In der Literatur wurden bisher diverse Untersuchungen (in vivo, in vitro) zur Verdaulichkeit von expandierten Futtermitteln im Vergleich zu unbehandelten oder pelletierten Produkten beschrieben. Neben der Gesamtverdaulichkeit wurde vor allem die ruminale bzw. intestinale Verdaulichkeit der Nährstoffe untersucht. Das Hauptaugenmerk richtete sich dabei auf die Verdaulichkeit und Abbaubarkeit von Rohproteinen und Stärke in unterschiedlichen Futtermitteln. Es wird daher zunächst auf die Verdaulichkeit dieser beiden Inhaltsstoffe eingegangen. Anschließend werden weitere Aspekte aus der Literatur zum Einfluss des Expandierens auf die Verdaulichkeit von Futtermittelinhaltsstoffen dargestellt.
- Rohprotein
Die im Futterprotein enthaltenen potentiell abbaubaren Protein- und Nicht-Protein-Stickstoffbestandteile werden im Pansen des Wiederkäuers größtenteils mikrobiell abgebaut.
Sie werden in Peptide, freie Aminosäuren und/oder Ammoniak zerlegt, welche dann wiederum für die mikrobielle Proteinsynthese verwendet werden können. Zusammen mit dem nicht im Pansen abgebauten Protein (UDP oder Bypassprotein) stellte dieses mikrobielle
Protein die entscheidende Proteinquelle zur Versorgung des Wiederkäuers mit Aminosäuren dar. Da die über die ruminale Proteinsynthese gelieferte Proteinmenge für eine ausreichende Versorgung des Wiederkäuers mit Proteinen bzw. Aminosäuren nicht in jedem Fall ausreichend ist, kommt dem Bypassprotein eine große Bedeutung zu (BLANK et al. 1998).
Nach SATTER (1986) erhöht eine Hitzebehandlung die abbaubare sowie die gesamtverdauliche Proteinfraktion von Futtermitteln. Dementsprechend erhöhen auch hydrothermische Behandlungen wie das Expandieren den Anteil an Bypassprotein im Futtermittel. Allerdings können bei den verschiedenen Futterarten unterschiedliche Effekte auf den Proteinabbau beobachtet werden (SOMMER et al. 1994).
PRESTLOKKEN (1994 und 1999) führte mittels der in-sacco-Methode Untersuchungen zum Einfluss des Expandierens auf die Abbaubarkeit von Gerste (133g Rp/kg TS), Hafer (150g Rp/kg TS), Sojabohnenschrot (450g Rp/kg TS) und Rapsschrot (388g Rp/kg TS) sowie aus den genannten Einzelfuttermitteln hergestellten Protein- (355g Rp/kg TS) und Getreidemischfuttermitteln durch (200g Rp/kg TS).
Die effektive Proteinabbaubarkeit und die effektive Aminosäurenabbaubarkeit im Pansen wurden durch den Expanderprozess bei Gerste, Hafer, Sojabohnenmehl und der Getreidemischung vermindert. Gleichzeitig wurde bei allen untersuchten Futtermitteln die Verdaulichkeit des Bypassproteins im Darm (dUDP) durch das Expandieren zum Teil sogar signifikant erhöht (Tabelle 4). Des Weiteren konnte beobachtet werden, dass der Aminosäurengehalt und die Aminosäurenzusammensetzung der Futtermittel durch das Expandieren nicht beeinflusst werden.
NIELSEN (1994) kam zu vergleichbaren Resultaten bei der Ermittlung der effektiven Proteinabbaubarkeit im Pansen und Verdaulichkeit des Bypassproteins im Darm bei Fütterung von unbehandelten bzw. expandierten Futtermitteln. Bei expandierten Erbsen im Vergleich zu unbehandelten konnte allerdings eine Erhöhung des ruminalen Proteinabbaus verzeichnet werden (Tabelle 4).
