Projekt-729: Analyse von Grund- und Kraftfutter nach dem Cornell Net Carbohydrate and Protein System und der in-situ-Methode zur Bewertung internationaler Energie- und Proteinsysteme
Projektleitung
Leonhard GRUBER
Forschungseinrichtung
Direktion Raumberg-Gumpenstein
Projektnummer
10198Projektlaufzeit
-
Finanzierungspartner
Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft
Navigation
Allgemeine Projektinformationen
Abstract (deutsch)
Im Rahmen der wissenschaftlichen Tätigkeit „Analyse von Grund- und Kraftfutter nach dem Cornell Net Carbohydrate and Protein System und der in-situ-Methode zur Bewertung internationaler Energie- und Proteinsysteme“ werden die wichtigsten in Österreich verwendeten Grund- und Kraftfuttermittel auf ihren Gehalt an den Nährstoff-Fraktionen des Cornell-Systems untersucht. Die Daten können als Grundlage des CNCPS unter österreichischen Fütterungsbedingungen verwendet werden.
Die in-situ–Technik ist eine sehr wertvolle und geradezu notwendige Methode zur Charakterisierung von Futtermitteln, weshalb von den wichtigsten Grund- und Kraftfuttermitteln die Abbau-Parameter der Nährstoffe im Pansen vorliegen sollten.
Die in-situ–Technik ist eine sehr wertvolle und geradezu notwendige Methode zur Charakterisierung von Futtermitteln, weshalb von den wichtigsten Grund- und Kraftfuttermitteln die Abbau-Parameter der Nährstoffe im Pansen vorliegen sollten.
Projektziele
In den neuen Futterbewertungssystemen (z.B. AFRC 1993, FOX et al. 2000 (CNCPS), NRC 2001) wird die klassische Weender Analyse in zunehmendem Maß durch weitgehendere Analysen ersetzt. Der Grund liegt vor allem darin, dass die Kohlenhydrate mit der Weender Analyse nicht den verdauungsphysiologischen Gegebenheiten entsprechend beschrieben werden und außerdem die Rohnährstoffe „Rohfaser“ und „N-freie Extraktstoffe“ keinen chemischen Stoffgruppen entsprechen (Van SOEST 1994, NRC 2001).
Eine zutreffendere Auftrennung der Kohlenhydrate geschieht über die sog. Detergenzien-Analyse der Zellwandbestandteile nach van SOEST (NDF, ADF, ADL), aus der sich die Gerüstkohlenhydrate Zellulose, Hemizellulose und Lignin errechnen lassen. Außerdem können indirekt durch Subtraktion der NDF sowie Rohprotein, Rohfett und Rohasche von der Gesamttrockenmasse die Nichtstrukturkohlenhydrate (bes. Zucker und Stärke, Pektin, organische Säuren) ermittelt werden (Van SOEST 1994, FOX et al. 2000, NRC 2001).
Struktur- und Nichtstrukturkohlenhydrate beeinflussen über die Speichelproduktion den pH-Wert im Pansen unterschiedlich und schaffen damit die für ihre Fermentation durch die Pansenmikroben jeweils optimalen Bedingungen. In der Folge wird aus den Strukturkohlenhydraten vorwiegend Essigsäure und aus den Nichtstrukturkohlenhydraten hauptsächlich Propionsäure gebildet. Diese beiden Hauptprodukte des Pansenstoffwechsels üben gänzlich andere Funktionen im Stoffwechsel des Wirtstieres aus, nämlich die Essigsäure als Ausgangssubstanz für die Fettsynthese und die Propionsäure als Ausgangssubstanz für Glukoneogenese und somit die Energieversorgung des Wirtstieres. Außerdem unterscheiden sich Essig- und Propionsäurebakterien wesentlich in ihrer Effizienz der mikrobiellen Proteinsynthese (RUSSEL et al. 1992). Daraus ist abzuleiten, dass die im CORNELL-System (FOX et al. 2000) angewandte Nährstoffanalytik verdauungsphysiologisch sehr begründet ist. Daher sollten auch von den wichtigsten in Österreich verwendeten Grund- und Kraftfuttermitteln die Gehalte an den Nährstofffraktionen des CORNELL-Systems ermittelt werden.
