderung für Tierzüchtung, bessere Anpassung der Tiere.
•
•
Tabelle 6: Einfluss erhöhter CO2-Gaben (555 gegenüber 360 ppm) und unterschiedlicher N-Düngung
auf Ertrag und Proteingehalt der Körner von Wintergerste und Winterweizen (Effekte bei 360 ppm CO 2
=ˆ 100 %; Weigel und Manderscheid 2005)
N-Düngung (kg/ha)
Wintergerste
132
264
Kornertrag
+ 13,0
+ 12,0
Proteingehalt
- 12,1
- 13,0
Kornertrag
+ 7,8
+ 15,6
Proteingehalt
- 11,2
- 4,5
Winterweizen
Seite 313
Forschungsbedarf und Schlussfolgerungen aus der Sicht der
Tierproduktion
Aus Sicht der Tierproduktion können u.a. folgender Forschungsbedarf sowie entsprechende
Schlussfolgerungen für eine effiziente Ressourcennutzung, die Reduzierung der Emissionen und die
Anpassung an eintretende Klimaänderungen abgeleitet werden:
-
Effizienzsteigerungen in allen Gliedern der Nahrungskette (s. Abb. 1) mit dem Ziel der Erhöhung
der Leistung und der Verminderung der Tierzahlen (global)
•
Fossile Energie
•
Wasser
•
Fläche
•
Begrenzt verfügbare Rohstoffe (z.B. Phosphor)
-
Reduzierung der CH4- und N-Austräge durch zootechnische Maßnahmen (Tierernährung,- haltung,
-züchtung, Exkrementmanagement u.a.)
-
Bessere Quantifizierung der Ein- und Austräge in die Nahrungskette (s. Abb. 1)
-
Spezifische Fragen zur besseren Quantifizierung der Zusammenhänge:
CO2


CH4
N2O

Prüfung und Überführung von Möglichkeiten zur Reduzierung der Methanbildung

Senkung der N-Ausscheidungen bei Lebensmittel liefernden
Tieren, Bedarfsdeckung „auf den Punkt“
Erfassung der N2O-Bildung in Abhängigkeit von verschiedenen Einflussfaktoren

Insgesamt
Verbesserung der Kenntnisse über Energieeinsatz bzw.
CO2-Austrag bei der Futtererzeugung (Pflanzenschutzmittel, Zusatzstoffe, u.a.),
Transport, Lagerung, Tierhaltung u.a.
Bewertung des Energieeinsatzes für die Aufbereitung von Nebenprodukten und
Futterbehandlungsverfahren


Betrachtung von komplexen Systemen (z.B. Rind als Milchund Fleischlieferant)
Life Cycle Assessments (Ökobilanzen) entlang der gesamten
Nahrungskette (-netzwerkes)
-
Konsequenzen der globalen Entwicklungen (steigender Bedarf an Nahrungsmitteln,
Rohstoffverbrauch für Bioenergie u.a.) auf die Intensität der heimischen Agrarproduktion, die
Bedeutung der Biotechnologie sowie der Ressourceneffizienz
-
Umfassende Bewertung zu erwartender Klimaänderungen auf Futterbau, Futterwert und
praktische Fütterung (Klimafolgenforschung)
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Autorenanschrift
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Bundesallee 50, 38116 Braunschweig
Seite 315
Zur Bewertung des Methan-Reduzierungspotenzials von
Futtermitteln und –zusatzstoffen im Pansen
P. Lebzien und G. Flachowsky
Einleitung
Im Jahre 1884 hat erstmals Tappeiners in der Zeitschrift für Biologie auf die Methanbildung unter
anaeroben Verhältnissen hingewiesen (zitiert nach Kellner 1905). Kellner (1905) und andere Klassiker
der Tierernährung (z.B. Fingerling, Kühn, Zuntz) beklagten bereits vor mehr als 100 Jahren die
Methanverluste im Pansen, die sie mit ≈ 10 % der nutzbaren Energie bezifferten. Zu diesen Klagen
vergangener Jahre über Energieverluste gesellte sich in den letzten Jahren die Diskussion über die
klimarelevante Wirkung des Methans (CH4; etwa 23 x so hoch wie CO2; IPCC 2006). Methan entsteht
als unvermeidbares Nebenprodukt der mikrobiellen Umsetzungen vor allem im Verdauungstrakt der
Wiederkäuer (Abb. 1). Im Mittel werden etwa 6-8 % der aufgenommenen Bruttoenergie als Methan
abgegeben, im Extremfall können es 2-15 % sein (s. Tab. 1). Bei Nichtwiederkäuern sind diese
Mengen deutlich geringer. Bezogen auf die verzehrte Futtertrockensubstanz werden bei Wiederkäuern
im Mittel 20-25 g CH4/kg T ausgeschieden (Tab. 1).
Tabelle 1: Methanausscheidungen verschiedener Tierarten (Literaturauswertung)
Methanausscheidung in %
g/kg T-Aufnahme
der
Bruttoenergieaufnahme
Mittelwerte und (Variationsbreite)
Wiederkäuer
6 bis 8 (2 bis 15)
20 bis 25 (10 bis 40)
Pferde
2 bis 3 (1 bis 5)
6 bis 8 (2 bis 12)
0,5 (0 bis 2)
2 bis 3 (0 bis 8)
Schweine
1)
1)
Höchste Werte bei güsten Sauen, geringste Werte bei Ferkeln
Über die Quellen und Wege der Methanbildung sowie Faktoren, die diese beeinflussen, wurde bereits
wiederholt berichtet (z.B. Rouviere und Wolfe 1988, van Soest 1994), so dass an dieser Stelle nicht
darauf eingegangen werden soll.
Seite 316
Methan stellt, wie bereits erwähnt, nicht nur einen Energieverlust für die Nutztiere und somit auch
einen ökonomischen Verlust für den Tierhalter dar, sondern hat wegen seines hohen
Treibhauspotenzials auch erhebliche Klimarelevanz. Diese Bedeutung beruht auf der Verminderung
der Leitfähigkeit der Atmosphäre und damit der geringeren Möglichkeit zur Wärmeabstrahlung. Global
wird jährlich mit einem Methanfall von ≈ 260 Mio. t (≈ 6 Mrd. t CO2Äq) kalkuliert, von denen ≈ 86 Mio.
t/Jahr (33 %) den mikrobiellen Umsetzungen in den Verdauungsräumen der Tiere und dabei vor allem
der Wiederkäuer zugeschrieben werden (Steinfeld et al. 2006). Insgesamt werden die weltweit
anfallenden CO2Äq-Mengen mit 41,4 Mrd. t angegeben, von denen 13,4 Mrd. t (32 %) auf die
Landwirtschaft bzw. 3,1 Mrd. t CO2Äq auf Methan aus der Landwirtschaft entfallen sollen (Isermeyer et
al. 2008). Andererseits haben die Wiederkäuer weltweit sowohl als Nahrungslieferanten, als auch als
Zug- und Tragetiere, als Lieferanten von Bekleidungsrohstoffen sowie für viele andere Funktionen und
als Nutzer von vegetativen Pflanzenbestandteilen (überwiegend β-gluc. gebundene Kohlenhydrate und
somit keine Nahrungskonkurrenz zum Menschen und zum Nichtwiederkäuer) eine herausragende
Bedeutung (s. Potenziale in Abb. 1). Unter Berücksichtung dieser Situation sollten die Vorteile des
Wiederkäuers und seiner Vormagenfermentation maximal genutzt und die Grenzen/Nachteile
minimiert werden. Für die Forschung resultiert daraus vor allem die Frage nach einer nachhaltigen
Verminderung der Methanemission aus dem Pansen.
Potenziale
Akteure
Bakterien (≈ 1010ml -1
≈ 200 Spezies )
Protozoen (≈ 106 ml -1
≈ 25 Gattungen )
Zellwandabbau
Proteinsynthese
Vitaminbildung
Abbau unerwünschter Stoffe
Grenzen
Zucker-, Stärke- und
Proteinabbau
Energieverluste
Methanbildung
Anaerobe Pilze (≈ 8 %
der mikrobiellen Biomasse
im Pansen , 5 Gattungen)
Weitere Akteure
Archaen (Methanogene)
Bakteriophagen
Abbildung 1: Potenziale, Grenzen und ausgewählte Akteure im Pansen
Methan-Reduzierungspotenziale
Die Fachdisziplin Tierernährung verfügt über ein umfangreiches Instrumentarium zur Reduzierung des
Methananfalls bei Wiederkäuern, über das kürzlich wiederholt berichtet wurde (z.B. Flachowsky und
Brade 2007, Flachowsky und Lebzien 2007, Jouany 2008, Kebrab et al. 2006, Kreuzer und Soliva
2008, Soliva 2008).
Seite 317
Tabelle 2: Ausgewählte Fütterungsmaßnahmen zur Reduzierung der Methanbildung
Bedeutung für
Mitteleuropa
Einschätzung
des
Forschungsbedarfes
stärkereiche)
Weitgehend ausgeschöpft
~
Einsatz von Futterfetten bzw. Fettsäuren bzw.
Ölsaaten
Weitgehend ausgeschöpft
(↑)
Maßnahme
Kraftfutterreiche (zellwandarme,
Rationsgestaltung
Einsatz von Futterzusatzstoffen
•
Halogenverbindungen
In EU nicht erlaubt
~
•
Ionophore (z.B. Monensin)
In EU nicht erlaubt
↑
•
Einsatz wasserstoff-bindender Substanzen
mit Energielieferung für Wiederkäuer
(z.B. Fumarsäure, Acrylsäure)
Einsatz von phytogenen Zusatzstoffen bzw.
Futterpflanzen mit diesen Substanzen
(z.B. Tannine, Saponine)
Weitere Zusatzstoffe, wie Hefen, Enzyme u.a.
z.Z. keine Bedeutung
↑↑
↑↑
↑
•
•
↑↑ hoher Forschungsbedarf, ↑ Forschungsbedarf (↑) geringer Forschungsbedarf ~ kein Forschungsbedarf
Möglichkeiten zur Bewertung des CH4-Reduzierungspotenzials
Die eingangs erwähnten Fakten haben weltweit zu umfangreichen Forschungen zur Reduzierung der
Methanemissionen geführt. Dabei stehen Futtermittelzusatzstoffe im Focus der Betrachtungen.
Beispielsweise wurde kürzlich eine spanisch-britische Studie publiziert (Bodas et al. 2008), in der die
Autoren 450 Pflanzen in getrockneter Form bezüglich ihrer antimethanogenen Wirkung in vitro
testeten. Dabei zeigte sich, dass 35 Pflanzen die Methanbildung um > 15 % und 6 Pflanzen um > 25
% mit keinen nachteiligen Effekten auf die Verdaulichkeit und die Bildung an flüchtigen Fettsäuren
reduzierten (Abb. 2).
Auch bei anderen Substanzen (s. Tab. 2) wurden vor allem in vitro-Studien zur Bewertung des CH4Reduzierungspotenzials herangezogen. Besonders wirksam zeigten sich dabei Halogenderivate, wie
z.B. CHCl3, aber auch CH2Cl2, CCl4, CH2BrCl sowie ein Halbacetal aus Chloral und Stärke (Trei und
Olson 1969, Trei und Scott 1971). Mit diesen Verbindungen ist eine völlige Hemmung der
Methanbildung möglich (Trei und Olsen 1969, Trei und Scott 1971). Dabei werden jedoch auch andere
Prozesse im Pansen beeinflusst. Außerdem sind Minderleistungen bei den Tieren zu erwarten, vor
allem verursacht durch Verzehrsdepressionen (Chalupa 1977, Trei und Scott 1971). Vergleichende
Studien von Moss und Givens (1997) zeigten nur einen losen Zusammenhang zwischen der
Methanbildung in vitro und in vivo (Abb. 3). Diese Feststellung trifft auch auf die Bewertung der
methanhemmenden Wirkung von Fumarsäure als Wasserstoffakzeptor bzw. Propionatvorstufe auf der
Basis von in vitro bzw. in vivo Versuchen zu (Abb. 4).
