Tierärztliche Hochschule Hannover
Untersuchungen über die Wirkungen von Zeolithzulagen auf die Pansenfermentation des Rindes in vitro
INAUGURAL-DISSERTATION
zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin – Doctor medicinae veterinariae –
(Dr. med. vet.)
vorgelegt von Svenja Kallmeyer Georgsmarienhütte
Hannover 2018
Wissenschaftliche Betreuung: 1. Univ.-Prof. Dr. M. Hoedemaker Klinik für Rinder
Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover
2. Dr. M. Höltershinken Klinik für Rinder
Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover
1. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. M. Hoedemaker
2. Gutachter: Apl. Prof. Dr. S. Leonhard-Marek
Tag der mündlichen Prüfung: 08.11.2018
Diese Arbeit wurde mit finanzieller Unterstützung der Schweizer unipoint® ag angefertigt.
C'est une triste chose de penser que la nature parle et que le genre
humain n'écoute pas
Victor Hugo
Teile der vorliegenden Dissertation wurden bereits auf der folgenden Tagung präsentiert:
70. Tagung der Gesellschaft für Ernährungsphysiologie – Posterbeitrag Hannover, 08.–10.03.2016
KALLMEYER, S., M. HOEDEMAKER, M. HÖLTERSHINKEN
Effects of a clinoptilolite supplementation on rumen fermentation in vitro
Inhaltsverzeichnis i
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis ... i
Abkürzungsverzeichnis ... v
1 Einleitung ... 1
2 Schrifttum ... 2
2.1 Definition und Entstehung von Zeolithen ... 2
2.2 Aufbau und Eigenschaften von Zeolithen ... 3
2.3 Eigenschaften von Klinoptilolithen ... 5
2.4 Charakterisierung des eingesetzten Klinoptiloliths Klinofeed® ... 8
2.5 Zeolithe in der Tierernährung ... 11
2.5.1 Geflügel... 11
2.5.2 Schweine ... 13
2.5.3 Rinder ... 15
2.5.3.1 Wirkung von Zeolithgaben auf den ruminalen pH-Wert ... 23
2.5.3.2 Flüchtige Fettsäuren ... 25
2.5.3.3 Ammoniak ... 30
2.5.3.4 Bakterielles Rohprotein ... 33
2.5.3.5 Mengenelemente ... 33
2.6 Zeolithe in Biogasanlagen ... 36
3 Eigene Untersuchungen ... 41
3.1 Versuchsziel ... 41
3.2 Material und Methode ... 41
3.2.1 Versuchsdurchführung ... 41
3.2.1.1 Pansensaftspendertier – Haltung und Fütterung ... 41
3.2.1.2 Pansensaftentnahme und -aufbereitung ... 42
3.2.1.3 Inkubationsanlage ... 42
3.2.1.4 Versuchsablauf/-vorbereitungen ... 46
3.2.1.5 Analytik ... 48
3.2.1.5.1 Bestimmung der Gaszusammensetzung ... 49
3.2.1.5.2 Bestimmung des produzierten Gasvolumens... 50
3.2.1.5.3 Bestimmung des Redoxpotentials ... 51
ii Inhaltsverzeichnis
3.2.1.5.4 Bestimmung des pH-Werts ... 51
3.2.1.5.5 Bestimmung der Ammoniakkonzentration ... 51
3.2.1.5.6 Bestimmung des Gehalts bakteriellen Proteins ... 52
3.2.1.5.7 Bestimmung der Nukleobasenkonzentrationen... 53
3.2.1.5.8 Bestimmung der Konzentrationen flüchtiger Fettsäuren ... 55
3.2.1.5.9 Bestimmung der Glucosekonzentration ... 57
3.2.1.5.10 Bestimmung der Protozoenmotilität ... 58
3.2.1.5.11 Bestimmung der Protozoenkonzentrationen differenziert nach Größe ... 59
3.2.1.5.12 Statistische Auswertung ... 60
4 Ergebnisse ... 61
4.1 Redoxpotential ... 61
4.2 pH-Wert ... 65
4.3 Glucose ... 69
4.4 Flüchtige Fettsäuren ... 71
4.4.1 Essigsäure ... 71
4.4.2 Propionsäure ... 75
4.4.3 n-Buttersäure ... 79
4.4.4 n-Valeriansäure ... 83
4.4.5 Hexansäure ... 87
4.4.6 i-Buttersäure ... 91
4.4.7 i-Valeriansäure ... 95
4.4.8 Summe der flüchtigen Fettsäuren ... 99
4.5 Gasproduktion ... 103
4.6 Methan ... 105
4.7 Ammoniak ... 109
4.8 Bakterielles Protein ... 113
4.9 Nukleobasen ... 117
4.9.1 Cytosin ... 118
4.9.2 Uracil ... 120
4.9.3 Thymin ... 122
Inhaltsverzeichnis iii
4.9.4 Guanin ... 124
4.9.5 Adenin ... 126
4.9.6 Summe der Nukleobasen... 128
4.10Protozoen ... 130
4.10.1 Anzahl kleiner Protozoen (<80 µm) ... 130
4.10.2 Anzahl mittlerer Protozoen (80 – 120 µm) ... 132
4.10.3 Anzahl großer Protozoen (>120 µm) ... 134
4.10.4 Anzahl Protozoen in Summe... 136
4.10.5 Protozoenmotilität ... 138
4.11Zusammenfassung der Ergebnisse ... 140
5 Diskussion ... 146
5.1 Intention der Arbeit ... 146
5.2 Kritische Betrachtung des Versuchsaufbaus ... 146
5.3 Verwendete Parameter ... 147
5.4 Wirkungen der Klinofeed®-Zulage ... 148
5.4.1 Pansenmilieu ... 148
5.4.1.1 pH-Wert... 148
5.4.1.2 Redoxpotential ... 148
5.4.2 Kohlenhydratstoffwechsel ... 149
5.4.3 Proteinstoffwechsel ... 155
5.5 Zusammenfassende Wertung ... 157
6 Zusammenfassung ... 159
7 Summary ... 161
8 Schrifttumsverzeichnis ... 163
9 Anhang ... 191
9.1 BRODIE’sche Lösung ... 191
9.2 BRADFORD Lösung ... 191
9.3 HUNGATE-Puffer ... 192
9.4 Standardlösungen der Redoxelektroden ... 192
9.5 Nukleobasen ... 193
9.5.1 Externer Standard ... 193
iv Inhaltsverzeichnis
9.5.2 Eluent ... 193
9.6 Externer Standard flüchtige Fettsäuren... 194
9.7 Fixier- und Färbemischung nach OGIMOTO und IMAI (1981) ... 194
9.8 Versuche mit dem Kurzzeitsystem aus dem hiesigen Pansenlabor ... 195
9.9 Tabellarische Übersichten zur Pansenfermentation unter Zeolithzulage ... 195
9.9.1 pH-Wert... 196
9.9.2 Flüchtige Fettsäuren – Gesamtgehalt ... 205
9.9.3 Essigsäure ... 207
9.9.4 Propionsäure ... 211
9.9.5 n-Buttersäure ... 215
9.9.6 n-Valeriansäure ... 219
9.9.7 Isofettsäuren ... 222
9.9.8 i-Buttersäure ... 223
9.9.9 i-Valeriansäure ... 224
9.9.10 Acetat:Propionat-Verhältnis ... 226
9.9.11 Ammoniak ... 228
9.9.12 Mikrobielles Protein ... 236
9.9.13 Phosphor... 237
9.9.14 Magnesium ... 239
9.9.15 Calcium ... 242
9.10Tabellarische Übersichten zur anaeroben Gärung in Biogasfermentern unter Zeolithzulage ... 245
10 Danksagung ... 260
Abkürzungsverzeichnis v
Abkürzungsverzeichnis
A andere Zulage als Zeolith
Å Ångström
A. bidest. Aqua bidestillata ADF acid detergent fiber;
Säure-Detergenz-Faser ADP Adenosindiphosphat
Al Aluminium
a. p. ante partum Art.-Nr. Artikelnummer ATP Adenosintriphosphat bakt. bakteriell
BUN Blood urea nitrogen;
Blutharnstoff
°C Grad Celsius
Ca Calcium
CH4 Methan
chem. chemisch cm Zentimeter
cm2 Quadratzentimeter cm3 Kubikzentimeter CNMMN Commission on New
Minerals and Mineral Names
CO2 Kohlendioxid Co-
EDTA
Cobalt-Ethylendiamintetra- acetat
Cr-EDTA Chrom-Ethylendiamintetra- acetat
d Tag
dD doppelte Dosis dopp. doppelt
ΔG Änderung der Gibbs- Energie eines Systems E. coli Escherichia coli
eD einfache Dosis einf. einfach
errechn. errechnet
FlFS flüchtige Fettsäuren flü. Ph. flüssige Phase flüssig-
chroma- togr.
flüssigchromatographisch
g Erdbeschleunigung (≈ 9,81m/s2)
g Gramm
G Birmingham Wire Gauge;
Maßeinheit für den Außendurchmesser von Kanülen
gas- chroma- togr.
