Zusammensetzung und Futterwert der Hefen

Die Ergebnisse der vorliegenden Untersuchungen bestätigten die Aussagen der recherchierten Literatur. So wurden hohe Variationen der Nährstoffzusammensetzung (Tab. 15- 18) und der Nährstoffverdaulichkeit (Tab. 31) sowie der N-Verwertung (Tab. 33 und 34) sowohl zwischen eng verwandten Hefen (Saccharomyces cerevisiae [Bierhefe], Kluyveromyces lactis [Milchhefe], Kluyveromyces fragilis [Molkenhefe]) als auch zwischen unterschiedlichen Chargen der Molkenhefe Hefe (I-III) beobachtet, die unter verschiedenen Bedingungen produziert wurden. Da sich die Einflussmöglichkeiten auf die Produktion von Hefen vielfältig gestalten (u. a. SCHULZ 1975) und ihre Auswirkungen auf die Nährstoffgehalte zum Teil auf Interaktionen beruhen, wäre eine Herleitung der unterschiedlichen Gehalte einzelner Nährstoffe in den Hefen rein spekulativ anzustellen. Schließlich lagen keine näheren Informationen zu genauen Produktionsbedingungen der Bier- und der Milchhefe vor. Von der Molkenhefe war lediglich bekannt, dass die ersten beiden Chargen im Labormaßstab und die dritte Charge in einem größeren Umfang hergestellt sowie mittels Sprühverfahren getrocknet wurden. Im Folgenden soll auf einige wesentliche Punkte, die für die Verwendung der Hefen als Rohproteinquellen bedeutend sind, eingegangen werden.

4.2.1 N-Gehalt

Rohprotein, Reineiweiss und NPN

Für die Beurteilung der Hefen als Proteinquellen in der Fütterung von Absetzferkeln muss neben dem Rohproteingehalt (N x 6,25) vor allem der Gehalt an Reineiweiß (absolut) sowie sein Anteil am Gehalt (relativ) berücksichtigt werden. Die Differenz zwischen beiden N-Fraktionen (sogenannter Nicht-Protein-Stickstoff, NPN) stellt den Gehalt an nicht in Form von Proteinen gebundenen Stickstoff dar und kann in Hefen sowohl aus organischen N-Verbindungen (z.B. RNS, Tab. 22) sowie aus anorganischen N-N-Verbindungen (v. a.

Ammoniumverbindungen) bestehen (ROTH und KIRCHGESSNER 1977). Freie, das heißt nicht in Form von Protein fixierte Aminosäuren, sind in Hefen nicht enthalten, da Hefen den zugeführten Stickstoff entweder in Form von Polypeptiden fixieren oder als NPN-Verbindungen „speichern“ (intensives Wachstum, N-Überschuss). Ein Eintrag an einzelnen Aminosäuren über die Nährsubstrate kann ausgeschlossen werden (TIEMEYER et al. 1981).

Die Bierhefe wies sowohl den höchsten Rohproteingehalt als auch den höchsten Anteil an NPN-Verbindungen (23,7 %) auf, während die Milchhefe mit 21,4 % und die Molkenhefe (Charge III) mit 14,2 % deutlich niedrigere Werte annahmen (Abb. 2). Die Differenz zwischen den Anteilen NPN sowie RNS-N besteht in Hefen im Wesentlichen aus anorganischen Verbindungen (s. o.) und erreichte in der Bierhefe mit 14,5 % den höchsten Wert, während dieser Anteil in der Milchhefe 9,30 % und in der dritten Charge der Molkenhefe (III) 4,40 % betrug. Der relativ hohe Anteil an NPN-Verbindungen in der Bierhefe kann auf ein intensives Wachstum zurückgeführt werden und kann Ausdruck einer relativen N-Überversorgung (s. o.) sein oder in Sinne einer Restkontamination auf einen erhöhten Gehalt an Nährsalzen (nicht verwertet) zurückgeführt werden. Ebenfalls nahm in der Molkenhefe mit zunehmendem Rohproteingehalt (Charge I und II) der NPN-Anteil tendenziell zu. Das gleiche Phänomen beobachtete SCHULZ (1982) in seinen Untersuchungen. Durch einen Überschuss an Nährstoffen (insbesondere N) bei der Fermentation von unter gleichen Bedingungen gehaltenen Hefen wurde der Rohproteingehalt um 10 % erhöht, während der Anteil an verwertbarem Protein lediglich um 3 % anstieg. Der Autor machte den erhöhten Gehalt an NPN-Verbindungen verantwortlich für eine niedrigere N-Verwertung.

