Untersuchungen zum Futterwert einer auf Molke produzierten Hefe (Kluyveromyces fragilis) als Eiweissfuttermittel für Absetzferkel

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1 Aus dem Institut für Tierernährung der Tierärztlichen Hochschule Hannover Untersuchungen zum Futterwert einer auf Molke produzierten Hefe (Kluyveromyces fragilis) als Eiweissfuttermittel für Absetzferkel INAUGURAL-DISSERTATION zur Erlangung des Grades eines Doktors der Veterinärmedizin (Dr. med. vet.) durch die Tierärztliche Hochschule Hannover Vorgelegt von Matthias Spark aus Löningen Hannover 2004

2 Wissenschaftliche Betreuung: Univ.-Prof. Dr. J. Kamphues 1. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. J. Kamphues 2. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. G. Flachowsky Tag der mündlichen Prüfung:

3 Meinen Eltern und Anke

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5 Wissenschaftliche Veröffentlichungen Spark M., H. Paschertz und J. Kamphues (2003): Yeast (different sources and levels) as protein source in diets of reared piglets: effects on protein digestibility and N-metabolism. 7 th Conference of the ESVCN, Hannover, , p. 80

6 Inhaltsverzeichnis 1 EINLEITUNG 19 2 SCHRIFTTUM Die Rohproteinverdaulichkeit und N-Bilanz beim Schwein Vom Tier ausgehende Einflüsse Vom Futtermittel ausgehende Effekte Nährstoffgehalt und Zusammensetzung der Futtermittel Herkunft des Proteins Antinutritive Inhaltsstoffe Einflüsse der Futterzubereitung Versorgung von Absetzferkeln mit Rohprotein Proteinbedarf und Proteinbewertung Von Tieren stammende Einweißfuttermittel Pflanzliche Eiweißfuttermittel Einsatz unterschiedlicher Proteinquellen bei Absetzferkeln Hefen Gesetzliche Regelungen für ihren Einsatz in der Tierernährung Produktion und Bearbeitung Zusammensetzung Rohnährstoffe Nukleinsäuren Aminosäuren Vitamine Mineralstoffe Futterwert Einsatz von Hefen in der Schweinefütterung Grenzen des Hefeneinsatzes in der Tierernährung Hygienische Anforderungen 48 3 EIGENE UNTERSUCHUNGEN Material und Methoden Versuchsziel Futtermittelkundliche Untersuchungen an Hefen Fragestellung Untersuchungsmaterial Untersuchungsparameter Akzeptanz-/ Verdauungs- und N-Bilanzversuche mit Absetzferkeln Fragestellung Versuchstiere Haltung Versuchsplan Versuchsfutter und Fütterung 56

7 Probengewinnung Untersuchungsparameter Untersuchungsmethoden Berechnung Statistik Ergebnisse Zusammensetzung der Hefen Rohnährstoff-, Stärke- und Zuckergehalt Aminosäurengehalt Nukleinsäurengehalt Mineralstoffgehalt Hygienestatus Akzeptanzversuche Futteraufnahme, Tageszunahmen und Futteraufwand Kotqualität Verdaulichkeitsversuche (Leistung, Verdaulichkeit, Kotqualität) Futteraufnahme, Zunahmen und Futteraufwand Trockensubstanzgehalt im Kot Scheinbare Verdaulichkeit der Rohnährstoffe N-Bilanz (N-Aufnahme, -Ausscheidung, -Ansatz und Verwertung) Blutparameter Energiegehalt der Molkenhefe 94 4 DISKUSSION Kritik der Methoden Tiere/ Versuchsbedingungen Ermittlung der Verdaulichkeit und der N-Retention Ableitung des Energiegehalts in Molkenhefe Zusammensetzung und Futterwert der Hefen N-Gehalt Kohlenhydrate Mengenelemente Die Leistung von Absetzferkeln bei Einsatz hefenhaltiger Mischfutter Futteraufnahme, Zunahmen und Futteraufwand Kotqualität Verdaulichkeit von Nährstoffen hefenhaltiger Alleinfuttermittel (organische Substanz, Rohfett, Rohfaser, NfE) sowie von Calcium und Phosphor N-Stoffwechsel Verdaulichkeit und N-Bilanz bei unterschiedlichen Produktionsbedingungen für die Hefen Energiegehalt Perspektiven für Molkenhefe im Mischfutter von Absetzferkeln 118

8 5 ZUSAMMENFASSUNG SUMMARY LITERATURVERZEICHNIS TABELLENANHANG 147

9 Verzeichnis der Tabellen Nr. Titel Seite Tab. 1: Rohproteingehalte (g/kg Körpermasse) und Aminosäurengehalte (g/ 100 g Rohproteinansatz) von Ferkeln und der Bedarf an Rohprotein im Mischfutter (%) sowie an Aminosäuren (g/tag) von Ferkeln unterschiedlichen Gewichts 27 Tab. 2: Aminosäurenzusammensetzung des Körperproteins von Schweinen (20 kg Körpermasse) im Vergleich zu dem Idealen Protein 28 Tab. 3: Rohprotein- und Aminosäurengehalte in Futtermitteln tierischer Herkunft 30 Tab 4.: Präzäkale (wahre) Rohprotein- und Aminosäurenverdaulichkeit (%) von Futtermitteln tierischer Herkunft 31 Tab. 5: Rohprotein- und Aminosäurengehalte in Futtermitteln pflanzlicher Herkunft 32 Tab 6.: Präzäkale (wahre) Rohprotein- und Aminosäurenverdaulichkeit (%) von Futtermitteln pflanzlicher Herkunft 33 Tab. 7: Chemische Zusammensetzung von Hefen 40 Tab. 8: Gehalte an Nukleinsäuren, Ribonukleinsäuren (RNS) und Desoxyribonukleinsäuren (DNS) in Hefen 41 Tab. 9: Aminosäurengehalte in Hefen 42 Tab. 10: Vitamingehalte in Hefen 43 Tab. 11: Rohasche- und Mineralstoffgehalte in Hefen 43 Tab. 12: Wahre, ileale (wv N ) und scheinbare präzäkale Verdaulichkeit (sv N ), Biologische Wertigkeit (BW) und Verwertung des Rohproteins (N- Verw.) aus Hefen unterschiedlicher Herkunft 44 Tab. 13: Wahre (wv) und scheinbare präzäkale Verdaulichkeit (sv) einiger Aminosäuren aus Hefen 45 Tab. 14: Mikrobiologische Anforderungen für Einzellerproteine 49 Tab. 15: Zuteilung der Mischfutter in den Akzeptanzversuchen 56 Tab. 16: Zuteilung der Mischfutter in den Verdauungsversuchen 56 Tab. 17: Anteile der Futtermittelkomponenten im Mischfutter von Kontroll- und Versuchsgruppen der Akzeptanz- und Verdauungsversuche (%) 57 Tab. 18: LPS-Gehalte, Pufferkapazitäten und ph-wert der für die Akzeptanzversuche verwendeten Mischfutter 57 Tab. 19: LPS-Gehalte, Pufferkapazitäten und ph-wert der für die Verdauungsversuche verwendeten Mischfutter 58 Tab. 20: Energie-, Rohnährstoff-, Stärke- und Zuckergehalte in Hefen (g/kg TS) 71

