Vorlesung Leistungsphysiologie 12. 01 Vorlesung Leistungsphysiologie 12.01.2017 Leistungsphysiologie Futterzusatzstoffe und Leistungsprozesse Wiederkäuer

EU Verordnung Nr. 1831/2003 - Kategorien http://eur-lex. europa

Geltende futtermittelrechtliche Regelungen Europa Deutschland Verordnung (VO): Unmittelbar geltend: LM Basis VO VO (EG) Nr. 178/2002 LFGB FM Hyg. VO 183/2005 FM Kontroll VO 882/2004 FMV Zusatzstoff VO 1831/2003 EU-FM-Kennzeichnung VO Richtlinie (RL): In nationales Recht umzusetzen RL Einzelfutter RL 96/25/EG RL Diätfutter RL 93/74/EWG FM-Kontrolleur VO RL Mischfutter RL 79/373/EG RL Bioprotein RL 82/471/EG Weitere RL: z.B. Unerwünschte Stoffe Probenahme-, Analysenverfahren

Fortsetzung Zusatzstoffe

Mengenelemente – rechtlich Einzelfuttermittel „Futterergänzungsstoffe“ „Ergänzungsstoffe“ (KEINE Futtermittelzusatzstoffe im rechtlichen Sinn!!) Mengenelemente – rechtlich Einzelfuttermittel „Futterergänzungsstoffe“ Auch Substanzen wie NaHCO3 (in Positivliste Futtermittel) Glycerin (auch Zulassung als technologischer Futtermittelzusatzstoff) (=1,2,3 Propantriol) Propylenglykol (= 1,2 Propandiol)

EU Verordnung Nr. 1831/2003 - Kategorien http://eur-lex. europa Zulassungsverfahren für Zusatzstoffe (EFSA Parma) Anwendung: Futtermittel - Zusatzstoffe als Einzelsubstanz oder in Vormischung bei zuständiger Behörde melden (§5 Futtermittelhygieneverordnung) Zusatzstoff im Mischfutter – nicht meldepflichtig Siliermittel ebenfalls ausgenommen

Intermediär-stoffwechsel Wirkbereiche Futterzusatzstoffe Konservierungsstoffe (Org. Säuren u. deren Salze) Antioxidantien Technische Hilfs-stoffe: (Emulgatoren, Geliermittel, Binde-mittel, Fließmittel) (Aromen, Kräuter) Org. Säuren u. deren Salze Enzyme Mikroorganismen Puffersubstanzen Kokzidiostatika (Kräuter) (Antibiotika) Spurenelemente Vitamine Antioxidantien Aminosäuren Spurenelemente Vitamine Antioxidantien Farbstoffe Futter (incl. Futteraufnahme) Verdauungstrakt Intermediär-stoffwechsel Lebensmittel

Technologische Zusatzstoffe: Emulgatoren - Milchaustauscher Lecithine, Ester, Mono-, Di- und Triglycerine R 1,2 = Fettsäuren

Siliermittel - Technologische FMZ Biologische: Milchsäurebakterien (MSB) Aerober Verderb: Heterofermentative MSB Anaerober Verderb: Homofermentative MSB Chemische: Organische Säuren bzw. Salze der Säuren (Aerober Verderb) NO3 (im Test auch Substanzen wie Tannine – Proteinabbau)

Sensorische Zusatzstoffe Süße positiv für Schmackhaftigkeit bei fast allen Tieren Erhöht in Umstellungsphase Attraktivität Aromastoffe Steigerung der Schmackhaftigkeit und damit der Aufnahme des Futters

Sensorische Zusatzstoffe Ansatz: Erhöhung Futteraufnahme – Schmackhaftigkeit Futter Untersuchung Brünink et al. (2012) (Forum Fulda) Höhere Attraktivität Futter durch Aromazusatz bei Milchkühen? Häufigerer Besuch Automatisches Melksystem? Zusatzstoff mit Zimtaldehyden, anderen Aldehyden, Estern und ätherischen Ölen Versuchsabschnitt 1 2 3 Dauer (Wochen) 4 8 Aroma-Zusatz - + Zimtaldehyd Carvacrol (Bestandteil ätherisches Öl

Sensorische Zusatzstoffe Brünink et al. (2012) Forum Fulda

Sensorische Zusatzstoffe Brünink et al. (2012) Forum Fulda

Vitamine Vitamin A, D und E für Wiederkäuer essentiell wasserlösliche (und Vit. K) prinzipiell durch Mikroben gebildet; bei Vitaminen wie Niacin wird Bedeutung hoher Gaben für hochleistende Tiere diskutiert Pansenstabilität! Spurenelemente Höchstgehalte die eingehalten werden müssen Wiederkäuer mindestens so empfindlich gegen zu hohe Dosierungen wie andere Tiergruppen