gaschromatographisch
GC Gaschromatograph
h Stunde
H2 Wasserstoff
HF-Kühe Holstein-Friesian-Kühe
vi Abkürzungsverzeichnis
HNS High N-solubility;
Futtermittel mit hoher N-Löslichkeit
H2O Wasser
HPLC high performance liquid chromatography;
Hochleistungsflüssigkeits- chromatographie
HRT hydraulic retention time, hydraulische Verweilzeit i. e. id est; das heißt
IgG Immunglobulin G IgM Immunglobulin M
IMA International Mineralogical Association
Inok. Inokulum
IZA-SC International Zeolite Association – Structure Commission
K Kalium
K Kontroll(e) K− Negativkontrolle K+ Positivkontrolle KCl Kaliumchlorid KF Kraftfutter
kg Kilogramm
kHz Kilohertz
KM Körpermasse
konz. konzentriert
ℓ Liter
lakt. laktierend
LNS Low N-solubility;
Futtermittel mit geringer N-Löslichkeit
Lsg. Lösung
LSQ Latin square design
m Meter
m2 Quadratmeter mA Milliampere MAT Milchaustauscher meq Milliäquivalent
µg Mikrogramm
mg Milligramm
Mg Magnesium
min Minute µℓ Mikroliter mℓ Milliliter µm Mikrometer mm Millimeter mmol Millimol
Mol% prozentualer Anteil an der Gesamtstoffmengen- konzentration der gemessenen FlFS mV Millivolt
n Stichprobenumfang N, N2 Stickstoff
Na Natrium
NaCl Natriumchlorid NADP+, Nicotinamidadenin-
Abkürzungsverzeichnis vii
NADPH dinukleotidphosphat NaHCO3 Natriumhydrogencarbonat NaH2PO4 Natriumdihydrogen-
phosphat
NaOH Natriumhydroxid
NB Nukleobasen
NDF neutral detergent fiber;
Neutral-Detergenz-Faser
NH3 Ammoniak
NH4+
Ammonium
NIRS Nahinfrarotspektroskopie
nm Nanometer
NPN nonprotein nitrogen;
Nicht-Protein-Stickstoff ns nicht signifikant
O, O2 Sauerstoff
OEB onbestendig eiwit balans;
unbeständige Eiweißbilanz, Größe im niederländischen Proteinbewertungssystem p(-Wert) probability;
Wahrscheinlichkeit
P Phosphor
p. i. post inseminationem pK(a)-
Wert
negativer dekadischer Logarithmus der Gleichgewichts- bzw.
Dissoziationskonstante (einer Säure)
p. p. post partum
ppr. postprandial prpr. präprandial
r2 Bestimmtheitsmaß
RCBD randomized complete block design; Design mit
vollständigen Zufallsblöcken
RSA-Ä Rinderserumalbumin- Äquivalent
RT Raumtemperatur
s Sekunde
SEM scanning electron microscope;
Rasterelektronenmikroskop Si Silicium
sign. signifikant
spp. species pluralis; bezeichnet mehrere nicht näher
definierte Arten einer Gattung
ssp. Subspezies tägl. täglich
TCD thermal conductivity detector; Wärmeleitfähig- keitsdetektor
(T)COD (total) chemical oxygen demand; chemischer Sauerstoffbedarf
TKN Total Kjeldahl Nitrogen, Summe des organischen
viii Abkürzungsverzeichnis
Stickstoffgehalts inklusive Ammonium
TM Trockenmasse
TMA Trockenmasseaufnahme TMR totale Mischration
UV- Detektor
Fotodetektor, der die Adsorption von
ultraviolettem Licht durch die Analyten registriert vergl. verglichen
VK Variationskoeffizient Vol% Volumenprozent vs. versus
VS volatile solids; Glühverlust der organischen Feststoffe VSS volatile suspended solids;
Glühverlust der
organischen Schwebstoffe
Z Zulage
Zeo Zeolith
“ Einheitenzeichen Zoll (= 2,54 cm)
Einleitung 1
1 Einleitung
Die züchterische Entwicklung der Milchkuh in den letzten Jahrzehnten des 20. Jahr- hunderts mit dem Hauptaugenmerk auf möglichst hoher Milchleistung fordert von der modernen Rinderhaltung eine optimale Bedarfsdeckung der Tiere, damit die Erbringung der Leistung nicht auf Kosten der Tiergesundheit geht.
Die Fütterung, vor allem in Form einer wiederkäuergerechten Rationsgestaltung und einer ausreichenden Grundfutterqualität, spielt dabei eine zentrale Rolle.
Mangelhafte Nährstoffgehalte des Grundfutters können durch Gaben von u. a.
Viehsalz, Vitaminen, Mengen- und Spurenelementen ausgeglichen werden.
Zusätzlich werden fermentationsfördernde Additiva wie Bicarbonat, Harnstoff, Hefe oder Soja eingesetzt, die das Pansenmilieu stabilisieren oder die speziellen Nährstoffanforderungen der ruminalen Mikroorganismen unterstützen sollen.
Andererseits sollen geeignete Futtermittelzusatzstoffe bei Belastungen des Grundfutters mit Schadstoffen deren schädliche Wirkungen auf die Milchkuh minimieren.
Zu diesen Zwecken werden auch Zeolithe, die nach VO (EG) Nr. 1831/2003 und DurchführungsVO (EU) Nr. 651/2013 als Futtermittelzusatzstoffe zugelassen sind, in der Rinderfütterung eingesetzt. Positive Wirkungen von Zeolithen sind z. B. bezüglich Durchfallerkrankungsraten bei Kälbern oder eines prophylaktischen Einsatzes bei Gebärparese beschrieben (POURLIOTIS et al. 2012; THILSING-HANSEN u.
JØRGENSEN 2001). Welchen Einfluss Klinoptilolithe (eine Zeolithspezies) auf die Fermentation im Pansen, den ersten möglichen Wirkungsort, haben, lässt sich jedoch bislang nicht hinreichend beantworten. Aus diesem Grund sollte in der vorliegenden Arbeit mit einem In-vitro-System überprüft werden, ob sich Effekte auf charakteristische Fermentationsparameter nachweisen lassen. Hierzu wurde das Kurzzeitsystem vom geschlossenen Blocktyp nach CZERKAWSKI und BRECKENRIDGE (1969) verwendet.
2 Schrifttum
2 Schrifttum
2.1 Definition und Entstehung von Zeolithen
Zeolithe sind (sekundäre) Minerale, das heißt, gemäß der Definition der Commission on New Minerals and Mineral Names (CNMMN) der International Mineralogical Association (IMA) handelt es sich um chemische Verbindungen, die gewöhnlich eine kristalline1 Struktur besitzen und das Ergebnis geologischer Prozesse sind (NICKEL 1995).
Freiherr Axel Frederik Cronstedt, schwedischer Chemiker und Mineraloge, beschrieb 1756 erstmalig ein Gestein, das beim Erhitzen durch Abgabe gebundenen Wassers scheinbar kocht, so dass er ihm den Namen Zeolith, abgeleitet von den griechischen Wörtern ζέω zeein „sieden“ und λίθος lithos „Stein“, gab (TSCHERNICH 1992, S. 1).
Auch in der geltenden Definition für Zeolithe der CNMMN der IMA wird das eingelagerte Kristallwasser und dessen (meist) reversible Abgabe weiterhin als eines der charakteristischen Merkmale aufgeführt:
Ein Zeolith(mineral) ist eine kristalline Substanz, deren Struktur durch ein Gerüst aus miteinander verbundenen Tetraedern charakterisiert wird. Jedes Tetraeder besteht aus vier Sauerstoffatomen, die ein Kation umgeben. Dieses Gerüst enthält offene Hohlräume in Form von Kanälen und Käfigen, die in der Regel besetzt sind von Wassermolekülen und sogenannten Kanalkationen (nicht-Gerüstkationen), die gemeinhin austauschbar sind. Die Kanäle sind groß genug, dass entsprechende Moleküle sie passieren können. Im hydratisierten Zustand wird die Dehydratisierung meist bei Temperaturen unterhalb von 400 °C erreicht und ist größtenteils reversibel.
Das Gerüst kann durch OH-Gruppen bzw. Fluoratome unterbrochen sein; diese besetzen eine Tetraederspitze, die nicht mit benachbarten Tetraedern geteilt wird (COOMBS et al. 1997).
Natürliche Zeolithe, die unter niedrigen Temperaturen (4 bis 40 °C) im Laufe von Jahrtausenden bis Jahrmillionen entstehen, gehen aus vulkanischer Asche oder
1 Die Materie besitzt eine dreidimensionale periodische Anordnung der Bausteine (Atome, Ionen, Moleküle)
Schrifttum 3
anderen pyroklastischen2 Sedimenten hervor; im Falle von Tiefsee-Zeolithen entstehen sie größtenteils aus fossilienhaltigem Schlamm, der durch die abgestorbenen Radolarien viel Silicium enthält. Der pH-Wert von Wasser, das in die Tuffe3 eindringt, steigt durch den Kontakt zu dem gläsernen pyroklastischen Material, wodurch dieses wiederum teilweise in Lösung geht. Abhängig von der chemischen Zusammensetzung der sich ergebenden Lösungen und der Temperatur präzipitieren verschiedene Zeolithe.
Auch bei Temperaturen von 40 bis 250 °C (nur selten noch darüber hinaus) entstehen durch Reaktion mit Wasser natürliche Zeolithe: an der Grenzfläche von Lavaflüssen, aus Pegmatiten in Granitmagma, durch hydrothermale Aktivität sowohl an Land (lokal in unmittelbarer Umgebung heißer Quellen und Geysire, regional z. B.