Seite 318
von flüchtigen Fettsäuren
Effekt auf die Produktion
Effekt auf Methan
Abbildung 2: Relative Veränderungen (Erhöhung bzw. Verminderung in % der Kontrollgruppe) in der
Methanproduktion (µmol/g T) und Produktion an flüchtigen Fettsäuren (mmol/g T) nach 24 h
Inkubation nach Zusatz von Pflanzenproben oder Extrakten (Bodas et al. 2008)
Methanbildung in vivo (l kg-1 T)
55
50
r2 = 0,264
45
40
35
30
25
20
15
15
20
25
30
35
40
45
50
55
Methanbildung in vitro (l kg-1 T) in 24 h
Abbildung 3: Zusammenhang zwischen Methanbildung in vivo und in vitro
bei unterschiedlichen Rationen (Moss und Givens 1997)
Seite 319
100
Kontrolle
80
Fumarsäure
60
umhüllte
Fumarsäure
40
20
0
in vitro (24 h)
in vivo
Abbildung 4: Einfluss von Fumarsäure und umhüllter Fumarsäure auf die Methanbildung
in vitro und in vivo (Kontrolle = 100 % nach Wallace et al. 2006)
Bewertung des Reduzierungspotenzials
Die erwähnten Beispiele demonstrieren die Notwendigkeit von Versuchen an Wiederkäuern zur
Bewertung der Wirkungen der Methaninhibitoren. Experimente an den Zieltierarten sind jedoch
gegenwärtig nur in begrenzter Zahl verfügbar. Langzeitstudien, die auch evtl. Adaptationseffekte
zeigen, existieren kaum. Die Empfehlungen zur Nutzung verschiedener Substanzen resultieren meist
aus in vitro Studien. Aus diesen Gründen ist ein mehrstufiges Herangehen zur Bewertung des CH4Reduzierungspotenzials erforderlich. So sollten in vitro Studien für ein Screening und den Vergleich
verschiedener Substanzgruppen der Ausgangspunkt der Bewertung sein. Zur Verifizierung der Befunde
sind Tierexperimente erforderlich, da hierbei u.a. die Akzeptanz durch die Tiere, eventuelle negative
Wirkungen auf Verdaulichkeit, Futteraufnahme und Gesundheit der Tiere sowie eine mögliche
Adaptation der Pansenmikroben an den Zusatzstoff erfasst werden können.
Zu einer komplexen Bewertung der Methan-Reduzierungspotenziale von Fütterungsmaßnahmen bzw.
Futtermittelzusatzstoffen schlagen wir deshalb folgendes Drei-Stufen-Programm vor:
1. Testung des Methanreduzierungspotenzials in-vitro (eventuell verschiedene Rationsgestaltungen;
geeignet für ein erstes Screening einer Vielzahl von Substanzen).
2. Prüfung der Wirkung geeigneter Substanzen im Vergleich zu unsupplementierter Kontrollgruppe
an den Zieltierarten (Kurzzeitstudien; Einfluss auf Futteraufnahme, Messung der Methanbildung,
Einfluss auf Umsetzungen im Pansen und andere)
3. Langzeitstudien (über gesamte Laktationsperiode oder gesamte Mastdauer) mit Substanzen, die in
Prüfungsstufe 2 erfolgreich waren, an den Zieltierarten im Vergleich zu unsupplementierten
Kontrolltieren (Einfluss auf Methanbildung und Umsetzungen im Pansen im Versuchsverlauf,
Erkennen von Gewöhnungseffekten, Einfluss auf Leistungshöhe, Tiergesundheit und Produktqualität sowie Verhalten des Zusatzstoffes in der Umwelt).
Seite 320
Schlussfolgerungen
Untersuchungen zur Reduzierung der Methanemission bei Wiederkäuern stellen eine Herausforderung
für die Tierernährung dar. Zur Vermeidung von „Vorab-Schlussfolgerungen“ für Öffentlichkeit und
Praxis sind Langzeitversuche mit den Zieltierarten/-kategorien erforderlich. In vitro-Studien als
Screening und Kurzzeittests (Futteraufnahme u.a.) sollten den Langzeitversuchen vorgeschalten
werden.
Literatur
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Wallace R.J., Wood T.A., Rowe A., Price J., Yanez D.R., Williams S.P., Newbold C.J. (2006): Encapsulated fumaric acid as a
means of decreasing ruminal methane emissions, Intern. Congress Series 1293, 148-151.
Autorenanschrift
Dr. Peter Lebzien
Bundesallee 50, 38116 Braunschweig
Seite 321
The effects of bacterial and chemical silage additives on grass
silage on fermentation quality and aerobic stability
Karin Schöndorfer1, Gudrun Böck1, Yunior Acosta Aragón2, Alfred
Klimitsch1, and Gerd Schatzmayr1
1
2
BIOMIN GmbH, Industriestraße 21, 3130 Herzogenburg, Austria
Introduction
Ensiling is a widely used method for conservation of forage. Even though the method has been
employed for years in many parts of the world, a changing market and demand for high quality feed
still induce a need to research and improve silage quality, which is a matter of quick acidification and
reduction of Clostridia, yeasts and moulds and their respective toxins. In order to achieve this,
biological as well as chemical silage additives are in use.
While chemicals are often corrosive and expensive, biological additives, usually composed of lactic
acid bacteria (LAB) offer a natural alternative lacking these inconvenient properties.
The aim of the following experiment was to compare a chemical additive containing calcium formiate
and sodium nitrite with two different mixtures of LAB (Enterococcus faecium, Lactobacillus plantarum,
Lactobacillus kefiri) and an untreated control in grass silage to evaluate fermentation quality and
aerobic stability.
The lab scale experimental set up was as follows:
1. Product A: Mixture of LAB (Enterococcus faecium, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus
kefiri) at a dosage of 1 x 106 cfu/g silage
2. Product B: Mixture of LAB (Enterococcus faecium, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus
kefiri) at a dosage of 1 x 106 cfu/g silage, more heterofermentative LAB
3. Chemical A: containing calcium formiate and sodium nitrite
4. Untreated control
Seite 322
Each trial group consisted of 12 model silos (six with 0,5 kg, six with 2 kg), of which three small ones
were opened after 3 and 7 days, respectively and three large ones after 48 and 93 days, respectively.
The raw material used was grass, first cut. Parameters analysed included pH, dry matter (DM) loss,
organic acids (by HPLC analysis) and aerobic stability (measurement of temperature rise according to
Honig, 1990).
Results
Figure 1: DM loss in grass silage with LAB or chemical (n=3)
Figure 2: Acidification of grass with LAB or chemical (n=3)
Seite 323
Figure 1 shows that the chemical additive caused the highest dry matter loss while Product B showed
losses as low as 2,5 %, which was same as in the control. Concerning acidification (Fig.2) both silages
with LAB-mix reached a lower pH than the one with chemical additive or the control within a week,
and by the end of the ensiling period they still had a lower pH than the chemically treated and the
control group. However, in all treated groups the pH at the end of the trial was significantly lower
than in the control.
Figure 3: Lactic and acetic acid contents in grass silage treated with LAB or chemical vs. control (n=3)
Figure 3 shows that the lactic acid content is significantly higher in all treated groups than in the
control. However, LAB treatment leads to higher lactic acid contents than addition of Chemical A. This
explains the lower pH in the LAB-treated groups.
Acetic acid was highest in the group with Chemical A, however, as acetic acid contents are desired to
be no higher than 35 g/kg DM (Magraff, 2006), Product B showed the most favourable level.
As depicted in figure 4 stability was higher after 93 days than after 48 days and higher in all treated
groups than in the control. Based on the overly high acetic acid content Chemical A had the longest
aerobic stability. According to DLG (2006, “Praxishandbuch Futterkonservierung”) silage should be
aerobically stable for at least 3 days, which was achieved in all groups.
Seite 324
Figure 4: Aerobic stability in treated and untreated grass silage after 48 and 93 days of ensiling (n=3)
Conclusion
LAB addition, in contrast to the chemical additive, led to faster and more efficient acidification, lower
DM loss and a more favorable organic acid profile. Aerobic stability was not as high after 48 days, but
reached the recommended duration and exceeded the stability of the control by about 2 days. Of the
two LAB-mixes Product B – containing more heterofermentative LAB – proved to be more effective
concerning DM-loss, acetic acid level and consequently aerobic stability.
References
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Landwirtschaftskammer Schleswig-Holstein (2006): Praxishandbuch Futterkonservierung-Silagebereitung, Siliermittel,
Dosiergeräte; Silofolien, 7 edn, DLG-Verlags-GmbH, Frankfurt am Main.
Margraff, J. (2006): Grassilage auf Gärqualität untersuchen lassen: Vorteile der Gärsäurenbestimmung und ihre Kosten.
[accessed December 13, 2006]
http://www.dlreifel.rlp.de/internet/global/themen.nsf/4052d651e90ebb1cc1256ed30047291c/11486b748be4bb97c1257044004e
5a10?OpenDocument
Author’s address
DI(FH) Karin Schöndorfer
Biomin Holding GmbH
Technopark 1, 3430 Tulln
Seite 325
Technische und biologische Aspekte, praktische Fütterung / Technical and Biological Aspects, Practical Feeding
Messung des Pansen-pH-Wertes und der Temperatur mit einer
intraruminalen, kabellosen Messeinheit
Anwendung
Rindern
unter
verschiedenen
Rationsbedingungen
bei
J. Gasteiner, M. Fallast, M. Rosenkranz, J. Häusler, K. Schneider und T.
Guggenberger
Lehr- und Forschungszentrum Raumberg-Gumpenstein
Einleitung
,Ein Abfall des Pansen-pH-Wertes bei Rindern unter die physiologische Norm, in der häufigsten
Ausprägung als subakute Pansenazidose (Subacute Rumen Acidosis, SARA) auftretend, stellt ein weit
verbreitetes und zumeist auch bestandsweise gehäuft auftretendes Problem in der Rinderproduktion
dar. Das Risiko für SARA erhöht sich naturgemäß in Produktionssystemen, in welchen ein erhöhter
Einsatz von leicht verdaulichen Kohlenhydraten bei zumeist gleichzeitiger Verdrängung von
rohfaserwirksamen Strukturkohlenhydraten zur Erzielung höherer Wachstumsraten bzw. Zunahmen
oder höherer Milchleistungen vorzufinden ist. Die negativen tiergesundheitlichen Auswirkungen von
SARA sind vielfältig und stellen einen zentralen, die Produktion mindernden Faktor der Rinderhaltung
dar.
Aus verschiedenen Gründen ist SARA ein nicht immer einwandfrei nachzuweisender krankhafter und
krankmachender Zustand. Ein Mangel an einfachen und spezifischen Nachweismethoden bzw. die
geringe Akzeptanz der Pansensaftentnahme bei Rindern in der Praxis, aber auch aufgrund der
Anfälligkeit bestehender Nachweismethoden gegenüber Diagnostikfehlern mancher Methoden führte
dazu, dass der Nachweis bislang vorwiegend indirekt und retrospektiv (z.B. Fettgehalt Milch, FettEiweißquotient) und basierend auf sekundären klinischen Symptomen (z.B. dünner, breiiger Kot mit
erhöhtem Anteil an unverdauten Bestandteilen) basierte. In der weiteren Folge wird das Vorliegen
einer SARA in einer Herde zumeist erst nach Korrektur des Fütterungsregimes im Nachhinein
bestätigt, wenn sich indirekte Parameter normalisiert oder sekundäre klinische Symptome verbessert
haben.
Erst die Kombination von klinischer Untersuchung, Futtermittelbeurteilung, Rationsbewertung bzw. –
berechnung sowie die Analyse des Pansensaftes stellen die Grundlagen zur frühzeitigen Erkennung,
noch besser zur Vorbeuge des Herdenproblems SARA dar.
Im folgenden Beitrag sollen die Möglichkeiten zur Gewinnung von Pansensaft sowie die Messung des
pH-Wertes der Pansenflüssigkeit als zentraler Parameter näher beschrieben und diskutiert werden.
Eigene Untersuchungen und Ergebnisse zu einer neuartigen Methode zur Messung des Pansen-pHWertes werden vorgestellt.
