Innovationsforschung zum Futterwert von Getreide und seiner Verbesserung

Transkript

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 8 Optimierung getreidebasierter Fütterungskonzepte hinsichtlich Tiergesundheit, Futterverwertung und Lebensmittelsicherheit beim Schwein und Geflügel

2 Vorhabenbeschreibung I. Ziele Das Gesamtziel des Verbundes, der Bezug zu den förderpolitischen Zielen und die wirtschaftlichen und technischen Arbeitsziele des Verbundes sind in der Vorhabenbeschreibung zum Z-Projekt der Universität Hohenheim dargestellt. Primäres Ziel dieses Teilprojektes (TP 8) ist ein Fütterungskonzept (Optimierung der Getreidebearbeitung und Mischfutterkonfektionierung), das bei günstigster Verwertung der aus dem Getreide stammenden Energie (Stärke!) und Nährstoffe (Protein) die möglichen Auswirkungen auf die Gesundheit des Magen-Darm-Trakts (inklusive der hier erfolgenden Infektionen mit Pathogenen und/oder Zoonoseerregern) mit berücksichtigt. Die angestrebte Lösung ist also die Vereinbarkeit beider konzeptioneller Ausrichtungen (günstigste Futterverwertung bei höchstmöglichem Gesundheitsstatus), die bei einem Erfolg sowohl unter dem Aspekt des Tierschutzes als auch des Verbraucherschutzes (Lebensmittelsicherheit) gegenüber den etablierten Praktiken erhebliche Vorteile brächte. Nicht zuletzt ist der o. g. Ansatz geeignet, den Energie- und Technikaufwand für das Futter (Zerkleinern + Konfektionieren) im Verhältnis zur Leistung und Gesundheit der Masttiere kritisch zu bewerten. Mögliche Auswirkungen auf die Leistung sollen also in Abwägung zu parallel auftretenden Effekten auf die Gesundheit des Magen-Darmtrakts bewertet werden. II. Stand der Wissenschaft Diverse neuere Studien mit Schweinen (Absetzferkel; Kamphues et al. 2007, Offenberg 2007) und Geflügel (junge Mastputen; Bank et al. 2009) lassen erkennen, dass die Intensität der Zerkleinerung des Getreides deutlich zurückgenommen werden kann, ohne dass sich die Verdaulichkeit des Futters (org. Substanz/Stärke) über den gesamten Verdauungstrakt dadurch verschlechtert (Hetland et al. 2002; Kamphues et al. 2007, Bank et al. 2009). Andererseits wurde in bisherigen Studien noch nicht geprüft, inwieweit hierbei die praecaecale Verdaulichkeit nicht evtl. doch zurückgeht, und nur kompensatorisch die Dickdarmverdauung an Bedeutung gewinnt (mit gesundheitlich positiven Konsequenzen, wie später noch gezeigt wird). Mit der Struktur im Mischfutter sind weitere Effekte verbunden, die von der Futteraufnahme (eher forciert oder protrahiert), über eine bessere Schichtung des Chymus im Magen (Mößeler et al. 2009), die Anzahl der Mastzellen in der Darmwand (Liu et al. 2006), die forcierte Sekretion saurer Muzine im Dünn- und Dickdarm (Hedemann et al. 2005; Betscher et al. 2010), den Eintrag von Stärke in den Dickdarm (Svihus u. Hetland 2001; Williams et al. 2001; Visscher et al. 2009), die Aufenthaltsdauer des Chymus im Dickdarm (Vermeidung von Verstopfungen) und Kotbeschaffenheit (Warzecha 2006) reichen. Nach Adams (2007) sind grundsätzlich Fütterungsbedingungen, die zu einer forcierten Muzinbildung (= Epithelabdeckung) im Dünn- und Dickdarm führen, als infektionsprophylaktisch günstig anzusehen, was aus Sicht der Tierernährung bisher als forcierte endogene Quote eher nachteilig eingeschätzt wird (Zielkonflikt!).

