Vortrag - Büsumer Fischtage

Was braucht der Fisch?
Bedarfsmodellierungen am
Beispiel der Aminosäuren
Andreas Lemme
Animal Nutrition Services
Health & Nutrition
Einleitung
• Für eine ressourcensparende und umweltschonende
Fütterung der verschiedenen Aqua-Species sind
Kenntnisse über den Nährstoffbedarf nötig.
• Während bei den terrestrischen Nutztieren diese
Kenntnisse recht fortgeschritten sind, stehen wir
bei den meisten Aqua-Species am Anfang
• Dies trifft insbesondere auf den Bereich der Protein
bzw. der Aminosäurenernährung zu.
Im Folgenden wird dargestellt, wie man
Empfehlungen zur optimalen Aminosäurenversorgung
von Fischen mittels eines Modellierungskonzeptes
ermitteln kann.
Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011
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Agenda
• Aminosäuren – Bausteine des Lebens
• Möglichkeiten der Bedarfsermittlung
• Der Dosis-Wirkungs-Versuch und seine
Limitierungen
• Die faktorielle Bedarfsermittlung
• Körperzusammensetzung und
Aminosäurenretention
• Verwertungen von Aminosäuren für die
Retention
• Erhaltungsbedarf
• AMINOCarp™
• Zusammenfassung
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Aminosäuren sind die Bausteine
des Proteins
Essentiell
Nicht essentiell
Methionin
Cystein / Cystin
Lysin
Tyrosin
Threonin
Glycin
Tryptophan
Serin
Arginin*
Prolin / Hydroxyprolin
Isoleucin
Alanin
Leucin
Asparaginsäure
Valin
Asparagin
Histidin*
Glutaminsäure
Phenylalanin
Glutamin
* nicht essentiell in einigen Spezies
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Aminosäurenreihenfolge ist von der
genetischen Information vorbestimmt
Threonine
Lysine
Serine
Alanine
Methionine
Protein chain...................................................
CHNH
2
CH 3
HCOH
CH
HN
2 2
CO
CH 3
NH
CH
CO
NH
CH 3
2
CH 2
S
CH 2
CH 2
CHOH
2
CH 2
CH CO NH
CH
CH 2
CO
NH
CH
COOH
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Liebig’sches Fass
Konzept der limitierenden Aminosäure
Val
Ile
Leistungserhöhung
(Wasserspiegel)
durch Erhöhung der
Aminosäure Met
=> essentielle AS aus Futter
Th
r
Met
Alle Aminosäuren
über dem Wasserspiegel
(rel. Bedarf)
können NICHT
gespeichert werden
=> N-Ausscheidung
Arg
Lys
Trp
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Liebig’sches Fass
Konzept der limitierenden Aminosäure
Val
Ile
Leistungserhöhung
(Wasserspiegel)
durch Erhöhung der
Aminosäure Met
=> essentielle AS aus Futter
Th
r
Met
Überschüssige
Aminosäuren reduziert
=> Gesamtverwertung
gesteigert
Arg
Lys
Trp
Weitere Leistungserhöhung
NUR
durch zusätzliche Erhöhung
einer weiteren Aminosäure
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Der Dosis-Wirkungsversuch
Val
Ile
Met
Lys
Trp
Th
r
Val
Ile
Arg
Met
Lys
Trp
Th
r
Met
Val
Ile
Arg
Lys
Trp
Th
r
Val
Ile
Arg
Met
Lys
Trp
Th
r
Arg
Met
Lys
Trp
Zuwachs, g
Th
r
Val
Ile
Arg
0.00
0.05
0.10
0.20
0.25
Supplementiertes DL-Met (% im Futter)
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Der Dosis-Wirkungsversuch
Val
Ile
Th
r
Met
Val
Ile
Arg
Lys
Trp
Th
r
Val
Ile
Arg
Met
Lys
Trp
Th
r
Met
Val
Ile
Arg
Lys
Trp
Th
r
Val
Ile
Arg
Met
Lys
Trp
Th
r
Met
Arg
Lys
Trp
Y = a + b * (1 - e (-c * X))
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
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Methioninbedarf von Karpfen I
Spezifische Wachstumsrate, %/d
(Quelle: Schwarz et al., 1998)
0.90
0.80
0.70
0.60
Startgewicht:
552g
Endgewicht:
1095 g (max)
Versuchsdauer:
85 Tage
Methioninsteigerung: DL-Methionin
0.50
Exponentielle Datenauswertung auf
Basis publizierter Werte:
0.40
0.30
0.45
0.65
0.85
1.05
1.25
Optimum:
1.45 (95% asymt. Resp.)
1.19% Methionin
Methioningehalt, % im Futter
Y = 0.36 + 0.46 * (1-e(-4.29 * (X-0.49)))
R2 = 0.98
Nebenbefund:
Supplementierte Aminosäuren können
effektiv in der Karpfenernährung
eingesetzt werden!
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Die Grenzen des
Dosis-Wirkungsversuchs I
• Immer nur eine Aminosäure pro Versuch.
• d.h. für ein komplettes Profil der essentiellen
Aminosäuren sind 10 Versuche nötig.
