3. Eigene Untersuchungen 1 Versuchsziel
5.6 Kritische Betrachtung der Versuchsanstellung .1 Das RUSITEC-System
5.6.4 Mögliche Ursachen für ausbleibende Wirkungen der DCAB-Salze in-vitro
In dieser Untersuchung konnten nur geringfügige Effekte auf den Kohlenhydratstoffwechsel beobachtet werden, so daß man sich fragen muß, ob die gewählte Versuchsanstellung oder aber auch das RUSITEC-System überhaupt erkennbare Veränderungen zulassen würden. In diesem Zusammenhang ergeben sich folgende Überlegungen:
a) Überdimensionierte Pufferflußrate (s. Kap. 3.2.1.2 und Tabb. 9.76 - 78 Überstands-volumina), die zu einem zu hohen Verdünnungseffekt in den Fermentern führte
Diese Frage muß an in-vivo-Bedingungen gemessen werden. Im Pansen beträgt die Turn-over-Rate der flüssigen Phase (Kompartiment I) zwischen 100 und 150 % (CZERKAWSKI u.
BRECKENRIDGE 1977), das bedeutet bei einem flüssigen Inhalt von 45 – 60 l (KRAMER 1993) 45 – 90 l. Die Puffermenge in dieser Untersuchung betrug durchschnittlich 450 ml/Tag (s. Tabb. 9.76 – 9.78) bei einem Fermenterinhalt von 1 l. Die Turn-over-Rate dieses Versuchs lag folglich bei ca. 50 % und war somit um durchschnittlich 50 - 66 % niedriger als die eines Rindes.
Hieraus wird ersichtlich, daß die Pufferflußrate nicht zu einem zu hohen Verdünnungseffekt führte.
b) Unterdimensionierte Zulagen an DCAB-Salzen
Auch hier ist zu überlegen, inwieweit die in-vivo-Bedingungen simuliert wurden. Die verwendeten Mengen der zugelegten Salzlösungen wurden mit Hilfe eines Programms des Instituts für Tierernährung der Tierärztlichen Hochschule Hannover berechnet. Dabei wurden nach einer Futtermittelanalyse durch das Institut die benötigten Mengen an Salzen pro kg TS Gesamtration berechnet und dann auf die den RUSITEC-Fermentern tatsächlich zugelegte Futter-TS-Menge umgerechnet. Diese betrug im Fermenter insgesamt 13,4 g TS/Tag (12 g Heu mit 870 g TS/kg und 3,4 g Kraftfutter mit 877 g TS/kg; s. Tabb. 3.4 und 3.5). So wurde z. B. mit Hilfe des Programms nach Eingabe der analysierten ionischen Futterinhaltsstoffe für eine Gesamtration mit - 100 meq/kg TS eine benötigte Tagesmenge an NH4Cl von 15,2 g/kg
TS und an MgSO4 von 7,60 g/kg TS berechnet. Umgerechnet auf einen Fermenter sind das 0,20 g NH4Cl und 0,10 g MgSO4 am Tag (s. Tab. 3.6). Die Menge ist also mit in-vivo-Verhältnissen vergleichbar.
Hierbei werden Werte um - 150 meq/kg TS empfohlen (KAMPHUES 1996). In der vorliegenden Arbeit wurden Werte von - 100, - 200 und - 300 meq/kg TS erreicht. Obwohl mit - 300 meq/kg TS ungewöhnlich hohe Anionenkonzentrationen erreicht wurden, ergaben sich keine Effekte. Eine zu niedrige Dosierung ist somit als Ursache für ausbleibende Effekte auszuschließen.
c) Unphysiologisch stabiles Pansenmilieu in vitro
Die pH-Werte in den Fermentern variierten um maximal 0,05 Einheiten (s. Kap. 4.1). Das kann an der ungewöhnlich hohen Pufferkapazität des verwendeten Puffers liegen. Deshalb wurden die verwendeten DCAB-Salze ohne Einfluß des RUSITEC-Puffers getestet (in Wasser).