Übereinstimmend mit diesen Ergebnissen waren auch die Befunde aus den Untersuchungen zur Proteinverdaulichkeit von unbehandeltem bzw. expandiertem (120 °C, 24 bar und 30 kW/h) Rapskuchen von DÄNNER et al. (1999) sowie proteinreichem Mischfutter (Erbsen, Ackerbohnen und Lupinen bei 115 °C) von GOELEMA et al. (1999). Aus der Tabelle 4 kann überdies entnommen werden, dass durch das Expandieren eines Futtermittels nicht die Verdaulichkeit des Rohproteins selber, sondern vielmehr die Lokalisation des Abbaus und der Verdauung (vom Pansen in den Darm) verschoben wurde.
Tabelle 4: Effektive Proteinabbaubarkeit im Pansen (EPA) [%], Verdaulichkeit des Bypassproteins im Darm (dUDP) [%] und Proteingesamtverdaulichkeit
(PGV) [%] in unbehandelten (unb.) und expandierten (exp.) Futtermitteln (PRESTLOKKEN 1999). Die Hitzeeinwirkung während des Expandierens führt zu einer Denaturierung der Proteine und damit zur Bildung einer stabileren Struktur (Entstehung zusätzlicher Verbindungen zwischen Aminosäuren und reduzierenden Zuckern = Maillard-Reaktion oder zwischen Proteinen = Isopeptidreaktion).
Die effektive Abbaubarkeit von Rohproteinen im Pansen verringert sich zusammen mit der Abnahme der N-Löslichkeit. Laut SOMMER et al. (1994) und PEISKER (1992a) wird der ruminale Proteinabbau auch vom Stärkegehalt im Futtermittel beeinflusst, da die Stärke den bakteriell enzymatischen Proteinabbau verhindert. Auch NIELSEN (1994) vermutet, dass die Modifikation der Stärke einen wesentlichen Einfluss auf den Abbau der Proteine hat.
Hierdurch ist wahrscheinlich auch der große Einfluss des Expandierens auf die Proteinabbaubarkeit der Gerste (um 15 bzw. 17 %; PRESTLOKKEN 1999; NIELSEN 1994) zu begründen, während bei Soja- und Rapsmehl nur ein mäßiger Einfluss zu verzeichnen ist (1 - 4 %). Warum jedoch bei Weizen und Erbsen nur geringe oder keine Effekte durch das Expandieren zu erzielen sind, geht aus der Literatur nicht hervor.
- Stärke
Um eine hohe Leistung bei Wiederkäuern zu erreichen, ist es einerseits notwendig, genügend schnell abbaubare Kohlehydrate im Pansen zur Verfügung zu stellen. Andererseits sollte eine bestimmte Stärkemenge im Dünndarm verdaut werden, um direkt zur Versorgung des Tieres mit Glucose beizutragen, den pH-Wert im Pansen zu stabilisieren (LEBZIEN 2000) und zudem eine bessere Verwertung der Stärke im Dünndarm zu erreichen (OWENS et al. 1986).
Es ist also notwendig, dass eine ausgewogene Menge an Stärke im Pansen und im Dünndarm verdaut wird, um die Verdauungskapazität bestmöglich auszunutzen. Bereits bei natürlich belassenen Futtermitteln besteht ein erheblicher Unterschied in dem Anteil an Bypassstärke (rumen undegraded starch = RUS), welcher unter anderem durch eine hydrothermische Behandlung sowohl erhöht als auch vermindert werden kann (WEURDING und VAN DER POEL 1998).
Im Gegensatz zum Proteinabbau wird der Stärkeabbau im Pansen durch die meisten Wärmebehandlungen aufgrund der Gelatinisierung und damit Erhöhung der Stärkelöslichkeit gesteigert (siehe hierzu Kap 2.2.1). Allerdings sind die Stärkekörnchen in einer Matrix aus Zellwänden und Proteinkörpern im Mehlkörper der Saat eingebettet und die Expanderbehandlung erhöht aller Wahrscheinlichkeit nach die RUS-Fraktion bestimmter Stärkequellen, insbesondere derer mit einem höheren Proteingehalt. Begründet wird dies dadurch, dass die durch die Wärmebehandlung geschützten Proteine in der Lage sind, die Stärke vor dem mikrobiellen Abbau zu schützen, solange die Proteinmatrix bestehen bleibt (WEURDING 1999; LUCHT 2002).
