Welche Faser für Huhn und Schwein?

Welche Faser für Huhn und Schwein? Dr. Christine Potthast, Forschung & Entwicklung, agromed Austria GmbH Weltweit wird das Thema der Faser in Rationen für Monogaster im Zusammenhang mit der Aufrechterhaltung der Darmgesundheit sehr intensiv diskutiert. Beim Schwein werden Faser und Faserwirkungen auch im Zusammenhang mit der Sättigung und Aspekten des Tierwohls genannt. Bei der Legehenne zeichnen sich positive Effekte höherer Fasermengen beim Verzicht auf das Schnabelkürzen ab. Bislang fehlen aber sowohl Empfehlungen zur Quantifizierung als auch zur Qualifizierung der für die positiven Effekte verantwortliche Fasern. Die Rohfaser allein ist es nicht Abbildung 1 klassifiziert pflanzliche Kohlenhydrate und ordnet sie mehr oder weniger standardisierten Analysemethoden zu Abbildung 1: Klassifizierung pflanzlicher Kohlenhydrate (verändert nach NRC 2012) Faser ist der Oberbegriff für eine Vielzahl pflanzlicher Kohlenhydrate mit unterschiedlichen Eigenschaften und dementsprechend auch differierenden Wirkungen im Verdauungstrakt. Die gewünschten Effekte beim Monogaster beruhen auf der Kombination von physikalischen (z.b. mechanische Reize durch inerte Substanzen) und physiologischen (z.b. Effekte von kurzkettigen, flüchtigen Fettsäuren als Metabolite der Dickdarmfermentation) Wirkungen. Dahingehend klassifiziert weder die Rohfaser der im 19. Jahrhundert entwickelten Weender-Futtermittelanalyse noch die Detergenzienfaseranalyse (mit neutraler Detergenzienfaser NDF und saurer Detergenzienfaser ADF) die Faser aus Sicht der Fütterung in ausreichender Weise. Für den Humanbereich definiert der Codex Alimentarius (2009) die Nahrungsfaser (dietary fibre; in der Humanernährung auch Ballaststoffe ) als Kohlenhydratpolymere aus 10 oder mehr Monomeren, die nicht von endogenen Enzymen des menschlichen Dünndarms hydrolysiert werden. Zwar wird ein Bezug zu positiven physiologischen Wirkungen hergestellt, eine weitergehende Betrachtung dazu fehlt. Für die Ernährung des Monogasters gibt es weder eine entsprechende Definition für die Nahrungsfaser noch für deren Wirkungen. 1/5

Löslichkeit versus Fermentierbarkeit Sowohl die Nicht-Stärke-Polysaccharide (NSP) oder die Nahrungsfasern werden chemisch in lösliche und unlösliche Fraktionen unterteilt, berücksichtigen aber nicht die Fermentierbarkeit, die den positiven Wirkungen im Tier zu Grunde liegt. Die begriffliche Differenzierung zwischen Löslichkeit und Fermentierbarkeit ist wichtig. Lösliche Nahrungsfasern sind wasserlöslich und schnell mikrobiell fermentierbar. So erhöhen lösliche NSP die Viskosität im Intestinaltrakt und haben negative Effekte auf die Leistung (Choct und Annison 1992). Die löslichen NSP werden zudem teilweise bereits im Dünndarm fermentiert, was dort deine Vermehrung von pathogenen Bakterien bewirken und die Darmgesundheit negativ beeinflussen kann (Choct et al. 1996). Unlösliche Nahrungsfasern sind nicht wasserlöslich. Sie sind entweder metabolisch inert und damit nicht fermentierbar oder agieren präbiotisch und werden ausschließlich im Dickdarm fermentiert. Die metabolisch inerten Fasern unterstützen die Darmperistaltik, die fermentierbaren, unlöslichen Fasern unterstützen die Darmgesundheit durch die gebildeten Metabolite. Die Unterscheidung in nicht-fermentierbare und fermentierbare Fasern ist also ein wesentliches Kennzeichen der unlöslichen Fasern, die analytische Differenzierung ist aber