Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel

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1 Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel Wilhelm Windisch Lehrstuhl für Tierernährung Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt Hans Eisenmann-Zentrum

2 Futtermittel sind ein Sammelbecken für Biomasse entlang der agrarischen Wertschöpfungskette agrarische Ernte industrielle Verarbeitung Verwendung Pflanzliche Lebensmittel Getreide, Hauptprodukte z.b. Mehl, Öl, Pflanzliche Lebensmittel Tierische Lebensmittel Nebenprodukte Biomasse Futtermittel Nachwachsende Rohstoffe Nebenprodukte Futtermittel Hauptprodukte CH 4, Bio-Diesel, Bio-Ethanol Feinchemikalien, Kunststoffe Baustoffe, Wilhelm Windisch: Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel 2

3 Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel Was macht Biomasse zu einem Futtermittel? Nachwachsende Rohstoffe Potenziale Perspektiven Konflikte Wilhelm Windisch: Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel 3

4 Die Verdaulichkeit definiert den Futterwert der Biomasse Körperaußenseite Körperinnenseite FUTTER: Lignin, Cellulose, lösliche Kohlenhydrate, Protein, Toxische, antinutritive Stoffe VERDAUUNG körpereigene Verdauungsenzyme Mikroorganismen Monosaccharide (v.a. Glucose) Energie (MJ ME) Triglyceride, (flüchtige) Fettsäuren Eiweiß Aminosäuren Mineralstoffe Mineralstoffe Mikronährstoffe Vitamine Wilhelm Windisch: Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel 4

5 Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel Was macht Biomasse zu einem Futtermittel? Nachwachsende Rohstoffe als Quelle von Futter-Energie Nachwachsende Rohstoffe Potenziale Perspektiven Konflikte Wilhelm Windisch: Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel 5

6 Nachwachsende Rohstoffe als Quelle an Futter-Energie? Beispiel Inhaltstoffe Verwertbarkeit als Energiequelle Holz Stroh Gras Chinaschilf Maissilage Lignin Celluulose Hemicellulose lösöiche NSP Stärke, Zucker Fett Mensch, Huhn Lignocellulose limitiert die Verwertung als Futtermittel Nutzungskonflikt: Futtermittel Lebensmittel Nachwachsende Rohstoffe Futtermittel Lebensmittel Schwein Rind, Schaf Rüben, Kartoffel Planzensamen Biogasanlage Biotech.- Fermenter Verbrennung Wilhelm Windisch: Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel 6

7 Lignocellulose ist der Flaschenhals der Verwertung von Biomasse als energieliefernde Futtermittel Science, 1985: Vol. 230, Wilhelm Windisch: Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel 7

8 Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel Was macht Biomasse zu einem Futtermittel? Nachwachsende Rohstoffe als Quelle von Futter-Energie Nachwachsende Rohstoffe als Quelle von Futter-Eiweiß Nebenprodukte der Ölgewinnung Nachwachsende Rohstoffe Potenziale Perspektiven Konflikte Wilhelm Windisch: Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel 8

9 Rohnährstoffe in Extraktionsschroten (ES) von Ölsaaten Lignocellulose Lignocellulose Lignocellulose Lignocellulose NSP, keine Stärke NSP, keine Stärke NSP, keine Stärke NSP, keine Stärke NSP. keine Stärke Stärke ME S (MJ/kg T) 16,1 14,7 13,9 11,3 9,9 15,3 Wilhelm Windisch: Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel 9

10 Nebenprodukte der Purgiernuss (Jatropha curcas) als neue Futtermittel? Lignocellulose NSP. keine Stärke org/wiki/purgiernuss Die Purgiernuss enthält hohe Mengen an toxischen Lectinen. Wilhelm Windisch: Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel 10

11 Toxische und antinutritve Faktoren in Ölsaaten Substanz Proteaseinhibitoren Lectine Tannine Glucosinolate Erucasäure Wirkung Blockierung der Protein-Verdauungsenzyme, vermehrte Synthese von pankreatischen Enzymen, Erhöhung des Bedarfs an Met&Cys. Glycoproteine, binden an Zellmembran der Mucosa, Störung des Immunsystems und der Verdauung. bitterer Geschmack, Koagulation von Verdauungsenzymen, Reizung der Mucosa. werden zu (Iso)Thiocyanaten metabolisiert, verursachen Leberschäden und Kropf Bitterer Geschmack, Muskelschädigung (v.a. Herz) Genetik/Gentechnik: Reduzierung der Gehalte in der Pflanze, z.b. 00-Raps Biotechnologie: Spezifische Enzyme zum Abbau unerwünschter Inhaltsstoffe bei der technischen Verarbeitung oder als Futterzusatzstoff Wilhelm Windisch: Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel 11

12 Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel Was macht Biomasse zu einem Futtermittel? Nachwachsende Rohstoffe als Quelle von Futter-Energie Nachwachsende Rohstoffe als Quelle von Futter-Eiweiß Nebenprodukte der Ölgewinnung Nebenprodukte mikrobieller Fermentationen Nachwachsende Rohstoffe Potenziale Perspektiven Konflikte Wilhelm Windisch: Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel 12