Einflüsse auf die Verdaulichkeit der Stärkefraktion eines Futtermittels durch den Expanderprozess wurden von verschiedenen Autoren untersucht. Die bisher durchgeführten Versuche lassen erkennen, dass sowohl der Proteingehalt eines Futtermittels als auch die Verarbeitungsbedingungen kritische Faktoren sind, welche die Menge an ruminal abbaubarer Stärke beeinflussen (WEURDING 1999).
ARIELI et al. (1995) verzeichneten eine Reduktion der ruminalen Stärkeabbaubarkeit bei verschiedenen expandierten Getreidearten. Dies ist insbesondere für Weizen und Gerste nachgewiesen (Tabelle 5).
Tabelle 5: Effektive Stärkeabbaurate im Pansen von unbehandelten bzw. expandierten Futtermitteln (ARIELI et al. 1995)
Futtermittel Effektive Stärkeabbaurate [%]
unbehandelt expandiert1
Mais 90,1 81,6
Shorgum 89,5 75,6
Weizen 101,3 66,9
Gerste 95,4 69,0
1 = 115°C
Eine Steigerung der effektiven Stärkeabbaurate im Pansen von 22,6 % auf 40,8 % nach dem Expandieren eines proteinreichen Mischfutters (aus Erbsen, Lupinen und Ackerbohnen) konnte im Gegensatz dazu von GOELEMA et al. (1999) ermittelt werden. Es zeigte sich außerdem, dass die Verdaulichkeit der Bypassstärke dieses Mischfutters unabhängig von einer Behandlung war (unbehandelt: 74,1 %; expandiert: 75,4 %), während für die Gesamtverdaulichkeit der Stärke eine Erhöhung um ca. 6 % nach dem Expandieren nachgewiesen werden konnte (unbehandelt: 79,7 %; expandiert: 85,2 %).
Der Einfluss des Expander- sowie Pelletierverfahrens auf die Verdaulichkeit eines auf Gerste basierenden Kraftfutters wurde von PRESTLOKKEN und HARSTAD (2001) an Milchkühen untersucht. Es zeigte sich dabei eine Erhöhung der ruminalen Stärkeverdaulichkeit durch das Expandieren (Tabelle 6).
Aufgrund dieses Resultats lässt sich die zugleich gemessene Erhöhung der Fettsäuren-Konzentration und die Verringerung des pH-Werts im Pansen erklären. Die Gesamtverdaulichkeit der Stärke betrug dennoch im expandierten wie auch im pelletierten Futtermittel nahezu 100 %.
- Weitere Effekte des Expandierens
In einem Fütterungsversuch mit drei Milchkühen (PRESTLOKKEN und HARSTAD 2001) konnte eine tendenzielle Erhöhung der Milchmenge sowie der Gehalte an Milchinhaltsstoffen (Fett und Protein) bei der Fütterung von expandiertem Kraftfutter (auf der Basis von Gerste) im Vergleich zu einem pelletierten Futtermittel, gleicher Zusammensetzung ermittelt werden.
Auch hinsichtlich der scheinbaren Verdaulichkeit der organischen Substanz konnten tendenziell höhere Werte nach der Fütterung des expandierten Kraftfutters notiert werden (Tabelle 6).
Tabelle 6: Einfluss des Expandierens und Pelletierens eines auf Gerste basierenden Kraftfutters auf die Verdaulichkeit der organischen Substanz und Stärke sowie auf die Milchmenge und die Milchinhaltsstoffe (PRESTLOKKEN und HARSTAD 2001)
Parameter pelletiert (75- 80°C) expandiert (125 - 130°C)
oS [%] 73,1 74,8
Stärke [%] 99,2 99,4
Milchmenge [kg pro d] 24,9 25,8
Milchfett [kg pro d] 3,47 3,60
Milchprotein [kg pro d] 3,17 3,21