derzeit nicht möglich. Auch die Datenlage zur Zusammensetzung von Futtermittel z.b. nach löslichen und unlöslichen NSP ist völlig unzureichend. Da zusätzlich auch noch Wechselwirkungen zwischen den Kohlenhydrat-Monomeren und anderen Nährstoffen innerhalb von Futtermitteln und Rationen zu berücksichtigen sind, reduzieren sich die Faserwirkungen in Versuchen oftmals auf die Effekte verschiedener Futtermittel. Futtermittel als Faserkomponenten Die Datenlage erlaubt sehr wohl, verschiedene Futtermittel vereinfacht hinsichtlich ihrer Zusammensetzung bzw. der Gehalte an löslichen, unlöslichen und fermentierbaren Fasern zu klassifizieren (Übersicht 1). Übersicht 1: Klassifizierung verschiedener Futtermittel nach löslichen, unlöslichen und fermentierbaren Faserbestandteilen Gehalt: +++ sehr hoch ++ hoch + gering - keiner Lösliche Fasern Unlösliche Fasern Fermentierbare, unlösliche Fasern Lignocellulose 1. Generation +++ Lignocellulose 2. Generation +++ ++ Trocken-/Melasseschnitzel +++ + ++ Weizenkleie + + Reiskleie + + Sojabohnenschalen + + Lignocellulosen haben hohe Anteile unlöslicher Fasern, die je nach Produkt auch hoch fermentierbar sind. Vergleichbare Anteile unlöslicher/fermentierbarer Fasern finden sich in den anderen, üblicherweise als Faserkomponenten eingesetzten Futtermitteln, nicht. Die Faserträger in den Futterrationen lassen sich noch nach weiteren Faktoren bewerten (Übersicht 2). Übersicht 2: Bewertung von Faserträgern nach Standardisierung, Verfügbarkeit, Mykotoxinbelastung und hygienischer Qualität Standardisierung Verfügbarkeit Mykotoxinbelastung Hygienische Qualität Lignocellulose hoch hoch keine hoch Trocken-/Melasseschnitzel mäßig mäßig keine hoch Weizenkleie schlecht hoch hoch mäßig Reiskleie schlecht hoch hoch mäßig Sojabohnenschalen schlecht hoch hoch schlecht 2/5

Beispiele für die unzureichende Standardisierung sind Wei- auf. Weizenkleie ist auf Grund der relativ geringen Rohfa- zenkleie oder Sojabohnenschalen (Übersicht 3). Diese weisen sergehalte nicht unbedingt als klassischer Faserträger zu erhebliche Schwankungen in der Nährstoffzusammensetzung bewerten. Übersicht 3: Mittlere Gehalte und von Nährstoffen in Weizenkleie und Sojabohnenschalen in g/kg TM (nach Feedipedia, 2017) Rohprotein Rohfaser Stärke Weizenkleie Sojabohnenschalen 173 131 141 205 95 180 104 389 63 147 312 453 231 52 111 354 0 98 Die Lignocellulose wird ultrafein vermahlen (micronisiert), anschließend wird das Produkt je nach Verwendungszweck konfektioniert (granuliert/ pelletiert). 3/5

In den letzten Jahren hat sich der Einsatz von Lignocellulosen aus Holzfasern weltweit etabliert. Sie sind mykotoxinfrei, thermisch hygienisiert und bringen mit geringen Einsatzmengen in der Ration hohe Anteile standardisierter Faserfraktionen in die Ration. Physikalische Wirkung der Lignocellulose der 1. Generation Die Lignocellulose ist in Produkte der 1. und 2. Generation zu differenzieren. Die Lignocellulose der 1. Generation besteht zu 100 % aus nicht-fermentierbaren Fasern. Sie hat damit im Intestinaltrakt ausschließlich eine physikalische Wirkung. Die Micronisierung (mittlere Partikelgröße 50 120 µm) gewährleistet eine hohe Anzahl inerter Partikel mit einer großen Oberfläche. Lignocellulose beschleunigt die Dickdarmpassage, wodurch das Aufsteigen pathogener Keime verhindert wird, und erhält die physiologische Darmmotilität aufrecht. Der mikrobielle Abbau von Nährstoffen wird in den hinteren Abschnitt