Proteinqualität in Gras und Graskonserven

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1 Proteinqualität in Gras und Graskonserven Dr. W. Richardt, Lichtenwalde 3. Dezember 2009, Alsfeld Zukunft Milch 2009

2 Entwicklung der Milchleistung im sächsischen Spitzenbetrieb und Maissilagequalität (Ernte 06/07) wolfram.richardt@lks-mbh.com 2 St ärke 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4, Energie

3 Entwicklung der Milchleistung im sächsischen Spitzenbetrieb und Maissilagequalität (Ernte 06/07) Milch [kg/kuh u. a] Neusorge Sachsen wolfram.richardt@lks-mbh.com 3 St ärke 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4, Energie

4 Lehren??? Qualität ist nicht einfach hoher Energiegehalt allgemeingültige Qualitätsparameter vom Rationstyp abhängige Qualitätsparameter (z. B. Energie, Rohfaser, Stärke, Zucker, Rohprotein) Rationstyp : durch Futtermittelart (Herkunft, Art der Konservierung u.a.) und ihren besonderen Mengenanteil charakterisierte Ration. (Hoffmann, 1990) wolfram.richardt@lks-mbh.com 4

5 Grundsätze Grobfutter Gutes Grobfutter darf etwas kosten! Schlechtes Grobfutter ist genauso teuer wie gute! Der ideale Energie-, Rohfaser-, Rohprotein- und Stärkegehalt von Grobfuttermitteln richtet sich nach dem Anteil in der Ration! gut heißt: Konserviererfolg 1 oder 2 sehr gute Häckselqualität keine sonstigen qualitätsmindernden Eigenschaften Optimaler Energie-, Rohfaser- und Stärkegehalt wolfram.richardt@lks-mbh.com 5

6 Häckselqualität (HQ) von Maissilagen (Ernte 2007) HQ1 HQ2 HQ3 HQ4/HQ ,5% 65,2% 21,2% 2,1% 6

7 Mikrobiologische Qualität von Futtermitteln Proben (%) in der Keimzahlstufe Aspergillus Mucor GS MSX TMR BT PSS Proben (%) in der Keimzahlstufe Penicillium wolfram.richardt@lks-mbh.com 7 GS MSX TMR BT PSS

8 Rohproteingehalt in Mischrationen (HL) % Rohprotein in TMR für HL-Gruppe (2007, n= 815) % Rohprotein in TMR für HL-Gruppe (2008) n= 279 < > 180 g/kg TS < > 180 g/kg TS % Rohprotein in TMR für HL-Gruppe (2009) n= < 160 wolfram.richardt@lks-mbh.com > g/kg TS

9 Rohproteingehalt [g/kg TS] in Grassilagen Rohproteingehalt der Grassilagen 1. Schnitt Erntejahr Mittelwert < > 180 TS [%] g Rohprotein/kg TS = 8,2 ct/ Tier und Tag 1) 1) 30,00 /dt Sojaextraktionsschrot, 12 kg TS-Aufnahme Grobfutter 8,2 ct/tier u. Tag x 365 Tage x 50 Tiere = /Jahr wolfram.richardt@lks-mbh.com 9

10 Einfluss der Stickstoffdosis auf Rohprotein- und Nitratgehalt von 1-jährigem Weidelgras (Hoffmann, Regina u.a., 1990) N / ha Rohprot. Reinprot. % vom Rohprotein NO 3 kg g / kg TS g / kg TS Reinprot. NPN g / kg TS ,2 39,8 0, ,7 48,3 0, ,6 46,4 1, ,2 50,8 3,4 N - Ausbringung im Herbst, Schnitt: 61. Vegetationstag (1.Schnitt), ohne Nitrifikationshemmer, keine extremen Witterungsbedingungen wolfram.richardt@lks-mbh.com 10

