Untersuchungen zum ruminalen Abbau des Proteins von Nebenprodukten aus der Bioethanolherstellung in situ und mit einer neuen in vitro-Methode sowie Übertragbarkeit der Ergebnisse auf die praktische Milchkuhfütterung
Das Bestreben, fossile Energiequellen durch Biomasse zu ersetzten, hat in den letzten Jahren deutlich zugenommen, womit eine zuverlässige und routinemäßige Bestimmung des Futterwertes von Nebenprodukten der Biokraftstoffherstellung immer notwendiger wird. Bestehende Labormethoden zur Bestimmung des...
| Main Author: | |
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| Other Authors: | |
| Format: | Doctoral Thesis |
| Language: | German |
| Published: |
2010
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| Subjects: | |
| Online Access: | http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:15-20100315-092453-5 https://ul.qucosa.de/id/qucosa%3A10821 https://ul.qucosa.de/api/qucosa%3A10821/attachment/ATT-0/ |
| Summary: | Das Bestreben, fossile Energiequellen durch Biomasse zu ersetzten, hat in den letzten Jahren deutlich zugenommen, womit eine zuverlässige und routinemäßige Bestimmung des Futterwertes von Nebenprodukten der Biokraftstoffherstellung immer notwendiger wird. Bestehende Labormethoden zur Bestimmung des Gehaltes an pansenstabilem Rohprotein (UDP) liefern entweder keine zufrieden stellenden Ergebnisse oder sie sind nicht für alle Futtermittel, wie beispielsweise den Schlempen aus der Bioethanolherstellung, etabliert. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines dynamischen in vitro-Verfahrens, welches mithilfe eines etablierten, diskreten Inkubators die Abschätzung des UDP-Gehaltes von proteinreichen Nebenprodukten aus der Bioethanolherstellung und anderen Konzentratfuttermitteln erlaubt. Die Validierung der so gewonnenen Ergebnisse an in vivo-Messwerten zur ruminalen Abbaubarkeit und zu pansenphysiologischen Parametern sowie die Prüfung ihres praktischen Aussagewertes in einem Fütterungsversuch an einer Milchkuhherde waren weitere Intentionen dieser Arbeit. Als Probenmaterial wurden Weizen-Gerste-Trockenschlempe mit Feinbestandteilen (WGT), Roggenpressschlempe (RPS), deren Getreideausgangsprodukte Roggen (ROG) und eine Mischung aus 85 % Weizen und 15 % Gerste (WGM) sowie Rapskuchen (RKU), Rapsextraktionsschrot (REX) und Sojaextraktionsschrot (SEX) verwendet. In einem Inkubator vom Typ DAISY II (ANKOM Technology Corp., Macedon, USA) wurde der ruminale Abbau dieser Futtermittel in Anlehnung an ein vom Hersteller empfohlenes Verfahren sowohl mit Pansenbeuteln (Typ R 510, 51 μm Porengröße) als auch mit Inkubatorbeuteln (Typ F 57, Porengröße 25 μm) untersucht. Zwei pansenfistulierte trockenstehende Kühe der Rasse Holstein-Friesian (HF) standen als Pansensaftspender für die in vitro-Bestimmung und als Versuchtiere für die in situ-Bestimmung mit R 510-Beuteln in Anlehnung an MADSEN u. HVELPLUND (1994) zur Verfügung. Bei einer Tagesmilchleistung von ca. 42 kg wurden die Auswirkungen des proteinäquivalenten Einsatzes von RPS, WGT und REX als Rationsbestandteil auf pansenphysiologische Parameter an diesen Kühen untersucht. In einem 120-tägigen Gruppenfütterungsversuch an einer HF-Milchkuhherde konnten die Effekte des proteinäquivalenten Einsatzes von RPS und REX als Rationsbestandteil auf Lebendmasseentwicklung, Futteraufnahme, Milchleistung sowie Milchinhaltsstoffe geprüft werden. Die Verwendung von F 57-Inkubatorbeuteln erbrachte keine brauchbaren UDP-Gehalte. Dagegen waren diese mit den R 510-Beuteln bei einer Pansenpassagerate von 5 % / h im in situ- (in vitro-) Verfahren wie folgt: RPS 41 (33) %, WGT 21 (33) %, SEX 30 (28) %, REX 33 (33) %, RKU 25 (28) %, ROG 14 (21) % und WGM 17 (21) %. Abweichungen zwischen beiden Methoden waren vor allem bei den Schlempen zu sehen, was zumindest bei RPS vermutlich auf eine Unterschätzung der Abbauraten des Rohproteins (XP) wegen einer in situ stattgefundenen N-Kontamination bei der Besiedlung der Beutelinhalte mit Mikroorganismen zurückzuführen ist, die beim Inkubator eventuell geringer ausgefallen ist. Da bei der WGT die Abbauraten des XP im Inkubator überschätzt wurden, konnte hierfür noch keine schlüssige Erklärung gefunden werden. Für alle anderen Futtermittel lagen die hier gefundenen Abweichungen der UDP-Gehalte innerhalb der für die Referenzmethode (in situ-Methode) typischen Streuungsbreite. Beim