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Beschreibung
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Dem Wiederkäuer stehen zur Deckung seines Eiweißbedarfs zwei Proteinquellen
im Darm zur Verfügung, das unabgebaute Futterprotein und das in den Vormägen- synthetisierte
Bakterienprotein. Anders ausgedrückt besteht bei Wiederkäuern und insbesondere hochleistenden
Milchkühen ein zweifacher Bedarf an Stickstoff bzw. Protein, nämlich: 1. der Bedarf
für die Vormagenflora, die Zucker, Stärke, Hemicellulosen und Cellulosen zu flüchtigen
Fettsäuren (Essig-, Propion- und Buttersäure) sowie zu C02 und Methan abbaut. Gleichzeitig
wird bei dieser bakteriellen Fermentation Bakterienprotein (single-cell-protein)
in den Vormägen aufgebaut, das vom Wirtstier genutzt werden kann.
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2. Der Proteinbedarf des Tieres, der mit steigender Leistung zunimmt.
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Beide Bedürfnisse decken sich bei üblicher Fütterung bis zu einer
Milchleistung von etwa 20 bis 25 1/je Tag und Tier. Darüber hinaus bedarf das Tier
jedoch zusätzlichen Proteins.
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Der zusätzliche Proteinbedarf bei hochleistenden Milchkühen, der im
allgemeinen bei einem gleichzeitig auftretenden
Energiemangel infolge
geringer Bakterienprotein-Synthese zunimmt, da insbesondere im ersten Laktationsdrittel
die Futteraufnahme nicht so schnell steigt wie die Milchleistung, führt dazu, daß
die Kuh "abfleischt" oder "abspeckt" und der Eiweißgehalt der Milch absinkt.
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In dieser Situation ist eine Verbesserung der Eiweißversorgung mit
Hilfe der ersten Quelle, "mehr Futterproteine", nur begrenzt möglich, da im Mittel
nur 30 % des verfütterten Eiweißes dem Tier im Darm zur Verfügung stehen. Die restlichen
70 % werden im Vormagen zu Ammoniak abgebaut und in diesem Fall (Energiemangel,
keine erhöhte Energiezufuhr) ungenutzt unter Belastung der Leber mit zusätzlichem
Energieverlust im Harn ausgeschieden. Prinzipiell wird das frei werdende NH3 zu
Bakterienproteinsynthese genutzt, aber nur so weit die umsetzbare organische Substanz
als Energielieferant im Pansen dienen kann (aus 100 StE können im Mittel 10 g verdauliches
Bakterienprotein gebildet werden). Dies zeigt, daß der zusätzliche Proteinbedarf
bei hochleistenden Milchkühen nicht durch eine Steigerung der in den Vormägen synthetisierten
Bakterienproteinmenge, die je nach Leistung etwa 60 bis 80 % des Gesamteiweißbedarfs
deckt, abgedeckt werden kann.
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In der Vergangenheit sind deshalb Versuche unternommen worden, den
zusätzlichen Proteinbedarf von hochleistenden Milchkühen durch Zusatz von "geschütztem
Protein" (protected
protein) zum Rinderfutter zu decken. Dabei
handelt es sich um Proteine oder Aminosäuren, die so präpariert sind, daß sie in
den Vormägen und insbesondere im Pansen nicht abgebaut werden. Derartige pansendurchtretende
Futterzusätze sind beispielsweise in der DE-PS 22 12 568 beschrieben. Pansenfeste
Proteine können darüber hinaus durch eine Formaldehyd- oder eine Hitzebehandlung
von Eiweißträgern hergestellt werden. Insbesonde-re die Verwendung von in dieser
Weise behandeltem Sojaschrot ist in einer Reihe von Versuchen geprüft worden. Dabei
hat sich herausgestellt, daß der Zusatz von geschützen Proteinen zum Rinderfutter
tatsächlich zu einer Steigerung der Milchleistung bei gleichzeitig unverändertem
und teilweise gesteigertem Eiweißgehalt der Milch führt. Darüber hinaus werden die
oben beschriebenen Nachteile nicht-pansenfester Eiweißquellen wie NH3-Überschuß,
Eiweißverlust und Leberbelastung vermieden. Einen Überblick über diese Verfahren
zur Verbesserung der Proteinversorgung von Rindern geben beispielsweise die Aufsätze
von Werner Kaufmann und Werner Lüpping in Tierzüchter, 30 (1978) Seite 529-30 und
Kraftfutter, 61. Jahrgang, Heft 10/78.
