Menschliche Ernährung versus Tierernährung eine vergleichende Betrachtung: wer ist innovativer?

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1 Extra Vit - Lange Nacht der Tierernährung 25. November 2016, Möhnesee/Delecke Menschliche Ernährung versus Tierernährung eine vergleichende Betrachtung: wer ist innovativer? Prof. Dr. K. Eder Institut für Tierernährung und Ernährungsphysiologie Justus-Liebig-Universität Gießen Generelle Ernährungskonzepte Mensch Nutztier - Selbstauswahl von Nahrungsmitteln, Speisen, überwiegend basierend auf sensorischen Merkmalen - Bedarf vieler Nährstoffe (z.b. Aminosäuren) unzureichend bekannt - Intestinale und intermediäre Verfügbarkeit von Nährstoffen findet bei Zufuhrempfehlungen wenig Beachtung - Ernährungsphysiologische Qualität der Nahrung hängt vom sozioökonomischen Status ab - Kein spezifischer Einsatz von Supplementen zur Ergänzung (Ausnahme: Jod) - Fütterungsregime orientieren sich am spezifischem Bedarf an Nährstoffen in Abhängigkeit von Spezies, Lebendmasse, Leistungsrichtung, Leistungshöhe etc. - Bedarf an Energie und Nährstoffen gut bekannt - Berücksichtigung der intestinalen und intermediären Verfügbarkeit von Nährstoffen bei der Futterbewertung - Ergänzung von Rationen mit erforderlichen bzw. nützlichen Zusatzstoffen (Vitamine, Mineralstoffe, Enzyme, Probiotika, phytogene Stoffe ) - Optimierung ökologischer Aspekte in der Fütterung (Emission von Stickstoff, Phosphor, Spurenelemente, Methan) - Ökologische Aspekte der Ernährung finden wenig Beachtung 1

2 Mensch Ergebnis Nutztier - Hohe Inzidenz an Übergewicht und Fettleibigkeit - Hohe Inzidenz an Übergewichtsassoziierten chronischen Erkrankungen (Diabetes, Bluthochdruck, Hyperlipidämien, metabolisches Syndrom) - Hohe Inzidenz einer suboptimalen Zufuhr an Mikronährstoffen (Folsäure, Vitamin D, Calcium, Eisen.) - Hohe Kosten für die Behandlung ernährungsbedingter Erkrankungen - Bedarfsgerechte Nährstoffversorgung - Ausschöpfung der genetisch vorgegebenen Leistungspotentiale - Weitgehend gute Tiergesundheit - Guter ernährungsphysiologischer Wert der erzeugten tierischen Produkte - Gute Nutzung natürlicher Ressourcen, minimierte Emission ökologisch relevanter Stoffe - Starke Umweltbelastung (Stickstoff, Phosphor ) Übergewicht in der Deutschen Bevölkerung* Anteil (%) der Bevölkerung in: Normalgewichtig (BMI 25), übergewichtig (BMI 30), fettleibig (BMI >30) Alter (a) Männlich Weiblich /14/14 70/14/ /30/11 66/20/ /44/13 61/21/ /50/20 50/30/ /50/27 43/33/ /52/31 30/38/ /56/28 25/40/34 Im Mittel sind 66% der männlichen und 52% der weiblichen Bevölkerung übergewichtig oder fettleibig *Nationale Verzehrsstudie II (BMELV, Max-Rubner-Institut, 2008), Teil I 2

3 Nährstoffversorgung der Deutschen Bevölkerung* Prozentualer Anteil der Bevölkerung mit einer Zufuhr unterhalb der DACH-Referenzwerte ( ) Nährstoff Männlich Weiblich Kohlenhydrate 75% 56% Ballaststoffe 68% 75% Zucker 48% der Gesamt-KH 45% der Gesamt-KH Protein 11% 15% Fett 80% 76% Vitamin D 82% 91% Vitamin B1 21% 32% Vitamin B2 20% 26% Folsäure 79% 86% Vitamin C 32% 29% Calcium 46% 55% Magnesium 26% 29% Eisen 14% 58% Zink 32% 21% *Nationale Verzehrsstudie II (BMELV, Max-Rubner-Institut, 2008), Teil II Ein Problemfall: Vitamin D Versorgungsstatus an Vitamin D in Abhängigkeit der 25-OH-Vitamin D 3 - Spiegel Plasma 25(OH)-D 3 - Level (nmol/l) Status < 50 Mangel Suboptimal Ausreichend Normalwert in sonnigen Ländern > 250 Überschuss > 325 Toxizität Versorgungsstatus an Vitamin D in verschiedenen Ländern in Abhängigkeit von Jahreszeit und Hautfarbe (25-OH-Vitamin D 3, nmol/l) Ort Breitengrad Population, Alter Sommer Winter Miami 26 M, W, > 18a USA, gesamt Afroamerikanisch, W Kaukasisch, W Boston 43 Afroamerikanisch, W Kaukasisch, W Calgary 51 M, W, 27-89a Paris 49 M, W Unterversorgung an Vitamin D in weiten Teilen der Weltbevölkerung Grant and Holick,