• Wirkungskurve und Asymptote abhängig
• von Bedarfsdeckung anderer Aminosäuren und
Nährstoffe.
• insbesondere, wenn Kenntnisse über
Bedarfszahlen schwach belegt sind.
• vom Wachstumsstadium.
• juvenil - adult
• vom genetischen Potenzial.
• züchterische Bearbeitung
• von den Umweltbedingungen
• Wasserqualität, Temperatur, Platzangebot,…
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Der Weg der Nahrungs-Aminosäuren
ASFutter
Gesamt-Aminosäuren
im Futter
vqAA
Verdaulichkeit
ASfäkal
Unverdauliche Aminosäuren
mit Kot ausgeschieden
ASverd
Verdauliche Aminosäuren
im Futter
kAA
Verwertung
ASmetab
Metabolisiert &
N-Ausscheidung
ASverf
Verfügbare Aminosäuren
aus dem Futter
ASRet
Retentinierte Aminosäuren
(im Körperprotein)
ASErh
Erhaltungsbedarf
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– der faktorielle Ansatz –
Retention
ASBedarf = (ASRet x kAA-1 + ASErh) x vqAA-1
1. AMINOLab®
Analysen von Ganzkörper-Homogenaten: n = 110
Amino
acid
Common
carp*
Finfish**
Lys
Met
Met+Cys
Thr
100
34
46
53
100
37
50
59
Trp
14
Arg
Ile
Leu
Val
His
Phe
76
52
92
59
38
51
83
58
98
64
33
56
Probenmaterial u.a. aus
Masterarbeit von Christin Heinitz, GMA, 2011
2. Vergleichende Schlachtkörperuntersuchung
Retention = AS-GehaltT2 –AS-GehaltT1
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– der faktorielle Ansatz –
Verwertung
Spezifische Wachstumsrate, %/d
ASBedarf = (ASRet x kAA-1 + ASErh) x vqAA-1
2.22
Startgewicht:
57 g
2.20
Endgewicht:
207 g (max)
Versuchsdauer:
58 Tage
2.18
2.16
Methioninsteigerung: DL-Methionin
2.14
Ganzkörperanalysen:Beginn / Ende d. Versuches
2.12
y = -3.139x2 + 6.100x - 0.768
R2 = 0.998
2.10
Quadratische Funktion:
2.08
Maximum:
2.06
0.8
0.9
1.0
1.1
0.97% Met+Cys
1.2
Met+Cys-Gehalt, % im Futter
IMARES & Univ. Wageningen & Evonik, 2010
Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011
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– der faktorielle Ansatz –
Verwertung
ASBedarf = (ASRet x kAA-1 + ASErh) x vqAA-1
Met-Aufnahme
Met-Retention
Verwertung
Gesamtverwertung Met+Cys:
100
90
25.0
80
70
20.0
60
50
15.0
40
10.0
30
20
5.0
Met+Cys-Verwertung
Met+Cys-Aufn./Ret., mg/d
30.0
0.78 Met+Cys im Futter:
51.3%
0.83 Met+Cys im Futter:
53.4%
0.93 Met+Cys im Futter:
54.5%
1.05 Met+Cys im Futter:
47.2%
10
0.0
0
0.78
0.83
0.93
1.05
Met+Cys, % im Futter
IMARES & Univ. Wageningen & Evonik, 2010
Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011
– der faktorielle Ansatz –
Verwertung
ASBedarf = (ASRet x kAA-1 + ASErh) x vqAA-1
Met+Cys-Retention, mg/d
13.00
12.50
12.00
11.50
11.00
10.50
10.00
9.50
19.0
2
y = -0.13x + 6.24x - 62.79
R2 = 0.99
21.0
23.0
25.0
Met+Cys-Aufnahme, mg/d
27.0
Margin. Met+Cys-Retention, %
Unter defizitären Bedingungen wurde
zugelegtes DL-Met nahezu vollständig
in Körperprotein überführt
140
1. Ableitung
y = -0.26x + 6.24
120
100
80
60
40
20
0
-20
-40
-60
19.0
21.0
23.0
25.0
27.0
Met+Cys-Aufnahme, mg/d
IMARES & Univ. Wageningen & Evonik, 2010
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– der faktorielle Ansatz –
Verwertung & Erhaltungsbedarf
ASBedarf = (ASRet x kAA-1 + ASErh) x vqAA-1
Spezifische Wachstumsrate, %/d
2.0
f
1.5
e
Startgewicht:
57 g
Endgewicht:
195 g (max)
Versuchsdauer:
56 Tage
Diäten:
Methionin-defizient
0.43% Met; 0.91% Met+Cys
d
1.0
d
0.5
c
+ 0.1% DL-Methionin
0.53% Met; 1.01% Met+Cys
c
b
Met-defizient
Met-defizient + 0.1% DL-Met
Met-defizient, 1 Fütterung
0.0 a
Behandlungen
Fasten
1, 2, oder 4 x 3.2g/kg0.8
-0.5
0
1
2
3
4
5
0.8
Futtermenge, x 3.2g/kg
Fütterungsfrequenz: 5 x täglich, 2-h-Intervalle
(1 x täglich)
Ganzkörperanalysen:Beginn und am Ende
AS-Retention
feedtest & Evonik, 2011
Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011
– der faktorielle Ansatz –
Verwertung & Erhaltungsbedarf