3 Im Institut wurden in Kooperation mit der Mikrobiologie einerseits und der hiesigen Pathohistologie andererseits in den letzten Jahren entsprechende Methoden entwickelt bzw. eingesetzt, mit denen die Auswirkungen der Futterstruktur am Magen-Darm-Trakt von jungen Schweinen (teils auch Geflügel) näher quantifiziert werden konnten. Nicht zuletzt sind unter den Bedingungen einer stark unterschiedlichen Futterstruktur experimentelle Projekte geplant, um die Effekte der Futterstruktur auf die Haftung, Vermehrung, Translokation und fäkale Exkretion bestimmter Bakterien prüfen zu können. Wie die Untersuchungen (Visscher et al. 2009) zur Bedeutung der Futterstruktur im Zusammenhang mit der Salmonellen- Prävalenz bei Mastschweinen erkennen lassen, ist es evtl. nicht nur zu tolerieren, sondern sogar erforderlich, dass etwas größere Stärkemengen postileal anfluten, weil deren primäre Fermentationsprodukte (Propionat/Butyrat) die Invasionsmechanismen von Salmonellen unterdrücken (Gantois et al. 2006; van Immerseel et al. 2009). Bezüglich anderer bedeutsamer Infektionen des Verdauungstrakts liegen noch keine vergleichbaren Erkenntnisse vor, doch diverse Forschergruppen sehen Hinweise für eine Bedeutung der Futterstruktur für die Clostridiose beim Junggeflügel (Engberg et al. 2004; Bjerrum et al. 2005; Dahiya et al. 2006) oder auch von E. coli beim Absetzferkel (Taube et al. 2009), wobei die gröbere Struktur als günstig bzw. eine sehr feine Partikelstruktur als disponierend angesehen wird. III. Arbeitsplan Der Projektskizze entsprechend sollen im Rahmen der geplanten experimentellen Studien mit jungen Schweinen (abgesetzte Ferkel in der Flatdeck-Phase) sowie jungen Broilern und Puten (zwei Durchgänge je Geflügelart) modellhaft jeweils 4 unterschiedliche Intensitäten der Getreidebearbeitung (und letztlich der Mischfutterkonfektionierung) näher geprüft werden. Hierbei geht es um folgende Varianten: Verzicht auf jegliche Vermahlung von Weizen (nur bei Geflügel), Vermahlung des Weizens mittels Walzenstuhl und Angebot des Mischfutters (MF) als Schrot (nur bei Schweinen), Vermahlung des Weizens mittels Walzenstuhl und Angebot des gesamten MF in Form von Pellets, Vermahlung des Weizens mittels Hammermühle und Angebot des gesamten MF als Pellets, Mechanisch-thermische Aufbereitung des Weizens (ohne Vermahlung) und Angebot des MF als Expandat bei Schweinen bzw. Verwendung eines Teils nicht zerkleinerten Getreides in der Pelletherstellung (Geflügel!). In allen Versuchsvariationen wird Weizen zu max. Anteilen verwendet, während die Basis = Nicht-Weizen-Komponenten ( Basismischung ) immer identisch ist. In den ersten eineinhalb Jahren (Phase 1) sind alle Untersuchungen (d. h. sowohl beim Geflügel als auch bei Schweinen) darauf fokussiert, die möglichen Effekte der Weizenbearbeitung (-zerkleinerung) und Mischfutterstruktur näher zu quantifizieren, und zwar hinsichtlich folgender Parameter:

