Aufgaben der Tierernährung - DLG

Aufgaben der Tierernährung
Der Anteil der tierischen Erzeugnisse am Gesamterlös der Landwirtschaft betrug im
Mittel der letzten Jahre 75 %. Dies zeigt, dass der größte Teil der landwirtschaft­lich angebauten Früchte über den Tiermagen veredelt wird.
Während nahezu die gesamte Nahrung für Rinder und Schafe für die menschli­che
Nahrung nicht direkt geeignet ist, können etwa 60 % der an Geflügel, Schwei­ne und Mastkälber verabreichten Futtermittel auch vom Menschen verzehrt wer­den.
Früher setzte sich die Tierernährung vor allem zum Ziel, die tierische Produktion – im
Sinne einer besseren Ausnutzung von Futtermitteln – zu intensivieren, dagegen rückte in
den letzten Jahrzehnten zunehmend die Qualität tierischer Erzeugnisse in den Vordergrund. Da die tierischen Produkte der menschlichen Ernährung dienen, müssen sie auch
frei von Schadstoffen sein. Diese Schadstofffreiheit muss auch für Futtermittel gewährleistet sein. Nur so kann der Verbraucher in seiner Gesundheit geschützt, aber auch der praktische Landwirt vor ökonomischen Einbußen bewahrt werden. Der Qualitätsbegriff umfasst
neben der möglichst rückstandsfreien Erzeugung tierischer Produkte auch die Herstellung
eines gesundheitlich einwandfreien und ernährungsphysiologisch wertvollen Produktes
mit geschmacklicher Güte sowie die Produktion in Art-gerechten Betrieben bei möglichst
geringer Umweltbelastung.
Um dem Umweltaspekt mehr gerecht zu werden, muss die Tierernährung deutlich
nachhaltiger und ökologischer gestaltet werden. Daher ist es auch Aufgabe der Tierernährungsforschung, Fütterungskonzepte zu entwickeln, die mit einer möglichst niedrigen Ausscheidung an umweltbelastenden Stoffen einhergehen. Bezüglich dieser Forderung sind in
den letzten Jahrzehnten viele Strategien entwickelt und umgesetzt worden, nicht zuletzt,
weil sie auch ökonomisch sinnvoll sind. Ökologisch handeln bedeutet aber auch, die Umwelt über die eigenen Landesgrenzen hinaus zu schonen.
Durch die erfreuliche Zunahme des Wohlstandes in vielen Ländern der Erde werden
auch immer mehr Lebensmittel tierischen Ursprungs verzehrt. Vielfach werden dazu aber
Tropenwälder gerodet, um die Flächen für Rinderweiden und den Sojaanbau zu vergrößern. Unsere Massentierhaltung wäre derzeit ohne Futtermittel, die auf ehemaligen Tropenwaldflächen erzeugt wurden, nicht möglich. Zwar sind für eine vollwertige Ernährung
des Menschen geringe Mengen tierischer Lebensmittel durchaus sehr wünschenswert, der
Verbrauch an Rind- und Schweinefleisch liegt jedoch vielfach bereits über einem gesundheitlich verträglichen Maß. Eine Reduktion des Verzehrs tierischer Produkte würde somit
nicht nur der Umwelt, sondern auch der Gesundheit des Verbrauchers zugutekommen.
Andererseits bedarf es auch forschungsseitig Lösungen, um dem gegenwärtig gewaltigen
Strom an Nährstoffen aus den Tropen und Subtropen nach Europa entgegenzuwirken. Die
Sojapflanze ist durch den hohen Anteil an Eiweiß und dessen Qualität ein derzeit unverzichtbarer Bestandteil in der Fütterung monogastrischer Nutztiere. Einheimische Nutzpflanzen erfüllen diese Kriterien meist nicht. Die Umweltbelastung könnte deutlich reduziert werden, wenn die Pflanzenwissenschaften ihre Bemühungen, den Ertrag zu steigern,
verstärkt auf eine für Mensch und Tier bedarfsgerechtere Zusammensetzung von Pflan17
Aufgaben der Tierernährung
zenproteinen ausrichten würden. Dies gilt vor allem für die Hauptnutzpflanzen Mais, Reis
und Weizen. Da sich die Bevölkerung in Südamerika vorwiegend mit Mais und die Bevölkerung in Asien vor allem mit Reis ernährt, käme dies dem Bestreben, eine vollwertige Ernährung auch des Menschen zu erreichen, deutlich näher. Mit Grundnahrungsmitteln
und Futter, die eine ideale Proteinzusammensetzung aufweisen, käme man auch mit deutlich weniger Eiweiß in der Ernährung von Mensch und Tier aus. Dies würde die Stickstoffausscheidung minimieren, den Sojastrom aus den Tropen und Subtropen eindämmen und
damit in erheblichem Maße auch die Umwelt schonen.
