Antrag eines Verbundprojektes. zur Vorlage bei der BLE in Reaktion auf die Bekanntmachung der

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1 Antrag eines Verbundprojektes zur Vorlage bei der BLE in Reaktion auf die Bekanntmachung der Richtlinie über die Förderung von Innovationen zur Verbesserung der Sicherheit und der Qualität von Futtermitteln sowie der Effizienz im Bereich der Tierernährung vom 14. September 2009 Innovationsforschung zum Futterwert von Getreide und seiner Verbesserung GrainUp TP 2: Einflüsse von Enzymzusätzen auf die Verdaulichkeit von Aminosäuren und Stärke bei Broilern und Puten

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3 ANTRAG GRAINUP TP Vorhabenbeschreibung Beim Geflügel wird die Versorgung mit Aminosäuren unter Berücksichtigung ihrer Verdaulichkeit sichergestellt. Dabei gilt es als international anerkannt, hierfür Messungen auf praecaecaler (pc) Ebene im Dünndarmchymus durchzuführen. Im Vergleich zur klassischen Messung der Verdaulichkeit in den Exkrementen werden unter diesen Bedingungen mikrobielle Umsetzungsprozesse postileal minimiert, die zu Veränderungen in der Aminosäurenzusammensetzung im Dünndarmchmyus führen können (Ravindran et al. 1999). Folglich würde der wirkliche Futterwert der geprüften Komponente nicht widergespiegelt werden. Demgegenüber ermöglicht die Bewertung auf Basis der pc Verdaulichkeit einen effizienten Einsatz des Futterproteins. Grundsätzlich gelten diese Zusammenhänge auch für die Stärke. Getreide als eine Hauptkomponente in Mischfuttermitteln für das Geflügel trägt trotz seines relativ geringen Proteingehaltes nicht unerheblich zur Aminosäurenversorgung bei. Bekannt ist allerdings, dass die Verdaulichkeit einer Sorte zwischen unterschiedlichen Chargen stark variieren kann. Dies hat für die Optimierung von Rationen unmittelbare Relevanz, da nicht von einem gleichbleibenden Futterwert ausgegangen werden kann. Eine wesentliche Wirkung geht dabei von den antinutritiv wirkenden löslichen Nichtstärke-Polysacchariden (NSP) aus. Diese negativen Wirkungen können aber durch den Zusatz von spezifischen Enzymen vermindert werden. 1.1 Ziele Das Gesamtziel des Verbundes, der Bezug zu den förderpolitischen Zielen und die wissenschaftlichen und technischen Arbeitsziele des Verbundes sind in der Vorhabenbeschreibung zum Z-Projekt der Universität Hohenheim dargestellt. Ziel dieses Teilprojektes ist es, Messungen zur pc Verdaulichkeit von Aminosäuren und Stärke aus Weizen mit Broilern und Puten durchzuführen. Weizen soll deshalb im Mittelpunkt der Untersuchung stehen, da er das Hauptfuttergetreide für das Mastgeflügel darstellt. Darüber hinaus wird die Wirkung des Zusatzes von NSP-spaltenden Enzymen auf die Verdaulichkeit untersucht. Darauf aufbauend soll geprüft werden, ob anhand von chemisch-analytischen Kenngrößen Korrelationen zur gemessenen Verdaulichkeit bestehen und Schätzgleichungen abgeleitet werden können. 1.2 Stand der Wissenschaft und Technik; bisherige Arbeiten Stand der Wissenschaft und Technik Aufgrund seiner Bedeutung wurde Weizen vor allem beim Broiler hinsichtlich der pc Verdaulichkeit der Aminosäuren geprüft. Von Bryden et al. (2009) wurden 9 verschiedene Chargen mit unterschiedlichem Gehalt an Rohprotein geprüft. Methionin war im Mittel mit 86 % relativ hoch verdaulich, allerdings schwankte der Wert von 82 bis 91 %. Ähnliche Ergebnisse fanden Short et al. (1999) bei 2 Sorten, die in Großbritannien angebaut werden. Die Unterschiede für Lysin und Methionin betrugen in diesem Fall 13 and 9 %. In eigenen Untersuchungen mit 3 heimischen Weizensorten konnte ebenfalls ein weiter Bereich in der Verdaulichkeit ermittelt werden (Kluth et al. 2009). Bei Zusatz einer Xylanase variierten die Werte zwischen 83 und 92 % für Lysin und 85 bis 93 % für Methionin. Der Verzicht auf das NSP-spaltende Enzym bewirkte eine Abnahme in der Verdaulichkeit um 9 % im Mittel der Aminosäuren. Ähnlich positive Effekte auf die Verdaulichkeit von Protein und Aminosäuren fanden Bedford und Morgan (1995) sowie Hew et al. (1998, 1999). Ursache

