Auswirkungen unterschiedlicher Reineiweißgehalte am Rohprotein auf die Aminosäuregehalte in Grassilagen sowie deren Effekte auf ausgewählte
Fermentationsparameter im Pansen (in vitro)
INAUGURAL – DISSERTATION zur Erlangung des Grades eines Doktors der Veterinärmedizin
- Doctor medicinae veterinariae - (Dr. med. vet.)
vorgelegt von Christopher Schulte
Warstein
Hannover 2018
Dr. M. Höltershinken Klinik für Rinder
Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover
1. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. M. Hoedemaker 2. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. N. Kemper
Tag der mündlichen Prüfung: 9. April 2018
Gefördert durch den Milchförderungsfonds Hannover-Braunschweig
Meinen Eltern in Dankbarkeit
Definition nichtproteinogener Aminosäuren ... 3
2.1 Nichtproteinogene Aminosäuren als sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe ... 3
2.2 Ähnlichkeit nichtproteinogener Aminosäuren zu proteinogenen 2.3 Aminosäuren... 4
Verbreitung nichtproteinogener Aminosäuren innerhalb des 2.5 Pflanzenreichs und Verteilung in der Pflanze ... 5
Wirkung nichtproteinogener Aminosäuren ... 6
2.6 Wirkung nichtproteinogener Aminosäuren im Pansen ... 48
2.7 Klassifizierung nichtproteinogener Aminosäuren nach D’MELLO (2015) 51 2.8 Zusammenfassung und Ausblick ... 53
2.9 3 Eigene Untersuchungen ... 55
Versuchsziel ... 55
3.1 Material und Methode ... 55
3.2 Definition von Schad- und Kontrollsilagen ... 56
3.3 In vitro-Versuche mittels RUSITEC ... 56
3.4 3.4.1 Überblick über den RUSITEC und die Versuche ... 57
3.4.2 Dauerbetrieb ... 59
3.4.3 Identität, Haltung und Fütterung des Spendertieres ... 64
3.4.4 Pansensaftentnahme ... 64
3.4.5 Herkunft und Beschaffenheit der Grassilagen ... 64
3.4.6 Herkunft und Beschaffenheit der Maisstärke ... 67
3.4.7 Herkunft und Beschaffenheit des Sojaproteins ... 67
3.4.8 Herkunft und Beschaffenheit des dem Spendertier gefütterten Kraftfutters ... 67
3.4.9 Analytik ... 69
3.4.10 Bestimmung des Gehaltes an bakteriellem Protein ... 71
3.4.11 Bestimmung der Ammoniakkonzentration im Fermenter ... 74
3.4.12 Bestimmung der i-Säurenkonzentration und -Produktion ... 74
3.4.13 Untersuchung der Protozoen im flüssigen Fermenterinhalt ... 74
3.4.13.1 Methodenentwicklung zur Untersuchung der Protozoen im flüssigen Fermenterinhalt ... 75
3.4.13.2 Aktivität der Protozoen SAk ... 76
3.4.13.3 Stärke- und Vakuolenfüllung der Protozoen SSt... 76
3.4.13.4 Größenverteilung der Protozoen SGr ... 77
3.4.13.5 Bewegung der Protozoen SBe... 77
3.4.13.6 Dichte der Protozoen SDi ... 78
3.4.13.7 Hauptuntersuchungen der Protozoen im flüssigen Fermenterinhalt während Lauf 39-42 ... 78
Untersuchungen zur Aminosäurezusammensetzung von Grassilagen .... 79
3.5 3.5.1 Herkunft der Grassilageproben ... 79
3.5.2 Analytik ... 79
3.5.2.1 Bestimmung des Gesamtgehaltes der einzelnen Aminosäuren ... 80
Statistische Auswertung ... 83
3.6 3.6.1 RUSITEC-Parameter ... 83
3.6.2 Pansenprotozoen im flüssigen Fermenterinhalt ... 83
3.6.3 Untersuchung der Aminosäuregehalte in Grassilagen ... 83
4 Ergebnisse ... 84
Untersuchungen der Protozoen im Pansensaft ... 85
4.1 4.1.1 Aktivität der Protozoen ... 85
4.1.2 Stärke-/ Vakuolenfüllung der Protozoen ... 86
4.1.3 Größenverteilung der Protozoen... 87
4.1.4 Bewegung der Protozoen ... 88
4.1.5 Dichte der Protozoen ... 89
i-Valeriansäure... 90
4.2 4.2.1 Mittlere i-Valeriansäurekonzentration nach 24-stündigem Verdau in den Fermentern ... 90
4.2.2 Mittlere i-Valeriansäureproduktion nach 24-stündigem Verdau, gemessen im Überstand ... 91
i-Buttersäure ... 92
4.3 4.3.1 Mittlere i-Buttersäurekonzentration nach 24-stündigem Verdau in den Fermentern ... 92
4.3.2 Mittlere i-Buttersäureproduktion nach 24-stündigem Verdau, gemessen im Überstand ... 93
Mittlere Ammoniakkonzentration nach 24-stündigem Verdau in den 4.4 Fermentern ... 94
Mittlerer bakterieller Proteingehalt in den Fermentern ... 95
4.5 Verhältnis von gemessenen i-Säuren zur Ammoniakkonzentration 4.6 während Lauf 39-42 ... 96
Input der freien Aminosäuren Isoleucin, Leucin und Valin aus den 4.7 eingesetzten Silagen sowie die Produktion der i-Säuren ... 97
Rohprotein-, Aminosäure- und Ammoniakgehalte in eingesetzten 4.8 Kontroll- und Schadsilagen ... 98
Auswertung der Aminosäurezusammensetzung von 316 Grassilagen .... 99
4.9 4.9.1 Rohproteingehalt in Schad- und Kontrollsilagen ... 102
4.9.2 Methionin ... 102
4.9.3 Lysin ... 105
4.9.4 Cystein ... 108
4.9.5 Threonin ... 109
4.9.6 Arginin ... 111
4.9.7 Isoleucin ... 113
4.9.8 Leucin ... 115
4.9.9 Valin ... 117
4.9.10 Histidin ... 119
4.9.11 Phenylalanin ... 120
4.9.16 Asparagin ... 129
4.9.17 Glutaminsäure ... 130
4.9.18 γ-Aminobuttersäure (GABA) ... 132
4.9.19 Summe der Aminosäuren ... 136
Zusammenfassung der Ergebnisse ... 137
4.10 5 Diskussion ... 144
Intention der Arbeit ... 144
5.1 Kritische Betrachtung des Versuchsaufbaus ... 144
5.2 5.2.1 Das RUSITEC-System ... 144
5.2.2 Eingesetzte Grassilagen ... 145
Bewertung verwendeter Parameter ... 146
5.3 5.3.1 Untersuchung der Protozoen im flüssigen Fermenterinhalt ... 146
5.3.2 Bewertung der Methode zur Beurteilung der Protozoen mit Hilfe eines Score-Systems ... 146
5.3.3 i-Butter- und i-Valeriansäure innerhalb der flüchtigen Fettsäuren ... 147
5.3.4 Ammoniakkonzentration ... 147
5.3.5 Mittlerer bakterieller Proteingehalt im Fermenter ... 147
5.3.6 Auswertungen zur Aminosäurezusammensetzung von 316 Grassilagen ... 147
Statistik ... 148
5.4 Auswirkungen des Reineiweißabbaus auf die 5.5 Aminosäurezusammensetzung und –Verteilung ... 149
5.5.1 Alanin ... 150
5.5.2 Glutamin ... 152
5.5.3 γ-Aminobuttersäure (GABA) ... 152
5.5.4 Valin, Leucin und Isoleucin ... 153
5.5.5 Arginin ... 155
5.5.6 Methionin ... 157
5.5.7 Die freien Aminosäuren ... 158
Auswirkungen von Schadsilagen und Sojaprotein auf die Ammoniak- 5.6 und i-Säurenkonzentration (i-Valerian- und i-Buttersäure) ... 159
Auswirkungen von Schadsilagen und Sojaprotein auf den Gehalt 5.7 bakteriellen Proteins im flüssigen Fermenterinhalt ... 165
Auswirkungen von Schadsilagen und Sojaprotein auf die Protozoen im 5.8 flüssigen Fermenterinhalt ... 166
Abschließende Wertung und Ausblick ... 168
5.9 6 Zusammenfassung ... 170
7 Summary ... 172
8 Schrifttumsverzeichnis ... 174
9 Anhang ... 200
Aminosäurezusammensetzung eingesetzter Grassilagen ... 203 9.3
Berechnung der Menge zugelegten Sojaproteins ... 204 9.4
Bestimmung des Gehalts an bakteriellem Protein ... 206 9.5
Versuche zur Beeinflussung der Messung bakteriellen Proteins durch 9.6
Phenole sowie der Phenolmessung durch bakterielles Protein ... 208 Statistische Daten zu den Ergebnissen ... 211 9.7
Danksagung ... 227
A. bidest. Aqua bidestillata
ADF saure Detergens-Faser (acid detergent fiber) Art. Artikel
BCAAs Branched-Chain Amino Acids; verzweigtkettige Aminosäuren
BRENDA Braunschweig Enzyme Database
bspw. beispielsweise bzw. beziehungsweise
°C Grad Celsius
ca. circa
cm Zentimeter
CoA Coenzym A CO2 Kohlenstoffdioxid
Da Dalton
Diss. Dissertation
E. Eubacterium
EtOH Ethanol
F Fermenter
Fa. Firma
fAS freie Aminosäuren FlFS Flüchtige Fettsäuren
g Gramm
ggf. gegebenenfalls
h Stunde
HAP hyper-ammonia-producing (Bakterien)
i. V. b In Vorbereitung
J Joule
k. A. keine Angabe Kap. Kapitel
kg Kilogramm
KGW Körpergewicht
L Lauf
l Liter
µl Mikroliter
ME Umsetzbare Energie (metabolizable energy)
mg Milligramm
Min Minute
MJ Megajoule
mJ Millijoule ml Milliliter mm Millimeter mmol Millimol mod. modifiziert
mol Mol
mpA mittlere prozentuale Abweichung
mS mit Sojazulage
n Anzahl
n. s. nicht signifikant
NEL Nettoenergie-Laktation NfE N-freie Extraktstoffe NH3 Ammoniak
nm Nanometer
NPAS nichtproteinogene Aminosäure
Nr. Nummer
n. w. d. nicht weiter differenziert o. g. oben genannt
p Differenzsignifikanz AS proteinogene Aminosäure PCD programmierter Zelltod
metabolite; sekundärer Pflanzeninhaltsstoff
Ra Rohasche
RE Reineiweiß
Rfa Rohfaser
Rfe Rohfett
Rp Rohprotein
RUSITEC RUmen SImulation TEChnique
R2 Bestimmtheitsmaß SAk Score der Aktivität der
Protozoen
SBe Score der Bewegung der Protozoen
SDi Score der Dichte der Protozoen
SGr Score der Größen- verteilung der Protozoen SSt Score der Stärke– und
Vakuolenfüllung der Protozoen
s Standardabweichung
Ʃ Summe
s. siehe
s. a. siehe auch s. o. siehe oben
Sek Sekunde
Seradest® ionenfreies Wasser Tab. Tabelle
TF Testfermenter TFms Testfermenter mit
Sojazulage
u. und
u. a. unter anderem u. w. und weitere UE Untereinheit
uS ursprüngliche Substanz VDLUFA Verband deutscher
landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten vgl. vergleiche
VK Variationskoeffizient Vol% Volumenprozent
vs. versus
x̅ arithmetischer Mittelwert xg mal Erdbeschleunigung z. B. zum Beispiel
z. T. zum Teil
% Prozent
***/###/°°° hoch signifikant (p < 0,001)
**/##/°° signifikant (p < 0,01)
*/#/° schwach signifikant (p < 0,05)
>/< größer/kleiner als
× Multiplikationszeichen
↑ Zunahme
↓ Abnahme
Δ Delta, Differenz
so lässt sich bei den minimalen Gewinnspannen, welche zum einen auf steigende Betriebskosten wie Energie-, Futtermittel- und Landpachtkosten, zum anderen auf sehr geringe Milchauszahlungspreise zurückzuführen sind, effizient wirtschaften, was die Voraussetzung für das Fortbestehen der gewachsenen landwirtschaftlichen Strukturen darstellt.