4 Ein Problemfall: Vitamin D Vitamin D-Versorgungsstatus in Abhängigkeit der Höhe der Supplementierung (Meta- Analyse, insgesamt Teilnehmer Wirkung einer Vitamin-D-Supplementierung auf Vitamin D-Versorgungsstatus in Abhängigkeit des Körpergewichts Ekwaru et al. (2014) Empfehlung DGE: 800 IU/d, tatsächliche Zufuhr in D: 116/88 IU/d (M/W) Quellen: in IU/100 g Matjeshering 1080 Sardine 440 Champignons 76 Edamer 12 Lachs 640 Hühnerei 116 Butter 48 Vollmilch 4 Die Stufen der Energie Bruttoenergie - Energie im Kot Verdauliche Energie Umsetzbare Energie - Energie in Harn, Fermentationsgasen Gesamt- Verwertung (k) Erhaltung Wärme Extrawärme Retention Energie in Fettgewebe Muskelgewebe Milch, Foetus, Ei = Nettoenergie 4

5 Vergleich der Energiebewertungssysteme Mensch Pferd Schwein, Mastrind, Geflügel, Hund, Katze Milchkuh Bruttoenergie Ballaststoffe = 0 MJ/kg Protein: physiologischer Wert = 17 kj/g Umsetzbare Energie Umsetzbare Energie Nettoenergie (= Energie in der Milch) Bruttoenergie Kot Verdauliche Energie Harn, Fermentationsgase Umsetzbare Energie Wärme Erhaltung Extrawärme Retention Energie in Produkten (Fleisch, Milch, Eier) = Nettoenergie Ration Getreideanteil: 82% Verwertung von Nichtstärkepolysacchariden beim Schwein* NSP-Gehalt (g/kg TM) Verdaulichkeit der NSP (%) SCFA (mmol/kg) Colondigesta Verteilung der SCFA (%) Gesamt Unlöslich Löslich C2 C3 C4 Gerste ,7 23,5 17,9 Gerste + 20 g/kg ß ,0 25,2 17,3 Glukane Gerste + 40 g/kg ß ,8 26,3 15,5 Glukane Gerste (SB90300) ,5 26,2 16,0 Gerste (CDC McGwire) ,0 25,4 14,5 Gerste (SB94893) ,3 31,4 13,9 Gerste (CDC Fibar) ,8 28,9 13,4 Hafer (CDC Sol-Fi) ,5 22,5 10,0 Hafer (CDC Baler) ,9 21,5 10,6 Energetische Bewertung der NSP: - 15% des Erhaltungsbedarfs an Energie beim Mastschwein (Dierick et al., 1989) - 30% des Erhaltungsbedarfs an Energie bei trächtigen Sauen (Varel und Yen, 1997) *Jha und Berrosco (2010) 5

6 Bewertung verdaulicher Nichtstärkepolysaccharide beim Nutztier Schwein: ME S (MJ) = 0,0205 x DXP (g) + 0,0398 x DXL (g) + 0,173 x S (g) + 0,0160 x Z (g) + 0,0147 x BFS (g) DXP = verdauliches Rohprotein DXL = verdauliches Rohfett S = Stärke Z = Zucker BFS = Bakteriell fermentierbare Substanz (=verdaulicher Rest) Geflügel: Pferd: Rind: ME N -korr (kj) = 18,0 x umsetzbares XP (g) + 38,8 x umsetzbares XL (g) + 17,3 x umsetzbare NfE (g) DE (MJ) = -3,54 + 0,0209 XP (g) + 0,0420 XL (g) + 0,0001 XF (g) + 0,0185 NfE (g) ME (kj) = 31,2 x DXL (g) + 13,6 x DXF (g) + 14,7 x Rest DOS (g) + 2,34 x XP (g) Kirchgeßner et al. (2014), Tierernährung Vergleich der Proteinbewertungssysteme Mensch Pferd, Hund, Katze Rind Gesamtprotein*, Biologische Wertigkeit Bedarf an individuellen Aminosäuren nur ansatzweise bekannt Verdauliches Rohprotein Nutzbares Rohprotein am Dünndarm Schwein, Geflügel Konzept des Idealproteins, auf der Basis der präcaecal verdaulichen Aminosäuren (Basis: Lysin) *Absolute Empfehlungen, basierend auf Bilanzversuchen (Kompensation unvermeidlichen N-Ausscheidungen), mit Sicherheitszuschlägen für Unsicherheiten bei Verdaulichkeit und biologischer Wertigkeit 6

