Erhöhung des Milcheiweißgehaltes durch die Fütterung - Möglichkeiten und Grenzen

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1 Erhöhung des Milcheiweißgehaltes durch die Fütterung - Möglichkeiten und Grenzen Dr. Ad M. van Vuuren, Animal Sciences Group, Wageningen University and Research Centres, Lelystad, Niederlande Zusammenfassung Es gibt im Wesentlichen zwei Methoden um den Milcheiweißgehalt zu erhöhen: die Bereitstellung von Extraenergie und/oder die Bereitstellung von Extraeiweiß für das Euter. Die Energie für die Milcheiweißbildung wird hauptsächlich aus Glucose bereitgestellt, die beim Wiederkäuer durch die Gluconeogenese aus Propionsäure erzeugt wird. Neben der Propionsäure können unter Energiemangelbedingungen aber auch Aminosäuren zur Energieversorung genutzt werden. Extraglucose wird z. B. durch pansenbeständige Maisstärke, die im Dünndarm verdaut wird und als Glucose absorbiert wird, bereitgestellt. Eine Verbesserung der Glucoseversorgung sei es durch Propionsäure als Glucosevorstufe oder direkt durch intestinal verfügbare Glucose hat also einen Spareffekt auf die für die Gluconeogenese genutzten Aminosäuren. Eine verbesserte Versorgung mit Energie und die Einsparung von Aminosäuren steigert die Lactosebildung und damit auch die Milchmenge und hat einen positiven Effekt auf die Milcheiweiß- bzw. Caseinbildung. Bei Versorgung mit Extrastärke- oder Extraglucose muss aber bedacht werden, dass durch viel Stärke das Risiko für subakute Pansenacidosen steigt und der Milchfettgehalt sinkt. Eine Erhöhung des Eiweißangebotes ist ökonomisch nur dann sinnvoll, wenn in der Ration zuwenig Eiweiß enthalten ist bzw. bestimmte Aminosäuren im Mangel sind. Dann kann die Futteraufnahme und damit auch die Energieversorgung verbessert werden. Um den Effekt von Aminosäurenzulagen besser einschätzen zu können, ist jedoch ein Aminosäurenbewertungssystem für Futtermittel erforderlich. 83

2 Summary Increasing the milk protein percentage by feeding strategies potentials and limits In theory, milk protein production by dairy cows can be stimulated by an increase in the supply of either energy or protein to the udder. Glucose is the major energy source for milk protein synthesis. In ruminants, glucose is derived from propionic acid through gluconeogenesis. Besides propionic acid, amino acids can be used. Extra glucose can be provided by feeding rumen undegraded starch (e.g. maize), which is digested in the small intestine and absorbed as glucose. Thus, an increase in glucose supply either by propionic acid as a precursor or directly by intestinal glucose absorption has a sparing effect on amino acids utilised for gluconeogenesis. The extra supply of glucose and amino acids to the udder may increase the synthesis of lactose and milk protein (casein). However, feeding extra starch to stimulate the glucose supply should be implemented cautiously to reduce the risks of (sub-acute) rumen acidosis and milk fat depression. Increasing protein supply is economical beneficial when the supply of protein or specific amino acids is inadequate. Improving the protein supply may result in an increased dry matter intake, thereby also improving energy supply. An adequate prediction of the effect of amino acid supplementation requires feed evaluation systems that estimate the supply and status of individual amino acids in dairy cows. 84

3 Milchproteinsynthese Um die Frage, wie man den Eiweißgehalt in der Milch erhöhen kann, zu beantworten, muss man zunächst klären, was eine Kuh braucht, um Milcheiweiß zu synthetisieren. Die Synthese von Milcheiweiß im Euter ist ein Prozess, der viele Beispiele hat. Für jeden Syntheseprozess braucht man, um etwas zu bilden, Bausteine und Arbeit. Arbeit kann man auch übersetzen in Energie. Man braucht also Bausteine und Energie, um etwas zu bilden. Wie sieht das aus in der Kuh (Abbildung 1)? Abb. 1 Die Synthese von Milcheiweiß im Euter Auch die Kuh braucht Bausteine und Energie. Für die Synthese von Milcheiweiß sind die Bausteine die Aminosäuren, die die Kuh aus Eiweiß bekommt. Die Energie bekommt die Kuh aus Glucose und Stärke. Das sind die wichtigsten Quellen für die Milcheiweißsynthese. Zunächst soll die Versorgung mit Eiweiß betrachtet werden. Eiweißversorgung Zur Bilanzierung der Eiweißversorgung stehen viele Systeme zur Verfügung (Abbildung 2): Abb. 2 Systeme zur Bilanzierung der Eiweißversorgung der Milchkuh 85