über dem mittelatlantischen Rücken in Island, über kollidierenden tektonischen Platten in Indien oder an der Subduktionszone in Japan) als auch im Meer (schwarze Raucher), in Form von Versenkungsmetamorphose (burial metamorphism) oder Kontaktmetamorphose (contact metamorphism) (TSCHERNICH 1992, S. 10–26).
Ende des 19. Jahrhunderts wurden Zeolithe erstmals künstlich hergestellt. Im industriellen Maßstab werden Zeolithe mit (möglichst) definierten Eigenschaften seit Ende 1954 synthetisiert (XU et al. 2007; MASTERS u. MASCHMEYER 2011).
2.2 Aufbau und Eigenschaften von Zeolithen
Zeolithe sind Silicatminerale, genauer gehören sie zur Gruppe der Gerüstsilicate.
Das Verhältnis der Ionenradien von Silicium und Sauerstoff lässt als Koordinationspolyeder (räumliche Anordnung der Ionen zueinander im dreidimensionalen Raum) für Silicate nur Tetraeder zu [Radienverhältnisregel (PAULING 1929)]. Die Eckpositionen dieser primären Baueinheit der Zeolithe sind, angeordnet um das zentrale Gerüstkation, mit Sauerstoffatomen besetzt. Seine vier Sauerstoffatome teilt ein Tetraeder mit den vier es umgebenden Tetraedern, so dass das Verhältnis von Gerüstkationen zu Sauerstoffatomen 1:2 beträgt (ARMBRUSTER u. GUNTER 2001). Bei den Gerüstkationen handelt es sich neben Silicium in der Regel um Aluminium. Das Verhältnis von Silicium- zu Aluminiumatomen ist,
2 Kristall-, Glas- und Gesteinsfragmente, die als direkte Folge vulkanischer Aktivität aus einem größeren Gesteins- oder Magmaverband herausgebrochen oder losgetrennt wurden.
3 Verfestigte pyroklastische Ablagerungen, pyroklastisches Gestein.
4 Schrifttum
abhängig von den Bedingungen während der Entstehung, von Zeolith zu Zeolith verschieden und hat einen Wert von eins oder größer, da Löwensteins Regel eine direkte Verknüpfung zweier Aluminiumtetraeder (Al-O-Al-Bindung) untersagt (LOEWENSTEIN 1954). Die geometrische Anordnung der Tetraeder zueinander ist sehr variabel. Sie bestimmt die Gerüststruktur/das Raumgitter der Zeolithe. Man kann sich dieses Gitter als aus endlichen (Ketten) oder unendlichen (Schichten) Baueinheiten bestehend denken (BAERLOCHER et al. 2007), die aneinander gereiht ein mikroporöses Gefüge mit Kanälen und Kavitäten bilden. Bis heute sind 239 verschiedene Gerüststruktur-Typen, die sich in den Dimensionen und Ausrichtungen der Kanäle und Kavitäten unterscheiden, von der Structure Commission der International Zeolite Association (IZA-SC) anerkannt worden. Die chemische Zusammensetzung oder auch die Verteilung der unterschiedlichen Gerüstkationen im Kristall bleiben bei der Zuordnung zu einem Gerüststruktur-Typ unberücksichtigt, so können verschiedene Zeolithe denselben Gerüststruktur-Typ aufweisen. Die offene und regelmäßige Gerüststruktur der Zeolithe ermöglicht ihre Nutzung als Molekularsieb: Moleküle werden selektiv anhand ihrer Größe vom Durchtritt durch einen Zeolith ausgeschlossen.
Jedes Tetraeder mit Aluminium als zentralem Kation ist einfach negativ geladen, weil den vier Valenzelektronen der zwei Sauerstoffatome nur drei Valenzelektronen des Aluminiumatoms als Bindungspartner zur Verfügung stehen. Um über ein elektroneutrales und somit stabiles Molekül zu verfügen, müssen die Negativladungen der Aluminiumtetraeder durch Anlagerung sogenannter Kanalkationen ausgeglichen werden. Zur vollständigen Abschirmung der positiven Ladungen lagern sich Wassermoleküle, mit dem negativen Dipol Richtung Kanalkationen gerichtet, an diese an und bilden eine partielle Hydrathülle (MUMPTON u. FISHMAN 1977; ARMBRUSTER u. GUNTER 2001). Als nicht- integrale Bestandteile des Zeolithgerüsts sind die Kanalkationen austauschbar.
Folglich kommt es an Zeolithen in entsprechenden Milieus zu Ionenaustausch- und Adsorptionsprozessen.
Schrifttum 5
2.3 Eigenschaften von Klinoptilolithen
Klinoptilolithe sind die am häufigsten vorkommenden natürlichen Zeolithe (BISH u.
BOAK 2001). Die chemische Formel der typischen Elementarzelle4 lautet (Na,K)6[Al6Si30O72]•20H2O (ARMBRUSTER u. GUNTER 2001) mit einem Si:Al-Verhältnis ≥4 (COOMBS et al. 1997). Die Gerüststruktur weist drei verschiedene Kanaltypen auf, von denen zwei parallel zueinander verlaufen und eine Porengröße von 3,0 × 7,6 Å bzw. 3,3 × 4,6 Å haben, während der dritte, rechtwinklig zu den ersten beiden verlaufend, diese schneidet und Abmessungen von 2,6 × 4,7 Å hat (ARMBRUSTER u. GUNTER 2001, vergleiche Abbildung 2.1 und Abbildung 2.2).
In Studien, die die Bindungsaffinitäten von Klinoptilolithen für verschiedene anorganische, potentielle Kanalkationen untersuchten, ist eine höhere Selektivität für Cäsium, Blei, Barium, Ammonium und Kalium als für Natrium, Calcium, Kupfer, Zink oder Kobalt belegt worden (AMES 1960, 1961, 1964 a, b, 1968; HOWERY u.
THOMAS 1965; CHELISHCHEV 1973; SEMMENS u. SEYFARTH 1978;
BLANCHARD et al. 1984). Basierend auf der chemischen Formel beträgt die totale Kationenaustauschkapazität, die die Anzahl der Kanalkationen pro Gewichts- oder Volumeneinheit eines Zeoliths angibt, 2,2 meq/g (PABALAN u. BERTETTI 2001).
Gerade für den Einsatz in biologischen Systemen, die per se sehr variable Bedingungen hervorbringen, sollte man sich jedoch im Klaren sein, dass effektiv nur eine geringere Austauschkapazität für ein spezifisches Kation realisiert werden kann.
Die Gründe dafür sind in der Konkurrenz zu möglichen anderen Kanalkationen um die Adsorptionsstellen, in Temperaturunterschieden, die die Adsorptions- geschwindigkeit beeinflussen, sowie dem angewandten Verfahren (In Batch- Prozessen stellt sich das Gleichgewicht der Austauschvorgänge zwischen Zeolith und umgebenden Milieu mit dem Effluenten ein, in Säulenprozessen kommt es dagegen zu einem Äquilibrium zwischen Zeolith und Influent.) zu sehen (SEMMENS 1984). Andererseits unterscheiden sich zwei Proben ein und derselben Zeolithspezies aus unterschiedlichen Depots und sogar innerhalb einer Lagerstätte in ihren mineralogischen und mineralchemischen Eigenschaften (STOCKER et al.
2017), aber auch die Partikelgröße der verwendeten Zeolithe verändert den
4 Die Elementar- oder Einheitszelle ist die kleinste geometrische Einheit, die die Gesamtinformation des Raumgitters enthält.
6 Schrifttum
Ionenaustausch hinsichtlich seiner Geschwindigkeit (SEMMENS 1984).
Klinoptilolith sedimentären Ursprungs gilt laut einem Gutachten des Panel on Additives and Products or Substances used in Animal Feed (FEEDAP) aus dem Jahr 2013, das im Auftrag der Europäischen Kommission von der European Food Safety Authority (EFSA) erstellt wurde, in einer Höchstmenge von 10 g/kg der Alleinfuttermittel5 als sicher für alle Tierarten (EFSA 2013). Er wurde daraufhin mit Erlass der Durchführungsverordnung (EU) Nr. 651/2013 als Zusatzstoff in Futtermitteln zugelassen und in das Register der zugelassenen Futtermittelzusatzstoffe mit der Kennnummer 1g568 eingetragen.
5 Mischfuttermittel, das wegen seiner Zusammensetzung für eine tägliche Ration ausreicht. [VO (EG) Nr. 767/2009]
Schrifttum 7
Abb. 2.2: Gerüststruktur von Klinoptilolith – Aufsicht auf zwei Kanaltypen entlang der c-Achse des Raumgitters
Legende s. Abb. 2.1
Beide Abbildungen erstellt mit Hilfe der Database of Zeolite Structures (BAERLOCHER u. McCUSKER 2016)
Abb. 2.1: Gerüststruktur von Klinoptilolith
rot – Sauerstoffatom über das zwei Tetraeder verbunden sind
gelb – zentrales Gerüstkation bzw. seine Bindungen zu den Sauerstoffatomen blau – zur Veranschaulichung sind die Kanäle ausgefüllt
8 Schrifttum
2.4 Charakterisierung des eingesetzten Klinoptiloliths Klinofeed®
Der in der vorliegenden Arbeit eingesetzte Klinoptilolith der Firma unipoint® ag mit dem Handelsnamen Klinofeed® ist sedimentären Ursprungs und stammt aus einer Lagerstätte im Osten der Slowakei. Im Produktionsprozess wird der Klinoptilolith aktiviert (Verfahren nicht näher erläutert). Das Handelsprodukt besteht laut Daten- blatt des Inverkehrbringers HEFORMA GmbH zu mindestens 80 % aus Klinoptilolith, 13 % machen Tonminerale aus, 4 % Feldspat und 3 % Mica. Es hat eine Dichte von 2,39 g/cm3 und eine Oberfläche von 360–390 m2/g. Die Bindekapazität für NH4+
ist mit 23,5 g/kg angegeben. Der Vermahlungsgrad wurde von PMT-Jetmill GmbH bestimmt, die Verteilung der Partikelgrößen ist Tabelle 2.1 zu entnehmen.