Seite 326
Entstehung von subklinischer und klinischer Pansenazidose
Pansenazidose wird vorrangig durch ein Überangebot an rasch fermentierbaren Kohlenhydraten
(Stärke, Zucker) ausgelöst. Ein zumeist gleichzeitig bestehender Mangel an strukturwirksamen
Kohlenhydraten (allgemein als Rohfaser bezeichnet) führt zu vermindertem Wiederkäuen mit
verminderter Speichelproduktion und folglich geringerer Pufferkapazität im Pansen.
In der Folge kommt es im Pansen zu einer Veränderung der Bakterienflora und folglich zu einer
vermehrten und rascheren Produktion von organischen Säuren, welche aufgrund der verminderten
Speichelproduktion nicht abgepuffert werden können. Die Azidose ist deshalb als pathologische
Konsequenz (Erkrankung) der Störung des chemischen, physikalischen und mikrobiologischen
Gleichgewichtes des Panseninhaltes anzusehen. In Abhängigkeit von Abwesenheit bzw. Bestehen
klinischer Symptome kann zwischen subklinischer und klinischer Azidose unterschieden werden.
Nach Verfütterung einer besonders stärkehaltigen Ration werden von bestimmten Bakterienstämmen
im Pansen große Mengen an Glukose freigesetzt. Die physiologische Konzentration von Glukose im
Pansensaft beträgt etwa 160 mg/dl. Durch die große Amylase-Aktivität dieser Bakterien kann der
Glukosegehalt im Pansensaft 1400 mg/dl überschreiten. Dieses Überangebot an Glukose führt zu einer
rapiden Vermehrung von üblicherweise nicht kompetitiven Bakterien wie Sc. bovis, welche in erster
Linie Laktat produzieren.
Andere opportunistische Bakterien, insbesondere Koliforme und Aminosäure-Decarboxylierende
Mikroben vermehren sich ebenfalls stark und produzieren Endotoxine und Amide (Histamin), welche
bei deren Lysis wieder frei werden.
Durch den erhöhten Glukosegehalt im Pansen wird auch die Osmolarität des Pansensaftes erhöht,
wodurch sich die Absorption von freien Fettsäuren aus dem Pansen vermindert. Den Ingesta wird in
diesem Zusammenhang auch nur wenig Flüssigkeit entzogen, sie entwickeln sogar einen osmotischen
Sog, es kommt zu Durchfallerscheinungen und der Körper dehydriert (Owens et al. 1998).
Als weitere Ursache für Azidose sind eine abrupte Veränderungen der Rationsbedingungen sowie eine
unregelmäßige Futteraufnahme (variierende Mengen von Grund- und Kraftfutter) sowie die
Fütterungsfrequenz (Kraftfutter nur 1 mal oder 2 mal täglich, siehe auch Abbildung 1), zumeist bei
Kühen in Anbindehaltung bei händischer Zuteilung, anzusehen.
Die Pansenbakterien können aufgrund ihrer Stoffwechselleistung auch in „Laktat-Produzenten“ und
„Laktat-Zehrer“ unterteilt werden. Unter physiologischen Verhältnissen besteht zwischen diesen
beiden Gruppen ein Gleichgewicht. Da jedoch nur die Laktat-Zehrer sehr sensibel gegenüber pHWertveränderungen sind und unter sauren Bedingungen absterben, kommt es zu einer weiteren
Vermehrung der Laktat-Produzenten und somit zu einer Akkumulation von Laktat (Owens et al. 1998).
Krankheitserscheinungen und Folgen einer Pansenazidose
Eine direkte Folge des Absinkens des Pansen-pH-Wertes ist die schmerzhafte Entzündung der
Vormagenschleimhaut (Ruminitis) sowie eine daraus resultierende Störung der Entwicklung der
Pansenzotten. Das erkrankte Rind weist eine verminderte oder gar sistierende Fresslust auf und der
Kot wird dünnbreiig bis wässrig. Die Zusammenhänge zwischen Ruminitis und dem vermehrten
Auftreten von Leberabszessen ist ebenfalls als gesichert anzusehen (Dirksen et al. 1985).
Seite 327
7,0
Kraftfutter 12 x
Kraftfutter 2 x
2 x Kraftfuttergabe
Pansen pH-Wert
6,6
6,2
5,8
5,4
5,0
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
Uhrzeit, Stunden
Abbildung 1: Einfluss der Häufigkeit von Kraftfuttergaben auf den
Pansen-pH-Wert (French u. Kennelly 1990)
8,5
Fütterung
Fütterung
8,0
pH-Wert
7,5
7,0
6,5
6,0
KF 50 % schnell
KF 50 % langsam
Grünfutter
5,5
KF 25 % schnell
KF 25 % langsam
5,0
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
Stunden
Abbildung 2: Einfluss der Rationsgestaltung auf den Pansen-pH-Wert
Seite 328
Die Anflutung des Blutes mit sauren Stoffwechselprodukten kann zu einer metabolischen Blutazidose
mit schweren klinischen Krankheitserscheinungen führen. Infolge der Freisetzung von Endotoxinen
und Histamin können akute und chronische Krankheitserscheinungen der Klauenrehe ausgelöst
werden. In jüngerer Zeit wird die Klauenrehe als die Hauptursache für die meisten Erkrankungen der
Klauen angesehen (Boosman 1990; Gantke et al. 1998; Lischer und Ossent 1996; Nordlund et al.
1995; Ossent et al. 1997). Aufgrund der verminderten/gestörten Futteraufnahme kommt es zu einer
vermehrten Mobilisierung von körpereigenen Fettreserven und es kommt zuu einer subklinischen oder
klinischen Ketose.
Negative Zusammenhänge zwischen Pansenazidose, die vorwiegend in ihrer subklinischen
Erscheinungsform größte tiergesundheitliche Probleme nach sich zieht, lassen sich auch zur
Fruchtbarkeitsleistung der betreffenden Tiere herstellen (Jouany 2006). Eine gestörte Futteraufnahme,
die verminderte Verdauung bzw. Resorption von Nährstoffen und die daraus resultierende negative
Energiebilanz sowie die bereits beschriebenen möglichen Folgekrankheiten einer subklinischen
Pansenazidose führen zu signifikant schlechteren Fruchtbarkeitsergebnissen bei diesen Kühen.
Als weitere Anzeichen für eine Pansenazidose können eine schlechte Körperkondition, Durchfall,
Thrombosen der Beckenvenen mit den Folgen Epistaxis und Hämoptysis, Erkrankungen des
Labmagens, aber auch eine Immunsuppression und damit verbundene Infektionen wie die des Euters
oder auch des Geschlechtsapparates angegeben (Nordlund 2003). Diese Zusammenhänge sind auch
unter praktischen Verhältnissen immer wieder zu finden, lediglich der Beweis einer ursächlichen
Beteiligung der Pansenazidose kann nur in den seltensten Fällen, also bei Vorliegen von
entsprechenden
Untersuchungsergebnissen
(Pansensaftuntersuchungen),
erbracht
werden.
Verminderte Fettgehalte in der Milch bzw. ein zu niedriger Fett-Eiweißquotient lassen auf eine
Pansenübersäuerung schließen.
Häufigkeit und Auftreten von Pansenazidose
Enemark und Jorgensen (2001) geben die Häufigkeit der Pansenazidose bei Milchkühen in Dänemark
mit 22 % an. Nach einer Ketose-Häufigkeit von 26 % war somit die Pansenazidose die zweithäufigste
Erkrankung unter den Milchrindern. Eine Unterteilung in klinische und subklinische Verlaufsformen
wurde dabei nicht vorgenommen. Oetzel (2003) gibt die Häufigkeit der subklinischen Pansenazidose
bei frischlaktierenden Kühen mit 15 % an.
Milchfettgehalt und weitere Hinweise auf Pansenazidose
Der Milchfettgehalt wird von einigen Faktoren wesentlich beeinflusst, insbesondere vom
Laktationsstadium (Milchleistung), der Rasse und von der Zusammensetzung der Ration (Grummer et
al. 1991; Spohr et al 1992). Es besteht eine positive lineare Korrelation zwischen Azetat + Butyrat :
Propionat im Pansen und dem Milchfettgehalt (Sutton et al. 1987). Bei der experimentellen Auslösung
einer Pansenazidose bei Milchkühen fiel auch der Fettgehalt in der Milch drastisch ab (Nipcon und
Heiljasz 1987), was auf die erhöhten Propionat- und abgesenkten Butyratgehalte im Pansen
zurückgeführt wird. Dass aus diesen Beobachtungen immer wider ein direkter Zusammenhang
„Milchfettdepression = Pansenazidose“ abgeleitet wurde kann nach heutigem Kenntnisstand so nicht
mehr bestätigt werden. Richtig ist, dass die Milchfettdepression wie die Pansenübersäuerung eine zum
Teil gleiche Entstehungsgrundlage haben und daher auch eine positive Korrelation besteht, aber es
kommt nicht selten zu falsch positiven oder auch falsch negativen Aussagen bzw. Interpretationen
(Rossow 2008).
Seite 329
Aber auch bei Kühen mit „normalem“ Milchfettgehalt kann ein ausgeprägtes Pansenazidoseproblem
bestehen. Insbesondere bei neumelkenden Kühen findet sich zugleich auch fast immer eine Ketose
und dabei steigt der Milchfettgehalt infolge Mobilisation von Körperfett an, sodass bei gleichzeitigem
Vorliegen von Ketose und einer Pansenübersäuerung durchaus „normale“ Werte für den Fettgehalt der
Milch und den Fett-Eiweißquotienten (1,1 bis 1,4) vorgefunden werden. Dies führt dann zu einer
falschen Interpretation der Milchinhaltsstoffe aufgrund einer kompensierten Keto-Azidose. Deswegen
sind zusätzlich unbedingt auch die Eiweiß- und Harnstoffwerte der Milch von Kühen in vergleichbarem
Laktationsstadium zu berücksichtigen.
Als weitere Hinweise für das Bestehen von Pansenazidose können verminderte und abgeschwächte bis
fehlende Pansengeräusche im Rahmen der Auskultation, Durchfall, sowie die Ergebnisse von
Kotwaschungen (erhöhter Anteil unverdauter Futterpartikel) gedeutet werden.
Zwischen dem pH-Wert im Pansensaft und der NSBA im Harn konnte nur eine unbefriedigende
Korrelation festgestellt werden, die Sensitivität lag zwischen 9 % und 52 % und auch die Spezifität
betrug lediglich 59 %. Auch der Säuren-Basen-Quotient im Harn kann nur bedingt zur Abschätzung
des Pansen-pH-Wertes herangezogen werden (Sensitivität 24 % bis 52 %). Von den Blutparametern
haben weder ein erhöhter Laktatgehalt, noch erhöhte Werte für GLDH und auch der
Ketonkörpergehalt nur eine eingeschränkte Aussagekraft (Seemann und Spohr 2007).
Durch entsprechende Futtermittelanalysen und Rationsberechnungen gelingt es zu einem guten Teil,
Hinweise auf eine drohende „pansenaggressive“ Ration zu erhalten bzw. dieser vorzubeugen. Dabei
sollte insbesondere auf die Rohfaserfraktionen sowie auf den Zucker-, Stärke-, Fett- und den
Rohproteingehalt Rücksicht genommen (Nordlund 2003) bzw. das Verhältnis Grundfutter:Kraftfutter
beachtet werden. Pansenaggressive Kraftfutterkomponenten sollte man vermeiden.
Mit diesen Erhebungen und Berechnungen kann jedoch eine Pansenazidose nicht eindeutig
nachgewiesen werden, da die Kuh nicht unbedingt das frisst, was gerade berechnet wurde
(„tatsächlich aufgenommene Ration“) und weil auch die Verdauungs- und Resorptionsvorgänge,
insbesondere in den Vormägen, von vielen Variablen abhängig sind. Zusätzlich zum Nährstoffgehalt in
der Ration hängt der Pansen-pH-Wert u.a. von der Gesamtfutteraufnahme, der Partikelgröße und dem
Feuchtigkeitsgehalt des Futters, den Verzehrsgewohnheiten der Einzelkuh und der Wiederkautätigkeit
ab.