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Ganz abgesehen von der insbesondere bei den geschützten Aminosäuren
komplizierteren Herstellung besteht ein großer Nachteil der bekannten geschützten
Proteine darin, daß sie verhältnismäßig teuer sind. Die Erfindung hat sich deshalb
das Ziel gesetzt, ein Verfahren zur Verbesserung
der Proteinversorgung
von Rindern zu schaffen, dessen Anwendung in der Praxis nicht an dem zu hohen Preis
der einzusetzenden Futterzusätze scheitert, sondern unter Verwendung billiger und
einfach herstellbarer Futtersubstanzen bzw. durch Ersatz zumindest eines Teils der
geschützten Proteine einen vergleichbaren und möglicherweise sogar besseren Erfolg
garantiert. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein bisher als Abfall
angesehenes Material einer vorteilhaften Verwendung zuzuführen.
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Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Verbesserung
der Proteinversorgung von Rindern, insbesondere im ersten Laktationsdrittel, das
dadurch gekennzeichnet ist, daß man dem Rinderfutter hydrolysiertes Federmehl zusetzt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung.
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Wenngleich bekannt war, daß Federmehl einen hohen Gehalt an Protein
(etwa 90 %) aufweist, galt es aufgrund seiner schlechten Verdaubarkeit und seiner
dem tierischen Bedarf nicht entsprechenden Aminosäurezusammensetzung bisher im wesentlichen
als Abfall und kam nur mit entsprechend geringen Einsatzraten bei Monogastriern
(Fische, Geflügel), wie z. B. als Fischfutter und in der Broilermast
zum
Einsatz. Versuche, teuerere Eiweißträger wie Sojaschrot in der Lämmer- und Kälbermast
durch Federmehl zu ersetzen, ergaben recht unterschiedliche und wenig vielversprechende
Ergebnisse. Zwar wurde bei einigen Versuchen festgestellt, daß beispielsweise Sojaprotein
zu einem gewissen Teil durch Federmehlprotein ersetzt werden kann, eine leistungssteigernde
Wirkung des Federmehlproteins wurde jedoch nicht festgestellt. Darüber hinaus ging
es bei diesen Versuchen nicht darum, den Tieren zusätzliches Protein anzubieten,
sondern es ging, wie schon erwähnt, nur darum, teuerere Eiweißträger zum Teil durch
billigere Eiweißträger zu ersetzen.
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Es wurde nun jedoch gefunden, daß hydrolysiertes Federmehl zwar in
den Vormägen von Rindern praktisch nicht abgebaut wird, das Federmehlprotein aber
in den nachfolgenden Teilen des Verdauungstrakts für den Organismus zugänglich ist
und hydrolysiertes Federmehl somit ein geschütztes bzw. pansenfestes Protein darstellt.
Gleichzeitig wurde gefunden, daß die Verdaulichkeit von hydrolysiertem Federmehl
im Darm der Verdaulichkeit von anderen geschützten Proteinen wie z. B. mit Formaldehyd
behandeltem Sojaprotein durchaus entspricht. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit,
Rindern und insbesondere hochleistenden Milchkühen ohne Aufwendung erheblicher Mehrkosten
zusätzliches Protein aus "Abfall" zuzuführen, das (eventuell
unter
Ergänzung mit geschützten Aminosäuren) den Proteinhaushalt der Kuh auch bei hoher
Belastung unter Vermeidung der oben dargestellten negativen Folgen zu decken in
der Lage ist. Dementsprechend besteht ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen
Verfahrens darin, daß es die Möglichkeit schafft, bisher als Abfall angesehenes
Federmehl nutzbar zu machen und als hochwertige Eiweißquelle für Milchkühe einzusetzen.
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Wenn der Stickstoffbedarf der Pansenflora befriedigt wird, was im
Extrem sogar am preisgünstigsten über NPN-Verbindungen wie Harnstoff möglich ist,
kann die Proteingabe pro Kuh und Tag sogar erheblich gesenkt werden, weil die Passage
rate des in Form von Federmehl gegebenen Proteins deutlich höher ist. Proteinärmere
Rationen sind die Folge unter der Voraussetzung, daß die Zufuhr an essentiellen
Aminosäuren am Darm gesichert sind. Damit sinkt der nicht genutzte Protein-Anteil.