Tab. 2.1: Verteilung der Partikelgrößen von Klinofeed®
Partikelgröße Anteil am Gesamtgebinde [%]
<5 µm 10
5–20 µm 27
20–63 µm 46
63–125 µm 16
>125 µm 1
Die Summenformel des Klinoptiloliths lautet:
Na0,78K0,84Ca1,18Mg0,28(Si30,44Al5,56O72) × H2O
Die chemische Analyse (Batch-Nr. M-040811-1) durch EL spol. s r. o. (Spišská Nová Ves, Slowakei) ergab folgende Zusammensetzung:
Tab. 2.2: Chemische Zusammensetzung von Klinofeed®
Parameter Messwert Messverfahren
SiO2 70,33 % der TM AES-ICP6
Al2O3 12,15 % der TM AES-ICP6
Fe als Fe2O3 1,30% der TM AES-ICP6
6 Atomemissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma
Schrifttum 9
Fortsetzung Tab. 2.2
Parameter Messwert Messverfahren
CaO 3,24 % der TM AES-ICP6
MgO 0,721 % der TM AES-ICP6
TiO 0,147 % der TM AES-ICP6
MnO 0,018 % der TM AES-ICP6
Na2O 0,906 % der TM AES-ICP6
K2O 3,32 % der TM AES-ICP6
P2O5 0,025 % der TM AES-ICP6
Cr2O3 <5 mg/kg TM AES-ICP6
Ag <0,2 mg/kg TM FAAS7
As 0,90 mg/kg TM HG-AAS8
Au <0,05 mg/kg TM ETAAS9
Ba 861 mg/kg TM AES-ICP6
Be 2,2 mg/kg TM AES-ICP6
Bi 0,17 mg/kg TM AAS10
Cd <0,3 mg/kg TM FAAS7
Co 0,41 mg/kg TM ETAAS9
7 Flammen-Atomabsorptionsspektrometrie
8 Hydride Generation AAS
9 Elektrothermische AAS
10 Atomabsorptionsspektrometrie
10 Schrifttum
Fortsetzung Tab. 2.2
Parameter Messwert Messverfahren
Cs 6,0 mg/kg TM AAS10
Cu 3 mg/kg TM FAAS7
Ga 14 mg/kg TM AES-ICP6
Hg 0,009 mg/kg TM AAS-AMA11
Mo 1,8 mg/kg TM AES-ICP6
Ni 0,58 mg/kg TM ETAAS9
Pb 9 mg/kg TM FAAS7
Sb <0,1 mg/kg TM HG-AAS8
Sc 4,9 mg/kg TM AES-ICP6
Sn <5 mg/kg TM AES-ICP6
Sr 331 mg/kg TM AES-ICP6
V 8 mg/kg TM AES-ICP6
W <5 mg/kg TM AES-ICP6
Zn 22 mg/kg TM FAAS7
Zr 126 mg/kg TM AES-ICP6
H2O 4,71 % GA12
11 AAS mit Advanced Mercury Analyzer
12 Gravimetrische Analyse
Schrifttum 11
2.5 Zeolithe in der Tierernährung
Initiale Fütterungsversuche mit Zeolithen bei Hühnern und Schweinen in Japan Mitte der 1960er Jahre lieferten vielversprechende Ergebnisse im Hinblick auf eine verbesserte Futterverwertung und höhere Gewichtszunahmen der Tiere (ONAGI 1966; KONDO u. WAGAI 1968; MINATO 1968). Seither wurden zahlreiche Studien durchgeführt, die den Einfluss von Zeolithen auf die Leistungen und die Gesundheit von Nutztieren untersucht haben.
2.5.1 Geflügel
Für Mastgeflügel sind Körpergewicht bzw. Wachstumsrate, Futteraufnahme, Futterverwertung und Mortalitätsrate wichtige Leistungsparameter. WILLIS et al.
(1982) ermittelten in ihrer Untersuchung an Broilern bei den Tieren der Behandlungsgruppe, die vom ersten bis zum 21. Lebenstag mit der mit einem Klinoptilolith aus Oregon angereicherten Kontrollration gefüttert worden waren, eine signifikant bessere Futterverwertung. Vom 21. bis zum 50. Lebenstag wurden den Tieren Klinoptilolithe aus drei verschiedenen Abbaugebieten ins Futter gemischt, was bei denjenigen Tieren, die den aus Oregon stammenden Klinoptilolith bekommen hatten, ein signifikant höheres Körpergewicht als bei den Kontrolltieren und den Tieren, die einen kalifornischen Klinoptilolith aufgenommen hatten, bewirkte. Auf die Mortalitätsrate oder den Feuchtegehalt der Einstreu hatten die Klinoptilolithzulagen keinen Einfluss. In Versuchen mit Masthähnchen gleichen Alters (erster bis 47. bzw.
49. Lebenstag) erzielten WALDROUP et al. (1984) kein höheres Körpergewicht durch die Verfütterung eines Zeoliths. Ebenfalls keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich des Körpergewichts oder der Futterverwertung bei 16 bzw. 13 Tage alten Broilern ergaben sich in vier Experimenten mit einem synthetischen Zeolith A (BALLARD u. EDWARDS 1988). Allerdings führte die Zeolithsupplementation in drei der vier Versuche zu einem signifikant erhöhten Aschegehalt der Tibia und einer signifikant verringerten Inzidenz von tibialer Dyschondroplasie bzw. zu einer signifikanten Minderung des Schweregrads dieser Erkrankung in allen vier Experimenten. Bei gleichzeitig defizitären Calciumgehalten im Futter konnten LEACH et al. (1990) durch die Fütterung von Na-Zeolith A bei drei Wochen alten Masthähnchen höhere Aschegehalte der Tibia nachweisen als bei den Kontrolltieren,
12 Schrifttum
wohingegen der Aschegehalt bei ausreichendem Calciumgehalt des Futters und Na-Zeolith-A-Supplementierung erniedrigt war. Bei den Tieren, deren Futterrationen mangelhafte Calciumgehalte aufwiesen, wurden rachitische Läsionen festgestellt, deren Inzidenz durch die Zeolithgabe für zwei der drei unzureichenden Futtercalciumlevel signifikant verringert wurde. Die Serumcalciumgehalte wurden durch die Zeolithgabe ebenso signifikant erhöht wie das Körpergewicht der Tiere.
ELLIOT und EDWARDS (1991) untersuchten den Einfluss eines Klinoptiloliths und eines synthetischen Zeoliths A auf ein bis 16 Tage alte Broiler und stellten ein signifikant niedrigeres Körpergewicht und einen niedrigeren Tibiaaschegehalt der Hähnchen fest, die mit Zeolith A supplementiert worden waren, verglichen mit den Kontrolltieren und denen, die den Klinoptilolith aufgenommen hatten. Sie konnten hingegen eine signifikant bessere Futterverwertung der mit Klinoptilolith gefütterten Tiere im Gegensatz zu den übrigen Tieren ausmachen.
Neben den bereits für das Mastgeflügel genannten Charakteristika bemisst sich die Leistung von Legehennen vor allem in der Anzahl gelegter Eier, deren Gewicht und Schalenqualität. Der Vergleich dreier unterschiedlicher Klinoptilolithzulagemengen zum Futter von zehn Monate alten Legehennen ergab keine signifikanten Differenzen des Eigewichts, des spezifischen Gewichts der Eier, der Mortalitätsrate oder der Körpergewichtszunahme. Allerdings stieg die Futteraufnahme mit steigendem Klinoptilolithgehalt, vermutlich als Folge der geringeren Energiedichte des Futters, signifikant an. Die Futterverwertung verschlechterte sich signifikant und der Feuchtigkeitsgehalt der Fäzes nahm signifikant ab. Die Eiproduktion reagierte nicht einheitlich. Tiere, denen die niedrigeren Zeolithsupplementierungen verfüttert wurden, legten signifikant weniger Eier als die Kontrolltiere. Bei der höchsten Zeolithdosis zeigte sich kein signifikanter Unterschied in der Legemenge (NAKAUE u. KOELLIKER 1981). In einem Versuch mit Na-Zeolith A im Futter von Legehennen wiesen ELLIOT und EDWARDS (1991) keinen Einfluss auf das Eigewicht oder die Eiproduktion nach, bestimmten aber ein signifikant höheres spezifisches Gewicht der Eier. In einem zweiten Experiment untersuchten die Autoren dieselben Parameter vergleichend für die Supplementierung mit Na-Zeolith A und einem Klinoptilolith bei verschiedenen Nicht-Phytin-Phosphorgehalten (NPP-Gehalten) im Futter. In diesem
Schrifttum 13
Fall bewirkte der synthetische Zeolith eine signifikante Reduzierung des Eigewichts und der Eiproduktion. Der Klinoptilolith veränderte diese Messgrößen dagegen nicht signifikant. Die Eidichte wurde bei dem zweitniedrigsten NPP-Gehalt des Futters durch die Klinoptilolithzulage signifikant verringert, beim zweithöchsten NPP-Gehalt vom Na-Zeolith A signifikant angehoben (ELLIOT u. EDWARDS 1991). OLVER (1997) setzte in seiner Studie mit drei verschiedenen Hühnerrassen ebenfalls einen Klinoptilolith ein. Die Supplementierung hatte keine Auswirkungen auf das Körpergewicht, das Eigewicht oder die Futteraufnahme. Allerdings legten die Hühner, die den Zeolith mit dem Futter aufnahmen, signifikant mehr Eier, wobei die Rasse einen signifikanten Einfluss auf diese Zunahme der Eiproduktion hatte. Die Eier zweier Hühnerrassen hatten zudem signifikant dickere Eischalen als die der Kontrolltiere. Darüber hinaus verbesserte sich die Futterverwertung, berechnet als Gramm Ei pro Gramm aufgenommenen Futters, für zwei Rassen unter Klinoptilolith.