Spurenelemente Beispiel Kupfer Bedarf landwirtschaftlicher Nutztiere 5-10 mg/kg TM Bestandteil Proteine und Metalloenzyme, z.B. Hämoglobinsynthese Hauptspeicherorgan Leber Mangel kann sich in Störung Skelett- und Bindegewebs-stoffwechsel, Pigmentierung, Haarstruktur, Anämie äußern Ausscheidung Überschuss über Galle; Empfindlichkeit gegen Kupfertoxizität Schaf > Rind > Schwein, Pferd > Huhn > Ratte Schafe bekannt für relativ große Empfindlichkeit gegen hohe Kupfergehalte (> 15 mg/kg TM)

Futterharnstoff N-Quelle für Pansenmikroben (Harnstoff kommt auch endogen über Pansenwand und Speichel in Pansen) Seit 2005 Futtermittelzusatzstoff „Geschützter“ Harnstoff – geschützt bedeutet bei Harnstoff „slow release“ (soll im Pansen abgebaut werden, aber etwas langsamer); Fettummantelung Ergänzung zu Mais oder Getreideganzpflanzen RNB Harnstoff: 460 g/kg TM (entspricht Stickstoffgehalt) Keine Verwendung Düngerharnstoff!

Harnstoff Harnstoffergänzung zu Stroh Ration DMI (kg/Tag) DOM* (%) DOMI Stroh, lang 5,7 43 2,2 Stroh, gemahlen 7,2 39 2,6 Stroh gemahlen + Harnstoff 11,0 4,3 *DMI = dry matter intake (Campling u. Freer 1966) *DOMI = digestible organic matter intake

Exkurs: Synchronismuskonzept Zeitlich paralleler Abbau Kohlenhydrate und Protein → vorteilhaft? Ziel: Maximierung Effizienz Mikrobenwachstum (g Mikroben/kg im Pansen abgebauter organischer Masse) Pro: höhere Effizienz durch zeitgleichen Anfall Contra: kontinuierliche N-Versorgung durch endogenen Harnstoff immer sichergestellt Idee unstrittig, aber bisher wenig Befunde, die einen echten Vorteil zeigen (aber auch wenige Untersuchungen)

Idealwert 32 g N/kg fermentierbarer Kohlenhydrate Synchronismusindex Sinclair et al. (1993) Idealwert 32 g N/kg fermentierbarer Kohlenhydrate Wert „1“ – vollständiger Synchronismus Je mehr Abweichung von 1 – umso schlechterer Synchronismus

Synchronismusindex - Beispielration

=> Ration „asynchron“ Synchronismusindex DLG (2001) => Ration „asynchron“

Synchronismuskonzept Wichtig: durch über den Tag verteilte Futteraufnahme entscheidende „Entzerrung“ : Abbau der mittelschnellen C-Fraktion Mahlzeit (i) in Realität zeitgleich mit Abbau N-Fraktion Mahlzeit (i+2) Weitere Entzerrung: Stetiger Nachstrom von Harnstoff in Pansen Dennoch nicht abschließend geklärt, ob Berücksichtigung Synchronismus Beachtung verdient

Aminosäuren „Biotechnikum“ Pansen baut Aminosäuren ab und in guter biologischer Qualität wieder auf Beim Wiederkäuer Aminosäurenergänzung nur in pansengeschützter Form denkbar (Schutz z.B. durch Ummantelung mit Fett oder Polystyrol) Methionin erstlimitierende Aminosäure bei der Milchbildung (eingesetzt wird auch Lysin; neuerer Befund Histidin)

Aminosäuren Koch et al. (2012) VDLUFA Kongress (Anteil Ration (% TM) Geschütztes Methionin und Lysin (Anteil Ration (% TM) RES = Rapsextraktionsschrot; DDGS = Dried Distillers Grains with Solubles = Trockenschlempe; AS = Aminosäuren

Aminosäuren Koch et al. (2012) VDLUFA Kongress

Aminosäuren Koch et al. (2012)

Cholin Endogene Synthese findet statt! Aber(?): erhöhter Bedarf bei frischlaktierenden Kühen für: Lecithin (= „Phosphatidylcholin“; für Ausschleusung Fett aus Leber über VLDL) Methionin (erstlimitierende Aminosäure) Cholin = Methylgruppendonator – „Spareffekt“ für Methionin Bestandteil Membranphospholipid Lecithin Erhoffte Effekte: ↓ Verbrauch Methionin für Methylierungsreaktionen Entlastung Leber bei starker Nutzung Körperfettreserven Fütterung an Wiederkäuer pansengeschützt

