Futtermittel - Energielieferant für die Tierernährung - nutritive und antinutritive Nahrungsbestandteile - 1. NUTRITIVE BESTANDTEILE KOHLENHYDRATE FETTE PROTEINE MINERALSTOFFE VITAMINE SONSTIGE WIRKSTOFFE 2. ANTINUTRITIVE BESTANDTEILE RÜCKSTÄNDE IN ROH- UND HILFSTOFFEN, PFLANZENGIFTE SCHLECHTVERDAULICHE PFLANZENBESTANDTEILE 3. STOFFWECHSEL BEIM NUTZTIER VERDAUUNG ABSORPTION FUTTERAUFNAHME 4. FUTTERMITTELQUALITÄT FUTTERBEWERTUNG UND STOFFBILANZ EINSATZ VON ENZYMEN IN FUTTERMITTELN 5. ANALYTIK 1. nutritive Bestandteile Etwa 40-60% der Produktionskosten in der Tierhaltung entfallen auf die Fütterung. Der Tierernährung kommt damit eine entscheidende Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit dieses Produktionszweiges zu. Die Kenntnis der ernährungsphysiologischen Zusammenhänge ermöglicht eine Voraussage des Futterwertes zu treffen. Kohlenhydrate Die Kohlenhydrate stellen in den meisten Futtermitteln den größten Anteil dar. Zu ihnen zählen Stärke, Cellulose, Saccharose, Lactose und Glucose. Ihre ernährungsphysiologischen Eigenschaften sind sehr verschieden. Der Abbau der Kohlenhydrate beginnt im Verdauungstrakt, wobei je nach Tierart und Darmabschnitt körpereigene Verdauungsenzyme oder bakterielle Glycosidasen aktiv sind. Fette Die Fette stellen neben den Kohlenhydraten die wichtigsten Energielieferanten in der Nahrung dar, obwohl sie mengenmäßig weniger als Kohlenhydrate und Proteine vorhanden sind. Ihr Brennwert liegt jedoch um das 2,3fache höher als bei den oben Koh- 1
lenhydraten und Proteinen. Damit wird der Energiegehalt des Futtermittels durch geringe Änderung des Fettgehaltes deutlich beeinflusst. Darüber hinaus sind die Fette durch Ihren Gehalt an essentiellen Fettsäuren und Träger der fettlöslichen Vitamine von Bedeutung. Proteine Proteine stellen hinsichtlich Struktur und Funktion den wichtigsten Bestandteil der lebenden Zelle dar. Ihre Bedeutung als Energielieferant ist dagegen nur gering. Proteine enthalten etwa 16% Stickstoff, 51-55% Kohlenstoff, 6-7% Wasserstoff und 21-23% Sauerstoff. Ihr Abbau führt zu den Aminosäuren und somit zum Aufbau körpereigenen Eiweißes. Mineralstoffe Der tierische Organismus benötigt außer Kohlenhydraten, Proteinen und Fette geringe Mengen (0,1-2%) anorganischer Elemente, wie Calcium, Phosphor, Natrium, Kalium, Magnesium, Schwefel und Chlor. Darüber hinaus sind die Spurenelemente Eisen, Zink, Mangan, Cupfer, Kobalt, Molybdän, Selen, Iod, Fluor, und Chrom in Konzentrationen von 0,1-50 mg/kg unentbehrlich. Calcium und Phosphor nehmen etwa 70% der mineralischen Bestandteile des Körpers ein. Mangelhafte Versorgung mit Calcium und/oder Phosphor führt zu Stoffwechselerkrankungen. Vitamine Vitamine sind für den Ablauf der Stoffwechselvorgänge unentbehrliche Wirkstoffe, die vom tierischen Organismus nicht oder nur in unzureichender Menge gebildet werden können. Sie müssen daher mit der Nahrung zugeführt werden, wobei die optimale Dosierung bei den meisten Vitaminen unter 20mg/kg Futter liegt. Wiederkäuer können ihren Bedarf an wasserlöslichen B-Vitaminen aus der Synthese durch Bakterien im Pansen