Was braucht der Fisch?

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1 Was braucht der Fisch? Bedarfsmodellierungen am Beispiel der Aminosäuren Andreas Lemme Animal Nutrition Services Health & Nutrition Einleitung Für eine ressourcensparende und umweltschonende Fütterung der verschiedenen Aqua-Species sind Kenntnisse über den Nährstoffbedarf nötig. Während bei den terrestrischen Nutztieren diese Kenntnisse recht fortgeschritten sind, stehen wir bei den meisten Aqua-Species am Anfang Dies trifft insbesondere auf den Bereich der Protein bzw. der Aminosäurenernährung zu. Im Folgenden wird dargestellt, wie man Empfehlungen zur optimalen Aminosäurenversorgung von Fischen mittels eines Modellierungskonzeptes ermitteln kann. 1

2 Agenda Aminosäuren Bausteine des Lebens Möglichkeiten der Bedarfsermittlung Der Dosis-Wirkungs-Versuch und seine Limitierungen Die faktorielle Bedarfsermittlung Körperzusammensetzung und Aminosäurenretention Verwertungen von Aminosäuren für die Retention Erhaltungsbedarf AMINOCarp Zusammenfassung Aminosäuren sind die Bausteine des Proteins Essentiell hionin in eonin Tryptophan inin* Isoleucin Leucin in Histidin* Phenylalanin Nicht essentiell Cystein / Cystin Tyrosin Glycin Serin Prolin / Hydroxyprolin Alanin Asparaginsäure Asparagin Glutaminsäure Glutamin * nicht essentiell in einigen Spezies 2

3 Aminosäurenreihenfolge ist von der genetischen Information vorbestimmt eonine Alanine Serine ine hionine Protein chain... CHNH 2 2 CH2 CH3 S CH3 CH2 CH2 HCOH CH3 CH2 CH2 CHOH 2 HN 2 2 CH CO NH CH CO NH CH CO NH CH CO NH CH COOH Liebig sches Fass Konzept der limitierenden Aminosäure Leistungserhöhung (Wasserspiegel) durch Erhöhung der Aminosäure => essentielle AS aus Futter Alle Aminosäuren über dem Wasserspiegel (rel. Bedarf) können NICHT gespeichert werden => N-Ausscheidung 3

4 Liebig sches Fass Konzept der limitierenden Aminosäure Leistungserhöhung (Wasserspiegel) durch Erhöhung der Aminosäure => essentielle AS aus Futter Überschüssige Aminosäuren reduziert => Gesamtverwertung gesteigert Weitere Leistungserhöhung NUR durch zusätzliche Erhöhung einer weiteren Aminosäure Der Dosis-Wirkungsversuch Zuwachs, g Supplementiertes DL- (% im Futter) 4

5 Der Dosis-Wirkungsversuch Y = a + b * (1 - e (-c * X) ) hioninbedarf von Karpfen I (Quelle: Schwarz et al., 1998) Spezifische Wachstumsrate, %/d Startgewicht: 552g Endgewicht: 195 g (max) Versuchsdauer: 85 Tage hioninsteigerung: DL-hionin.4 Exponentielle Datenauswertung auf Basis publizierter Werte:.3 Optimum: 1.19% hionin (95% asymt. Resp.) hioningehalt, % im Futter Y = * (1-e (-4.29 * (X-.49)) ) R 2 =.98 Nebenbefund: Supplementierte Aminosäuren können effektiv in der Karpfenernährung eingesetzt werden! 5

6 Die Grenzen des Dosis-Wirkungsversuchs I Immer nur eine Aminosäure pro Versuch. d.h. für ein komplettes Profil der essentiellen Aminosäuren sind 1 Versuche nötig. Wirkungskurve und Asymptote abhängig von Bedarfsdeckung anderer Aminosäuren und Nährstoffe. insbesondere, wenn Kenntnisse über Bedarfszahlen schwach belegt sind. vom Wachstumsstadium. juvenil - adult vom genetischen Potenzial. züchterische Bearbeitung von den Umweltbedingungen Wasserqualität, Temperatur, Platzangebot, Der Weg der Nahrungs-Aminosäuren AS Futter Gesamt-Aminosäuren im Futter vq AA Verdaulichkeit AS fäkal Unverdauliche Aminosäuren mit Kot ausgeschieden AS verd Verdauliche Aminosäuren im Futter k AA Verwertung AS metab abolisiert & N-Ausscheidung AS verf Verfügbare Aminosäuren aus dem Futter AS Ret Retentinierte Aminosäuren (im Körperprotein) AS Erh Erhaltungsbedarf 6

7 der faktorielle Ansatz Retention AS Bedarf = (AS Ret xk AA + AS Erh ) x vq AA 1. AMINOLab Analysen von Ganzkörper-Homogenaten: n = 11 Amino acid +Cys Leu His Phe Common carp* Finfish** Probenmaterial u.a. aus Masterarbeit von Christin Heinitz, GMA, Vergleichende Schlachtkörperuntersuchung Retention = AS-Gehalt T2 AS-Gehalt T1 der faktorielle Ansatz Verwertung AS Bedarf = (AS Ret xk AA + AS Erh ) x vq AA Spezifische Wachstumsrate, %/d y = x x R 2 = Cys-Gehalt, % im Futter Startgewicht: g Endgewicht: 27 g (max) Versuchsdauer: 58 Tage hioninsteigerung: DL-hionin Ganzkörperanalysen:Beginn / Ende d. Versuches Quadratische Funktion: Maximum:.97% +Cys IMARES & Univ. Wageningen & Evonik, 21 7

8 der faktorielle Ansatz Verwertung AS Bedarf = (AS Ret xk AA + AS Erh ) x vq AA +Cys-Aufn./Ret., mg/d Aufnahme -Retention Verwertung Cys-Verwertung Gesamtverwertung +Cys:.78 +Cys im Futter: 51.3%.83 +Cys im Futter: 53.4%.93 +Cys im Futter: 54.5% 1.5 +Cys im Futter: 47.2% Cys, % im Futter IMARES & Univ. Wageningen & Evonik, 21 der faktorielle Ansatz Verwertung AS Bedarf = (AS Ret xk AA + AS Erh ) x vq AA +Cys-Retention, mg/d y = -.13x x R 2 = Cys-Aufnahme, mg/d IMARES & Univ. Wageningen & Evonik, 21 Margin. +Cys-Retention, % Unter defizitären Bedingungen wurde zugelegtes DL- nahezu vollständig in Körperprotein überführt Ableitung 12 y = -.26x Cys-Aufnahme, mg/d 8

9 der faktorielle Ansatz Verwertung & Erhaltungsbedarf AS Bedarf = (AS Ret xk AA + AS Erh ) x vq AA Spezifische Wachstumsrate, %/d a c c b d d -defizient -defizient +.1% DL- -defizient, 1 Fütterung Futtermenge, x 3.2g/kg.8 feedtest & Evonik, 211 f e Startgewicht: Endgewicht: Versuchsdauer: Diäten: Behandlungen g 195 g (max) 56 Tage hionin-defizient.43% ;.91% +Cys +.1% DL-hionin.53% ; 1.1% +Cys Fasten 1, 2, oder 4 x 3.2g/kg.8 Fütterungsfrequenz: 5 x täglich, 2-h-Intervalle (1 x täglich) Ganzkörperanalysen:Beginn und am Ende AS-Retention der faktorielle Ansatz Verwertung & Erhaltungsbedarf AS Bedarf = (AS Ret xk AA + AS Erh ) x vq AA -Retention, mg/d/kg defizient 1 -defizient +.1% DL- -defizient, 1 Fütterung Aufnahme, mg/d/kg.8 feedtest & Evonik, 211 Slope Ratio-Analyse Y = def +.78 DL- -Verwertung: 79.8 / 78. % Erhaltungsbedarf: 2.5 / 2.6 mg / d/ kg.8 Relative Verfügbarkeit vom Gesamt-hionin der DL--suppmentierten Diät vs -def.: 97.7% ( %) kein Unterschied => Freies DL- genau so hoch verfügbar wie protein-gebundenes hionin 9

10 der faktorielle Ansatz Verwertung & Fütterungsfrequenz AS Bedarf = (AS Ret xk AA + AS Erh ) x vq AA Die Verwertung der Aminosäuren ist beeinflusst von der Fütterungsfrequenz Futterverwertung, g/g gleiche Futtermenge b a Futterverwertung, g/g gleiche Futtermenge b a Frequenz 2 / Tag kontinuierlich FCR TU München & Evonik, 21 Frequenz 2 / Tag 5 / Tag FCR feedtest & Evonik, 21 der faktorielle Ansatz Verdaulichkeit AS Bedarf = (AS Ret xk AA + AS Erh ) x vq AA Bisher wenige Daten zur Aminosäurenverdaulichkeit in Rohstoffen veröffentlicht. 1

11 AMINOCarp AS-Modellierung Input / Output Feeding level 2. % BodyWeight per day DM content of diet 91 % Feed Conversion Rate g DM / g gain Specific Growth Rate % BodyWeight per day Average start weight of fish (g) 1. g/fish Average end weight of fish g/fish Period 56. days Protein content, start 14.6 % in whole body* Protein content, end 15. % in whole body* Proportion of natural feed to DM intake % Feeding frequency (2-5) 3 times a day CP MET CYS M+C LYS THR ARG Total content, % in DM of diet Ratio to Digestible content, % in DM of diet Ratio to AMINOCarp AS-Modellierung Szenarien Feeding level DM content of diet Feed Conversion Rate Specific Growth Rate Average start weight of fish (g) Average end weight of fish Period Protein content, start Protein content, end Proportion of natural feed to DM intake Feeding frequency (2-5) MET MET MET MET MET MET Total content, % in DM of diet Ratio to Digestible content, % in DM of diet Ratio to

12 Zusammenfassung Die Kenntnisse zum Aminosäurenbedarf und zur Aminosäurenoptimierung im Futter sind bei vielen Aqua-Species begrenzt. Der Dosis-Wirkungsversuch stellt eine Möglichkeit zur Bedarfsableitung dar. hat mehrere Einschränkungen Der faktorielle Ansatz zur Bedarfs- bzw. Empfehlungsableitung ist eine Alternative. erlaubt gleichzeitige Berücksichtigung mehrerer Aminosäuren erlaubt Anpassung an variable Einflussfaktoren AMINOCarp sind Aminosäurenempfehlungen für Karpfen auf Basis einer faktoriellen Bedarfsermittlung. Fragen? 12