Das Cornell Net Carbohydrate and Protein System (CNCPS) unterscheidet 4 Kohlenhydrat- und 5 Protein-Fraktionen. Die Grundlage für die Zuordnung zu den Fraktionen bildet die Abbaugeschwindigkeit der Nährstoffe im Pansen (Sniffen et al. 1992, Fox et al. 2000):
4 Kohlenhydrat-Fraktionen: A, B1, B2, C
Nichtstruktur-Kohlenhydrate:
A: Zucker
B1: Stärke
Struktur-Kohlenhydrate:
B2: Verfügbare Strukturkohlenhydrate
C: Nicht verfügbare Strukturkohlenhydrate
5 Protein-Fraktionen: A, B1, B2, B3, C
A: Nicht-Protein-Stickstoff (NPN), sofort und vollständig verfügbar
B1: Rasch abbaubares, lösliches Protein
B2: Protein mit mittlerer Abbaurate
B3: langsam abbaubares Protein
C: Nicht verfügbarer, an Zellwand gebundene N
Eine weitere wichtige Information über den Futterwert ist somit das Ausmaß und die Geschwindigkeit des Nährstoffabbaues im Pansen. Zur Bestimmung dieser Parameter wird seit Jahren die sog. in-situ–Methode herangezogen (u.a. NOCEK 1988, ORSKOV & RYLE 1990, MERTENS 1993, MADSEN & HVELPLUND 1994, HUNTINGTON & GIVENS 1995). In nahezu allen modernen Proteinbewertungssystemen wird mit der in-situ–Methode der Anteil des im Pansen unabgebauten Futterproteins ermittelt (INRA 1989, AFRC 1993, FOX et al. 2000 (CNCPS), NRC 2001 etc., Ausnahme GfE 2001). Außerdem wurde eine enge Beziehung zwischen dem Nährstoffabbau im Pansen (ermittelt mit der in-situ–Methode) und der Futteraufnahme nachgewiesen (HOVELL et al. 1986, ORSKOV et al. 1988, CARRO et al. 1991, BLÜMMEL & ORSKOV 1993, KHAZAAL et al. 1995, CHERMITI et al. 1996, FERRET et al. 1997, DAWSON & STEEN 2000). Daneben erlauben die Abbauraten des Proteins und der Kohlenhydrate auch eine Aussage über die zeitliche Verfügbarkeit (Synchronismus) dieser Nährstoffe für die Pansenmikroben im Tagesverlauf (SINCLAIR et al. 1993 und 1995, BLANK et al. 1998, DLG 2001, FOX et al. 2001). Die Abbaukinetik wird häufig mit Hilfe der Gleichung von ORSKOV & McDONALD (1979) beschrieben:
“deg“ = a + b * (1 – exp(–c * t))
Somit ist auch die in-situ–Technik aus mehreren Gründen eine sehr wertvolle und geradezu notwendige Methode zur Charakterisierung von Futtermitteln, weshalb von den wichtigsten in Österreich verwendeten Grund- und Kraftfuttermitteln diesbezügliche Werte vorliegen sollten.
Eine zutreffendere Auftrennung der Kohlenhydrate geschieht über die sog. Detergenzien-Analyse der Zellwandbestandteile nach van SOEST (NDF, ADF, ADL), aus der sich die Gerüstkohlenhydrate Zellulose, Hemizellulose und Lignin errechnen lassen. Außerdem können indirekt durch Subtraktion der NDF sowie Rohprotein, Rohfett und Rohasche von der Gesamttrockenmasse die Nichtstrukturkohlenhydrate (bes. Zucker und Stärke, Pektin, organische Säuren) ermittelt werden (Van SOEST 1994, FOX et al. 2000, NRC 2001).