11 Energie- und Nährstoffgehalt von Grassilagen in Abhängigkeit von der Einsatzrichtung Einsatz Laktation JV 1) + TS 2) TS 28 35% % NEL 6,0 6,5 MJ 5,5 5,8 MJ Zucker g (<120g) ~ 40 g Rohfaser g g NDF g g Rohprotein g g Rohasche < 100 g < 100 g 1) Jungvieh ab 1. Lebensjahr, 2) Altmelker und Trockensteher (8.-3. Woche a.p.) wolfram.richardt@lks-mbh.com 11

12 Ernte(zeitpunkt) bei Grassilagen Rohfasergehalt: g/kg TS Trockensubstanzgehalt (im Frischgras): % Zuckergehalt: > 75 g/kg TS Pufferkapazität: Schnitthöhe: 5 8 cm Feldliegezeit: 12 h (max. 36 h) wolfram.richardt@lks-mbh.com 12

13 Zunahme der Rohfaser im Silierprozess g Rohfaser/kg TS Erntedauer 4 (2-7) Feldliegezeit 12 (2-52) Silierung 22 (7-94) Entnahme 2 (1 13) gesamt 40 (nach O. Steinhöfel, 1998) wolfram.richardt@lks-mbh.com 13

14 Energiegehalt [g/kg TS] in Grassilagen (1.Schnitt) Erntejahr Mi ttel wert < 5,4 5,4-5,7 5,8-6,2 6,3-6,5 > 6, , , , , ,5 MJ NEL/kg TS = 14 ct/ Tier und Tag 1) 1) 10,00 /dt Getreide, 12 kg TS-Aufnahme Grobfutter 14 ct/tier u. Tag x 365 Tage x 50 Tiere = /Jahr wolfram.richardt@lks-mbh.com 14

15 Korrelation Energie- und Rohfasergehalt (1. Schnitt 2009) NEL [MJ/kg TS] 7,5 7,0 6,5 Korrelation zwischen Rohfaser und Energie y = -0,013x + 9,36 R² = 0,71 6,0 5,5 5,0 4,5 4, Rohfaser [g/kg TS] wolfram.richardt@lks-mbh.com 15

16 Korrelation Energie- und Zuckergehalt NEL [MJ/kg TS] 7,5 Korrelation zwischen Zucker und Energie 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 y = 0,0058x + 5,92 R² = 0,25 4,5 4, Zucker [g/kg TS] wolfram.richardt@lks-mbh.com 16

17 Schema der Rohproteinverdauung Lebendmasse Erhaltung Energie (verfügbar im Pansen) + NPN, Aminosäuren Nutzbares Rohprotein a. D. Darmverdauliches Eiweiß Metabolisierbares Eiweiß Mikrobenprotein Durchflussprotein Futterrohprotein - NPN-Verbindungen - Reineiweiß Kot + Harn wolfram.richardt@lks-mbh.com 17

18 Proteinbewertungssysteme in ausgewählten Ländern F PDI Proteines vraies reellement Digestibles dans l'intestin grele INRA (1989) NL DVE Darm Veeterbare Protein CVB (1995) USA 35% Proteinlöslichkeit D nxp Nutzbares Rohprotein GfE (1997) USA MP Metabolizable Protein NRC (2001) GB MP Metabolisable Protein AFRC (1993) mind. 12% XP abbaubar im Pansen (NRC, 2001) UFA W-FOS (Niederlande, Schweiz) schnell fermentierbares XP (>60 g/kg TM) mittelschnell fermentierbares XP (>30 g/kg TM) wolfram.richardt@lks-mbh.com 18

19 Methoden zur Messung des beständigen Eiweißes oder nutzbaren Rohproteins in vitro Pansensaftmethoden (Lebzien u. Zhao, 1999; Steingaß 2001) enzymatische Methoden (Calsamiglia et al., 2000) chemische Fraktionierung Rohproteinfraktionierung (CNCPS, 1992, Licitra et. al. 1996) Bestimmung des UDP bzw. RUP auf Basis der Rohproteinfraktionen (Shannak et al., 2000; Kirchhof et al. 2006, NRC, 2001) 19