4 Das nxp für Deutschland, das AAS für Skandinavien, das PDI-System für Frankreich, das DVE-System für die Niederlande und Belgien sowie das Metabolisable-Protein-System für Großbritannien und die USA. Alle Systeme versuchen zu schätzen, wie viel Reineiweiß eine Kuh im Dünndarm absorbiert. Dabei wird die Fermentation und der Aufbau von mikrobiellem Eiweiß im Pansen berücksichtigt, sowie die Verdauungsprozesse im Dünn- und Dickdarm. Die Eiweißversorgung ist damit nicht nur ein Resultat des Eiweißgehaltes des Futters, sondern auch ein Resultat der Energieversorgung im Pansen. Das ist wichtig zu wissen. Einen Teil des absorbierten Eiweißes braucht die Kuh für die Erhaltung. Das bedeutet also, dass nicht das gesamte absorbierte Eiweiß zur Verfügung steht für die Synthese von Milcheiweiß. Die Frage ist also, welchen Einfluss der Eiweißgehalt im Futter auf die Milchleistung hat. Im Jahr 2003 hat BRODERICK aus den USA ein Experiment veröffentlicht, wobei er mit 36 Kühen 9 Behandlungen prüfte. Die Behandlungen waren Mischungen aus drei Stufen Rohprotein und drei Energiestufen. Die drei Stufen im Proteingehalt waren, 151 g,167 g und 184 g Rohprotein pro kg TM. Abbildung 3 zeigt, dass eine Steigerung des Rohproteingehaltes von 15,1 % auf 16,7 % auch mit einer Steigerung der täglichen Futteraufnahme von 21,2 kg auf 22,1 kg und 22,6 kg einherging. Die aufgenommene Rohproteinmenge stieg ebenfalls. Das war das Ziel des Experimentes gewesen. Und es ist zu erkennen, dass die Steigerung von 15,1 % auf 16,7 % eine Steigerung der Milchleistung von 33 kg auf 34 kg bewirkte. Ein höherer Rohproteingehalt hatte weder auf die Milchleistung noch auf den Eiweißgehalt einen weiteren Effekt. Dieser steigerte sich erst von 2,99 % auf 3,03 %, blieb dann aber konstant. Die Eiweißproduktion pro Tag stieg von 0,99 kg auf 1,02 kg; auch hier wieder kein Effekt bei der höchsten Rohproteinstufe. Abb. 3 Milchleistungsparameter und Futteraufnahme in Abhängigkeit von der Eiweißversorgung 86

5 Aminosäurenversorgung Soweit zur Eiweißversorgung. Das Euter braucht aber kein Eiweiß, sondern Aminosäuren. Es gibt bisher aber noch sehr wenige Systeme, die auch die Versorgung von individuellen Aminosäuren schätzt. Es ist nicht genau bekannt, welche Menge an individuellen Aminosäuren absorbiert werden und wieviele individuelle Aminosäuren die Milchkuh benötigt. Außerdem muss bedacht werden, dass es um die Versorgung des Euters mit Aminosäuren geht. Das Euter hat aber Konkurrenz von anderen Organen. Neben dem Euter sind auch die Verdauungsorgane und das Immunsystem wichtige Verbraucher von Aminosäuren (Abbildung 4). Abb. 4 Versorgung der Milchkuh mit Aminosäuren Das Euter absorbiert die Aminosäuren aus dem Blut. Die Konzentration im Blut ist also eine wichtige Voraussetzung. Es gibt 21 verschiedene Aminosäuren. Die Aminosäuren stammen aus verdautem Protein, das im Dünndarm absorbiert wird. Einige Aminosäuren werden in der Leber synthetisiert und auch die Muskeln sind ein Depot von Aminosäuren. Die Aminosäuren, die das Tier nicht selbst synthetisieren kann, sind die essentiellen Aminosäuren. Vor etwa 10 Jahren wurde in Lelystad (MEIJER et al., 1995) geprüft, wie sich der Aminosäurengehalt im Blut rund um das Kalben ändert. Dazu standen 36 Kühe zur Verfügung. Blut wurde wöchentlich und später dreiwöchentlich beprobt. Muskelbiopsien erfolgten 1 Woche vor dem Kalben sowie in der 3. und 15. Woche der Laktation. Es erfolgten dann Analysen der freien Aminosäuren im Blutplasma und in den Muskeln (Abbildung 5). Abbildung 6 zeigt den Verlauf einer ausgewählten Aminosäure, in diesem Fall Methionin. 87