2.5.2 Schweine
Analog zu den entscheidenden Kenngrößen in der Geflügelmast sind bei der Schweinemast ebenfalls das Körpergewicht, die tägliche Gewichtszunahme, die Futteraufnahme und -verwertung sowie die Mortalitätsrate von größtem Interesse. In einem Versuch von SHURSON et al. (1984) mit einem Zeolith A und einem Klinoptilolith änderten sich die durchschnittliche tägliche Gewichtszunahme und Futteraufnahme nicht signifikant. Während der ersten Versuchsphase (initiales Körpergewicht 25 kg, niedrigere Zeolithdosis) wurde mit der Zeolithsupplementation eine signifikante Verbesserung der Nutzungseffizienz der umsetzbaren Energie (ME) bei einem unveränderten Verhältnis von Futteraufnahme zu Gewichtszunahme (F:G-Verhältnis) erzielt. In der zweiten Versuchsphase (initiales Körpergewicht 65 kg, höhere Zeolithdosis) verschlechterte sich durch die Klinoptilolithgabe das F:G-Verhältnis signifikant. PEARSON et al. (1985) fütterten Schweine (27–87 kg Lebendgewicht) mit zwei unterschiedlichen Klinoptilolithdosen, ohne einen signifikanten Einfluss auf die tägliche Gewichtszunahme oder die Futterverwertung nachweisen zu können. Im Gegensatz dazu sank in der Studie von POULSEN und OKSBJERG (1995) durch die Beimischung eines Klinoptiloliths ins Futter von Mastschweinen (30 kg Körpergewicht zu Versuchsbeginn) die tägliche
14 Schrifttum
Gewichtszunahme signifikant. Da gleichzeitig die aufgenommene Menge umsetzbarer Energie signifikant niedriger war, ihre Nutzung sich jedoch nicht veränderte, resultierte die schlechtere Gewichtszunahme in erster Linie aus der verringerten Energiedichte des Futters. Hingegen war in einer griechischen Untersuchung das Körpergewicht Klinoptilolith-supplementierter Schweine am Ende der Aufzuchtphase, mit 112 Lebenstagen und am Mastende signifikant höher als das der Kontrolltiere (PAPAIOANNOU et al. 2004). Die durchschnittliche tägliche Gewichtszunahme übertraf zum Ende der Aufzuchtphase und bezogen auf die komplette Versuchsdauer für die Zeolith-gefütterten Tiere diejenige der Tiere, die die Basisration bekamen, signifikant. Hinsichtlich der durchschnittlichen täglichen Futteraufnahme bestand zwischen den Fütterungsgruppen kein signifikanter Unterschied. Daraus ergab sich eine signifikant verbesserte Futterverwertung der Aufzuchtferkel, deren Futter den Klinoptilolith enthielt. Beim Vergleich einer Kontrollration mit Rationen, die drei unterschiedliche Zeolithe enthielten, konnten LEUNG et al. (2007) keine signifikanten Effekte auf die Futteraufnahme, die Gewichtszunahme oder die Futterverwertung 60 kg schwerer Schweine ausmachen.
Mit einem dreiphasigen Fütterungsregime lagen die Gewichtszunahmen Klinoptilolith-gefütterter Tiere in den ersten zwei Phasen (bis 70 kg Körpergewicht) tendenziell über denen der Kontrolltiere, dagegen erreichten die nicht supplementierten Tiere im letzten Versuchsabschnitt signifikant bessere Zunahmen.
Über die gesamte Versuchsdauer ergab sich kein signifikanter Unterschied (PRVULOVIĆ et al. 2007). Frisch abgesetzte Ferkel, die 16 Tage lang ein Zeolith- angereichertes Futter bekamen, unterschieden sich bezüglich durchschnittlicher täglicher Futteraufnahme und Gewichtszunahme und dem Verhältnis Gewichtszunahme zu Futteraufnahme nicht signifikant von den Ferkeln der Kontrollgruppe (SONG et al. 2012).
Durchfallerkrankungen wirken sich negativ auf die Mastleistung aus. In der zuvor erwähnten Studie von SONG et al. (2012) wurden Absatzferkel experimentell mit E. coli infiziert und der Einfluss einer Zeolithaufnahme mit dem Futter auf die Erkrankung untersucht. Der Schweregrad des Durchfalls und die Frequenz des Auftretens von Durchfallkot wurden durch den Zeolith signifikant reduziert. Auch
Schrifttum 15
PAPAIOANNOU et al. (2004) bewerteten in ihrem Versuch Durchfallerscheinungen anhand eines Scores, der unter Klinoptilolithfütterung signifikant mildere Verläufe anzeigte als bei Fütterung der Kontrollration.
Im Rahmen der Ferkelerzeugung interessieren als Leistungsparameter vor allem die Anzahl lebend geborener Ferkel pro Wurf und die Anzahl abgesetzter Ferkel pro Sau sowie die Anöstrus- und die Umrauschrate. Diese Kriterien verbesserten sich durch die Fütterung eines Klinoptiloliths an Sauen signifikant. Darüber hinaus lagen das Geburtsgewicht und das Körpergewicht der Ferkel zum Zeitpunkt des Absetzens signifikant über dem der Ferkel, deren Muttertiere nicht den Klinoptilolith gefressen hatten (PAPAIOANNOU et al. 2002).
2.5.3 Rinder
Durchfallerkrankungen sind auch in der Kälberaufzucht eines der größten Risiken für eine gute Entwicklung bzw. eine hohe spätere Leistungsfähigkeit. Entscheidend ist eine gute Kolostrumversorgung, um durch den Transfer maternaler Antikörper das Kalb mit einer möglichst belastbaren passiven Immunität auszustatten. Mehrere Untersuchungen konnten eine Erhöhung der Immunglobulinkonzentration im Serum neugeborener Kälber nach oraler Aufnahme von Zeolithen mit der Nahrung (Kolostrum bzw. Milch/MAT) zeigen (STOJIĆ et al. 1995; FRATRIĆ et al. 2005, 2007;
GVOZDIĆ et al. 2008). POURLIOTIS et al. (2012) wiesen signifikant erhöhte, gegen E. coli spezifische Antikörpertiter bei Kälbern nach, die via Kolostrum bzw. Milch zusätzlich Klinoptilolith (1 bzw. 2 g/kg KM pro Tag) zugeführt bekamen. Dabei erzielten die Kälber mit der höheren Dosierung die höheren Titer. Die supplementierten Kälber hatten des Weiteren eine niedrigere Durchfallinzidenz, und bei den betroffenen Tieren war die Erkrankung in kürzerer Zeit ausgestanden. Die Wissenschaftler nannten hypothetische Wirkweisen des Zeoliths:
i. Die Bindung von Proteinabbauprodukten, die sich negativ auf das Darmepithel auswirken können, könnte die Absorptionseffizienz des Epithels für Immunglobuline steigern (GVOZDIĆ et al. 2010).
ii. Durch die Verlangsamung der Ingestapassage bliebe mehr Zeit für die Antikörper, die Darmschranke zu überwinden (MUMPTON u. FISHMAN 1977).
16 Schrifttum
iii. Klinoptilolith könnte die für die Antikörperaufnahme nötige Pinozytose-Aktivität der Darmepithelien verbessern. Dies ist für Schweine bereits nachgewiesen worden (NESTOROV 1984).
iv. Ein veränderter intestinaler osmotischer Druck könnte die in der Folge einer Diarrhoe eintretende metabolische Azidose positiv beeinflussen (VRZGULA et al. 1988).
v. Die Adsorption von Gallensäuren und/oder Glucose als endogene Durchfallauslöser/-verstärker durch den Zeolith könnte den Verlauf mildern/verkürzen (RODRÍGUEZ-FUENTES et al. 1997).
In einer Studie von SADEGHI und SHAWRANG (2008) wurde die Plasma-IgG- bzw.