10 Tab. 21: Gehalte einiger essentieller Aminosäuren (g/100 g Rp) in Hefen 73 Tab. 22: Gesamtstickstoff- und Ribonukleinsäurengehalte, Stickstoffgehalte (in Form von Ribonukleinsäure) sowie Anteil des RNA-N am Gesamtstickstoff in den eingesetzten Hefen 74 Tab. 23: Mengenelementgehalte in Hefen 75 Tab. 24: Spurenelementgehalte in Hefen 75 Tab. 25: Lipopolysaccharidgehalte in Hefen 76 Tab. 26: Körpermassen, tägliche Futteraufnahme, Tageszunahmen und Futteraufwand von Absetzferkeln in Kontroll- und Versuchsgruppe während der Akzeptanzversuche 78 Tab. 27: TS-Gehalte und ph-werte in Kotproben von Absetzferkeln der Kontrollund Versuchsgruppe während der Akzeptanzversuche 79 Tab. 28: Körpermasse, tägliche Futteraufnahme, Tageszunahmen und Futteraufwand von Absetzferkeln in Kontroll- und Versuchsgruppen in Durchgang I der Verdauungs- und Bilanzversuche 81 Tab. 29: Körpermasse, tägliche Futteraufnahme, Tageszunahmen und Futteraufwand von Ferkeln in Kontroll- und Versuchsgruppen in Durchgang II und III der Verdauungs- und Bilanzversuche 82 Tab. 30: Trockensubstanzgehalte (%) im Kot von Absetzferkeln der Kontroll- und Versuchsgruppen in den Bilanzversuchen (MW ± s), Durchgänge I- III 82 Tab. 31 : Scheinbare Verdaulichkeit der Rohnährstoffe ( %) sowie der Mengenelemente Calcium und Phosphor aus den Alleinfuttermitteln der Kontroll- und Versuchsgruppen in den Durchgängen I-III der Verdaulichkeitsuntersuchungen 85 Tab. 32: Scheinbare Stickstoffverdaulichkeit (%) der gesamten Mischung (Rp ges ) sowie der Hefen allein 1) (Rp hefen ) in Kontroll- und Versuchsgruppen; Durchgang I-III der Verdaulichkeitsuntersuchungen 85 Tab. 33: N-Bilanz von Absetzferkeln in Kontroll- und Versuchsgruppen während der Bilanzversuche; Durchgang I 88 Tab. 34: N-Bilanz von Absetzferkeln in Kontroll- und Versuchsgruppen während der Bilanzversuche; Durchgänge II und III 89 Tab. 35: RNA-Gehalte eingesetzter Alleinfuttermittel, Gehalte an Allantoin-N und Gesamt-N im Harn (absolut und relativ) von Absetzferkeln der Kontrollund Versuchsgruppen in den Bilanzen; Durchgänge I bis III 91 Tab. 36: Harnstoffgehalte im Blut von Absetzferkeln der Kontroll- und Versuchsgruppen während der Verdauungsversuche, Durchgänge I-III 93 Tab. 37: Scheinbare Verdaulichkeit (VQ in %) der Rohnährstoffe organische Substanz, Rohprotein, Rohfett und NfE aus Molkenhefe abgeleitet an Hand der Differenzmethode sowie mittels Regressionsverfahren 95 Tab. 38: Vergleich der unterschiedlich ermittelten Energiegehalte in Molkenhefe 95 Tab. 39: Gehalte an verschiedenen Kohlenhydratfraktionen (g/kg TS) in der untersuchten Hefen 103

11 Tab. 40: Tab. 41: Tab. 42: Tab. 43: Tab. 44: Gehalte an Nicht-Stärke-Polysacchariden (g/kg TS) in verschiedenen Getreidearten sowie in Hefen 108 Vergleich der scheinbaren Verdaulichkeit von Nährstoffen (%) in Hefen nach unterschiedlichen Quellen 110 Gesamtphosphor- und Ribonukleinsäurengehalte sowie P-Fraktionen in den eingesetzten Hefen (g/kg TS) 111 An Hand der N-Retention abgeleiteter Rohproteingehalt im Körpermassenansatz von Absetzferkeln der Kontroll- und Versuchsgruppen während der Verdauungsversuche; Durchgang I-III 115 Rohproteingehalte, N-Verdaulichkeit (VQ N ) und Gehalte an verdaulichem Rohprotein sowie Kosten verschiedener Proteinquellen 120 Tabellen im Tabellenanhang Nr. Titel Seite Tab. I: Geschlechtsverteilung, Alter und Gewicht der Absetzferkel zu Beginn des ersten bzw. zweiten Durchganges während des Akzeptanzversuchs 147 Tab. II: Alter und Gewicht der Absetzferkel im ersten Durchgang jeweils zu Beginn der Bilanzen 147 Tab. III: Alter und Gewicht der Absetzferkel im zweiten Durchgang jeweils zu Beginn der Bilanzen 148 Tab. IV: Alter und Gewicht der Absetzferkel im dritten Durchgang jeweils zu Beginn der Bilanzversuche 148 Tab. V: Chemische Zusammensetzung der Mischfutter für die Akzeptanzversuche (g/kg TS) 149 Tab. VII: Aminosäurengehalte (g/kg TS) der untersuchten Hefen 151 Tab. VIII: Aminosäurenmuster (g/ 100g Rp) der untersuchten Hefen 151 Tab. IX: In Molkenhefe untersuchte Organochlorpestizide 152 Tab. X: Futteraufnahme (g us/ Tag/ 2 Tiere) von Absetzferkeln (n=2) der Kontroll- und Versuchsgruppe im ersten und zweiten Durchgang (DG I und DG II) des Akzeptanzversuches 153 Tab. XI: Kottrockensubstanzgehalte (%) von Absetzferkeln der Kontroll- und Versuchgruppe im ersten Durchgang des Akzeptanzversuches 154 Tab. XII: Kottrockensubstanzgehalte (%) von Absetzferkeln der Kontroll- und Versuchgruppe im zweiten Durchgang des Akzeptanzversuches 154 Tab. XIII: ph-werte in Kotproben von Absetzferkeln der Kontroll- und Versuchsgruppe im ersten Durchgang des Akzeptanzversuches 155

12 Tab. XIV: ph-werte in Kotproben von Absetzferkeln der Kontroll- und Versuchsgruppe im zweiten Durchgang des Akzeptanzversuches 155 Tab. XVa: Futteraufnahme, Tageszunahme, Futterverwertung sowie Kotmenge- und TS-Gehalt, Harnmengen und Rohproteingehalt (Rp) im Harn von Absetzferkeln der ersten Bilanz, Durchgang I 156 Tab. XVb: Rohnährstoff-, Calcium- und Phosphorgehalte von Sammelkotproben der Absetzferkel in der ersten Bilanz, Durchgang I 156 Tab. XVc: Scheinbare Verdaulichkeit der Rohnährstoffe (%) sowie von Calcium und Phosphor bei einzelnen Absetzferkeln der ersten Bilanz, Durchgang I 157 Tab. XVd: N-Bilanz (g N/kg KM 0,75 pro Tag) bei Absetzferkeln der ersten Bilanz, Durchgang I 157 Tab. XVIa: Futteraufnahme, Tageszunahme, Futterverwertung sowie Kotmenge- und TS-Gehalt, Harnmengen und Rohproteingehalt (Rp) im Harn von Absetzferkeln der zweiten Bilanz, Durchgang I 158 Tab. XVIb: Rohnährstoff-, Calcium- und Phosphorgehalte von Sammelkotproben von Absetzferkeln der zweiten Bilanz, Durchgang I 158 Tab. XVIc: Scheinbare Verdaulichkeit der Rohnährstoffe (%) sowie von Calcium und Phosphor bei einzelnen Absetzferkeln der zweiten Bilanz, Durchgang I 159 Tab. XVId: N-Bilanz (g N/kg KM 0,75 pro Tag) bei Absetzferkeln der zweiten Bilanz, Durchgang I 159 Tab. XVIa: Futteraufnahme, Tageszunahme, Futterverwertung sowie Kotmenge- und TS-Gehalt, Harnmengen und Rohproteingehalt (Rp) im Harn von Absetzferkeln der dritten Bilanz, Durchgang I 160 Tab. XVIIb: Rohnährstoff-, Calcium- und Phosphorgehalte von Sammelkotproben von Absetzferkeln der dritten Bilanz, Durchgang I 160 Tab. XVIIc: Scheinbare Verdaulichkeit der Rohnährstoffe (%) sowie von Calcium und Phosphor bei einzelnen Absetzferkeln der dritten Bilanz, Durchgang I 161 Tab. XVIId: N-Bilanz (g N/kg KM 0,75 pro Tag) bei Absetzferkeln der dritten Bilanz, Durchgang I 161 Tab. XVIIIa: Futteraufnahme, Tageszunahme, Futterverwertung sowie Kotmenge- und TS-Gehalt, Harnmengen und Rohproteingehalt (Rp) im Harn von Absetzferkeln der vierten Bilanz, Durchgang II 162 Tab. XVIIIb: Rohnährstoff-, Calcium- und Phosphorgehalte von Sammelkotproben von Absetzferkeln der vierten Bilanz, Durchgang II 162 Tab. XVIIIc: Scheinbare Verdaulichkeit der Rohnährstoffe (%) sowie von Calcium und Phosphor bei einzelnen Absetzferkeln der vierten Bilanz, Durchgang II 163 Tab. XVIIId: N-Bilanz (g N/kg KM 0,75 pro Tag) bei Absetzferkeln der vierten Bilanz, Durchgang II 163 Tab. XIXa: Futteraufnahme, Tageszunahme, Futterverwertung sowie Kotmenge- und TS-Gehalt, Harnmengen und Rohproteingehalt (Rp) im Harn von Absetzferkeln der fünften Bilanz, Durchgang II 164