Die Zugabe von CaCl2, CaSO4 und MgSO4-Salzlösung (- 100 meq/kg TS; Rezept s. Kap. 3.3) in bis zu 10-fach höherer Dosierung (50 ml) gegenüber dem eigenen Versuch führte zu keinerlei pH-Wert-Erniedrigung (Anfangswert: pH 7,62; Endwert: pH 7,65). Nach Zulage von 50 ml Salzlösung mit – 300 meq/kg TS sank der pH-Wert von 7,65 auf 7,51. NH4Cl und MgSO4-Zulage (10-fach überdosiert) bewirkten eine Absenkung des pH-Werts von 7,60 auf 7,14 (- 100 meq/kg TS) bzw. von 7,74 auf 7,06 (- 300 meq/kg TS; s. Tabb. 9.84 - 87).
Insofern waren in einem gepufferten Milieu von vornherein keine gravierende Abweichungen von dem vorgegebenen pH zu erwarten gewesen.
d) Einfluß einzelner Salze
Schließlich muß dem möglichen direkten Einfluß der zugesetzten anionischen Salze nachgegangen werden.
Die Ionen Mg2+, Ca2+, SO42-, NH4+ und Cl- kommen natürlicherweise im Pansen vor. Die Mg2+- und Ca2+-Ionenkonzentrationen bewegen sich zwischen 1 bis 10 mmol/l (BREVES et al. 2000). Durch Zulage dieser Salze erhöhten sich in der vorliegenden Untersuchung die Magnesiumkonzentrationen von 1,6 auf 2,4 mmol/l (entsprechend von 0,8 auf 1,2 mmol/Tag;
s. Kap. 4.15; näheres s. Kap. 5.4.1.1 und 5.4.1.3). Die Calciumkonzentrationen stiegen um 0,8 mmol/l auf 1,6 mmol/l (entsprechend von 0,4 auf 0,8 mmol/Tag; s. Kap. 4.16). Da diese Erhöhungen im physiologischen Bereich blieben, ist von keiner speziellen Wirkung dieser Ionen auszugehen.
SO42- wurde nicht gemessen (s. Kap. 5.4.1.3). Die NH4+-Konzentrationen zeigten nach Zugabe kaum Veränderung (persönliche Mitteilung CHAWANIT 2002). Die Cl- -Konzentrationen bewegten sich mit 18 bis 28 mmol/l nicht wesentlich oberhalb der physiologischen (10 – 20 mmol/l; BREVES et al. 2000; näheres s. Kap. 5.4.1.3 und 5.5).
Zusammenfassend kann somit weitgehend ausgeschlossen werden, daß ein unnatürlich stabiles Pansenmilieu oder aber unrealistische Zulagen für ausgebliebene Effekte verantwortlich zu machen sind.
Müller-Özkan, E. (2002): Untersuchungen zu möglichen Auswirkungen anionenreicher Futterzusätze auf den Kohlenhydratstoffwechsel im Pansen des Rindes (in vitro)
6. Zusammenfassung
Ziel des Versuchs mit dem Langzeitinkubationssystem RUSITEC war, die Wirkung von DCAB-Diäten (Ammoniumchlorid und Magnesiumsulfat bzw. Calciumchlorid, Calciumsulfat und Magnesiumsulfat, jeweils - 100, - 200 und - 300 meq/kg TS) auf die ruminale in-vitro-Fermentation zu untersuchen. Hierbei war der Kohlenhydratstoffwechsel von besonderem Interesse.
Es wurden sechs Versuchsläufe mit einer Dauer von jeweils 27 Tagen durchgeführt. Jeder Versuchslauf gliederte sich in eine Vorlaufphase (9 Tage), eine Zulagephase (10 Tage), in der die DCAB-Salze zugelegt wurden, und eine Nachlaufphase (8 Tage).
Zur Kontrolle der Fermentation wurden folgende Parameter bestimmt: pH-Wert, Gasproduktion und -zusammensetzung sowie flüchtige Fettsäuren.
Gasproduktion, Kohlendioxidproduktion, Gesamtproduktion flüchtiger Fettsäuren, Essigsäure-, Propionsäure- und i-Buttersäureproduktion wurden weder durch Zulagen von Ammoniumchlorid und Magnesiumsulfat noch durch Calciumchlorid-, Calciumsulfat- und Magnesiumsulfat-Zugabe beeinflußt.