Struktur- und Nichtstrukturkohlenhydrate beeinflussen über die Speichelproduktion den pH-Wert im Pansen unterschiedlich und schaffen damit die für ihre Fermentation durch die Pansenmikroben jeweils optimalen Bedingungen. In der Folge wird aus den Strukturkohlenhydraten vorwiegend Essigsäure und aus den Nichtstrukturkohlenhydraten hauptsächlich Propionsäure gebildet. Diese beiden Hauptprodukte des Pansenstoffwechsels üben gänzlich andere Funktionen im Stoffwechsel des Wirtstieres aus, nämlich die Essigsäure als Ausgangssubstanz für die Fettsynthese und die Propionsäure als Ausgangssubstanz für Glukoneogenese und somit die Energieversorgung des Wirtstieres. Außerdem unterscheiden sich Essig- und Propionsäurebakterien wesentlich in ihrer Effizienz der mikrobiellen Proteinsynthese (RUSSEL et al. 1992). Daraus ist abzuleiten, dass die im CORNELL-System (FOX et al. 2000) angewandte Nährstoffanalytik verdauungsphysiologisch sehr begründet ist. Daher sollten auch von den wichtigsten in Österreich verwendeten Grund- und Kraftfuttermitteln die Gehalte an den Nährstofffraktionen des CORNELL-Systems ermittelt werden.
Das Cornell Net Carbohydrate and Protein System (CNCPS) unterscheidet 4 Kohlenhydrat- und 5 Protein-Fraktionen. Die Grundlage für die Zuordnung zu den Fraktionen bildet die Abbaugeschwindigkeit der Nährstoffe im Pansen (Sniffen et al. 1992, Fox et al. 2000):
4 Kohlenhydrat-Fraktionen: A, B1, B2, C
Nichtstruktur-Kohlenhydrate:
A: Zucker
B1: Stärke
Struktur-Kohlenhydrate:
B2: Verfügbare Strukturkohlenhydrate
C: Nicht verfügbare Strukturkohlenhydrate
5 Protein-Fraktionen: A, B1, B2, B3, C
A: Nicht-Protein-Stickstoff (NPN), sofort und vollständig verfügbar
B1: Rasch abbaubares, lösliches Protein
B2: Protein mit mittlerer Abbaurate
B3: langsam abbaubares Protein
C: Nicht verfügbarer, an Zellwand gebundene N
Eine weitere wichtige Information über den Futterwert ist somit das Ausmaß und die Geschwindigkeit des Nährstoffabbaues im Pansen. Zur Bestimmung dieser Parameter wird seit Jahren die sog. in-situ–Methode herangezogen (u.a. NOCEK 1988, ORSKOV & RYLE 1990, MERTENS 1993, MADSEN & HVELPLUND 1994, HUNTINGTON & GIVENS 1995). In nahezu allen modernen Proteinbewertungssystemen wird mit der in-situ–Methode der Anteil des im Pansen unabgebauten Futterproteins ermittelt (INRA 1989, AFRC 1993, FOX et al. 2000 (CNCPS), NRC 2001 etc., Ausnahme GfE 2001). Außerdem wurde eine enge Beziehung zwischen dem Nährstoffabbau im Pansen (ermittelt mit der in-situ–Methode) und der Futteraufnahme nachgewiesen (HOVELL et al. 1986, ORSKOV et al. 1988, CARRO et al. 1991, BLÜMMEL & ORSKOV 1993, KHAZAAL et al. 1995, CHERMITI et al. 1996, FERRET et al. 1997, DAWSON & STEEN 2000). Daneben erlauben die Abbauraten des Proteins und der Kohlenhydrate auch eine Aussage über die zeitliche Verfügbarkeit (Synchronismus) dieser Nährstoffe für die Pansenmikroben im Tagesverlauf (SINCLAIR et al. 1993 und 1995, BLANK et al. 1998, DLG 2001, FOX et al. 2001). Die Abbaukinetik wird häufig mit Hilfe der Gleichung von ORSKOV & McDONALD (1979) beschrieben:
“deg“ = a + b * (1 – exp(–c * t))
Somit ist auch die in-situ–Technik aus mehreren Gründen eine sehr wertvolle und geradezu notwendige Methode zur Charakterisierung von Futtermitteln, weshalb von den wichtigsten in Österreich verwendeten Grund- und Kraftfuttermitteln diesbezügliche Werte vorliegen sollten.