Unter den Nährstoffen besteht insbesondere für das Rohprotein eine erhebliche Beeinflussungsmöglichkeit sowohl durch fermentative als auch durch postfermentative Bedingungen. Hefen vermehren sich in Abhängigkeit von z. B. Temperatur, pH-Wert, Nährsubstratverfügbarkeit und Genetik mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit: bei einem intensiven Wachstum (optimale Produktionsbedingungen) von Hefen werden hohe Rohproteingehalte (N x 6,25) sowie gleichzeitig ein Anstieg der RNS-Gehalte auf Grund des exponentiellen Wachstums beobachtet (relativ stärker als in der linearen Phase), während bei einer mittleren Vermehrungsrate (lineares Wachstum) sowohl der Rohprotein- und als auch der RNS-Gehalt eher moderate Werte annehmen (SCHULZ 1982).

Bei sehr hohen Wachstumsraten (selektive Nährstoffzufuhr, N-Überschuss) kann es zu einem Überschreiten der Proteinsynthesekapazität von Mikroorganismen kommen, so dass insgesamt zwar mehr Stickstoff von den Hefen aufgenommen wird, die Summe der Aminosäuren (Protein) allerdings abnimmt. Grund dafür ist der geringgradig höhere

RNS-Gehalt sowie ein insgesamt höherer RNS-Gehalt an NPN-Verbindungen (Rohprotein abzüglich Reineiweiß) in den Hefen (vgl. Bierhefe: Rpii, NPNii, RNSi).

Schließlich sprechen die insgesamt niedrigeren Gehalte an Ribonukleinsäuren in den untersuchten Hefen (Tab. 22) im Vergleich zur Literatur (Tab. 8) für einen optimalen Erntezeitpunkt dieser untersuchten mikrobiellen Rohproteinquellen. Bei großtechnischer Produktion werden aus ökonomischen Gründen die Hefen am Übergang von der linearen Wachstumsphase in die stationäre Lebensphase geerntet, um bei niedrigen Ribonukleinsäurengehalten einen möglichst hohen Rohproteingehalt (s. o.) und damit einen möglichst hohen ökonomischen Nutzen aus der Fermentation zu erzielen (CHIU, persönliche Mitteilung).

Aminosäuren

Die vorliegenden Untersuchungen belegen zwar deutliche Variationen der Rohproteingehalte in den untersuchten Hefen, allerdings waren die Aminosäurenmuster bei den untersuchten Hefen (Bier-, Milch- und Molkenhefe) jeweils sehr ähnlich (Abb. 14). Zum gleichen Ergebnis kommen FAUST et al. (1982) und SCHULZ (1982) in einem Vergleich einer Vielzahl von Hefen. Die Autoren begründen ihre Beobachtung mit einer hauptsächlich genetischen Fixierung des Aminosäurenmusters von Hefen und einer geringen Beeinflussungsmöglichkeit durch externe Faktoren. Jedoch konnte in den unterschiedlichen Chargen der Molkenhefe (I-III), die unter verschiedenen Bedingungen produziert wurden, eine gewisse Variation im Aminosäurengehalt beobachtet werden (Tab. 21). Da genetische Faktoren für diese ermittelten Gehaltsunterschiede ursächlich ausgeschlossen werden können, sind diese Schwankungen auf unterschiedliche Fermentationsbedingungen zurückzuführen. So könnte jeweils ein unterschiedliches Angebot von Nährsubstraten vorgelegen haben und zu einer Veränderung des Fermentationsmusters geführt haben (vermehrt lysinreiche Proteine).

