Grünes Protein für Schweine: Verbesserung des nutritiven Wertes von heimischen Grünfuttermitteln als Proteinträger für Schweine durch Silierung

Kleinkörnige Leguminosen sind reich an Rohprotein und essenziellen Aminosäuren, wenn diese bis zum Knospenstadium geerntet werden. Das Hauptziel des vorliegenden Projektes ist die Herstellung und gesamtheitliche Bewertung der Eignung von Luzernesilage als regionales alternatives Proteinfuttermittel in der österreichischen Schweinefütterung. Es ist geplant, zwei Luzernesorten, die in einem sehr jungen Stadium geerntet und alleine oder in Kombination mit Weißklee und Siliermitteln mit homofermentativen Milchsäurebakterien siliert werden, zu vergleichen. Die Evaluierung der Silagen wird auf zwei Ebenen stattfinden. Das „grüne Protein“ wird auf seine wertgebenden Inhaltsstoffe und Gärqualität untersucht und die vier besten Silagen in einem in-vitro Verdauungsversuch verglichen. Es werden die Gehalte und die Verdaulichkeit von Nährstoffen, wie Rohprotein und Phosphor, Abbau antinutritiver Inhaltsstoffe (z.B. Saponine und Glukoside), Faser, Gärsäuren (z.B. Milchsäure) und potentiell antioxidativ wirkende Substanzen (z.B. Polyphenole) bewertet. Die zwei am besten bewerteten Silagen werden in Fütterungsversuchen mit Aufzuchtferkeln und Mastschweinen (Leistung, Darmgesundheit und Schlachtkörperqualität) getestet. Es ist geplant, die gewonnenen Erkenntnisse zur Silierung des „grünen Proteins“ in Form von Workshops den LandwirtInnen direkt zugänglich zu machen und deren Bestrebungen zum Einsatz alternativer Proteinquellen zu unterstützen. Zusätzlich werden von den vier besten Silagen Presssäfte hergestellt, um deren Potenzial als möglicher antioxidativer Futterzusatzstoff für die Ferkelaufzucht abzuschätzen. Verschiedene Trocknungen (Verdampfen, Gefrier- und Sprühtrocknung) sollen dabei auf ihren Effekt auf Protein-Schädigung, Anreicherung von Milchsäure, sekundäre Pflanzeninhaltsstoffen und Milchsäurebakterien verglichen werden, bevor der vielversprechendste Presssaft in größerem Maßstab für einen Fütterungsversuch produziert wird.

Unserer Hypothese nach kann junge Luzerne mit oder ohne Weißklee mittels Silierung stabil konserviert werden, wenn auf ein ausreichendes Anwelken und eine schnelle pH-Wert-Absenkung geachtet wird. Durch Sorten-spezifische Unterschiede im Gehalt leicht fermentierbarer Kohlenhydrate kann der Einsatz von Siliermitteln vorteilhaft sein. Die mikrobielle Aktivität führt zu einem Aufschluss des pflanzlichen Proteins (Polypeptide) und anderer Nährstoffe (z.B. Phytin-Phosphor), die somit für das Schwein besser intestinal verfügbar werden. Infolgedessen könnte an Supplementierung mit Aminosäuren und anorganischem Phosphor gespart werden.

Wir vermuten weiters, dass der bei der Silierung stattfindende Abbau von antinutritiven Inhaltsstoffen und Faser den Einsatz der Silage nicht nur in Mastschweine- sondern auch in Ferkelrationen ermöglicht. Obwohl Grünsilagen bereits im Ökolandbau Anwendung finden, gibt es nur wenige wissenschaftliche Ergebnisse zur Auswirkung auf die Darmhomöostase. Lösliche Faser wird häufig in Zusammenhang gebracht, das Wachstum von opportunistischen Pathogenen zu stimulieren. Wir vermuten, dass die Gärung die Integrität der Faserkomponenten lockert und es zu einem Abbau löslicher Faserkomponenten kommt. Wir vermuten weiter, dass die Anreicherung mit Milchsäurebakterien, wie auch der Milchsäure, im silierten Endprodukt (Silage) und noch stärker im Presssaft eine ähnliche Wirkung wie Probiotika haben könnte und somit das Wachstum von Pathogenen unterdrückt und die Darmhomöostase fördert. Des Weiteren vermuten wir, dass durch den Abbau von Saponinen während der Silierung, die Verfütterung des „grünen Proteins“ keine negativen Auswirkungen auf die Integrität des Darmepithels haben wird.