des Dickdarms verschoben, wo dann eine intensivere Fermentation mit einer erhöhten Produktion von kurzkettigen flüchtigen Fettsäuren stattfinden kann. Die dabei produzierte Buttersäure ist für eine verbesserte Wasserrückresorption im Dickdarm verantwortlich, womit eine Regulierung der Kottrockenmasse erfolgt. Physiologische Wirkung der Lignocellulose der 2. Generation Die Lignocellulose der 2. Generation ist eine synergistische Kombination aus fermentierbarer und nicht- fermentierbarer Nahrungsfaser (eubiotische Lignocellulose). Additiv zur physikalischen Wirkungsweise der Lignocellulose der 1. Generation hat sie durch die fermentierbaren Anteile auch physiologische Effekte und wirkt präbiotisch. Die fermentierbaren Bestandteile sind ein Nährmedium für Laktobazillen. Die von ihnen gebildete Milchsäure wird zu Buttersäure umgesetzt, welche das leistungsfähigste Substrat für das Darmgewebe ist (Übersicht 4). Übersicht 4: Funktionen der Buttersäure im Darmgewebe (nach Antongiovanni et al. 2007; Guilloteau 2010, Sunkaraet al. 2011) Energielieferung Zentrale Funktion in der Zellproliferation Regulation des Wasserhaushaltes Antiinflammatorische Wirkung Antibakterielle Wirkung gegenüber Pathogenen Keimen Aufgaben in der Immunmodulation Aktuelle Studien belegen die Zusammenhänge der Verfütterung von Lignocellulose der 2. Generation und der gesteigerten Buttersäurebildung. Jenkins et al. (2015) zeigten auf, dass bei Verfütterung von Lignocellulose der 2. Generation an Ferkel die Butyratkonzentration im Kot erhöht wird, pathogene Keime (E. coli) reduziert und das Wachstum positiv beeinflusst werden. Beim Broiler konnten Kheravii et al. (2016) im Caecum signifikante Steigerungen der Gehalte von Butter- und Milchsäure bei der Verabreichung von Lignocellulose der 2. Generation nachweisen. wird die mikrobielle Proteolyse im Intestinaltrakt und damit auch die Bildung von Ammoniak und Aminen, welche die Darmmucosa schädigen können, reduziert (Awati et al. 2006; Jeaurond et al. 2008). Durch das intensivierte Wachstum der Bakterien im Dickdarm wird vermehrt Stickstoff in die Bakterienmasse eingebaut, was die N-Ausscheidung von der Exkretion über den Urin (Harnstoff) in den Kot (organischer Stickstoff) umleitet. Für das Tier bedeutet das eine der Energieeinsparung, darüber hinaus wird der Ammoniakgehalt in der Gülle gesenkt (Canh et al 1998; Jha und Berrocoso 2016). Umweltwirkungen im Zusammenhang mit Lignocellulose Die Lignocellulose zeigt Zusatzeffekte im Zusammenhang mit der Reduktion von Ammoniakemissionen und dem Eintrag von umweltrelevanten Nährstoffen. Durch fermentierbare Fasern Der Einsatz von Lignocellulose reduziert auch den Eintrag von Nährstoffen mit Umweltrelevanz, insbesondere von Stickstoff (N) und Phosphor (P). Übersicht 5 zeigt die geringen N- und P- Gehalte von Lignocellulose im Vergleich mit Weizenkleie. 4/5

Übersicht 5: Vergleich der Inhaltsstoffe von Weizenkleie und Lignocellulose (nach Feedipedia, 2017; Produktdaten) Rohfaser Rohprotein N P Weizenkleie g/kg TM 104 173 27,7 11,1 Lignocellulose 2. Generation g/kg TM 656 13 2,1 0,1 FAZIT Die Zusammensetzung und Eigenschaften der Nahrungsfasern in den Faserträgern, die für die Fütterung der Monogaster genutzt werden, unterscheiden sich deutlich. Die Fermentierbarkeit im Dickdarm ist ein wesentlicher Faktor für die Aufrechterhaltung der Darmgesundheit, kann aber derzeit nicht analytisch bewertet werden. Lignocellulose ist bei