-IgM-Konzentration durch Verabreichung von Klinoptilolith über das Kolostrum bzw.
die Milch dagegen nicht erhöht, im Gegenteil hatten die Kälber mit den zwei höchsten Zeolithdosierungen (1,5 bzw. 2,0 g/kg KM pro Tag) signifikant niedrigere Plasma-IgG-Gehalte. Auch der Gesundheitsstatus dieser Kälber, ermittelt anhand eines Fäkalscores sowie der Kalbdurchfall- und -fiebertage, war am stärksten beeinträchtigt. Allerdings unterschieden sie sich damit zeitweise nicht von den Kontrollkälbern. Im Gegensatz dazu schnitten die Kälber mit den zwei niedrigeren Klinoptilolithdosierungen (0,5 bzw. 1,0 g/kg KM) auch in dieser Studie vielfach besser zumindest aber genauso gut ab wie die Kontrolltiere. Mögliche Erklärungen der Autoren für die positiven Effekte waren eine verlangsamte Ingestapassage und eine Wasserbindung durch den Zeolith, so dass der Kot eine trockenere Konsistenz aufweist (MUMPTON u. FISHMAN 1977). Zudem hielten sie eine zumindest teilweise Inaktivierung des Enterotoxins von E. coli (RAMU et al. 1997) für möglich. Die Tatsache, dass die Kälber mit den höheren Dosierungen fermentierte aber nicht geronnene Milch ausschieden, werteten die Forscher als Zeichen eines inhibitorischen Effekts des Zeoliths auf die Eiweißdenaturierung, möglicherweise infolge einer Erhöhung des abomasalen pH-Werts bzw. des intestinalen osmotischen Drucks.
MOHRI et al. (2008) gingen der Frage nach, ob eine kurzzeitige Klinoptilolithgabe an Kälber mit dem Kolostrum bzw. der Milch die Serumgehalte einiger Makroelemente beeinflusst. In ihrem Versuch wiesen die supplementierten Kälber sowohl signifikant
Schrifttum 17
höhere Eisen- und Calcium- als auch Natriumgehalte auf, wohingegen der Phosphorgehalt signifikant abnahm und die Konzentrationen von Magnesium und Kalium unverändert blieben.
Über den in den eigenen Versuchen verwendeten Klinoptilolith gibt es bisher keine Untersuchungen zu seinen Auswirkungen auf Parameter des Pansenstoffwechsels.
Im Folgenden sind deshalb die Ergebnisse von Studien zu den Auswirkungen anderer Zeolithe auf den ruminalen Metabolismus zusammengefasst. Eine ausführliche tabellarische Darstellung der Testergebnisse findet sich im Anhang (Kapitel 9.9). Um die Ergebnisse insbesondere von In-vivo- und In-vitro-Versuchen vergleichen zu können, müssen die angewandten Dosen auf die Größe des Verteilungsraums (in diesem Fall das Pansenvolumen) bezogen werden. Es liegen keine Daten über die Verteilung der oral verabreichten Zeolithe in den verschiedenen Kompartimenten des Pansens vor – inwieweit sie z. B. anderen Futterpartikeln anhaften oder in der flüssigen Phase flotieren oder sedimentieren. Unterstellt man eine alleinige Verteilung in der Pansenflüssigkeit, ist zur Berechnung der sich einstellenden Zeolithkonzentration die Kenntnis des Volumens der flüssigen Phase notwendig. In der Großzahl der Fütterungsversuche mit Zeolithen fehlt eine Angabe des (flüssigen) Pansenvolumens, stattdessen wird zur Charakterisierung der eingesetzten Tiere häufig die Körpermasse angeführt. Beschreibungen zum Pansenvolumen und seiner Abhängigkeit vom Wachstum sind Anfang des 20. Jahr- hunderts erstmalig erarbeitet worden (AUERNHEIMER 1909). Einige Veröffentlichungen aus den letzten gut 40 Jahren mit Angaben zu Pansenvolumina sowie der Körpermasse sind in Tabelle 2.3 aufgeführt.
18 Schrifttum
Tab. 2.3: Angaben zur Menge (kg oder ℓ) der flüssigen Pansenphase in ruminierenden Rindern
Nutzungsart KM [kg]
Laktations- stadium [d]
Anzahl Fistel Methode
Anzahl vergl.
Rationen
Volumenangabe
[kg oder ℓ] Autor
HF-Kühe
684–747 56–0 a. p.
4 ja
manuell ausräumen, Cr-EDTA
4
62,1 kg flü. Ph.
(50,7–70,5)
HARTNELL u.
SATTER 1979
606 0–84 p. p. 79,4 kg flü. Ph.
615–644 85–168 p. p.
89,3 kg flü. Ph.
(79,8–114) 656 169–301
p. p. 86 kg flü. Ph.
Milchkühe
531 531 531 636 626 632
6 ja Co-EDTA 6
63,0 ℓ 53,5 ℓ 49,0 ℓ 87,1 ℓ 64,5 ℓ 47,8 ℓ
COLUCCI et al. 1984
Kühe 42–98 p. p. 5 ja manuell
ausräumen 10 53–69 ℓ ROBINSON
et al. 1987 HF-Kühe,
multipar
70–105
p. p. 4 ja manuell
ausräumen 4 72,5–84,1 kg flü.
Phase
GASA et al.
1991
Schrifttum 19
Fortsetzung Tab. 2.3
Nutzungsart KM [kg]
Laktations- stadium [d]
Anzahl Fistel Methode
Anzahl vergl.
Rationen
Volumenangabe
[kg oder ℓ] Autor
Bullen 196 ± 13 8 ja Co-EDTA 4 25,7–28,8 ℓ CAREY et al.
1993
Angus-Kühe 642
120 a. p.
4 ja Co-EDTA 1
47,1 ℓ
HANKS et al.
1993 nicht
tragend 53,3 ℓ
Angus×Herford- Kühe, multipar
568 61 a. p.
4 ja manuell
ausräumen 1
50,1 ℓ
STANLEY et al. 1993
48 a. p. 53,4 ℓ
34 a. p. 54,0 ℓ
20 a. p. 52,0 ℓ
6 a. p. 47,1 ℓ
8 p. p. 62,3 ℓ
22 p. p. 66,4 ℓ
Bullen 400 ± 12 8 ja Polyethylen-
glykol 4 19,2–34,3 ℓ MURPHY et
al. 1994 HF-Kühe,
multipar 587–598 17 ± 6 12 ja manuell
ausräumen 4 78,9–98,8 ℓ Gesamtinhalt
DADO u.
ALLEN 1995
20 Schrifttum
Fortsetzung Tab. 2.3
Nutzungsart KM [kg]
Laktations- stadium [d]
Anzahl Fistel Methode
Anzahl vergl.
Rationen
Volumenangabe
[kg oder ℓ] Autor Holsteinkühe,
multipar 598 ± 90 67 ± 10
p. p. 6 ja manuell
ausräumen 3 31,3–34,0 kg flü.
Phase
LYKOS et al.
1997
Holsteinkühe, multipar
670 659 666 663
54–166
p. p. 4 ja manuell
ausräumen 4
li Spalte Gesamt- inhalt, re Spalte flüssige Phase,
beides in kg STENSIG u.
ROBINSON 1997
102 93,2 108 99,7
87,6 79,2 92,4 84,7 Holsteinkühe,
multipar
759–754 9–17 a. p.
7 ja Co-EDTA 2
68 ± 8 kg flü. Ph.
DANN et al.
1999
638–667 23–26 p. p. 84 ± 21 kg
flü. Ph.
Kreuzungs- rinder (Färsen, Mast)
449 40 p. i.
6
manuell ausräumen nach
Schlachtung 1
Total/TM/flü. Ph.:
50,4/6,89/43,3 kg SCHEAFFER et al. 2001
433 120 p. i. 51,3/6,76/44,5 kg
473 200 p. i. 56,1/7,86/49,4 kg
Schrifttum 21
Fortsetzung Tab. 2.3
Nutzungsart KM [kg]
Laktations- stadium [d]
Anzahl Fistel Methode
Anzahl vergl.
Rationen
Volumenangabe
[kg oder ℓ] Autor
502 270 p. i. 56,2/6,93/49,3 kg
Holstein × Britisch-
Friesian-Kühe
745 17 a. p.
10 ja Cr-EDTA,
Co-EDTA 2
Total/flü. Ph./TM 58,9/51,8/7,14 kg
REYNOLDS et al. 2004
749 8 a. p. 57,0/50,1/7,02 kg
659 10 p. p. 57,1/48,9/8,25 kg
658 20 p. p. 63,7/54,2/9,54 kg
651 31 p. p. 67,9/57,7/10,3 kg
Holsteinkühe, multipar
582 72 a. p.
4 ja Co-EDTA 1
Total/flü. Ph./TM:
57,3/48,8/8,6 kg
PARK et al.
2011
619 51 a. p. 60,1/53,9/6,2 kg
643 23 a. p. 53,2/48,3/4,9 kg
665 9 a. p. 50,3/44,3/6,1 kg
612 6 p. p. 63,0/54,2/8,8 kg
586 20 p. p. 61,1/52,3/8,8 kg
573 34 p. p. 69,2/59,3/9,8 kg
22 Schrifttum
Fortsetzung Tab. 2.3
Nutzungsart KM [kg]
Laktations- stadium [d]
Anzahl Fistel Methode
Anzahl vergl.