Höchste Anforderungen an das Grundfutter stellt besonders auch die Tiergesundheit und somit das Tierwohl der gesamten Herde.
Heu als Grundfutter wurde in den vergangenen Jahrzehnten durch die Fütterung von Grassilage fast vollständig verdrängt. Grund hierfür sind die klimatischen Gegebenheiten, welche die Heuernte witterungsbedingt immer risikoreicher machen als auch die Tatsache, dass Gras zur Silierung einen deutlich niedrigeren Trocknungsgrad benötigt.
Pflanzen enthalten Proteine, welche aus den bekannten Aminosäuren aufgebaut sind. Daneben beinhalten sie sogenannte nichtproteinogene Aminosäuren, die in beachtlicher Zahl in unterschiedlichsten Gattungen des Pflanzenreichs vorkommen. Typisch für einige nichtproteinogene Aminosäuren, die in Pflanzen zu finden sind, ist ihre Schutzfunktion vor Fressfeinden und Pathogenen durch ihre zum Teil herbiziden, bakteriziden oder anderweitigen toxischen Eigenschaften.
Somit ist es denkbar, dass auch in Gräsern oder in geschnittenem Gras pharmakologisch wirksame nichtproteinogene Aminosäuren vorkommen oder nach dem Schnitt des Grases gebildet werden. Durch das Studium wissenschaftlicher Literatur sollen im Schrifttum Erkenntnisse darüber erlangt werden, welche Pflanzen und Pflanzengattungen mit nicht- proteinogenen Aminosäuren ausgestattet sind und wie diese wirken. Aus den Ergebnissen dieser Analyse sollte auf die Wahrscheinlichkeit des Vorkommens respektive der Bildung pharmakologisch wirksamer nicht- proteinogener Aminosäuren im Ausgangsprodukt der wiederkäuergerechten Grassilage geschlossen werden.
In der Praxis wurde beobachtet, dass es bei der Fütterung von Grassilagen mit einem veränderten Proteinspektrum zu Leistungseinbrüchen und unspezifischen Erkrankungsbildern in der Herde kommt (EICKEN 2005;
EICKEN u. TIEDEMANN 2013).
Nach dem Schnitt des Grases bauen pflanzeneigene Proteasen einen Teil des Proteins um (COENEN 2017). Die damit verbundenen Verschiebungen in der Aminosäurezusammensetzung der Silagen stellen einen Teil der Untersuchungen dar. Darüber hinaus soll mit Hilfe des künstlichen Pansens (RUSITEC) untersucht werden, inwieweit der Input so veränderter
Pflanzen wie auch Tiere bilden aus 20 Aminosäuren Proteine. Dies sind die proteinogenen Aminosäuren (AS), welche teils als freie Aminosäuren, teils als Bestandteil des Proteins in Organismen vorkommen (VRANOVA et al. 2011). Aminosäuren die sich nicht von den 20 genetisch codierten Aminosäuren ableiten, werden als nichtproteinogene Aminosäuren bezeichnet (HABERMEHL et al. 2008). Diese nichtproteinogenen Aminosäuren (NPAS) sind meist nur in freier Form im Stoffwechsel zu finden (D’MELLO 2015). Nichtproteinogene Aminosäuren werden den sogenannten sekundären Pflanzeninhaltsstoffen (PSM, Plant secondary metabolites) zugeordnet (TAIZ u. ZEIGER 2007).
Nichtproteinogene Aminosäuren als sekundäre 2.2
Pflanzeninhaltsstoffe
In Pflanzen wird eine Vielzahl an Substanzen produziert, welche nicht am primären Metabolismus und Energiehaushalt beteiligt sind und somit auf den ersten Blick keine offensichtliche Funktion bei Wachstums- und Entwicklungsprozessen haben (IASON 2005). Diese Substanzen werden daher als sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe bezeichnet. Sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe kommen in allen höheren Pflanzen vor (WINK 2003).
Die drei Hauptgruppen sekundärer Pflanzeninhaltsstoffe bilden:
stickstoffhaltige Verbindungen, Phenole und Terpene, die wiederum u. a.
die nichtproteinogenen Aminosäuren beinhalten. Mit über 700 Substanzen gehören NPAS zur zweitgrößten Gruppe der stickstoffhaltigen sekundären Pflanzeninhaltsstoffe (WINK 2015). Bei genauer Betrachtung zeigt sich, dass diese sekundären Pflanzeninhaltsstoffe sehr wohl ökologische Funktionen haben. So schützen sie die Pflanze vor Fraß durch Herbivoren oder vor pathogenen Einflüssen, wirken als Lockstoffe für Bestäuber oder agieren als Signalstoffe in der Interaktion zwischen Pflanzen oder zwischen Pflanze und Mikroorganismus (IASON 2005). Auf Herbivoren haben sie in der Regel negative Einflüsse. So sind viele NPAS als potentiell gesundheitsschädlich für Mensch und Tier anzusehen, was ihnen eine bedeutende Relevanz in der Human- und Veterinärmedizin verleiht (NUNN et al. 2010). Sie wirken toxisch, verringern die Verdaulichkeit des Futters (ROBBINS et al. 1987), setzen die Futteraufnahme herab, hemmen die symbiotische Mikroflora (im Pansen, Dickdarm, etc.) oder führen zu einem erhöhten Energieverbrauch für ihre Detoxifikation im Organismus (PEARN u. HEGARTY 1970). Andererseits werden auch positive Effekte der sekundären Pflanzeninhaltsstoffe diskutiert. Hierunter fällt ihre antioxidative oder anthelmintische Wirkung (IASON 2005). Auch in der Humanernährung
Ähnlichkeit nichtproteinogener Aminosäuren zu 2.3
proteinogenen Aminosäuren
NPAS sind in ihrem Aufbau und ihrer Struktur oft sehr ähnlich oder analog zu den AS oder ihren Derivaten (Tab. 2.1). Dies ermöglicht es, dass NPAS als Antagonisten der ihnen chemisch sehr ähnlichen AS sowie ihrer Derivate wirken. Beispielhaft ist Canavanin zu nennen, welches chemisch analog zur Aminosäure Arginin ist (ROSENTHAL 1982; HEGARTY 1986).
So wirken NPAS häufig toxisch, indem sie die Synthese oder Aufnahme der AS verhindern oder aber an Stelle dieser in das Protein eingebaut werden und somit das Protein in Tertiärstruktur und Funktion verändern (TAIZ u.
ZEIGER 2007).
Tab. 2.1: AS oder ihre Derivate und die analogen NPAS
AS bzw. Derivate NPAS Autor / Jahr
Arginin Canavanin
(2-Amino-4- Guanidin-
oxybuttersäure)
ROSENTHAL 1982; HEGARTY 1986
Arginin Indospicin
(2-Amino-6- Amidino- hexansäure)
HEGARTY u.