4 - 2 - GRAINUP ANTRAG hierfür dürften in erster Linie NSP sein, die in löslicher Form die Viskosität des Dünndarminhaltes erhöhen, was zu einer verringerten Nährstoffverdaulichkeit führt (Choct and Annison, 1992). Hier sind es vor allem die löslichen Pentosane, deren Gehalte jedoch in Abhängigkeit von Sorte, Erntejahr und Anbauort variieren können (Dusel, 1998). Erste Tabellenwerke, die die Streuung in der Aminosäurenverdaulichkeit bei Einzelkomponenten beschreiben, liegen zwar vor (Bryden et al. 2009). Allerdings fehlen bisher geeignete Schätzformeln zur Vorhersage des Gehaltes an pc verdaulichen Aminosäuren. Bisherige Arbeiten des Antragstellers Der Antragsteller kann auf eine langjährige Forschungstätigkeit auf dem Gebiet der Futtermittelbewertung für das Geflügel verweisen (Kluth et al. 2005a, Kluth et al. 2005b, Kluth und Rodehutscord, 2006). Im Mittelpunkt stand u.a. die Entwicklung einer standardisierten Methode zur Bewertung von Futtermitteln speziell für den Broiler auf der Basis der pc Aminosäurenverdaulichkeit. In einer neueren Übersichtsarbeit von Kluth und Rodehutscord (2009) werden entsprechende Empfehlungen für ein standardisiertes methodisches Vorgehen gegeben, damit Daten zur Verdaulichkeit besser vergleichbar sind. Demnach sollte die Chymusentnahme bei Broilern für Messungen zur Verdaulichkeit lediglich auf die letzten beiden Drittel des Abschnittes zwischen dem Meckel schen Divertikel und der Ileocaecal-Klappe beschränkt bleiben. Eine Entnahme aus dem gesamten Abschnitt ist ungeeignet, da die Verdauungsprozesse noch nicht abgeschlossen sind (Kluth et al. 2005b). Für Untersuchungen mit Legehennen kann gleiches empfohlen werden (Rezvani et al. (2008). Nach eigenen Studien von Ganzer et al. (2006) ist es erforderlich, die Versuchsmischungen, die die Testkomponente enthalten, mit freien Aminosäuren entsprechend des Bedarfes des Tieres zu ergänzen. Dies ist vor allem bei protein- bzw. aminosäurearmen Testkomponenten der Fall -trifft auch für die in diesem Projekt zu prüfenden Weizen zu-, da ansonsten die Futteraufnahme negativ beeinflußt wird. Unter diesen Bedingungen wären die gemessenen Werte zur Verdaulichkeit nicht repräsentativ für die Testkomponente. Gegenstand weiterer Untersuchungen war es, zu prüfen, über welchen Zeitraum die Testkomponente zu verfüttern ist, um die gemessene Verdaulichkeit der Aminosäuren als repräsentativ anzusehen (Kluth und Rodehutscord, 2010). Im Resultat konnte festgestellt werden, dass 3 Tage ausreichend waren, um sichere Werte, in diesem Fall für eine Getreidetrockenschlempe, zu ermitteln. Die häufig praktizierte längere Verfütterung von bis zu 7 Tagen erscheint nicht notwendig. Eine erhebliche Verkürzung des zeitliches Aufwandes bei Messungen zur Verdaulichkeit wäre zukünftig möglich. Desweiteren wird empfohlen, dass für die Erhebung von Daten zur Verdaulichkeit Messungen am jeweiligen Zieltier zu erfolgen haben, da eine Übertragbarkeit zwischen verschiedenen Nutzgeflügelarten wie Broiler, Ente und Pute nicht gegeben ist (Kluth und Rodehutscord, 2006). Schrifttum Bedford, M. R. und Morgan, A.J. (1995): The use of enzymes in poultry diets. World s Poult. Sci. J. 52, Bryden, W.L., Li, X., Ravindran, G., Hew, L.I. und Ravindran, V. (2009): Ileal digestible amino acid values in feedstuffs for poultry. Rural Industries Research and Development Corporation, Barton, ACT, Australia Choct, M. und Annison, G. (1992): Antinutritive effects of wheat pentosans in broiler chicken: Role of viscosity and gut microbiology. Br. Poult. Sci. 33,

5 ANTRAG GRAINUP Dusel, G. (1998): Untersuchungen zur Variabilität des Futterwertes von Weizen unter besonderer Berücksichtigung der Arabinoxylane sowie zur Wirksamkeit von Nicht-Stärke- Polysaccharid (NSP)-hydrolysierenden Enzymen in weizenbetonten Rationen beim Broiler und Ferkel. Dissertation, Universität Halle-Wittenberg Ganzer, C., Kluth, H. und Rodehutscord, M. (2006): Effect of including free amino acids in the basal diet on precaecal amino acid digestibility of test proteins determined by regression analysis in broilers. Proc. Soc. Nutr. Physiol. 15, 31 Hew, L. I., Ravindran, V., Ravindran, G., Pittolo, P.H. und Bryden, W.L. (1999): The apparent metabolisable energy and amino acid digestibility of wheat, triticale and wheat middlings for broiler chickens as affected by exogenous xylanase supplementation. J. Sci. Food Agric. 79, Hew, L.I., Ravindran, V., Mollah, Y. und Bryden, W.L. (1998): Influence of exogenous xylanase supplementation on apparent metabolisable energy and amino acid digestibility in wheat for broiler chickens. Anim. Feed Sci. Techn. 75, Kluth, H. und Rodehutscord, M. (2010): Effect of the duration of prefeeding on amino acid digestibility of wheat distillers dried grains with solubles in broiler chicken. Poult. Sci. 89, Kluth, H. und Rodehutscord, M. (2009): Standardisierte Futterbewertung auf der Basis der Aminosäurenverdaulichkeit beim Geflügel. Übers. Tierern. 37, 1-26 Kluth, H., Fricke, M. und Rodehutscord, M. (2009): Precaecal amino acid digestibility of different wheat cultivars in broilers. Arch. Geflügelk. 73, Kluth, H. und Rodehutscord, M. (2006): Comparison of amino acid digestibility in broiler chickens, turkeys, and Pekin ducks. Poult. Sci. 85, Kluth, H., Mantei, M., Elwert, C. und Rodehutscord, M. (2005a): Variation in precaecal amino acid and energy digestibility between pea (Pisum sativum) cultivars determined using a linear regression approach. Br. Poult. Sci. 46, Kluth, H., Mehlhorn, K. und Rodehutscord, M. (2005b): Studies on the intestine section to be sampled in broiler studies on precaecal amino acid digestibility. Arch. Anim. Nutr. 59, Ravindran, V., Hew, L.I., Ravindran, G. und Bryden, W.L. (1999): A comparison of ileal digesta and excreta analysis for the determination of amino acid digestibility in food ingredients for poultry. Br. Poult. Sci. 40, Rezvani, M., Kluth, H., Elwert, C. und Rodehutscord, M. (2008): Effect of ileum segment and protein sources on net disappearance of crude protein and amino acids in laying hens. Br. Poult. Sci. 49, Rodehutscord, M., Kapocius, M., Timmler, R. und Dieckmann, A. (2004): Linear regression approach to study amino acid digestibility in broiler chickens. Br. Poult. Sci. 45, Short, F.J., Wiseman, J. und Boorman, K.N. (1999): Application of a method to determine ileal digestibility in broilers of amino acids in wheat. Anim. Feed Sci. Techn. 79, Ausführliche Beschreibung des Arbeitsplans Vorhabenbezogene Ressourcenplanung

6 - 4 - GRAINUP ANTRAG Die Untersuchungen werden mit Broilern und Puten durchgeführt. Die Tiere erhalten in den ersten 14 Tagen ein handelsübliches Starterfutter. Danach erfolgt die Umstellung auf die Versuchsmischungen, die über 5 Tage ad libitum an jeweils 6 Abteile mit 10 Tieren verfüttert werden. Für die Prüfung einer Testkomponente (Weizensorte bzw. -charge) werden zwei Versuchsmischungen benötigt. Die Erste enthält die zu prüfende Sorte mit einem Anteil von 30 %. Durch einen weiteren Austausch von Maisstärke gegen die Sorte wird der Anteil auf 70 % erhöht und die zweite Mischung erstellt. Dies ist notwendig, um eine ausreichend hohe Menge an Aminosäuren aus der Testkomponente im Versuchsfutter sicherzustellen (Kluth et al. 2009). Bei Ende der Fütterungsperiode werden die Tiere unblutig getötet. Der Inhalt des terminalen Ileums wird aus dem standardisierten Abschnitt ausgespült, eingefroren und für die weitere Analyse gefriergetrocknet. Zur Sicherstellung einer für die Analyse ausreichend großen Probe wird der Darminhalt von allen Tieren eines Abteils gepoolt. In allen Proben (Futtermischungen und Darminhalt) werden die Gehalte an Rohprotein, Aminosäuren und Stärke bestimmt. Als unverdaulicher Marker wird Titandioxid eingesetzt, dessen Gehalte ebenfalls analysiert werden. Die verdaute Menge an Aminosäuren kann im Anschluss zunächst für jedes Abteil und jede Futtermischung berechnet werden. Die Ermittlung der Aminosäurenverdaulichkeit aus der jeweiligen Sorte erfolgt dann über Regressionsrechnung (Rodehutscord et al. 2004). Nach diesem Verfahren sollen insgesamt 30 verschiedene Weizensorten bzw. -chargen (Broiler und Pute) untersucht werden. Dies schließt eine Prüfung der gleichen Sorten bei Einsatz eines NSP-spaltenden Enzyms ein. Alle notwendigen technischen Kapazitäten sind an der Professur vorhanden. Die Tierversuche werden im Nutztierwissenschaftlichen Zentrum der Universität durchgeführt. Die Fachkenntnis der Mitarbeiter für wissenschaftliche Untersuchungen dieser Art ist gegeben. Die Genehmigung zur Durchführung von Tierversuchen liegt vor. Dieses Teilprojekt umfasst ein Arbeitsprogramm, das die Einstellung eines wissenschaftlichen Mitarbeiters (TVL E13, 50%) erfordert. Die Grundlagen für eine Promotion sind gegeben. Die Einstellung ist aber auch deshalb erforderlich, da aufgrund der unzureichenden personellen Ausstattung der Professur Aufgaben wie Versuchsplanung, -durchführung und -auswertung durch den Mitarbeiter übernommen werden müssen. Die Eigenleistungen der Professur umfassen die Bereitstellung der labortechnischen und tierexperimentellen Kapazitäten, die laufenden Betriebskosten für Probenaufbereitung, und Lagerung, den Geschäftsbedarf sowie die Reisekosten für das beantragte Teilprojekt. Gleichzeitig werden die Projektleitung, die wissenschaftliche Betreuung und die Mitwirkung von drei technischen Mitarbeitern bei der Mischfutterherstellung, im Stallbereich und im Labor sichergestellt. Die beantragten Verbrauchsmittel dienen zur Abdeckung der Aufwendungen für die Versuchsfuttermischungen, den Tierzukauf und vor allem für den erheblichen Aufwand bei der Analytik. Bei der Erstellung der Versuchsmischungen ist die Supplementation von freien Aminosäuren erforderlich (siehe Stand der Wissenschaft). Vor allem in den Mischungen für die Puten wird wegen des höheren Bedarfs an Aminosäuren im Vergleich zum Broiler eine höhere Menge einzusetzen sein. Der Zukauf der Aminosäuren verteuert die Versuchsmischungen erheblich, da mit 130 Euro pro dt kalkuliert werden mußte. Bei der Veranschlagung der Kosten für die Aminosäurenanalytik wird mit 40 Euro pro Probe kalkuliert. Bei 870 zu analysierenden Proben (Futtermischungen, Chymus; einschließlich Tryptophan) ergibt sich ein Aufwand von ca Euro. Die Analytik der Stärke ist in eigenem Hause nicht möglich. Hierfür fehlen die Kapazitäten, weshalb ein Auftrag vergeben werden muß. Bei gleichem Probenumfang und Kosten von 35 Euro pro Probe sind hierfür Ausgaben von ca Euro erforderlich.