decken. Sonstige Wirkstoffe Mit der Intensivierung der Tierhaltung (Züchtung leistungsfähiger Rassen, Konzentration der Zierbestände) ist nicht nur der Bedarf an Mineralstoffen, Spurenelementen und Vitaminen gestiegen. Es ist zugleich notwendig geworden, den mit dieser Umstellung verbundenen Gefahren hinsichtlich der Gesundheit der Tiere und der Verträglichkeit und Haltbarkeit hochkonzentrierter Futtermischungen durch den Einsatz bestimmter Wirkstoffe zu begegnen. Zu diesen Stoffen gehören Antioxidantien, Emulgatoren und prophylaktisch wirkende Chemobiotika i.b. die Fütterungsantibiotika. Enzympräparate und Hormone haben ebenfalls eine positive Wirkung. Gerade hier liegt eine rechtlich differenzierte Situation der Zulassung vor. 2
2. antinutritive Bestandteile Rückstände in Roh- und Hilfstoffen, Pflanzengifte Viele Futtermittelrohstoffe enthalten außer den Nähr- und Wirkstoffen noch Begleitsubstanzen, die sich sowohl auf die Gesundheit der Tiere als auch auf die zu erwartende Leistungen und Qualität der erzeugten tierischen Produkte negativ auswirken können. Zu diesen Begleitstoffen gehören Rückstände von Pflanzenschutz- und Düngemitteln und von technologischen Hilfstoffen (Lösungsmittel). Diese Risiken lassen sich aber bei sachgemäßer Anwendung bzw. deren Verzicht ausschließen. Mycotoxine sind Stoffwechselprodukte von Schimmelpilzen, die schon in geringen Mengen die Gesundheit schädigen können. Vermieden werden kann ein Befall durch ausreichende Trocknung der Futtermittel sowie optimale Lagerbedingungen. Erhöhte Schwermetallkonzentrationen können die Enzymaktivität hemmen - die Nährstoffaufnahme wird blockiert. schlechtverdauliche Pflanzenbestandteile Zu den in Futtermitteln natürlich vorkommenden Stoffen gehören ß-Glucane, Cellulose, Pentosane und Phytinsäure. Sie sind schlecht verdauliche Futterinhaltsstoffe, die den Nährwert des Futtermittels beeinflussen. Cellulose ist ein Polysaccharid, das für Monogastier unverdaulich ist und kann nur teilweise durch Mikroorgnismen im Darmtrakt gespalten werden. ß-Glucane sind stark verzweigte Polysaccharide. Diese Verzweigung ist für die Wassereinlagerung (Quellung) und damit für antinutritive Wirkung (Viskositätssteigerung) verantwortlich. Eine ebenfalls stark viskositätserhöhende Wirkung haben. Neben diesen zu den Nicht-Stärke-Polysacchariden (NSP) gehörenden Substanzen gibt es vor allem in pflanzlichen Eiweißträgern (Leguminosen, Raps) höhere Gehalte an unverdaulichen Oligosacchariden (Raffinose, Stachyose, Verbascose). Phytinsäure bildet mit verschiedenen Kationen ( Calcium, Magnesium, Eisen, Zink) feste Komplexe und beeinträchtigt somit die Verfügbarkeit. In pflanzlichen Futtermitteln liegen ca. 50-80% des Phosphors als Phytate gebunden vor. Diese können nur durch das Enzym Phytase (bei Monogasten kaum vorhanden) gespalten werden und damit für das Tier nutzbar gemacht werden. Der Gehalt an Nicht-Stärke-Polysacchariden (NSP) in Futtermitteln schwankt erheblich. Er ist neben der Pflanzenart und -sorte von klimatischen Bedingungen dem Anbauort und dem Erntezeitpunkt abhängig. 3