13 Tab. XIXb: Rohnährstoff-, Calcium- und Phosphorgehalte von Sammelkotproben von Absetzferkeln der fünften Bilanz, Durchgang II 164 Tab. XIXc: Scheinbare Verdaulichkeit der Rohnährstoffe (%) sowie von Calcium und Phosphor bei einzelnen Absetzferkeln der fünften Bilanz, Durchgang II 165 Tab. XIXd: N-Bilanz (g N/kg KM 0,75 pro Tag) bei Absetzferkeln der fünften Bilanz, Durchgang II 165 Tab. XXa: Futteraufnahme, Tageszunahme, Futterverwertung sowie Kotmengeund TS-Gehalt, Harnmengen und Rohproteingehalt (Rp) im Harn von Absetzferkeln der sechsten Bilanz, Durchgang III 166 Tab. XXb: Rohnährstoff-, Calcium- und Phosphorgehalte von Sammelkotproben von Absetzferkeln der sechsten Bilanz, Durchgang III 166 Tab. XXc: Scheinbare Verdaulichkeit der Rohnährstoffe (%) sowie von Calcium und Phosphor bei einzelnen Absetzferkeln der sechsten Bilanz, Durchgang III 167 Tab. XXd: N-Bilanz (g N/kg KM 0,75 pro Tag) bei Absetzferkeln der sechsten Bilanz, Durchgang III 167 Tab. XXIa: Futteraufnahme, Tageszunahme, Futterverwertung sowie Kotmenge- und TS-Gehalt, Harnmengen und Rohproteingehalt (Rp) im Harn von Absetzferkeln der siebten Bilanz, Durchgang III 168 Tab. XXIb: Rohnährstoff-, Calcium- und Phosphorgehalte von Sammelkotproben von Absetzferkeln der siebten Bilanz, Durchgang III 168 Tab. XXIc: Scheinbare Verdaulichkeit der Rohnährstoffe (%) sowie von Calcium und Phosphor bei einzelnen Absetzferkeln der siebten Bilanz, Durchgang III 169 Tab. XXId: N-Bilanz (g N/kg KM 0,75 pro Tag) bei Absetzferkeln der siebten Bilanz, Durchgang III 169 Tab. XXII: Regressionsgleichungen für die Allantoin-N-Exkretion in Abhängigkeit von der Herkunft der verabreichten mikrobiellen Stickstoffmenge (x) 170 Tab. XXIII: Regressionsgleichungen für die N-Retention in Abhängigkeit von der Tageszunahme (x) der Absetzferkel 170 Tab. XXIVa: Harnstoff- und Harnsäuregehalte im Serum von Absetzferkeln der Kontroll- und Versuchsgruppen während der zweiten Bilanz 170 Tab. XXIVb: Harnstoff- und Harnsäuregehalte im Serum von Absetzferkeln der Kontroll- und Versuchsgruppen während der dritten Bilanz 170 Tab. XXIVc: Harnstoff- und Harnsäuregehalte im Serum von Absetzferkeln der Kontroll- und Versuchsgruppen während der sechsten Bilanz 171 Tab. XXIVd: Harnstoff- und Harnsäuregehalte im Serum von Absetzferkeln der Kontroll- und Versuchsgruppen während der Bilanzen, Durchgänge I-III 171 Tab. XXV: NSP-Anteile der einzelnen Futtermittelkomponenten sowie der Gesamtgehalt an NSP s in Mischfuttern von Kontroll- sowie Versuchsgruppe der Akzeptanzversuche (g/kg TS) 171

14 Verzeichnis der Abbildungen Nr. Titel Seite Abb. 1: Abb. 2: Abb. 3: Abb. 4: Abb. 5: Abb. 6: Abb. 7: Abb. 8: Abb. 9: Abb. 10: Abb. 11: Abb.12: Abb. 13: Schematischer Ablauf zur Herstellung von Molkenhefe (Kluyveromyces fragilis) 52 Rohprotein- und Reineiweißgehalt (absolut in g/kg TS, relativ in %) in den untersuchten Hefen (Bier-, Milch- und Molkenhefe III für eigene Versuche eingesetzt) 72 Aminogramm (ausgewählter Aminosäuren) der untersuchten Hefen bzw. der Hefenchargen 73 Aminogramm 1) (aller untersuchter Aminosäuren) der eingesetzten Hefen (Bierhefe, Milchhefe, Molkenhefe III) 74 Futteraufnahmeverhalten von Absetzferkeln (jeweils 2 Tiere als Gruppe) im ersten und zweiten Durchgang der Akzeptanzversuche (Kontrollfutter ohne Hefeneinsatz, Versuchsfutter mit 11,17 % Molkenhefe) 77 Entwicklung der TS-Gehalte im Kot von Absetzferkeln aus Kontroll- und Versuchsgruppe im ersten und zweiten Durchgang der Akzeptanzversuche (Kontrollfutter ohne Hefeneinsatz; Versuchsfutter mit 11,17 % Molkenhefe) 79 Entwicklung der ph-werte im Kot von Absetzferkeln aus Kontroll- und Versuchsgruppe im ersten und zweiten Durchgang der Akzeptanzversuche (Kontrollfutter ohne Hefeneinsatz; Versuchsfutter mit 11,17 % Molkenhefe) 80 Scheinbare Stickstoffverdaulichkeit (%) der gesamten Mischung und der Hefen allein (ermittelt über Differenzrechung) in Kontroll- und Versuchsgruppen der Verdaulichkeitsversuche, Durchgänge I-III 86 Ca-Verdaulichkeit (%) in Abhängigkeit vom Ca-Anteil aus Hefen am Gesamtcalciumgehalt (%) von eingesetzten Alleinfuttermitteln während der Verdaulichkeitsuntersuchungen, Durchgänge I-III 86 P-Verdaulichkeit (%) in Abhängigkeit vom P-Anteil aus Hefen am Gesamtphosphorgehalt (%) von eingesetzten Alleinfuttermitteln während der Verdaulichkeitsuntersuchungen, Durchgänge I-III 87 N-Verwertung (%) aus der Gesamten Mischung sowie aus den Hefen allein in Kontroll- und Versuchsgruppen (ermittelt über Differenzrechnung) 90 Stickstoffausscheidung in Form von Allantoin über den Harn von Absetzferkeln der Kontroll- und Versuchsgruppen in den Bilanzen, Durchgänge I-III 91 N-Ausscheidung in Form von Allantoin über den Harn in Abhängigkeit von der Stickstoffaufnahme als Ribonukleinsäuren (unterschiedlicher Menge und Herkunft) von Absetzferkeln der Kontroll- und Versuchsgruppen in den Bilanzen, Durchgänge I-III 92