7 Die Ableitung des Proteinbedarfs beim Menschen basiert auf Bilanzstudien Faktor Anzahl an Bilanzstudien Steigung, Median Intercept, Median (mg N/kg/d) Bedarf, Median (mg N/kg/d; g Protein/kg/d) Alle 235 0, (0,66) Rand et al. (2003): Meta-Analyse von 235 Bilanzstudien Nicht verdaulichkeitskorrigiert Empfehlung: 0,83 und 0,65 g/kg/d good quality protein (male/female; 97,5% Perzentile) Klima Gemäßigt 154 0, (0,64) Tropisch 81 0, (0,71) Alter Jung 221 0, (0,65) Alt 14 0, (0,82) Geschlecht Männlich 181 0, (0,68) Weiblich 54 0, (0,57) Ernährungsweise Tierisch 64 0, (0,65) Vegetarisch 77 0, (0,67) Gemischt 94 0, (0,65) Optimierung der Verwertung von Aminosäuren durch die Kenntnis des Idealproteins und dem Einsatz synthetischer Aminosäuren (Beispiel: wachsendes Schwein) Kirchgeßner et al., Tierernährung (2014) 7

8 Möglichkeiten zur Reduktion der Emission von N und P beim Nutztier - Exakte Nährstoffversorgung Exakte Kenntnisse zum Bedarf der Tiere Verzicht auf Überversorgung Anpassung der Versorgung an den Bedarf (z.b. durch Phasenfütterung) - Verbesserung der Futterrezeptur Exakte Futtermittelbewertung Ausnutzen von Ergänzungswirkung (z.b. bei Aminosäuren) Proteinabsenkung durch Aminosäuresupplementierung Verbesserung der Phosphorverwertung durch Zusatz von Phytasen - Verbesserung der Futterverwertung Verwendung leistungsfähiger Genotypen Optimierung der Produktionstechnik Einsatz zugelassener Leistungsförderer Quelle: Kirchgeßner, Tierernährung Emission von Stickstoff und Phosphor- Ein Vergleich zwischen Mastschwein und Mensch Futter (kg) N-Emission (kg) N (relativ) P-Emission (kg) P (relativ) Schwein Wachstumsperiode kg (90 kg Zunahme)* Ein-Phasensystem 276 5, , Zwei-Phasensystem , ,87 90 Drei-Phasensystem , ,82 85 Dreiphasensystem + Aminosäuren + Phytase Mensch (kg/jahr)** , ,59 61 Männlich 275 4, , Weiblich 219 3, , *Lehrbuch Tierernährung (Kirchgeßner) **Geschätzte Werte 8

9 Methanemission bei der Milchkuh Milchleistung (kg/jahr) Methan (kg/jahr) Methan (g/kg Milch) , Flachowsky (2005) Treibhausgasemission Vergleich zwischen Milchproduktion und Reisen km Flug (190 g CO 2 /km) 1 Kuh, l Milch kg CO 2 -Äquivalente/a = km Fahrt mit PKW (150 g CO 2 /km) km Fahrt mit Zug (40 g CO 2 /km) km Fahrt mit Reisebus (20 g CO 2 /km) 1 Flug Frankfurt - New York = l Milch 1 Flug Frankfurt - Sydney = l Milch 1 Flug Frankfurt Dominikanische Republik = l Milch RDA-Umweltstudie 2009, IFEU Heidelberg 9

10 Zusammenfassung Die Ernährungskonzepte in der Tierernährung ist der praktischen Situation in der Humanernährung weit voraus: - Kenntnisse des Nährstoffbedarfs - Qualität der Bewertungssysteme - Orientierung der Versorgung mit Nährstoffen am individuellen Bedarf - Effizienz der Nutzung von Nährstoffen - Resultierende Leistung bzw. Gesundheit 10