POUND 1970;
HEGARTY 1986 Ornithin (ist selbst eine NPAS, kommt
jedoch unter physiologischen Be- dingungen z.B. im Harnstoffzyklus als Zwischenprodukt vor)
L-Canalin ROSENTHAL
1978b;
ROSENTHAL 1997
Ornithin L-2,4-Diamino-
buttersäure
BELL 1962;
BELL 1980
Prolin Pipecolinsäure BELL 1980
Prolin Azetidin-2-Carbon-
säure
BELL 1980
Tabelle 2.2 deutlich. Auffällig ist die Häufung von einzelnen NPAS in bestimmten Pflanzengattungen sowie die Tatsache, dass einige NPAS ausschließlich in bestimmten Pflanzenfamilien vorkommen. Am weitesten verbreitet ist das Aufkommen von NPAS in Pflanzen der Ordnung der Schmetterlingsblüterartigen (Fabales) und hierunter in der Familie der Leguminosen (Fabaceae oder Leguminosae, früher Papilionaceae WINK 2003; D’MELLO 2015). Dies ist mit der Fähigkeit der Leguminosen zur Speicherung atmosphärischen Stickstoffs mit Hilfe von Rhizomen zu begründen. Auf Grund der hohen Stickstoffgehalte in der Pflanze ist auch die Bildung stickstoffhaltiger sekundärer Pflanzeninhaltsstoffe naheliegend (WINK 2003). Gegenüber den Schmetterlingsblüterartigen ist das Vorkommen von NPAS in intakten Zellen von Gräsern wenig untersucht und nachgewiesen worden (Tab. 2.2). So ist der Kenntnisstand über das Vorkommen und die Verteilung sekundärer Pflanzeninhaltsstoffe in Gräsern lückenhaft. Bereits 1985 postuliert COUGHENOUR, dass Gräsern die Ausstattung chemischer Verbindungen, wie z. B. Alkaloiden, zum Schutz vor Herbivoren fehlt. CULVENOR (1973) beschreibt, dass aus nur 21 von 8.000 untersuchten Gräsern Alkaloide, als eine Gruppe der PSM, isoliert werden konnten. Cyanogene Verbindungen wurden von GIBBS (1974) in nur zwei von sechszehn untersuchten Gräsern gefunden, diese wiederum hatten keinen Einfluss auf den Wiederkäuer (n. w. d.). Selbst wenn in der originären Pflanzenzelle nur wenige NPAS vorkommen sollten, so gibt es noch eine weitere Möglichkeit der Bildung von NPAS in der Pflanze.
Eine Möglichkeit der Herkunft von NPAS in Silagen stellt die unmittelbar nach dem Schnitt von Gras einsetzende Proteolyse im Pflanzenprotein dar, in dessen Folge es zur Bildung nichtproteinogener Aminosäuren oder biogener Aminosäureabbauprodukten kommen kann. Diese These wird auch von THEERMANN (2011) vertreten, welche aufführte, dass beispielsweise das biogene Amin Cadaverin als Proteolyseprodukt in Silagen gefunden wird. Auch D’MELLO (1992, 2015) beschreibt eine
„postharvest encymatic action“ als Ursprung zur Bildung NPAS. Doch auch originär in Gräsern werden einige wenige NPAS gefunden (FOWDEN 1958;
THEERMANN 2011).
Bei der Verbreitung der Pflanzen welche NPAS enthalten fällt auf, dass sie sowohl in gemäßigten als auch in subtropischen bis tropischen Breiten zu finden sind. Besonders häufig wachsen diese Pflanzen jedoch in den tropischen Breiten. Die Funktionen der NPAS in Pflanzen reichen von der allopathischen Wirkweise, welche einen Wachstumsvorteil gegenüber anderen Pflanzen verschaffen soll, bis hin zur toxischen Wirkung auf potentielle Fraßfeinde (D‘MELLO 2015). Einige Stoffe kommen auch nur vorübergehend als Stoffwechselprodukte in den Pflanzen vor (Tab. 2.2:
1-Aminocyclopropansäure, Alliin, δ-Acetylornithin).
Die Speicherung der NPAS findet vorwiegend in Samenanteilen der Pflanzen statt (D’MELLO 2015; Tab. 2.2: Oxalyldiaminopropionsäure
Wirkung nichtproteinogener Aminosäuren 2.6
Das Wirkungsspektrum auf Mensch, Tier oder Mikroorganismen ist sehr breit gestreut. Nachteilige Effekte auf den Organismus werden häufig bei Insekten (Tab. 2.2:-Diaminobuttersäure, Azetidin-2-Carbonsäure, Canavanin, L-Canalin u. w.) aber auch bei höher entwickelten Tieren, wie Nutztieren (Tab. 2.2: Mimosin, Albizziin, u. w. sowie Tab. 2.3) oder aber dem Menschen (Tab. 2.2: Oxalyldiaminopropionsäure, Canavanin, Djenkolsäure u. w.) beobachtet. Beim Nutztier reichen diese Effekte von verändertem Fressverhalten, Wachstumshemmung, Zell- und Organschäden, über Reproduktionsstörungen bis hin zum Verenden (Tab.
2.2: Hypoglycin A, Indospicin, Mimosin u. w.). Die NPAS werden im Körper meist rasch metabolisiert (D’MELLO 2015). Jedoch kommt es hierbei nicht immer zu einem Abbau der toxischen Substanzen, sondern teilweise werden NPAS erst im Organismus zu toxisch aktiven Formen umgebaut (Tab. 2.2: Mimosin) (D’MELLO 2015). So wird nach der Aufnahme von Kohl durch Wiederkäuer die NPAS S-Methycystein-Sulfoxid im Pansen mikrobiell zum toxischen Dimethyldisulfid verstoffwechselt (EARL u. SMITH 1982).
Aus Tabelle 2.2 geht ebenfalls das gehäufte Auftreten neurologischer Erkrankungen durch die Aufnahme NPAS hervor (Tab. 2.2: -Diaminobuttersäure, Oxalyldiaminopropionsäure, Indospicin, L-Methioninsulfoximin).
Zusätzlich sind hepatische (Tab. 2.2:Diaminobuttersäure, Hypoglycin, Indospicin) und nephrotische (Tab. 2.2: Canavanin, Djenkolsäure) Veränderungen oft die Folge der Toxizität dieser Stoffe (RESSLER et al.
1961; HEGARTY 1986; BELL 2003).
Vielfach greifen NPAS in den Stoffwechsel von Mikroorganismen ein und üben so bakteriostatische bis bakterizide Wirkungen aus (RAO et al. 1964;
WINK 1988; HABERMEHL et al. 2008). In Hinblick auf die mikrobielle Besiedelung des Pansens ist dieser Aspekt besonders in Bezug auf die spezifische Wirkung beim Wiederkäuer zu beachten. So hemmt beispielsweise eine Ration aus Acacia angustissima (2-Amino-3-Oxalyl- Aminopropionsäure) die Fermentationsleistung im Pansen, indem es toxisch auf Pansenbakterien und Protozoen wirkt (OSUJI u. ODENYO 1997;
Tab. 2.3). Die Aufnahme von Kohl kann beim Rind eine hämolytische Anämie auslösen. Verantwortlich hierfür ist die NPAS S-Methyl- cysteinsulphoxid (SMCO), das im Pansen zu Dimethyldisulfid umgewandelt
ausgelöste Krankheitsbild der einzelnen beschriebenen nichtproteinogenen Aminosäuren. Deren Abkürzungen und Synonyme werden in Klammern angegeben. Der Übersicht halber sind die Stoffe alphabetisch aufgeführt. In leer stehenden Zellen wurden vom Autor keine Informationen gegeben.
Krankheitsbild 1-Aminocyclo-
propancarbonsäure
Preiselbeeren, Äpfel, Birnen
Zwischenprodukt bei der Biosynthese (Oxidation) von Methionin zum Reifungshormon Ethylen
HABERMEHL et al.
2008
-Aminoadipinsäure In einigen höheren Pflanzen und Pilzen
Vorstufe von Lysin in Pilzen
FOWDEN 1981 In folgenden Gräsern:
Brachypodium sylvaticum, Bromus carinatus, Dactylis glomerata, Festuca heterophylla, Poa alpina, Poa glauca, Poa pratensis, Hordeum vulgare, Lolium perenne
FOWDEN 1958
-Diaminobutter- säure (DABA)
Polygonatum, Lathyrus-Spezies
Neurotoxisch in Säugetieren, toxisch für Insekten
BELL 1981 In Lathyrus-Spezies
und Polygonatum multiflorum (Viel- blütiger Weißwurz)
FOWDEN u. BRYANT 1959;
BELL 1981
-Diaminobutter- säure (DABA)
Wirkt toxisch in Ratten, induziert Krämpfe und Tod (Ammoniakvergiftung) durch die Inhibition von Ornithintranscarb- amylase, Homologon von Ornithin
RESSLER et al. 1961;
BELL 1962, 1981
Lathyrus-Spezies (Platterbsen Spezies)
Neurotoxisch HEGARTY 1986 Polygonatum
multiflorum (vielblütiger Weißwurz)
FOWDEN u. BRYANT 1959;
BELL 2003 Lathyrus latifolius
(Breitblättrige Platterbse)
Akut neurotoxisch für Ratten
RESSLER et al. 1961;
BELL 2003 Hemmung des
Leberenzyms Ornithin- Transcarbamylase, Homologon von Ornithin, induziert Ammoniakvergiftung
O'NEAL et al. 1968;
BELL 2003
-Diaminobutter-
säure (DABA) Kann von der
Pansenflora adaptierter Wiederkäuer (afrikanische Wildwiederkäuer) aufgeschlossen werden
ROBERTSON McKIE et al. 2004
Im Hirn von Rindern sowie wenigen weiteren Spezies wurde freies DABA in geringen
Konzentrationen nachgewiesen
n. w. d. FOSTER 1990
Albizziin Acacia angustissima McSWEENEY et al.