Auf die in Tab. 6.1 aufgeführten Werte hatten die DCAB-Salze folgende Einflüsse:
Tab. 6.1: Veränderungen ruminaler Fermentationsparameter durch Ammoniumchlorid und Magnesiumsulfat bzw. Calciumchlorid, Calciumsulfat und Magnesiumsulfat (maximaler %ualer Unterschied zur Kontrolle während der gesamten Zulagephase)
i-Valeriansäureproduktion - 13,9 (p < 0,05) - 12,6 n-Valeriansäureproduktion - 4,58 - 6,04
Hexansäureproduktion - 15,8
---+ = Anstieg, - = Abfall, --- = keine Veränderung
* = Einheiten
Beide DCAB-Salze bewirkten eine selektive Förderung Valin, Leucin und Isoleucin bildender Bakterien (Rückgang der Valeriansäureproduktion, davon i-Valeriansäure nach NH4Cl- und MgSO4-Zulage schwach signifikant). Das Gesamtverhältnis von Proteolyse zu Protein-synthese blieb jedoch gleich (i-Buttersäureproduktion war unverändert). Tendenziell schädigten die Calciumionen selektiv n-Buttersäure-produzierende Bakterien (Rückgang der n-Buttersäureproduktion) und Methanbildner (Rückgang der Methanproduktion).
Es gab keine Anhaltspunkte für eine Beeinflussung des Kohlenhydratstoffwechsels durch die DCAB-Salze: Weder Essigsäure-, CO2-, Propionsäure-, Gesamt-FlFS-Produktion noch das Profil der flüchtigen Fettsäuren zeigten Veränderungen.
Die Gabe von DCAB-Salzen ist somit ohne wesentliche Wirkung auf die Pansenfermentation.
Müller-Özkan, E. (2002): Investigations of the effects of anion rich diets on the carbohydrate metabolism in the bovine rumen (in vitro)
7. Summary
Aim of the study with the long term simulation technique (RUSITEC) was the investigation of the effect of DCAB diets (ammonium chloride and magnesium sulphate or calcium chloride, calcium sulfate and magnesium sulfate, of in each case - 100, - 200 and - 300 meq/kgTS) on in-vitro-fermentation. The carbohydrate metabolism was of special interest.
Each of the six experiments lasted 27 days with a preliminary phase of 9 days, a test phase of 10 days with DCAB-salts and a regeneration phase of 8 days. To check fermentation, pH, gas production and content as well as volatile fatty acids were measured.
Neither gas production, carbon dioxide production, total production of volatile fatty acids, acetate production, propionate production nor i-butyrate production were influenced by NH4Cl and MgSO4 or CaCl2, CaSO4 and MgSO4.
The following table shows the changes that have been caused by DCAB salts.
Table 7.1: Changes of ruminal fermentation patterns influenced by NH4Cl and MgSO4 or CaCl2, CaSO4 and MgSO4 (in max. % difference to control)
parameter NH4Cl and MgSO4 CaCl2, CaSO4 and MgSO4
pH + 0,05* (p < 0,05)
---methane production --- - 8.29
n-butyrate production --- - 5.17
i-valeriate production - 13.9 (p < 0,05) - 12.6
n-valeriate production - 4.58 - 6.04
hexanoic acid production - 15.8
+ means increase, - means decrease, --- means no difference * units
Both DCAB salts caused a selective increase of valine, leucine and isoleucine producing bacteria (decrease of valeriate production, with i-valeriat after supplement of NH4Cl and MgSO4 p < 0,05). However, the total proportion of proteolysis to protein synthesis stays the same (i-butyrat was unchanged). The calcium ions had a tendency to damage n-butyrate producing bacteria (decrease of n-butyrate production) and methane producing bacteria (decrease of methane production). There are no hints of an influence of DCAB on carbohydrate metabolism: Neither acetate production, CO2 production, total production of volatile fatty acids nor the ratio of volatile fatty acids changed.
Consequently, adding DCAB salts has no significant effect on rumen fermentation.
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