ASBedarf = (ASRet x kAA-1 + ASErh) x vqAA-1
70
Slope Ratio-Analyse
Met-Retention, mg/d/kg0.8
60
Y = -2.01 + 0.798 Met-def + 0.780 DL-Met
50
40
30
Met-Verwertung:
79.8 / 78.0 %
Erhaltungsbedarf:
2.5 / 2.6 mg / d/ kg0.8
20
Met-defizient
10
Met-defizient + 0.1% DL-Met
0
Met-defizient, 1 Fütterung
-10
0
20
40
60
80
0.8
Met-Aufnahme, mg/d/kg
100
Relative Verfügbarkeit vom Gesamt-Methionin der
DL-Met-suppmentierten Diät vs Met-def.:
97.7% (87.3 – 108.2%) – kein Unterschied
=> Freies DL-Met genau so hoch verfügbar wie
protein-gebundenes Methionin
feedtest & Evonik, 2011
Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011
9
– der faktorielle Ansatz –
Verwertung & Fütterungsfrequenz
ASBedarf = (ASRet x kAA-1 + ASErh) x vqAA-1
Die Verwertung der Aminosäuren ist beeinflusst
von der Fütterungsfrequenz
Futterverwertung, g/g
2.50
1.75
gleiche Futtermenge
2.25
2.00
1.75
1.50
1.25
b
a
1.00
Frequenz
FCR
Futterverwertung, g/g
•
gleiche Futtermenge
1.50
1.25
b
a
1.00
2 / Tag
kontinuierlich
2.11
1.58
Frequenz
FCR
TU München & Evonik, 2010
2 / Tag
5 / Tag
1.503
1.31
feedtest & Evonik, 2010
Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011
– der faktorielle Ansatz –
Verdaulichkeit
ASBedarf = (ASRet x kAA-1 + ASErh) x vqAA-1
•
Bisher wenige Daten zur
Aminosäurenverdaulichkeit in Rohstoffen
veröffentlicht.
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AMINOCarp™ AS-Modellierung
Input / Output
Feeding level
DM content of diet
Feed Conversion Rate
Specific Growth Rate
Average start weight of fish (g)
Average end weight of fish
Period
Protein content, start
Protein content, end
Proportion of natural feed to DM intake
Feeding frequency (2-5)
2.000
91
1.193
1.525
100.0
229.9
56.0
14.6
15.0
0
3
% BodyWeight per day
%
g DM / g gain
% BodyWeight per day
g/fish
g/fish
days
% in whole body*
% in whole body*
%
times a day
CP
MET
CYS
M+C
LYS
THR
ARG
Total content, % in DM of diet
Ratio to Lys
38.8
1.23
57
0.56
26
1.79
83
2.17
100
1.37
63
1.61
74
Digestible content, % in DM of diet
Ratio to Lys
33.0
1.05
57
0.48
26
1.53
83
1.84
100
1.16
63
1.37
74
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AMINOCarp™ AS-Modellierung
Szenarien
Feeding level
DM content of diet
Feed Conversion Rate
Specific Growth Rate
Average start weight of fish (g)
Average end weight of fish
Period
Protein content, start
Protein content, end
Proportion of natural feed to DM intake
Feeding frequency (2-5)
2.000
91
1.193
1.525
100.0
229.9
56.0
14.6
15.0
0
3
2.500
91
1.492
1.525
100.0
229.9
56.0
14.6
15.0
0
3
2.000
91
1.138
1.600
100.0
239.4
56.0
14.6
15.0
0
3
2.000
91
1.193
1.525
50.0
114.9
56.0
14.3
14.7
0
3
2.000
91
1.193
1.525
100.0
229.9
56.0
14.6
15.0
30
3
2.000
91
1.193
1.525
100.0
229.9
56.0
14.6
15.0
0
5
MET
MET
MET
MET
MET
MET
Total content, % in DM of diet
Ratio to Lys
1.23
57
0.99
57
1.29
57
1.21
57
1.16
61
1.14
58
Digestible content, % in DM of diet
Ratio to Lys
1.05
57
0.84
57
1.09
57
1.03
57
0.99
62
0.97
58
Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011
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Zusammenfassung
• Die Kenntnisse zum Aminosäurenbedarf und zur
Aminosäurenoptimierung im Futter sind bei vielen
Aqua-Species begrenzt.
• Der Dosis-Wirkungsversuch stellt eine Möglichkeit zur
Bedarfsableitung dar.
• hat mehrere Einschränkungen
• Der faktorielle Ansatz zur Bedarfs- bzw.
Empfehlungsableitung ist eine Alternative.
• erlaubt gleichzeitige Berücksichtigung mehrerer
Aminosäuren
• erlaubt Anpassung an variable Einflussfaktoren
• AMINOCarp sind Aminosäurenempfehlungen für
Karpfen auf Basis einer faktoriellen Bedarfsermittlung.
Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011
Fragen?
Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011
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