Ein weiteres wichtiges Kriterium für den Einsatz von Luzerne-(Weißklee-)Silage, das in diesem Projekt untersucht werden soll, sind potenzielle Veränderungen in der Schlachtkörperqualität. Unserer Annahme nach wird es zu keinen Auswirkungen auf die physikalisch-chemischen und sensorischen Eigenschaften des Schweinefleisches durch einen potentiell höheren Gehalt an Omega-3-Fettsäuren im „grünen Protein“ kommen. In diesem Zusammenhang soll die antioxidative Kapazität der Silagen getestet werden. Wir nehmen an, dass die Silierung den Gehalt an Polyphenolen im jungen Pflanzenmaterial wenig beeinflusst und durch die Aktivität der Milchsäurebakterien sogar eine höhere antioxidative Kapazität in den Silagen zu detektieren ist. Eine höhere antioxidative Kapazität könnte die Stabilität der Polyenfettsäuren in der Silage sowie im Schlachtkörper erhöhen.

Im ersten Projektteil werden die Untersuchungen zur Silierung der kleinkörnigen Leguminosen und Abpressung und Trocknung des Presssaftes durchgeführt.

Die detaillierten Ziele hierfür lauten:

• Selektion und Eignung der Luzerne-Sorten für die Silierung als Ganzpflanzensilage im Knospenstadium.
• Die Optimierung der Silierung der in der Knospungsphase geernteten Luzerne und Weißklees durch Zugabe von Siliermitteln mit verschiedenen homofermentativen Milchsäurebakterien.

Untersuchung auf die

1) chemische Zusammensetzung der Silagen, vor allem der Gehalt an Rohprotein, Lysin und Methionin, Polyenfettsäuren und Kohlenhydraten;

2) die Massenbilanz, der pH-Wert, die aerobe Stabilität und die Gärprodukte der Silierung;

3) Gehalt an antinutritiven Inhaltsstoffen, inklusive der Bestimmung an löslicher und unlöslicher Faser, Saponinen, cyanogenen Glycosiden, Phytoöstrogenen und Phytinsäure;

4) antioxidative Kapazität und Gehalt an Polyphenolen;

5) mikrobielle Zusammensetzung der Silagen;

6) in-vitro Kinetik zum Verdau und Freisetzung von absorbierbaren Nährstoffen wie Lysin und Methionin und Phosphor;

7) Ableitung von Einsatzempfehlungen für die nachfolgenden Fütterungsversuche.

• Die Gewinnung des Presssaftes der vier am besten eingestuften Silagen;
• Vergleich verschiedener Prozessierungs-technologischer Verfahren zur Trocknung des Presssaftes auf:

1) die Anreicherung von Protein (Polypeptide) und Aminosäuren, Mengenelementen (Kalium, Kalzium und Phosphor), Polyphenolen, sowie Milchsäure und Milchsäurebakterien im getrockneten Presssaft;

2) Untersuchung von Trocknungsschäden auf Protein (Lysin-Verfügbarkeit);

3) oxidative Stabilität der Polyenfettsäuren nach der Trocknung sowie die antioxidative Kapazität des getrockneten Presssafts;

4) Abschätzung der Einsatzmenge für Ferkel anhand der gewonnenen Daten.