6 Abb. 5 Material und Methoden zur Veränderung der Aminosäuren in Blut und Muskeln bei der Milchkuh in der Frühlaktation Abb. 6 Verlauf von freiem Methionin im Blutplasma Die vertikalen Streifen zeigen die großen Variationen zwischen den Tieren. Wenn man den mittleren Wert beachtet, dann sieht man, dass der Methioningehalt schon in der Woche vor dem Kalben sinkt und dass die Konzentration sich nach dem Kalben nicht verändert, sondern konstant bleibt. Also auch nach 15 Wochen hat die Konzentration sich nicht erholt bis auf den Anfangswert vor dem Kalben. Solche Grafiken wurden für alle Aminosäuren erstellt und in Abbildung 7 zusammengefasst: 88

7 Abb. 7 Relative Änderungen der freien Aminosäuren In der linken Darstellung sieht man die Veränderungen der nicht essentiellen Aminosäuren. Der Wert am Ende der Trächtigkeit ist als Anfangskonzentration gleich 100 gesetzt. Es ist zu erkennen, dass die Konzentration der meisten dieser nicht essentiellen Aminosäuren nach dem Kalben auf eine Konzentration von über 100 ansteigt. In der mittleren Abbildung wird gezeigt, was in den ersten 15 Wochen nach dem Kalben mit den essentiellen Aminosäuren passiert: Die Konzentrationen sehr vieler Aminosäuren sind niedriger als vor dem Kalben und erholen sich nicht. Dies wurde für die meisten essentiellen Aminosäuren ermittlelt. In der rechten Darstellung sieht man, dass sich auch die nicht essentiellen Aminosäuren Glutamin und Glutaminsäuren verhalten, als wären es essentielle Aminosäuren. Die Autoren MEIJER et al. (1995) vermuten, dass Glutamin und Glutaminsäure wichtige Aminosäuren für das Immunsystem sind. Eine Reduktion der Plasmagehalte an Glutamin und Glutaminsäure kann folglich die Immunantwort der Milchkuh in dieser Phase beeinträchtigen. Eine hohe Milchleistung beeinträchtigt demzufolge auch die Immunabwehr. Methionin In der mittleren Darstellung sind die Aminosäuren zu erkennen, die man als erstlimitierend für die Milch-Eiweiß-Synthese betrachtet. Die bekannteste ist das Methionin. Mit Methionin hat man eine Vielfalt von Versuchen gemacht. Meistens handelte es sich 89

8 dann um geschütztes Methionin. Das ist ein Methionin, das nicht im Pansen fermentiert wird. Kürzlich ist ein neues Produkt auf den Markt gebracht worden: das Smartamin Plus. Erste Ergebnisse über ein Experiment mit Milchkühen wurden jetzt von ST. PIERRE und SYLVESTER (2005) publiziert (Abbildung 8): Abb. 8 Einfluss des pansengeschützten Methionins»Smartamin Plus«auf die Milchproduktion Die Tiere bekamen zwei Behandlungen: Kontrolle oder dieselbe Ration mit Smartamin Plus. Smartamin Plus bewirkte eine Steigerung der Milchleistung von 39,8 auf 42,3 kg. Auch der Reineiweißgehalt wurde erhöht von 2,81 auf 2,97 %. Zusammen ergab das eine Erhöhung der Reineiweißproduktion von etwa 130 g/tag. Außerdem wurde eine leichte, aber nicht signifikante Zunahme der täglichen TM-Aufnahme von 22,7 auf 23,5 kg registriert. Die gelben Zahlen waren signifikant. Dies ist also ein sehr deutliches Resultat über geschütztes Methionin. Die Ergebnisse sind aber nicht immer so deutlich. Ein anderer Versuch, auch dieses Jahr publiziert von GIRARD et al. (2005), hat den Einfluss von Smartamin M, ein anderes geschütztes Methionin, getestet (Abbildung 9): Abb. 9 Einfluss des pansengeschützten Methionins»Smartamin M«auf die Milchproduktion 90