15 Abb. 14: Abb. 15: Abb. 16: N-Retention (%) in Abhängigkeit von der Höhe der Tageszunahmen von Absetzferkeln der Kontroll- und Versuchsgruppen während der Bilanzversuche, Durchgänge I-III 93 Vergleich des IDEALEN PROTEINS (NRC 2001) mit dem Aminosäurenmuster aus Sojaextraktionsschrot und einer Kombination aus 60 % Sojaprotein und 40 % Molkenhefenprotein unter Berücksichtigung der präzäkalen Aminosäurenverdaulichkeiten 114 N-Exkretion in Form von Allantoin über den Harn in Abhängigkeit von der Aufnahme an RNS-N von Absetzferkeln der Kontroll- und Versuchsgruppen während der Verdauungsversuche, Durchgänge I-III 116 Verzeichnis der Übersichten Nr. Titel Seite Übers. 1: Bedingungen und Ziele der Palatabilitätsversuche 55 Übers. 2: Bedingungen und Ziele der Bilanzversuche 56 Übers. 3: Modell zur statistischen Analyse 69

16 Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen ±s Standardabweichung Abb. Abbildung BFS Bakteriell-fermentierbare-Substanz BH Alleinfutter für Schweine mit 8 % Bierhefeanteil BHZP Bundes-Hybrid-Zucht-Programm Cys Cystin Fa. Firma FMVO Futtermittelverordnung g Gramm HCL Salzsäure I.E. internationale Einheiten Hrsg. Herausgeber KBE Kolonie-bildende-Einheiten KM Körpermasse KM 0,75 metabolische Körpermasse LPS Lipopolysaccharide Lys Lysin ME umsetzbare Energie MH Alleinfutter für Schweine mit 12 % Milchhefeanteil Min Minute MJ Megajoule MO 50 Alleinfutter für Schweine mit 5,58 % Molkenhefe MO 100 Alleinfuttermittel mit 11,2 % Molkenhefe MO 150 Alleinfuttermittel mit 16,8 % Molkenhefe n Anzahl der Proben NfE Stickstoffreie Extraktstoffe NH 3 Ammoniak NPN Nicht-Protein- Stickstoff N-Ret. Stickstoffretention os organische Substanz p Irrtumswahrscheinlichkeit ph potentia Hydrogenii ppr. postprandium Ra Rohasche Rfa Rohfaser Rfe Rohfett Rp Rohprotein sv scheinbare Verdaulichkeit Tab. Tabelle TS Trockensubstanz us ursprüngliche Substanz

17 Übers. VDLUFA z.b. Übersicht Verband Deutscher Landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten zum Beispiel

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19 1. Einleitung 1 Einleitung Die Versorgung von Absetzferkeln mit hochverdaulichen und bekömmlichen Mischfuttern stellt hinsichtlich der Ernährungsphysiologie der Tiere in dieser Lebensphase sowie im Rahmen einer ökonomisch ausgerichteten Tierproduktion hohe Ansprüche an die Mischfutterindustrie. Vor diesem Hintergrund nimmt die Versorgung insbesondere mit hochwertigem Protein einen besonderen Stellenwert ein. Einerseits ist durch das Verfütterungsverbot die Verwendung von Tiermehl für landwirtschaftliche Nutztiere untersagt sowie der Einsatz von Fischmehl deutlich eingeschränkt und zum anderen ist eine ausschließliche Verwendung von Sojaextraktionsschrot als Proteinquelle (Kostenreduzierung) im Mischfutter für Absetzferkel auf Grund der noch begrenzten Verdauungskapazität der Tiere (AUMAÎTRE 1983) sowie antinutritiver Inhaltsstoffe im Sojaextraktionsschrot (Glycinin, Stachyose) nicht denkbar (LI et al. 1990). Gleichzeitig sind die Bestrebungen groß, den Anteil an hochwertigen (kostenintensiven) Proteinquellen in der ökonomisch orientierten Tierproduktion zu begrenzen (so viel wie nötig, so wenig wie möglich). In diesem Zusammenhang gewinnt die Verarbeitung von Nebenprodukten aus der Lebensmittelindustrie zunehmend an Bedeutung. Mit Hilfe von Mikoorganismen (z.b. Hefen) können die in großen Mengen zur Verfügung stehenden, organischen Produkte zu hochwertigen Proteinen veredelt (fermentiert) werden. Diese sogenannten End-of-Pipe-Produkte gewinnen nicht nur auf Grund ihres regenerativen und vor allem rohstoffsparenden Charakters (Rückführung von Nährstoffen) zunehmend an Bedeutung auch für die Tierernährung (KAMPHUES 2001), sondern stellen auch auf Grund ihrer hohen Gehalte an Protein sowie an Lysin eine attraktive Ergänzungsmöglichkeit in Alleinfuttermitteln auf Getreidebasis dar. Wegen der hohen biologischen Wertigkeit des Proteins dürften sich die Hefen insbesondere für die Ernährung von Jungtieren eignen. In den vorliegenden Untersuchungen sollte der Futterwert verschiedener Hefen als Eiweissquellen im Mischfutter für Absetzferkel ermittelt werden. Im Vordergrund stand dabei eine besondere Hefe, die auf einem molkeähnlichen Produkt einer Käserei großtechnisch gewonnen wurde. Mit steigenden Konzentrationen im Mischfutter (6, 12 und 17 %) konnten durch das Hefenprotein jeweils 20, 40 oder 60 % des Sojaproteins im Mischfutter ersetzt werden. Zum Vergleich kam in der Kontrollgruppe ausschließlich Sojaprotein mit einer Aminosäurenergänzung zum Einsatz. Ferner wurden zwei bereits am Markt verfügbare Hefen (Bier- bzw. Milchhefe) als Rohproteinquellen untersucht (jeweils 40 % Ersatz von Sojaprotein). Folgende Parameter waren von besonderem Interesse: Chemische Zusammensetzung der Hefen Akzeptanz der verschiedenen hefenhaltigen Mischfutter Bekömmlichkeit der Alleinfuttermittel sowie Kotqualität der Tiere Leistung (Tageszunahmen, Futteraufwand) der Tiere scheinbare Verdaulichkeit der Rohnährstoffe und N-Bilanz Ökonomie des Hefeneinsatzes im Mischfutter. Für alle Versuche kamen bewusst Absetzferkel zum Einsatz, da die Tiere in dieser Lebensphase den höchsten Bedarf an Proteinen und Aminosäuren aufweisen sowie die höchste Inzidenz nutritiv bedingter Störungen aufweisen. 19

20 2. Schrifttum 2 Schrifttum In diesem Kapitel wird zunächst die Beeinflussung der Rohnährstoffverdaulichkeit durch tierspezifische sowie vom Futtermittel und von deren Zubereitung ausgehende Faktoren erörtert und im Anschluss die Bedeutung dieser Faktoren für die N-Bilanz dargestellt. Danach erfolgen einige Ausführungen zum Bedarf von Absetzferkeln unter besonderer Berücksichtigung der Ernährungsphysiologie der Tiere in dieser Lebensphase sowie zur Proteinbewertung von einigen derzeit am Markt verfügbaren Eiweissquellen. Ferner werden die Einsatzmöglichkeiten sowie der Stellenwert sowohl von Tieren stammende Proteinquellen als auch von Proteinen pflanzlicher Herkunft für die Fütterung von Absetzferkeln herausgearbeitet. Schließlich wird ein Überblick zu den gesetzlichen Rahmenbedingungen, zur Produktion und zur Zusammensetzung von Hefen aufgezeigt. Außerdem soll der Einsatz von Hefen als alternative Proteinquelle in der Tierernährung unter besonderer Berücksichtigung möglicher Auswirkungen von Hefenproteinen auf den N- Stoffwechsel von Absetzferkeln beleuchtet werden. Nicht zuletzt werden hygienische Anforderungen an Hefen, um diese als Futtermittel einsetzten zu können, erörtert. 2.1 Die Rohproteinverdaulichkeit und N-Bilanz beim Schwein In der Schweinemast wird heute seitens des Marktes eine hohe Produkt- und Schlachtkörperqualität verlangt, zudem soll aber auch unter Gewährleistung einer möglichst hohen Lebensmittelsicherheit zu günstigsten Bedingungen produziert werden. Der Landwirt muss sich diesen Anforderungen anpassen und seine Produktion auf einen hohen Effizienzgrad ausrichten. Aus Sicht der Tierernährung bedeutet diese Forderung, die hohe, genetisch fixierte Wachstumskapazität der Tiere mit möglichst geringem Futteraufwand durch hochwertige Futtermittel (vom Jungtieralter an) zu erzielen. Beim Absetzferkel ist neben einer hohen Verdaulichkeit eine möglichst gute Bekömmlichkeit der Futtermittel von großer Bedeutung. Vor diesem Hintergrund bleibt zu beachten, dass bestimmte Proteinfraktionen einiger Futtermittel (v. a. proteinreich) allergische Reaktionen beim Absetzferkel hervorrufen, welche sich negativ auf die Tiergesundheit und nicht zuletzt auch auf die N-Bilanz auswirken (BIMBO und GROWTHER 1992). Ferner senkt eine erhöhte Verdaulichkeit den Futteraufwand erheblich und spart somit Futterkosten. Darüber hinaus reduziert eine Erhöhung der Proteinverdaulichkeit die Stickstoffausscheidung und verbessert die N-Bilanz. So kann die Belastung der Umwelt (N-Eintrag) gesenkt werden, ohne die Tierzahlen zu verringern (FASSHAUER 1993). Eine hohe N-Bilanz ist auch vor dem Hintergrund der Verbrauchererwartungen (Schlachtkörper mit einem hohen Magerfleischanteil sowie hohem Proteinansatz), von großer Bedeutung. Eine Beeinflussung der Verdaulichkeit kann durch das Tier selbst, durch das Futtermittel bzw. Futtermittelinhaltsstoffe sowie durch die Futterzubereitung erfolgen (KAMPHUES et al. 1999). Diese Faktoren werden im Folgenden näher beleuchtet. 20

21 2. Schrifttum Vom Tier ausgehende Einflüsse Die tierartlich und altersabhängig differierende Ausbildung des Verdauungstraktes, die unterschiedliche Ausstattung mit Enzymen und die Dauer der Chymuspassage sind verantwortlich für die unterschiedliche Verdauungskapazität der einzelnen Spezies (KAMPHUES et al. 1999). Darüber hinaus begründen MOSENTHIN et al. (1997) die artspezifisch differierende Verdaulichkeit einerseits mit der Variation der enzymatischen Hydrolyse, andererseits mit der unterschiedlichen Passagerate der Ingesta. Einen besonderen Einfluss auf die Verdaulichkeit hat das Alter der Tiere. So steigt mit zunehmendem Alter die Verdaulichkeit der organischen Substanz sowie der Rohnährstoffe an (AXELSON 1955). ROTH und KIRCHGESSNER (1984, 1985) erklären die positive Korrelation zwischen der Körpermasse und der Verdaulichkeit des Rohproteins einerseits durch die deutliche Zunahme der Aktivität der Verdauungsenzyme (Proteasen, Lipasen, Glucosidasen) in den ersten Lebenswochen des Ferkels und andererseits durch die anatomischen und physiologischen Veränderungen des Verdauungstraktes in Abhängigkeit vom Wachstum. Den Anstieg der Verdauungskapazität mit zunehmendem Alter der Ferkel sehen WALKER et al. (1986), GREEN et al. (1987) und LI et al. (1993) ebenfalls als Grund für den Anstieg der präzäkalen Rohprotein- und Aminosäurenverdaulichkeit an. Einen Einfluss des Geschlechts auf die Nährstoffverdaulichkeit konnten HENNING et al. (1978, 1979) durch Untersuchungen an Börgen und weiblichen Schweinen hingegen ausschließen. Auf die positive Beziehung zwischen höherer Rohproteinverdaulichkeit und verzögerter Passagerate von Futterprotein bis zum terminalen Ileum weisen DARCY et al. (1981) und TURLINGTON et al. (1989) hin. In Fütterungsversuchen mit Absetzferkeln zeigte sich die positive Auswirkung einer restriktiven Futterzuteilung auf die Gesamtverdaulichkeit der Rohnährstoffe (KAMPHUES 1987), was zum einen mit einer schnelleren, intensiveren Azidierung des Mageninhaltes und damit verbundenen besseren Bedingungen für die Aktivität der Verdauungsenzyme (ph-optimum) und zum anderen mit einer längeren Aufenthaltsdauer des Chymus im Dickdarm zu erklären ist. ROTH und KIRCHGESSNER (1984) begründen die negative Korrelation zwischen steigendem Fütterungsniveau und der Gesamtverdaulichkeit der Rohnährstoffe mit einer insgesamt beschleunigten Passagerate, die bei einer intensiveren Fütterung auftritt. Einen nachhaltigen Einfluss der Fütterungsintensität auf die präzäkale Verdaulichkeit von Rohprotein und Aminosäuren konnten VAN LEEUWEN et al. (1987), WANG und FULLER (1990) und MORZ et al. (1991) allerdings nicht feststellen. Als weiteren tierspezifischen Einflussfaktor auf die Stickstoffverdaulichkeit sind endogene N- Verluste zu erwähnen. DE LANGE et al. (1990) messen diesen endogenen N-Ausscheidungen für die Bewertung der scheinbaren präzäkalen Verdaulichkeit eine erhebliche Bedeutung bei. Insgesamt hängen die endogenen N-Verluste von der Höhe der Proteinaufnahme, von Art und Menge der pflanzlichen Gerüstsubstanzen (Rohfaser), vom Gehalt an antinutritiven Inhaltsstoffen sowie von der Struktur und der Zusammensetzung der Futtermittel ab (SAUER und OZIMEK 1986). Deshalb deuteten RADEMACHER et al. (2000) auf die Notwendigkeit der Bewertung des Proteins auf der Stufe der präzäkalen (ilealen) wahren Verdaulichkeit vor allem bei proteinarmen Futtermitteln auf Grund des relativ hohen Anteils basaler, endogener N-Verluste am Gesamtstickstofffluß im Darmlumen hin. Während die scheinbare 21

22 2. Schrifttum Verdaulichkeit der Aminosäuren mit steigendem Aminosäurengehalt in der Mischung auf Grund des relativ geringeren Anteils an endogenen N-Verlusten kurvenlinear ansteigt, bleibt die wahre präzakale Verdaulichkeit der Aminosäuren von der Höhe der Aminosäurenzulage unbeeinflusst. Ferner wird eine Wirkungsspezifität der an der Proteinverdauung beteiligten Proteasen als Ursache für unterschiedliche Verdaulichkeitskoeffizienten in der Literatur diskutiert. So zeigt Trypsin eine hohe Wirkungsspezifität für Peptidverbindungen, die unter Beteiligung der Carboxylgruppen von Arginin und Lysin entstanden sind, während Arginylprolyl- und Lysylprolylverbindungen von Trypsin nicht gespalten werden können (MOSENTHIN et al. 1997). KAKADE (1974) stellt für Proteine mit weitem Arginin-/Lysin- zu Prolinverhältnis einen positiven Effekt auf die Proteinverdaulichkeit fest. TAVERNER et al. (1981) konnten diesen Zusammenhang in Untersuchungen an Weizen unterschiedlicher Herkunft allerdings nicht bestätigen. Schließlich ist der Gesundheitsstatus der Tiere verantwortlich für eine Erzielung einer hohen Effizienz in der Schweinemast. Erkrankungen, wie z.b. Parasitenbefall, Diarrhoe oder intestinale Dysbiosen wirken sich unter anderem negativ auf die Verdaulichkeit der Nährstoffe aus (KAMPHUES et al. 1999) Vom Futtermittel ausgehende Effekte Nährstoffgehalt und Zusammensetzung der Futtermittel Die Verdaulichkeit der Rohnährstoffe wird vor allem durch die Zusammensetzung der Futtermittel bestimmt. Einen wesentlichen Einflussfaktor stellt dabei der Rohfasergehalt dar. Durch steigende Rohfasergehalte nimmt die Verdaulichkeit der organischen Substanz sowie einiger anderer Rohnährstoffe (u. a. Rohprotein) kontinuierlich ab (AXELSON 1955). Der Autor berechnet für jede Erhöhung des Rohfasergehaltes um einen Prozentpunkt eine Reduktion der Verdaulichkeit der organischen Substanz um 1,68 Prozentpunkte. DROCHNER (1984) bestätigt die negative Korrelation zwischen dem Rohfasergehalt und der Rohproteinverdaulichkeit. Der Autor begründet dies mit erhöhten endogenen N-Verlusten, Bindung einzelner Aminosäuren an die Rohfaser (Maskierung), Beeinträchtigung der enzymatischen Spaltung des Futterproteins sowie mit einer vermehrten Fixierung von Stickstoff durch Mikroben im Darmlumen. ROTH und KIRCHGESSNER (1985) beobachten ebenfalls eine Beeinträchtigung der Verdaulichkeit durch steigende Rohfasergehalte. Neben der Rohfaser kann der Rohfettgehalt im Futtermittel ebenfalls zu einer Beeinflussung der Verdaulichkeit führen. So konnten LI und SAUER (1994) einen linearen Anstieg der präzäkalen Verdaulichkeit von Rohprotein und Aminosäuren durch stufenweise Erhöhung des Rohfettgehaltes von 3,20 % auf 12,2 % nach Zugabe von Rapsöl feststellen. Als Ursachen für diese geringgradig verbesserte Verdaulichkeit des Rohproteins werden eine verzögerte Magenentleerung sowie eine verminderte intestinale Fermentation des Proteins genannt (DEN HARTOG et al. 1989). Insgesamt ist die Beeinflussung der Rohprotein- und Aminosäurenverdaulichkeit sowohl durch pflanzliche als auch durch tierische Fette jedoch als marginal einzustufen (SAUER et al. 1980, JUST et al. 1980, IMBEAH et al. 1991). 22

23 2. Schrifttum Ferner ermittelt AHLBORN (1993) eine Beeinträchtigung der Verdaulichkeit sowohl des Stickstoffs als auch des Rohfetts und der Rohfaser sowie einiger Mineralstoffe durch Laktose. Die Beeinflussung der N-Verdaulichkeit erklären SAUER et al. (1986) durch eine vermehrte Bindung von Stickstoff auf Grund erhöhter mikrobieller Tätigkeit im Darm sowie durch eine verminderte Freisetzung und Absorption von Ammoniak, bedingt durch die fermentative Absenkung des ph-wertes im Chymus. RETTIGER und CHEPLIN (1921) begründen die verminderte N-Verdaulichkeit mit einer vermehrten Stickstoffsekretion in das Darmlumen sowie einer erhöhten Passagezeit, bedingt durch die reizende sowie osmotische Wirkung der mikrobiellen Stoffwechselprodukte (organische Säuren) aus der Kohlenhydratfermentation. Auf die Beeinflussung der Gesamtprotein- und Aminosäurenverdaulichkeit durch den Rohproteingehalt im Futtermittel weist DAMMERS (1964) hin. SAUER et al. (1980), VAN LEEUWEN et al. (1987), LI et al. (1993) sowie FAN et al. (1993, 1994) bestätigen diesen Zusammenhang für die präzäkale Rohprotein- und Aminosäurenverdaulichkeit. Die Steigerung der Verdaulichkeit wird von den Autoren SAUER et al. (1980) und VAN LEEUWEN et al. (1987) auf den Austausch von eiweißarmen Futtermitteln (z.b. Getreide) durch eiweißreichere, hochverdauliche Futtermittel wie z.b. Sojaextraktionsschrot zurückgeführt, während HEE et al. (1988) diesen Zusammenhang als Konsequenz einer erhöhten Sekretion proteolytischer Enzyme bei steigenden Rohproteingehalten betrachten. Allerdings ist die Protein- und Aminosäurenverdaulichkeit durch Erhöhung des Proteingehaltes im Futtermittel nicht beliebig zu steigern. Vielmehr stellt sich in Abhängigkeit von der Proteinquelle sowie der einzelnen Aminosäuren ein charakteristischer Plateauwert ein, nach dessen Überschreitung es keine Korrelation mehr zwischen der Verdaulichkeit und der Konzentration an Rohprotein sowie Aminosäuren gibt (SAUER et al. 1989, 1991 und FAN et al. 1994). Bei einer Überdosierung kann es sogar zu einer Depression der präzäkalen Verdaulichkeit kommen. Diesen Zusammenhang begründen POPPE et al. (1983) mit einer vermehrten Sekretion endogener Aminosäuren, während LI et al. (1993) dafür eine Überlastung der Absorptionskapazität für bestimmte Aminosäuren verantwortlich machen. Zu dem kann eine Imbalance im Aminosäurenmuster, bedingt durch gegenseitige Beeinträchtigungen der Transportsysteme, zu einer verminderten präzäkalen Verdaulichkeit führen (SAVOI 1991). Neben rein chemischen Faktoren (Zusammensetzung) beeinflussen auch physikalische Faktoren, wie z. B. ein unterschiedliches Löslichkeitsverhalten der Proteine, die N- Verdaulichkeit (ROLLS et al. 1972). Darüber hinaus nehmen die Tertiärstruktur der Proteine (REDDY er al. 1998) sowie Unterschiede in der Stabilität und Flexibilität der Proteinstrukturen (DESPHANE und DAMODARN 1989) Einfluss auf die Stickstoffverdaulichkeit. Hohe Cystingehalte und damit verbunden ein hohes Vorkommen an Disulfitbrücken in Proteinen können wesentlich zur Stabilität der Tertiärstruktur von Proteinen beitragen und somit eine verminderte Rohproteinverdaulichkeit bewirken. 23

24 2. Schrifttum Herkunft des Proteins Neben den verschiedenen Inhaltsstoffen der Futtermittel spielt auch die Herkunft der Proteine für die Verdaulichkeit und Verwertung des Stickstoffs eine Rolle. SLUMP et al. (1977) konnten z.b. mit zunehmendem Austausch von Weizen gegen Sojaextraktionsschrot eine Verbesserung der scheinbaren Verdaulichkeit von Protein und Aminosäuren im Futtermittel erzielen. Ferner stellte DAMMERS (1964) eine deutlich höhere scheinbare Protein- sowie Aminosäurenverdaulichkeit im Magermilchpulver als in anderen Proteinträgern (Gerstenschrot, Tiermehl, Sojaschrot) fest und begründet damit den hohen Futterwert des Magermilchproteins für die Versorgung von Absetzferkeln. ASCHE et al. (1989) erklären beim Absetzferkel die höhere Verdaulichkeit des Proteins aus Magermilchpulver als aus Sojaextraktionsschrot und Maiskleber mit einer schnelleren Hydrolyse und einer schnelleren Absorption des Magermilchproteins. SAVOIE et al. (1988) und GALIBOIS et al. (1989) bestätigen dies durch vitro- Untersuchungen an verschiedenen Futterproteinen. Bei der Verwendung von Getreide (Weizen, Gerste) in Mischfutter für Absetzferkel bleibt eine deutliche Variation der präzäkalen Verdaulichkeit der einzelnen Aminosäuren sowie des Proteins zu beachten, die sowohl durch qualitative als auch durch quantitative Veränderungen der Proteinfraktionen im Getreide, d. h. eine ungleichmäßige Verteilung und Verwertung der einzelnen Aminosäuren aus den unterschiedlichen Proteinfraktionen, bedingt werden (MOSENTHIN et al. 1997). Zu den in der Fütterung von Absetzferkeln eingesetzten Proteinquellen siehe Punkt und Antinutritive Inhaltsstoffe Sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe mit antinutritiver Wirkung können sowohl Leistungsdepressionen bewirken als auch die Tiergesundheit negativ beeinflussen (MOSENTHIN et al. 1997). So können z.b. Tannine, die vor allem in Ackerbohnen und Hirsen, aber auch in Gerste und Erbsen enthalten sind, auf Grund ihres bitteren Geschmacks zu einer verminderten Akzeptanz führen. Darüber hinaus bilden sie einen Komplex mit Futterproteinen und schützen diese vor eine Proteinverdauung, wodurch die präzäkale Verdaulichkeit erheblich vermindert wird (MOSENTHIN 1997). Ferner kann es zu einer erhöhten endogenen Proteinausscheidung im Ileum (MOSENTHIN et al. 1993) kommen, was JANSMANN et al. (1995) mit einer verstärkten Bindung von Enzymen und anderen Proteinen sowie mit einer Schädigung der Darmschleimhaut begründen. Zu dem beeinträchtigen erhöhte Gehalte an Glucosinolaten die Akzeptanz der Futtermittel (MOSENTHIN et al. 1993). Schließlich reduzieren Proteine mit antigener Wirkung, wie z.b. die in Sojabohnen, Erbsen und Lupinen enthaltenen Lectinen die Gesamtverdaulichkeit der Nährstoffe und dadurch bedingt auch die N-Verwertung erheblich (HUISMAN 1990). Auf die negativen Auswirkungen von Proteinaseinhibitoren, wie z.b. Trypsininhibitoren, wird in Abschnitt eingegangen. 24