Futtermittel ß-Glucane Pentosane Phytinphosphor [g/kg] Trockensubstanz Weizen 2-15 55-95 2,3-2,9 Roggen 5-30 75-91 2,5 Triticale 2-20 54-69 * Gerste 15-107 57-70 2,2-2,9 Hafer 30-66 55-69 2,1 Mais 1-2 40-43 2,1 Weizenkleie * 150-250 7,2-9,2 Sojaschrot * 30-45 4,4 Rapsschrot * * 6,8-8,3 Futtererbsen * * 1,9-2,4 * keine Angaben Bei den einheimischen Getreidearten dominieren dabei die Pentosane. Roggen, Hafer und Gerste enthalten daneben bedeutende Anteile an ß-Glucanen. Besonders der den lösliche Anteil an ß-Glucanen und Pentosanen führt zu einer Viskositätserhöhung. Durch die Quantifizierung der schlecht verdaulichen Futterinhaltsstoffe ist eine bessere Beurteilung der Futtermittel hinsichtlich der Verwertung im Tier möglich, als anhand des Rohfasergehaltes. So wird mit dem Rohfasergehalt die Fraktion der löslichen NSP nicht erfasst. Nicht-Stärke-Polysaccharide (NSP) verdünnen durch ihre Unverdaulichkeit den verwertbaren Energie- und Nährstoffgehalt im Futter. Als Hauptbestandteil der pflanzlichen Zellwand üben die NSP einen Käfig-Effekt aus, d.h. sie umhüllen verdauliche Nährstoffe wie Stärke, Fett und Protein. Die löslichen Anteile der ß-Glucane, Pentosane und Pectine und einige Glycoproteine lagern große Mengen Wasser ein und machen den Verdauungsbrei viskos und klebrig. Diese Viskositätserhöhung verschlechtert die Nährstoffabsorption im Darm. Außerdem wird die Durchmischung des Verdauungsbreies mit körpereigenen Enzymen gestört. 3. Stoffwechsel beim Nutztier Verdauung Die zur Aufrechterhaltung der Lebensvorgänge erforderlichen Nährstoffe müssen nach der Aufnahme verdaut werden, d.h. in eine resorbierbare Form überführt werden, die dann durch die Darmwand in die Blut- und Lymphbahnen transportiert werden können. Bei der mechanischen Verdauung werden die Futterstoffe mechanisch zerkleinert und in eine wässrige Suspension überführt. Die wässrige Suspension ist notwendig, um die katalytische Aktivität der Enzyme voll entfalten zu können. Der enzymatische Abbau der Hauptnährstoffe zu Aminosäuren, Monosacchariden, Glyceriden und Fettsäuren erfolgt im Dünndarm unter Einwirkung von enzymhaltigen Ver- 4
dauungssekreten, nachdem zuvor eine Ansäurung und damit eine Denaturierung der Makromoleküle stattgefunden hat. Absorption Die Absorption der Nährstoffe erfolgt im Dünndarm. Der Dünndarm hat die Aufgabe, die Produkte der enzymatischen und mikrobiellen Verdauung aus dem Darm aufzunehmen und gleichzeitig den Eintritt von nichtverdauten Stoffen zu verhindern. Futteraufnahme Während bei der natürlichen Futtersuche die Nährstoffversorgung durch die Wahl der Futterstoffe qualitativ und quantitativ beinflusst wird, bleibt dem Tier bei der Verabreichung von Futtermischungen nur der Einfluss auf die Menge, die das Tier zu sich nimmt. Die Futteraufnahme wird durch die Größe des Magen (bzw. Vormagens) begrenzt. Längere Futterzeiten bzw. häufigere Fütterungen wirken sich positiv auf die Futteraufnahme aus. Pelletieren des Futters führt zu einer Beschleunigung der Darmpassage und damit zu erhöhter Futteraufnahme. Geruch, Geschmack und Aussehen können die Futtermittelaufnahme beeinflussen. 