Rationen
Volumenangabe
[kg oder ℓ] Autor
582 48 p.p. 66,4/56,4/9,9 kg
567 62 p.p. 73,9/62,6/11,3 kg
535 76 p.p. 73,5/62,2/11,4 kg
549 90 p.p. 77,4/66,0/11,4 kg
Holsteinkühe 630 ± 46 158 ± 58
p. p. 8 ja manuell
ausräumen 4
Total:
76,1–96,1 kg flü. Ph.:
64,2–81,8 kg TM:
11,9–14,2 kg
HALL 2013
Schrifttum 23
Aus Tabelle 2.3 geht hervor, dass das mittels Marker-Verdünnungsmethode bestimmte Flüssigkeitsvolumen zum Teil deutlich höher ist als das durch direkte Bestimmung (Pansen manuell ausräumen und Flüssigkeitsmenge abmessen) ermittelte. In Untersuchungen von COLUCCI (1984) zeigte sich, dass die Markermethode die Größe der ruminalen Flüssigkeitsräume bei geringer Futteraufnahme über-, bei hoher Aufnahme unterschätzt. Als systematische Fehlerquellen der Markermethode sind in erster Linie die postprandialen Volumenänderungen des Panseninhalts und die gleichmäßige Markerverteilung in allen Flüssigkeitsräumen (z. B. auch innerhalb der lebenden Mikroorganismen) zu nennen (VAN SOEST 1994, S. 249). Neben den methodisch bedingten Unterschie- den zeigen sich u. a. die erwarteten Einflüsse einer Gravidität, der Rasse, des Alters, der Ration und des zeitlichen Abstands zwischen letzter Fütterung und Messung. Es lässt sich keine Regression zwischen der Körpermasse und der Menge des flüssigen Panseninhalts aufstellen. Es kann lediglich eine grobe Schätzung des Volumens im Sinne eines Minimum-Maximum-Intervalls angegeben werden, um damit Dosierungsspannen herzuleiten und die Dosis-Wirkungs-Beziehungen darzustellen.
Für HF-Kühe aus den drei jüngsten Untersuchungen ergibt sich ein Intervall von 44,3–81,8 kg für die flüssige Phase des Panseninhalts.
2.5.3.1 Wirkung von Zeolithgaben auf den ruminalen pH-Wert
Für eine physiologisch stabil funktionierende Pansenfermentation ist ein pH-Wert von 5,5 bis 7,0 Voraussetzung (KUENZLE u. JENNY 1979; DIRKSEN 1985; GÄBEL 1990). Cellulolytische Organismen zeigen bei einem pH-Wert von 6,7 optimales Wachstum (VAN SOEST 1994, S. 246). Zentrale Bedeutung für den intraruminalen pH-Wert haben die im Zuge der mikrobiellen Fermentation entstehenden flüchtigen Fettsäuren. Ihre Konzentration ist das Ergebnis ihrer Produktion einerseits und ihres Verschwindens aus dem Pansen via Absorption über das Pansenepithel und Abtransport mit der flüssigen Phase Richtung Omasum andererseits. Ein Konzentrationsanstieg, wie er nach der Futteraufnahme eintritt, verursacht ein Absinken des pH-Werts (FENNER et al. 1970; KAUFMANN 1972; DIRKSEN 1985).
Dabei ist die Zusammensetzung des Futters ein wichtiger Faktor für das Ausmaß des pH-Wertabfalls. Ein hoher Anteil leichtfermentierbarer Kohlenhydrate im Futter führt
24 Schrifttum
zu einem rascheren und stärkeren Anstieg der Konzentration der flüchtigen Fettsäuren im Pansensaft, als es bei einer Futterration mit hohem Rohfasergehalt der Fall ist (ORTH u. KAUFMANN 1957). Weiterhin wirkt sich der Zerkleinerungsgrad des Futters auf den pH-Wert aus. Je kleiner die Futterbestandteile, desto geringer werden Wiederkautätigkeit und alkalischer Speichelfluss angeregt mit der Folge, dass auf diesem Weg weniger Bicarbonat, das überschüssige Protonen aufnehmen und den Pansen-pH puffern kann, in den Pansen gelangt. Gleichzeitig erhöht sich die Rate, mit der das Futter durch die Mikroorganismen fermentiert werden kann, d. h., die pro Zeiteinheit gebildete Menge flüchtiger Fettsäuren steigt mit dem Zerkleinerungsgrad (BULL et al. 1965; KAUFMANN 1972).
Protozoen besitzen die Fähigkeit, Stärke aufzunehmen und in Vakuolen zu speichern. Dies trägt zur Stabilisierung des Pansen-pH bei, da den Bakterien leichtfermentierbares Substrat entzogen wird und folglich weniger flüchtige Fettsäuren produziert werden (SMITH u. McALLAN 1974; MACKIE et al. 1978).
Ammoniak, das zentrale Molekül des Proteinstoffwechsels, und das Ammoniumion stellen im Pansen ein korrespondierendes Säure-Basen-Paar und damit einen Puffer dar. Aufgrund des pK-Werts von 9,3 für Ammoniak liegt das Gleichgewicht dieser Reaktion bei physiologischem Pansen-pH deutlich auf Seiten der Ammoniumionen (SJAASTAD et al. 2010, S. 576) und wirkt somit alkalisierend.
Durch den Einsatz von Zeolithen bei Rindern wurde in der Mehrheit der Studien kein signifikanter Einfluss auf den pH-Wert im Pansen festgestellt (GALYEAN u. CHABOT 1981; HEMKEN et al. 1984; SWEENEY et al. 1984; BERGERO et al. 1997; BOSI et al. 2002; SADEGHI u. SHAWRANG 2006; GRABHERR et al. 2009). Lediglich KARATZIA et al. (2011), die eine energiebetonte Ration (25 kg Maissilage, 2 kg Melasse und 4 kg KF) an laktierende, nicht tragende HF-Kühe verfütterten, konnten durch Zulage von 200 g Klinoptilolith pro Tag den ruminalen pH-Wert sowohl im Schnitt über zwölf Wochen (6,11 vs. 6,58) als auch (ab der zweiten Woche) bei jeder Einzelmessung deutlich anheben. Andere Wissenschaftler, die einen signifikanten pH-Anstieg verzeichneten, maßen diesem aufgrund des geringen Ausmaßes bzw.
der Tatsache, dass auch der pH-Wert der Kontrollgruppe >6,2 war, dem von GRANT und MERTENS (1992) aufgestellten Grenzwert für eine herabgesetzte
Schrifttum 25
Überlebensrate cellulolytischer Bakterien, eine fragliche physiologische Relevanz bei (JOHNSON et al. 1988; DSCHAAK et al. 2010). Die größte prozentuale Zunahme des pH-Werts erzielten THILSING et al. (2006), die in einem In-vitro-Versuch den synthetischen Zeolith A, der als Calciumbinder zur calciumarmen Fütterung ante partum bei Kühen zur Milchfieberprophylaxe eingesetzt werden kann, verwendeten (in einer Dosierung von 0,06 g/8 ml Pansenflüssigkeit unter der Annahme, dass in vivo 600 g Zeolith A auf ungefähr 80 kg Ingesta kommen). Die Testansätze mit flüssigem Panseninhalt wurden dabei in Phase zwei und drei zunächst auf ein labmagentypisches pH-Niveau angesäuert und danach wieder auf Dünndarmniveau angehoben. Während in Phase eins (Pansenverhältnisse) der pH-Wert nicht beeinflusst wurde, führte die Zulage in Phase zwei zu einem signifikanten und erheblich geringeren pH-Wertabfall (1,64 vs. 3,47, dies entspricht einem Unterschied von 112 %). Im Gegensatz dazu waren McCOLLUM und GALYEAN (1983), die Mastbullen mit einer TMR aus (bezogen auf die Futtertrockenmasse) 85 % Kraftfutter und Zulagen von 1,25, 2,5 und 5 % Klinoptilolith fütterten, die einzigen, die zumindest zeitweilig einen signifikanten Abfall des pH-Werts bei 2,5 bzw. 5 % Klinoptilolith von maximal −5,9 % feststellten.
2.5.3.2 Flüchtige Fettsäuren
Die bei der mikrobiellen Fermentation pflanzlicher Kohlenhydrate (und Proteine) im Pansen entstehenden flüchtigen Fettsäuren stellen für das Rind den wichtigsten Energieträger dar (BALDWIN u. ALLISON 1983; SJAASTAD et al. 2010, S. 570).
Noch etwa 70 bis 80 % der unter aeroben Bedingungen aus dem Abbau der Kohlenhydrate zu gewinnenden Energie (BERGMAN 1990; BERGNER u.
HOFFMANN 1996) steht dem Wiederkäuer in Form dieser Säuren zur Verfügung.
Sowohl die Gesamtmenge als auch die molaren Anteile der einzelnen flüchtigen Fettsäuren sind abhängig von der Art des Futters (SJAASTAD et al. 2010, S.570).
Grundsätzlich stellen Essig-, Propion- und n-Buttersäure den Hauptanteil der flüchtigen Fettsäuren dar, in einem Verhältnis von 40–70 % Acetat, 15–40 % Propionat und 10–15 % n-Butyrat. Beim Abbau der verzweigtkettigen Aminosäuren entstehen i-Valerat und i-Butyrat (ALLISON 1969; HARWOOD u. CANALE-PAROLA 1981, 1982). Ihr molarer Anteil liegt jeweils bei 1 bis 2 % (CZERKAWSKI 1986,
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S. 45). Die Gesamtkonzentration flüchtiger Fettsäuren wurde in keiner Untersuchung signifikant verändert (McCOLLUM u. GALYEAN 1983; GRABHERR et al. 2009;
KARATZIA et al. 2011). DSCHAAK et al. (2010) haben laktierende Holsteinkühe ad libitum mit einer TMR aus (bezogen auf Futter-TM) 37,9 % Luzerneheu, 19,3 % Maissilage und knapp 43 % Kraftfutter sowie 1,4 % RuMag™ (Klinoptilolith) gefüttert und verzeichneten eine Tendenz (p = 0,14) zur Abnahme um −8,8 %, gleichbedeutend mit der numerisch größten Verringerung aller aufgeführten Studien.