Im zweiten Projektteil werden die beiden Silagen mit dem besten Ergebnis zu den nutritiven Eigenschaften in in-vivo-Fütterungsversuchen mit Aufzuchtferkeln und Mastschweinen auf zootechnische und Gesundheits-Parameter sowie auf den Schlachtkörper untersucht:

• Die Ermittlung der möglichen Ersparnis anderer Eiweißträger durch den Einsatz von Luzerne-(Weißklee-)Silage.
• Die Ermittlung der Verdaulichkeitskoeffizienten und Wachstumsleistung in Aufzuchtferkeln und Mastschweinen.
• Die Ermittlung der Auswirkungen auf die Darmhomöostase.

Untersucht werden:

1) Futteraufnahme, Futterselektion und Akzeptanz, Wachstum und Futterverwertung;

2) Verdaulichkeit der organischen Masse, des Proteins und Aminosäuren, Faserkomponenten und Mineralstoffen (Kalzium, Phosphor);

3) Veränderungen im Darm-Mikrobiom im Laufe der Aufzucht- und Mastphase;

4) Veränderungen in der Barrierefunktion des Darms in der Aufzucht- und Mastphase;

5) oxidative Kapazität im Darm und in der Leber;

• Die Auswirkungen der Silage auf die Schlachtkörperzusammensetzung und –qualität im Mastschweine-Versuch.

1) Magerfleisch-/Fettanteil im Schlachtkörper;

2) Tropfverluste;

3) olfaktorische und gustatorische Eigenschaften des Schweinefleisches und des Specks;

3) Fettsäurezusammensetzung des Körperfettes und oxidative Stabilität.

• Abschließende Erstellung einer Aufwand-Gewinn-Bilanz zum Einsatz von Luzerne-(Weißklee-)Silage als alternatives Proteinfuttermittel.

Untersuchung des getrockneten Presssaftes auf sein Potenzial die Darmhomöostase beim Aufzuchtferkel zu stabilisieren:

Bewertung der Eignung als Futteradditivum.

Die Produktion von Schweinefleisch ist mit ca. 5,1 Millionen Schlachtungen in 2021 ein wichtiger Zweig in der österreichischen landwirtschaftlichen Erzeugung (Agrarmarkt Austria, 2022). Mit der hohen Wachstumsrate der modernen Hybridlinien geht ein hoher Proteinbedarf und Bedarf an essenziellen Aminosäuren einher (GfE, 2006). Dies erfordert, dass die auf Getreide-basierten Rationen mit Protein-reichen Komponenten, allen voran Sojaextraktionsschrot, ergänzt werden. Im Zuge der "Eiweißstrategie 2020+" will sich Österreich unabhängiger von Soja-Importen machen (AGES, 2022). Derzeit stammen noch ungefähr ein Fünftel aller Proteinfuttermittel aus Importen. Die einheimischen Körnerleguminosen Erbsen, Ackerbohnen und Lupinen weisen bei einem mittleren Rohproteingehalt einen hohen Lysingehalt jedoch niedrigen Methioningehalt sowie höhere Gehalte an antinutritiven Inhaltsstoffen auf. Letztere begrenzen deren Einsatz in Rationen für Ferkel und junge Mastschweinen. Hinzukommt, dass hierzulande durch die Vegetationsperiode der Anbau heimischer Leguminosen, Sonnenblumen und Kürbissen begrenzt ist und Trockenperioden zu Ertragseinbußen führen. Sinkende Jahresniederschläge und der langfristige Trend zu erhöhter Aridität in Mitteleuropa (Forzieri et al., 2014; BMLRT, 2019; BMLRT, 2020) verdeutlichen, dass trocken-resistentere Futterpflanzen, wie Luzerne, Standortvorteile in der Zukunft haben werden. Weißklee wird wie Luzerne als Zwischenfrucht angebaut.