25 2. Schrifttum Einflüsse der Futterzubereitung Die Verdaulichkeit lässt sich unter anderem durch verschiedene thermische (Erhitzen), hydrothermische (Dämpfen) und mechanische (Quetschen, Schroten) Behandlungsverfahren beeinflussen. Ziel dieser Maßnahmen kann zum einen ein Aufschluss der Nährstoffe und zum anderen eine Inaktivierung antinutritiver Inhaltsstoffe sein, wobei allerdings Beeinträchtigungen der Verdaulichkeit durch die beschriebene Maßnahmen zu berücksichtigen sind. So beobachten KIRCHGESSNER (1997) und KAMPHUES et al. (1999) durch Schroten und Quetschen eine Verbesserung der Verdaulichkeit von Futtermitteln beim Schwein. Mit steigendem Vermahlungsgrad von Weizen (SAUER et al. 1977), von Hirse (OWSLEY et al. 1981) sowie von Gerste (WÜNSCHE et al. 1987) kann ein signifikanter Anstieg der präzäkalen Verdaulichkeit für Aminosäuren belegt werden. Dabei geben die Autoren einen Wert von 3 mm für die optimale Partikelgröße an. HEINZ und POPPE (1975) weisen auf den Anstieg der Proteinverdaulichkeit in Futtermitteln durch eine Hitzeeinwirkung (maximal 60 C) von maximal 19 min hin. Bei Überschreitung ist allerdings eine Abnahme der Verdaulichkeit zu beobachten, welche die Autoren auf eine Schädigung des Proteins zurückführen. KNABE et al. (1989) führen hohe Schwankungen der präzäkalen Rohprotein- und Lysinverdaulichkeiten (z.b. in Tiermehlen) auf die unterschiedliche Zusammensetzung der Ausgangsmaterialien, im wesentlichen aber auf die hohe vorgeschriebene Temperatureinwirkung (133 C, 3 bar über 20 min) auf das Tiermehl während der Verarbeitung zurück. Die bei der so genannten Maillard-Reaktion entstandenen Kondensationsprodukte aus z.b. reduzierenden Zuckern (Fruktose) und der freien Epsilon- Aminogruppe einiger Aminosäuren stehen der intermediären Verwertung in deutlich geringerem Umfang zur Verfügung (SHERR et al. 1989). Davon sind vor allem die Aminosäuren Lysin, Methionin, Cystin und Tryptophan betroffen. Während vom absorbierten freien Lysin nur etwa 22 % des Stickstoffs über den Harn ausgeschieden werden, beträgt dieser Anteil beim Mono-Fruktose-Lysin über 72 %. Darüber hinaus hemmen diese Kondensationsprodukte (lysinhaltig) die Lysinabsorption und blockieren intestinale Transportmechanismen. Die Notwendigkeit einer Dampferhitzung von Futtermitteln besteht z.b. beim Monogastrier für Sojaprodukte (Toasten), um hitzelabile, die Proteinverdauung hemmende Inhaltsstoffe (Trypsininhibitoren), zu inaktivieren. Diese binden das Trypsin und reduzieren dessen enzymatische Aktivität. Dadurch bleibt eine Aktivierung der übrigen Proteasen aus, so dass die Proteinverdauung nur unvollständig abläuft. Durch ausbleibende Rückkopplungssignale kommt es zu einer vermehrten Sekretion von Enzymvorstufen in das Darmlumen und somit zu einer deutlichen Erhöhung der endogenen N-Verluste (PFEFFER 1987). So stellen SAUER et al. (1986, 1990), sowie JONDREVILLE et al. (1992) in Abhängigkeit vom Gehalt an Trypsininhibitoren eine Verminderung der präzäkalen Aminosäurenverdaulichkeit von bis zu 22 % fest. 25

26 2. Schrifttum 2.2 Versorgung von Absetzferkeln mit Rohprotein In diesem Abschnitt erfolgt zunächst eine Erläuterung zum Proteinbedarf der Tiere. Ferner wird auf die verschiedenen Proteinquellen, deren Rohprotein- sowie Aminosäurengehalte und auf die Verdaulichkeit eingegangen. Schließlich werden Möglichkeiten sowie Grenzen für den Einsatz diverser Rohproteinquellen in der Fütterung von Absetzferkeln vorgestellt Proteinbedarf und Proteinbewertung Bedarf der Tiere Die Versorgung von Absetzferkeln mit hochwertigem Protein stellt eine Herausforderung für die Tierernährung sowohl aus ernährungsphysiologischer als auch aus ökonomischer Sicht dar. Dabei spielt die Umstellung der Proteinversorgung, d. h. der Übergang von der Ernährung mit hochwertigem Milchprotein aus der Sauenmilch auf die Versorgung mit kostengünstigen, überwiegend pflanzlichen Proteinen eine besondere Rolle, da die Tiere während der Säugezeit auf die enzymatische Hydrolyse von hochwertigem Milchprotein eingestellt sind und eine noch wenig entwickelte Verdauungskapazität für pflanzliche Proteine aufweisen. Ferner bedingen ein relativ höherer Proteinansatz während der Ferkelaufzucht als in der Mast (KIRCHGESSNER et al. 1984) sowie Veränderungen der Gewebeproportionen und der Aminosäurengehalte der Ganzkörper der Tiere im Verlauf der Aufzucht (< 20 kg Körpermasse) einen speziellen Bedarf (Tab. 1) von Absetzferkeln (OSLAGE und SCHULZ 1977). Dabei gerät die Forderung nach der Hochwertigkeit der Proteinquellen (Magermilchpulver, Fischmehl, Kartoffel- und Kleberproteine) in Konflikt mit den ökonomischen Rahmenbedingungen der heutigen Tierproduktion (BERK 2002). Nach Untersuchungen von SCHULZ und BERK (nicht veröffentlicht, persönliche Mitteilung) beträgt der Rohproteinanteil im Ansatz von Absetzferkeln ca. 170 g/kg Körpermasse. Zu berücksichtigen bleibt die Beeinflussung des Aminosäurenmusters im Ansatz sowohl durch die Proteinqualität als auch durch die Proteinquantität (KIRCHGESSNER et al. 1984), sofern das genetisch bedingte Ansatzvermögen noch nicht ausgeschöpft ist (SUSENBETH 2002). Dieser Sachverhalt wird durch eine veränderte Gewebeproportion bei einem hohen Ansatzniveau erklärt (STAUDACHER et al. 1984) sowie mit unterschiedlichen Anteilen des Erhaltungs- und Leistungsbedarfs (SUSENBETH 2002) in Abhängigkeit vom Alter der Tiere. Der Rohproteinanteil sowie die Aminosäurenzusammensetzung des Körpers bilden somit die Grundlage für die Ableitung des Bedarfs (Tab. 1) von Absetzferkeln. Darüber hinaus weisen SEVE und AUMAÎTRE (1975) auf die Notwendigkeit der Versorgung von Absetzferkeln mit hochwertigem Protein, d.h. vor allem Magermilchpulver, aber auch ersatzweise Fischmehl oder Kartoffeleinweiß, hin. Eine Ernährung ausschließlich auf der Basis von pflanzlichen Proteinen (v. a. Extraktionsschrote) ist immer mit einem deutlichen Einbruch der Stickstoffverdaulichkeit verbunden (AUMAÎTRE 1983). Vielmehr steigt die Verdaulichkeit des Stickstoffs von Absetzferkeln erst langsam von 79 % auf 89 % (von der 3. bis zur 9. Lebenswoche) an. Der Autor macht dafür die verzögerte Entwicklung der Chymotrypsin- und Trypsinaktivitäten in der Bauchspeicheldrüse verantwortlich, die ihrerseits u. a. durch die Futterzusammensetzung zu beeinflussen ist. 26