Möglichkeiten zur Gewinnung von Pansensaft
Die Untersuchung des Pansensaftes, insbesondere des pH-Wertes stellt die definitive
Untersuchungsmethode zur Erkennung einer Pansenazidose dar (Oetzel 2003). Der Pansen-pH-Wert
unterliegt jedoch starken tageszeitlichen Schwankungen, weshalb das Ergebnis besonders vom
Zeitpunkt der Probenahme im Bezug zur letzten Futteraufnahme abhängig ist. Auch die Methode der
Probenahme beeinflusst das Ergebnis signifikant (Geishauser 1996, Seemann und Spohr 2007).
Unter praktischen Bedingungen gibt es grundsätzlich 2 Möglichkeiten zur Gewinnung von
Pansenflüssigkeit:
1. Gewinnung von Pansenflüssigkeit via Schlundsonde
2. Gewinnung von Pansenflüssigkeit via Rumenozentese
Ad Schlundsonde:
Bei dieser Methode, die auch unter praktischen Bedingungen relativ rasch und einfach durchgeführt
werden kann, wird dem zu untersuchenden Rind eine Schlundsonde gesetzt und Pansensaft wird aktiv
Seite 330
über eine Pumpe gewonnen oder Pansensaft fließt nach Absenken des Kopfes aus der Sonde (Dirksen
1975). Die verschiedenen Bauarten von Sonden und die Möglichkeiten des Sondenschutzes haben als
Gemeinsamkeit, dass es durch den Akt des Setzens der Sonde zu einer Anregung der
Speichelproduktion und damit zu vermehrtem Speichelfluss kommt. Da die Probe üblicherweise aus
dem Haubenbereich stammt, in welchem ohnehin bereits etwas höhere pH-Verhältnisse herrschen als
im übrigen Vormagensystem, sind derart gewonnene Pansensaftproben in den meisten Fällen
vermehrt speichelhältig. Durch den pH-Wert des Speichels (etwa 8,5) bzw. auch durch dessen
Pufferkapazität wird das Ergebnis dieser Proben verfälscht, man erhält falsche, zu hohe Werte. So
ermittelten Strabel et al. (2007), dass per Schlundsonde entnommene Proben durchschnittlich 0,5 pHEinheiten (0,2 bis 1,9 pH-Einheiten) höhere Werte zeigten als solche, die per Ruminozentese
entnommen wurden. Ein Unterschied von 0,5 pH-Einheiten ist jedoch für die Diagnose „Pansenazidose
ja oder nein“ von maßgeblicher Bedeutung und führt unweigerlich zu falschen Ergebnissen („nicht
Erkennen von SARA“). Das Verwerfen der ersten 100-200 ml der Probe wird deshalb empfohlen, damit
soll sichergestellt werden, dass eine weniger speichelhältige Charge der Probe gemessen wird. Für
mehrmalige Untersuchungen an einem Tier innerhalb weniger Stunden oder für
Reihenuntersuchungen stellt sich die Probenahme per Schlundsonde als eher problematisch dar.
Durch spezielle Bauarten von Schlundsonden wurde versucht, dieses Problem der Speichelbeimengung
zu minimieren. Als „Fehler“ bei dieser Methode bleibt aber immer noch der Umstand, dass der pHWert in der Haubenregion allgemein höher ist als im restlichen, weitaus voluminösren
Vormagensystem und dass diese Proben deshalb nur bei niedrigem pH-Wert-Messergebnis beweisend
für eine Pansenazidose. Bei physiologischen Ergebnissen kann aber dennoch eine Pansenazidose
bestehen.
Ad Rumenozentese:
Bei der Rumenozentese wird mittels Punktion des ventralen Pansensackes mit einer Kanüle
(vorzugsweise 1,6 X 100 mm) Pansensaft durch Erzeugung von Unterdruck mit einer Spritze
gewonnen. Die Punktionsstelle liegt 1-2 handbreit vor dem linken Kniegelenk (Seemann und Spohr
2007) auf Höhe des Patellaoberrandes (Strabel et al 2007) und wird lege artis nach Rasur unter
aseptischen Kautelen und unter Sedierung und Schmerzausschaltung durchgeführt. Die dabei
gewonnene Menge Pansensaft beträgt einige ml und die Probe ist nicht mit Speichel kontaminiert.
Nordlund (2003) beschreibt die Methode der Rumenozentese ohne Anwendung einer Sedierung und
ohne Schmerzausschaltung unter praktischen Bedingungen als durchführbar, was unter
österreichischen Bedingungen rechtlich nicht möglich erscheint (TSchG: schmerzhafter Eingriff).
Verschiedene Publikationen - auch jüngeren Datums, insbesondere aus dem angloamerikanischen
Raum), sind immer wieder bemüht, die Rumenozentese als eine einfache, praxisnahe und
ungefährliche Methode zur Gewinnung von Pansensaft aussehen zu lassen (Duffield et al. 2004; Kleen
et al. 2004; Nordlund 1995). Tatsache ist, dass die durch Rumenozentese gewonnenen Proben im
Vergleich zu per Schlundsonde gewonnenen Proben realistischere Pansen-pH-Werte liefern (Duffield
et al 2004; Geishauser und Gitzel 2005), die Methode ist also deutlich sensitiver als die Gewinnung
von Pansensaft per Schlundsonde. Dies wurde auch durch den Vergleich mit per Pansenfistel
gezogenen Proben nachgewiesen.
Mögliche Blutbeimengungen zum Pansensaft können jedoch die gewonnene Probe fehlerhaft und
damit und nutzlos machen. Fehler und Probleme während der Probenahme wie etwa verstopfte
Kanülen und deshalb notwendiges Spülen oder Einpressen von Luft (und damit CO2) können auch bei
dieser Methode zu verfälschten Untersuchungsergebnissen führen.
Als besonders problematisch sind auch die nicht ungefährliche Probenahme für das zu untersuchende
Tier und für den Probenzieher anzusehen. Hämatome oder sogar mögliche Infektionen, Abszesse und
peritonitische Verwachsungen um den Bereich des Stichkanals gefährden die Tiergesundheit.
Seite 331
Aufgrund möglicher massiver und unberechenbarer Abwehrbewegungen (Schmerzen) der Kuh
während des Punktionsvorganges ist auch die Gesundheit des Probenziehers gefährdet (Strabel et al
2007).
Welche Methode zur Gewinnung von Pansensaft herangezogen wird, liegt letztlich in der Entscheidung
des Tierarztes, der auch die Verantwortung für sein Handeln zu übernehmen hat. Die möglichen
Probleme, Nachteile und Risken der beiden Methoden sind bekannt und dem Tierhalter mitzuteilen. Da
in den eher klein strukturierten Betrieben Österreichs die Unversehrtheit des Einzeltieres eine weitaus
größere Bedeutung hat als in angloamerikanischen Großbetrieben, wird auch der Verlust eines Tieres
nach missglückter Rumenozentese bei uns anders bewertet werden als in einem US-amerikanischen
Großbetrieb. Die gewonnene Information, nämlich die Kenntnis über die Zusammensetzung des
Pansensaftes, steht deshalb nicht unbedingt in einem Verhältnis zum Risiko, welches durch die
Probenahme per Rumenozentese besteht.
Zeitpunkt der Probenahme
Wiederkauen
Minuten pro Stunde
60
40
Fressen
20
0
4
8
12
16
22
24
Tageszeit
Abb. 3 Tageszeitliche Verteilung der Aktivitäten Fressen und Widerkauen (Mc DOWELL 1972)
Wie aus Abbildung 3 zu erkennen, sind sowohl Fressen als auch Wiederkauen rhythmische Aktivitäten,
wobei nach dem Fressen immer zunächst eine „Ruhephase“ von 1-3 Stunden eintritt. Erst nach dieser
Ruhephase beginnt das Wiederkauen. Nach dem Fressen setzen die Umsetzungsvorgänge im Pansen
unmittelbar ein und durch die Produktion von Säuren sinkt der pH-Wert und zwar auch deshalb, weil
der pH-puffernde Speichel erst mit dem Vorgang des Wiederkauens in großen Mengen produziert wird
und dann erst im Pansen wirksam werden kann. Ein Mangel an strukturwirksamer Rohfaser führt zu
einer verminderten Wiederkauaktivität und verstärkt die Absäuerung im Pansen.
Da der pH-Wert im Pansen keine konstante Größe darstellt sondern von Rationszusammensetzung,
aufgenommener Futtermenge, Wiederkautätigkeit usw. abhängig ist, hat der Zeitpunkt der
Probenahme in Bezug zur letzten Fütterung größte Bedeutung auf das Untersuchungsergebnis. Die
Empfehlungen zum optimalen Zeitpunkt der Probenahme liegen bei 3 – 5 Stunden nach der letzten
Fütterung. Dies ist unter heute gängigen Fütterungsbedingungen (ad libidum-Fütterung,
Mischrationen, Kraftfutterstation mit kurzen Fütterungsintervallen) nur schwer einzuhalten und die
gewonnenen Ergebnisse sind, unabhängig von der Methode der Probenahme, entsprechend
schwieriger zu beurteilen.
Seite 332
Methoden zur pH-Feststellung
In der Praxis wird zur Feststellung des pH-Wertes üblicherweise Indikatorpapier verwendet. Eine relativ
große Messungenauigkeit sowie die Anfälligkeit für Messfehler liefern aber eher ungenaue Ergebnisse
(±0,15). Die Methode der Wahl wäre hier sicherlich ein pH-Meter, wobei Kosten und Praktikabilität
(Eichung,..) eine wichtige Rolle spielen.
Interpretation von weiteren Untersuchungsergebnissen des Pansensaftes
Tabelle 1: Zusammensetzung des Pansensaftes (Belknap u. Navarre 2000)
Parameter
Ergebnis
Interpretation
Farbe
grün
phys.: Grünfutter
gelbbraun
phys.: Silage
grünbraun
phys.: GF + KF
milchig-braun
path.: KF-Überschuss
aromatisch
phys.
sauer
path.: KF-Überschuss
alle Größen und Spezies
phys.
keine großen Entodinimorphe
ggr. Indigestion
keine Entodinimorphe
mittl. Indigestion
keine Protozoen
Pansenazidose
Methylenblau-
< 150 sek
phys.
Entfärbungszeit
> 150 sek
Panseninaktivität
Geruch
Protozoen
(Pansenazidose)
Sedimentation/
4 - 8 min
phys.
Flotation
beschleunigt
bei Inappetenz
verlangsamt
schaumige Gärung
Gram - > Gram +
phys.
Gram +> Gram -
path.: Pansenazidose
< 30 mmol/l
phys.
> 30 mmol/l
abomasaler Reflux
6,2 – 7,2
phys.
5,5 – 6,2; zeitweilig auch < 5,5
path.: latente Azidose
permanent < 5,5
path.: akute Azidose
> 7,5
path.: N-Überschuss
Gram-Färbung
Chlorid-Gehalt
pH-Wert
phys.: gesund; path.: krankhaft verändert
Seite 333
Eigene Untersuchungen
Zur kontinuierlichen Messung des pH-Wertes im Pansen (exakte Lage im Retikulum) wurde von
Mitarbeitern der Technischen Universität Graz (Sciencepark) eine Sonde entwickelt und an
pansenfistulierten Rindern des LFZ Raumberg-Gumpenstein getestet. Eine weitere Spezifikation der
pH-Sonde ist, dass die gemessenen Werte (pH-Wert und zugleich auch die Temperatur) in der Sonde
abgespeichert und von außerhalb des Pansens ausgelesen werden können. Dieses System zur
Messung des Pansen-pH-Wertes überträgt die Messergebnisse drahtlos. Die Empfangseinheit ist direkt
mit einem Laptop verbunden, wo die Ergebnisse sogleich abgelesen, graphisch dargestellt und
interpretiert werden können. Die derzeitige Spezifikation der Pansen-pH-Sonde beinhaltet vom
Anwender wählbare Messintervalle (von 1 Sekunde bis zu Stundenintervallen) und kann aufgrund
seiner Bauart auch einem erwachsenen, nicht pansenfistulierten Rind per os eingegeben werden. Da
die Energieversorgung der Sonde noch die limitierende Größe hinsichtlich der Messdauer darstellt,
wurde die Sonde bislang nur an pansenfistulierten Rindern (n=5) erprobt.