2005
Isoester von Glutamin FOWDEN 1981
Inhibitor von Enzym- reaktionen des Aminosäuren-
metabolismus und der Proteinsynthese
MIFLIN u. LEA 1977;
FOWDEN 1981
Albizziin Acacia angustissima (Ursprünglich in Nord- und Südamerika heimische
Leguminose; sehr anpassungsfähig; wird als Futtermittel und Einstreu verwandt)
Die Fütterung von Acacia angustissima hemmt die Fermenta- tionsleistung im Pansen. So ist die Gas-, und flüchtige Fettsäurenproduktion reduziert. Extrakte aus Acacia angustissima hemmten das
Wachstum von Pansenbakterien in vitro: Ruminococcus albus, Ruminococcus flavefaciens,
Prevotella ruminicola und Streptococcus bovis.
Bei der Fütterung von äthiopischen
Hochlandschafen mit Acacia cynophylla als Grundfutter nahm die Dichte der Pansen- protozoen ab
ODENYO et al. 1997
Alliin Knoblauch, Zwiebel HABERMEHL et al.
2008 Antibakterielle
Wirkung
WINK 1988
„Prodrug“ der
allelochemisch aktiven Substanz Allicin
WINK 2003 Azetidin-2-Carbon-
säure
Spezies Liliaceae (Liliengewächse) u.
Amaryllidaceae (Amaryllisgewächse)
FOWDEN u.
STEWARD 1957;
FOWDEN 1981 Verschiedenste
Leguminosen-Spezies
FOWDEN 1981;
HUANG et al. 2011
Rote Meeresalge IMPELLIZZERI et al.
1975;
FOWDEN 1981 Chenopodiaceae
(Zuckerrübe)
FOWDEN 1972,1981 Wurzelstock von
Polygonatum multiflorum (vielblütiger Weißwurz)
FOWDEN 1958
Hemmt die Leistungs-
fähigkeit unterschied- licher Insektenspezies
HUANG et al. 2011
Azetidin-2-Carbon- säure
Verursacht im Versuch eine Hemmung der Lysozymaktivität
ROSENTHAL 1998 Reduziert die
Prolinaufnahme bei E. coli
ROWLAND u.
TRISTRAM 1971;
FOWDEN 1981 Bei Konzentrations-
überschuss von Azetidin-2-Carbon- säure Einbau dieser in das Protein anstelle von Prolin, dadurch fehlerhafte und verminderte Funktion des Proteins
NORRIS U. FOWDEN 1972;
FOWDEN 1981
Convallaria majalis (Maiglöckchen) (3-4% der TS der Blätter)
FOWDEN 1956;
BELL 1980 Beeinflusst bei Einbau
in Protocollagen die Eigenschaften von Kollagen nachteilig, Homologon von Prolin
BELL 1980
Oxalyldiamino- propionsäure (ODAP)
Samen von Lathyrus sativus
(Saatplatterbse)
Neurotoxisch,
verantwortlich für die Erkrankung
Neurolathyrismus des Menschen
MURTI et al. 1964;
RAO et al. 1964;
BELL 1980 Bestandteil aller drei
Lathyrus-Spezies
BELL 1964 Samen von Acacia
(Acacia albida = Anabaum) und Crotolaria
(Pflanzengattungen der Familie der Hülsenfrüchtler)
BELL 1980
Toxisch für Nymphen von Locusta migratoria (Wanderheuschrecke) und Anacridium
melanorhodon (Heuschrecken- Gattung aus der Familie der
Feldheuschrecken)
EVANS u. BELL 1979
Hemmt das Wachstum von E. coli, St. aureus, Candida albicans
RAO et al. 1964
Oxalyldiamino- propionsäure (ODAP)
Lathyrus-, Acacia- und Crotalariasamen (Platterbsen-, Akazien- und einer Gattung der
Hülsenfrüchtlersamen)
Neurotoxisch für Küken; inhibiert das Fressen bei
Heuschrecken
BELL 1980
2-Amino-4-Oxalyl- aminobuttersäure
Lathyrus-, Acacia- und Crotalariasamen
Beim Menschen
kommt es zu einer irreversiblen Paralyse der Beine nach
Verzehr von L.
sativus;
Neurolathyrismus, diese Krankheit kann auch Weidetiere nach Fressen der
genannten Pflanzen betreffen
BELL 1980
4-Amino-2-Oxalyl- aminobuttersäure
Gräser der
gemäßigten Breiten, Brachypodium sylvaticum, Festuca heterophylla, Poa alpina, Poa glauca, Poa pratensis, Puccinella maritima, Lolium perenne;
in großen Mengen in fast allen Pflanzen der Familie der
Erdrauchgewächse nachgewiesen
Aufgabe im Stoffwechsel der Pflanze nicht bekannt
FOWDEN 1958
δ-Acetylornithin Wurde in Spuren im
Blutplasma von Rind und Mensch gefunden
ARMSTRONG 1979 Wirkt als
Breitbandantibiotikum
HABERMEHL et al.
2008 Azirinomycin Rübenspezies (Beta
vulgaris), Pilze, Rinderniere, Fruchtwasser
Wirkt als Methyldonator
HABERMEHL et al.
2008
Betain Samen von Vicia
Sativa (Futterwicke)
Neurotoxisch HEGARTY 1986
-Cyanoalanin (BCNA)
15 andere Spezies des Genus Vicia
BELL u. TIRIMANNA 1965;
BELL 2003 Cyanid-resistenter
Enterobacter-Stamm
SAKAI et al. 1981 Bambus-Trichterling
(Clitocybe
acromelalga, ein giftiger Pilz)
FUSHIYA et al. 1993
Männl. Ratten verabreicht (15 mg /100 g KGW per Magensonde), kommt es zu Hyperaktivität, Tremor, Krämpfen, Steifheit und zu Erschöpfung bis hin zum Verenden
RESSLER 1962;
BELL 2003
Samen von Lathyrus- Spezies
Neurotoxischer Wirkstoff, welcher für den beim Menschen vorkommenden Neurolathyrismus verantwortlich ist (degenerative
Erkrankung des ZNS)
HEGARTY 1986
-N-Oxalyl-L-- Diaminopropion- säure
(ODAP)
Konkurriert mit der bzw. hemmt die
Bindung von Glutamat an den
Nervenendigungen (ähnliche Struktur wie Glutamat) und führt zu Hirnschäden
OLNEY et al. 1976;
HEGARTY 1986
Wird in L. sativus als Speicherstoff für Stickstoff genutzt und bietet der Pflanze so die Möglichkeit unter extremen Beding- ungen wie Nässe und Trockenheit zu über- leben; die Konzentr- ation von ODAP kann durch die Umwelt- faktoren beeinflusst werden; im reifen Samen führt Wasser- stress zu einem An- stieg, Salzgehalt da- gegen zu einer Herab- setzung der Konzentr-
HAQUE et al. 1992;
BELL 2003
-N-Oxalyl-L-- Diaminopropion- säure
(ODAP)
In Nervenzellen antagonisiert es das Glutamat an den Glutamatrezeptoren
PEARSON u. NUNN 1981;
BELL 2003 Cycas circinalis
(Palmfarn)
VEGA u. BELL 1967;
BELL 2003
Methylamino- alanin (BMMA)
Akut neurotoxisch bei Verabreichung an Versuchstiere, jedoch bei Injektion von geringeren Konzentra- tionen in wachsende Ratten keine chron.
Toxizität
BELL 2003
Reagiert wie ein Glutamatagonist an den N-Methyl-D- Aspartat-Rezeptoren der Neuronen
BELL 2003
Die Toxizität hängt mit dem Vorhandensein von Bikarbonat zu- sammen, mit dem es ein stabiles Carbamat bildet, welches analog zu Glutamat ist
WEISS et al. 1989;
BELL 2003
Methylamino-
alanin (BMMA) Familie der Cucurbitaceae (Kürbisgewächse)
DUNNILL u. FOWDEN 1965;
FOWDEN 1981
-Pyrazol-L-Ylalanin Im Samen der Wassermelone (Citrullus vulgaris)
Heterocyclische AS;
Hauptkomponente der löslichen
Stickstofffraktion im Samen der
Wassermelone
NOE u. FOWDEN 1960
Potenter Glutamat- Rezeptor-Antagonist in höher entwickelten Tieren
D’MELLO 2015
-N-Oxalylamino-L- Alanin (BOAA)
Potenter Glutamat- Rezeptor-Antagonist in höher entwickelten Tieren
D’MELLO 2015
N-Methylamin-L- Alanin (BMAA)
AS xenobiotischen Ursprungs, jedoch auch in Pflanzen und Tieren nachgewiesen
Schützt Pflanzen vor osmotischem Stress, Pathogenen und erhöht die
Wärmetoleranz
Wirkt als Glyzin- Rezeptor-Antagonist in Tieren
SCHMIEDEN u. BETZ 1995;
SLAUGHTER et al.
2012
Aminobuttersäure
(BABA) Familie der
Papilionoideae
(Schmetterlingsblüter);
Samen von Legumi- nosen (n. w. d.)
TURNER u.