13 Beispiel Trockenschlempe (DDGS): Von Abfall zu einem wertvollem Eiweißfuttermittel Getreide, Mais Verzuckerung (technische Enzyme) Maische + Hefe Gärung Destillation Abtrennung des Rückstands, Trocknung Bio-Spirit Trockenschlempe, DDGS >30% XP i.d.t.: Hefeprotein + Protein des Ausgangsmaterials Wilhelm Windisch: Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel 13

14 Schweinemast: Kompletter Ersatz von Soja durch DDGS (unter Berücksichtigung der essentiellen Aminosäuren) kg Futter/kg Zuwachs (Schedle et al. 2008) Wilhelm Windisch: Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel 14

15 SCP: Single-Cell-Protein NS NS Zellinhaltsstoffe nur bei zerstörten Zellen gut verdaulich Hohe Gehalte an Zellwandmaterial (Immunreaktionen?) Alle SCPs benötigen eine futtermittelrechtliche Zulassung. NS = Nukleinsäuren Hohe Qualität des Rein-Eiweißes Wilhelm Windisch: Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel 15

16 Rückstände aus Fermentationen sind bunte Gemische verschiedenster Substanzen Nachwachsende Rohstoffe Hefen Fermenter Bakterien (Hefe) Algen technische Enzyme Verfahrenstechnik gereinigtes Industrieprodukt: Biosprit Bio-based building blocks Reststoffe Mikrobenprotein Zellwandfraktionen Nukleinsäuren, Reststoffe des Ausgangsmaterials, Aufgereinigtes Qualitäts-Futterprotein wertvoll wertmindernd Wilhelm Windisch: Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel 16

17 Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel Was macht Biomasse zu einem Futtermittel? Nachwachsende Rohstoffe als Quelle von Futter-Energie Nachwachsende Rohstoffe als Quelle von Futter-Eiweiß Nebenprodukte der Ölgewinnung Nebenprodukte mikrobieller Fermentationen Direkte Gewinnung von Futtereiweiß aus Biomasse Nachwachsende Rohstoffe Potenziale Perspektiven Konflikte Wilhelm Windisch: Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel 17

18 Die Anreicherung/Extraktion von Eiweiß ist ein etabliertes Verfahren der Verarbeitung von Futter-/Lebensmitteln Ausgangsmaterial Produkt Gewinnung Kartoffel Kartoffeleiweiß Säurefällung (85% XP in der T) Soja Sojaproteinisolat Säurefällung (95% XP in der T) Maiskörner Maiskleber Zentrifugation (70% XP in der T)? Purgiernuss? Purgiernuss-Protein? Pflanzenblätter Wilhelm Windisch: Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel 18

19 Pflanzenblätter: Eine Quelle an wertvollem Nahrungseiweiß? Biologische Wertigkeit des Nahrungsproteins (%) Normales Material BW (%) Proteinisolat aus Blättern BW (%) Ei 97 Blatt von Spinat 84 Rindfleisch 75 Blatt von Klee 84 Soja (Samen) 65 Blatt von Weidelgras 86 Weizen (Korn) 50 Blatt von Weizen 86 Mais (Korn) 26 Blatt von Mais 83 Akeson & Stahlmann (1965) Wilhelm Windisch: Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel 19

20 Pflanzenblätter: Eine Quelle an wertvollem Nahrungseiweiß? Wilhelm Windisch: Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel 20

21 Gewinnung von Reineiweiß aus Dauergrünland [GRÜNE BIORAFFINERIE (Österr. BM Verkehr, Innovation und Technologie): Koschuh et al. 2003] Grüngut 1000 g Trockenmasse 170 g Rohprotein Pressen Faser-Kuchen Press-Saft 160 g Trockenmasse 45 g Rohprotein ideal Hitzekoagulation Rest-Saft Proteinkonzentrat 60 g Trockenmasse 30 g Rein(!)eiweiß Ausbeute an Reinweiß: ca. ¼ des Grüngut-XP; ca. 300 kg Reineiweiß/ha/a aus Dauergrünland Wilhelm Windisch: Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel 21

22 Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel Was macht Biomasse zu einem Futtermittel? Nachwachsende Rohstoffe als Quelle von Futter-Energie Nachwachsende Rohstoffe als Quelle von Futter-Eiweiß Nebenprodukte der Ölgewinnung Nebenprodukte mikrobieller Fermentationen Direkte Gewinnung von Futtereiweiß aus Biomasse Hausaufgaben Energie: Abbau von Lignin (Genetik, Verfahrenstechnik) Protein: Aufreinigung (Verfahrenstechnik) Giftstoffe: Eliminierung (Genetik, Gentechnik, Biotechnologie) Nachwachsende Rohstoffe Potenziale Perspektiven Konflikte Wilhelm Windisch: Nachwachsende Rohstoffe als Quelle neuer (alter) Futtermittel 22