Bewertung der physikalischen und physiologischen Effekte sowie weiten Aspekten wie Standardisierung und Sicherheit ein Produkt mit Zukunft. DER DIREKTE DRAHT Dr. Christine Potthast Forschung & Entwicklung, agromed Austria GmbH Bad Haller Str. 23, 4550 Kremsmünster Österreich Tel.: + 43 664 6272727 E-Mail: potthast@agromed.at Stand: Februar 2017 Literatur Antongiovanni, M.; Buccioni, A.; Petacchi, F.; Leeson, S.; Minieri, S.; Martini, A.; Cecchi, R. (2007): Butyric acid glycerides in the diet of broiler chickens: effects on gut histology and carcass composition. Italian J. Anim. Sci. 6: 19-25 Awati, A.; Williams, B.A.; Bosch, M.W.; Gerrits, W.J.J.; Verstegen, M.W.A. (2008): Effect of inclusion of fermentable carbohydrates in the diet on fermentation end-product profile in feces of weanling piglets. J. Anim. Sci. 84: 2133-2140 Canh, T.T.; Sutton, A.L.; Aarnink, A.J.A.; Verstegen, M.W.A.; Schrama, J.W.; Bakker, G.C.M. (1998): Dietary carbohydrates alter the fecal composition and ph and the ammonia emission from slurry of growing pigs. J. Anim. Sci. 76: 1887-1895 Choct, M.; Annison, G. (1992): The inhibition of nutrient digestion by wheat pentosans. Br. J. Nutr. 67: 123-132 Choct, M.; Hughes, R.J.; Wang, J. Bedford, M.R.; Morgan, A.J.; Annison, G. (1996): Increased small intestinal fermentation is partly responsible for the anti-nutritive activity of non-starch polysaccharides in chickens. Br. Poultry Sci. 37: 609-621 Codex Alimentarius, Committee on Nutrition and Food for Special Dietary Use (CCNFSDU), 32nd session: ALINORM 09/32/16, Appendix II Feedipedia (2017): http://www.feedipedia.org/ (Stand 24.1.2017) Guilloteau, P. et al. (2010): From the gut to the peripheral tissues: the multiple effects of butyrate. Nutr. Res. Rev. 23 (2):366-384. Jeaurond, E. A., Rademacher, M.; Pluske, J.R.; Zhu, C. H.; de Lange, C. F. M. (2008): Impact of feeding fermentable proteins and carbohydrates on growth performance, gut health and gastrointestinal function of newly weaned pigs. Can. J. Anim. Sci. 88 (2): 271-281 Jenkins, N.S. et al. (2015): Relationships between diets different in fibre type and content with growth, Escherichia coli shedding, and faecal microbial diversity after weaning, Anim. Prod. Sci. 55: 1451 Jha, R.; Berrocoso, J.F.D. (2016): Dietary fiber and protein fermentation in the intestine of swine and their interactive effects on gut health and on the environment: A review. Anim. Feed Sci. Technol. 212: 18-26 Kheravii, S.K.; Swick,.A.; Choct, M.; Wu, S. (2016): The changes of short chain fatty acids and cecal bacteria in response to a lignocellulose supplementation in wheat or corn based diet. Poult. Sci 95 (E-Suppl 1): 14. NRC (2012): Nutrient Requirements of Swine. 10th rev. ed. Washington, D.C: Natl. Acad. Press Sunkara, L.T.; Achanta, M.; Schreiber, N.B.; Bomminemi, Y.R.; Dai, G.; Jiang, W.; Lamont, S.; Lillehoj, H.S.; Beker, A.; Teeter, R.G.; Zhang, G. (2011): Butyrate enhances disease resistance of chickens by inducing antimicrobial host defense peptide gene expression. PLoS ONE 6(11): e27225. doi:10.1371/journal.pone.0027225 Redaktion Proteinmarkt c/o AGRO-KONTAKT Bahnhofstraße 36, 52388 Nörvenich Tel.: (0 24 26) 90 36 14 Fax: (0 24 26) 90 36 29 email: info@proteinmarkt.de proteinmarkt.de ist ein Infoangebot vom Verband der ölsaatenverarbeitenden Industrie in Deutschland e. V. (OVID) in Zusammenarbeit mit der Union zur Förderung von Oelund Proteinpflanzen e. V. (UFOP). 5/5