4. Futtermittelqualität Futterbewertung und Stoffbilanz Eine effektive Fütterung der Nutztiere setzt sowohl die Kenntnis der Futtermittelzusammensetzung als auch Angaben über den Nährstoffbedarf des Tieres voraus. Die Kenntnis der Verdaulichkeit der Nährstoffe ist aber keine ausreichende Grundlage für die Voraussage des Fütterungserfolges. Es muß darüber hinaus bekannt sein, im welchem Umfang die aufgenommenen Stoffe im Tiergewebe für produktive Zwecke verwertet werden. Einsatz von Enzymen in Futtermitteln Enzyme werden sowohl als Ergänzung körpereigener Enzyme als auch die vom Tier nicht gebildeten Enzyme zugesetzt. Körpereigene Enzyme wie Amylasen und Proteasen werden bei der Fütterung größerer Mengen pflanzlicher Futtermittel an Jungtiere eingesetzt. Fremdenzyme dienen dem Abbau von Inhaltsstoffen, die durch körpereigene Enzyme nicht verdaut werden können. Zur Senkung der Viskosität im Verdauungsbrei ist die enzymatische Spaltung der löslichen NSP in kleinere Einheiten notwendig. Diese haben nicht mehr dieses Wasserbindevermögen. Enzyme, die die Zellwandstrukturen aufschließen, ermöglichen die Freilegung der eingeschlossenen Nährstoffe. 5
Enzyme üben einen positiven Effekt auf die tierische Leistung aus. Neben der besseren Verfügbarkeit der Nährstoffe bewirken Enzyme eine kürzere Verweilzeit des Vedauungsbreies im Dünndarm. Durch Einsatz von Enzymmischungen kann eine gleichbleibende Futterqualität erzeugt werden, da die NSP-Gehalte sowohl zwischen den Getreidearten als auch innerhalb einer Getreideart stark schwanken. Rohstoffe mit hohen NSP-Gehalten können durch Zusatz von Enzymen im größeren Mengen dem Mischfutter ohne Leistungseinbußen zugegeben werden. So lassen sich Rationen mit hohem Gerstenanteil in der Broilerfütterung einsetzen. Neben den NSP-spaltenden Enzymen und Phytasen werden z.b. Proteasen, Amylasen und Galactosidasen verwendet, da Untersuchungen gezeigt haben, daß auch Nährstoffe, für deren Abbau vom Tier selbst Enzyme produziert werden, nicht immer optimal verdaut werden. Insgesamt kann gesagt werden, dass durch den Einsatz von Futterenzymen preiswertere Mischfutter bei gleicher tierischer Leistung produziert werden können. Damit kann deren Einsatz einen bedeutsamen Beitrag zur Rentabilitätssteigerung leisten. Durch den Einsatz von Futterenzymen läßt sich die Futterverwertung verbessern und somit die Nährstoffaufnahme je kg erzeugtes Produkt deutlich reduzieren. Darüber hinaus sinkt der auf die Futtermenge bezogen Wasserverbrauch und leistet so einen Beitrag zu einer umweltschonenderen Tierproduktion. Sie stellen gewissermaßen eine Alternative zum umstrittenen Einsatz von Hormonpräparaten dar. 5. Analytik Um die Mengen der zum Einsatz kommenden Enzyme genau bestimmen zu können, muss der Gehalt der Nicht-Stärke-Polysaccharide und Phytate bekannt sein. Andererseits muss die Aktivität der angebotenen Enzympräparate bekannt sein. Hierfür bieten die Hersteller Hausmethoden an, die aber einen Vergleich gleicher Enzympräparate verschiedener Hersteller nicht zulässt. 2000 UBF Untersuchungs-, Beratungs-, Forschungslaboratorium GmbH 6