Die intraruminalen Messungen der vorliegenden Studie wurden halbstündlich durchgeführt, ohne
Batteriewechsel ist eine Messdauer von bis zu 20 Tagen möglich.
Nach der Kalibration der Sonden mittels Eichlösungen wurden der Pansen-pH-Wert und die
Temperatur im Pansen unter folgenden Fütterungsbedingungen gemessen:
1. 100 % Heufütterung ad lib.
2. Täglich Weidegang (ab 6:00 Uhr) und Heufütterung abends ad lib.,
3. 50:50 Heufütterung : Kraftfutter (6:00 Uhr und 13:00 Uhr), bei dieser Untersuchung wurden
zeitgleich 2 Pansensensoren in einem Tier eingelegt. Zugleich wurden in 2-stündigen Intervallen
Pansensaftproben über die Pansenfistel gezogen, mit einem pH-Meter gemessen und mit dem
Ergebnis der beiden Pansensonden verglichen.
Die statistische Auswertung wurde per GLM ((Statgraphic Plus 5.1) und den Bonferroni-Holm-Test
durchgfeführt.
ad1: 100 % Heufütterung ad lib.
Die mittlere Temperatur im Pansen (mean 38,40±0,70° C) wurde bei reiner Heufütterung signifikant
durch die Wasseraufnahme beeinflusst (dies trifft auch auf Versuch 2 und 3 zu), aber die Temperatur
zeigt keine Beziehung zum Fütterungszeitpunkt. Das unperiodisch auftretende signifikante Absinken
der Temperatur hängt also mit der Wasseraufnahme zusammen und kann dadurch erklärt werden.
Der mittlere pH lag bei 6,49±0,39 und der tiefste gemessene Wert lag bei pH 6,14.
ad 2: Täglich Weidegang (ab 6:00 Uhr) und Heufütterung abends ad lib.,
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6
ph-Wert
Temperatur (°C)
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Temperatur
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16:00
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08:00
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12:00
08:00
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5
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33
Uhrzeit
Abb. 4.: Zeitlicher Verlauf des Pansen-pH-Wertes und der Temperatur bei reiner Heufütterung
40
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ph-Wert
Temperatur (°C)
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Temperatur
ph-Wert
20:00
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5
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33
Uhrzeit
Abb. 5: Zeitlicher Verlauf des Pansen-pH-Wertes und der Temperatur
bei Weidegang und Heufütterung
Seite 335
Die mittlere Temperatur im Pansen betrug 38,12±0,80° C, der mittlere pH-Wert betrug 6,36±0,22.
Der tiefste gemessene Wert war pH 5,34 während der Weidephase und pH 6,16 während der
Raufutterphase. Die Futteraufnahme auf der Weide hatte einen signifikanten Einfluss auf den ph-Wert
im Pansen.
ad 3: 50:50 Heufütterung:Kraftfutter
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7
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ph-Wert
Temperatur (°C)
39
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34
Temperatur
ph-Wert
01:00
23:30
22:00
20:30
19:00
17:30
16:00
14:30
13:00
11:30
10:00
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07:00
05:30
04:00
02:30
5
01:00
33
Uhrzeit
Abb. 6: Zeitlicher Verlauf des Pansen-pH-Wertes und der Temperatur bei 50:50
Heufütterung:Kraftfutter
Die mittlere Temperatur im Pansen betrug 38,55±0,83° C und der mittlere pH-Wert lag bei
6,37±0,24. Der tiefste Wert war pH 5,29. Das Absinken des Pansen-pH-Wertes korrelierte signifikant
mit der Verabreichung von Kraftfutter.
Beim Vergleich der Ergebnisse der Simultanmessungen mit 2 Messsonden in einem Tier lag der
absolute statistische Fehler für die Temperatur bei 0,6±0,65° C und 0,15±0,19 für den Pansen-pHWert. Die Unterschiede der Messergebnisse der beiden Sonden können durch den dynamischen
Pansenstoffwechsel sowie durch die inhomogene Mischung der Ingesta im Pansen erklärt werden.
Seite 336
Schlussfolgerungen
Die Ergebnisse zeigen, dass das vorgestellte System zur Messung des pH-Wertes und der Temperatur
im Pansen eine innovative und verlässliche Grundlage zur Klärung wissenschaftlicher Fragestellungen
hinsichtlich der Pansenphysiologie und der Pansenpathologie darstellt. So kann nun etwa auch der
zeitliche Verlauf des Pansen-pH-Wertes unter verschiedenen Rationsbedingungen dokumentiert
werden, dadurch können Zeitphasen mit azidotischer Belastung leichter erkannt bzw. definiert
werden.
Da die vorgestellten Messsonden auch per os eingegeben werden können, dürfte es nur eine Frage
der Zeit und der Kosten sein, bis ein adaptiertes und verbessertes System auch unter praktischen
Bedingungen, vorzugsweise in Großbetrieben, zur Überwachung der Ration („Indikatortiere“) und
auch der Tiergesundheit zum Einsatz kommt.
Mitteilung und Danksagung
Für
die
vorliegenden
Untersuchungen
an
pansenfistulierten
Rindern
liegt
eine
Tierversuchsgenehmigung lt. TVG vom zuständigen Amt der Steiermärkischen Landesregierung vor
(GZ FA 8C-41A1/24-04 bzw. GZ 68205/89-C/gd/2007).
Wir möchten uns auf diesem Weg bei den Vertretern der Behörde, namentlich bei Fr. Dr. Gertraud
Odörfer und Fr. Mag. Beate DeRoja für die gute Zusammenarbeit bedanken.
Ein weiterer Dank gilt den Mitarbeitern der vorgesetzten Dienststelle, dem BMLFUW, für die
freundliche Genehmigung und Unterstützung des Projektes „Pansensensor“.
Literatur
Literaturstellen können beim Autor angefordert werden
Anschrift des Verfassers
Dr. Johann Gasteiner (ECBHM),
Leiter des Institutes für Artgemäße Tierhaltung und Tiergesundheit
LFZ Raumberg- Gumpenstein, A-8952 Irdning
Tel: ++43/3682/22451-360;
Fax: ++43/3682/22451-210;
Seite 337
Firmensponsoring - Agrarmarkt Austria Marketing GesmbH., Dresdner Straße 68a, A-1200 Wien
Seite 338
Einfluss der Stalltemperatur auf die Leistung von Mastschweinen
Brigitte Brandner und W. Wetscherek
Universität für Bodenkultur Wien, Department für Lebensmittelwissenschaften- und
technologie
Einleitung
Die meisten Schweineställe sind Warmställe. Durch ihre geschlossenen Bauweise, bieten sie Schutz
gegen Außentemperaturen. Da Wärmeställe fortlaufend Wärme über den Boden, die Decke, die
Wände und die Lüftungen verlieren, muss für eine ausreichende Wärmedämmung gesorgt werden.
Heizung, Lüftung, Beleuchtung und eine gute Isolierung sind für diese Art von Stall unverzichtbar. In
den letzten Jahren erfahren in der Schweinemast nicht wärmegedämmte Stallsysteme eine immer
größere Verbreitung. Diese Systeme sollen eine tiergerechte und kostengünstige Haltung von
Mastschweinen ermöglichen. Kälte und Hitze, aber auch Staub und Schadgase in der Luft wirken sich
in jeder Haltungsform negativ auf die Gesundheit der Tiere aus und können zu einem
Tierschutzproblem werden.
Der Versuch beschäftigt sich mit der Frage, ob und in welcher Weise das Stallklima einen Einfluss auf
Mastleitung, Verfettung der Tiere, Futterverbrauch und Wasserverbrauch nimmt. Insbesondere wird
überprüft, wie sich die Temperaturverhältnisse im klimatisierten Warmstall gegenüber denen im
Kaltstall unterscheiden.
Versuchsdurchführung
Um einen Einfluss der Jahreszeiten überprüfen zu können, wurden zu drei Terminen von 6 bis 8
Zuchtsauen die Ferkel an der LFS-Hatzendorf aufgezogen und jeweils 40 Ferkel für den Mastversuch
ausgewählt. Bei der Einteilung der Gruppen wurde auf eine gleichmäßige Verteilung von Geschlecht,
Wurf und Gewicht geachtet.
Seite 339
Die Schweine wurden in den ersten 4 Wochen mit dem Schweinemastalleinfutter I ad libitum
gefüttert. Danach erfolgte die Umstellung auf das Schweinemastalleinfutter II, welches wieder ad
libitum angeboten wurde. Die Rezepturen und die wertbestimmenden Bestandteile werden in der
Tabelle 2 dargestellt.
Die Tiere wurden bei der Einstellung, nach vier bzw. sechs Wochen sowie zu Versuchsende gewogen.
Der Futter- und Wasserverbrauch wurde ebenfalls für diese Abschnitte ermittelt.
Die Temperaturmessung erfolgte in den Ställen durch spezielle Messgeräte (Hotdogs, zur Verfügung
gestellt von dem Institut für Tierhaltung und Tierschutz der Veterinärmedizinische Universität Wien),
Seite 340
die im Stundenintervall jeweils die Raum- und Liegetemperatur, im Warmstall zusätzlich die
Luftfeuchtigkeit, aufgezeichnet haben. Eine weitere Messung der Außentemperatur, Luftfeuchtigkeit
und Niederschlagsmenge erfolgte durch die Wetterstation des „Wegener Zentrums für Klima und
Globalen Wandel“ der Karl- Franzens- Universität Graz, in der Nähe der Schule. Die Daten wurden hier
in 5-minütigen Zeitintervallen aufgezeichnet.
Mast- und Schlachtleistungsergebnisse
Die Ergebnisse der Mast- und Schlachtleistung zeigten ein sehr hohes Niveau und sind in der Tabelle 3
zusammengefasst. Der Vorteil für den Warmstall betrug bezüglich der Tageszunahmen etwa 7%. In
der Periode 5. und 6. Mastwoche waren die beiden Stallsysteme gleichwertig. Im Gegensatz zu den
ersten Mastwochen zeigten die Tiere im Kaltstall in den letzten Mastwochen einen um 12,8 %
signifikant höheren Tageszuwachs. Die Unterschiede in den Tageszuwächsen basieren auf den beiden
ersten Versuchsdurchgängen mit kalten Außentemperaturen. Der dritte Durchgang in den
Sommermonaten zeigte insgesamt eine leichte Überlegenheit für den Kaltstall in allen
Mastabschnitten. Dies führte bei der Betrachtung der gesamten Mastperiode und allen drei
Versuchsdurchgängen einen etwa gleich hohen Tageszuwachs in beiden Stallsystemen.
Die Futterverwertung zwischen Kalt- und Warmstall zeigte über die gesamte Mastperiode keine
signifikanten Unterschiede. Der Wasserverbrauch ist im Kaltstall im Jahresdurchschnitt um etwa 0,7 l
je Tier und Tag höher, besonders deutlich war dies in den Sommermonaten (Juli bis Oktober). Hier lag
der Verbrauch durchschnittlich 1½ Liter je Tier und Tag über dem Wasserverbrauch im Warmstall.
Der Magerfleischanteil war mit ca. 59% bei allen drei Durchgängen zwischen Warm- und Kaltstall in
etwa gleich. Auch die Auswertung der übrigen Schlachtergebnisse brachte keine wesentlichen
Unterschiede bezüglich Speckmaß, Fleischmaß und Filzgewicht hervor.
Stallraumtemperatur
Wie aus Graphik 1 ersichtlich, war die durchschnittliche Stallraumtemperatur (Mittelwert der
24 Stundenmesswerte je Tag) im Warmstall relativ konstant mit wenigen Schwankungen
Seite 341
(ausgenommen mit Temperaturspitzen im Sommer), gegenüber dessen sich die Stallraumtemperatur
im Kaltstall stark abhängig mit der Außentemperatur veränderte. Es waren hier auch kurzfristige,
starke Temperaturschwankungen (>10 °C) möglich.
Liegeplatztemperatur
Wie aus Graphik 2 ersichtlich, schwankte die Temperatur der Liegeplätze im Kaltstall stärker als im
Warmstall, wobei die beiden Kurven einen ähnlichen Verlauf nahmen. Die Außentemperatur wirkte
sich schwach, aber doch auf beide Kurven aus, wobei naturgemäß der Kaltstall stärker beeinflusst
wurde.