HARBORNE 1967;
FOWDEN 1981 Canavanin
(2-Amino-4- Guanidinoxy- buttersäure)
Canavalia ensiformis, es wird angenommen, dass eine Vielzahl von Leguminosen die enzymatische Ausstattung zur Synthese und
Metabolisierung von Canavanin besitzen
D’MELLO 2015
Isoester von Arginin FOWDEN 1981
Im Samen von Alfalfa (Luzerne) und Dioclea megacarpa
(Schmetterlingsblütler, deren deutscher Name nicht bekannt ist)
HEGARTY 1986
Chem. Analogon von Arginin
ROSENTHAL 1982;
HEGARTY 1986
Canavanin (2-Amino-4- Guanidinoxy- buttersäure)
Toxisch für viele Säugetierzellen in vitro, durch Einbau in Polypeptidketten entstehen instabile Peptide, stören die RNA- und DNA- Synthese
HEGARTY 1986
Bei Affen verursachte eine Diät aus Alfalfa- sprossen eine häma- tologische und sero- logische Abnormität ähnlich dem mensch- lichen Lupus erythe- matodes, eine Gabe von Canavanin reakti- vierte dieses Syndrom
HEGARTY 1986
Canavanin (2-Amino-4- Guanidinoxy- buttersäure)
Hat immunmodulato- rische Eigenschaften bei Mäusen (normalen und autoimmunen), ruft dort ungeordnete Lymphozytenfunktio- nen mit einem Anstieg an Antikörpern, die für die Niere pathologisch sind, hervor
PRETE 1985;
HEGARTY 1986
Vicia benghalensis (Purpur-Wicke)
Bei der Konzentration von 1 mM kommt es bei Setzlingen von Lathyrus aphaca, L.
odoratus und Lactuna sativa (Kopfsalat) zu einer
Wachstumshemmung von 80-90 %, diesen Effekt gibt es nicht bei Setzlingen von Vicia benghalensis, welche Canavanin
synthetisiert
WILSON u. BELL 1978;
BELL 1980
Canavanin (2-Amino-4- Guanidinoxy- buttersäure)
Es wird vermutet, dass die Toxizität von
Canavanin und das Vorkommen in den Samen die Pflanze vor den samenfressenden Larven von
Callosobruchus maculatus
(Erbsensamenkäfer) und anderen Insekten schützen soll
ROSENTHAL et al.
1976;
BELL 1980
Canavalia ensiformis (Jackbohne)
Canavalia ensiformis synthetisiert eine große Menge an Canavanin, besitzt einen Protein-
syntheseapparat, der zwischen Canavanin und Arginin
unterscheiden kann und Canavanin nicht in die eigenen
Proteine einbaut
TAIZ u. ZEIGER 2007
Canavanin (2-Amino-4- Guanidinoxy- buttersäure)
Wirkt zytotoxisch auf humane Krebszellen
BOZHENA et al. 2011 Canavalia ensiformis
(Schwertbohne, Jackbohne),
Sojabohne, Zwiebel
HABERMEHL et al.
2008 Ersetzt Arginin in der
Proteinsynthese, erhöht die
Arginaseaktivität und reduziert die
Polyaminsynthese
D’MELLO 2015
Sutherlandia frutescens (Ballonerbse)
Medizinischen Präpa- raten aus dieser Pflanze wird eine Wirkung gegen HIV nachgesagt
NUNN et al. 1989
L-Canalin (L-2-Amino-4- aminooxy- buttersäure)
In vielen
Leguminosenarten
Analogon von L-Orni- thin, wird in der Pflanze aus
Canavanin gebildet
Hemmt ornithin- abhängige Enzyme, kann als Lysin- Antagonist wirken
ROSENTHAL 1997
Unreife Samen von Astragalus sinicus
ROSENTHAL 1978
L-Canalin (L-2-Amino-4- aminooxy- buttersäure)
Kann in allen Canavanin
synthetisierenden Spezies vorkommen, da es aus der
Reaktion von Arginase mit Canavanin
entsteht
Hoch toxisch für Insekten, wenig bekannt über die Wirkung bei höheren Tieren
BELL u. ROSENTHAL 1979;
BELL 2003
Aesculus parviflora (Strauch-
Rosskastanie)
FOWDEN et al. 1969;
FOWDEN 1981 Zwischenprodukt des
Harnstoffzyklus in der Leber
BELL 1980 Citrullin Citrullus vulgaris
(Wassermelone)
Toxisch bei Ratten und Küken, hemmt das Enzym
Cystathionase
BELL 1980
3-Cyanoalanin (und seine -Glutamyl- Derivate)
Vicia-Spezies Hemmung der
Zellwandsynthese von Bakterien, dadurch klinische Bedeutung als Antibiotikum
HABERMEHL et al.
2008
D-Cycloserin In Getreide weit verbreitet (n. w. d.)
HABERMEHL et al.
2008
Cysthathionin Samen vom Genus Mucuna (Reben und Schlingpflanzen)
FOWDEN 1981 3,4-Dihydroxy-
phenylalanin (L-DOPA)
Wird bei der Behandlung von Parkinson eingesetzt
HEGARTY 1986 Mucuna-Spezies
(6-9 % der TS)
BELL 1980 Wichtiger Bestandteil
von Pflanzen
Kommt im Säugetier- ZNS als Zwischen- produkt bei der Synthese des wichtigen
physiologischen Amins 3,4-Dihydroxy- phenylethylamin (Dopamin) vor
BELL 1980
3,4-Dehydro-L-prolin Anwesenheit reduziert
bei E. coli die
Aufnahme von Prolin
ROWLAND u.
TRISTRAM 1971;
FOWDEN 1981
Djenkolsäure (S,S-Methylenebis- cystein)
Mensch: geringe Löslichkeit der Aminosäure unter sauren Bedingungen, dadurch Bildung von Kristallen in Niere und Harntrakt, welche zu Nierenfunktions- störungen und
Beeinträchtigung des Harnflusses führt
BELL 2003
Djenkolsäure Djenkolbohne (Pithecellobium lobatum)
Unlöslich bei pH- Werten unter 7, wird beim Menschen unverändert ausgeschieden, kristallisiert jedoch in der Niere und im Harntrakt und führt dort zu Unbehagen, Gewebeschäden und Anurie
BELL 1980
Djenkolsäure Leguminosen, Leber, Muskel,
Rinderblutplasma
Kristallisiert aus und führt dadurch zu, Nierenfunktions- störungen, wirkt auch auf das Nervensystem (n. w. d.)
HABERMEHL et al.
2008
In fast allen Pflanzen nachgewiesen
FOWDEN 1981 In Bakterien, Pilzen
und Tieren
Wird bei biotischem und abiotischem Stress vermehrt von der Pflanze gebildet und akkumuliert, wirkt auch als
Signalmolekül
Im tierischen Hirn in hohen
Konzentrationen nachgewiesen, wirkt dort als wichtiger Neurotransmitter
ROBERTS 2007
-Aminobuttersäure (GABA)
In Bakterien, Pilzen und Tieren,
Deutschem Weidel- gras (Lolium perenne)
Neurotransmitter HABERMEHL et al.
2008
-Aminobuttersäure (GABA)
In Bakterien, Pilzen und Tieren
Deutsches Weidelgras (Lolium perenne)
Bereitstellung von GABA erfolgt in Pflanzen und Tieren hauptsächlich durch den sog. GABA-Shunt, einen alternativen Weg zur Synthese von Succinat im
Zitratzyklus, der im Wesentlichen über Glutamat läuft
GABA gehört zu den vier häufigsten
Neurotransmittern im ZNS. In Tieren ist die Rolle von GABA als
„major inhibitory neurotransmitter“
gesichert. Weiterhin hat GABA Auswirk- ungen auf den
Hormonhaushalt des Säugetierorganismus.
THEERMANN 2011
Spielt wichtige Rolle in der Antwort der
Pflanze auf biotischen und abiotischen Stress
HILKER u. MEINERS, 2010;
THEERMMANN 2011
-Methylenglutamin- säure
Sporadisch in den Pflanzenfamilien (nicht näher in der Literatur aufgeführt),
ursprünglich isoliert aus der Erdnuss
DONE u. FOWDEN, 1952; FOWDEN 1981
Tulpe (Liliaceae) ZACHARIUS et al.
1954;
FOWDEN 1981
-Methylenglutamin- säure
Samen von Gleditsia triacanthos
(Amerikanische Gleditschie)
Aus Leucin gebildet FOWDEN 1981
Samen von 36 Lathyrus-Spezies
BELL 1962 Lathyrus- und Lotus-
Samen (Hornklee), Akazienblättern
Toxisch für Mikroorganismen (n. w. d.)
BELL 1980 L-Homoarginin
(2-Amino-6- Guanidinhexan- säure)
Toxisch in St. aureus und Candida albicans sowie anderen Mikro- organismen (n. w. d.)