Außerdem entfällt die Beseitigung des als Stoffwechselgift in der Leber zu entgiftenden
Ammoniaks, was wiederum mit einer Einsparung der für diese Stoffwechselfuntkionen
erforderlichen Energie verbunden ist.
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Die Pansenfestigkeit von geschützten Proteinen kann in vitro gemessen
werden durch Bestimmung der Phosphatlöslichkeit und der NH3-Freisetzung. Ferner
kann auch die
Verdaulichkeit im Darm von geschützten Proteinen
in vitro bestimmt werden. Die hierfür geeigneten Verfahren- sind in den oben genannten
Artikeln von Kaufmann und Lüpping beschrieben.
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Die Untersuchung von Federmehl, das bei 3 bis 4 atü 30 bis 60 Minuten
bei 120 bis 150° C erhitzt wurde und anschließend schonend getrocknet wurde, ergab
für die Phosphatlöslichkeit (%) einen Wert von 8 gegenüber normalem Sojaprotein
von 25 und mit Formaldehyd behandeltem Sojaprotein von 5 bis 9. Die NH3-Freisetzung
(%) betrug 6 gegenüber einem Wert von 60 für normales Sojaprotein und einem Wert
von 17 bis 20 von mit Formaldehyd behandeltem Sojaprotein. Die Verdaulichkeit des
Federmehlproteins betrug 78 bis 80 % gegenüber durchschnittlich 80 % bei normalem
und geschütztem Sojaprotein. Diese Werte zeigen, daß es sich bei hydrolysiertem
Federmehl um ein echtes geschütztes Eiweiß handelt. Das bisher als Abfallprodukt
geltende Federmehl kann somit als geschütztes Protein über die Fütterung an Rinder
wiedergenutzt werden. Dabei läßt sich hinsichtlich Temperatur und Zeit beim Autoklavieren
der gewünschte Schutz leicht optimieren. Während also bisher nur chemisch behandeltes
Soja (teilweise Fischmehle) also "hochwertige" Eiweiße als "geschützte" Eiweiße
verwendet wurden, können erfindungsgemäß nunmehr auch minderwertige Proteine, deren
hoher Keratingehalt bisher als nicht verwertbar galt, bei Wiederkäuern verwertet
werden.
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Insbesondere kann man hydrolysiertes Federmehl als geschützte schwefelhaltige
Aminosäuren ansehen. Dies ist von Bedeutung, da die schwefelhaltigen Aminosäuren
bei steigender Leistung als limitierend angesehen werden. Es hat sich herausgestellt,
daß 300 bis 1500 g und insbesondere 300 bis 1000 g hydrolysiertes Federmehl pro
Kuh und Tag ab einer Milchleistung von etwa 25 1/Tag zugefüttert werden sollten.
Geeigneterweise wird das hydrolysierte Federmehl in Form von üblichem Rinderkraftfutter
oder in Form von nach der Futtermittelverordnung vom 16. Juni 1976 zugelassenen
Mischfuttermitteln eingesetzt, die einen Gehalt von 5 bis 50 Gew.% an hydrolysiertem
Federmehl aufweisen.
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Die Aminosäurezusammensetzung von hydrolysiertem Federmehl unterscheidet
sich von der Aminosäurezusammensetzung von Pansenbakterieneiweiß und Milcheiweiß.
Gegenüber den letzteren fällt insbesondere ein geringerer Gehalt an Histidin, Lysin,
Methionin und auch Tryptophan auf, wobei allerdings der Überschuß an Cystin (bzw.
Cystein) den Methioninmangel erheblich mindert. Ferner kann das Lysindefizit durch
den hohen Lysingehalt des bakteriellen Proteins, das in den Vormägen synthetisiert
wird, zum Teil ausgeglichen werden. Die folgende Tabelle 1 gibt diese Verhältnisse
wieder.
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Tabelle 1 Aminosäure - Zusammensetzung g/16 g N g/16 g N Pansenbakterien
Federmehl Milch g/Gesamtaminosäuren Alanin 5,5 3,2 5,8 Arginin 6,2 3,3 3 4,6 Asparagin
4,8 7,4 12,8 Cystin 8,9 0,8 Glycin 6,7 1,9 5,1 Histidin 0,5 2,5 1,8 Isoleucin 4,6
5,5 5,9 Leucin 7,7 9,1 7,8 Lysin 1,2 7,6 8,7 Methionin 0,6 2,4 2,8 Phenylalanin
4,1 4,6 5,4 Prolin 8,6 9,3 3,6 Serin 10,5 5,3 4,1 Threonin 3,9 4,3 4,9 Tryptophan
0,7 1,3 n.b.