Fazit




In den ersten Mastwochen wirken sich die höheren Temperaturen im Warmstall bei geringen
Außentemperaturen positiv auf die Wachstumsrate aus.
Gegen Ende der Mast schneidet der Warmstall bezüglich des Tageszuwachses schlechter ab.
Dies ergibt insgesamt etwa gleich gute Leistungen für beide Systeme.
Futterverwertung war über die gesamte Mastperiode zwischen den Stallsystemen ähnlich.
Der Magerfleischanteil wurde durch die Haltungssysteme nicht beeinflusst.
Graphik 1
Durchschnittliche Stallraumtemperatur in °C
erster Durchgang
zweiter Durchgang
dritter Durchgang
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Außentemperatur
Kaltstall
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.0
6.
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.0
7.
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20
.0
9.
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0.
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Graphik 2
Durchschnittliche Liegeplatztemperatur in °C
erster Durchgang
zweiter Durchgang
dritter Durchgang
35
30
25
20
15
10
5
0
Außentemperatur
Kaltstall
Warmstall
07
.1
0
.2
0
07
18
.0
9
.2
0
07
20
.0
8
.2
0
07
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.0
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0
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3
.2
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1
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Autorenanschrift
Ao. Univ.- Prof. Dr. Wolfgang Wetscherek
Gregor Mendel Straße 33, 1180 Wien
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Firmensponsoring - DSM Nutritional Products Ltd, P.O. Box 3255, CH-4002 Basel
Seite 344
The effect of naturally moulded feedstuff on nutrients
utilization
Anna Vasatkova 1, Sarka Krizova 1, Vojtech Adam 1,2, Libor Kalhotka3 and
Ladislav Zeman 1
1
Department of Animal Nutrition and Forage Production
2
Department of Chemistry and Biochemistry
3
Department of Agrochemistry, Soil Science, Microbiology and Plant Nutrition
Introduction
The production of safe food is the priority of developed countries. More than 25 % of worldwide
production of cereals is contaminated by fungi, therefore mouldy feedstuffs are currently global
question on agriculture field.
Moulds are fungi that grow by producing long filaments called hyphae. They are plants that contain no
chlorophyl and can grow in the absence of natural light. The primary metabolites of fungi and other
organisms are those compounds that are essential for growth. Secondary metabolites are formed in
the final stages of the exponetial growth phase. Under fields conditions, stress and subsequently
reduced vigor often predispose plants to infestition and colonization by toxigenic fungi. In stored
grain, toxigenic fungal infection and mycotoxin production results from a complex interactions among
moisture, temperature, substrate, oxygen and carbon dioxide concentration, insect presence and
fungal abundance.
First, the biggest way of mycotoxin’s absorption is oral, the transcutaneous absorption is minor [1].
Then, mycotoxins go through the digestive system. They can be absorbed in different part of digestive
system, but generally that’s happened in bowel [2]. Then the absorbed mycotoxins go through the
plasma, and are distributed to hepatocytes via a passive transmembrane scattering [3]. The liver
stays the main organ in relation with mycotoxins. In the liver, arises the first phase of
biotransformation which is generally the oxidation of mycotoxins.
The liver is the main prey of mycotoxins. According to this, most of the experimentations are realized
on this organ, but the mechanism of toxicity of mycotoxins is applicable to all the others animals’
organs [4].
Researches show some differences of absorption or metabolism between the different part of the
gastric system. Moreover, metabolism and absorption vary between species. The greatest deepoxidation activity happens in colon, and in duodenum and jejunum, it does not seem to be any
metabolism. In addition, some mycotoxins act as neurotixins, while others act by interfering with
cellular proteins synthesis, producing skin sensitivity and extreme immunodeficiency. The toxigenic
Seite 345
fungi involved in human and animals food chains belong mainly to three genera: Aspergillus, Fusarium
and Penicilum. In our experiment we tested effect of moulded feedstuffs in experimental feed
mixtures on animals health. We monitoried grow characteristic, feed intake and feed conversion.
In experimental equipment of Department of Animal Nutrition and Forage Production at Agronomic
Faculty of Mendel University of Agriculture and Forestry Brno two experiments were finished. As
experimental model, Wistar albino male rats from conventional breeding at BioTest s.r.o., Konarovice
were in growing experiment used.
Experimental animals were kept in vivarium with regulated air temperature (in range 23 ± 1°C),
photoperiod (managed artificially according to scheme 12 hours day : 12 hours night with maximal
intensity 200 μE.m-2s-1 lx), and continual air humidity at level of 60 %. From chemical conditions was
limited CO2 content in stable air – max. 0.25 % and NH3 content – max. 0.0025 %).
Rats were stabled to plastic cages with slotted floor. Animals were colour-coded to provide individual
monitoring of growth intensity, emergence and health state. Tempered feed mixtures and drinking
water were accessible ad libitum, feed consumption was monitored in groups. Leavings of nonconsumed feeds and faeces were sampled in groups, dried and weighted – uneaten feedstuff for
experimental groups’ net feed intake determination. Animals were weighted once a week and at the
same time monitored weight gain, feed intake, conversion and health state.
In the growth experiment 28 Wistar male albino rats entered in age 28 days. The animals were
allotted to 4 groups (7 male rats per group). Average initial weight in groups was in range from 67.8
to 71.4 g which is conform to standard specification, according to which maximal difference between
groups 5 g is to be admitted [5].
We used feed mixtures with different content of naturally mouldy wheat or fungy (Tab.1). The rats
were administrating by these mixtures for 28 days. During the experiment were observed
consumption of testing feeding mixture and coefficient of dry matter digestibility, nitrogen mass, fat
and ashes. Health condition of testing animals and weight gain were monitored weekly.
Fungi identification and quantification in mouldy wheat:
Mouldy wheat (app. 20 g) was shaking in 180 ml distilled water for 15 min. The suspension was 10
times diluted with water. Then, ten times diluted suspension (1 ml) was introduced onto Petri dish
with cultivation medium (Chloramphenicol Glucose Agar, Biokar Diagnostics, France). Fungi were
cultivated for 125 hours at 25 °C. Detection of fungi species was performed microscopically. Total
number of fungi was 2 106 CFU/g (colony forming unit per a gram of mouldy wheat).
Seite 346
Table 1. Scheme of experimental diets composition:
Control
33 % mouldy
wheat
66 % mouldy
wheat
100 % mouldy
wheat
60
40.2
20.4
-
-
19.8
39.6
60
12
12
12
12
Starch
22.14
22.14
22.14
22.14
Lysin 78%
0.46
0.46
0.46
0.46
Mineral premix
3
3
3
3
Vitamin premix
0.4
0.4
0.4
0.4
2
2
2
2
100
100
100
100
Group
Ingredient (%)
Wheat
Mouldy wheat
Soybean meal 47.5%
Snflower oil
Sum
Results and conclusion
:
control
mouldy wheat (33 %)
mouldy wheat (66 %)
mouldy wheat (100 %)
12
11
10
9
8
7
6
5
1 week
2 week
3 week
4 week
Figure 1.: Monitoring ADG behind whole experiment
Seite 347
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
33
Contro
66
100
Figure 2.: Feed conversion kg FM /kg ADG
The result of our experiment showed that the AVG was decreasing and the feed conversion was worse
in relation with increased mouldy wheat content in feed mixture (Fig. 1, 2). We found out that the
control group had the best feed conversion, wich was 2.71 kg FM /kg ADG. The worst feed conversion
had the group with 66 % moulded wheat in feed and it was 3.32 kg FM /kg ADG. Control group had
the highest average weight gain from 1st till 28th day, which was 227.91 ± 24.22 g. Group fed mixture
with 100 % mouldy wheat had the worst weight gain, which was 186.5 ± 8.9 g.
References and Notes
[1] L. LIU, J.M DANIEL, R.K. STEWART, T.E. MASSEY, 1990, In vitro prostaglandin H synthetase and monooxygenase-mediated
binding of Aflatoxin B1 to DNA in guines pig tissue microsomes, Carcinogenesis,N° 11, 1915-1919
[2] S. KUMAGAI, 1989, Intestinal Absorption and excretion of aflatoxin in rats, Toxicol.Appl.Pharmacol., N°97, P 88-97
[3] N. MULLER, E. PETZINGER, 1988, Hepatocellular uptake of Aflatoxin B1 by nonionic diffusions. Inhibition of bile acid
transport by interference with membrane lipids, Biochim, Biophys.Acta, N°938, p 334-344
[4] P. GUERRE, P. GALTIER, V. BURGAT, 1996, Les aflatoxicoses chez l’animal : des manifestations cliniques aux mécanismes
d’action, Revue Médicale Vétérinaire, N°147.7, p497-518
[5] KACEROVSKÝ, O. et. al.: Zkoušení a posuzování krmiv. SNZ Praha 1990, 216s. ISBN 80-209-0098-5
Address of corresponding autor
Vasatkova Anna, Ing.
Department of Animal Nutrition and Forage Production,
Faculty of Agronomy, Mendel University of Agriculture and Forestry in Brno
Zemedelska 1, 613 00 Brno, Czech Republic
e-mail:[email protected]
tel.: +420 545 133 167
Seite 348
Vergleich der Rohproteinaufnahme mit dem Bedarf in der
Aufzucht männlicher Fleckviehkälber
Karl Rutzmoser, Thomas Ettle und Anton Obermaier
Institut für Tierernährung und Futterwirtschaft Grub
Einleitung
Der Nettobedarf an Rohprotein (RP) von Aufzuchtkälbern wurde faktoriell ermittelt und mit
Multiplikationsfaktoren der Bedarf an Rohprotein (in g je Tag) abgeleitet (GfE 1995, 1999). Das aus
Fütterungsversuchen vorliegende Datenmaterial bietet sich an für einen Vergleich der Empfehlungen
mit den gemessenen Rohprotein-Aufnahmen bei Aufzuchtkälbern.
Ableitung des Bedarfes
Bei der faktoriellen Ableitung wird der Nettobedarf an Rohprotein für die unvermeidlichen Verluste
(entspricht Erhaltungsbedarf) und für den Ansatz bestimmt. Die unvermeidlichen Verluste setzen sich
aus endogenem Harn- und Kot-N sowie den Oberflächenverlusten zusammen. Auf Rohprotein
berechnet (Faktor N * 6,25 = RP) werden folgende Gleichungen verwendet:
Endogene Harnverluste (Bezugsgröße: log10 des Lebendgewichtes W in kg):
RP in Harn, endogen: ( 5,9206 * log( W ) – 6,76 ) * 6,25.
Endogene Kotverluste (Bezugsgröße: Futtertrockenmasseaufnahme TM in kg):
RP in Kot, endogen: ( 2,19 * TM ) * 6,25.
Oberflächenverluste (Bezugsgröße: metabolisches Lebendgewicht W in kg):
RP in Oberflächenverlusten: ( 0,018 * W**0,75 (exp) ) * 6,25.
Der Nettobedarf für den Ansatz ist die im Zuwachs enthaltene Proteinmenge. Diese wurde im Rahmen
der Ableitungen zur Energieversorgung bearbeitet (GfE 1997). Im Leerkörper wird ein konstanter
Anteil von 188 g Rohprotein je kg angenommen, wobei ein mit dem Lebendgewicht fallender
Leerkörperanteil (und damit ein fallender RP-Gehalt im Zuwachs) unterstellt wird. Der so errechnete
Nettobedarf aus Erhaltung und Ansatz wird mit Faktoren aus dem Anteil an Aminosäure-N am
Seite 349
Gesamt-N, der Absorbierbarkeit und der Verwertung der Aminosäuren zum Bruttobedarf
hochgerechnet. Bis 60 kg Lebendgewicht (überwiegend Milchernährung) wird ein Faktor von 1,4 (73
%), ab 120 kg (Wiederkäuer) ein Faktor von 2,3 (43 %) verwendet, dazwischen wird gleitend
interpoliert.