4 Leistung (entscheidende Größen sind hier Futteraufnahme, Zunahmen und Futteraufwand), Verdaulichkeit des Futters, über den gesamten Verdauungstrakt bzw. im präzäkalen Bereich, insbesondere der Stärke (mittels klassischer Techniken/Markermethode) sowie mittels kontinuierlicher Erfassung der Stärkegehalte in den Faeces/Exkrementen, Gesundheit des Magen-Darm-Trakts bei den zum Versuchsende geschlachteten Tieren (z. B. Magenulzera beim Schwein, Organmassen, Muzinmuster der Schleimhaut, Entzündungsreaktionen in der Darm-Mukosa), Chymusqualität/-zusammensetzung (Viskosität in ihrer Bedeutung für die Enzymwirksamkeit), Vorkommen zoonotisch/klinisch interessanter Erreger im Darminhalt bzw. darmassoziierten lymphatischen Organen (Lymphknoten beim Schwein, Leber und Milz beim Geflügel; z. B. Salmonellen bei Schwein und Mastgeflügel/Campylobacter beim Mastgeflügel). In den darauf folgenden Auswertungen ist die Frage zu beantworten, welche der sehr unterschiedlichen Mischfuttervarianten ökonomisch zu rechtfertigen bzw. sinnvoll sind. Welche Mehrleistungen müssen erzielt werden, damit sich der in das Mischfutter gesteckte Mehraufwand rechnet? In der folgenden zweiten Versuchsphase (ab Mitte 2012) stehen dann mögliche Auswirkungen der Getreidezerkleinerung und der Mischfutterkonfektionierung (Schrot/Pellet/Extrudat) auf das Infektionsgeschehen (bei experimenteller Belastung mit phasentypisch relevanten Pathogenen oder auch mit Zoonoseerregern) im Vordergrund des Interesses. Für die Schweine in der Flatdeck-Phase sind dies bestimmte toxinbildende E.-coli-Typen, Streptokokken und auch wegen ihrer Bedeutung als Zoonoseerreger die Salmonellen. Für das junge Mastgeflügel ist als Zoonose-Erreger neben den Salmonellen insbesondere Campylobacter zu prüfen. Dabei erfolgt die experimentelle Infektion beim Geflügel und bei den jungen Schweinen grundsätzlich oral (entweder mit dem Futter oder per Sondenapplikation), und zwar in einem Versuchsdurchgang mit immer nur ein und demselben Keim in allen 4 parallel gehaltenen Tiergruppen. Nach Adaptation (ca. 1 Woche) und mindestens einwöchigem Einsatz der verschiedenen Mischfuttermittel soll dann nach experimenteller Infektion überprüft werden, inwieweit: die experimentelle Infektion erfolgreich war, d. h. Entwicklung der Zahl positiver Tiere (anhand von Rektum-/Kloakentupfern), die experimentelle Infektion mit klinischen (oder sonstigen) Reaktionen bei den Tieren verbunden ist, der Darminhalt (Schlachtung am Versuchsende) vom applizierten Keim besetzt ist (qualitative und quantitative Belastung von Dünndarm- und Caecuminhalt), in darmassoziierten Lymphknoten/der Leber beim Geflügel der applizierte Keim nachweisbar ist (Translokation Bedeutung für die Schlachtkörperbelastung).

5 Meilensteine Beginn organisatorischer/experimenteller/analytischer Vorarbeiten Meilenstein Chemische und strukturmäßige Definition der jeweils 4 verschiedenen Mischfutter (MF)-Varianten für Mastgeflügel und Absetzferkel Meilenstein Aussagen zum Futterwert der jeweils 4 MF-Varianten - Verdaulichkeit - Chymusqualität Aussagen zu anatomischen/histologischen Effekten sowie zur normalen Magen-Darm-Flora unter dem Einfluss der verschiedenen MF Meilenstein Aussagen zu MF-Effekten bei erster experimenteller Infektion (beim Schwein: E. coli; beim Geflügel: Salmonellen) Meilenstein Aussagen zu MF-Effekten bei zweiter experimenteller Infektion (beim Schwein: Streptokokken; beim Geflügel: Salmonellen) Meilenstein Aussagen zu MF-Effekten bei dritter experimenteller Infektion (beim Schwein und Geflügel: Salmonellen) Einreichung des Abschlussberichts IV. Verwertungsplan/wirtschaftliche und wissenschaftliche Erfolgsaussichten Aus Sicht der Wissenschaft liegt die besondere Herausforderung dieses Versuchskonzepts in dem interdisziplinären Ansatz, in dem die sonst vorrangigen Ziele der Teildisziplinen, nämlich - Tierernährung: Höchstmögliche Verwertung des Getreides, d. h. des auf Getreide basierenden Mischfutters durch das Tier - Tiermedizin: Gesundheit des Magen-Darm-Trakts und Minimierung des Vorkommens von enteropathogenen/zoonotisch bedeutsamen Keimen in Nutztierbeständen - Lebensmittelkunde: Minimierung von Risiken für das Auftreten von Rückständen (aus der Arzneimittelanwendung) und von Zoonose-Erregern in Abhängigkeit von futtertechnologisch unterschiedlichen Konzepten geprüft und auf eine höchstmögliche Vereinbarkeit hin weiter entwickelt werden sollen. Die derzeit übliche Praxis hat bei unbestreitbaren Erfolgen hinsichtlich des Futteraufwands ganz klar zu erheblichen Nachteilen bzw. negativen Effekten (siehe Frequenz von Magenulzera beim Schwein/Antibiotikaeinsatz gegen enterale bakterielle Infektionen/ Frequenz von Salmonella-Kategorie-III-Betrieben in der Schweinemast/ Vorkommen von Campylobacter-Infektionen beim Mastgeflügel) geführt, die es längerfristig zu vermeiden/zu reduzieren gilt.