27 2. Schrifttum Andererseits muss sich die Futterrezeptur an diesen physiologischen Gegebenheiten orientieren (AUMAÎTRE 1983). Hinzu kommt ein Abfall der Enzymaktivitäten in der Bauchspeicheldrüse (Amylase, Lipase, Chymotrypsin) unmittelbar nach dem Absetzen auf unter 40 % ihrer ursprünglichen Aktivität. Erst eine Woche später erreichen die Enzymaktivitäten wieder ihr Ausgangsniveau. Tab. 1: Rohproteingehalte (g/kg Körpermasse) und Aminosäurengehalte (g/100 g Rohproteinansatz) von Ferkeln und der Bedarf an Rohprotein im Mischfutter (%) sowie an Aminosäuren (g/tag) von Ferkeln unterschiedlichen Gewichts (NRC 2001) Körpermassenzusammensetzung Bedarf 2) Parameter 1) Rohprotein ,0 23,7 20,9 Lysin 6,50-6,70 3,80 6,70 11,5 Methionin 2,00-2,20 1,00 1,80 3,00 Met./ Cys. 3,90-4,10 2,20 3,80 6,50 Threonin 3,50-3,80 2,50 4,30 7,40 Tryptophan 1,10-1,20 0,70 1,20 2,10 1) abgeleitet aus Ganzkörperanalysen von Tieren zwischen 4 und 11 kg Körpermasse nach STRUNZ (1965), OSLAGE und SCHULZ (1977); KIRCHGESSNER, STAUDACHER und STEINHART (1984) und 2) SCHULZ (nicht veröffentlicht, persönliche Mitteilung) nach NRC (2001) für Absetzferkel im nachfolgend angegebenen Körpermassenbereich (in kg) Für Tiere mit Körpermassen über 20 kg bleibt die Zusammensetzung des Proteinansatzes bei optimaler Versorgung konstant, so dass der Leistungsbedarf für den Körpermasseansatz der Tiere im Wesentlichen vom Alter (Gewicht) abhängt (MOSENTHIN 1999). Daraus ergibt sich eine optimale Zusammensetzung des Proteins im Mischfuttermittel, die als Idealprotein (NRC 2001) bezeichnet wird und dem relativen Verhältnis der essentiellen Aminosäuren im Vergleich zum Lysin als Referenzaminosäure entspricht (Tab. 2). Diese Aminosäuren-zusammensetzung im Mischfutter stellt die Vorraussetzung für eine maximale Verwertung der essentiellen Aminosäuren und des Proteins dar (SUSENBETH 2002) und orientiert sich hauptsächlich am Aminosäurenmuster des Gesamtkörperproteins (Tab. 2). Auf Grund der ungünstigeren, intermediären Verwertung der schwefelhaltigen Aminosäuren, Threonin und Tryptophan sind diese im Ideal Protein etwas höher enthalten als im Gesamtkörperprotein (DE LANGE 1990). Die Anpassung der Versorgung an den Gesamtbedarf der Tiere an Rohprotein und Aminosäuren in Abhängigkeit von z.b. Alter und Wachstumsintensität erfolgt über die Einstellung der absoluten Gehalte des Idealen Proteins (optimale Relation zwischen den essentiellen Aminosäuren). Ziel dieses Konzeptes ist eine exakt dem Bedarf angepasste Versorgung mit Aminosäuren, um einerseits eine Unterversorgung, verbunden mit Leistungseinbußen, und andererseits übermäßige (unnötige) N-Ausscheidungen über die Exkremente zu vermindern. 27

28 Tab. 2: 2. Schrifttum Aminosäurenzusammensetzung des Körperproteins von Schweinen (20 kg Körpermasse) im Vergleich zum Ideal Protein Protein Gesamtkörperprotein Ideales Protein Aminosäuren 1) I 2) II 3) Lysin Methionin + Cystin 49,0 50,0-55,0 57,0 Threonin 61,0 65,0-70,0 64,0 Tryptophan 12,0 17,0-19,0 18,0 Leuzin , ,0 Isoleucin 53,0 50,0-60,0 53,0 Valin 72,0 65,0-75,0 67,0 Phenylalanin + Tyrosin , ,0 Histidin 47,0 30,0-40,0 32,0 1) 2) 3) nach BATTERHAM et al. (1990) und CAMPBELL et al. (1998) nach FULLER et al. (1989), MENKE et al. (1995), SUSENBETH (2002) NRC (2001) Von besonderer Bedeutung für die Eiweißsynthese im Stoffwechsel der Tiere sind die essentiellen Aminosäuren Lysin, Methionin und Cystin (schwefelhaltig) sowie Threonin und Tryptophan (vollständige Zufuhr über das Futter). Dabei wird die am stärksten im Minimum befindliche sowie für den Proteinansatz wichtigste Aminosäure als sog. erstlimitierende Aminosäure (Lysin) bezeichnet (SUSENBETH 2002). Das Liebigsche Fass verdeutlicht die Verwertungsmöglichkeit der einzelnen Aminosäuren in Abhängigkeit von der relativen Aminosäurenzusammensetzung: bei Verlängerung der kürzesten Lamelle wird das Fassungsvermögen bis zur zweitniedrigsten Lamelle erweitert. Auf die Bedeutung des Lysingehaltes für den Proteinansatz weisen auch LANGER und FULLER (1996) sowie SUSENBETH et al. (1999) hin. Dabei besteht bis zum Erreichen eines Sättigungswertes (Plateau) eine lineare Beziehung zwischen dem Lysingehalt und dem Proteinansatz (Dosis- Wirkungsprinzip). Dieser Zusammenhang besteht ebenfalls für die Aminosäuren Threonin, Methionin und Cystin sowie für Tryptophan, wobei allerdings die partiellen Verwertungen der einzelnen Aminosäuren zu berücksichtigen sind (HEGER et al. 2002). Da mit zunehmender Körpermasse (Alter) allerdings der Erhaltungsbedarf (gemessen am Gesamtbedarf) an Aminosäuren ansteigt und zur Deckung des Erhaltungsbedarfs höhere Anteile an schwefelhaltigen Aminosäuren sowie an Threonin und Tryptophan als für den Leistungsbedarf erforderlich sind (FULLER et al. 1989), erhöhen sich in der Konsequenz die relativen Anteile der genannten Aminosäuren in der Mischung für schwerere (ältere) Tiere. Den relativ höheren Bedarf an schwefelhaltigen Aminosäuren sowie an Threonin und Tryptophan im Erhaltungsstoffwechsel begründet MOSENTHIN (1999) mit höheren endogenen Verlusten sowie mit einer ungünstigeren Verdaulichkeit und Verwertung dieser Aminosäuren. Während BOISEN (1997) auf Grund des geringen Anteils (1-3%) des Erhaltungsbedarfs am Gesamtbedarf (COLE 1996) für wachsende Schweine mit einem hohen genetisch fixierten Proteinansatz eine altersabhängige Differenzierung des Idealproteins als nicht notwendig betrachtet, kommen BAKER und CHUNG (1992) zu dem Entschluss, die Aminosäurenzusammensetzung des Idealproteins dem steigenden Erhaltungsbedarf der Tiere anzupassen. 28