BELL 1980;
RAO et al. 1964b Reduziert die
Konzentration von Ornithin, Lysin und Arginin im Gehirn, verfüttert an Ratten (bei einer
Lysinmangel-Diät) kommt es zu Wachstumsver- zögerung und reduzierter Futteraufnahme
TEWS u. HARPER 1986; BELL 2003
L-Homoarginin (2-Amino-6- Guanidinhexan- säure)
Lens culinaris (Küchenlinse)
NUNN et al. 2010 Crotalaria juncea
(1-2 % der TS)
BELL 1980 Samen von Lathyrus
odoratus (Duftende Platterbse,
Gartenwicke)
FOWDEN 1966;
BELL 1980 4-Hydroxynorvalin Lathyrussamen Verhindert
Samenwachstum
BROWN u. TURAN 1995;
BELL 1962 4-Hydroxy-
homoarginin
Griffonia simplicifolia (afrik. Schwarzbohne) (14 % der TS sind 5-Hydroxytryptophan)
BELL 1980
5-Hydroxy-
tryptophan (5-HTP)
Kommt auch im
Säugetier ZNS als Zwischenprodukt bei der Synthese des wichtigen
physiologischen Amins 5-Hydroxy- tryptamin (Serotonin) vor
BELL 1980
Hypoglycin A Im Samen verschiedener Ahornarten (Bergahorn, Eschenahorn)
Die Aufnahme der Samen wird als Ursache der equinen atypischen Myopathie diskutiert, einer
Erkrankung, welche mit akuter Rhabdomyloyse, Myoglobinurie und Koliksymptomen einhergeht und zum Verenden des Pferdes führen kann
ŻURAW et al. 2015
Im unreifen
Samenmantel von Blighia sapida (Akee- Seifenbaumgewächs)
Verursacht beim Menschen Kopfschmerzen, Krämpfe, Tod (Jamaica vomiting sickness)
FOWDEN 1981
Hypoglycin A Hypoglycin B
Wirkt als fehlerhaftes Substrat für Leucyl- tRNA-Synthethase und limitiert die Aktivierung von Leucin; durch die oxidative Desaminie- rung und Decarb- oxylierung von
Hypoglycin A entsteht
-Methylen- cyclopropyl-CoA welches die Fettsäuren-- Oxidation hemmt
FOWDEN 1981
Im unreifen
Samenmantel von Blighia sapida (Akee- Seifenbaumgewächs)
Verursacht beim Menschen Kopfschmerzen, Krämpfe und Tod (Jamaica vomiting sickness)
FOWDEN 1981
Hypoglycin A Hypoglycin B
Im unreifen
Samenmantel von Blighia sapida 0,1% des Trocken- gewichts, im reifen Samenmantel nur noch 1/10 davon
HASSALL u. REYLE 1955;
HEGARTY 1986
Hypoglycin (n .w. d.)
Verzehr des unreifen Samenmantels führt zu Erbrechen,
Krämpfen, Koma, ggf.
Tod
HASSALL u. REYLE 1955;
HEGARTY 1986 Hypoglycin
(n. w. d.)
Führt zu einem starken
Blutglukoseabfall durch Hemmung der Glukoneogenese in der Leber aufgrund der Limitierung von CoA und Carnitin, die essentiell für die Oxidation von langkettigen Fettsäuren sind
BRESSLER et al.
1969;
HEGARTY 1986
Hypoglycin (n. w. d.)
Verursacht histologische
Veränderungen in der Leber bei Menschen und Labortieren und kann in der Leber zu einem toxischen Metaboliten
umgewandelt werden (n. w. d.)
HEGARTY 1986
Teratogen bei Ratten PERSAUD 1968;
HEGARTY 1986 Nach Verzehr kommt
es zu einem starken Blutglukoseabfall von 4,44 – 5,55 mmol/l (physiologischer Referenzbereich) zu 0,06 mmol/l und weniger
VON HOLT et al.
1964;
BELL 2003
In der Frucht von Blighia sapida (Akee) kommt -Glutamyl- hypoglycin vor, das als Hypoglycin B
bezeichnet wird
Bei Ratten hat die Gabe von Hypo- glycin B in der doppel- ten Konzentration vergleichbare Effekte wie Hypoglycin A
VON HOLT et al.
1964;
BELL 2003
Ibotensäure Möglicherweise ist der Grund der Hypo- glykämie nicht die AS selber, sondern der Metabolit Methylen- cyclopropylessigsäure, der in der Leber
entsteht und den Fettsäuremetabolis- mus blockiert. Durch die Hemmung der Fettsäureoxidation wird der Körper von der Glukose als Energielieferant abhängig, doch die Substitution von Glukose durch Glukoneogenese ist selber abhängig von der Verfügbarkeit von Acetyl-CoA, NADH und ATP, welche Produkte der hepatischen Fett- säureoxidation sind
VON HOLT et al.
1966;
SHERRATT 1969;
BRESSLER et al.
1969;
BELL 2003
Ibotensäure Amanita strobiliformis (Fransiger Wulstling), Panther- und
Fliegenpilz
Toxisch, wirkt psychoaktiv
HABERMEHL et al.
2008 Analogon von Arginin
mit antimetabolischen Eigenschaften
HEGARTY u. POUND 1970;
HEGARTY 1986 Indospicin In tropischen
Hülsenfrüchten des Genus Indigofera (Pflanzengattung der Hülsenfrüchtler)
Hemmt die Arginase sowie die Aufnahme von Arginin ins Protein;
Vermindert die DNA- Synthese
HEGARTY 1986
Hepatotoxisch; führt zu Reproduktions- störungen beim Rind und bei Labortieren;
hat teratogene Eigenschaften
PEARN u. HEGARTY 1970;
HEGARTY 1986
In der Leber verhindert Indospicin den Einbau von Arginin in Proteine der Leber, wodurch auch der Einbau anderer AS unterdrückt wird
MADSEN et al. 1970;
CHRISTIE et al. 1975;
HEGARTY 1986
Indospicin Verursacht beim Pferd nach Aufnahme von Indigofera linnaei, einer Leguminosenart im Norden Australiens, die „Birdsville
disease“, ein
neurologisches Syn- drom (Schwäche, Nervösität bis De- pression, Shivering, Koordinations- störungen);
Antimetabolit von Arginin
HEGARTY u. POUND 1970;
BELL 2003
Bei der Verfütterung von Fleisch an Birdsville disease erkrankter Pferde, kommt es bei Hunden zu Ikterus und
Leberschäden
HEGARTY et al. 1988;
BELL 2003
Indospicin Die Verabreichung von aufgereinigtem Indospicin
(intraperitoneal und als Diät) bestätigten die Entstehung der Leberschäden durch Indospicin
BELL 2003
Wirkt teratogen, führt zu Aborten,
hepatotoxisch bei Säugetieren
HEGARTY u. POUND 1970;
BELL 1980 Führt in Australien zu
Verlusten von Weidetieren; seine Toxizität in den Tieren beruht auf der
Konkurrenz mit Arginin auf der Enzymseite
BELL 1980
Pflanzengattung Lathyrus (Platterbse) davon in 12 Spezies
BELL 1962;
FOWDEN 1981 Lathyrin Vicia (Wicken,
Schmetterlingsblütler)
FOWDEN 1981
L-Methionin- sulfoximin (MSO)
Mit Stickstofftrichlorid behandeltes
Weizenmehl (Zusatz für bessere
Backeigenschaften)
Zuerst entdeckt als toxischer Stoff in Weizenmehl, das bei Hunden „Hysterie“
auslöst (hysteria in dogs; neurologische Ausfallerscheinungen)
CAMPBELL et al.
1951;
BELL 2003
Connaraceae (Sauerkleeartige)
JEANNODA et al.
1985;
BELL 2003 Samen von Cnestis
palala, beinhalten 524
mol/g der TS an MSO
Werden in Malaysia u.
Thailand zum
Vergiften von Hunden verwendet, 347 mg/kg oral = letal innerhalb von 24-25 Std.
MURAKOSHI et al.
1966;
BELL 2003
Samen von Lathyrus odoratus (Duftende Platterbse)
PRZYBYLSKA u.
STRONG 1968;
BELL 1981 Lathryrus
leucocephala (Weißkopfmimose), weit verbreitet in den Tropen
Schmackhafte Pflanze für den Wiederkäuer, jedoch begrenzt das Vorhandensein von Mimosin die Nutzung als Futtermittel
D’MELLO 2015
Mimosin Wird im Rinderpansen zu Dihydroxypyridin, Pyruvat und
Ammoniak gespalten
FOWDEN 1981
Samen der Spezies Leucaena (Gattung von über 20 Arten aus der Familie der
Hülsenfrüchtler), besonders L.
leucocephala (Weißkopfmimose)
BREWBAKER u.
HYLIN 1965;
FOWDEN 1981
Samen- und Blatt – Material von L.
leucocephala
Haarverlust bei Pferden und Rindern, Fliesverlust bei
Schafen
FOWDEN u.
FRANKTON 1968;
FOWDEN 1981 Interferiert mit der
Nutzung von Tyrosin / Antagonist
FOWDEN 1981 Bis zu 8-10 %
Mimosin in der TS von jungen Blättern von Leucaena
leucocephala
JONES 1979;
HEGARTY 1986
Mimosin Toxisch für Wiederkäuer,
Nichtwiederkäuer und Labortiere, führt zu Haarverlust,
Augenkatarakt und Reproduktions- störungen
HEGARTY et al. 1978;
LIENER 1969;
HEGARTY 1986
Wird im Wiederkäuer durch Wiederkauen und Reaktion mit den Pansenmikro-
organismen zu 3-Hydroxy-4-Pyridon (DHP) umgewandelt, einem potenten Goitrogen mit thiouracilartiger Wirkung
HEGARTY et al. 1978;
HEGARTY 1986
Toxizität und
Haarverlustwirkung resultieren aus der antimetabolischen Wirkung zu Tyrosin
HEGARTY 1986
Mimosin Mimosa pudica (Mimose)
RENZ 1936;
BELL 2003 Bei Wiederkäuern
hängt die Toxizität von Leucaena von der Rate und dem Grad der
Mimosinaufspaltung ab, dies ist abhängig vom Pflanzenenzym das während es Kauens von frischem Pflanzenmaterial frei wird
JONES 1985;
BELL 2003
Durch die Aufspaltung von Mimosin erhöht sich die Konzentration von 3-Hydroxy-4- Pyridon (DHP) einem starken Goitrogen
HEGARTY et al. 1978;
BELL 2003
Eine Adaption des Wiederkäuers an Mimosin ist möglich;
(Tab. 2.3)
FOWDEN 1981;
HEGARTY 1986
Nicotinamin Nicotiana tabacum (Virginischer Tabak), Bucheckern
Wirkt als Neutralisa- tionsfaktor in
Tomatenmutanten, da es eine große
Tendenz hat, Eisen zu komplexieren
HABERMEHL et al.