Der Tierernährung kommt damit eine Vielfalt von Aufgaben zu. Primäres Ziel der Ernährung ist es jedoch, den ständigen Verbrauch an Nährstoffen und Energie, die jeder tierische Organismus hat, über die Nahrung zuzuführen. Dieser Stoff- und Energiewechsel
ist Kriterium für alle Lebensvorgänge. Die Pflanzen liefern über den Weg der Photosynthese größtenteils die für das Tier notwendigen organischen Verbindungen wie Kohlen­
hydrate, Proteine, Fett und Vitamine. Daneben braucht das Tier, ebenso wie die Pflanze,
gewisse anorganische Substanzen. Erst dann kann der tierische Organismus wachsen, körpereigene Substanzen aufbauen bzw. erneuern und Produkte wie Milch und Eier bilden.
Zusätzliche Qualität kann über variierende Kompositionen der Futterbestandteile, Futtermittelkontrolle und Haltungsbedingungen erlangt werden. Dieser Zusammenhang zwischen der Nahrung und den Lebensäußerungen ist der ­Bereich der Ernährung. Nur mit
naturwissenschaftlichen Methoden lassen sich diese Vorgänge erforschen. Praktische Fütterungsversuche dürfen streng genom­men nicht ohne weiteres verallgemeinert werden.
Echte Fortschritte sind deshalb in der Tierernährung besonders durch Grundlagenforschung möglich. Die Grund­lagen der Ernährung reichen aber von der Chemie und Biochemie bis zur Anato­mie, Physiologie, Mikrobiologie, Immunologie, Technologie und Genetik der Pflan­ze und des Tieres.
Obgleich das landwirtschaftliche Nutztier im Mittelpunkt der Tierernährungsforschung
steht, müssen viele grundlegende Fragen vor allem zur Stoffwechselphysiologie auch an
Labortieren erforscht werden. Hierzu ist auch die Entwicklung neuer und immer genauerer Analysenverfahren notwendig, die eine Erforschung bis hin zu molekularen Vorgängen
auf Zellebene möglich macht. Übertragbar auf das landwirtschaftliche Nutztier sind die
gewonnenen Erkenntnisse beim Labortier aber nur dann, wenn sie auch an der jeweiligen
Nutztierspezies verifiziert werden. Dies gilt immer, unabhängig welches System in der Fütterung angestrebt wird und natürlich auch für ökologische Belange. Die Erforschung solcher Grundlagen ist meist nur in Wechselbeziehung zu den anderen Disziplinen möglich.
Ziel aller Forschungsbemühungen muss am Ende die Gesundheit des Tieres sowie die Erzeugung qualitativ hochwertiger tierischer Produkte sein.
Das Gebiet spannt sich weit, der möglichen Irrtümer sind viele. Mancher popu­läre Artikel über Fütterungsprobleme ist falsch oder verwirrend. Die erste Voraus­setzung für eine
­rationelle und gezielte Fütterung ist deswegen die Kenntnis der Grundlagen. Im Folgenden sollen deshalb zunächst die wichtigsten Grundlagen der Tierernährung und anschließend die entsprechenden Fütterungshinweise behan­delt werden. Das Einkommen eines
Betriebes wird nämlich durch rationelle und zweckmäßige Tierernährung wesentlich beeinflusst, zumal der Anteil der Futterko­sten bei den verschiedenen Nutzungsformen die
Hälfte bis zu zwei Drittel der Gesamtkosten ausmacht.