6 Damit entspricht das o. g. Versuchskonzept geradezu beispielhaft den Richtlinien über die Innovationsförderung zur Verbesserung der Sicherheit und Qualität von Futtermitteln sowie der Effizienz im Bereich der Tierernährung. V. Arbeitsteilung/Zusammenarbeit mit Dritten Das hinsichtlich der Varianten in der Fütterung und bei den Tierspezies sowie der Diversität von Untersuchungsparametern breit angelegte Untersuchungskonzept erfordert eine entsprechende Arbeitsteilung inklusive der Einbindung von Partnern aus dem Verbundprojekt sowie eine Vergabe von Aufträgen an Dritte. Bestimmte Mischfuttervarianten können im hiesigen Institut (mangels einer speziellen Technik wie Walzenstuhl oder Expander) gar nicht hergestellt werden, so dass hierfür die technische Ausstattung anderer Einrichtungen (z. B. IFF, Braunschweig-Thune) genutzt werden soll und kann. Arbeitsteilung/Aufgaben/Ziele der Beteiligung Definition (chemische Charakterisierung) der verwendeten MF-Varianten Herstellung von Mischfutter mittels Walzenstuhlvermahlung Bestimmung der praecaecalen Verdaulichkeit von Stärke, Rohprotein, ess. Aminosäuren aller Mischfutter-Varianten - 4 Mischfutter für Absetzferkel - 4 Mischfutter für Broiler/Jungputen Charakterisierung der normalen Darmflora Salmonellen-Vorkommen (Chymus/Lymphknoten/Leber) Campylobacter-Vorkommen (Caecum-Inhalt von Geflügel) Salmonellen-Fleischsaft-Proben (nur Schweine) Pathohistologische Untersuchungen - Schweine - Geflügel Einrichtungen LUFA Stuttgart Hohenheim IFF Braunschweig-Thune TE Stuttgart-Hohenheim TE Halle Mikrobiologie, TiHo Mikrobiologie, TiHo LM-Kunde, TiHo IVD GmbH Pathologie, TiHo Pathologie, TiHo Dabei werden die Arbeiten größtenteils in wissenschaftlicher Kooperation (insbesondere mit den GrainUp-Projekt beteiligten Institutionen), teils aber auch in reiner Beauftragung (= Dienstleistung) durchgeführt, wobei hierdurch insbesondere Erfahrung und Expertise eingeworben werden (z. B. Mischfutterherstellung am IFF in Braunschweig-Thune). Der Bezug des vorliegenden Teilprojekts zum Gesamtprojekt GrainUp ist sowohl durch Kooperationen im experimentellen und analytischen Bereich gegeben als auch durch tiefer reichende inhaltliche Verbindungen: Die zu Beginn der Phase 1 genutzte Weizencharge (sowohl beim Geflügel als auch bei jungen Schweinen) wird nicht zuletzt chemisch näher charakterisiert. Die in Folgedurchgängen genutzten Weizenpartien können dann auch in Abhängigkeit vom Kenntnisstand, von Erfahrungen und Erwartungen gezielt ausgewählt werden. So ist z. B. von Interesse, ob die Beeinflussung der Chymusviskosität mit

7 zunehmender Vermahlungsintensität sorten-/genotypisch unterschiedlich ausfällt, ob dies dann wieder mit der praecaecalen Verdaulichkeit der Stärke korreliert oder ob diese Chymusviskosität eine Bedeutung für die Mikroflora des Dünndarms hat (z. B. von Interesse, ob Campylobacter von einer hochviskösen Digesta profitiert oder eher zurückgedrängt wird). An diesen Beispielen soll nur verdeutlicht werden, dass es eben diverse Querverbindungen von anderen Projektinhalten zu den hier vorgestellten experimentellen Arbeiten gibt, die eben nicht als tiermedizinischer Teil nebenher laufen. VI. Notwendigkeit der Zuwendung Ohne Zuwendungen im Rahmen der Innovationsförderung ist weder dieses Teilprojekt noch das Projekt als Ganzes durchführbar.