2008
Kommt in Grassilagen vor; entsteht durch den Abbau von Arginin und kann weiter zu Putrescin umgebaut werden
MACPHERSON u.
VIOLANTE 1966
Ornithin
(2,5-Diaminopentan- säure)
Ornithin dient in Grassilagen neben Arginin als
Ausgangsstoff für die Bildung von Putrescin, Spermidin und
Spermin
THOMSEN (in Vorbereitung)
Lathyrus sativus GIOVANELLI et al.
1974
Lathyrusblätter BELL 1980
Phosphinothricin Streptomyceten Verwendung als Herbizid
HABERMEHL et al.
2008 Pipecolinsäure
(Homoprolin)
In vielen Pflanzen (n. w. d.)
Homologon von Prolin Homologon von Prolin BELL 1980
S-Aminoethylcystein In den Blättern von Acacia
(Akaziengewächse)
BELL 1980
Isoester von Lysin FOWDEN 1981
Se-Methylseleno- cystein
Wicken, inkl.
Astragalus bisculcatus (Tragants)
Tod von Rindern und Schafen, die auf Weiden mit
selenreichem Boden grasen
ROSENFELD u.
BEATH 1965;
FOWDEN 1981 S-Methylcystein-
sulphoxid (SMCO)
Wurde in Spuren im Blutplasma von Rind und Mensch gefunden
ARMSTRONG 1979 In vielen Brassica-
spezies (Kohl)
Rinder entwickeln nach dem Fressen eine hämolytische Anämie mit schnellem Abfall des
Bluthämoglobins
HEGARTY 1986
Primäres hämo-
lytisches Toxin, das im Pansen zu Dimethyl- disulfid umgewandelt wird, welches aktiv als Hämolysin wirkt
SMITH et al. 1974;
HEGARTY 1986
S-Methylcystein- sulphoxid (SMCO)
Wird im Pansen zum aktiv hämolytischen Faktor Dimethyldisulfid umgewandelt
SMITH 1980;
BELL 2003 Nicht toxisch für Nicht-
Wiederkäuer
ITOKAWA et al. 1973;
BELL 2003 Weißkohl,
Blumenkohl, Zwiebeln, Rettich
HABERMEHL et al.
2008 In den Nüssen von
Lecythis ollaria (Paradisnuss)
Führt bei Verzehr beim Menschen zu Haarverlust
SHRIFT 1969;
BELL 1980 m-Tyrosin
(3-Hydroxyphenyl- alanin)
Festuca rubra (Rotschwingel)
Allelopathischer Wirkstoff in der Pflanzenwurzel.
Hemmt das Wachstum vieler Mono- und Dikotyledonen; wird synthetisiert durch die Hydroxilierung von Phenylalanin
BERTIN et al. 2007
Grassilagen In Pflanzen und Mikroorganismen können aus Tyrosin Polyphenole gebildet werden.
ÖZMEN 2013
Pansenflora und der damit einhergehenden verminderten Fermentationsleistung, ist die Möglichkeit der Adaption des Wiederkäuers bzw. seiner Ausstattung an Mikroorganismen auf Futterpflanzen, welche NPAS beinhalten, besonders bemerkenswert.
HEGARTY et al. (1976) beschreiben, dass es Wiederkäuern in Indonesien und Hawaii möglich ist, durch ihre Ausstattung an Pansenbakterien NPAS zu neutralisieren, welche bei Wiederkäuern in anderen Gebieten der Erde zu Erkrankungen führen. Dies zeigt, dass sich die Population der Pansenbakterien an die in den heimischen Pflanzen vorkommenden NPAS adaptiert hat. Dort wo sich der Wiederkäuer über die Nahrung seit je her mit sekundären Pflanzeninhaltsstoffen, wie den NPAS auseinandersetzen musste, hat er sich evolutionär an das vorhandene Nahrungsangebot adaptiert.
2,4-Diaminobuttersäure (DABA)
Acacia angustissima Kann von der Pansenflora adaptierter Wiederkäuer aufgeschlossen/detoxifiziert werden; isolierte Bakterien- stämme sind nicht in der Lage DABA umzubauen, nur der Gesamtheit der
Mikroorganismen ist dies möglich
ROBERTSON McKIE et al. 2004
S-Methylcysteinsulphoxid (SMCO)
Brassica-Spezies (Kohl) Rinder entwickeln nach dem Fressen eine hämolytische Anämie mit schnellem Abfall des Bluthämoglobins;
primäres hämolytisches Toxin, das im Pansen zu Dimethyl- disulfid umgewandelt wird, welches aktiv als Hämolysin wirkt
SMITH et al. 1974;
HEGARTY 1986
2-Amino-3-Oxalylamino- Propionsäure (ODAP)
Acacia angustissima Hemmt die Fermentations- leistung von Pansenbakterien in vitro (n. w. d.)
ODENYO et al. 1997
Mimosin Samen- und Blattmaterial
von Leucaena-Spezies
Wird im Wiederkäuer durch Wiederkauen und Reaktion mit den Pansenmikro-
organismen zu 3-Hydroxy-4- Pyridone(DHP) umgewandelt, einem potenten Goitrogen mit thiouracilartiger Wirkung;
Wiederkäuer in Indonesien und Hawaii haben Pansen- bakterien, die DHP neutrali- sieren können, in Australien und New Guinea gibt es diese nicht und es kommt zu chro- nisch toxischen Effekten
FOWDEN 1981;
HEGARTY 1986
In der Vergangenheit gab es mehrfach Versuche das große Spektrum nichtproteinogener Aminosäuren sinnvoll zu sortieren und in Klassen einzuordnen. In Tabelle 2.4 wird eine mögliche Klassifizierung und Gruppierung der NPAS gezeigt, welche nach biochemischen Aspekten vorgenommen wurde. Dabei wird besonderes Augenmerk auf die Ähnlichkeit zu proteinogenen Aminosäuren und den damit verbundenen vergleichbaren Metabolismus dieser Stoffe sowie die daraus resultierenden Probleme gelegt. Des Weiteren wird ihre Wirkung als Signalstoff im Stoffwechsel berücksichtigt.
Gruppe: Arginin Analoga
Analoga schwefelhaltiger
Aminosäuren
Nichtproteinogene Aminosäuren mit
Signalfunktion
Aromatische NPAS Sonstige NPAS
Vertreter: Canavanin Homoarginin Indospicin
Selenomethionin
Se-Methylselenocystein Selenocystathionin Selenocystein S-Methylcystein
β -N-Oxalylamino- L-Alanin (BOAA) β -Cyanoalanin (BCNA)
α, γ-Diaminobutter- säure (DABA) β -N-Methylamino- L-Alanin (BMAA) γ-Aminobuttersäure (GABA)
β-Aminobuttersäure (BABA)
(xenobiotisch)
Mimosin 3,4-Dihydroxy-
Phenylalanin (DOPA)
Hypoglycin A Hypoglycin B
Ziel war, durch Auswertung der wissenschaftlichen Literatur einen Erkenntnisgewinn zum möglichen Vorkommen nichtproteinogener Aminosäuren in Gräsern zu erlangen.
Nichtproteinogene Aminosäuren nehmen einen besonderen Stellenwert sowohl innerhalb der sekundären Pflanzeninhaltsstoffe, aber auch als Stoffwechselprodukte unterschiedlichster Organismen ein. Sie haben auf Lebewesen, vom Bakterium bis hin zum Menschen, unterschiedlichste, teils drastische Effekte (s. Tab. 2.2).
Die Verteilung der NPAS innerhalb des Pflanzenreichs tritt evolutionsbedingt gehäuft in einzelnen Ordnungen und Familien auf. Primär sind hier die Leguminosen zu nennen (D’MELLO 2015).
In Gräsern wurde das Vorkommen weniger NPAS nachgewiesen:
-Aminoadipinsäure, δ-Acetylornithin, -Aminobuttersäure, m-Tyrosin (s. Tab. 2.2).
Jedoch handelt es sich hierbei um intermediäre Stoffwechselprodukte, nicht aber um Defensine oder Schutzfaktoren vor Herbivoren.
Nach jetzigem Kenntnisstand der wissenschaftlichen Literatur zu nichtproteinogen Aminosäuren stellte sich heraus, dass es in Gräsern nicht zur Bildung pharmakologisch bedeutender nichtproteinoger Aminosäuren kommt.
Dennoch ist die Verwendung bestimmter Pflanzen in der Wiederkäuerfütterung durch ihre Gehalte an NPAS und den daraus resultierenden antinutritiven bis toxischen Eigenschaften limitiert (D’MELLO 2015). Somit sind NPAS, wenn auch nicht aus Gräsern stammend, von Bedeutung.
Seit ca. 18 Millionen Jahren grasen wiederkäuende Boviden zunächst in Eurasien, später weltweit und haben sich seit jeher mit der Verwertung von Gräsern auseinandergesetzt (COUGHENOUR 1985). Evolutionär stellte das Vormagensystem der Wiederkäuer einen Nischenvorteil dar, da so die für den Monogastrier unverdaulichen Zellwandbestandteile (Lignin, Cellulose, Hemicellulose) durch die Pansenmikroorgansimen abgebaut und nutzbar gemacht werden können.