7 ANTRAG GRAINUP Der Verbundpartner AB-Enyzmes GmbH, Darmstadt, fördert dieses Teilprojekt mit einem Beitrag von Euro. Meilensteinplanung Es ist ein Bearbeitungszeitraum von 3 Jahren erforderlich. Die Durchführung der tierexperimentellen Studien und der Analysen wird sich über einen Zeitraum von ca. 29 Monaten erstrecken. Daran schließen sich die Gesamtauswertung und die Erstellung des Abschlußberichtes an. Der Beginn ist für den 1. Juni 2011 geplant. Das Projekt wird am 31. Mai 2014 mit dem Abschlussbericht abgeschlossen. Die zeitliche Abfolge der tierexperimentellen Phase (ca. 27 Monate), der Abschnitte zur Probenaufbereitung, der Labor- und Datenanalyse sowie der Gesamtauswertung sind dem Balkendiagramm zu entnehmen. Nach Einarbeitung und Versuchsvorbereitungen soll unmittelbar mit der Bereitstellung des Weizens aus der Ernte 2011 mit der tierexperimentellen Phase begonnen werden. Zeitnah erfolgt die Probenaufbereitung und die Laboranalyse. Es ist vorgesehen, die Versuche mit Broilern und Puten parallel durchzuführen, um möglichst schnell Aussagen zur Aminosäurenverdaulichkeit aus den einzelnen Sorten ableiten zu können. Erste Ergebnisse aus dem eigenen Projekt können zeitgleich mit den Ergebnissen aus den Verdaulichkeitsbestimmungen mit den Hennen (Teilprojekt 1) präsentiert werden (Juni, 2012; siehe Meilensteine). Darüber hinaus sollen in den ersten 15 Monaten die Mischungen mit unterschiedlichen Vermahlungsgraden (Teilprojekt 8) einer Prüfung unterzogen werden. Erste Ergebnisse hierzu könnten ab August 2012 geliefert werden. Weitere Meilensteine sind für Dezember 2012 sowie Juni und Dezember 2013 geplant. Zu diesem Zeitpunkt sollen die kompletten Datensätze vorliegen, die anschließend der Gesamtauswertung unterzogen werden. 1.4 Verwertungsplan Die Verwertung ist im Wesentlichen nicht spezifisch für dieses Teilprojekt, sondern betrifft den gesamten Verbund. Diesbezüglich wird auf den Antrag der Universität Hohenheim verwiesen. Im Wesentlichen lassen sich folgende wirtschaftliche und wissenschaftliche Erfolgsaussichten formulieren. Dieses Projekt hat das Ziel, neue Daten zur pc Aminosäurenverdaulichkeit aus Weizen unter Berücksichtigung der Enzymwirkung bei Broilern und Puten zu liefern. Durch die angestrebte Ableitung von Schätzgleichungen können die finanziell aufwendigen Tierversuche entfallen. Alle Ergebnisse zur Verdaulichkeit sollen in eine Futtermitteldatenbank einfließen. Die Schätzgleichungen können u.a. durch die Anwender aus der Mischfutter- oder Futterzusatzstoffindustrie wie sie in dieses Gesamtprojekt eingebunden sind, genutzt werden, um eine weitere Optimierung von Rationen für Broiler und Pute vornehmen zu können. Die Ergebnisse zur Verdaulichkeit können als Grundlage für weitere wissenschaftliche Untersuchungen zum Bedarf des Tieres an verdaulichen Aminosäuren genutzt werden. Ähnliche Untersuchungen könnten gleichfalls mit weiteren in der Geflügelfütterung relevanten Futtermitteln wie den proteinreichen Extraktionsschroten oder Körnerleguminosen vorgenommen werden.

8 - 6 - GRAINUP ANTRAG 1.5 Arbeitsteilung/Zusammenarbeit mit Dritten Die Durchführung dieses Teilprojektes hängt von der chemisch analytischen Charakterisierung und der Bereitstellung der definierten Getreidepartien ab (Z-Projekt). Es ist eine Zusammenarbeit mit weiteren wissenschaftlichen Einrichtungen im Rahmen des Verbundprojektes vorgesehen. Eine Verknüpfung besteht insbesondere zu den Teilprojekten 1, 3, 4, 6 und 8. Hier sind es vor allem die Teilprojekte 1 (Verdaulichkeit von Aminosäuren aus Getreide bei der Legehenne) sowie 3 (Untersuchungen zur praecaecalen Verdaulichkeit von Aminosäuren aus Gerste, Weizen und Triticale beim Schwein), die eine vergleichbare Zielstellung verfolgen und gleiche Weizenpartien einsetzen. Eine tierartübergreifende Bewertung des Futtermittels wäre somit möglich. Die Daten dieses Teilprojektes werden auch zur Entwicklung und Validierung der in TP4 bearbeiteten in vitro-methoden herangezogen. Darüber hinaus ist eine Verknüpfung mit dem Teilprojekt 8 (Bedeutung von Getreidevermahlung und Mischfutterkonfektionierung auf die Verdaulichkeit) gegeben. Im Rahmen dieser Zusammenarbeit ist eine Prüfung von 4 Futtermischungen mit variablen Vermahlungsgraden des Getreides im Hinblick auf die Verdaulichkeit bei Broiler und Pute vorgesehen. Darüber hinaus sind private Unternehmen aus der Futterzusatzstoff- und der Mischfutterindustrie als weitere Projektpartner eingebunden. Die für dieses Teilprojekt erforderlichen Mengen an NSP-spaltenden Enyzmen werden durch die AB Enzymes GmbH, Darmstadt, zur Verfügung gestellt. 1.6 Notwendigkeit der Zuwendungen Es besteht keine Möglichkeit, die beantragten Personal- und Sachausgaben für das Projekt durch Haushaltsmittel abzudecken, da der Etat der Professur für den laufenden Lehr- und Analysebetrieb ausgeschöpft ist.