Einsatz von Schlempen als Rationsbestandteil traten gegenüber REX-haltiger Ration insbesondere kurz nach der Futteraufnahme signifikant höhere Konzentrationen an Ammoniak (NH3) im Pansensaft auf. Der Acetat-Propionat-Quotient im Pansensaft war bei der RPS-haltigen Ration mit 2,2 signifikant höher als bei den REX- und WGT-haltigen Rationen mit 2,1, was eventuell mit dem höheren Rohfasergehalt (XF) der RPS-haltigen Ration zusammenhängt. Der steilere Verlauf der XP-Abbaukurve kurz nach Beginn der Inkubation in situ wurde für die signifikant höhere NH3-Konzentrationen im Pansensaft verantwortlich gemacht. Im Inkubator konnte jedoch der Verlauf der ruminalen XP-Abbaukurve nicht hinreichend genau nachgestellt werden, um davon die Auswirkungen der Futtermittel auf die resultierenden NH3-Konzentrationen im Pansensaft vorherzusagen, da hierfür die UDP-Gehalte alleine nicht ausreichend sind. Die Auswertung der NH3-Konzentrationen im Fermenterinhalt des Inkubators weist aber auf die höheren NH3-Konzentrationen im Pansensaft des Tieres hin. Im Gruppenfütterungsversuch wurde eine höhere Futteraufnahme der RPS-haltigen Ration gegenüber der REX-haltigen Ration beobachtet. Obwohl Milchmenge, Milcheiweißgehalt und Milchfettgehalt unverändert blieben, wurde bei der Gruppe mit RPS-haltiger Ration ein signifikant höherer Milchharnstoffgehalt während des Versuchzeitraumes festgestellt, wofür die bereits erwähnten höheren NH3-Konzentrationen im Pansensaft als Ursache angesehen wurden. Da es sich bei RPS um gemahlenes Material handelt, sollte der höhere XF-Anteil der RPS-haltigen Ration den Digestafluss nicht verlangsamen, sondern könnte ihn sogar beschleunigen, indem er eine angepasste Mikrobiota fördert. Dies ist eventuell für die höhere Futteraufnahme bei RPS-haltiger Ration mitverantwortlich. Da in den ökonomisch entscheidenden Leistungsparametern wie Milchmenge, Milcheiweißgehalt, Milchfettgehalt sowie energetischem Wirkungsgrad von Futteraufwand zu Milchleistung keine Veränderungen beim Einsatz von RPS-haltiger gegenüber REX-haltiger Ration feststellbar waren, sind beide proteinreichen Konzentratfuttermittel in der Milchkuhernährung als gleichwertig anzusehen. Die im Inkubator ermittelten UDP-Gehalte haben nicht nur deshalb eine praktische Relevanz, weil sie zwischen REX und RPS keine Unterschiede aufzeigten, sondern auch, weil sie ausreichend genau mit den in situ ermittelten Werte übereinstimmten. Die in vitro R 510-Methode hat damit nicht nur das Potential, die in situ-Methode für die Bestimmung des UDP-Gehaltes zu ersetzten, sondern eventuell ihr gegenüber auch den Vorteil, dass die N-Kontamination der Beutelresiduen geringer ausfallen. Unter der Vorraussetzung, dass diese Methode mit von Schlachttieren oder mit Nasenschlundsonde gewonnenem Panseninhalt etabliert werden kann, sind für eine zuverlässige UDP-Bestimmung keine Fisteltiere mehr notwendig. === Attempts to replace fossil fuel with biomass have increased considerably in recent years and demonstrate the need for a reliable and routine determination of the nutritive value of byproducts from the Bioethanol Industries. Current laboratory techniques to determine the content of rumen undegraded dietary protein (UDP) either do not deliver satisfactory results or are not established for all types of feedstuff like for example distillers grains from the Bioethanol Industries. The aim of this study was to develop a dynamic in vitro procedure using an established discrete incubator, which makes it possible to estimate the proportion of UDP of byproducts from the Bioethanol Industries with high protein content or of other concentrated feedstuffs. Further aims were the validation of results obtained through that way using in vivo-measurements on the ruminal degradability and on rumen physiological parameters plus the practical demonstration of the significance of these results in a feeding trial on a herd of dairy cows. Samples were of dried distillers grains with solubles from a wheat barley mixture (WGT), pressed distillers grains from rye (RPS), both of their raw materials rye (ROG) and wheat barley mixture of 85 % wheat and 15 % barley (WGM), as well as rape seed cake (RKU), rape seed meal (REX) and soy bean meal (SEX). The ruminal degradation of these feedstuffs was tested in a DAISY II Incubator (ANKOM Technology Corp., Macedon, USA) using