20 Schema der Rohproteinfraktionierung (nach Licitra et al. 1996) Rohprotein (XP) A Reinprotein A B 1 B 2 B 3 C Fraktion A B 1 B 2 B 3 C Proteinfraktion enzymatischer Abbau NPN (Nicht-Protein-Stickstoff) - pufferlösliches Reinprotein schnell pufferunlösliches Reinprotein (ND-lösl.) variabel zellwandgebundenes lösl. Reinprotein variabel bis langsam zellwandgebundenes unlösl. Reinprotein keiner (unverdaulich) wolfram.richardt@lks-mbh.com 20

21 Einfluss des Schutzes auf die Rohproteinfraktionen bei Sojaextraktionsschrot 21

22 Veränderung der Rohproteinfraktionen durch die Proteolyse (I) Futtermittel Grünpflanze Silage Reineiweiß Fraktion B + C U Reineiweiß Fraktion B + C UDP D P Proteolyse Frakt io n B1 im Pansen Rohprotein verfügbar NPN Fraktion A Fraktion B1 NPN Fraktion A im Pansen verfügbar Nitrat-N wolfram.richardt@lks-mbh.com 22

23 Einfluss der Silierung von Kleegras auf die Rohproteinqualität, n=8, (Richardt u. Steinhöfel, 2000) in % 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 A B1 B2 B3 C UDP5 Kleegras 27,6 4,2 37,8 24,1 6,3 32,7 Kleegrassilage 63,1 3,0 20,7 6,1 7,0 18,3 wolfram.richardt@lks-mbh.com 23

24 Silierung Mais (n=4) (Richardt u. Steinhöfel, 2000) 24

25 Kennzahlen Proteinqualität - Proteinlöslichkeit (SP) NPN-Verbindungen und niedermolekulare, schnelllösliche Proteine Maßzahl für die Proteinqualität (in % des Rohproteins ) in der Gesamtration (TMR) sollte der Wert bei etwa 35% liegen Grassilagen : ~ 60% (zwischen 51% und 69%) über 70% = zu hohe Proteolyse und niedriges UDP unter 50% = hoher Anteil an UDP oder Hinweis auf Fehlgärung (Hitzeschäden ) Maissilagen : 52% (zwischen 44% und 60%) wolfram.richardt@lks-mbh.com 25

26 Grassilage 1. Schnitt - Proteinlöslichkeit (SP) Futterwert der Grassilagen 1. Schnitt NEL MJ/k g TS 5,9 6,1 6,2 6,2 Rohprotein g/kg TS Proteinlöslichkeit % Schwankungsbereich (65%) Proteinlöslichkeit(%) < > wolfram.richardt@lks-mbh.com 26

27 Kennzahlen Proteinqualität - Durchflussprotein (UDP) Anteil an Rohprotein, welcher nicht im Pansen abgebaut wird Ableitung nach Analyse der Rohproteinfraktionen wird durch die Fraktionen B2, B3, C sowie durch den Fasergehalt (PNDF oder ADF) bestimmt wird in % des Rohproteins angegeben Zielwert in der Gesamtration (TMR) zwischen 25 und 30 % der Mittelwert für Grassilagen liegt bei 20% und schwankt im Normalfall zwischen 10% und 30%. wolfram.richardt@lks-mbh.com 27

28 UDP-Gehalt in Grassilagen (unveröffentlicht) UDP-Gehalt [% des RPr] in Grassilagen 1. Schnitt Erntejahr Mittelwert < > g UDP/kg TS 1) = 1,8 ct/ Tier und Tag 2) 1) 10 g UDP/kg TS = 6% UDP bei 16% Rohprotein 2) 30,00 /dt Sojaex., 20,00 /dt Rapsex., 5 /dt für Behandlung, 12 kg TS-Aufnahme aus Grobfutter 1,8 ct/tier u. Tag x 365 Tage x 100 Tiere = 660 /Jahr/100 Kühe wolfram.richardt@lks-mbh.com 28