18
1
usammensetzung
Z
von Nahrung und Tier
1 Zusammensetzung von Nahrung und Tier
Der größte Teil der tierischen Nahrung stammt aus Pflanzen sowie Rückständen ver­
arbeite­ter pflanzlicher Produkte. Die darin enthaltenen Stoffe ermöglichen dem Tier
seine Lebensäußerungen und den Aufbau von tierischem Gewebe. Wir nennen diese
Stoffe Nährstoffe. Bislang sind über 50 verschiedene Nährstoffe bekannt. Die Nährstoffe
sind in den verschiedensten Futtermitteln in mehr oder weniger konzentrierter, gut verdaulicher oder bedingt durch hohe Mengen Gerüstsubstanzen in schlecht zu verdauender
Form enthalten. Grundsätzlich sind in der Nahrung dieselben Substanzklassen vertreten
wie sie auch im Tierkörper vorkommen: Wasser, Eiweiß, Fette, Kohlenhydrate, Vitamine
und Mineralstoffe. Der Unterschied zwischen Tier und Nahrung liegt in der verschiedenen Zusammensetzung dieser Substanzen wie auch in den Mengen, in denen die einzelnen Stoffe vorkommen.
In Pflanzen variieren die Gehalte an verschiedenen Nährstoffen sehr stark. Im Allgemeinen überwiegt der Anteil an Kohlenhydraten, die der Pflanze als Energiereserve dienen. Der Gehalt des tierischen Organismus an Kohlenhydraten ist dagegen sehr gering. Er
beträgt weniger als 1 %. Im Tier werden zugeführte Kohlenhydrate laufend ab- und umgebaut und für energetische Zwecke herangezogen. Überschüssige Energie wird vom Tier im
Wesentlichen in Form von Fett gespeichert. Der Fettgehalt eines jeden Tieres schwankt
deshalb sehr stark.
Ausgewachsene, normal ernährte Tiere zeigen im Mittel folgende chemische Zusammensetzung:
55 – 60 %
Wasser
15 – 20 %Eiweiß
18 – 25 %
Fett
3 – 4,5 %
Mineralstoffe
Die Zusammensetzung des Körpers variiert jedoch innerhalb einer gewissen Spannbreite, die bestimmt wird von der Tierart, den interindividuellen Unterschieden innerhalb
einer Tierspezies, dem Alter und auch dem Ernährungszustand des Tieres.
Die verschiedenen Nährstoffe sind nun keineswegs in allen Geweben und Organen
gleichmäßig verteilt. Lipide sind Bestandteil aller Zellmembranen, dienen dem mecha­
nischen Schutz innerer Organe (Nieren, Darmgekröse) oder fungieren als Füllgewebe.
Als Energiespeicher findet sich das Fett in den Fettdepots sowie unter der Haut. Das
Eiweiß ist entsprechend seiner funktionellen und strukturellen Bedeutung in jeder
­
Zelle vorhanden. So enthalten Muskeln, welche ungefähr die Hälfte der gesamten
­Körpermasse ausmachen, 75 – 80 % Eiweiß in der Trockenmasse. Mehr als 60 % des
Körper­wassers befindet sich als sogenannte Intrazellulärflüssigkeit im Inneren der Zellen. Die extrazelluläre Flüssigkeit verteilt sich vor allem auf das Interstitium, während
ein kleiner Teil als Blutplasma im Gefäßsystem zirkuliert. Als transzelluläre Flüssigkeit
bezeichnet man Wasser in Hohlräumen, wie dem Magen-Darmtrakt, sowie an Ober­
flächen. Organsysteme enthalten entsprechend ihrer Funktion viel oder nur wenig
­Wasser (70 – 80 % in Herz, Niere, Lunge und Muskel; etwa 20 % im Skelett und Fettgewebe). Die geringen Mengen Kohlenhydrate finden sich vornehmlich in der Leber und
Skelettmuskulatur. Auch die einzelnen Mineralstoffe zeigen ein typisches Ver­teilungs­
muster im Körper.