a procedure similar to that recommended by the manufacturer using both incubator bags (type F 57, 25 μm pore size) and rumen bags (type R 510, 51 μm pore size). Two rumen fistulated Holstein-Friesian (HF) cows during dry season were available as donors of rumen fluid for the in vitro procedure and as test animals for the in situ examination similar to MADSEN and HVELPLUND (1994). The impacts of the protein equivalent substitution of REX, RPS and WGT in the ration on rumen physiological parameters was tested on these animals during a daily milk yield of 42 kg. The effect of the protein equivalent substitution of REX and RPS as part of the ration on live weight, feed intake, milk yield and milk content was tested during a 120 days lasting feeding trial with two groups of a HF dairy cow herd. The use of F 57 incubator bags did not lead to any useful results for the proportion of UDP. By contrast, using the R 510 rumen bags and assuming a ruminal passage rate of 5 %/h it was for the in vitro- (in situ-) procedure as follows: RPS 42 (33) %, WGT 21 (33) %, SEX 30 (28) %, REX 33 (33) %, RKU 25 (28) %, ROG 14 (21) % and WGM 17 (21) %. Variations between the two techniques occurred especially to the distillers grains products. At least with RPS this could be a result of different microbial nitrogen contamination of the bag residuals, which happened in situ and led to an underestimation of the degradation rate there. This might have been less intensive in the incubator. No conclusive explanation could be found for the situation with WGT, where the degradation rate was overestimated in the incubator. For all other feedstuffs, the variations were within the statistic spread, that is typical for the reference technique (in situ technique). Distillers grains as part of the ration in comparison with REX containing ration led to significant higher concentrations of ammonia (NH3) in the rumen fluid, most notably immediately after feed intake. The acetate propionate quotient was 2,2 in the RPS containing ration and significant higher than 2,1 in the REX and WGT containing rations. This could be due to a higher content of cruder fibre (XF) in the ration with RPS. The higher gradient of the XP degradation curve especially immediately after feed intake could account for the significant higher NH3 concentrations in the rumen fluid. This gradient could not be simulated well enough in the incubator to predict the feedstuffs impact on the resulting NH3 concentrations in the rumen fluid, as the UDP by itself is not sufficient for this. The analyzed NH3 concentrations of the fluid substances in the incubators fermenter are an advice of the higher NH3 concentrations in the animals’ rumen fluid. The feeding trial with two groups of dairy cows showed a higher feed intake of the RPS containing ration in comparison with the ration with REX. Although milk yield, milk protein and milk fat was not affected, the group fed RPS containing ration had a significant higher concentration of milk urea during the feeding trial. This could be due to the higher NH3 concentrations in the rumen fluid mentioned above. As RPS is milled material, its higher XF content should not slow down the digesta flow, but could push it on in consequence of a better adapted microbial milieu. This might be responsible for the higher feed intake of the RPS-containing ration. Because there were no apparent differences between REX and RPS containing ration regarding economic parameters like milk yield, milk protein and milk fat as well as energetic efficiency of feed effort and milk yield, both protein rich concentrate feedstuffs are seen to be equivalent. The values of UDP identified in the incubator have a practical meaning, not only because they did not show any difference between REX and RPS but also as they correspond closely enough with the values identified with the in situ technique. The in vitro R 510 technique not only has the potential to replace the in situ technique for determining the UDP but might also have the advantage of a lower nitrogen contamination of the bag residuals. Assuming that this technique can be established with rumen content gained from an esophageal tube or from slaughtered animals, no more rumen fistulated animals are necessary for a reliable assessment of UDP. |
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