Carnitin Grundgerüst Lysin (Ausgangssubstanz: „Trimethyllysin“ - Endogene Synthese! - Minimalbedarf immer gedeckt) Wichtig bei Aufnahme Fettsäuren in Mitochondrien – energetische Nutzung Fettsäuren Größenordnung Einsatzmenge: 2 g/Tier und Tag Einsatzziel bei Wiederkäuer: Ketoseschutz Fütterung an Wiederkäuer pansengeschützt

Carnitin Fettsäuren Zelllumen Innere Mitochondrien-membran Mitochondrien-matrix Carnitin am Transport Fettsäuren ins Mito-chondrium (zur ß-Oxidation) beteiligt

Probiotika Positive Wirkung auf Leistung, Gesundheit, Fruchtbarkeit und Futteraufnahme (Ergebnisse aber nicht ganz eindeutig) Potentielle Mechanismen: Bierhefen: Hohe Gehalte an B-Vitaminen – vermutlich nicht der Grund von Effekten Hefen aerob und anaerob: Verstoffwechslung O2, der mit Nahrung in Pansen kommt (Schutz O2-sensibler Bakterien) Wiederholte Beobachtung: erhöhte Cellulolytische Aktivität Verbesserung mikrobielle Syntheseleistung stabilerer Pansen-pH (Laktat?)

Abbaubarkeit im Pansen Inaktive Hefen Metwally et al. (2012): Untersuchung zu inaktivierter Hefe (in sacco-Versuch mit Kühen); ohne (-) oder mit (+) 50 g sprühgetrockneter Hefe pro Tier und Tag Abbaubarkeit im Pansen 0 h 1 h 2 h 3 h 4 h 5 h 6 h EDMD6 [%] TMR - 38,1 41,1 41,2 42,9 44,2 46,1 48,4 59,3 + 37,6 40,8 43,2 43,6 45,6 48,8 59,0 Gras- 35,3 35,1b 35,2 37,0 37,5 39,4 53,8 silage 35,4 36,6a 36,1 39,3 42,8 53,9 Weizen 44,6 64,2 69,5 72,0 74,0 74,2 75,5 82,2 47,0 64,0 72,2 72,3 81,0 82,4 EDMD6: Effektive Trockenmasseverdaulichkeit (im Pansen) bei Passagerate 6%/h

Antibiotika Seit 2006 als Futterzusatz verboten (Hintergrund: Gefahr Resistenzbildung) Bei Wiederkäuer war Monensin von Bedeutung (Ionophor – Substanz, die Durchlässigkeit Zellmembran erhöht) Wirkung v.a. gegen Protozoen und gram-positive Bakterien - Einsatz bei Mastbullen (Erhöhung N-Effizienz; Verschiebung Fettsäuremuster zu Propionat)

Mikroben und Fettsäuremuster Untersuchung in vitro (HFT – Hohenheimer Futterwert-test): Pop. Bakterien Protozoen Pilze Acetat Propionat A/P ------ mmol/l ------ 1 + 14,1 5,3 2,7 2 11,1 1,3 9,2 3 14,5 4,0 4,5 4 9,3 0,7 13,4 5 14,3 7,3 2,1 Mobashar (2011)

Bedeutung Methanausstoß Wiederkäuer Quelle CH4 Emission (1012 g/Jahr) Wiederkäuer 80 Termiten 10 Reisfelder 110 Sümpfe/Moore 115 Landfills 40 Gewässer 15 weitere natürliche Emission 30 Kohleabbau 35 Gasausfluss 45 Verbrennung Biomasse 55 van Zijnderveld (2011)

Methan- (Biogas)bildung Fermentierende Mikroben Verdauungstrakt H2-produzierende, acetogene Bakterien Methanbildende Bakterien Methan (CH4), CO2

Vergleich Tier - Biogasanlage Kohlenhydrate, Protein Acetat, CO2, H2 Fettsäuren, Propionat, Butyrat, weitere Produkte Methan (CH4), CO2 Fermentative Bakterien H2-produzierende, acetogene Bakterien Methanbildner Pansen: + Biogas: +++ Pansen: +++ Biogas: ++ Pansen: - Biogas: ++ Tier Verweildauer: 30-70 h Absorption kurzkettige Fettsäuren (Pansen, Darm) →Umsetzung Trockenmassezu Methan 7% Biogasanlage Verweildauer: 30-50 Tage (35-40 °C) Keine Absorption Anhäufung kurzkettige Fettsäuren →Umsetzung Trockenmasse zu Methan 75% Ansatz zur Erklärung des Unterschieds: Generationszeit der meisten Methanbildner länger als 4 Tagen (→ länger als mittlere Verweildauer im Tier) (Van Soest 1994) außerdem ständiger Entzug der Zwischenprodukte