20
Zusammensetzung von Nahrung und Tier
Abbildung 1-1
Beziehung zwischen dem
Fett- und Wassergehalt
des Körpers (Rind)
Zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung des tierischen Organismus stehen
eine Reihe von Möglichkeiten zur Verfügung. Die chemische Analyse des Tierkörpers
nach der Schlachtung liefert als direktes Messverfahren die umfassendsten Daten, sie ist
bei Großtieren (Mastschweine, Mastrinder) aber äußerst aufwendig und erlaubt zudem nur
Aussagen über die Zusammensetzung am Ende der Fütterung. Bei Kleintieren (Ratten,
Küken, Ferkel) lässt sich dieser Nachteil mit vertretbarem Aufwand dadurch umgehen, dass
während eines Fütterungsversuches mehrere zeitlich gestaffelte Schlachtgruppen untersucht werden. Interessiert primär, wie durch eine bestimmte Ernährung die Zusammen­
setzung des Tierkörpers laufend verändert wird, kann der gesamte Fettansatz eines Tieres
über Respirationsversuche kontinuierlich ermittelt werden, der Eiweißansatz über entsprechende Stickstoff-Bilanzversuche. Eine Reihe weiterer Verfahren zur Bestimmung der Körperzusammensetzung am lebenden Organismus umfasst die Messung des Körperwassers
mithilfe markierter Substanzen (D2O, O18), des Körperkaliums oder der Körperdichte
(Tauchversuch), woraus sich insbesondere der Fettgehalt abschätzen lässt. Neuere Methoden betreffen die Messung der elektrischen Leitfähigkeit oder der elektrischen Impedanz
zur Ermittlung von Körperwasser und Körperzellmasse. Auch die in der medizinischen
Diag­nos­tik angewandte Magnetresonanz-Tomographie wird neuerdings zur Bestimmung
des Fett-, Protein- und Phosphorgehaltes von Tieren eingesetzt. Für züchterische Belange
wird die Veränderung der Dicke des Rückenspecks und die Querschnittsfläche des Rücken­
muskels mittels Ultraschall gemessen.
Bei allen diesen mehr indirekten Messungen werden meist korrelative Zusammenhänge
zwischen Körperbestandteilen für die Beurteilung der Körperzusammensetzung herangezogen. So besteht zwischen der Menge an Wasser und Fett im Tier eine negative Korrelation, d. h. je höher der Fettgehalt ist, um so geringer ist der Wassergehalt und umgekehrt.
Das hängt mit dem geringen Wassergehalt des Fettgewebes zusammen. In Abb. 1-1 ist dieser Zusammenhang aufgezeigt. Die Bestimmung des Wassergehaltes des lebenden Tieres
ermöglicht somit Rückschlüsse auf den Fettgehalt. Auch auf den Protein- und Aschegehalt
lassen sich Rückschlüsse ziehen, da in einem wasser- und fettfreien tierischen Körper an­
nähernd 80 % Eiweiß und 20 % Asche enthalten sind.
21
1 Zusammensetzung von Nahrung und Tier
Weender Futtermittelanalyse
Aufbau und Erhaltung des Tierkörpers, ebenso wie die Bildung von Fleisch, Milch oder
Eiern erfordern die ständige Zufuhr bestimmter Nährstoffe mit dem Futter. Da die Art der
zugeführten Nährstoffe überaus bedeutend ist für die genannten Prozesse, wurde bereits
1860 von HENNEBERG und STROHMANN an der landwirtschaftlichen Versuchsstation in
Weende bei Göttingen eine Methode zur Analyse der Nährstoffe im Futter entwickelt. Bei
diesem relativ einfachen Verfahren werden jedoch nicht alle Nährstofffraktionen ana­lytischchemisch bestimmt, sondern einige auch rechnerisch als Differenz ermittelt. Obgleich die
Analysentechniken inzwischen deutlich verbessert wurden, wird diese Analysenmethode
auch heute noch angewendet. Die Einteilung der Nährstoffe und die mithilfe der WeenderFuttermittelanalyse ermittelbaren Nährstoffgruppen zeigt Übersicht 1-1. Da die WeenderFuttermittelanalyse nur ganz bestimmte Nährstoffgruppen erfasst, sind für die Rationsgestaltung deshalb noch zusätzliche Analysen einzelner Nährstoffe notwendig. Durch ausgereifte
Analysenverfahren können heute spezielle Kohlenhydrate, Fette, Amino­säuren, Mengen- und
Spurenelemente sowie Vitamine und nicht-nutritive Futterbestandteile bestimmt werden.