Auch wenn sich Gräser im Vergleich zu anderen Pflanzenarten nur wenig durch Stoffwechselprodukte vor herbivorem Fraß schützen und ihre Ausstattung mit sekundären Pflanzenstoffen nur sehr gering ist, verfügen sie doch über einige potentiell schädliche Substanzen (COUGHENOUR 1985). Evolutionär konnte sich der Wiederkäuer bzw. seine Pansenflora hieran über Generationen adaptieren, sodass unser heutiges Hausrind auf die Aufnahme und den Verdau großer Mengen Gras perfekt ausgelegt ist.
Der Wiederkäuer hat das Gras meist im frischen, teilweise auch im trockenen Zustand aufgenommen. Somit kommen die Weidehaltung sowie die Fütterung mit Heu der ursprünglichen Wiederkäuerernährung sehr nahe. Mit Einführung der flächendeckenden Silageproduktion in den vergangenen 40 Jahren verdrängte die Grassilage das Heu mehr und mehr aus der Grundfutterration. Es ist zu bedenken, dass der Wiederkäuer im Laufe seiner langen evolutionären Entwicklung nie anaerob fermentierten Gräsern (Silage) als Grundfutter ausgesetzt war. Erst in den vergangenen Jahrzehnten musste sich der Wiederkäuer mit Grassilagen und somit möglicherweise mit einer Vielzahl von Stoffen und Verbindungen auseinandersetzen,
Reineiweißabbau verhindern kann (GAST 2010). Die Erkenntnisse aus der Analyse der vorliegenden Literatur belegen, dass möglicherweise sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe, nicht aber die nichtproteinogen Aminosäuren als Ursache grassilagebedingter Erkrankungen anzusehen sind.
Versuchsziel 3.1
Versuchsziel war es, die Auswirkungen des Reineiweißabbaus auf die Aminosäurezusammensetzung in Grassilagen zu untersuchen. Mit Hilfe von 316 Grassilagen, welche nach ihrem Reineiweißanteil (RE) am Rohprotein (Rp) als Schad- und Kontrollsilagen definiert wurden, fand eine Untersuchung über das Vorkommen und die Gehalte ihrer Aminosäuren statt. Parallel dazu wurden während vier Versuchsdurchläufen die Auswirkungen einer Fütterung von Grassilagen mit einem Reineiweißanteil am Rohprotein von unter 50 Prozent (RE/Rp < 50 %) sowie die Auswirkung der Zulage von Soja, in vitro, mit Hilfe des RUSITEC-Systems anhand unterschiedlicher Parameter untersucht.
Material und Methode 3.2
Die eigenen Untersuchungen teilten sich in Untersuchungen mittels RUSITEC im Rahmen des Gesamtprojekts (s. Tab. 9.2) sowie Untersuchungen zu Aminosäuregehalten in Grassilagen. Bei den Untersuchungen mittels RUSITEC handelte es sich um ein Gemeinschaftsprojekt, bei dem die Durchführung, die Probenanalyse sowie die Ergebnisbeschreibung und –Interpretation innerhalb der Forschungsgruppe aufgeteilt wurden (s. Tab. 3.5, 3.10, 9.2). Die eigenen Untersuchungen befassten sich mit den Protozoen im flüssigen Fermenterinhalt, der Ammoniakkonzentration in den Fermentern, dem bakteriellen Protein und den verzweigtkettigen i-Säuren innerhalb der flüchtigen Fettsäuren (i-Valerian- und i-Buttersäure) (Kap. 3.4 - 3.4.13).
Der zweite Teil eigener Untersuchungen, welcher sich mit der Aminosäurezusammensetzung von 316 Grassilagen befasste, ist Kapitel 3.5 zu entnehmen.
Grassilagen als auch beim Einsatz der Grassilagen im RUSITEC-System wurden die zu untersuchenden Grassilagen in Schad- und Kontrollsilagen eingeteilt.
Alle Grassilagen, welche über einen prozentualen Reineiweißanteil am Rohprotein von unter 50 Prozent (RE/Rp < 50 %) verfügten, wurden als Schadsilagen definiert.
Grassilagen, bei denen der prozentuale Reineiweißanteil am Rohprotein über 50 Prozent (RE/Rp > 50 %) lag, wurden den Kontrollsilagen zugeordnet.
Bei dem für die RUSITEC-Versuche ausgewählten Probenmaterial wurden zusätzlich weitere Bedingungen vorausgesetzt. So musste der Trockensubstanzgehalt der Silagen bei mindestens 25 Prozent liegen. Außerdem mussten die Silagen bei der grobsinnlichen Untersuchung einwandfrei sein, sodass sie bei einer Kategorisierung nach DLG-Schlüssel (NUSSBAUM et al. 2004) mit gut bis sehr gut beurteilt würden.
Zusätzlich kamen die eingesetzten Silagen einer Laufgruppe von jeweils demselben landwirtschaftlichen Betrieb (s. Kap. 3.4.5)
Die Definition als Schad- und Kontrollsilagen anhand des prozentualen Reineiweißanteils am Rohprotein wurde bereits von GAST (2010) und in den folgenden Dissertationen im Pansenlabor angewandt und hat sich seither als sinnvoll dargestellt.
In vitro-Versuche mittels RUSITEC 3.4
Das Probenmaterial entstammte vier Versuchsdurchläufen (Lauf 39-42) am RUSITEC-System (RUmen SImulation TEChnique), welche im Pansenlabor der Klinik für Rinder an der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover in den Jahren 2015 und 2016 durchgeführt wurden. Dieses System wurde 1977 von CZERKAWSKI und BRECKENRIDGE entwickelt und ermöglicht es, die Dynamiken des Verdaus im Pansen über Wochen in einem semikontinuierlichen Durchflusssystem nachzuempfinden.
Nähere Informationen zu Aufbau und Funktionsweise des RUSITEC sind der Abbildung 3.1 und den Dissertationen von GAST (2010), GRESNER (2011) und GÖRES (2016) zu entnehmen. Einen Überblick über frühere Dissertationen im Pansenlabor und ihren jeweiligen Literaturschwerpunkt gibt Tabelle 9.1.
wird. Ein RUSITEC-System besteht aus einem Wasserbad, welches konstant auf 38 °C (physiologische Körpertemperatur) temperiert wird, in dem sechs Fermenter eingesetzt sind. In jedem Fermenter befindet sich ein perforiertes Gefäß, welches über einen Hubstangenmechanismus im Fermenter auf und ab bewegt wird (Pansenmotorik). Dieser Hubstangenmechanismus wird über einen Elektromotor angetrieben.
An Tag null eines Versuches wurde einem pansenfistulierten Rind Pansensaft sowie Feststoff aus der Pansenmatte entnommen (s. Kap. 3.4.3 u. 3.4.4). Der Fermenter wurde anschließend mit 80 g (uS) des Pansenfeststoffs sowie 2,6 g (uS) Maisstärke in einem Nylon-Geflecht-Beutel (17 x 18 cm, Maschenweite 1 mm, Eigenherstellung der Fa. LAT, Garbsen, Deutschland) in das perforierte Gefäß beladen. Ein weiterer Nylon-Geflecht-Beutel wurde mit 10,5 g (TS) Kontrollsilage und 2,6 g (uS) Maisstärke zugelegt. Der Fermenter wurde anschließend mit 500 ml flüssigem Panseninhalt, 200 ml RUSITEC-Puffer (s. Tab. 3.1), sowie 100 ml ionenfreiem Wasser (Seradest®) aufgefüllt. Aufgrund der hohen physiologischen Bedeutung des Wiederkauens sowie des Speichels des Wiederkäuers, floss kontinuierlich ein, dem Wiederkäuerspeichel nachempfundener Puffer nach McDOUGALL (1948) in das System (s. Tab. 3.1).
Dieser wurde über eine Mikroliter-Schlauchpumpe dosiert.
Sowohl durch die kontinuierliche Zufuhr von Puffer als auch durch die von den Pansenmikroorgansimen produzierten Gasmengen, kam es zu einem Volumenüberschuss, welcher über einen Zufuhrschlauch zum Überlaufgefäß, bzw.
das Gas in einen daran angeschlossenen Gasbeutel, floss.
Im Überlaufgefäß war halbkonzentrierte Salzsäure vorgelegt, um die Fermentations- prozesse zu beenden, wie es in vivo auch geschieht, wenn der Vormageninhalt in den Labmagen übergeleitet wird. Nach der mit der täglichen Beladung des Systems einhergehenden Öffnung der Fermenter wurden diese für eine Minute mit CO2
begast, um erneut ein anaerobes Milieu zu schaffen.
Ein RUSITEC-System besteht aus sechs voneinander unabhängigen Fermentern.
Bei jedem Versuchsdurchgang wurde mit zwei baugleichen RUSITEC-Systemen parallel gearbeitet. Drei Fermentergruppen à zwei Fermentern, nämlich Kontrollfermenter, Testfermenter und Testfermenter mit Sojazulage, ergaben eine Stichprobenmenge pro Gruppe von n = 2 pro RUSITEC-Lauf. Folglich ergab die viermalige Laufwiederholung (Lauf 39-42) einen Stichprobenumfang von n = 8.
Abb. 3-1: Schematischer Aufbau des RUSITEC-Systems (Pansenlabor) Pufferflüssigkeit
nach McDOUGALL (1948)
Mikroliter- schlauchpumpe
Wasserbad 39 C Fermenter
Perforierter Innenbehälter
Zwei Nylon-Geflecht- Futterbeutel
Pufferzulauf Elektromotor mit Hubstangen- mechanismus Gasbeutel
Zufuhrschlauch Überlauf
Überlaufgefäß (Halbkonzentrierte HCl vorgelegt)
38 ° C