Potentiell Beeinflussung Methanausstoß durch Zusätze Ansätze Beeinflussung Methanausstoss: Verschiebung Acetat:Propionat Verhältnis Unterdrückung bestimmter Mikrobengruppen (Archaebakterien; besiedeln Protozoen, v.a. daher auch Protozoen wichtig) Mittelkettige Fettsäuren Tannine Alternative Wasserstoffakzeptoren (z.B. Fumarat) und diverse andere

Methanproduktion Wiederkäuer

Bedeutung Methanausstoß Wiederkäuer Fumarat bekannt als Wasserstoffakzeptor im anaeroben Milieu („Fumarat-Atmung“; Elektronentransportphos-phorylierung) Schlegel 1992

Fumarsäure Methanproduktion sinkt, aber weniger als erwartet Ungerfeld et al. (2007) Methanproduktion sinkt, aber weniger als erwartet (0,037 μmol Methan/μmol Fumarsäure statt 0,25 μmol Methan/μmol Fumarsäure)

Bicarbonat - NaHCO3 kein Zusatzstoff im Sinne Futterrecht Zusätzliche Pufferung Pansen Zeitliche Wirkung zu beachten: Löst sich rasch – 2-3 Stunden nach Kraftfuttergabe (maximale Säureproduk-tion) kann es schon aus Pansen abgeflossen sein Bestens geeignet für TMR Strukturwert (de Brabander) von 7 (!!) [/kg TM] Effekte vor allem bei Rationen mit niedrigem Struktur-wert zu erwarten (z.B. Grundfutter vor allem Maissilage)

Hu und Murphy (2005) - NaHCO3 Metaanalyse (Amerikanische Studie – 30 Experimente) Maissilagerationen vs. Nicht-Maissilagerationen (Luzerne, Ganzpflanzen) kein (0 g/kg), moderat (7-10 g/kg) und viel (10-15 g/kg) NaHCO3 Ergebnis: Bei Maissilagerationen mit NaHCO3 1,2 kg TM höhere Futteraufnahme (unabhängig vom Pufferlevel) andere Rationen kein Unterschied Kein Unterschied bei Milchleistung (?) und Milchprotein, aber höheres Milchfett bei Pufferfütterung (bei Maissilagerationen)

Bicarbonat - NaHCO3 (Wülbeck 2012) 2 x 20 hochleistende Milchkühe (erste 15 Laktationswochen) Zusammensetzung Grobfutter 70% Grassilage/30% Maissilage NaHCO3-Gruppe: 240 g/Tag (mit dem Kraftfutter)

Bicarbonat - NaHCO3 (Wülbeck 2012) Ergebnisse: TM-Aufnahme, VQ OM und Milchleistung unbeeinflusst Unter NaHCO3 geringere Abnahme Lebendmasse und Rückenfettdicke Unter NaHCO3 höhere Azetatkonzentration im Pansen, kein Unterschied pH-Wert Positiver Effekt auf Fruchtbarkeit: Besamungsindex 0,6 Punkte geringer, Erstbesamungerfolg um 30% größer Fazit: NaHCO3-Zulage bei grassilagebasierten Rationen weitgehend effektfrei bei Leistungsdaten; Hinweise auf Vorteile bei Fertilität → Folgeuntersuchung mit diesem Fokus empfohlen

Propylenglycol Propylenglycol Einzelfuttermittel wird im Pansen zum großen Teil zu Propionat metabolisiert Energiequelle für Tier Bitterer Geschmack von Propylenglycol kann Futteraufnahme reduzieren glucoplastische Wirkung; freie Fettsäuren und Ketonkörper reduziert → Ketoseprophylaxe Propylenglycol - Größenordnung der Aufnahme: 200-300 ml/Tier und Tag (300-400 ml unmittelbar nach Kalbung)

Glycerin Kein Futterzusatzstoff gemäß EU-VO (Einzelfuttermittel) (aber: „technologischer FMZ“) Nebenprodukt bei Biospritherstellung aus Raps Wird im Pansen umgesetzt (zu schnell fermentierbaren Kohlenhydraten zu rechnen – Begriff „Süßfett“ irreführend) – Energiequelle für Mikroben und Tier Glucoplastisch (wird zu Propion- und Buttersäure fermentiert) (kann auch Azidoserisiko steigern) Zusätzlich regelmäßig verzehrssteigernde Wirkung (süßer Geschmack) Reinglycerin: 99%; Rohglycerin 80%