Im Analysengang werden zunächst Wasser und Trockenmasse unterschieden. Die Bestimmung der Trockenmasse einer zerkleinerten Probe erfolgt im Allgemeinen bei vierstündiger Trocknung mit einer Temperatur von 103 °C. Da bei dieser Temperatur neben
Wasser auch flüchtige Substanzen wie niedermolekulare oder kurzkettige oder flüchtige
Fettsäuren, ­A mmoniak oder ätherische Öle entweichen, ist der Wert des ­Rohwassers
(= Frischmasse – Trockenmasse) in der Regel geringfügig höher als der eigentliche Wassergehalt. Für bestimmte Futtermittel wird die Trocknung unter anderen Bedingungen durchgeführt. Getreide, Mehl, Grütze und Grieß werden zwei Stunden bei 130 °C getrocknet, für
zucker- und fettreiche Futtermittel sowie hydrolisierte Getreideerzeugnisse wird die Trockenmasse im Vakuumtrockenschrank durch vierstündige Trocknung bei 80 – 85 °C ermittelt.
Die Trockenmasse umfasst sowohl anorganische als auch organische Stoffe. Die orga­
nischen Stoffe werden, da sie vorwiegend aus Kohlenstoff bestehen, durch Veraschung in
­einem Muffelofen (550 °C) verbrannt. Die anorganische Komponente verbleibt bei dieser
Verbrennung als Rückstand. Sie wird als Rohasche bezeichnet. Dabei bedeutet die Vorsilbe „Roh“ in den Formeln (abgekürzt als C = crude), dass es sich nicht um die reine
Fraktion der jeweiligen Komponenten handelt. Mithilfe dieses Wertes lässt sich der Anteil
der organischen Masse (organischen Substanz) an der Trockenmasse errechnen (organische Masse = Trockenmasse ­– Rohasche).
Rohprotein wird standardmäßig nach der Methode von Kjeldahl (Aufschluss mit Schwefelsäure, Destillation und Titration des freigesetzten Ammoniaks) bestimmt. Man erhält hierbei den Stickstoffgehalt der untersuchten Substanz. Ein anderes Verfahren ist die Verbrennungsanalyse, bei der der N-Gehalt nach Verbrennung der Probe mithilfe von Detektoren
(Wärmeleitfähigkeit) ermittelt wird. Da Eiweiß 16 % Stickstoff enthält, wird dieser Wert mit
6,25 multipliziert, um den Rohproteingehalt der Ausgangssubstanz zu erhalten. Allerdings sind
im Eiweiß der Nahrung nur im Mittel 16 % Stickstoff enthalten, einzelne Futtermittel können
davon stärker abweichen. So weist das Eiweiß des Weizens 17,5 % Stickstoff auf, was einem Faktor von 5,71 entspricht. Trotz solcher Schwankungen verwendet man gesonderte Proteinumrechnungsfaktoren nur für Milchprodukte (6,37) und für Kollagen und Hautprodukte (5,55).
Da Rohprotein neben den eigentlichen Eiweißkörpern, den Proteinen, auch andere
N­-haltige Stoffe enthält (Übersicht 1-1), wurde von STUTZER und BARNSTEIN eine Methode zur Bestimmung des Reineiweißes entwickelt. Im Prinzip beruht dieses Verfahren
22
Zusammensetzung von Nahrung und Tier
Übersicht 1-1
Die chemische ­Zusammensetzung von Tier und ­Nahrung
Tier oder Nahrung
Rohwasser
Trockenmasse
Rohasche
(Anorganische Stoffe)
Organische Substanz
Reinasche
Sand
Ton
Mengen- und
­Spurenelemente
Rohprotein
Amide
Rohfett
Rohfaser
N-freie
Extraktstoffe
Rein­
eiweiß
Säureamide
freie Aminosäuren
einfache Peptide
N-haltige Glykoside
Betain
Xanthin
Guanin
u. a.
Triglyceride
Phosphatide
Cerebroside
Sterine
Wachse
Chlorophyll
Carotine
Xanthophyll
Ätherische Öle
Organische Säuren
u. a.
Cellulose
Pentosane
Lignin
Suberin
Cutin
Zucker aller Art
Stärke
Glykogen
Inulin
Hemicellulosen
Pektine
u. a.
(auch die löslichen
Anteile von Cellulose,
Pentosanen, Lignin)
durch Analyse erfasst
aus der Differenz errechnet
23