29 Korrelation UDP [% d. RP] und ADForg Grassilagen 1. Schnitt 2009 (unveröffentlicht) UDP [% d. RP] 70 Korrelation zwischen ADForg und UDP [% des RP] y = 0,11x - 7,07 R² = 0, ADForg [g/kg TS] wolfram.richardt@lks-mbh.com 29

30 Korrelation UDP [% d. RP] und TS (unveröffentlicht) UDP [% d. RP] Korrelation zwischen Trockensubstanz und UDP [% d. RP] y = 0,0061x + 20,15 R² = 0, TS [g/kg TS] wolfram.richardt@lks-mbh.com 30

31 Korrelation UDP [g/kg TS] und Proteinlöslichkeit UDP [g/kg TS] 70,0 60,0 50,0 Korrelation zwischen Proteinlöslichkeit und UDP [g/kg TS] y = -0,75x + 76,4 R² = 0,81 40,0 30,0 20,0 10,0 0, SP- Proteinlöslichkeit [% d. RP] wolfram.richardt@lks-mbh.com 31

32 Zusammenhang zwischen Konserviererfolg und Rohproteinfraktionen (Richardt u. Steinhöfel, 2007) n = 279, Parameter Einheit Konserviererfolg Signifikanz 1 und 2 4 und 5 n A % des XP 52,4 (11) 47,3 (12) p < 0,01 C % des XP 6,7 (2,8) 9,4 (3,3) p < 0,0001 UDP5 % des XP 25,3 (10,1) 35,5 (13,0) p < 0,0001 NH 3 % des Gesamt-N 6,8 (2,1) 16 (8,1) p<0,0001 pu XP % des XP 23,6 (6,3) 30,8 (9,6) p<0,001 wolfram.richardt@lks-mbh.com 32

33 Einfluss des Siliermittels Rohnährstoffe (Richardt u. Steinhöfel, 2007) Parameter Einheit ohne Siliermittel mit Siliermittel Signifikanz n = 25 n = 25 Rohasche g/kg TM n.s. Rohprotein g/kg TM n.s. Rohfaser g/kg TM n.s. ADF g/kg TM n.s. Zucker g/kg TM n.s. NEL MJ/kg TM 5,9 5,9 n.s. wolfram.richardt@lks-mbh.com 33

34 Einfluss des Siliermittels Rohproteinfraktion (Richardt u. Steinhöfel, 2007) Parameter Einheit ohne Siliermittel mit Siliermittel Signifikanz n = 25 n = 25 Fraktion A % des XP 52 (19,0) 50 (18,3) p<0,05 Reinptrotein % des XP 48 (19,0) 50 (18,3) p<0,05 Fraktion C % des XP 4,3 (1,9) 4,7 (1,9) n.s. pepsinunl. XP % des XP 19,1 (3,8) 19,5 (4,7) n.s. UDP5 % des XP 18,6 (7,7) 20,6 (8,0) p<0,05 wolfram.richardt@lks-mbh.com 34

35 Veränderung der Rohproteinfraktionen durch die Proteolyse (II) Silage Reineiweiß Silage Proteolyse freie Aminosäuren Fehlgärung vorwiegend proteolytische freie Aminosäuren Amine Clostridien NH 3 u.s.w nicht Aminosäure-N wolfram.richardt@lks-mbh.com 35

36 Aminosäureabbau durch überwiegend proteolytische Clostridien Desaminierung Arginin Citrulin + NH 3 Valeriansäure + NH 3 Lysin Buttersäure + 2NH 3 Histidin Uronsäure + NH 3 Decarboxylierung Arginin Putrescin + CO 2 Lysin Cadaverin + CO 2 Methionin Spermidin + CO 2 Histidin Histamin + CO 2 wolfram.richardt@lks-mbh.com 36

37 Wirkung biogener Amine auf den tierischen Organismus 1. Senkung der Futteraufnahme 2. Vasoaktive Wirkung Durchblutungsstörungen in den feinen Kapillaren "Gefäßkrisen" (Eutergewebe, Lederhaut u.a.) 3. Schädigung von Schleimhäuten (Magen, Darm, Genitalorgane) 5. Beeinflussung des Blutdruckes 6. Beeinflussung der Magensaftsekretion 7. Zusammenhänge mit Immunsystem (für Histamin nachgewiesen) ¹ Bildung durch Dekarboxylierung von Aminosäuren vorwiegend durch Bakterien M. Hoffmann, LKV Sachsen,