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Tyrosin 2,3 4,8 5,1 Valin 7,3 6,2 5,8 Glutaminsäure 9,7 20,5 14,4
Um den Vergleich nicht durch Nucleinsäuren (in Bakterien) zu verfälschen, wurde
bei Pansenbakterien g Aminosäure pro Gesamtaminosäuren verwendet.
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Falls erwünscht, kann der Mangel des Federmehls an bestimmten Aminosäuren
jedoch in einfacher Weise behoben werden. Wie schon oben erwähnt, besteht die Möglichkeit,
einzelne Aminosäuren pansenfest zu machen. Dementsprechend kann die Aminosäurezusammensetzung
des hydrolysierten Federmehls durch Zugabe von einzelnen oder mehreren Aminosäuren,
insbesondere essentiellen Aminosäuren, in geschützter Form so ergänzt werden, daß
praktisch jedes beliebige Aminosäurespektrum für die zusätzliche Protein versorgung
des Rinds eingestellt werden kann. Besonders bevorzugt werden insbesondere die im
Federmehl im Vergleich zum Pansenbakterieneiweiß weniger vorhandenen Aminosäureri
in geschützter Form zugesetzt, um so ein dem bakteriellen Eiweiß entsprechendes
Aminosäurespektrum einzustellen, das für das Tier optimal sein dürfte.
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Die Herstellung von hydrolysiertem Federmehl ist allgemein bekannt
und braucht deshalb hier nicht näher erläutert zu werden. Es sei allerdings darauf
hingewiesen, daß die Bezeichnung "hydrolysiertes" Federmehl irreführend ist, deren
es handelt sich bei der unter Druck stattfindenden Dampfbehandlung nicht um eine
Hydrolyse, sondern um eine Denaturierung, bei der zwar auch einige Bindungen gespalten
werden, im allgemeinen aber die Proteineigenschaften erhalten bleiben. Korrekter
wäre deshalb die Bezeichnung "dampfdruckbehandeltes Federmehl". Da sich jedoch
in
der Praxis die Bezeichnung "hydrolysiertes Federmehl" durchgesetzt hat, soll diese
Bezeichnung auch im Rahmen der vorliegenden Anmeldung beibehalten werden.
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Ganz allgemein kann man sagen, daß hydro]ysiertes Federmehl, das aus
reinen, unzersetzten Federn durch Behandlung mit Druck und erhitztem Dampf entstandene
Produkt ist, das getrocknet und gemahlen eine Pepsin-HCl-Verdaulichkeit des Proteins
von nicht weniger als 70 % besitzt.
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Nur der Vollständigkeit halber sei jedoch erwähnt, daß es auch andere
Aufschlußverfahren gibt, die aber keine weitere Verbreitung gefunden haben.
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Beispiel An drei Kühen mit Labmagenfistel wurden Rationen gefüttert,
die Federmehl als Proteinträger enthielten. Die Rationszusammensetzung und die Rohnährstoffgehalte
der verwendeten Komponenten sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
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Tabelle 2 Nährstoffzusammensetzung und Aufnahme der verwendeten Komponenten
Komponente Tr.S. Rohnährstoffe (% i. d. Tr. S.) Aufn. kg Org.S. Rprot. Rfett Rfaser
NfE Frisch.S.
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Heu 84,1 90,2 23,6 3,1 26,2 37,4 6 Maissilage 25,3 95,1 9,4 2,6 25,7
57,4 18 Federmehl 92,7 97,0 84,3 10,7 1,2 0,8 1,5 Tapiokasago 85,2 99,6 0,5 98,8
1,5 Gerste 84,0 95,9 14,2 2,5 6,1 73,1 4,5 Hafer 85,2 97,0 14,7 4,7 7,2 70,4 3 Tr.S.
= Trockensubstanz; Org.S. = organische Substanz; Rprot. = Rohprotein; Rfett = Rohfett;
Rfaser = Rohfaser; NfE = stickstofffreie Extraktstoffe; Aufn. = Aufnahme; Frisch.S.
= Frischsubstanz.
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Tabelle 3 enthält die Trockensubstanzaufnahmen sowie die Rohnährstoffgehalte
der verfütterten Rationen.