Berichte
Kurzfassung
In der vorliegenden Arbeit wurden von den in der Fütterungspraxis in Österreich wichtigsten Kraftfuttermitteln in Mischfutterwerken, landwirtschaftlichen Forschungsanstalten und Betrieben sowie Erzeugungsstätten repräsentative Proben gezogen (n = 85). Die Futtermittel wurden in 7 Gruppen eingeteilt:
1. Getreide (Gerste, Weizen, Hafer, Roggen, Triticale, Mais, CCM, Maiskornsilage, Sorghum-Hirse)
2. Nebenprodukte (Weizenfuttermehl, Weizenkleie, Pressschnitzel, Trockenschnitzel, Sojaschalen)
3. Wurzeln und Knollen (Futterrübe, Kartoffel, Tapioka)
4. Leguminosen-Samen und Ölsaaten (Ackerbohne, Erbse, Sojabohne, Raps, Sonnenblume)
5. Extraktionsschrote (Sojaextraktionsschrot 44 und 50 sowie geschützt, Rapsextraktionsschrot, Rapsextraktionsschrot geschützt, Sonnenblumenextraktionsschrot)
6. Ölkuchen und Expeller (Rapskuchen, Sonnenblumenkuchen, Kürbiskernkuchen, Palmkernexpeller)
7. Nebenprodukte (Gärungs- und Stärkeindustrie) (Biertrebersilage, Biertreber getrocknet, Weizenschlempe getrocknet, Maisschlempe getrocknet, Maizeglutenfeed, Maiskleber)
Zusätzlich zu den Weender Rohnährstoffen und den Van Soest–Gerüstsubstanzen wurden auch der in situ–Trockenmasseabbau an 4 fistulierten Ochsen nach dem Modell von ORSKOV & McDONALD (1979) sowie die Protein- und Kohlenhydrat–Fraktionen des Cornell Net Carbohydrate and Protein Systems (CNCPS, SNIFFEN et al. 1992) untersucht.
Die Futtermittel bzw. Futtermittelgruppen unterschieden sich signifikant und charakteristisch in ihren Gehalten an den 5 Proteinfraktionen (A, B1, B2, B3, C; im Pansen sofort löslich bis von den Mikroben nicht abbaubar). Die 5 Proteinfraktionen machten im Mittel 22, 6, 49, 16 und 7 % des Gesamt-N aus. Besonders hoch ist der Gehalt der A-Fraktion (= NPN) in silierten Kraftfuttern (CCM, Biertreber etc.), in den frischen Wurzeln und Knollen (Rübe, Kartoffel) sowie in den Leguminosen-Samen. Demgegenüber finden sich in den getrockneten Produkten (Biertreber, Schlempen, Trockenschnitzel, Mais), in den „geschützten“ Eiweißfuttermitteln sowie in Rapserzeugnissen höhere Anteile an der Fraktion B3 und C (langsam abbaubar bzw. im Pansen unverfügbar). Rund die Hälfte des Proteins weist eine mittlere Abbaurate auf (B2), ebenfalls mit deutlichen Unterschieden zwischen den Futtermitteln (Einfluss von Trocknung und Spezies). Die technologische Verarbeitung der Futtermittel („geschütztes Protein“, Trocknung) führt zu einer Verschiebung der Protein-Fraktionen in Richtung niedrigere Abbaurate. Dies spiegelt sich auch in den Trockenmasse-Abbaukurven aus der in situ-Untersuchung wider. Die Getreidearten sind durch eine hohe Abbaurate charakterisiert (29 %/h), mit Ausnahme von Mais und Sorghum (7 und 6 %/h). Die Abbaurate der Leguminosen und Ölsaaten ist etwas niedriger (13 %/h); die Futtermittel mit der niedrigsten Abbaurate sind die Extraktionsschrote (8 %/h) und die getrockneten Nebenprodukte der Alkoholerzeugung (6 %/h). Mit beiden in der vorliegenden Arbeit untersuchten Methoden (CNCPS, in situ-Technik) kann das Nährstoffangebot für die Pansenmikroben gut dargestellt werden.
Schlüsselwörter: Cornell Net Carbohydrate and Protein System, Protein, Kohlenhydrate,
in situ-Trockenmasse-Abbau, Kraftfutter