Die Bewirtschaftung von Grünland zählt zu den nachhaltigsten Produktionsweisen in der Landwirtschaft. Die Konservierung von Grünfuttern durch Silierung ist jedoch immer noch vorrangig in der Wiederkäuerernährung zu finden (McDonald et al., 1991). Dabei ermöglicht das Silieren von Luzerne und Weißklee im Knospenstadium die Gewinnung eines Aminosäure-reichen Proteinfuttermittels für wachsende Schweine, das den Körnerleguminosen überlegen und zugleich ärmer an antinutritiven Inhaltsstoffen und Fasern ist. Durch die Silierung bzw. Abpressung und Trocknung kann das ‚grüne Protein‘ haltbar und das ganze Jahr über nutzbar gemacht werden. Ergebnisse aus dem Bereich des Öko-Landbaus und zu grünen Proteinkonzentraten, die aus Presssaft der Frischpflanze gewonnen wurden, sprechen für den Einsatz von Luzerne und Weißklee in der Schweinefütterung (Wüstholtz et al., 2017; Stødkilde et al., 2018, 2019). Durch die Silierung verändert sich die Zusammensetzung der Faserkomponenten. Die enthaltende Milchsäure und probiotisch-wirksamen Milchsäurebakterien in Silage und Presssaft könnten einen zusätzlichen Gewinn für die Darmgesundheit bringen. So können grüne Proteinträger dazu beitragen, den therapeutischen Einsatz von Antibiotika gering zu halten, was von großer Aktualität durch das Verbot von Zinkoxid in hohen Dosierungen im Ferkelabsetzfutter mit dem 26. Juni 2022 ist. Außerdem erfordert der Anbau von Luzerne im Vergleich zum konventionellen Anbau von heimischen Körnerleguminosen wenig Pflanzenschutz-technische Maßnahmen, was der Umwelt sowie der (Darm-)Gesundheit der Schweine zugutekommt.

Durch die Verfütterung von Getreide und Körnerleguminosen ist Schweinefleisch sehr reich an Omega-6-Fettsäuren ist. Durch die Verfütterung von Luzerne-Silage oder –Presssaft könnte der Omega-3-Fettsäure-Anteil im Produkt (Schweinefleisch und –speck) erhöht werden, welches einen gesundheitlichen Vorteil für den Konsumenten bringt, da Omega-3-Fettsäuren nachweislich antientzündliche Wirkungen im Organismus haben.

Darüber hinaus können Grünleguminosenaufwüchse, die als Zwischenfrucht zur Bodenaufwertung (Stickstofffixierung) angebaut werden, sinnvoll auf bzw. von Betrieben genutzt werden, die keine Wiederkäuer halten. Für Ackerbau-Betriebe, die den Einsatz von anorganischem Dünger reduzieren wollen, bietet die Nutzung bzw. die Silierung und weitere Verarbeitung dieser grünen Zwischenfrüchte einen möglichen neuen Absatzmarkt. Die Silage kann durch betriebseigene oder überbetrieblich genutzte Maschinen ressourcenschonend produziert werden. So können Transportwege eingespart und der ökologische Fußabdruck der Schweineproduktion verbessert werden. Die Herstellung des getrockneten Presssaftes erfordert jedoch eine überbetriebliche Lösung. Die erhaltenen Ergebnisse werden eine Einschätzung erlauben, welche Einsparung an Sojaprodukten durch Grünfutter-Silagen erreicht werden können und ob es physiologisch und ökonomisch sinnvoll ist, den getrockneten Presssaft als probiotisch und antioxidativ wirksames Futteradditivum näher in weiteren Projekten zu optimieren. Zurzeit werden an der HBLFA Raumberg-Gumpenstein im EU LIFE Projekt „Farm4more“ weitere Grünfuttermittel als Proteinfutter für Nutztiere untersucht, was die Relevanz des hiesigen Projektvorschlags für die heimische Landwirtschaft unterstreicht. Insgesamt fördert diese Forschung die Resilienz, Unabhängigkeit und Nachhaltigkeit der österreichischen Schweineproduktion und eröffnet neue Möglichkeiten für die Nutzung von regional verfügbaren Rohstoffen.