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Tabelle 3 Trockensubstanzaufnahme und Nährstoffzusammensetzung Aufnahme
je Tag Nährstoffzusammensetzung (% i. d. Tr. S.) Tr.S. Protein Org.S. Rprot. Rfett
Rfaser NfE (kg) (kg) 18,6 3,71 94,7 20,0 3,4 15,7 55,6 (aus Federmehl 1,17 Zusätzlich
wurden in zwei Versuchsabschnitten diejenigen essentiellen Aminosäuren in den Labmagen
infundiert (Tabelle 4), die im Vergleich zu dem Aminosäuremuster des Bakterienproteins
im Federmehl unterrepräsentiert sind.
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Tabelle 4 Infundierte Aminosäuren (g/Tag) Threonin 6 Tryptophan 9
Histidin 23 Methionin 27 Tyrosin 38 Lysin 90 Glutaminsäure 150 Während der jeweiligen
Versuchsperioden (insgesamt 4) von jeweils 7 bis 10 Tagen wurde täglich die Milchmenge
und
Milchzusammensetzung bestimmt. Ferner wurden diese Werte auch
bei üblicher Fütterung mit Soja bestimmt.
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Zur Kontrolle der Vormagenfermentation erfolgte außerdem an einen
Kuh (64), die neben der Labmagenkanüle noch mit einer Pansenfistel versehen war,
die Bestimmung der flüchtigen Fettsäuren, der pH-Werte sowie des Ammoniakgehaltes
im Pansensaft zu verschiedenen Zeitpunkten nach der Fütterung. Diese Bestimmungen
ergaben normale Werte, wobei lediglich der NH3-Gehalt erwartungsgemäß an der unteren
Grenze (2,5 bis 4 mMol/l Pansensaft) lag. Diese Werte bestätigen noch einmal die
Ergebnisse der Phosphatlöslichkeit sowie der NH3-Freisetzung (in vitro mit Pansensaft),
wonach Federmehl in den Vormägen "geschützt" erscheint.
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Dabei ergab sich im Darm, wie schon oben erläutert, eine relativ hohe
Verdaulichkeit.
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Die Ergebnisse der durchgeführten Versuche sind in Tabelle 5 zusammengefaßt.
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Tabelle 5
| Versuchs- % Rp i.d. Milchleistung Eiweißleistung Fettgehalt |
| periode Ration 64 637 719 # 64 637 719 # 64 637 719 # |
| 1 Federmehl 20,0 15,8 25,3 20,5 20,53 546 807 713 689 4,20
4,03 4,41 4,21 |
| 2 Federmehl + AS 20,0 16,2 25,8 22,2 21,40 613 943 848 801
4,10 4,06 4,37 4,18 |
| 3 Federmehl 20,0 15,4 24,5 20,8 20,23 565 842 752 720 4,52
4,63 4,59 4,58 |
| 4 Federmehl + AS 20,0 15,5 25,3 21,3 20,70 609 936 805 783
4,06 4,17 4,26 4,16 |
| 5 Federmehl 13,5 18,9 16,2 17,55 723 598 661 4,66 4,63 4,65 |
| 6 Soja 13,5 19,9 15,8 17,85 789 608 699 4,65 4,63 4,64 |
Die Ergebnisse in Tabelle 5 lassen erkennen, daß die Verfütterung
von Rationen, die Federmehl als Proteinträger bzw. als zusätzliche Proteinquelle
enthalten, zu einer vergleichbaren Milchleistung wie die Verfütterung von Rationen
mit üblichem Sojaprotein führt. Dabei ist zu beachten, daß die Verwendung von Federmehl
und die damit verbundene höhere Proteinaufnahme nicht zu einer stärkeren NH3-Belastung
der Kuh führt. Hinzu kommt, daß die Kuh bei hoher Milchleistung weniger "abfleischt"
oder "abspeckt", ohne daß die Milchleistung absinkt.
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Weiterhin zeigen die Ergebnisse in Tabelle 4, daß durch die Ergänzung
des Federmehls durch Aminosäuren, die im Aminosäurespektrum des Federmehls unterrepräsentiert
sind, eine deutliche Verbesserung der Milch- und besonders der Eiweißleistung zu
erzielen ist. Während bei den durchgeführten Versuchen diese Aminosäuren direkt
in den Labmagen infundiert wurden, ist es in der Praxis natürlich erforderlich,
diese Aminosäuren in Form von geschützten Aminosäuren dem Futter zuzusetzen. Auch
in diesem Fall wird trotz erhöhter Proteinaufnahme eine zusätzliche NH3-Belastung
der Kuh vermieden.