9 Es war eine leichte Reduzierung der TM-Aufnahme zu verzeichnen. Der Eiweißgehalt stieg von 3,19 auf 3,50 % und auch der Caseingehalt, also der Reineiweißgehalt, wurde erhöht von 2,66 auf 2,92 %. Aber es ist auch zu erkennen, dass die Aufnahme und die Milchleistung bei der Versuchsbehandlung niedriger waren als bei der Kontrolle. Man kann sich also die Frage stellen, ob die 4 Liter weniger Milch nicht zu einer Eindickung der Milch geführt haben und ob das die Ursache ist für den höheren Milcheiweißgehalt. Energieversorgung Bei der Energieversorgung geht es um Glucose. Glucose kommt von der absorbierten Stärke im Dünndarm oder von der Glucose aus der Gluconeogenese in der Leber. Der wichtigste Stoff für die Gluconeogenese ist Propionsäure, aber auch Aminosäuren werden dafür gebraucht. Durch die Gluconeogenese aus den Aminosäuren besteht also ein Zusammenhang zwischen Energie und Aminosäuren. Wenn man geschützte Stärke hat, kommt Stärke in den Dünndarm und kann dort, nach enzymatischen Prozessen, als Glucose absorbiert werden. Ein Teil der Stärke wird im Pansen auch fermentiert zu Propionsäure. Auch andere Kohlenhydrate, die Fasern, liefern einen Teil der Propionsäure. Die Glucose ist ein wichtiger Baustein für Lactose. Die Lactoseproduktion ist wichtig, weil sie direkt im Zusammenhang mit der Milchmenge steht. Eine erhöhte Lactoseproduktion bedeutet auch mehr Milch. Wie schon erwähnt, können auch die Aminosäuren bei der Gluconeogenese für die Synthese von Glucose verbraucht werden. Ein Mangel an Glucose kann also eine erhöhte Gluconeogenese aus den Aminosäuren bedeuten, was wiederum zu einem Mangel an Bausteinen für die Synthese von Milcheiweiß führen kann. Anders gesagt, mehr Glucose spart Aminosäuren und damit stehen mehr Bausteine für die Milcheiweißsynthese zur Verfügung. Glucose wird außerdem als Energiequelle für die Bildung von Milcheiweiß aus Aminosäuren benötigt (Abbildung 10). Abb. 10 Beziehung zwischen Energie und Eiweiß bei der Milchkuh 91

10 Mit diesen Kenntnissen ein Blick zurück zu dem Versuch von BRODERICK (2003) mit drei Eiweißstufen und drei Energiestufen in der Ration (Abbildung 11): Abb. 11 Milchleistungsparameter und Futteraufnahme in Abhängigkeit von der Energieversorgung Der Energiegehalt in der Ration war durch eine Steigerung des Kraftfutteranteils von 6,5 auf 6,7 und 6,8 MJ NEL/kg TM erhöht. Mit steigendem Energiegehalt stieg auch die Energieaufnahme von 142 auf 150 MJ NEL/Tag. Die Milchleistung erhöhte sich von 31,2 auf 36,2 kg/tag und auch zwischen den verschiedenen Stufen war immer eine signifikante Differenz vorhanden. Der Eiweißgehalt wurde gesteigert von 2,95 über 3,01 auf 3,08 %. Die täglich produzierten Mengen an Eiweiß als auch an Lactose wurden durch die Extraenergie gesteigert. Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass mit Extraenergie nicht nur zusätzliche Energie für die Synthese von Milcheiweiß zur Verfügung steht, sondern auch mehr Glucose für die Lactosebildung sowie extra Aminosäuren als Bausteine für die Synthese von Milcheiweiß. Eine Erhöhung des Milcheiweißes und der Milcheiweißmenge durch eine Erhöhung der Versorgung mit Eiweiß oder Extraaminosäuren ist hingegen nur sehr begrenzt möglich. Positive Erfolge sieht man nur, wenn in der Kontrolle ein Mangel in der Aminosäurenversorgung besteht oder wenn die Erhöhung zu einer verbesserten Futteraufnahme führt. Die Versuche mit pansengeschütztem Methionin ergaben eine mittlere Erhöhung von etwa 0,2 % Milch Extraeiweiß, d. h. eine Zunahme von g Milcheiweiß/Tag. In vielen Versuchen war keine erhöhte Milchleistung zu verzeichnen. Um den Effekt von geschützten Aminosäuren noch besser einzuschätzen, ist jedoch ein Aminosäurenbewertungssystem für Futtermittel erforderlich. Bislang gibt es das allerdings nur für Methionin und Lysin im französischen PDI-System sowie im DVE-System der Niederlande. 92

11 Literatur BRODERICK, G.A. (2003): Effects of varying dietary protein and energy levels on the production of lactating dairy cows. J. Dairy Sci. 86: GIRARD, C.L., H. LAPIERRE, J.J. MATTE und G.E. LOBLEY (2005): Effects of dietary supplements of folic acid and rumen-protected methionine on lactational performance and folate metabolism of dairy cows. J. Dairy Sci. 88: MEIJER, G.A.L., J. VAN DER MEULEN, J.G.M. BAKKER, C.J. VAN DER KOELEN und A.M. VAN VUUREN (1995): Free amino acids in plasma and muscle of high yielding dairy cows in early lactation. J. Dairy Sci. 78: ST. PIERRE, N.R. und J.T. SYLVESTER (2005): Effects of 2-hydroxy-4-(methylthio) butanoic acid (HMB) and its isopropyl ester on milk production and composition by Holstein cows. J. Dairy Sci. 88: