DE3885132T2

DE3885132T2 - Fütterung von Vieh.

Info

Publication number: DE3885132T2
Application number: DE88730067T
Authority: DE
Inventors: Robert Allen Britton; Iv Ralph Morton Cleale; Terry James Klopfenstein; Lowell Duggan Satterlee
Original assignee: University of Nebraska
Current assignee: University of Nebraska
Priority date: 1987-03-23
Filing date: 1988-03-18
Publication date: 1994-05-05
Anticipated expiration: 2008-03-19
Also published as: JPS63267239A; DE3885132D1; EP0284548A3; EP0284548A2; EP0284548B1; JP2721675B2; CA1316746C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tierfutter, die Herstellung von Tierfutter sowie das Füttern von Tieren zur Steigerung der Proteinverwertung bei Wiederkäuern.
Es ist bekannt, das Futter für Wiederkäuer zu behandeln, um den vorzeitigen Abbau des Proteins im Pansen (Rumen) herabzusetzen. Beispielsweise ist das in der an Rinder verfütterten Nahrung enthaltene Protein behandelt worden, um den mikrobiellen Abbau des Proteins im Pansen herabzusetzen. Ein spezifisches Verfahren der Behandlung ist im US-Patent 4 186 213 von Wise Burroughs und Alan H. Trenkle mit dem Titel "METHOD OF FEEDING CATTLE FOR MAXIMUM PROTEIN UTILIZATION" beschrieben.
In dem Patent wird das Vermischen eines Futters, in welchem ein Teil des Proteins mikrobiell abgebaut wird, mit Futter, welches behandelt worden ist, um den mikrobiellen Abbau des Proteins herabzusetzen, beschrieben. Harnstoff wird zugegeben, um die im Pansen abgebaute Proteinmenge mit dem geschützten Protein, welches im Pansen nicht abgebaut wird, in der Weise zu kombinieren, daß die im Pansen in mikrobielles Protein überführbare Proteinmenge für einen derartigen Abbau im Pansen weitestgehend zur Verfügung steht und die Restmenge an Protein, die über die Menge hinausgeht, welche in mikrobielles Protein umgesetzt werden kann, zum späteren Verdau durch das Rind weitergeleitet wird. Dieses Patent lehrt ferner das Schützen von Proteinen gegenüber Hitze, Tannin, Formaldehyd und anderen Aldehyden und es werden Beispiele angegeben. Die Verwendung einer Zwischenstufe der Maillard-Reaktion wird nicht gelehrt.
Es ist jedoch aus der im "Journal of Animal Science", Band 63 (Ergänzung 7), 1986, veröffentlichten Kurzübersicht von R.N. Cleale bekannt, das nicht-enzymatische Bräunen von Sojabohnenprotein durch Behandlung desselben mit Xylose und Hitze zu kontrollieren.
Das US-Patent 4 186 213 lehrt das allgemeine Konzept und verschiedene Verfahren des Schützens von Proteinen in Kombination mit ungeschützten Proteinen in einem Tierfutter und die Veröffentlichung von Cleale et al. beschreibt einen spezifischen Ansatz unter Anwendung von enzymatischem Bräunen.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren zur Herabsetzung des Proteinabbaus im Futter bereitzustellen, ohne potentiell schädliche Substanzen einzusetzen.
Erfindungsgemäß umfaßt ein Futtermittel für Tiere eine Mischung aus organischen Materialien mit zumindest einem Kondensationsprodukt von einem Protein und einem reduzierenden Zucker, wobei das Kondensationsprodukt ein Produkt der Maillard-Reaktion ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensationsprodukt eher ein frühes Kondensationsprodukt der Maillard-Reaktion als ein intermediäres Produkt der Maillard-Reaktion ist, welches die Formel aufweist:
wobei RN eine Gruppe aus dem Protein RNH&sub2; ist, wie es normalerweise in einem der angegebenen herkömmlichen Futtermitteln zu finden ist;
das Verhältnis des Gewichts der Verbindung zum Gewicht von RN mit freien Amingruppen im Futtermittel mindestens 1,5 bis 1,0 beträgt;
das Kondensationsprodukt bei einem pH-Wert von unter 4 hydrolysiert ist; und
das Futtermittel weniger Protease-spezifische Bindungen aufweist, welche gespalten werden können, und im wesentlichen kein Protein mit freien Aminogruppen umfaßt. Der Prozentgehalt an reduzierendem Zucker zu Protein beträgt mindestens 0,5 Gew.-% und nicht mehr als 1 Mol/1 Mol.
Das Futtermittel wird ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Sojabohnenmehl, Mehl anderer Bohnen, Baumwollsaatmehl, Federmehl, Blutmehl, Silagen, Fleisch- und Knochenmehl, Sonnenblumensaatmehl, Canolamehl, Erdnußmehl, Saflormehl, Leinsaatmehl, Sesammehl, frühblühenden Gemüsen, Fischprodukten, proteinhaltigen Futterstoffen als Nebenprodukten wie Korn aus Destillerien und Brauereien, Milchprodukten, Geflügelprodukten, Heu, Mais, Weizen, Alfalfa, Gerste, Milo, Sorghum und Mischungen derselben. Der reduzierende Zucker wird ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Xylose, Glucose, Fructose, Mannose, Lactose und Ribose sowie Mischungen derselben.
In einer Ausführungsform ist der reduzierende Zucker Xylose und der Prozentgehalt von Xylose am Futterprotein beträgt 1% bis 6%, oder das reduzierende Kohlenhydrat ist Glucose und der Prozentgehalt von Glucose am Futterprotein beträgt etwa 2% bis etwa 20%.
Die Herstellung des Tierfutters erfolgt durch Vermischen eines reduzierenden Zuckers mit einem ein Protein enthaltenden Produkt und Erhitzen zur Bildung eines Kondensationsprodukts, welches ein Produkt der Maillard-Reaktion ist. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß das Protein enthaltende Produkt und das reduzierende Kohlenhydrat in ausreichenden Mengen vermischt werden, um einen wesentlichen Anteil der freien Aminogruppen in dem Protein mit den Carbonylgruppen des reduzierenden Kohlenhydrats zur Reaktion zu bringen unter Bildung eines Kondensationsprodukts gemäß der Formel:
wobei RN eine Gruppe aus dem Protein RNH&sub2; ist, wie es normalerweise in einem der angegebenen herkömmlichen Futtermittel zu finden ist, wobei das Verhältnis des Gewichts der Verbindung zum Gewicht von RN mit freien Aminogruppen im Futtermittel mindestens 1,5 bis 1,0 beträgt.
Die Mischung wird nur bei einer Temperatur im Bereich von 80 bis 110ºC, bei einem pH-Wert von 6 bis 8,5 und für eine ausreichende Zeitdauer erhitzt, um eine reversible Umsetzung zwischen dem reduzierenden Zucker und dem Protein herbeizuführen. Zumindest ein Teil des mit dem proteinhaltigen Produkt vermischten reduzierenden Kohlenhydrats ist Glucose, und die Temperatur und Zeitdauer werden kontrolliert, um die Umwandlung von Glykosylamin in eine 1-Amino-1-desoxy-2-ketose zu verhindern, oder das mit dem Produkt vermischte reduzierende Kohlenhydrat schließt Ketose ein. Die Temperatur ist niedriger und die Zeitdauer ist kürzer als für die Bildung von 2-Amino-2-desoxyaldose aus einem Ketosylamin erforderlich.
Der reduzierende Zucker wird aus einer Gruppe bestehend aus Xylose, Glucose, Fructose, Mannose, Lactose und Ribose ausgewählt.
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich, weisen das neue Futtermittel, das Verfahren zur Herstellung des Futtermittels sowie das Verfahren der Tierfütterung den Vorteil auf, daß ein überlegenes ökonomisches Futtermittel und Verfahren zur Tierfütterung bereitgestellt werden.
Die oben dargelegten und andere Merkmale der Erfindung werden besser verständlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Berücksichtigung der begleitenden Zeichnungen, wobei:
Fig. 1 eine graphische Darstellung ist, welche die Ergebnisse von in vitro-Tests veranschaulicht, die auf die Senkung des mikrobiellen Proteinabbaus gemäß einem Aspekt der Erfindung hinweisen,
Fig. 2 eine graphische Darstellung ist, welche die Ergebnisse von in vitro-Tests veranschaulicht, die das Herabsetzen des mikrobiellen Abbaus durch Behandlung mit reduzierenden Zuckern in bezug auf das Verhältnis von reduzierendem Zucker zu Protein gemäß einem Aspekt der Erfindung zeigen;
Fig. 3 eine graphische Darstellung ist, welche die Ergebnisse von in vitro-Tests veranschaulicht, die den Effekt der Erhitzungsdauer des Futtermittels während der Herstellung mit Verhältnissen von reduzierenden Zucker zu Protein auf den mikrobiellen Abbau zeigen;
Fig. 4 eine graphische Darstellung ist, welche die Ergebnisse von in vitro-Tests veranschaulicht, die den Effekt der Erhitzungsdauer auf die Herstellung von Futtermitteln unter Einsatz mehrerer reduzierender Zucker zeigt;
Fig. 5 eine graphische Darstellung ist, weiche den Effekt der erfindungsgemäßen Herstellung auf handelsübliches und ungeröstetes Sojabohnenmehl veranschaulicht;
Fig. 6 eine graphische Darstellung ist, welche den Effekt des pH-Wertes auf die erfindungsgemäße Herstellung von Futtermitteln veranschaulicht;
Fig. 7 eine graphische Darstellung ist, welche den Effekt des Trockenstoffgehalts auf die erfindungsgemäße Herstellung eines Futtermittels veranschaulicht;
Fig. 8 eine graphische Darstellung ist, welche die Proteineffizienz von erfindungsgemäß behandeltem Futtermittel veranschaulicht;
Fig. 9 eine weitere graphische Darstellung ist, welche die Proteineffizienz von erfindungsgemäß behandeltem Futtermittel veranschaulicht;
Fig. 10 eine graphische Darstellung ist, welche die Abhängigkeit des Kohlenhydratgehaltes von der Wirksamkeit von Sulfitlauge als Zusatzstoff für Futtermittel veranschaulicht;
Fig. 11 eine graphische Darstellung ist, welche die Verwendung von Sulfitlauge als Zusatzmittel für erfindungsgemäßes Futter veranschaulicht;
Fig. 12 eine graphische Darstellung ist, welche die Stabilität von erfindungsgemäß hergestelltem Futtermittel veranschaulicht;
Fig. 13 eine graphische Darstellung ist, welche einen Aspekt eines erfindungsgemäß geeigneten Bereiches eines reduzierenden Zuckers veranschaulicht; und
Fig. 14 eine weitere graphische Darstellung ist, welche einen weiteren Aspekt des erfindungsgemäß geeigneten Bereiches eines reduzierenden Zuckers veranschaulicht.
Im weiten Sinne schließt das Tierfutter eine wesentliche Menge an Reaktionsprodukten von Proteinen und reduzierenden Kohlenhydraten ein. Da die Bildung derartiger Reaktionsprodukte einfacher ist, je reaktiver das reduzierende Kohlenhydrat ist, werden die Zuckerquellen ausgewählt aus den reduzierenden Zuckern Xylose, Glucose, Fructose, Mannose, Lactose, Ribose, Hemicelluloseextrakten und deren Hydrolysaten, in verbrauchter Sulfitlauge enthaltenen Zuckern, Melassen und deren Hydrolysaten, Maisprodukten und deren Hydrolysaten und Mischungen derselben.
Im allgemeinen werden solche Proteine eingesetzt, wie sie in qualitativ hochwertigem Proteinfutter wie Sojabohnenmehl, Mehl anderer Bohnen, Baumwollsaatmehl, Fleisch- und Knochenmehl, Sonnenblumensaatmehl, Canolamehl, Erdnußmehl, Saflormehl, Leinsaatmehl, Sesammehl, frühblühenden Gemüsen, Fischprodukten, Milchprodukten, Geflügelprodukten, Heu, Mais, Weizen, Alfalfa, Gerste, Milo, Sorghum und dergleichen und Mischungen derselben zu finden sind. Vorzugsweise stammen die verwendeten reduzierenden Zucker aus wirtschaftlich günstigen Zuckerquellen wie aus verbrauchter Sulfitlauge oder getrockneter verbrauchter Sulfitlauge, welche ein Nebenprodukt einiger holzverarbeitenden Betriebe ist, und eine Xylosequelle darstellt. Manchmal werden jedoch Mischungen von Zuckern verwendet.
Der in dieser Beschreibung verwendete Begriff "herkömmliches Futtermittel" bezieht sich auf die Wiederkäuern normalerweise zugeführten Futtermittel. Derartige Futtermittel sind im Stand der Technik wohl bekannt und schließen die oben beschriebenen qualitativ hochwertigen Proteinfuttermittel sowie andere Futtermittel ein, deren Verwendung bei der Behandlung jedoch weniger wahrscheinlich ist, da sie nicht als qualitativ hochwertiges Proteinfuttermittel gelten. Derartige Futtermittel schließen unter anderem Sojabohnenmehl, Mehl anderer Bohnen, Baumwollsaatmehl, Federmehl, Blutmehl, Silagen, Fleisch- und Knochenmehl, Sonnenblumensaatmehl, Canolamehl, Erdnußmehl, Saflormehl, Leinsaatmehl, Sesammehl, frühblühende Gemüse, Fischprodukte, proteinhaltige Futterstoffe als Nebenprodukte wie Korn aus Destillerien und Brauereien, Milchprodukte, Geflügelprodukte, Heu, Mais, Weizen, Alfalfa, Gerste, Milo, Sorghum und dergleichen sowie Mischungen derselben ein.
Das spezielle Futtermittel kann aus ökonomischen Gründen oder Gründen der Verfügbarkeit ausgewählt werden, wobei die bei Durchführung des Verfahrens vorzunehmenden Schritte jedoch dieselben sind, da die hier beschriebenen Verfahren allgemein auf Proteine unabhängig von dem Futtermittel anwendbar sind, wenngleich die tatsächlichen Reaktionsprodukte sich unterscheiden können.
Aus ökonomischen Gründen ist dieses Verfahren prinzipiell auf Proteinzusätze ausgelegt. In dieser Beschreibung sind Proteinzusätze Futtermittel, die ein Minimum von 20% Protein enthalten, wobei mindestens 25% der Proteinmenge auf mikrobiell abbaubares Protein entfällt. In dieser Beschreibung ist ein mikrobiell abbaubares Protein ein Protein, welches durch mikrobielle Proteasen gespalten wird.
Einige herkömmliche Futtermittel, die als Proteinzusätze geeignet sind, sind Sojabohnenmehl, Sonnenblumensaatmehl, Baumwollsaatmehl, Canolamehl, Saflormehl, Leinsaatmehl, Erdnußmehl, Sesammehl, frühblühende Gemüse wie Alfalfa und proteinhaltige Futtermittel als Nebenprodukte wie Korn aus Destillerien und Brauereien, Fischabfälle, Geflügelabfälle sowie Fleisch- und Knochenmehl.
Ferner bedeutet der in dieser Beschreibung verwendete Begriff "Reaktionsprodukt eines Zuckers und eines Proteins" ein Kondensationsprodukt, welches erhalten wird, indem man (1) irgendein Protein, welches zur Tierfütterung geeignet und in herkömmlichen Futtermitteln vorhanden ist mit (2) einem reduzierenden Kohlenhydrat umsetzt, welches aufgrund seiner Effizienz bei der Reduktionsreaktion mit Proteinen ausgewählt ist. Im allgemeinen wird davon ausgegangen, daß es sich bei den Reaktionen um Umsetzungen mit in den Proteinen redundant vorhandenen freien Aminogruppen und den Carbonylgruppen der reduzierenden Zucker handelt. Diese Umsetzungen sind im Stand der Technik gut bekannt. In dieser Beschreibung bedeuten freie Aminogruppen Gruppen, die für eine Spaltung durch mikrobielle Proteasen zugänglich sind und sich mit dem reduzierenden Zucker umsetzen lassen. Dies schließt verborgene Lysiflaminogruppen und Gruppen aus, die geschützt sind, wenn eine weitere Gruppe mit dem reduzierenden Zucker reagiert.
Gleichermaßen sind geeignete reduzierende Kohlenhydrate gut bekannt und es werden im allgemeinen die reaktivsten reduzierenden Kohlenhydrate wie in dieser Beschreibung dargelegt ausgewählt, um die Zeitdauer zu verkürzen und die Temperatur zu vermindern, wobei unter bestimmten Umständen jedoch auch andere reduzierende Kohlenhydrate ausgewählt werden können.
Dieses verbesserte Futtermittel kann in unterschiedlicher Weise unter Verwendung verschiedener geeigneter Futtermittel und einer Reihe von reduzierenden Kohlenhydraten als Rohmaterialien hergestellt werden. In jedem Fall kommt es zu einer Reaktion zwischen dem Zucker und den Proteinen in dem als Rohmaterial eingesetzten Futtermittel, durch die der mikrobielle Abbau des Proteins im Pansen eines Tieres herabgesetzt wird und damit die zum Verdau im Dünndarm des Tieres verfügbare Proteinmenge erhöht wird.
Mit diesem Produkt kommt es zu einem geringeren Abbau des Proteins und zu einer geringeren Umwandlung in andere Stickstoffverbindungen wie Ammoniak durch die im Pansen vorhandenen Mikroben. Am geeignesten ist es, wenn das Futtermaterial zur Maximierung der Umsetzung mit einem reduzierenden Zucker vermischt wird. Der pH-Wert wird ebenso wie die Temperatur, der Feuchtigkeitsgehalt und die Zeitdauer der Behandlung ausgewählt, um die Bildung von Verbindungen zu maximieren, welche gegenüber einem Abbau durch im Pansen vorhandene Mikroben resistent sind, die aber nichtsdestoweniger die Verdaulichkeit und Nutzbarmachung des Proteins im hinter dem Pansen gelegenen Verdauungstrakt zulassen.
Es wird davon ausgegangen, daß die dieses Futtermittel bildende Umsetzung mit dem zusammenhängt, was in der Literatur als frühe Maillard-Reaktionen beschrieben ist, und sie umfaßt eine Kondensationsreaktion zwischen der Carbonylgruppe eines reduzierenden Zuckers und den Aminogruppen des Proteins. Die frühen Maillard-Reaktionen sind gut bekannt und aus der hier dargelegten detaillierten Beschreibung können der pH-Wert, die Temperatur, der Feuchtigkeitsgehalt und die für die Durchführung der Umsetzung in einem optimalen Ausmaß erforderliche Zeitdauer mittels weniger Untersuchungen bestimmt werden.
Es wird davon ausgegangen, daß die Umsetzung im allgemeinen eine Umsetzung im normalen Verhältnis von 1 : 1 zwischen freien Aminogruppen und dem reduzierenden Kohlenhydrat ist, und unter Berücksichtigung anderer Umsetzungen im Futtermittel können die im Futtermittel verwendeten Mengen der wirtschaftlichsten Zucker bestimmt werden, selbst wenn einige geeignete Futtermaterialien hier nicht spezifisch beschrieben sind. Die pH-Werte sollten 4 bis etwa 10,5 und vorzugsweise 6 bis etwa 8,5 betragen. Die Zeitdauer, die Temperatur sowie der Feuchtigkeitsgehalt können freier ausgewählt werden, da unter gewissen Umständen eine niedrigere Temperatur für eine längere Zeitdauer oder eine höhere Temperatur für eine kürzere Zeitdauer angewendet werden können, wenn es die Wirtschaftlichkeit vorschreibt.
Im allgemeinen liegt die Temperatur der Umsetzung zwischen 20ºC und 150ºC, wobei der Bereich zwischen 80ºC und 110ºC bevorzugt ist, und die Reaktionsdauer beträgt 20 Minuten bis 72 Stunden, wobei eine Dauer von 1 bis 4 Stunden bevorzugt ist. Die Menge an Wasser beeinflußt die Reaktion und der Feuchtigkeitsgehalt liegt im Bereich von 6 bis 40%, wobei 15 bis 25% bevorzugt sind.
Ohne sich an eine bestimmte Theorie gebunden zu fühlen, wird davon ausgegangen, daß die folgende Beschreibung die Reaktionsmechanismen veranschaulicht, die zwischen den Proteinen und den reduzierenden Kohlenhydraten eine Rolle spielen und zu dem erfindungsgemäßen Futtermittel führen.
Genauer gesagt wird davon ausgegangen, daß ein reduzierender Zucker und ein proteinhaltiges Tierfutter in ausreichenden Mengen vermischt werden, um eine genügende Anzahl der α- und &epsi;- Aminogruppen im Protein mit den Carbonylgruppen des Zuckers zur Bildung eines Reaktionsprodukts zur Reaktion zu bringen, wenn die Mischung bei einem pH-Wert, einem Feuchtigkeitsgehalt und für eine Zeitdauer auf eine Temperatur erhitzt wird, um Reaktionen entsprechend der chemischen Gleichung der Formel 1 herbeizuführen, bei der R ein Protein mit den dargestellten α- oder &epsi;-Aminogruppen ist, R1 der verbleibende Teil des in Formel 1 dargestellten Kohlenhydrats und R2 ein Teil des aus der dargestellten Reaktion resultierenden R1 sind. FORMEL 1 FORMEL 2
Wenn das reduzierende Kohlenhydrat ein einfacher reduzierender Zucker ist, wird davon ausgegangen, daß die Umsetzung gemäß der chemischen Gleichung der Formel 2 abläuft, bei der R der verbleibende Teil des reduzierenden Zuckers und R3 eine Methylhydroxyeinheit sind, welche zusammen mit Aldehyd- und Ketogruppen für einen Zucker typisch sind. P ist eine Zahl der angegebenen funktionellen Gruppen und M ist eine Zahl von einer Gruppe weniger als P. Wenn der reduzierende Zucker Glucose ist, wird davon ausgegangen, daß die Umsetzung in der chemischen Gleichung der Formel 3 dargestellt ist, in der die Glucose mit einer Additionsverbindung unter Erhalt einer Schiff'schen Base reagiert, welche sich sofort in Glucosylamin umsetzt.
Das Bräunen des Glucosylamins durch fortgeschrittene und endgültige Maillard-Reaktionen ist in Formel 4 dargestellt. Die Reaktion ist stark genug, um beispielsweise den Übergang eines Aldosezuckers- in ein Ketosezuckerderivat herbeizuführen.
Das Vermischen des reduzierenden Kohlenhydrats mit dem Futtermittel erfolgt in Verhältnissen, wie sie für die Maillard-Reaktion geeignet sind, und die Mischung wird bei einem pH-Wert und einem Feuchtigkeitsgehalt auf eine Temperatur für eine ausreichende Zeitdauer erhitzt, um frühe Maillard-Reaktionen, nicht jedoch fortgeschrittene Maillard-Reaktionen herbeizuführen. Daher werden die Zeitdauer und Temperatur so ausgewählt, daß sie ausreichend sind, um Glucosylamin zu bilden, nicht aber zur Bildung von 1-Amino-1-desoxy-2-ketose ausreichend sind. FORMEL 3 FORMEL 4 Glukosylamin 1-amino-Fructose Enol Kation der Schiff'schen Base Kurzkettige Carbonyle, Dicarbonyle 5-Hydroxymethyl-2-furaldehyd Strecker-Abbau Melanoidin-Bildung
Einige &epsi;-Aminogruppen stehen dem mikrobiellen Einwirken aufgrund inhibierender Effekte anderer Gruppen nicht zur Verfügung. Diese inhibierenden Effekte können auf die Konformation des Proteins oder auf chemisch gebundene Gruppen in der Nachbarschaft zurückgeführt werden. Es wird angenommen, daß die Temperatur, bei welcher die frühen Maillard-Reaktionen auftreten, ein derartiges Inhibieren durch Veränderung der Konformation beeinflussen können, indem die Anzahl der verborgenen Aminogruppen erhöht oder vermindert wird. Die der Umsetzung mit mikrobieller Protease nicht zur Verfügung stehenden Gruppen sind unter bestimmten Umständen für eine Umsetzung mit dem reduzierenden Zucker nicht verfügbar und können die für einige Reaktionen erforderliche Zuckermenge vermindern. Beispielsweise kann die Anwendung hoher Temperaturen für eine kurze Zeitdauer die zum Erhalt desselben Endergebnisses in der Effektivität des Futtermittels erforderliche Zuckermenge verringern.
Im allgemeinen wird das Futtermittel hergestellt durch Vermischen eines reduzierenden Zuckers mit einem geeigneten proteinhaltigen Futtermittel bei einem gewünschten Feuchtigkeitsgehalt und einem kontrollierten Verhältnis unter Anwendung einer Temperatur und eines pH-Wertes für eine Zeitdauer, die zur Auslösung von frühen Maillard-Reaktionen geeignet ist, nicht jedoch für eine so lange Zeitdauer, daß es zu fortgeschrittenen oder finalen Maillard-Reaktionen kommt. Demgemäß werden Kondensationsprodukte aus reduzierendem Kohlenhydrat und dem Protein für eine wesentliche Menge des Proteins zwischen der Carbonylgruppe des reduzierenden Kohlenhydrats und einer freien Aminogruppe einer Aminosäure oder eines Proteins in einem Verhältnis von 1 zu 1 gebildet. Das Kondensationsprodukt verliert ein Molekül Wasser und wird in eine Schiff'sche Base umgewandelt, welche ihrerseits eine Ringbildung zum entsprechend substituierten Zuckeramin durchläuft.
Wenn als Zucker beispielsweise Glucose eingesetzt wird, wird die Aminogruppe in ein N-substituiertes Glycosylamin umgewandelt.
Die Reaktion wird vor dem Übergang des Aldosezuckers in ein Ketosezuckerderivat durch die Amadori-Umlagerung abgebrochen. Im Fall von Glucose handelt es sich um eine Umwandlung von Glycosylamin in eine 1-Amino-1-desoxy-2-ketose. Als weiteres Beispiel wird die Umsetzung im Falle von Ketosezuckern vor einer Umlagerung entsprechend der Heyns-Umlagerung abgebrochen, um aus dem Ketosylamin eine 2-Amino-2-desoxyaldose zu bilden.
Die Proteinquelle ist nicht bedeutend, solange es sich um ein Protein handelt, welches für Vieh geeignet ist, und derartige Proteine sind gut bekannt. Gleichermaßen können jegliche reduzierende Kohlenhydrate eingesetzt werden, wobei einige jedoch wirksamer sind als andere. Die am meisten geeigneten reduzierenden Kohlenhydrate sind solche, die am meisten reaktiv sind, und schließen Xylose, Fructose, Glucose und Lactose ein, wobei Xylose am meisten reaktiv ist. Im allgemeinen wird der pH-Wert so eingestellt, daß er über 4 und unter 10,5 und vorzugsweise bei 6 bis 8,5 liegt. Der pH-Wert wird mittels jeder geeigneten Methode einschließlich der Zugabe von Natriumhydroxid eingestellt.
Bei der Tierfütterung kann von einer mindestens 50%-igen und unter gewissen Umständen von einer 100%-igen Steigerung der Proteinverwertbarkeit ausgegangen werden, welche entweder zur Steigerung der Gewichtszunahme aufgrund von Diäten mit beschränktem Proteingehalt oder zur Verminderung der Futterkosten eingesetzt werden kann. Das behandelte Futtermaterial ist primär für Wiederkäuer entwickelt worden und kann demgemäß als Ersatz für unbehandeltes Futter mit hohem Proteingehalt verwendet werden. In einigen Fällen kann der entsprechende unbehandelte Proteinzusatz, welcher andernfalls verfüttert werden würde, vermindert werden, und die Menge an behandeltem Proteinfutterzusatz ist aufgrund der gesteigerten Proteinverwertbarkeit des behandelten Proteinzusatzes geringer als der unbehandelte Proteinzusatz.
Während viele der Variablen durch die Anwender der vorliegenden Erfindung ausgewählt werden können, wird die Erfindung durch die folgenden Beispiele veranschaulicht.

BEISPIELE

=1. Materialien und Methoden

Natriumhydroxid wurde Sojabohnenmehl zur Einstellung des pH- Wertes in Mengen zugegeben, die wie folgt bestimmt wurden. Zehn Gramm Sojabohnenmehltrockensubstanz wurden dreifach ausgewogen und mit 100 ml (Milliliter) destilliertem und deionisierten Wasser hydratisiert. Hydratisierte Proben wurden 2 Minuten lang bei moderater Geschwindigkeit mit einem Rührgerät homogenisiert und zur Equilibrierung 2 Stunden lang bei 21ºC stehengelassen. Die Homogenate wurden mit standardisiertem NaOH titriert und die Veränderungen des pH-Wertes wurden mit einer gesättigten Kalomelelektrode überwacht. Während der Titration wurde das Rühren der Homogenate mit einem magnetischen Rührstäbchen beibehalten. Die Mengen an NaOH, die zur Einstellung des pH-Wertes auf 8,5 oder 10,0 erforderlich waren, wurden als Äquivalente/Gramm Sojabohnenmehltrockensubstanz berechnet.

2. Allgemeine in vitro-Bedingungen

Der mikrobielle Abbau von behandelten Sojabohnemehlproben war das variable Ergebnis sämtlicher Versuche und wurde durch das von R.A. Britton und T.J. Klopfenstein, "Zinc treated soybean meal: A method to increase bypass", 1986, Nebraska Beef Cattle Report, MP 50, University of Nebraska, Lincoln, Seiten 45-57, beschriebene in vitro-Verfahren der Freisetzung von Ammoniak gemessen.
Es wurden gleiche Volumina an Pansenflüssigkeit aus Stieren gesammelt, denen Dauerdiäten von entweder gemahlenem Alfalfaheu oder gemahlenem Maiskolben verfüttert worden waren, die 11% Melassen und 17% Sojabohnenmehl (auf der Basis der Mehltrockensubstanz) enthielten. Im Anschluß an eine 24-stündige Fermentation wurde der Ammoniak-Stickstoff gemessen mittels einer automatisierten Anwendung der Indophenolmethode von J. McCullough, "The determination of ammonia in whole blood by a direct colorimetric method", Clin. Chim. Acta., 17 : 297, 1967.

3. In vitro-Beispiele

BEISPIEL 1

Es wurde eine Bewertung der hauptsächlichen Einflüsse von reduzierenden Zuckern, der Erhitzungsdauer und den Verhältnissen von reduzierendem Zucker zu Protein auf das Protein durchgeführt. Die Parameter in diesen Tests waren: (1) die reduzierenden Zukkerquellen waren Xylose, Fructose, Glucose und Lactose; (2) die Mengen an reduzierendem Zucker betrugen 1, 3 und 5 Mol/Mol Lysin; und (3) die Erhitzungsdauer betrug 0, 30 und 90 Minuten bei 150ºC. Die Wechselwirkungen zwischen den hauptsächlichen Einflußgrößen wurden ebenfalls bewertet. Proben von Sojabohnenmehl wurden unter Veränderung des pH-Wertes und des Feuchtigkeitsgehaltes, aber ohne reduzierenden Zucker erhitzt, um den Effekt der Zuckerzugabe zu ermitteln.
Bei diesen Tests wurde der Lysingehalt der Proteinfraktion des Sojabohnenmehls in Übereinstimmung mit "Nutrient Requirements of Domestic Animals", Nr. 2, 1979, "Nutrient Requirements of Swine", National Research Council, Washington, D.C., festgesetzt. Der Ausgangsstoff des Sojabohnenmehls war geschältes, mit Lösungsmittel extrahiertes Sojabohnenmehl, welches einen Lösungsmittelentferner-Röster nicht passiert hatte und dementsprechend während der Veredelung ungeröstet blieb, und es enthielt - bezogen auf das Trockengewicht - 53,0% Rohprotein.
Vor dem erhitzen wurden dem ungerösteten Sojabohnenmehl, welches zuvor mit NaOH auf einen pH-Wert von 8,5 eingestellt worden war, geeignete Mengen der reduzierenden Zucker zugegeben. Destilliertes Wasser wurde zugegeben, so daß jede Probe 83% Trockensubstanz enthielt. Erhitzte Proben wurden erhalten, indem 126 g (Gramm) Proben in Aluminiumpfannen von 9 cm (Zentimeter)·12 cm·5 cm gefüllt und in einem Umluftofen auf 150ºC erhitzt wurden. Im Anschluß an das Erhitzen wurden die Proben auf 23ºC gekühlt, 572 Stunden lang luftgetrocknet und gemahlen, damit sie ein 2 mm (Millimeter) Filtersieb passieren konnten. Dieses Vorgehen zur Probenaufarbeitung nach dem Erhitzen erfolgte bei sämtlichen nachfolgenden Experimenten.
Vor der Analyse der Freisetzung von Ammoniak wurde der Zuckergehalt, ausgedrückt als Prozentangabe des Trockengewichts der Probe, in sämtlichen Proben auf einen gleichen Wert eingestellt, um die Beeinflussung der Ammoniakfreisetzung durch die Konzentration an reduzierendem Zucker auszuschließen. Vorherige Ergebnisse mit handelsüblichem Sojabohnenmehl als Proteinquelle zeigten, daß die Freisetzung von Ammoniak im Anschluß an eine 24- stündige Fermentation nicht von der Quelle an reduzierendem Zukker beeinflußt wurde, sofern Zucker und Sojabohnenmehl im selben Gewichtsverhältnis zusammengegeben wurden. Die Proben wurden auf die Freisetzung von Ammoniak doppelt analysiert. Abweichende Koeffizienten für den hauptsächlichen Effekt der Erhitzungsdauer wurden berechnet. Die Ergebnisse sind in den Fig. 1, 2 bzw. 3 dargestellt.
Fig. 1 ist eine graphische Darstellung der Freisetzung von Ammoniakstickstoff gegenüber der Erhitzungsdauer für reduzierende Zucker, bei der die Kurve 30 die Wechselwirkung zwischen Fructose und Erhitzungsdauer, die Kurve 32 die Wechselwirkung zwischen Xylose und Erhitzungsdauer und die Kurve 34 die Wechselwirkung zwischen Lactose und Erhitzungsdauer repräsentieren. Die Kurve 38 zeigt zum Vergleich den in Abwesenheit von reduzierendem Zucker freigesetzten Ammoniakstickstoff.
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung des freigesetzten Ammoniakstickstoffs gegenüber der Molzahl an reduzierendem Zucker für jedes Mol Lysin, wobei die Kurve 40 Fructose, die Kurve 42 Glucose, die Kurve 44 Lactose und die Kurve 46 Xylose repräsentieren.
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung des freigesetzten Ammoniakstickstoffs gegenüber dem Molverhältnis von Zucker für jedes Mol Lysin bei unterschiedlichen Erhitzungszeiten. In dieser graphischen Darstellung bedeuten die Kurve 50 eine Kontrolle ohne Erhitzung, die Kurve 52 die Menge an freigesetztem Ammoniak für eine Aufarbeitung mit 30 Minuten langem Erhitzen, und Kurve 54 die Menge an freigesetztem Ammoniak für eine Aufarbeitung mit 90 Minuten langem Erhitzen.

BEISPIEL 2

Es wurden die Effekte von handelsüblichem Sojabohnenmehl, welches keinen Zucker oder reduzierende Zucker (Xylose, Glucose, Fructose oder Lactose) enthielt und ohne Hitze (23ºC) oder mit Hitze für 30 bzw. 60 Minuten auf 150ºC behandelt wurde, auf die Freisetzung von Ammoniak untersucht. Bezogen auf die Trockensubstanz enthielt das Sojabohnenmehl ohne Zucker 46,5% Rohprotein. Dem Sojabohnenmehl ohne Zucker wurden Zucker im Umfang von 3 Mol/Mol Lysin zugegeben, der pH-Wert wurde auf 8,5 eingestellt und sämtliche Proben enthielten 80% Trockensubstanz.
Die die Proben enthaltenden Pfannen zum Erhitzen wurden gemäß Beispiel 1 hergestellt mit der Abweichung, daß sie während des Erhitzens mit Aluminiumfolie verschlossen wurden. Im Anschluß an das Erhitzen wurde der Zuckergehalt sämtlicher Proben vor der Analyse der Ammoniakfreisetzung gemäß Beispiel 1 auf eine gleichen Wert eingestellt.
Die Proben wurden jeweils zweifach hergestellt und jede einzelne doppelt in zwei Durchläufen auf Freisetzung von Ammoniak analysiert. Die Daten wurden analysiert in Form eines zufälligen vollständigen Blockdesigns mit einer 5·3 faktoriellen Anordnung von Behandlungen, wobei der Durchlauf das Blockkriterium war. Wenn keine Wechselwirkung zwischen Block * Zuckerquelle * Erhitzungsdauer beobachtet wurde, wurde dieser Term aus dem statistischen Modell entfernt und die Daten wurden hinsichtlich der hauptsächlichen Effekte und Zuckerquelle durch Wechselwirkungen mit der Erhitzungsdauer analysiert. Die Ergebnisse sind in Fig. 4 dargestellt, welche eine graphische Darstellung ist, die den Effekt der Erhitzungsdauer bei der Aufarbeitung des Futtermittels auf mikrobiellen Abbau illustriert, wobei die Kurven 60, 62, 64, 66 bzw. 68 die folgenden Untersuchungen illustrieren: (1) ein Kontrollfuttermittel ohne reduzierenden Zukker; (2) ein mit Lactose hergestelltes Futtermittel; (3) ein mit Fructose hergestelltes Futtermittel; (4) ein mit Glucose hergestelltes Futtermittel; und (5) ein mit Xylose hergestelltes Futtermittel.

BEISPIEL 3

Die Anfälligkeit von handelsüblichem Sojabohnenmehl oder ungeröstetem Sojabohnenmehl gegenüber nicht-enzymatischem Bräunen wurde durch Messung der Freisetzung von Ammoniak in vitro untersucht. Jedes Sojabohnenmehl wurde mit NaOH auf einen pH-Wert von 8,5 eingestellt und jede Probe wurde mit Xylose im Umfang von 3 Mol/Mol Lysin und destilliertem Wasser auf 80% Trockensubstanz eingestellt. Die Proben wurden entweder nicht thermisch behandelt, so daß sie bei 23ºC verblieben, oder sie wurden für 30 oder 60 Minuten bei 150ºC in einem Umluftofen erhitzt, wie in Beispiel 2 beschrieben.
Die Proben wurden jeweils zweifach hergestellt und jede einzelne doppelt in zwei Durchläufen auf Ammoniakfreisetzung analysiert. Die Daten wurden in Form eines zufälligen vollständigen Blockdesigns mit einer 2·3 faktoriellen Anordnung von Behandlungen analysiert, wobei der Durchlauf das Blockkriterium war. Wenn keine Wechselwirkung zwischen Block, Sojabohnenmehl und Erhitzungsdauer beobachtet wurde, wurde dieser Term aus dem statistischen Modell entfernt und die Daten wurden hinsichtlich der hauptsächlichen Effekte und der Sojabohnenmehlquelle durch Wechselwirkungen mit der Erhitzungsdauer analysiert. Die Ergebnisse sind in Fig. 5 dargestellt, bei der Kurve 70 das ungeröstete Sojabohnenmehl und Kurve 72 handelsübliches Sojabohnenmehl repräsentieren.

BEISPIEL 4

Die Auswirkungen des pH-Wertes wurden jeweils bei natürlichem pH-Wert, einem pH-Wert von 8,5 und einem pH-Wert von 10,0 gemessen, wenn Xylose dem handelsübliches Sojabohnenmehl in einem Verhältnis von 3 Mol/Mol Lysin zugegeben wurde, wobei nicht oder für 20, 40 bzw. 60 Minuten bei 150ºC erhitzt wurde. Der natürliche pH-Wert der kommerziellen Sojabohnenmehlhomogenate betrug vor der Zugabe von NaOH 6,5. Die Proben enthielten 80% Trockensubstanz. Die Bedingungen des Erhitzens waren dieselben wie für Beispiel 2 beschrieben.
Die Proben wurden jeweils zweifach hergestellt und jede einzelne doppelt in zwei Durchläufen auf Freisetzung von Ammoniak analysiert. Die Daten wurden in Form eines zufälligen vollständigen Blockdesigns mit einer 3·3 faktoriellen Anordnung von Behandlungen analysiert, wobei der Durchlauf das Blockkriterium war. Die Daten wurden hinsichtlich der hauptsächlichen Effekte und des pH-Wertes durch Wechselwirkung mit der Erhitzungsdauer analysiert. Die Ergebnisse sind in Fig. 6 dargestellt, bei der die Kurven 74, 76 und 78 Präparationen bei natürlichem pH-Wert, bei einem pH-Wert von 8,5 bzw. bei einem pH-Wert von 10,0 repräsentieren.

BEISPIEL 5

Die Effekte unterschiedlicher Trockensubstanzprozentgehalte (65, 70, 75, 80, 85 und 90 Prozent) auf die Freisetzung von Ammoniak aus handelsüblichem Sojabohnenmehl, welches Xylose im Umfang von 3 Mol Xylose für jedes Mol Lysin enthielt, wurden bei Proben gemessen, die 30 Minuten lang auf 150ºC erhitzt worden waren. Der pH-Wert der Proben betrug 8,5. Zusätzlich wurde der Effekt von in den Pfannen verbleibender Feuchtigkeit bewertet, indem eine Hälfte der Pfannen mit Aluminiumfolie verschlossen wurde.
Die Proben wurden jeweils zweifach hergestellt und jede einzelne doppelt in zwei Durchläufen auf Freisetzung von Ammoniak analysiert. Die Daten wurden in Form eines zufälligen vollständigen Blockdesigns mit einer 6·2 faktoriellen Anordnung von Behandlungen analysiert, wobei der Durchlauf das Blockkriterium war.
Die Daten wurden auf hauptsächliche Effekte und Trockensubstanzgehalt durch Wechselwirkung mit dem Abdecken analysiert. Die Ergebnisse sind in Fig. 7 dargestellt, bei der die Kurven 80 und 82 den Effekt auf die Trockensubstanz veranschaulichen, wenn die Herstellung in abgedeckten bzw. nicht-abgedeckten Pfannen erfolgte.

4. In vitro Ergebnisse

Wie in Fig. 1 dargestellt, sind die Wechselwirkungen zwischen Fructose, Lactose und Glucose für den linearen Effekt des Erhitzens nicht signifikant. Es wurde jedoch eine Wechselwirkung festgestellt, wenn Fructose, Lactose und Glucose hinsichtlich des linearen Effekts der Erhitzungsdauer mit Xylose verglichen wurden.
Ohne Erhitzen führte die Zugabe von Xylose im Vergleich zu Fructose, Lactose und Glucose zu einer stärkeren Unterdrückung der Freisetzung von Ammoniak, was darauf hinweist, daß Xylose bei Raumtemperatur und unter den bestehenden Bedingungen des pH- Wertes und der Feuchtigkeit schneller mit ungeröstetem Sojabohnenmehl reagiert als die anderen Zucker. Diese Daten legen ferner den Schluß nahe, daß Lactose und Glucose bei einer ausreichenden Erhitzungsdauer (90 Minuten) eine mit Xylose vergleichbare Unterdrückung der Freisetzung von Ammoniak herbeiführen.
Bei einer Erhitzungsdauer von 30 Minuten betrug die Freisetzung von Ammoniak aus Proben, die mit Xylose behandelt wurden, lediglich 20% der Freisetzung aus ungeröstetem Sojabohnenmehl, welches ohne Zucker wie in Fig. 1 dargestellt erhitzt wurde.
Diese Daten legen den Schluß nahe, daß die Zugabe von Zucker den Effekt des pH-Wertes, des Feuchtigkeitsgehaltes und der Erhitzung auf das nicht-enzymatische Bräunen vergrößert, wie durch Freisetzung von Ammoniak gemessen wurde.
Wie in Fig. 2 dargestellt, wurden Wechselwirkungen zwischen reduzierenden Zuckerquellen und -gehalten gefunden, wenn sie gegen Erhitzungszeiten aufgetragen wurden. Lineare und quadratische Abweichungen in der Menge an reduzierendem Zucker führten zu keinen Wechselwirkungen zwischen Xylose, Fructose und Glucose. Steigende Mengen an Xylose, Fructose und Glucose von 1 bis 5 Mol/Mol Lysin führten zu ähnlichen Raten der Unterdrückung der Freisetzung von Ammoniak. Die Lactose verhielt sich jedoch nicht in gleicher Weise und die Freisetzung von Ammoniak war bei sämtlichen Lactosegehalten dieselbe.
Eine mögliche Erklärung für das Ausbleiben einer Reaktion auf steigende Lactosegehalte kann in einer sterischen Behinderung gesehen werden, die durch die Molekülgröße dieses Disaccharids verursacht wird. Die Lactose kann leicht mit exponierten Lysylresten bei niedrigen Konzentrationen reagieren, sie kann aber aufgrund ihrer Größe die Tertiärstruktur des Sojabohnenmehlproteins nicht penetrieren und ist nicht in der Lage, mit Lysylresten im Innern des Moleküls zu interagieren.
Wie in Fig. 3 dargestellt, waren die Wechselwirkungen zwischen Proben, die 30 oder 90 Minuten erhitzt wurden und unterschiedliche Gehalte an reduzierendem Zucker aufwiesen, nicht signifikant. Es bestand jedoch eine Wechselwirkung, wenn die 30 oder 90 Minuten lang erhitzten Proben mit nicht-erhitzten Proben hinsichtlich des linearen Effekts der Zuckergehalte verglichen wurden. Da die Temperatur und Erhitzungsdauer als die Rate des nicht-enzymatischen Bräunens hauptsächlich beeinflussende Faktoren angesehen werden, könnte eine Wechselwirkung zwischen dem Gehalt an reduzierendem Zucker und der Erhitzungsdauer erwartet werden.
Da die Bräunungsreaktionen bei Umgebungstemperaturen im Wege der Primärreaktion zwischen Casein und Glucose ablaufen, könnte eine Wechselwirkung zwischen dem Gehalt an reduzierendem Zucker und der Erhitzungsdauer erwartet werden. Die Bräunungsreaktionen treten bei Temperaturen von etwas über 0ºC auf, können aber Wochen in Anspruch nehmen, bis sie ein meßbares Ausmaß erreicht haben. Bei den vorliegenden Versuchen wurden die Proben innerhalb von 24 Stunden nach Einstellung des Zuckers, des pH-Wertes und der Feuchtigkeit erhitzt und für die Zwischenzeit bei 4ºC aufbewahrt. Wenn erhitzt wurde, kam es jedoch zu einem linearen Abfall der Freisetzung von Ammoniak, wenn die Zuckerkonzentration von 1 auf 5 Mol/Mol Lysin angehoben wurde.
Wie in Fig. 4 dargestellt, wurde eine Wechselwirkung mit dem linearen Effekt der Erhitzungsdauer festgestellt, wenn handelsübliches Sojabohnenmehl mit Xylose, Fructose, Glucose oder Lactose behandelt worden war. Das Einschließen von reduzierenden Zuckern in die Reaktionsmedien führte zu einer stärkeren Unterdrückung der Freisetzung von Ammoniak, als auf die Effekte des pH-Wertes, des Feuchtigkeitsgehaltes und der Erhitzungsdauer zurückgeführt werden könnte. Wechselwirkungen wurden jedoch ebenfalls zwischen den reduzierenden Zuckern und dem linearen Effekt der Erhitzungsdauer festgestellt, was den Schluß nahelegt, daß die Reaktivitätsrate für eine Reihe von reduzierenden Zuckerquellen unterschiedlich war.
Die Freisetzung von Ammoniak aus handelsüblichem Sojabohnenmehl, welches mit Xylose behandelt worden war, war im Vergleich zur Behandlung des handelsüblichen Sojabohnenmehls mit Fructose, Lactose oder Glucose bei sämtlichen Erhitzungszeiten niedriger. Diese Daten stimmen mit denen des Beispiels 1 überein, bei dem Xylose der am stärksten reaktive reduzierende Zucker war. Eine Wechselwirkung wurde beobachtet, wenn Fructose hinsichtlich des linearen Effekts der Erhitzungsdauer mit Glucose verglichen wurde. Bei einer Erhitzungsdauer von 30 Minuten schien Fructose ähnlich wie Glucose zu reagieren, während die Glucose bei einer Erhitzung von 60 Minuten zu einer stärkeren Unterdrückung der Freisetzung von Ammoniak führte als Fructose.
Die Daten aus den Beispielen 1 und 2 zeigen, daß die reduzierenden Zucker unter Erhitzung mit Sojabohnenmehl reagierten und zu einer stärkeren Unterdrückung der Freisetzung von Ammoniak führten, als auf den Effekt der Erhitzung von Sojabohnenmehl ohne Zucker zurückgeführt werden kann. Diese Daten zeigten ebenfalls, daß Xylose der am stärksten reaktive reduzierende Zucker ist.
Wie in Fig. 5 dargestellt, wurde eine Wechselwirkung beobachtet zwischen Sojabohnenmehlquellen und dem linearen Effekt der Erhitzung. Ohne die Anwendung von Hitze war die Freisetzung von Ammoniak aus ungeröstetem Sojabohnenmehl höher als aus handelsüblichem Sojabohnenmehl. Die Wechselwirkung zwischen handelsüblichem Sojabohnenmehl und ungeröstetem Sojabohnenmehl gegenüber den Erhitzungszeiten konnte erwartet werden, da die Anfälligkeit der erhitzten Proteine für einen Abbau durch im Pansen vorhandene Mikroben reduziert wird.
Die unterschiedlichen Werte der Freisetzung von Ammoniak aus handelsüblichem Sojabohnenmehl und ungeröstetem Sojabohnenmehl im Falle der ausbleibenden Erhitzung (0 Minuten) der Proben kann das Ergebnis der während des handelsüblichen Veredelns von Sojabohnenmehl ohne Zucker vorgenommenen Erhitzung sein. Es wurden jedoch ähnliche Werte der Freisetzung von Ammoniak für beide Sojabohnenmehlquellen für 60 Minuten beobachtet. Diese Daten zeigen, daß das nicht-enzymatische Bräunen zu einer ähnlichen Unterdrückung der Freisetzung von Ammoniak sowohl aus ungeröstetem Sojabohnenmehl als auch aus handelsüblichem Sojabohnenmehl führt, wenngleich in unterschiedlichen Raten.
Wie in Fig. 6 dargestellt, wurden keine Wechselwirkungen zwischen dem pH-Wert und den Erhitzungszeiten festgestellt. Die Zugabe von NaOH zur Veränderung des pH-Wertes auf 8,5 oder 10,0 führte zu einer geringeren Freisetzung von Ammoniak als es bei Proben, die bei natürlichem pH-Wert (6,5) erhitzt wurden, der Fall war. Die auf einen pH-Wert von 10,0 eingestellten Proben zeigten eine geringere Freisetzung von Ammoniak als diejenigen, die auf einen pH-Wert von 8,5 eingestellt worden waren. Die entsprechend der pH-Behandlungen gemittelte Erhitzungsdauer führte zur Verminderung der Freisetzung von Ammoniak in einer negativ quadratischen Weise.
Die zur Veränderung des pH-Wertes auf 8,5 und 10,0 benötigten Mengen an NaOH betrugen 2,01·10&supmin;&sup4; bzw. 3,58·10&supmin;&sup4; Mol/g Sojabohnenmehl. Eine stichprobenartige Untersuchung des Überstandes aus Röhrchen, die Proben enthielten, welche im Anschluß an die 24-stündigen Inkubationen auf einen pH-Wert von 8,5 oder 10,0 eingestellt worden waren, erbrachten Werte, die sich von denen aus Röhrchen, in denen das Sojabohnenmehl nicht mit NaOH behandelt worden war, nicht unterschieden.
Die &epsi;-Aminogruppe von Lysin wird hauptsächlich von einem pH-Wert zwischen 8 und 9 betroffen, da ein Proton entfernt wird, was dazu führt, daß sie nukleophiler wird als ein protoniertes primäres Amin. Die Anwendung von NaOH löst Reaktionen aus, die von nichtenzymatischem Bräunen verschieden sind, wenn man den pH-Wert über 10 ansteigen läßt. Unter diesen Bedingungen racemisieren Aminosäuren und es bilden sich Querverbindungen hauptsächlich in Form von Lysinoalanin aus.
Wie in Fig. 7 dargestellt, wurde eine Wechselwirkung zwischen dem Trockensubstanzgehalt der Proben und dem Umstand beobachtet, ob die Pfannen während der Erhitzung geschlossen waren oder nicht, wenn man den vollständigen Bereich der verschiedenen Trockensubstanzwerte untersucht. Zwischen 60 und 80% Trockensubstanz wurden jedoch keine Wechselwirkungen beobachtet. Die Wechselwirkung schien sich zu manifestieren, wenn die Proben mehr als 80% Trockensubstanz enthielten. Die in abgedeckten Pfannen erhitzten Proben reagierten vollständiger bei geringen Feuchtigkeitsgehalten als diejenigen in nicht-abgedeckten Pfannen. Die Verluste durch Verdampfung aus nicht-abgedeckten Pfannen während des Erhitzens machten die Feuchtigkeit eher zu einem beschränkenden Faktor als in abgedeckten Pfannen, insbesondere bei einem hohen Gehalt an Trockensubstanz.
Die Feuchtigkeit ist wichtig für das Eintreten von nicht-enzymatischen Bräunungsreaktionen, da das Wasser als Medium dient, durch das die Reaktanten miteinander interagieren. Ein übermäßiger Feuchtigkeitsgehalt in den Reaktionsmischungen kann jedoch die Geschwindigkeit des nicht-enzymatischen Bräunens durch einfaches Verdünnen der Reaktanten und durch eine Endprodukthemmung verlangsamen, da ein Molekül Wasser für jeden gebildeten Aminozucker gebildet wird. Die Wasseraktivität ist der bevorzugte Ausdruck zur Kennzeichnung der Verfügbarkeit von Wasser hinsichtlich der Beteiligung bei Umsetzungen. Der Wassergehalt ist weniger beschreibend als die Wasseraktivität, da Proteine wie auch andere Moleküle in der Lage sind, Wasser eng an sich zu binden und es damit für andere Zwecke unverfügbar machen.
Zusammenfassend führte ein nicht-enzymatisches Bräunen in vitro zu einer Verminderung der Freisetzung von Ammoniak aus Sojabohnenmehl, welches unter vielfältigen Bedingungen behandelt worden war. Die Ergebnisse legen den Schluß nahe, daß diese chemische Umsetzung geeignet sein kann, die Menge an Sojabohnenmehl, die sich dem Abbau im Pansen entzieht, zu erhöhen.

5. Allgemeine in vivo-Bedingungen

Handelsübliches Sojabohnenmehl wurde mit Natriumhydroxid auf einen pH-Wert von 8,5 eingestellt und Xylose bis zu einer Endkonzentration von 3 Mol/Mol Lysin zugegeben. Bezogen auf die Trockensubstanz enthielt die Mischung 91% Sojabohnenmehl, 8,5% Xylose und 0,5% NaOH. Wasser wurde dieser Mischung zugegeben, um den Trockensubstanzgehalt auf 83% einzustellen. Die Anwendung von Hitze erfolgte durch Einwiegen von 820 g Sojabohnenmehltrockensubstanz in Aluminiumpfannen von 28 cm·40 cm·6 cm, Verschließen der Pfannen mit Aluminiumfolie und Erhitzen bei 150ºC in einem Umluftofen. Nach 30 Minuten wurden die Pfannen aus dem Ofen entfernt und das Sojabohnenmehl in Form einer dünnen Schicht auf eine Kunststoffolie ausgebreitet und 24 Stunden lang luftgetrocknet. Das Endprodukt wurde in zwei Beispielen mit handelsüblichem Sojabohnenmehl und Harnstoff als Quelle für Zusatzprotein verglichen.

6. In vivo-Beispiele

BEISPIEL 6

Der Effekt des nicht-enzymatischen Bräunens auf die Menge an diätetischem Sojabohnenmehlprotein, welche sich der Fermentation im Pansen entzieht, wurde unter Einsatz von sechs heranwachsende Angus·Herford-Stiere (247 kg), die über eine Kanüle im Duodenum verfügten, in einem simultan wiederholten 3·3 "Latin square design" bestimmt. Die Kanülen wurden ungefähr 10 cm entfernt vom Pylorus angebracht. Die drei untersuchten Behandlungen umfaßten den Einsatz von Harnstoff, handelsüblichem Sojabohnenmehl und dem hergestellten Futtermittel. Die Diäten (Tabelle 1) wurden so formuliert, daß sie 12,5% Rohprotein-Äquivalent und 54% TDN (Gesamtmenge an verdaubaren Nährstoffen) enthielten, wobei Zusatzstoffe 67% des diätetischen N ausmachten.
Um sicherzustellen, daß sämtliche Diäten zu adequaten Mengen an ruminalem Ammoniak führten, wurde Harnstoff im Umfang von 58% des zusätzlichen Stickstoffs in Diäten, die handelsübliches Sojabohnenmehl und hergestelltes Futtermittel enthielten, eingeschlossen. Alfalfa-Heu (15,9% Rohprotein-Äquivalent, Trockensubstanz) wurde eingeschlossen, um im Pansen abbaubares Protein zur Verfügung zu stellen. Dextrose wurde den Diäten, die Harnstoff oder handelsübliches Sojabohnenmehl enthielten, mit einer Menge von 0,64% der Trockensubstanz der Diät zugegeben, um der Menge an Xylose zu entsprechen, die durch das hergestellte Futtermittel bereitgestellt wurde.
Die Diäten sind in Tabelle 1 dargestellt. In dieser Tabelle sowie in den Tabellen 2-12 bedeutet S.E. die Standardabweichung der durchschnittlichen, freien Aminogruppen bei α-Aminostickstoff; V-A bedeutet venös minus arteriell; SBM bedeutet Sojabohnenmehl; GTS bedeutet mit Glucose behandeltes Sojabohnenmehl; CGM/BM bedeutet Maisglutenmehl-Blutmehl; U bedeutet Harnstoff; CS bedeutet Kontroll-Sojabohnenmehl; XTS-30 bedeutet mit Xylose behandeltes Sojabohnenmehl, für 30 Minuten erhitzt (hergestelltes Futtermittel); XTS-55 bedeutet mit Xylose behandeltes Sojabohnenmehl, für 55 Minuten erhitzt. TABELLE 1 ZUSAMMENSETZUNG DER DIÄTEN, DIE DEN STIEREN MIT EINER DUODENAL APPLIZIERTEN KANÜLE VERFÜTTERT WURDEN Inhaltsstoffe Behandlung % Trockensubstanz Silierte, gemahlene Maiskolben Gemahlenes Alfalfa-Heu CS XTS-30 Harnstoff Gemahlener Mais Dicalciumphosphat Dextrose Salz Mischung von Spurenelementen Mischung von Vitaminen
Die Mischung von Spurenelementen enthält 20% Mg, 12% Zn, 7% Fe, 4% Mn, 1% Cu, 0,3% I und 0,1% Co, und die Mischung von Vitaminen enthält 30 000 IU Vitamin A, 6000 IU Vitamin D und 7,5 IU Vitamin E/g.
Die Tiere wurden einzeln eingepfercht in einen hinsichtlich der Umgebungseinflüsse kontrollierten Raum unter Versorgung mit konstantem Licht und Temperatur (23ºC). Die Aufnahme von Trokkensubstanz wurde auf 2% Körpergewicht beschränkt und die Tiere wurden alle 2 Stunden gefüttert bis zum Erreichen von ungefähren Gleichgewichtsbedingungen im Pansen. Die experimentellen Zeitspannen betrugen 14 Tage und bestanden aus 10 Tagen der Vorfütterung und 4 Tagen der Kollektion. Duodenale und fäkale Proben wurden alle 8 Stunden gesammelt mit einem 10-stündigen Intervall zwischen den Tagen, um eine Veränderung der Probeentnahmezeiten zu ermöglichen. Diese Sequenz der Probeentnahme erlaubte den Erhalt einer Probe zu jeder geraden Stunde des 24-stündigen Tages. Duodenale Proben (130 ml) wurden erhalten, indem das Verschlußstück der Kanüle entfernt und auf das pulsierende Ausströmen von Verdauungsmaterial gewartet wurde, welches in Taschen gesammelt wurde, die sich in einer Wirbelanordnung befanden (whirl-pack bags). Fäkale Greifproben wurden zum Zeitpunkt der duodenalen Probeentnahme erhalten. Silierte Maiskolben, Alfalfa-Heu und Zusatzproben wurden einmal täglich während der Sammlungszeiträume gesammelt. Die duodenalen, fäkalen und Futterproben wurden gefroren aufbewahrt.
Die zu den verschiedenen Zeiten den Tieren entnommenen duodenalen Proben wurden in gleichen Volumenanteilen vereinigt und auf weitere Proben aufgeteilt. Die fäkalen Proben wurden in ähnlicher Weise auf gleicher Gewichtsbasis vermischt. Die Composite wurden lyophilisiert und vermahlen, so daß sie ein 1 mm Sieb passieren konnten. Silierte Maiskolbenproben wurden durch Lufttrocknen zum Mahlen vorbereitet und sämtliche Futtermittelproben wurden vor der Vermischung durch die Periode gemahlen, damit sie ein 1 mm Sieb passieren konnten.
Die Laboranalysen schlossen unverdauliche Säuredetergensfasern, die als Durchflußmarker für die Feststoffe dienten, sowie N, Asche und Diaminopimelinsäure ein. Aufgrund der Schwierigkeiten bei der Bestimmung der Verhältnisse von bakteriellem N: Diaminopimelinsäure wurde die bakterielle Proteinsynthese unter der Annahme von 18 g bakteriellem N/g Diaminopimelinsäure berechnet. Jedes Tier diente sich selbst als Kontrolle bei der Ermittlung der Fraktion des handelsüblichen Sojabohnenmehls oder des hergestellten Futterproteins, welches sich dem Abbau im Pansen entzieht, unter Anwendung der Gleichung 1, bei der % REP eine Schätzung des Ausmaßes des Entziehens des Sojabohnenmehlproteins aus dem Pansen, TNFS den gesamten duodenalen nicht-ammoniakalischen Stickstoffdurchfluß unter Aufnahme von Sojabohnenmehl oder hergestelltem Futtermittel g/d (Gramm pro Tag), BNFS der duodenale bakterielle Durchfluß unter Aufnahme von Sojabohnenmehl oder hergestelltem Futtermittel (g/d), DNFU der gesamte NAN (nicht-ammoniakalischer Stickstoff)-Durchfluß unter Aufnahme von Harnstoff (g/d), BNFU der bakterielle Stickstoffdurchfluß unter Aufnahme von Harnstoff, und SNI die Aufnahme von Sojabohnenmehl- N (Stickstoff) (g/d) bedeuten.

GLEICHUNG 1

% REP = (TNFS-BNFS)-(TNFU-BNFU)·100

GLEICHUNG 2

100((ND-NDU)/(PNS/100)·(PND/100)))

BEISPIEL 7

Drei jeweils sechs Monate alte Finnsheep·Suffolk ram-Lämmer (24,7 kg) wurden in einem 3·3 "Latin square design" eingesetzt, um die Netto FAN-Absorption aus den Pfortader-drainierten Eingeweiden zu messen, wenn Harnstoff, handelsübliches Sojabohnenmehl oder zubereitetes Futtermittel die zusätzlichen N-Quellen waren. Die Diäten (Tabelle 2) enthielten 12% Rohprotein- Äquivalente (Trockensubstanz) und 57% TDN, wobei 65% des diätetischen Stickstoffs durch den Zusatz bereitgestellt wurden.
Im Falle der Diäten, die handelsübliches Sojabohnenmehl enthielten, wurden 100% des zusätzlichen Stickstoffs in Form von handelsüblichem Sojabohnenmehl bereitgestellt, während bei den Diäten, die zubereitetes Futtermittel enthielten, 60% des zusätzlichen Stickstoffs durch zubereitetes Futtermittel und 40% durch Harnstoff bereitgestellt wurden. Die Diät-Trockensubstanz wurde in einer Menge von 2,5% des Körpergewichts in gleichen Portionen bei 0600, 1200, 1800 und 2400 Stunden verfüttert. Wasser stand nach Belieben zur Verfügung. Vor dem Beginn dieses Versuchs wurden die Tiere 5 Wochen lang mit pelletiertem Alfalfa gefüttert. TABELLE 2 ZUSAMMENSETZUNG DER DIÄTEN, DIE AN KATHETERISIERTE LÄMMER VERFÜTTERT WURDEN Inhaltsstoffe Behandlung % Trockensubstanz Silierte, gemahlene Maiskolben Gemahlenes Alfalfa-Heu Zuckerrohrmelassen CS XTS-30 Harnstoff Gemahlener Mais Harnstoff Dextrose Dicalciumphosphat Kaliumchlorid Ammoniumsulfat Salz Magnesiumoxid Mischung von Spurenelementen Mischung von Vitaminen
Die Lämmer wurden unter Vollnarkose gesetzt zur chirurgischen Implantierung von Kathetern in die Leberpfortader, in die mesenteriale Vene und in die Karotisarterie. Im Anschluß an die Operation wurden die Katheter zweimal wöchentlich mit steriler physiologischer Kochsalzlösung enthaltend 100 Einheiten/ml Heparin, 1% Benzylalkohol und 0,5% Procainpenicillin G: Dihydrostreptomyocin durchgespült. Die experimentellen Zeiträume betrugen 7 Tage, während derer die Tiere an Diäten für 6 Tage adaptiert wurden. Am 7 Tag wurden Blutproben vor der Fütterung zur Stunde 0600 und dann stündlich bis zur Stunde 1100 entnommen.
Die Blutflußraten wurden ermittelt durch "geprimte", kontinuierliche Infusion von 3% (Gew./Vol.) para-Aminohippursäure in die mesenteriale Vene. Proben von arteriellem und portalem Blut (20 ml) wurden gleichzeitig in mit Heparin behandelte Spritzen aufgezogen,in Röhrchen überführt, welche 30 mg NaF enthielten, und vermischt. Das gepackte Zellvolumen wurde sofort mittels Zentrifugation von mit Blut gefüllten Kapillarröhrchen bestimmt. Ein 10 ml umfassendes Aliquot von Vollblut wurde zur Analyse auf para-Aminohippursäure deproteinisiert. Das Plasma wurde mit Sulfosalicylsäure zur Bestimmung von FAN deproteinisiert.
Die Proben von deproteinisiertem venösem und arteriellem Vollblut wurden vermischt und auf para-Aminohippursäure analysiert. Deproteinisierte Plasmaproben wurden auf FAN analysiert. Die Blutflußraten wurden berechnet durch Multiplikation des Blutflusses mit (100-gepacktem Zellvolumen)/100 und die tägliche portale Nettoabsorption von FAN wurde berechnet.
Die der portalen Nettoabsorption von FAN zugrundeliegende Aufnahme von handelsüblichem Sojabohnenmehl oder zubereitetem Futtermittel wurde berechnet durch Subtraktion der FAN-Absorption, wenn Harnstoff die Rohproteinquelle war, von der portalen Nettoabsorption von FAN, wenn handelsübliches Sojabohnenmehl oder zubereitetes Futtermittel verfüttert wurden. Da das handelsübliche Sojabohnenmehl 100% des zugesetzten Stickstoffs und das zubereitete Futtermittel 60% des zusätzlichen Stickstoffs bereitstellten, wurden die Schätzungen der portalen Nettoabsorption von FAN über Harnstoff für handelsübliches Sojabohnenmehl mit 0,6 multipliziert, um Vergleiche zwischen handelsüblichem Sojabohnenmehl und zubereitetem Futtermittel zu ermöglichen.

7. Ergebnisse und Diskussion

Wie in Tabelle 3 dargestellt, wurde bei den Behandlungen weder die Aufnahme von organischer Substanz verändert, wie im experimentellen Protokoll vorgeschrieben, noch unterschied sich bei den Behandlungen der tägliche duodenale Durchfluß an organischem Material von der fäkalen Exkretion von organischem Material. Demgemäß wurden die offensichtlichen im Pansen vorherrschenden und den Gesamttrakt hinsichtlich der organischen Substanz betreffenden Verdaulichkeiten durch die Behandlung nicht beeinflußt und lagen im Durchschnitt bei 50,3 bzw. 57,8%. TABELLE 3 AUFNAHME, DURCHFLUßRATE UND OFFENSICHTLICHE VER- DAULICHKEIT VON ORGANISCHER SUBSTANZ BEI STIEREN Inhaltsstoffe Behandlung Aufnahme Durchfluß, g/d Zum Duodenom Fäkale Exkretion Offensichtliche Verdaulichkeit, % Pansen Gesamttrakt
Obgleich die Unterschiede gering waren, waren die diätetische N- Aufnahme und Sojabohnenmehl N-Aufnahme der Stiere unter Zusatz von zubereitetem Futtermittel höher als unter Zusatz von handelsüblichem Sojabohnenmehl (Tabelle 4). Die duodenalen NAN- Durchflußwerte der Stiere waren unter Zusatz von Sojabohnenmehl als unter Zusatz von Harnstoff höher, und waren höher bei Stieren, die zusätzlich zubereitetes Futtermittel erhielten als bei denjenigen, die handelsübliches Sojabohnenmehl erhielten. Die Verdaulichkeit von N im Pansen war höher bei Stieren, denen Harnstoff verfüttert wurde, als bei denjenigen, denen Sojabohnenmehl verfüttert wurde, und waren höher, wenn handelsübliches Sojabohnenmehl verfüttert wurde als wenn zubereitetes Futtermittel verfüttert wurde.
Der bakterielle N-Durchfluß zum Duodenum eines jeden Tieres wurde berechnet durch Multiplikation der Menge an Diaminopimelinsäure, die das Duodenum erreichte, mit 18 g bakteriellem N/g Diaminopimelinsäure. Der tägliche duodenale Durchfluß von bakteriellem N war höher, wenn Sojabohnenmehl gefüttert wurde, als wenn Harnstoff gefüttert wurde, unterschied sich aber nicht bei handelsüblichem Sojabohnenmehl und zubereitetem Futtermittel. TABELLE 4 AUFNAHME, DURCHFLUß, OFFENSICHTLICHE VERDAULICH- KEIT UND RUMINALES ENTZIEHEN VON STICKSTOFF (N) BEI STIEREN Inhaltsstoffe Behandlung N-Aufnahme Sojabohnen Durchfluß N, nicht-ammoniakalisch N, bakteriell N, diätetisch Fäkale Exkretion Offensichtliche Verdaulichkeit Pansen Gesamttrakt Ruminales Entziehen von Sojabohnenmehl-N
Die diätetischen N-Durchflüsse (einschließlich protozoalem und endogenem N) waren höher bei Tieren, denen Sojabohnenmehl gefüttert wurde, als-bei Tieren, denen Harnstoff verfüttert wurde, und waren höher bei Tieren, die zusätzlich zubereitetes Futtermittel erhielten als bei denjenigen, die handelsübliches Sojabohnenmehl erhielten. Die geschätzten Werte für das ruminale Entziehen von handelsüblichem Sojabohnenmehl und zubereitetem Futtermittel betrugen 13,1 bzw. 33,7% und waren unterschiedlich.
Die fäkale N-Exkretion war höher, wenn die Tiere mit Sojabohnenmehl gefüttert wurden, als wenn sie Harnstoff erhielten, und war höher, wenn sie mit zubereitetem Futtermittel gefüttert wurden, als wenn sie mit handelsüblichem Sojabohnenmehl gefüttert wurden. Diese Unterschiede scheinen eine Funktion der höheren N- Aufnahme von Rindern, die zusätzlich mit zubereitetem Futtermittel gefüttert wurden, zu sein, da die Vergleiche der offensichtlichen Verdaulichkeit von N im Gesamttrakt nicht unterschiedlich waren. Der Befund, daß die Verdaulichkeit von N im Gesamttrakt bei Stieren, die mit zubereitetem Futtermittel gehalten wurden, nicht geringer war als bei Stieren, die mit handelsüblichem Sojabohnenmehl gehalten wurden, war erfolgversprechend, da nicht-enzymatische Bräunungsreaktionen die Verdaulichkeit von N verringern. Da die Verdaulichkeit von N nicht beeinflußt wurde, legen die Daten den Schluß nahe, daß es infolge der reversiblen nicht-enzymatischen Bräunung zu einem Schutz der Proteine kam.
Wie in Tabelle 5 dargestellt, unterschieden sich sowohl die Aufnahme an Trockensubstanz als auch das gepackte Zellvolumen bei den Behandlungen nicht. Der portale Blutfluß war jedoch bei Lämmern, die Sojabohnenmehl erhielten, höher als bei Lämmern, die Harnstoff erhielten, und neigten dazu in Lämmern, die zubereitetes Futtermittel erhielten, höher zu sein als bei Lämmern, die handelsübliches Sojabohnenmehl erhielten. Die in diesem Beispiel beobachteten Werte des portalen Blutflusses sind allgemein höher als die in der Literatur berichteten Werte, bei denen mittels "geprimter" kontinuierlicher Infusion von para-Aminohippursäure gemessen wurde. In den vorliegenden Studien wurden Blutproben zwischen den Fütterungen zu den Stunden 0600 und 1200 mit der Absicht erhalten, daß der während dieses Intervalls zu messende portale Blutfluß repräsentativ für den durchschnittlichen täglichen portalen Blutfluß sein wird.
Die Unterschiede aufgrund der zugesetzten N-Quellen waren statistisch nicht signifikant, und zwar weder für venös/arterielle Unterschiede in der Konzentration an FAN, noch hinsichtlich der portalen Nettoabsorption von FAN, obgleich die Werte für Lämmer, die zubereitetes Futtermittel erhielten, numerisch höher sind als die derjenigen Lämmer, die handelsübliches Sojabohnenmehl erhielten. Berechnet auf der Grundlage einer gleichen Aufnahme von Sojabohnenmehl-N war die tägliche Absorption von FAN aus zubereitetem Futtermittel ungefähr dreimal höher als die von handelsüblichem Sojabohnenmehl. TABELLE 5 KÖRPERGEWICHT, FUTTERMITTELAUFNAHME UND BLUTMESSUNGEN DER LÄMMER Inhaltsstoffe Behandlung Körpergewicht Trockensubstanz-Aufnahme Gepacktes Zellvolumen Portaler Blutfluß AAN-Konzentration, V-A Unterschied AAN-Absorption AAN-Absorption über Harnstoff Beobachtet Bei gleicher SBM-Aufnahme
Da durch unkontrolliertes nicht-enzymatisches Bräunen Proteine von geringer Verdaulichkeit gebildet werden können, waren Versuche zur Bestimmung des Effekts des nicht-enzymatischen Bräunens auf das ruminale Entziehen von Sojabohnenmehl sowie für die Frage erforderlich, ob die Verdaulichkeit von Proteinen beeinflußt wurde. Die Beispiele 6 und 7 legen nahe, daß es eine grundsätzliche Übereinstimmung hinsichtlich des Effektes von nicht-enzymatischem Bräunen auf die Metabolismen von Sojabohnenmehl gibt. Das Beispiel 6 zeigte, daß das ruminale Entziehen von zubereitetem Futtermittel ungefähr 2,6 mal höher ist als bei handelsüblichem Sojabohnenmehl, und daß die Verdaulichkeiten von N im Gesamttrakt vergleichbar waren. Die Daten aus Beispiel 7 ergaben bei Berechnung der gleichen Aufnahme von Sojabohnenmehlprotein, daß die portale Nettoabsorption von FAN aus Sojabohnenmehl im Falle von zubereitetem Futtermittel ungefähr dreimal höher war als bei handelsüblichem Sojabohnenmehl.

8. In vitro-Beispiele

BEISPIEL 8

Die Ziele des Beispiels 8 waren: (1) die Bestimmung der Proteinwirksamkeit von zubereitetem Futtermittel in Relation zu unbehandeltem, handelsüblichem Sojabohnenmehl, und (2) der Nachweis, ob mit Xylose behandeltes Sojabohnenmehl, welches länger als 30 Minuten erhitzt wird, zu einer verbesserten oder verminderten Proteinwirksamkeit in Relation zum zubereiteten Futtermittel führt. Das zweite mit Xylose behandelte Sojabohnenmehl, XTS-55 wurde ähnlich dem zubereiteten Futtermittel hergestellt mit der Ausnahme, daß die Erhitzung 55 Minuten lang bei 150ºC erfolgte.
Achtundvierzig 3 Monate alte Finnsheep·Suffolk Lämmer (22 kg) wurden in Form eines zufälligen vollständigen Blockdesigns eingesetzt. 12 Tiere aus jedem der drei Blöcke bestehend aus Mutterschafen (22 kg), leichten Hammeln (20 kg) und schweren Hammeln (26 kg)) wurden zufällig vier zusätzlichen N-Quellen zugeführt, welche Harnstoff, handelsübliches Sojabohnenmehl, zubereitetes Futtermittel und XTS-55 einschlossen. Vier Mengen an Sojabohnenprotein wurden innerhalb einer jeden Sojabohnenmehlquelle verfüttert. Die Mengen an handelsüblichem Sojabohnenmehl waren 100, 80, 60 und 40% von zusätzlichem N in Form von handelsüblichem Sojabohnenmehl, wobei der Rest auf Harnstoff entfiel. Die Mengen an zubereitetem Futtermittel und XTS-55 waren 60, 45, 30 und 15% an zusätzlichem N aus der entsprechenden Quelle, wobei der Rest auf Harnstoff entfiel.
Zusatzstoffe, welche 18,9% der Diättrockensubstanz umfaßten, ersetzten 65% der diätetischen Rohprotein-Äquivalente. Die Diäten (Tabelle 6) wurden abgeglichen auf 12,2% Rohprotein-Äquivalente und 57% insgesamt verdaubarer Nährstoffe. Glucose wurde in Diäten eingeschlossen, welche Lämmern verfüttert wurde, die Harnstoff und handelsübliches Sojabohnenmehl konsumierten, mit 0,81% der Diättrockensubstanz, was der Menge an Xylose entspricht, die durch das zubereitete Futtermittel und XTS-55 bereitgestellt wurden. Über den 80-tägigen Versuch hinweg wurden die Tiere einzeln einmal am Tag gefüttert. Die Diäten wurden als Prozentsatz des Körpergewichts rationiert, wobei die Bestimmung anhand der Menge an Futtermittel erfolgte, welche von Lämmern konsumiert wurde, die Harnstoff erhielten. Wasser stand nach Belieben zur Verfügung. TABELLE 6 ZUSAMMENSETZUNG VON AN LÄMMER VERFÜTTERTE DIÄTEN Inhaltsstoffe Behandlung % Trockensubstanz Silierte, gemahlene Maiskolben Gemahlenes Alfalfa-Heu Zuckerrohrmelassen CS XTS-30 oder XTS-55 Harnstoff Glucose Dicalciumphosphat Kaliumchlorid Ammoniumsulfat Salz Magnesiumoxid Mischung von Spurenelementen Mischung von Vitaminen
Die anfänglichen und endgültigen Gewichte der Lämmer wurden bestimmt als Durchschnittswerte der Gewichte dreier aufeinanderfolgender Tage. Die Tiere wurden in einem Raum bei kontinuierlichem Licht und konstanter Temperatur (23ºC) untergebracht. Die verweigerten Futtermengen wurden wöchentlich gemessen und zur Analyse der Trockensubstanz gesammelt. Die Trockensubstanzgehalte der Futtermittel und der verweigerten Futtermittel wurden bestimmt durch Trocknen der Proben in einem Umluftofen bei 60ºC für 72 Stunden.
Die Proteinwirksamkeiten der Sojabohnenmehlquellen wurden bestimmt. Die Trockensubstanz und Aufnahmen des Sojabohnenmehlproteins sowie die Daten hinsichtlich der Gewichtszunahme und der Futterwirksamkeit wurden bezüglich der Haupteffekte der N- Quelle analysiert.

BEISPIEL 9

Es wurden die offensichtlichen Verdaulichkeiten von Protein gemessen, welches in Form von Harnstoff, handelsüblichem Sojabohnenmehl und zubereitetem Futtermittel und XTS-55 zur Verfügung gestellt wurde. 24 Finnsheep·Suffolk Hammellämmer (27 kg) wurden mit Canvasbehältern zur Sammlung der Fäkalien ausgerüstet und einem von vier diätetischen Behandlungen in Form eines vollständig zufälligen Designs zugeführt. Die Diäten (Tabelle 6) wurden einzeln einmal am Tag in einer Menge von 2,6% des Körpergewichts in einem Raum bei kontinuierlichem Licht und konstanter Temperatur (23ºC) verfüttert.
Das Experiment bestand aus einer 10-tägigen Adaption, gefolgt von einer 7-tägigen Sammlung von Fäkalien. Während der Sammlungsperiode wurden die Fäkalien wöchentlich gewogen und ein Aliquot von 10% eingefroren. Während der Sammlung wurden täglich Proben der Futtermittel entnommen. Vermischtes wurde wiederum unterteilt zur Bestimmung der Trockensubstanz und in einem Umluftofen bei 60ºC für 72 Stunden getrocknet. Der Rest der Mischungen wurde lyophilisiert und vermahlen, so daß er ein 1 mm Sieb passieren konnte. Die Proben wurden auf N gemäß den Makro- Kjeldahl-Herstellern analysiert.
Die Verdaulichkeit von N aus Sojabohnenmehlursprung wurde mit der Gleichung 2 ermittelt, bei der ND die offensichtliche Verdaulichkeit von N bei Lämmern bedeutet, die handelsübliches Sojabohnenmehl oder zubereitetes Futtermittel konsumierten, NDU die mittlere offensichtliche Verdaulichkeit von N bei Lämmern bedeutet, die Harnstoff konsumierten, PNS der Prozentgehalt der mittels handelsüblichem Sojabohnenmehl (100%), hergestelltem Futtermittel (60%) oder XTS-55 (60%) bereitgestellten Zusatzes an N bedeutet, und PND der Prozentgehalt des durch Zusatz (65%) bereitgestellten diätetischen Stickstoffs bedeutet. Die erhaltenen Werte sind Schätzungen in Relation zu Harnstoff, welcher als 100%-ig abbaubar angenommen wurde. Die Daten wurden in Form eines vollständig zufälligen Designs mittels Analyse der Varianz analysiert.

BEISPIEL 10

Beispiel 10 wurde durchgeführt, um zu ermitteln, ob die Proteinwirksamkeit von Sojabohnenmehl durch Behandlung mit einem günstigen kostenreduzierenden Zucker, der Glucose, verbessert werden könnte. Unter Anwendung eines in vitro-Protease (Ficin)- Assays wurde Sojabohnenmehl, welches mit 1, 3 oder 5 Mol Glucose/Mol Lysin behandelt und für 30, 60 oder 90 Minuten bei 150ºC erhitzt worden war, mit zubereitetem Futtermittel verglichen. Der Trockensubstanzgehalt (Prozent) und der pH-Wert sämtlicher Proben vor dem Erhitzen betrug 80 bzw. 8,5.
Die Daten (Tabelle 7) zeigten eine der von zubereitetem Futtermittel ähnliche Abbaubarkeit von Sojabohnenmehl, welches mit 2 oder 3 Mol Glucose/Mol Lysin behandelt und 60 Minuten lang erhitzt worden war. Die Daten der Abbaubarkeit mittels Protease wurden genommen, um nahezulegen, daß mit Glucose behandeltes Sojabohnenmehl einen Nährwert aufweisen würde, der dem vom zubereiteten Futtermittel ähnlich ist. Mit Glucose behandeltes Sojabohnenmehl wurde hergestellt durch Zugabe von 3 Mol Glucose/Mol Lysin, Einstellen des Trockensubstanzgehaltes und des pH-Wertes auf 80% bzw. 8,5, und Erhitzen gemäß den zuvor beschriebenen Verfahren für 60 Minuten. TABELLE 7 EFFEKT DER GLUCOSEMENGEN UND DER ERHITZUNGSDAUER BEI 150ºC AUF FICIN-ABBAUBARKEIT VON SOJABOHNENPROTEIN Menge Reduzierender Zucker Kontrolle Xylose Glucose Unverdauter N, % des ursprünglichen Minuten bei 150ºC
Sechzig Zuchtstiere (218 kg) wurden 105 Tage lang gefüttert, um die Proteinwirksamkeit von mit Glucose behandeltem Sojabohnenmehl im Vergleich zu handelsüblichem Sojabohnenmehl zu messen. Der experimentelle Aufbau bestand in einem zufälligen vollständigen Block, in welchem Rinder in zufälliger Weise einem der beiden vorderen geöffneten Fütterungströge zugeführt wurden. Die zusätzlichen N-Quellen waren Harnstoff, handelsübliches Sojabohnenmehl, mit Glucose behandeltes Sojabohnenmehl und eine 50 : 50 (Proteinbasis ) -Mischung von Maisglutenmehl und Blutmehl, welche als positive Kontrolle diente. 12 Tiere wurden zufällig zur Aufnahme von Harnstoff ausgewählt, und 16 Tiere wurden zufällig zur Aufnahme von handelsüblichem Sojabohnenmehl, mit Glucose behandeltem Sojabohnenmehl oder Maisglutenmehl und Blutmehl bestimmt. Die Mengen an handelsüblichem Sojabohnenmehl betrugen 100, 80, 60 oder 40% an zusätzlichem N, wobei der Rest auf Harnstoff entfiel. Die Mengen an mit Glucose behandeltem Sojabohnenmehl und Maisglutenmehl und Blutmehl waren 60, 45, 30 oder 15% des zugesetzten N, wobei der Rest auf Harnstoff entfiel. Die Rinder wurden individuell mittels elektronischer Calan-Broadbent-Gatter gefüttert.
Die Diäten (Tabelle 8) enthielten 11,5% Rohprotein-Äquivalente und 55% insgesamt verdaubare Nährstoffe. Die Zusatzstoffe, welche 15,85% der Trockensubstanz der Diät umfaßten, stellten 57% des diätetischen N bereit. In die Diäten, welche Harnstoff, handelsübliches Sojabohnenmehl und Maisglutenmehl und Blutmehl enthielten, wurde Glucose mit 0,81% der Diättrockensubstanz eingeschlossen, wodurch die Menge gleichgestellt wurde, die durch mit Glucose behandeltes Sojabohnenmehl bereitgestellt wurde. TABELLE 8 ZUSAMMENSETZUNG DER AN STIERE GEMÄß VERSUCH 3 UND LÄMMER VERFÜTTERTEN DIÄTEN Inhaltsstoffe Behandlung % Trockensubstanz Silierte, gemahlene Maiskolben Gemahlenes Alfalfa-Heu CS GTS Maisglutenmehl Blutmehl Gemahlenes Mehl Harnstoff Glucose Dicalciumphosphat Kaliumchlorid Salz Ammoniumsulfat Magnesiumoxid Schwefel Kalkstein Mischung von Spurenelementen Mischung von Vitaminen
Das Futtermittel wurde einmal täglich als Prozentgehalt des Körpergewichts unter Bestimmung der Menge von Stieren, denen Harnstoff verfüttert wurde, konsumierten Futtermittels rationiert. Wasser stand nach Belieben zur Verfügung. Die Proben der Futtermittel wurden wöchentlich erhalten und die Trockensubstanz wurde bestimmt durch Trocknen der Proben bei 60ºC für 72 Stunden. Die Zusatzproben wurden auf N durch die Makro-Kjeldahl- Technik zur Sicherstellung des richtigen N-Gehalts analysiert. Die anfänglichen und endgültigen Gewichte der Stiere wurden bestimmt in Form von Durchschnittswerten dreier aufeinanderfolgender Tagesgewichte.
Die Proteinwirksamkeiten wurden wie zuvor beschrieben bestimmt. Die Trockensubstanz und Proteinaufnahmen sowie die Daten der Gewichtszunahme und der Futtermitteleffizienz wurden hinsichtlich hauptsächlicher Effekte der Proteinquelle durch Analyse der Varianz in Form eines zufälligen vollständigen Blockdesigns analysiert.

BEISPIEL 11

Die offensichtliche Verdaulichkeit von mittels Harnstoff, handelsüblichem Sojabohnenmehl und zubereitetem Futtermittel bereitgestelltem Protein wurde bestimmt. 18 Finnsheep·Suffolk Hammellämmer (40 kg) wurden mit Canvas-Taschen zum Sammeln der Fäkalien ausgerüstet und drei diätetischen Behandlungen (Harnstoff, handelsüblichem Sojabohnenmehl und mit Glucose behandeltes Sojabohnenmehl; Tabelle 8) in einer vollständig zufälligen Anordnung zugeführt. Die Lämmer wurden einzeln gefüttert mit einem gleichen Prozentgehalt des Körpergewichts hinsichtlich der Stoffwechselraten bei kontinuierlichem Licht und konstanter Temperatur (23ºC). Das Protokoll und die Reaktionsvariablen für dieses Experiment entsprachen den in Beispiel 7 beschriebenen.

9. Ergebnisse und Diskussionen

Die Proteinwirksamkeit wird definiert als die täglich beobachtete Gewichtszunahme, die über diejenige von Tieren hinausgeht, die mit Harnstoff gefüttert wurden, pro tatsächlich zugesetzter Proteineinheit. Die Proteinwirksamkeiten von handelsüblichem Sojabohnenmehl, zubereitetem Futtermittel und XTS-55, wie sie den Schafen in Beispiel 7 verfüttert wurden, sind in Fig. 8 in Form von Schrägen dargestellt.
In Fig. 8 ist die Proteinwirksamkeit bei Lämmern dargestellt, denen gemäß Beispiel 8 Kontroll-Sojabohnenmehl (handelsübliches Sojabohnenmehl), mit Xylose behandeltes Sojabohnenmehl, welches 20 Minuten lang erhitzt wurde (zubereitetes Futtermittel) und mit Xylose behandelte Sojabohnen, welche 55 Minuten erhitzt wurden (XTS-55), verfüttert wurde. Die Schrägen und Standardabweichungen für handelsübliches Sojabohnenmehl (Kurve 94), für zubereitetes Futtermittel und für XTS-55 waren 0,63, 0,16; 1,27, 0,31; bzw. 0,91, 0,28. Vergleiche erfolgten mit handelsüblichem Sojabohnenmehl gegenüber zubereitetem Futtermittel (Kurve 90) und mit zubereitetem Futtermittel gegenüber XTS-55 (Kurve 92). Die Proteinwirksamkeit von zubereitetem Futtermittel war ungefähr zweimal höher als bei handelsüblichem Sojabohnenmehl. Die Proteinwirksamkeit von XTS-55 lag zwischen dem Wert für zubereitetes Futtermittel und dem für handelsübliches Sojabohnenmehl und war statistisch nicht vom zubereiteten Futtermittel verschieden.
Wie beabsichtigt, gab es bei den Behandlungen (Tabelle 9) bezüglich der Aufnahme von Trockensubstanz durch die Lämmer in Beispiel 7 keine Unterschiede. Jedoch lagen die Gewichtszunahmen und Futterumsätze (Gewichtszunahme/Aufnahme von Trockensubstanz) höher bei Lämmern, denen Sojabohnenmehl verfüttert wurde, als bei Lämmern, die Harnstoff erhielten. Es wurden bezüglich der Gewichtszunahme oder der Futterumsetzung keine Unterschiede zwischen handelsüblichem Sojabohnenmehl, zubereitetem Futtermittel und XTS-55 beobachtet. Man hätte jedoch erwartet, daß die Gewichtszunahme und Futterumsetzung bei Messung unterhalb des Proteinbedarf s eines Tieres sowohl die Quantität als auch die Abbaubarkeit des verfütterten Proteins im Pansen reflektieren. Um Gewichtszunahmen und Futterumsetzungen zu erreichen, die denjenigen von Lämmern entsprechen, welche handelsübliches Sojabohnenmehl erhalten hatten, war halb so viel Protein aus zubereitetem Futtermittel erforderlich. TABELLE 9 DATEN ZUR AUFNAHME UND ZUM NUTZEFFEKT BEI LAMMERN IN VERSUCH 1 Item Behandlung Aufnahme von: Trockensubstanz Körpergewicht Protein über Harnstoff-gefütterte Lämmer Gewichtszunahme Gewichtszunahme/Trockensubstanz-Aufnahme
Die Aufnahme von Trockensubstanz durch die Lämmer in Beispiel 8 war bei den verschiedenen Behandlungen (Tabelle 5) nicht unterschiedlich. Die offensichtlichen Verdaulichkeiten der Trockensubstanz waren niedriger bei Lämmern, die zubereitetes Futtermittel konsumierten, als bei denjenigen, denen XTS-55 verfüttert wurde, wobei eine Erklärung für diesen Befund nicht gegeben werden kann.
Die offensichtlichen Verdaulichkeiten von N waren im Falle von mit Sojabohnenmehl gefütterten Lämmern geringer als bei mit Harnstoff gefütterten Lämmern und waren geringer bei Lämmern, die zubereitetes Futtermittel und XTS-55 erhielten als bei denjenigen, die mit handelsüblichem Sojabohnenmehl gefüttert wurden. Die offensichtliche Verdaulichkeit von N zeigte keine Unterschiede zwischen zubereitetem Futtermittel und XTS-55. Da die Proteinwirksamkeit von XTS-55 numerisch, aber nicht statistisch niedriger als die des zubereiteten Futtermittels in Beispiel 7 war, und da die Verdaulichkeit von N aus zubereitetem Futtermittel sich nicht von derjenigen von XTS-55 unterschied, kann es sein, daß das Erhitzen des mit Xylose behandelten Sojabohnenmehls für länger als 30 Minuten zum Erreichen der Behandlung unnötig ist.
Vermutlich führte die Behandlung des Sojabohnenmehls mittels kontrollierten nicht-enzymatischen Bräunens zu einer Herabsetzung der Proteolyse des zubereiteten Futtermittels im Pansen und damit zu einer Herabsenkung der urinären Exkretion von N und zu einem Ansteigen des post-ruminal metabolisierbaren Proteindurchflusses pro Einheit konsumierten Proteins, verglichen mit handelsüblichem Sojabohnenmehl.
In Fig. 9 ist die Proteinwirksamkeit bei Stieren unter Verfütterung von handelsüblichem Sojabohnenmehl, mit Glucose behandeltem Sojabohnenmehl und Maisglutenmehl/Blutmehl dargestellt. Die Schrägen und Standardabweichungen für handelsüblichem Sojabohnenmehl, mit Glucose behandeltes Sojabohnenmehl und Maisglutenmehl/Blutmehl waren 0,90, 0,10; 1,91, 0,21; bzw. 1,85, 0,21. Es wurden Vergleiche hergestellt zwischen handelsüblichem Sojabohnenmehl und mit Glucose behandeltem Sojabohnenmehl sowie zwischen mit Glucose behandeltem Sojabohnenmehl und Maisglutenmehl/Blutmehl.
Die Proteinwirksamkeit war mehr als zweifach höher bei Stieren, die mit Glucose behandeltes Sojabohnenmehl erhalten hatten (Kurve 100), als bei denjenigen, die mit handelsüblichem Sojabohnenmehl gefüttert wurden (Kurve 104), sie unterschied sich aber nicht von derjenigen bei Stieren, die mit Maisglutenmehl/Blutmehl gefüttert worden waren (Kurve 102). Die Mischung aus Maisglutenmehl und Blutmehl wurde als positive Kontrolle ausgewählt, da die individuellen Proteine Proteine sind, die sich dem Abbau im Pansen besonders stark entziehen. Die Proteinwirksamkeit von Maisglutenmehl/Blutmehl in bezug zu handelsüblichem Sojabohnenmehl in der vorliegenden Studie war innerhalb des Bereichs der zuvor berichteten Werte.
Die Aufnahme der Trockensubstanz durch die Stiere in Beispiel 9 unterschied sich nicht durch die Behandlung, wie in Tabelle 9 dargestellt. Gemittelt über sämtliche Mengen an zugesetztem N war die Proteinaufnahme aus handelsüblichem Sojabohnenmehl ungefähr zweimal höher als aus mit Glucose behandeltem Sojabohnenmehl und Maisglutenmehl/Blutmehl, während die täglichen Gewichtszunahmen und Futterumsetzungen der Tiere (Gewichtszunahme/Trockensubstanzaufnahme) ähnlich waren. Das metabolisierbare Protein war der erste limitierende Faktor in der Grunddiät, da die Harnstoff konsumierenden Stiere niedrigere Gewichtszunahmen und Futterumsetzungen zeigten als die handelsübliches Sojabohnenmehl, mit Glucose behandeltes Sojabohnenmehl oder Maisglutenmehl/Blutmehl konsumierenden Tiere. Die Steigerung der Gewichtszunahme unter Anwendung behandelten Futtermittels ist in Tabelle 10 dargestellt.
Die Werte für die Aufnahme der Trockensubstanz durch die Lämmer in Beispiel 4 unterschieden sich nicht durch die Behandlungen (Tabellen 11 und 12), da die Tiere limitiert gefüttert wurden. Die offensichtlichen Verdaulichkeiten von Trockensubstanz waren jedoch höher bei Lämmern, die Sojabohnenmehl erhielten, als bei Lämmern, die mit Harnstoff gehalten wurden. Es kann sein, daß Alfalfa keine adequaten Mengen von im Pansen abbaubarem Protein zur Verfügung stellte, um ein optimales mikrobielles Wachstum in Lämmern zu unterstützen, die unter Zusatz von Harnstoff gehalten wurden.
Die offensichtlichen Verdaulichkeiten von diätetischem N unterschieden sich zwischen den Behandlungen nicht. Die berechnete Verdaulichkeit von N aus mit Glucose behandeltem Sojabohnenmehl war jedoch 6,5% niedriger als die aus handelsüblichem Sojabohnenmehl. TABELLE 10 DATEN ZUR AUFNAHME UND ZUM NUTZEFFEKT BEI STIEREN Item Behandlung Aufnahme von: Trockensubstanz Körpergewicht Protein über Harnstoff-gefütterte Lämmer Gewichtszunahme Gewichtszunahme/Trockensubstanz-Aufnahme TABELLE 11 AUFNAHME UND VERDAULICHKEIT VON TROCKENSUBSTANZ UND STICKSTOFF (N) UND RÜCKGEWINNUNG VON IN SÄUREDETERGENS UNLÖSLICHEM N UND IN PEPSIN UNLÖSLICHEM N AUS FÄKALIEN VON LAMMERN Item Behandlung Trockensubstanz-Aufnahme Verdaubarkeit von (%): Trockensubstanz Stickstoff Sojabohnen-N Rückgewinnung von (%): in Säuredetergens unlöslichem N in Pepsin unlöslichem N TABELLE 12 AUFNAHME UND VERDAULICHKEIT VON TROCKENSUBSTANZ UND STICKSTOFF (N) UND RÜCKGEWINNUNG VON IN SÄUREDETERGENS UNLÖSLICHEM N UND IN PEPSIN UNLÖSLICHEM N AUS FÄKALIEN VON LAMMERN Item Behandlung Trockensubstanz-Aufnahme g/d % Körpergewicht Verdaulichkeit von (%): Trockensubstanz Stickstoff Sojabohnen-N Rückgewinnung von (%): in Säuredetergens unlöslichem N in Pepsin unlöslichem N
Demgemäß wurde in Beispiel 9 eine 100%-ige Verbesserung der Proteinwirksamkeit als Ergebnis der Behandlung von Sojabohnenmehl durch nicht-enzymatisches Bräunen festgestellt, obgleich die Verdaulichkeit von N von mit Glucose behandeltem Sojabohnenmehl in Beispiel 10 durch die Behandlung herabgesenkt wurde. Diese Ergebnisse stimmen im allgemeinen mit den Ergebnissen aus den Beispielen 7 und 8 überein, obgleich die Verdaulichkeit von Protein aus zubereitetem Futtermittel etwas geringer eingeschätzt wurde als mit Glucose behandeltes Sojabohnenmehl.

10. In vitro-Beispiele

BEISPIEL 12

Handelsübliches, mit Lösungsmittel extrahiertes und enthülltes Sojabohnenmehl (47,5% Protein) wird trocken vermischt mit sprühgetrockneter, verbrauchter Sulfitlauge enthaltend 19,5% reduzierende Zucker. Die verbrauchte Sulfitlauge wird dem Sojabohnenmehl (wie es ist) in Abhängigkeit der festgelegten Behandlungsmenge in einer Menge von 5 oder 10% zugegeben. Bei einigen Behandlungen wurde der verbrauchten Sulfitlauge gelöschter Kalk in einer Menge von 6 Gew.-% zugegeben.
Die Mischung wird mit einer Rate von 1 kg/Minute einer zylindrischen Mischkammer zugeteilt, welche eine Länge von 18 Zoll und einen Durchmesser von 8 Zoll aufweist, wo sie mittels direkter Anwendung von Niederdruckdampf (24 psi) erhitzt wurde. Wasser wird in die Kammer in einer Menge von 4% der Mischung gepumpt. Die Anfangstemperatur der Mischung beträgt 20 bis 21ºC. In weniger als 15 Sekunden wird die Temperatur auf 90 bis 95ºC erhöht.
Das heiße Futtermittel verläßt die Klimakammer und tritt in die Spitze eines vertikalen Speicherbehälters ein, wo es langsam absinkt und den Auslaß 90 oder 120 Minuten später verläßt. Die Reaktion ist exotherm und führt zu einer Erhöhung der Temperatur in Abhängigkeit der Formulierung während der Anwesenheit in dem Behälter um 5 bis 10ºF.
Das Futtermittel wird vom Boden des Behälters mittels einer Dosierschnecke entnommen. Das heiße Futtermittel wird auf einem Drahtsieb gehalten, während es von unten mit Raumluft durchströmt wird. Dies führt zur Kühlung und Trocknung des Futtermittels.

11. Ergebnisse und Diskussion

Die Ergebnisse (Tabelle 13) zeigten lediglich geringfügige Abweichungen mit Unterschieden im pH-Wert und der Temperatur und einem größeren Effekt der verwendeten Menge an Sulfitlauge. Dieses Beispiel zeigt, daß unter kontrollierten Bedingungen sehr viel weniger reduzierender Zucker geeignet sein kann. Es ist möglich, daß die Menge an reduzierendem Zucker so gering wie 1/3 Mol reduzierender Zucker zu einem Mol &epsi;-Aminogruppen oder geringer und so wenig wie 0,5 Gew.-% Xylose zum Protein sein kann. Da dies unter der theoretischen Menge liegt, gibt es vermutlich einen inhibierenden Effekt, durch welchen die &epsi;-Aminogruppen nur vermindert einem mikrobiellen Angriff ausgesetzt sind, ohne daß alle davon mit Carbonylgruppen der reduzierenden Zucker reagieren. TABELLE 13 % CLS AN SBM % KALK AN CLS SPEICHERZEIT MIN ORIG VERF. ENDG. VERF. Temp.-Bereich AMMONIAK

BEISPIEL 13

Vier handelsübliche Lignosulfonate wurden dem mittels Lösungsmittel extrahierten Sojabohnenmehl in einer Menge von 5 Gew.-% des Sojabohnenmehls zugegeben, die Mischungen wurden unter identischen Bedingungen pelletiert, und die resultierenden Pellets wurden auf Abbaubarkeit von Sojabohnenmehlprotein durch im Pansen vorhandene Mikroorganismen untersucht, welche in Batch-Kulturen gehalten wurden.
Die vier handelsüblichen Lignosulfonate wurden unter den Markennamen Toranil (ein Warenzeichen der Rhinelander Paper Company), AmeriBond, Maraton und Maraton SNV verkauft, wobei die drei zuletzt genannten Warenzeichen der Reed Lignin Corporation gehören. Die ersten beiden der Lignosulfonate enthielten weniger als 2 bzw. 1 Gew.-% an reduzierenden Zuckern und die letzten beiden enthielten 16 bzw. 13 Gew.-% an reduzierenden Zuckern.
Die beiden Proben mit weniger als 5% an reduzierenden Zuckern zeigten keine Verringerung der Proteinabbaubarkeit, was sich aus den Kurven 20 und 22 in Fig. 10 und der dritten und vierten Spalte der Tabelle 14 ergibt.
Die beiden Proben mit mehr als 15% an reduzierenden Zuckern zeigten eine signifikant abgesenkte Proteinabbaubarkeit, wie sich aus den Kurven 24 und 26 der Fig. 10 und den letzten beiden Spalten der Tabelle 14 ergibt. Dieser Vergleich zeigt, daß mit einem einfachen Pelletieren einer Sojabohnenmehl-Lignosulfonatmischung eine verminderte Proteinabbaubarkeit nicht garantiert wird; zusätzliche Faktoren spielen eine Rolle und müssen kontrolliert werden. TABELLE 14 Nettoproduktion von Ammoniak in vitro durch Bakterien des Pansens, mg/100 ml Stunden SBM Toranil AmeriBond Maratan Maratan SNV

BEISPIEL 14

Die Ultrafiltration wurde eingesetzt, um die in der verbrauchten Sulfitlauge auftretenden Calciumlignosulfonatmoleküle (CaLSO3) zu konzentrieren. In der Permeatfraktion wurden niedermolekulare Calciumlignosulfonate, Oligosaccharide und Holzzucker (hauptsächlich Xylose) zurückgehalten. Die ursprüngliche verbrauchte Sulfitlauge und dessen Konzentrat- und Permeatfraktionen wurden bis zu einem Feststoffgehalt von ungefähr 95% sprühgetrocknet.
Die Analysen der resultierenden Pulver sind in Tabelle 15 aufgelistet.
Das mit Lösungsmittel extrahierte Sojabohnenmehl wurde mit 1, 2, 4 und 8% Sulfitlauge, 4% Konzentrat oder 4% Permeat kombiniert. Die Zugabemengen sind als Gewichtsprozente der Zugabe zum unbehandelten Sojabohnenmehl - so wie es ist - (etwa 10% Feuchtigkeit) ausgewiesen. Die vielfältigen Mischungen wurden auf 85ºC unter direkter Anwendung von Dampf konditioniert, pelletiert und auf Raumtemperatur zurückgeführt durch Verdunstungskühlung mittels eines Umluftstroms. Die gesamte Verfahrensdauer oberhalb der Raumtemperatur betrug weniger als 5 Minuten.
Die Abbaubarkeit von Protein durch im Pansen vorhandene Mikroben wurde für jede Probe in einer Batch-Kultur bestimmt. Die Ergebnisse sind in Fig. 11 dargestellt. Der Schutz steigerte sich direkt mit der Zugabe der verbrauchten Sulfitlauge (SSL). Das Permeat war ungefähr 30% effektiver als die Sulfitlauge und korrespondiert gut mit dem 33%-igen Anstieg der reduzierenden Zucker in der Permeatfraktion. Die konzentrierte CaLSO3-Fraktion (KONZ.) lieferte keinen Schutz gegen Abbaubarkeit, was darauf hinweist, daß Calciumlignosulfonat per se kein wirksames Mittel zur Behandlung von Sojabohnenmehl ist. TABELLE 15 SSL KONZ. PERM Ca Na Gesamt S CaLSO3 Reduzierende Zucker
Wie in Fig. 11 dargestellt, repräsentieren die Meßdaten 30 und 32, daß 17% bzw. 22% der reduzierenden Zucker Permeat ist.

BEISPIEL 15

Das mittels Ultrafiltration von verbrauchter Sulfitlauge hergestellte Permeat wurde mit einer Alkohol-Aminmischung gewaschen, um jegliche verbleibende Calciumlignosulfonatmoleküle zu extrahieren. Die wäßrige Phase, welche Sulfitlauge reduzierende Zukker enthielt, wurde konzentriert und dem mittels Lösungsmittel extrahierten Sojabohnenmehl als Protein-Schutzmittel zugeführt, wie es bei der ursprünglichen Sulfitlauge, seinem Permeat und der technischen Xylose der Fall war. Jede Komponente wurde in Wasser gelöst und in der Weise zugegeben, daß die Lösung 5% dem Sojabohnenmehl zugeführte Feuchtigkeit bereitstellte. Die Proben wurden in einem V-Blender, welcher mit einem Hochgeschwindigkeitsrührer ausgerüstet war, vermischt und in Plastiktaschen aufbewahrt.
Die vermischten Proben wurden auf 90ºC mittels direkter Anwendung von Dampf konditioniert, pelletiert und auf Raumtemperatur zurückgeführt durch Verdunstungskühlung mittels eines Umluftstroms. Vor dem Pelletieren stellte man bei einer Probe fest, daß sie während der Aufbewahrung gebacken und leicht dunkler geworden war. Eine Portion dieses unpelletierten Mehls wurde für Testzwecke zurückgehalten. Der Proteinabbau durch im Pansen vorhandene Mikroben wurde durch eine 6-stündige Bach-Fermentation bestimmt.
Die Konzentration der Sojabohnenmehlzucker, wovon der größte Teil Xylose darstellt, führte durch Ultrafiltration und Extraktion zu einer Steigerung der Wirksamkeit der die Proteine schützenden Agenzien. Xylose allein war wirksam, was darauf hinweist, daß Sojabohnenmehl reduzierende Zucker allein wirksam sind und reduzierende Zucker allein wirksame Behandlungsmittel sind.
Es ist ferner herausgefunden worden, daß die Umsetzung unter einigen Bedingungen bei Raumtemperatur erfolgen kann. In diesem Beispiel reagierte eine Mischung aus Sulfitlauge, Xylose und Sojabohnenmehl nach 2-stündiger Lagerung bei Raumtemperatur unter Verminderung der Abbaubarkeit auf 82% gegenüber unbehandeltem Sojabohnenmehl, wobei das Pelletieren derselben Mischung bei 90ºC die Abbaubarkeit auf 42% des unbehandelten Sojabohnenmehls reduzierte. Obgleich beobachtet wurde, daß eine gewisse Umsetzung bei Raumtemperatur erfolgen kann, schließt das bevorzugte Verfahren die Anwendung von Hitze auf die Mischung von Sojabohnenmehl und Zucker ein. Diese Ergebnisse sind in Tabelle 16 dargestellt. TABELLE 16 EFFEKT DES PELLETIERENS VON SOJABOHNENMEHL, WELCHES PROTEINSCHUTZMITTEL ENTHÄLT, AUF DIE FREISETZUNG VON AMMONIAK DURCH IM PANSEN VORHANDENE MIKROBEN Zugesetzte reduzierende Zucker Kontrolle SSL Permeat Permeat-Zucker Xylose SSL, 3% und Xylose Unpelletiert

BEISPIEL 16

Das aus vier handelsüblichen Quellen mit Hilfe von Lösungsmittel extrahierte Sojabohnenmehl wurde mit einem Permeat (4% Feststoffe von Sojabohnenmehl), welches aus der Ultrafiltration der verbrauchten Sulfitlauge stammte, vermischt. Das Permeat lieferte dem Sojabohnenmehl etwa 0,9% reduzierende Zucker. Die Mischungen wurden auf 85ºC mittels direkter Dampfanwendung konditioniert, pelletiert, und die heißen Pellets wurden durch Verdunstungskühlung mit einem Umluftstrom auf Raumtemperatur zurückgeführt.
Die resultierenden Pellets wurden in einer 6-stündigen Batch- Kultur auf Abbaubarkeit von Protein durch im Pansen vorhandene Mikroben untersucht. Die in Tabelle 17 dargestellten Ergebnisse zeigen, daß das Verfahren zum Schutz der Proteine des Sojabohnenmehls allgemein angewendet werden kann und nicht spezifisch für eine einzelne Mehlquelle ist.

BEISPIEL 17

Das vorliegende Beispiel veranschaulicht, daß es möglich ist, Sojaprotein mit Sulfitlauge in der Weise zu behandeln, daß es gegenüber dem Abbau durch im Pansen vorhandene Mikroben geschützt ist, daß der Schutz während längerer Aufbewahrungszeiten nicht verloren geht, und daß die Verdaulichkeit der Proteine durch Enzyme des postruminalen Trakts nicht signifikant vermindert wird. TABELLE 17 Freisetzung von NH3-N (mg/100 ml) aus Sojaprotein durch im Pansen vorhandene Mikroben in 6-stündiger Batch-Kultur Quelle Permeat Abbaubarkeit gegenüber SBM Honeymead, Mankata, MN Cargill, Savage, MN Cargill, Chicago, Il Boone Valley Coop, Eagle Grove, IA
Das mit Lösungsmittel extrahierte Sojabohnenmehl wurde aufgeteilt und eine Hälfte wurde so vermischt, daß sie 3% Feststoffe der verbrauchten Sulfitlauge enthielt, wodurch dem Sojabohnenmehl etwa 0,6% reduzierende Zucker bereitgestellt wurden. Die Mischung wurde auf 82ºC mittels direkter Dampfanwendung erhitzt, pelletiert und durch Verdunstungskühlung unter Anwendung eines Umluftstroms auf Raumtemperatur rückgeführt. Der gesamte Erwärmungs- und Abkühlungszyklus nahm weniger als 5 Minuten in Anspruch.
Die Pellets wurden gemahlen und die Proteinabbaubarkeit durch im Pansen vorhandene Mikroben in einer 6-stündigen Batch-Kultur bestimmt. Die Konzentration an Ammoniakstickstoff in den behandelten Pellets betrug lediglich 47% der Menge, die mit der pelletierten Sojabohnenmehlkontrolle erhalten wurde. Aufgrund dieses guten Ansprechens wurde dieses Probenpaar in eine nachfolgende in vitro-Analyse über einen 3-jährigen Zeitraum als positive Kontrolle eingeschlossen. Die für die in Prozent angegebener Abbaubarkeit gegenüber Sojabohnenmehl dargestellten Resultate sind in Tabelle 18 aufgelistet und in Fig. 12 veranschaulicht. Der Schutz gegenüber der Abbaubarkeit wird über 40 Monate aufrechterhalten. TABELLE 18 NH3-N, mg/100 ml Monate der Aufbewahrung Kontrolle SBM SSL Abweichung
Die Variation liegt nicht an der Probenvariabilität, sondern vielmehr an den mikrobiellen Populationen, die in den verschiedenen Phasen eingesetzt worden sind.
Die Proben wurden hinsichtlich der Abbaubarkeit des Proteins mittels Pepsin nach einer 37-monatigen Lagerung analysiert. Das Kontrollsojabohnenmehl enthielt 43,1% verdauliches Protein. Das Sojaprotein in der behandelten Probe war zu 41,1% abbaubar, was darauf hinweist, daß es während der langfristigen Aufbewahrung zu keinem signifikanten Verlust an Protein gekommen war.

BEISPIEL 18

Handelsübliches mit Lösungsmittel extrahiertes Sojabohnenmehl wurde in vier identische Mengen aufgeteilt und mit reduzierenden Zuckern wie folgt vermischt:
a. Kontrolle, kein Zusatz
b. 1% Xylose
c. 4% Permeat aus Sulfitlauge
d. 1% Xylose und 4% Permeat
Die Konzentration ist ausgedrückt als Gewichtsprozent, bezogen auf das Sojabohnenmehl, wie es ist.
Die Mischungen wurden auf 85ºC mittels direkter Dampfanwendung konditioniert, pelletiert und durch Verdunstungskühlung mit Hilfe eines Umluftstroms auf Raumtemperatur rückgeführt. Die gesamte Erhitzungsdauer betrug weniger als 5 Minuten. Dieser Abschnitt des Verfahrens wird mit Behandlung beschrieben.
Heiße Pellets von ungefähr 100 g wurden aus jeder der vier Mengen (a-d) in Kisten gesammelt und in einen 105ºC heißen Ofen für 90 Minuten überführt, wonach man sie durch Verdunstungskühlung unter Anwendung eines Umluftstroms schnell auf Raumtemperatur rückführte. Dieser Abschnitt des Verfahrens wird als Behandlung 2 beschrieben.
Die Behandlung 3 wurde als positive Kontrolle des bekannten Umgehungswertes (bypass value) eingeschlossen. Diese Behandlung bestand aus der Pelletierung von Sojabohnenmehl bei 82ºC, der Kühlung und der Aufbewahrung für ungefähr 30 Monate. Die Pellets umfaßten Sojabohnenmehl allein (Behandlung 3a) oder Sojabohnenmehl, welches vor dem Pelletieren mit 3% verbrauchter Sulfitlauge vermischt wurde (Behandlung 3b).
Die Proben wurden auf das Bindungsvermögen für einen Farbstoff und auf die Freisetzung von Ammoniak durch im Pansen vorhandene Mikroben durch eine Batch-Fermentation untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 19 aufgelistet.
Die Behandlungen 1 und 2 wurden in einer 2·3 faktoriellen Anordnung durchgeführt. Die Analysen der Fermentationsdaten zeigten, daß zusätzliche Hitze, Xylose und Permeat jeweils getrennt voneinander die in vitro-Konzentration an NH3-N reduzierten. Es kam zu Wechselwirkungen hinsichtlich zweier Faktoren zwischen sowohl Hitze und Xylose als auch Hitze und Permeat; die Anwendung zusätzlicher Hitze in Gegenwart beider reduzierender Zucker führte zur Verstärkung des Ausmaßes des Schutzes. TABELLE 19 Behandlung Methode G: Naphthol-Blau/Schwarz
Das zweite Ziel dieses Experiments bestand darin, ein neues Verfahren zum Nachweis des Ausmaßes eines Proteinschutzes zu bewerten. Naphthol-Blau/Schwarz ist bekannt dafür, daß es an Aminogruppen von Protein bindet und mit anderen bekannten Proteinschutzagenzien wie beispielsweise Formaldehyd um drei Stellen konkurriert. Wenn Sojabohnenmehl einer Farbstofflösung zugegeben wird, ist das Verschwinden des Farbstoffes ein Indikator für den Proteingehalts. Lysin, welches sich mit einem anderen Reaktionspartner umgesetzt hat, wird kein Farbstoff aus der Lösung absorbieren. Da davon ausgegangen wird, daß der Mechanismus der Reaktion des Proteinschutzes in der Bindung eines reduzierenden Zuckers an Lysin des Proteinmoleküls liegt, kann die Absorption von Naphthol-Blau/Schwarz durch behandelte Sojabohnen das Ausmaß anzeigen, in dem das Protein erfolgreich geschützt worden ist, wenn man es mit der Absorption durch unbehandeltes Mehl vergleicht.
Die Farbstofflösung wurde gemäß dem Technischen Bulletin Nr. 1369 der USDA, The Dye Binding of Milk Protein, hergestellt. Die Proben wurden gemahlen, so daß sie ein US Nr. 20-Sieb passieren konnten, und 0,100 g von jeder Probe wurden in 50 ml Zentrifugenröhrchen überführt. Jedem Röhrchen wurden 30 ml Farbstofflösung zugegeben, die Röhrchen wurden bei Raumtemperatur 1 Stunde lang geschüttelt und anschließend umgehend für 15 Minuten bei 2500 UpM zentrifugiert. Exakt 1 ml des Überstandes wurde aus jedem Röhrchen abgezogen und auf 25 ml verdünnt. Die Absorption dieser Lösung bei 615 Nanometer wurde unter Anwendung eines Spektrophotometers bestimmt. Die Ergebnisse wurden mit der Absorption einer 1 : 25-Verdünnung einer Farbstofflösung bekannter Konzentration verglichen. Unter Anwendung des Beer'schen Gesetzes konnte die Konzentration des Farbstoffs in der Testlösung berechnet werden.
Die Bindungskapazität für Farbstoff wird bestimmt durch Dividieren der von der Probe absorbierten Farbstoffmasse durch die Masse der Probe. Typischerweise besitzt unbehandeltes Sojabohnenmehl eine Bindungskapazität für Farbstoff nahe 100 mg Farbstoff pro Gramm Probe. Die Bindungskapazität für Farbstoff wird in der Kurve 110 der Fig. 13 mit in vitro-NH3-N verglichen. Die Korrelation dieser beiden Tests ist gut.

BEISPIEL 19

Der Sinn dieses Experiments war, den bei der Behandlung von mit Lösungsmittel extrahiertem Sojabohnenmehl geeigneten Bereich von Xylose zu untersuchen. Sojabohnenmehl enthält etwa 3,2% Lysin. Um mit dem gesamten Lysin auf einer äquimolaren Basis zu reagieren, wären 3,5 Xylose erforderlich. Dies könnte als theoretisches Maximum betrachtet werden. Es kommt zu einer Abweichung von diesem Maximum, wenn Xylose an anderen Stellen, d. h. dem terminalen Amin, reagiert, oder wenn die Bindungsstellen für Xylose aufgrund der Tertiärstruktur des Proteins nicht exponiert sind.
Die in Tabelle 20 aufgelisteten verschiedenen Mengen an Xylose wurden in destilliertem Wasser aufgelöst und mit Sojabohnenmehl in der Weise vermischt, daß 20% zusätzliche Feuchtigkeit bereitgestellt wurden. Von diesen Mischungen wurden Proben von je 0,100 g entfernt, in vorgewärmte Zentrifugenröhrchen überführt, abgedeckt, und für 1 bzw. 2 Stunden auf 80ºC erwärmt. Die Proben wurden aus dem Ofen entnommen, gekühlt und hinsichtlich der Bindungskapazität für Farbstoff (DBC) untersucht.
Die Ergebnisse (Kurve 120, Fig. 14) zeigen ein Ansteigen der Bindungskapazität für Farbstoff durch Zugabe von 20%, was darauf hinweist, daß die Bindungsstellen noch nicht gesättigt waren. Ein zusätzliches Erwärmen führte bei sämtlichen Xylosemengen zu einer Verminderung der Bindungskapazität für Farbstoff, was darauf hinweist, daß die Umsetzung in keinem Falle vollständig abgelaufen war. Aus wirtschaftlicher Sicht sollte darauf hingewiesen werden, daß die Wirksamkeit pro Dosis schnell absinkt; bei einer Erhitzung von 2 Stunden verminderten 20% Xylose die Bindungskapazität für Farbstoff um 59,5%, wobei jedoch mehr als die Hälfte dieser Verminderung durch Zugabe des ersten Prozents Xylose erreicht wurde. TABELLE 20 DBC gegenüber Erhitzen Xylose 1·Stunde 2 Stunden 2 Stunden, % Veränderung 1% Kontrolle

12. In vivo-Beispiel

BEISPIEL 20

Sojabohnenmehl wurde einem Solidaire-Trockner mit einer Rate von 4 kg/Minute zugeteilt. Der Trockner wurde mit einer Dampfhülle versehen, um die Anwendung von direkter Hitze zu erlauben. Spritzwasser, 8% Xyloselösung oder 30% verbrauchte Sulfitlaugelösung wurden dem Mehl bei Einspeisung in den Trockner zugegeben. Das Spritzwasser verhalf dem Sojabohnenmehl zu 11 bis 12% Feuchtigkeit und diente als Träger für die Xylose, womit sichergestellt wurde, daß es gelöst und in der Lage war, die Flocken zu durchdringen. Durchfeuchtetes Sojabohnenmehl trat in den Trockner bei Raumtemperatur (21ºC) ein und wurde für ungefähr 3 Minuten zurückgehalten, währenddessen es auf ungefähr 100ºC erhitzt wurde. Das heiße Futtermittel verließ den Trockner und wurde für eine Dauer von 45 Minuten in einen isolierten Container überführt, wonach sich eine Kühlung und Trocknung des Futtermittels mit Raumluft anschloß.
Vier milchproduzierende Holstein-Kühe, die über ruminale, duodenale und ileale Kanülen verfügten, wurden in einem 4·4 "Latin square design" eingesetzt zur Bewertung von behandeltem Sojabohnenmehl als Quelle für gegenüber dem Pansen geschütztes Protein. Die Behandlungen schlossen unbehandeltes Sojabohnenmehl, erhitztes H&sub2;O-Sojabohnenmehl, erhitztes Xylose-Sojabohnenmehl und erhitztes Sojabohnenmehl-verbrauchte Sulfitlauge ein. Eine Diät bestehend aus 40% Maissilage, 10% Alfalfa-Blöcke und 50% Konzentratmischung (Trockengewicht) wurde viermal täglich verfüttert. Die Diäten wiesen durchschnittlich 16,8% Rohprotein auf, wobei 50% der gesamten Proteinration aus den entsprechenden Sojabohnenmehlquellen stammten. Mit Säuredetergens-Lignin und Diaminopimelinsäure wurden als Marker für Verdaulichkeit bzw. als mikrobieller Marker verwendet.

13. Ergebnisse

Die Ergebnisse sind in Tabelle 21 dargestellt. Sie zeigen, daß die Behandlung des Sojabohnenmehls mit verbrauchter Sulfitlauge oder Xylose die im Pansen vorhandene Konzentration an NH&sub3;-N, den Proteinabbau im Pansen, die bakterielle Proteinsynthese sowie den Proteinverdau im Gesamttrakt im Vergleich mit unbehandeltem Sojabohnenmehl verringerte. Der Faserverdau im Pansen wurde durch die Behandlung nicht beeinflußt. TABELLE 21 Item SBM H&sub2;O-SMN 1% Xylose-SBM 4% LSO&sub3;-SBM Pansen NH3-N Proteinabbau im Pansen Proteinabbau im Gesamtextrakt Bakterielle Proteinsynthese
Die Daten zeigen, daß das kontrollierte nicht-enzymatische Bräunen eine wirksame Methode zum Schutz einer im hohen Maße abbaubaren Proteinquelle wie Sojabohnenmehl gegenüber dem Abbau im Pansen darstellt und dadurch die Wirksamkeit der Proteinverfügbarkeit für das Wachstum gesteigert wird. Diese Daten zeigen ferner ähnliche Antworten bezüglich der Proteinwirksamkeit in Relation zu handelsüblichem Sojabohnenmehl, wenn entweder Xylose oder Glucose als reduzierende Zucker verwendet wurden, obwohl im Falle der Verwendung von Xylose aufgrund seiner hohen Reaktivitätsrate ein geringeres Maß an Erhitzen erforderlich war.
Wie aus der Beschreibung ersichtlich, weisen das neue Futtermittel, das Verfahren zur Herstellung des Futtermitteis sowie das Verfahren der Tierfütterung den Vorteil auf, daß ein Futtermittel und Verfahren zur Tierfütterung bereitgestellt werden, die in wirtschaftlicher Hinsicht überlegen sind.
Obgleich eine bevorzugte Ausführungsform mit einer gewissen Bestimmtheit beschrieben worden ist, können viele Veränderungen und Variationen der bevorzugten Ausführungsform unternommen werden, ohne den Erfindungsbereich zu verlassen. Demgemäß ist davon auszugehen, daß die Erfindung in anderer Weise als spezifisch beschrieben innerhalb des Schutzbereiches der folgenden Patentansprüche ausgeführt werden kann.

Claims

1. Futtermittel für Tiere umfassend eine Mischung aus organischen Materialien mit zumindest einem Kondensationsprodukt von einem Protein und einem reduzierenden Zucker, wobei das Kondensationsprodukt ein Produkt der Maillard-Reaktion ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensationsprodukt eher ein frühes Kondensationsprodukt der Maillard-Reaktion als ein intermediäres Kondensationsprodukt der Maillard-Reaktion ist, welches die Formel aufweist:

wobei:

RN eine Gruppe aus dem Protein RNH&sub2; ist, wie es normalerweise in einem der angegebenen herkömmlichen Futtermittel zu finden ist;

das Verhältnis des Gewichts der Verbindung zum Gewicht von RN mit freien Aminogruppen im Futtermittel mindestens 1,5 bis 1,0 beträgt;

das Kondensationsprodukt bei einem pH-Wert von unter 4 hydrolysiert ist;

das Futtermittel weniger Protease-spezifische Bindungen aufweist, welche gespalten werden können, und im wesentlichen kein Protein mit freien Aminogruppen umfaßt, und

der Prozentgehalt an reduzierendem Zucker zu Protein mindestens 0,5 bis 40 Gew.-% und nicht mehr als 1 Mol/1 Mol beträgt.

2. Futtermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Futtermittel aus einer Gruppe bestehend aus Sojabohnenmehl, Mehl anderer Bohnen, Baumwollsaatmehl, Federmehl, Blutmehl, Silagen, Fleisch- und Knochenmehl, Sonnenblumensaatmehl, Canolamehl, Erdnußmehl, Saflormehl, Leinsaatmehl, Sesammehl, frühblühenden Gemüsen, Fischprodukten, proteinhaltigen Futterstoffen als Nebenprodukte wie Korn aus Destillerien und Brauereien, Milchprodukten, Geflügelprodukten, Heu, Mais, Weizen, Alfalfa, Gerste, Milo, Sorghum und Mischungen derselben ausgewählt ist.

3. Futtermittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der reduzierende Zucker aus einer Gruppe bestehend aus Xylose, Glucose, Fructose, Mannose, Lactose, Ribose und Mischungen derselben ausgewählt ist.

4. Futtermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der reduzierende Zucker Xylose ist und der Prozentgehalt von Xylose am Futtermittelprotein 1% bis 6% beträgt, oder daß das reduzierende Kohlenhydrat Glucose ist und der Prozentgehalt von Glucose am Futtermittelprotein etwa 2% bis etwa 20% beträgt.

5. Verfahren zur Herstellung eines Futtermittels für Nutztiere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 durch Vermischen eines reduzierenden Zuckers mit einem ein Protein enthaltenden Produkt und Erhitzen zur Bildung eines Kondensationsprodukts, welches ein Produkt der Maillard-Reaktion ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Protein enthaltende Produkt und der reduzierende Zucker in ausreichenden Mengen vermischt werden, um einen wesentlichen Anteil der freien Aminogruppen in dem Protein mit den Carbonylgruppen des reduzierenden Kohlenhydrats zur Reaktion zu bringen unter Bildung eines Kondensationsprodukts gemäß der Formel:

wobei:

RN eine Gruppe aus dem Protein RNH2 ist, wie es normalerweise in einem der angegebenen herkömmlichen Futtermittel zu finden ist;

die Mischung nur bei einer Temperatur im Bereich von 80 bis 110ºC, einem pH-Wert von 6 bis 8,5 und für eine ausreichende Zeitdauer erhitzt wird, um eine reversible Umsetzung zwischen dem reduzierenden Zucker und dem Protein herbeizuführen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindesten ein Teil des reduzierenden Kohlenhydrats, welches mit dem Protein enthaltenden Produkt vermischt ist, Glucose ist, und die Temperatur und Zeit kontrolliert werden, um die Umwandlung von Glykosylamin in eine 1-Amino-1-desoxy-2-ketose zu verhindern, oder daß das mit dem Produkt vermischte reduzierende Kohlenhydrat Ketose einschließt und die Temperatur geringer und die Zeit kürzer sind, als es für die Bildung von 2-Amino-2-desoxyaldose aus einem Ketosylamin erforderlich ist.

7. Verfahren nach entweder Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der reduzierende Zucker aus der Gruppe bestehend aus Xylose, Glucose, Fructose, Mannose, Lactose und Ribose ausgewählt ist.