Rohproteinaufnahme und Ausnutzung für den Nettobedarf
Bei gegebenem Lebendgewicht und gemessener TM-Aufnahme je Tag lässt sich mit den genannten
Formeln aus den N-Verlustgrößen der Erhaltungsbedarf an Rohprotein errechnen. Für den Ansatz an
Rohprotein im Zuwachs kann mit geringem Fehler ein konstanter Wert von 175 g RP/kg Zuwachs
verwendet werden, welcher dem Gehalt bei leichteren Kälbern und auch dem angesetzten Gehalt in
der Anfangsmast von Bullen nahe kommt. Somit ergibt sich der Nettobedarf für den Zuwachs aus dem
Gehalt von 175 g RP/kg und der Tageszunahme (g/1000 = kg).
Wird die Summe des Nettobedarfes (Verluste, Ansatz) auf die aufgenommene Rohproteinmenge
bezogen, ergibt sich eine „Ausnutzung“ (in %) als Kennzahl der Rohproteinverwertung. Diese kann
mit den Faktoren (bzw. deren Kehrwerten in %) aus der Bedarfsableitung verglichen werden. Nach
den Gegebenheiten im Tierkörper kann man davon ausgehen, dass unter Bedingungen einer knappen
Rohproteinversorgung die Ausnutzung bis zu einer Grenze ansteigt, bei der dann die Leistung
(Zunahme) durch das Rohprotein begrenzt ist. Das Tier kann auf eine derartige Unterversorgung vor
allem mit einer geringeren Futteraufnahme oder einem vermehrten Fettansatz reagieren, beides führt
zu geringeren Zunahmen. Höhere Rohproteinzufuhren werden verstoffwechselt und ergeben eine
niedrigere Ausnutzung. Folglich ist das Ziel dieser Auswertung, die in den Versuchen verwirklichte
maximale Ausnutzung des Rohproteins heraus zu finden.
Daten der Fütterungsversuche
Für die Auswertungen wurden die Ergebnisse von 6 Aufzuchtversuchen mit männlichen Kälbern der
Rasse Fleckvieh, durchgeführt an der Landesanstalt in Grub verwendet. Zu den von Rutzmoser u. a.
(2007) verwendeten Daten wurde ein weiterer Versuch aufgenommen. In 3 der 6 Fütterungsversuche
wurde
die
Wirkung
unterschiedlicher
Rohproteinträger
(Getreidetrockenschlempe,
Rapsextraktionsschrot und Sojaextraktionsschrot auf die Zunahmeleistung untersucht (Spiekers u. a.
2005a, 2005b, 2006). In zwei weiteren Untersuchungen wurde die Auswirkung eines abgesenkten
Rohproteingehaltes im Kraftfutter (19 und 16 % bzw. 20 und 17%) geprüft (Horn u. a. 2007,
Preißinger u. a. 2008). Ein weiterer Versuch befasste sich mit dem Einsatz eines Futterzusatzstoffes.
Zur Beschreibung des Datenmaterials sind in Tabelle 1 die mittleren Werte nach Gewichtsklassen
angeführt.
Seite 350
Tabelle 1: Aufnahme im Futter und Leistung in Gewichtsklassen
Gew.-
Anzahl
mittleres Tages-
ME MJ
RP g
RP g
RP g
RP g
Ausnutz.
klasse
Gruppen Gewicht
zun. g
Aufn.
Aufn.
Erhalt.
Ansatz
Nettob.
RP %
80
28
84
577
13,6
186
44
101
145
79
100
32
98
893
22,5
315
58
156
214
68
120
30
119
1163
33,0
444
75
204
279
63
140
23
141
1422
44,8
575
94
249
343
60
160
22
161
1350
51,4
658
104
236
340
52
180
17
181
1517
56,9
694
113
265
378
55
200
6
195
1581
61,0
736
119
277
396
54
Die Aufzuchtversuche mit den Bullenkälbern begannen mit etwa 75 kg und dauerten meist 14 bis 16
Wochen. Die Tiere erreichten dann etwa 200 kg Lebendgewicht bei durchschnittlich 1122 g Zunahmen
je Tag. Ein Versuch endete nach 11 Wochen mit rund 160 kg. In jedem Versuch standen 2 Gruppen
mit je 21 Kälbern, die Tierwiegungen erfolgten wöchentlich, in einem Versuch 2-wöchig. Der
Milchaustauscher wurde bis zu einem Lebendgewicht von etwa 120 kg mit einer Abrufstation
verabreicht, je nach Versuch auch Kraftfutter tierbezogen zugeteilt. Grundfutter (Heu, Maissilagen)
und zum Teil Kraftfutter (als Mischration) wurden gruppenweise zugewogen. Deshalb gehen die
Auswertungen von Mittenwerten je Gruppe und Wiegeabschnitt (Woche) aus. Aus den festgestellten
Futtermengen und deren Gehalten wurden die Aufnahmen an Trockenmasse, Rohprotein und ME
insgesamt und aus Milchaustauscher errechnet. Entsprechend der dargestellten Ableitung (175 g
Rohprotein/kg Zuwachs) wurde für jede Gruppe und Woche der Nettobedarf an Rohprotein ermittelt
und mit dem Bezug auf die Rohproteinaufnahme die in diesem Wiegeabschnitt tatsächlich erreichte
Ausnutzung des Rohproteins (%) bestimmt.
Ergebnisse
Aufgrund der Streuungen der Zunahmen auf Wochenebene ergeben sich für den Nettobedarf und die
Ausnutzung des Rohproteins ebenfalls erhebliche Streuungen. Während die Aufnahme an Rohprotein
mit geringen Schwankungen gemessen werden kann, ergeben sich durch unvermeidliche Zufallsfehler
bei den Wiegungen erhebliche Streuungen der Tageszunahmen. Eine höhere Zunahme führt zu einer
höheren RP-Ausnutzung und umgekehrt. Da die Auswertung auf die maximal erreichbare Ausnutzung
abzielt, sind Mittenwerte der RP-Ausnutzung beispielsweise über Fütterungsgruppen nicht
aussagekräftig, weil damit eine unterschiedliche Fütterung eingeebnet wird. Damit ein gesuchter
Maximalwert der Ausnutzung nicht zu sehr durch Zufallsfehler entsteht, wurde versucht, innerhalb
einer Fütterungsgruppe (Behandlung, Durchgang) die Werte zu glätten. Als brauchbares Verfahren,
die zufallsbedingten Ausschläge einzugrenzen zeigte sich das Zusammenfassen zu 4-WochenAbschnitten.
Seite 351
Abbildung 1: Ausnutzung des Rohproteins in % nach Lebendgewicht für Gruppen-Wochen,
4-Wochen und Vorgaben der GfE
Die Ausnutzung des aufgenommenen Rohproteins für den Nettobedarf ist in Abbildung 1 dargestellt.
Darin sind die einzelnen Wochenwerte der Gruppen, die gemitteten 4-Wochenwerte und zum
Vergleich die Werte aus den Multiplikationsfaktoren der GfE (1999) zum jeweiligen Lebendgewicht
gezeigt. Es ist offensichtlich, dass über den gesamten Gewichtsbereich die realisierten Ausnutzungen
über den GfE-Vorgaben liegen, wobei naturgemäß die Wochenwerte weiter streuen. Die Absicht ist
nun, über die gefundenen Punkte eine obere Linie zu ziehen, welche als maximal erreichbare
Rohproteinausnutzungen (für das entsprechende Lebendgewicht) angesehen werden können.
Aus der Grafik kann man für die Gewichtsbereiche folgende Ausnutzungsraten herauslesen:
Lebendgewicht
Ausnutzung des Rohproteins
bis 80 kg
90 % (überwiegend Milchernährung)
bis 120 kg
auf 65 % abfallend
bis 160 kg
auf 60 % abfallend
bis 200 kg
auf 55 % abfallend
Seite 352
Folgerungen
Beim Vergleich der Rohproteinmenge, welche von den Versuchstieren aufgenommen wurde und
dessen Ausnutzung für den Nettobedarf mit den in der Bedarfsableitung dafür angesetzten Werten
zeigten sich merkliche Unterschiede. Eine differenzierte Rohproteinzufuhr war nur in einzelnen der
verfügbaren Versuche beabsichtigt, wobei die Fütterungsbedingungen praxisnah gestaltet wurden.
Trotzdem ergaben sich günstige Ausnutzungsraten des Rohproteins, weil die erbrachten Leistungen
mit geringeren Rohproteinaufnahmen erreicht wurden, als in den GfE-Empfehlungen angegeben.
Bei der Ermittlung des Nettobedarfes darf von geringen Fehlerquellen ausgegangen werden, so dass
zweckmäßigerweise für die Ableitung des (Brutto-) Rohproteinbedarfes die Ausnutzungsrate
angepasst werden sollte. Wird der Nettobedarf (gestaffelt nach Lebendgewicht und Tageszunahmen)
mit den Ausnutzungen (angepasst nach Lebendgewicht) verrechnet, wie sie in den
Fütterungsversuchen gefunden wurden, ergeben sich erkennbar niedrigere Richtwerte an Rohprotein
für Aufzuchtkälber.
Es erscheint angebracht, die mit den verfügbaren Fütterungsversuchen gefundenen Ergebnisse mit
weiteren Versuchsergebnissen zu überprüfen, um für die Anwendung in Beratung und praktischer
Fütterung gesicherte Empfehlungen verfügbar zu haben. Der Tierhalter braucht entsprechende
Hilfestellungen für den schmalen Grat zwischen leistungsmindernder Unterversorgung und teurer und
umweltbelastender Überversorgung.
Literatur
Ausschuss für Bedarfsnormen der Gesellschaft für Ernährungsphysiologie (GfE) (1995): Energie- und Nährstoffbedarf
landwirtschaftlicher Nutztiere. Nr. 6 Empfehlungen zur Energie- und Nährstoffversorgung der Mastrinder. DLG-Verlag Frankfurt
(Main)
Horn, A., Köhn, R., Meiser, H., Preißinger, W., Spiekers, H. (2007): Zur Rohproteinversorgung von Fressern der Rasse Fleckvieh
im Lebendmassebereich von 80 – 200 kg. Forum angewandte Forschung in der Rinder- und Schweinefütterung, Fulda 2007, 78
– 82.
Mitteilungen des Ausschusses für Bedarfsnormen der Gesellschaft für Ernährungsphysiologie (1997): Empfehlungen zur
Energieversorgung von Aufzuchtkälbern und Aufzuchtrindern. Proc. Soc. Nutr. Physiol. 6, 201 – 212
Mitteilungen des Ausschusses für Bedarfsnormen der Gesellschaft für Ernährungsphysiologie (1999): Empfehlungen zur
Proteinversorgung von Aufzuchtkälbern. Proc. Soc. Nutr. Physiol. 8, 155 – 164
Preißinger, W., Obermeier, A., Spiekers, H. (2008): Unterschiedliche Rohproteingehalte in der intensiven Fresseraufzucht mit
Fleckvieh (LM 80 – 200 kg). Forum angewandte Forschung in der Rinder- und Schweinefütterung, Fulda 2008, 105 – 108.
Rutzmoser, K., Preißinger, W., Obermaier, A. (2007): Vergleich der ME-Aufnahme mit den Empfehlungen bei der Aufzucht
männlicher Fleckviehkälber bis etwa 200 kg Lebendgewicht. Tagungsband 6. BOKU-Symposium Tierernährung, Wien 2007, 332
– 336
Spiekers, H., Dunkel, S., Preißinger, W., Engelhard, T. (2005a): Eiweißquelle mit Zukunft. Neue Landwirtschaft 2005 (11), 6770.
Spiekers, H., Südekum, K.-H., Preißinger, W., Chudaske, C. (2005b): Futterwert und Einsatz von Getreideschlempe beim
Wiederkäuer. VDLUFA-Schriftenreihe (61) 2006, 143-151.
Spiekers, H., Urdl, M., Preißinger, W., Gruber, L. (2006): Bewertung und Einsatz von Getreideschlempe beim Wiederkäuer.
Tagungsband 5. BOKU-Symposium Tierernährung, Wien 2006, 25-34.