38 Zusammenhang zwischen dem Gehalt an Ammoniak und biogenen Aminen in Grassilagen (Literaturauswertung) Amine (g/kg TS) 16,00 14,00 y = 0,036x + 0,53 R² = 0,35 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0, Quelle: W. Richardt, 2009 NH 3 -N (g/kg Gesamt-N) wolfram.richardt@lks-mbh.com 38

39 Kennzahlen Proteinqualität - Ammoniak flüchtige Stickstoffverbindung und wird zu den NPN- Verbindungen (Nicht-Protein-Stickstoff) gezählt entsteht durch Abbau von Eiweißverbindungen während des Silierprozesses und ist ein Endprodukt des Aminosäureabbaus Indikator für die Qualität des Silierprozesses <8% sehr gut 8-10% gut 10-15% Hinweis auf Aminosäureabbau >15% Hinweis auf deutlichen Aminosäureabbau wolfram.richardt@lks-mbh.com 39

40 Verteilung des NH 3 -Gehaltes in Grassilagen (Ernte ) Jahr NH 3 -N in % des Gesamt-N < > ,2 wolfram.richardt@lks-mbh.com 40

41 Verteilung des NH 3 -Gehaltes in Maissilagen (Ernte ) Jahr NH 3 -N in % des Gesamt-N < > wolfram.richardt@lks-mbh.com 41

42 Kennzahlen Proteinqualität pepsinunlösliches Rohprotein der Anteil an Rohprotein, welcher sich durch eine Behandlung des Futtermittels mit Salzsäure (HCl) und Pepsin nicht herauslösen lässt an die ADF gebunden sowie unverdauliche Zucker-Protein-Komplexe Hitzeschädigungen während des Trocknungs- oder Silierprozesses steht in Bezug zur Verdaulichkeit des Rohproteins Indikator für die Grünlandpflege Grassilagen, Heu und Trockengrün <25% sehr gut 25-30% gut 30-35% Hinweis auf geringe Hitzeschädigung >35% Hinweis auf deutliche Hitzeschädigung 42

43 Zusammenhang zwischen Konserviererfolg und Rohproteinfraktionen (Richardt u. Steinhöfel, 2007) n = 279, Parameter Einheit Konserviererfolg Signifikanz 1 und 2 4 und 5 n A % des XP 52,4 (11) 47,3 (12) p < 0,01 C % des XP 6,7 (2,8) 9,4 (3,3) p < 0,0001 UDP5 % des XP 25,3 (10,1) 35,5 (13,0) p < 0,0001 NH 3 % des Gesamt-N 6,8 (2,1) 16 (8,1) p<0,0001 pu XP % des XP 23,6 (6,3) 30,8 (9,6) p<0,001 wolfram.richardt@lks-mbh.com 43

44 Anforderungen an eine Grassilage TS Gehalt 30 35% Häcksellänge mm Rohasche <100 g/kg TS Siliermittel biologische und chemische Siliermittel Walzschicht < 40 cm Dichte kg TS/m 3 Abdeckung Unterziehfolie (40 µm), Silofolie (>150 µm) ph-wert 4,2 4,8 (abhängig vom TS-Gehalt) Essigsäure 1,5 3,5% (i. d. TS) Buttersäure <0,3% NH 3 -N < 8% Hefen < 10 5 KbE wolfram.richardt@lks-mbh.com 44

45 Rohproteinfraktionen und UDP bei Gras- Trockengrün XP A B1 C UDP8 g/kg TS % des XP Mittelwert ,7 45 Min ,0 30 Max , wolfram.richardt@lks-mbh.com 45

46 Ergebnisse Getreideganzpflanzensilage (Richardt u. Steinhöfel, 2000) 46