Gleichzeitig spricht der tendenziell höhere NPN-Anteil in der proteinreichen Molkenhefecharge (II) für eine intensive N-Versorgung. Hinsichtlich der Verwertung von Lysin muss abschließend der hohe Zuckergehalt (271 g/kg TS) in der Milchhefe berücksichtigt werden. Hohe Temperatureinwirkungen (Trocknung) können eine Maillardreaktion auslösen, wodurch es zur Bildung von Kondensationsprodukten v. a.

zwischen Lysin und reduzierenden Zuckern (u. a. Laktose) kommt, deren Qualität (Verwertung) im Vergleich zum freien Lysin erheblich herabgesetzt ist.

4.2.2 Kohlenhydrate

In den untersuchten Hefen sowie in den verschiedenen Hefenchargen wurden deutliche Variationen der Kohlenhydratgehalte (Tab. 39) beobachtet. Für den unterschiedlichen Stärkegehalt in den verschiedenen Chargen der Molkenhefe fallen genetische Faktoren aus, da jeweils der gleiche Hefenstamm (Kluyveromyces fragilis) verwendet wurde. Der Eintrag an Stärke seitens der als Nährsubstrate verwendeten Molke und Melasse sowohl während der Fermentation als auch im Sinne einer Restkontamination nach Beendigung der Fermentation ist auszuschließen, da diese Produkte keine Stärke enthalten.

Stärke besteht aus Amylose (c-1,4-verküpfte D-Glukoseeinheiten) sowie Amylopektin (zusätzliche Seitenketten, c-1,6-verzweigt) und stellt als Reservekohlenhydrat einen Energieträger dar, der ausschließlich von pflanzlichen Zellen synthetisiert werden kann (LEHNINGER et al. 1998). In der Konsequenz ergibt sich die Frage, ob es sich bei dem als Stärke analysierten Kohlenhydrat überhaupt um Stärke (Amylose, Amyolpektin) handeln kann, wenn sowohl der Eintrag stärkehaltiger Verbindungen als auch die Stärkesynthese durch Hefen ausgeschlossen ist.

Vielmehr könnte es sich bei dem als Stärke analysierten Kohlenhydrat um das sogenannte Hefenglykogen handeln, ebenfalls ein Polymer aus c-1,4-verknüpften Glukosebausteinen (SCHULZ 1975), welches im Rahmen der angewandten Stärkeanalyse (NAUMANN et al.

1976) von der eigentlichen pflanzlichen Stärke nicht differenziert werden kann (beides c-1,4-verküpfte D-Glukoseeinheiten). Dieses stärkeähnliche Polysaccharid (Hefenglykogen) wird von Hefen als intrazellulärer Energiespeicher in unterschiedlichem Umfang angelegt. In Stresssituationen (suboptimale Produktionsvoraussetzungen, z. B. N-Mangel) ändern Hefen ihr Fermentationsschema, so dass sie weniger Protein synthetisieren und die zur Verfügung stehenden Nährstoffe in Form von schnell verfügbaren Reservestoffen (Kohlenhydrate, Fett) in ihren Zellen fixieren. Somit könnte die Variation der Stärkegehalte in verschiedenen Chargen der Molkenhefe bzw. in nahe verwandten Hefen auf unterschiedliche Produktionsbedingungen zurückgeführt werden. Ferner deuten der hohe (niedrige) Rohproteingehalt sowie der niedrige (hohe) Stärkegehalt in der zweiten (dritten) Charge auf eine negative Korrelation zwischen Rohprotein- und Stärkegehalt in Hefen hin. Daraus wäre eine intensivere N-Versorgung von Hefen der zweiten Charge als von Hefen der dritten Charge abzuleiten. Der sehr hohe Zuckergehalt in der Milchhefe kann allerdings durch einen Eintrag über die verwendeten Nährsubstrate (laktosereiche Produktionswässer der Milchverarbeitung) bedingt sein.