Autorenanschrift
Dr. Karl Rutzmoser,
Institut für Tierernährung und Futterwirtschaft Grub
Prof.-Dürrwaechter-Pl. 3, 85586 Poing
Seite 353
Firmensponsoring – Trouw Nutrition Deutschland GmbH, Gempfinger Str. 15, D-86666 Burgheim
Seite 354
The velocity of body weight growth and dynamic phenotype
expression in pigs
Novák L., Zeman L. and Mareš P.
Mendel University of Agriculture and Forestry Brno, Czech Republic
Introduction
The body weight growth velocity in the fattened pigs influences the time; the animal needs to reach
the slaughtering weight. The shorter the fattening period, the better hope to have a good economic
results. The velocity of the body weight growth is represented by the derivation of the body weight
growth curve. The dynamic phenotype yields the description of the individual growth curve and the
velocity of body weight growth by three constants e.g. body weight at the beginning of the growth
curve (G0, kg), the genetic limit of the body weight (GLi, kg) and the maximum growth velocity in the
inflexion point of the body weight growth curve (dG max, kg/d) as described in our previous
publications (Novák 2006). The constants of the dynamic phenotype specified in the process of
interlining the Gompertz´s growth curve and the experimental body weight estimates represent
mathematic description of the curves development. The feature of this methodical approach is based
on unambiguous definition of mathematic constants (a, b, c), needed to the solution of mathematic
formulas for integration and derivation by means of the Dynamic phenotype parameters.
Prader, Tanner and Harnack (1963) have verified on the growth curve of children, the principle of
developmental canalization of the growth process as the expression of the individual’s genotype,
postulated by Waddington . The idea of heritable fixation of the growth curve form in the genotype
seems interesting also from the point of fattening the pigs. Is the form of the body weight growth
fixed in the genotype of the individual pig, the expression of the genotype may be however
accomplished only in the conditions of appropriate feeding and the environment capable to accept all
the heat produced by the animal, and containing the minimum of stressing factors.
In our previous publications (Novák et all. 2006) it was demonstrated in the growth of body weight in
children, as in the growth of body weight of pigs the practical significance of description of the growth
process by the dynamic phenotype, namely the great differences of the maximum growth velocity
values between individuals. In this contribution we do focus the attention to the experimental proof to
individual development of body weight in pigs, namely to the broadness of the body weight channel
under a standard conditions of feeding, stabling and veterinary care of pigs.
Seite 355
To evaluation of individual body weight curves by the method of Dynamic phenotype was calculated
according the protocols of experiments curried in pigs hybrids gilt- piglets and boar piglets from the
Farm Žabčice. In the experiment the pigs were housed in pens with plastic floor in total pen. There
was heated mattress, two feeding pump and feeder with six places. The pen’s area was 6,3 m2 . Pigs
were weighted every two weeks. Individual weight was red with accuracy ± 25 g. The climate in the
stable was controlled and registered automatically every 30 minutes all day. The feed mixture was
based on following compounds: wheat, barley, maize, soybean extract meal (45 % of crude protein)
fish meal, milk products, energy supplements (fatty acids)mineral and vitamin additives. The feed and
water were accessible ad bibitum. Dynamic phenotype constants were estimated for the Gompertz
growth curve by means of a Microsoft Excel by fitting the growth curve within the measured body
weight displayed on the screen. The fitted growth curve was calculated according the equation
Gt = GLi.exp(-GLi/G0). exp(-e. dG max/GLi. t))
[kg]
(1)
[kg/d]
(2)
and the velocity of growth according the equation
dG/dt = e.dGmax.ln(GLi)/GLi – e.dGmax.G . lnG/GLi
(e= 2,7183)
The calculation of the Gompertz´s growth curve fitted among the estimated vales of body weight is
done according the equation (1) in the spreadsheet and simultaneously projected on the monitor.
The generated growth curve is formed by the dynamic phenotype constants (G0, GLi and dGmax).
The correct values of the dynamic phenotype are reached and registered in the moment when the
difference between the displayed measured body weight values and the fitted Gompertzś growth
curve is minimal. The minimal difference between the calculated growth curve and measured body
weight values is controlled on the monitor by ye and simultaneously by calculation of determination
coefficient.
The calculated constants of the dynamic phenotype are presented for each individual pig in Table I.
As the G0 for each individual pig is taken the pig’s body weight at the begin of the experiment. The
genetic limit for pigs delivered from the breeding farm Žabčice was taken as GLi=320 kg uniformly for
all pigs. The form of the simulated growth curve is in this case regulated mainly by the value of
(dGmax) the maximum body mass velocity in the inflexion point of the growth curve. The time course
of the body weight growth velocity is calculated according the equation (2).
The dynamic phenotype constants (G0, GLi, dGmax) of each pig taken in the experiment are in Table
I. shown in separate columns together with values of body weight in the inflexion point (G*, kg)
together with age (t*, day) calculated for each individual pig.
The process of the described fitting the growth among the measured experimental values
demonstrates the Fig. 1. (gilt No 9) the Fig. 2. (boar No 22). The differences among the slow, medium
and fast growing individual boars are shown in Fig. 3. The body weight development of slow, medium
and fast growing individual gilts are shown in Fig. 4.
Seite 356
Interesting is to observe that the body weight growth curve in Fig. 1. and Fig. 2., fit well with the
estimated values of body weight. On contrary the velocity values estimated from the differences in
body weight in a two weeks intervals of weighing the pigs do exhibit greater differences. The
commonly used average velocity of body weight calculated from the general body weight gain in the
time of the experiment is evidently far away from the real body weight growth velocity outlined by the
velocity curve dG/dt.
The constants of dynamic phenotype of body weight growth (G0, GLi, dGmax) represent the
specificity of the genotype expression of that particular individual in the conditions of actual nutrition
and stabling environment. In the described experiment we have been able to consider the genetic
body weight limit (GLi) as common genetic mark for our pigs coming from the same breeding farm.
Shall we have on contrary the animals from different breeding farms, this genetic mark expressed in
the constants of dynamic phenotype by the parameter (GLi), would be probably different because of
different lines of parents used for the particular hybrid combination. In other word the three constants
of the dynamic body weight phenotype do reflect the individuality of the genotype gained in the
fertilization of the egg cell by the sperm. The genotype shaped in the zygote after the fusion of egg
cell and the sperm chromosomes estimates the future development of body weight within the given
corridor or channel of the body weight growth development. Of course the growth occurs only in the
case the environment will be able to fulfill the physical needs joined with the processes of conversion
the energy of the food into the energy needed for maintenance of vital functions and energy which
shall be accumulated into proteins, fats and saccharides in the growing body weight of the fattened
pig.
As demonstrated the broadness of the body weight channel or corridor in our experimental conditions
is relatively narrow. The broadness of the body weight channel in our pigs is approximately ± 5 % of
the body weight average. That means the variation in the development of individual body weight is
much smaller than the variation of the statistical body weight average that is usually in diapason from
10 to 15% or more.
Conclusion
The described method of expression the body weight growth curve of individual animals in the form of
the three dynamic phenotype parameters can be the interesting tool for visualization of the
individuals’ genotype expression. The observed regularities among the maximum body weight growth
velocity and the narrowness of individual body weight development corridor may give the new impulse
in investigation of animals feeding under the defined climatic conditions in the presence of different
stressing factors for pigs of various hybrid combinations.
Seite 357
Tab. I. Body weight growth of barrows (1) and gilts (2) during the fattening period and calculated
dynamic phenotype constants of body weight growth (G0, GLi, dGmax) for each individual. Body
weight in inflexion point (G*, kg) and age (t*, day) in which the inflexion point is reached.
Seite 358
2,00
1,80
1,60
1,40
1,20
1,00
0,80
0,60
50
300
2,00
0
50
250
200
150
100
50
0
350
1,80
1,60
1,40
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
100
200
Age [d]
150
250
Gilt No. 9, medium growth velocity
250
Boar No. 22. Medium growth velocity
200
Age [d]
150
(data Zeman Mareš, calculation Novák)
300
Growth velocity [kg/d]
100
300
250
200
150
100
50
0
350
Seite 359
0,40
0,20
0,00
0
Body weight t [ kg]
Body weight [kg]
Fig. 2. The fitting of the body weight growth Fig.1 The fitting of the body weigth growth curve
curve among the estimated body weight
among the estimainated body weight values. The
values. The maximum velocity of growth and maximum velocity of growth and the inflexion point
the inflexion point are marked by the circle
are marked by the circle
Growt h v elocit y [ kg/d]
Body weight growth of barrows born at 16.4.2003
PIC m 11
22 M DFGgomp
DFGgomp 11
PIC m 1
PIC m 22
1 M DFGgomp
160
140
Body weight [kg]
120
100
80
60
40
20
0
0
28
56
84
112
140
168
196
Age [d]
Fig. 3. Dynamic phenotype barrow
G0 [kg]
GLi [kg]
dGmax [kg G* [kg]
t* [den]
1m
9,1
320
0,99
117,7
194,0
22 m
8,6
320
1,15
117,7
174,6
11 m
9,55
320
1,24
117,7
162,3
Simulated body weight of slow growing, medium growing and fast growing inndividuals according their dynamic
phenotype parameters indicated in the table.
Seite 360
Body weight growth of gilts born at 16.4.2003
PIC f 9
DFGgomp 9
PIC f 12
DFGgomp 12
PIC f 18
DFGgomp 18
PIC f 2
DFGgomp 2
180
160
140
Body weight [kg]
120
100
80
60
40
20
0
0
28
56
84
112
140
168
196
Age [d]
Fig. 4. Dynamic pfenotype glts
G0 [kg]
GLi [kg]
dGmax [kg G* [kg]
t* [den]
12 f
9,35
320
0,85
117,7
222,8
9f
10,7
320
0,94
117,7
196,2
18 f
10,85
320
1,20
117,7
172,8
Simulated body weight of slow growing, medium growing and fast growing inndividuals according their dynamic
phenotype parameters indicated in the table. Abscisae do mark the deviation of ±5% of the average.
Seite 361
Coding of Dynamic phenotype parameters for body weight
G0 – body weight at the begiin of experiment
GLi – genetic limit for body weight (upper asymptote belonging the hybrid combination)
dG max – maximum growth velocity in the inflexion point of the growth curve.
The work. was supported by
Grant NAZV QF3070,
and Grant NAZV QG60118
Literatura
Prader A. Tanner J M. von Harnack G. 1963: Catch-up growth follovinng illness or starvation. An example of developmental
canalization in man.
J. Pediatr. May; 62:646-659.
PRADER A. 1984: Biomedical and endocrinological aspects of normal growth and development. In: Borms J., Hauspie R.Sand R,
Susanne C, Hebbelinck M :Human Growth and development. Plenum PressNew York and London, 1984: 1- 22.
NOVÁK L. 2006: Dynamic phenotype and its significance for animal and human growth assessment. Scripta Medica 79 (5-6)
298-299 (Abstract)
Novák L. Zeman L. Novák P. 2006: Simulation of body mass growth of livestock using the method of the phenotype values.
Tagungsband 5. BOKU-Symposium TIERERNÄHRUNG : 02. November 2006 Wien, 174-178. ISBN-10 3-900962-66-1
Mareš P., Novák L., Zeman L., Kratochvílová P., Večerek M. 2007a: The evaluation of phytogenic additives using in pig nutrition.
Tagungsband 6. BOKU-Sympoium Tierernährung : 15. November Wien, 149 –151.
Novák L., Zeman L., Novák L. 2007b: The evaluation of additives effect on individual growth of animals body weight.
Tagungsband 6. BOKU-Sympoium Tierernährung : 15. November 2007 Wien, 342 –345
NOVÁK L. KUKLA L. ZEMAN L. 2007c: Characteristic Difference between the Growth of Man and the other Animals. Prague Medical
Report Vol. 108 No. 2, p. 155-166.
Novák, L., Kukla, L., Čuta M. 2008: Child and adolescent longitudinal growth data evaluation using the logistic curve fitting with
use of the dynamic phenotype method.
Scripta Medica 81: 33 – 46.
Contact to authors
Prof. Ing. Ladislav Zeman, CSc.
Department of animal nutrition and forage production
Zemedelska 1, 613 00 Brno
Seite 362
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Seite 365

Kamphues J. - IFA

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