Tab. 39: Gehalte verschiedener Kohlenhydratfraktionen (g/kg TS) in den untersuchten Hefen

1) im Labormaßstab produziert ²⁾ im großlabortechnischen Umfang hergestellt

Die Rohfasergehalte in den untersuchten Hefen nahmen Werte zwischen 2,00 und 6,90 g/kg TS an und betrugen somit jeweils unter ein Prozent im Futtermittel. Diese niedrigen Rohfasergehalte sind vor dem Hintergrund eines eventuellen Einsatzes als Proteinkonzentrat sowie einer möglichst hohen Verdaulichkeit als wünschenswert zu beurteilen (AXELSON 1955). Allerdings besteht die Rohfaser in Hefen nicht aus Zellulose, Hemizellulose oder Lignin wie in Pflanzen, sondern aus Struktursubstanzen der Hefenzellwände (insbesondere der Glukane). Eine differenzierte Bewertung der Rohfasergehalte in den verschiedenen Hefen

bleibt an dieser Stelle aus, da die Aussagekraft sowohl der sehr niedrigen Gehalte als auch der geringen Unterschiede zwischen den Rohfasergehalten der verschiedenen Hefen auf Grund von methodischen Ungenauigkeiten (Analytik, Probennahme) gering ist.

Schließlich gibt die Differenz aus den N-freien Extraktstoffen, Stärke und Zucker (Tab. 39) einen Hinweis auf einen beachtlichen Gehalt an Nicht-Stärke-Polysacchariden (NSP) in den Hefen. Bereits der Anstieg der Verdaulichkeit von N-freien Extraktstoffen in den hefenhaltigen Alleinfuttermitteln gegenüber dem Kontrollfutter (Tab. 31) deutet auf eine qualitativ unterschiedliche Zusammensetzung dieser Kohlenhydratfraktion in Hefen und Sojaextraktionsschrot hin. Während im Sojaextraktionsschrot Nicht-Stärke-Polysaccharide wie z.B. Pentosane (Arabinose/ Xylose) und Stachyose dominieren, kommen in Hefen hauptsächlich -Glukane und Mannan (Anteil jeweils > 45 %) vor. Sie dienen den Hefen als Gerüstsubstanzen zum Aufbau der Zellwände.

4.2.3 Mengenelemente

Insgesamt fallen unterschiedliche Gehalte an Rohasche (Tab. 20) sowie einiger Mengen- und Spurenelemente (Tab. 23 und 24) auf, die bei einem Einsatz von Hefen in Alleinfuttermitteln für Absetzferkel in einem Anteil von bis zu 15 % zu berücksichtigen sind, um eine bedarfsgerechte Versorgung der Tiere zu gewährleisten. Insgesamt befanden sich die ermittelten Gehalte der Mineralstoffe aller Hefen in dem in der Literatur angegebenen Bereich (Tab. 11). Die Schwankungen zwischen den verschiedenen Hefen sowie zwischen den unterschiedlichen Chargen der Molkenhefe sind im Wesentlichen mit der Verwendung unterschiedlicher Nähr- und Puffersalze sowie Nährmedien zu erklären (SCHULZ 1975).

So könnte der hohe Calciumgehalt in der dritten Charge der Molkenhefe auf den Einsatz von calciumhaltigen Puffersalzen zurückgeführt werden, da ein Eintrag über das für alle drei Chargen verwendete Nährmedium (Molke) auf Grund der geringen Ca-Gehalte in den ersten beiden Chargen der Molkenhefe ausgeschlossen werden kann.

Ferner könnte der relativ hohe Chloridgehalt in der Molkenhefe durch die Verwendung von Ammoniumchlorid als N-Quelle für die Mikroorganismen erklärt werden.

Die bei HANSSEN (1981) beschriebene Fähigkeit einiger Hefen, insbesondere Eisen und Zink im Verlauf der Fermentation zu akkumulieren, wurde bei der Milch- und bei der Bierhefe ansatzweise in Form höherer Eisen- und Zinkgehalte beobachtet, wobei sich diese Gehalte noch im unteren Bereich der angegebenen Referenzwerte (Tab. 11) befanden.

Inwiefern die Molkenhefe über die o. g. Fähigkeit verfügt, kann nicht beurteilt werden, da eisen- und zinkhaltige Nährsalze limitiert waren oder diese Spurenelemente mittels bestimmter Extraktionsmethoden (FAUST et al. 1982) selektiv aus den Hefen gefällt wurden.

4.3 Die Leistung von Absetzferkeln bei Einsatz hefenhaltiger Mischfutter