Demgegenüber lag die höchste (nicht signifikante) Zunahme des Gehalts bei +48,1 %, erzielt bei Mastbullen, die Baumwollsamenhüllen zur freien Aufnahme zur Verfügung hatten und zusätzlich täglich 2,62 kg (TM) Ergänzungsfutter verteilt auf zwei Mahlzeiten bekamen. Die Klinoptilolithgabe von 350 g pro Tag wurde unter das Ergänzungsfutter gemischt (GALYEAN u. CHABOT 1981).
Mehrheitlich wurde auch kein Einfluss einer Zeolithzulage auf die Konzentration bzw.
den molaren Anteil der Essigsäure festgestellt (GALYEAN u. CHABOT 1981;
McCOLLUM u. GALYEAN 1983; JOHNSON et al. 1988; BERGERO et al. 1997;
BOSI et al. 2002; DSCHAAK et al. 2010). Allerdings konnten sowohl SWEENEY et al. (1984), GRABHERR et al. (2009) und auch KARATZIA et al. (2011) einen Acetatanstieg bei Verabreichung eines Zeoliths nachweisen. Im ersten Fall deckten sich die Ergebnisse aus zwei verschiedenen Versuchen prinzipiell; ein signifikanter (wenn auch nur geringfügiger) Anstieg von 73,8 % Essigsäure in der Pansenflüssigkeit der Kontrollgruppe auf 74,6 % in der Behandlungsgruppe konnte aber nur im zweiten Versuch belegt werden. Dabei wurde im ersten Versuch [Holsteinrinder, TMR ad libitum aus 40 % gehäckseltem Heu und 60 % KF (maisbasiert)] der Einfluss von 5 % eines Na-Klinoptiloliths bei unterschiedlicher N-Löslichkeit der Ration untersucht [geringe Löslichkeit mit Schlempe („distillers grain“) als Stickstoffquelle oder hohe Löslichkeit bei Einsatz von Harnstoff]. Im zweiten Versuch [Mastbullen, restriktive Fütterung (90 % des TM-Bedarfs)] wurde der gleiche Klinoptilolith mit einer stark rohfaserbetonten Ration aus 80 % Trespenheu und 20 % KF sowie Harnstoff als N-Lieferant getestet. Etwas deutlicher bei insgesamt niedrigerem Niveau fiel der Zuwachs des Essigsäureanteils in der Untersuchung von GRABHERR et al. (2009) aus, die Zeolith A über drei Wochen
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einsetzten [Z1 = 10, Z2 = 20 g/kg TM, im Mittel über alle sieben Probennahme- zeitpunkte (0–300 min ppr.), LSMeans [%]: K = 63,0a, Z1 = 65,5b, Z2 = 66,5b], wobei es deutliche Unterschiede in der täglichen TM-Aufnahme der Kühe (Deutsche Holstein) gab, da Tiere in unterschiedlichen Laktationsstadien (inklusive Trocken- stehern) teilnahmen. Als Gruppendurchschnitt (LSMeans) ergab sich jeweils eine TM-Aufnahme von12 kg/d. Das Raufutter (60:40 Mais- zu Grassilage) wurde zweimal täglich vorgelegt, KF wurde in vier Mahlzeiten gefüttert, entsprechend des Erhaltungsbedarfs plus 0,5 kg/kg Milch. In der jüngsten Untersuchung (KARATZIA et al. 2011) veränderte sich der molare Acetatanteil unter Klinoptilolithzulage am stärksten (arithmetische Mittelwerte: 64,5 vs. 71,2 %), auch zu jedem einzelnen Messzeitpunkt übertrafen die Ergebnisse der Behandlungsgruppe diejenigen der Kontrolle.
Der Propionsäuregehalt der Pansenflüssigkeit zeigte von allen flüchtigen Fettsäuren die größte Variabilität bezüglich eines Zeolitheinflusses. Sowohl BERGERO et al.
(1997, laktierende Holsteinkühe, TMR mit ca. 60 % Grassilage/Heu und 80 g Harnstoff sowie 250 g Klinoptilolith pro Tag), BOSI et al. [2002, laktierende Holsteinkühe, TMR: ~46 % Raufutter (Luzerne- und Maissilage, Wiesenheu) und 52 % Ergänzungsfutter (Mais-, Soja- und Fischmehl) zweimal täglich gefüttert, Zielwert TMA: 20 kg/d, 10 g Klinoptilolith pro kg TM] und DSCHAAK et al. (2010) stellten in ihren Experimenten keine Veränderung fest. Dagegen sahen GALYEAN und CHABOT (1981) eine Tendenz für einen höheren Prozentualanteil des Propionats am Gesamtgehalt flüchtiger Fettsäuren, der drei Stunden nach der Fütterung seinen Höchstwert erreichte (18,4 bzw. 20,0 % ohne bzw. mit Klinoptilolithsupplement). Eine signifikante Erhöhung des Propionsäureanteils (Mittelwerte aus den Probennahmen 0, 1, 3, 6, 9, 12 und 24 h nach der morgendlichen Fütterung) konnten McCOLLUM und GALYEAN (1983) in ihrem Fütterungsversuch mit der Zulage von 2,5 % Klinoptilolith im Vergleich zu den anderen Ansätzen verzeichnen (0 %, 1,25 %, 2,5 %, 5 % Klinoptilolithzulage: 35,2 %a vs. 33,5 %a vs. 38,1 %b vs. 34,6 %a). Dem gegenüber stehen mehrere Ergebnisse, die einen signifikanten Rückgang der Propionatkonzentration oder des molaren Propionatanteils belegen. In allen drei Studien, die eine Erhöhung des Acetatanteils
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verzeichneten, ging die Verschiebung hin zur Essigsäure auf Kosten des Propionatanteils [SWEENEY et al. (1984): statt 18,8 % nur noch 18,0 % Propionat;
GRABHERR et al. (2009): 18,8b vs. 17,4a vs. 16,4a %; KARATZIA et al. (2011): Im Schnitt machte Propionsäure nur 15,2 % statt wie in der Kontrolle 18,0 % der untersuchten Fettsäuren aus, und auch zu jedem einzelnen Messzeitpunkt unterschritten die Werte der Behandlungsgruppe die Kontrollwerte.]. Außerdem nahm im Versuch von JOHNSON et al. [1988, laktierende Holsteinkühe, TMR mit 50:50 Raufutter (Maissilage 80 %, Heulage 20 %) zu KF (Mais und Soja), drei Zulagen: Kontrolle plus 1 % der TM NaHCO3, Kontrolle plus 2 % der TM Zeolith A, Kontrolle plus 1 % NaHCO3 und 2 % Zeolith A] die absolute Propionsäure- konzentration aufgrund des Zeoliths ab (LSMeans über neun Probennahme- zeitpunkte innerhalb von 24 h: 27,5 vs. 20,8 µM/mℓ ohne bzw. mit Zeolith A).
In keiner der aufgeführten Untersuchungen war ein signifikanter Einfluss einer Zeolithzulage auf n-Buttersäure auszumachen, weder in Form einer absoluten Konzentrationsänderung [JOHNSON et al. (1988): rein numerisch +31,2%] noch als Verschiebung innerhalb der molaren Anteile aller untersuchten flüchtigen Fettsäuren (GALYEAN u. CHABOT 1981; McCOLLUM u. GALYEAN 1983; SWEENEY et al.
1984; BERGERO et al. 1997; BOSI et al. 2002; GRABHERR et al. 2009; DSCHAAK et al. 2010; KARATZIA et al. 2011). Ungeachtet der fehlenden Signifikanz soll hier die große Spannbreite der prozentualen Veränderungen der molaren n-Butyratanteile von −16,1 % (BOSI et al. 2002) bis +22,4 % (GALYEAN u. CHABOT 1981) im Vergleich zur Kontrolle nicht unerwähnt bleiben.
Essig-, Propion- und n-Buttersäure machen den bei weitem größten Teil der im Pansen gebildeten flüchtigen Fettsäuren aus. Der prozentuale Anteil von Valerian- und anderen höheren Säuren liegt gewöhnlich bei ≤5 % (BERGMAN 1990). Wohl auch deshalb sind sie nicht in allen Untersuchungen zum Einfluss eines Zeoliths auf die ruminale Fermentation erfasst worden. Der molare Anteil der Valeriansäure, dem Kondensationsprodukt aus Essig- und Propionsäure, sank in der Studie von GRABHERR et al. (2009) dosisabhängig von 1,9b % in der Kontrollgruppe auf 1,6ab % mit der geringeren Zeolith-A-Dosis und auf 1,3a % mit der doppelten
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Zulagemenge, gleichbedeutend mit einem Rückgang von −31,6 %. Eine vergleichbare Minderung des Valeratanteils registrierten KARATZIA et al. (2011);
unter Klinoptilolithzulage machte Valerat im Mittel der 12-wöchigen Versuchsdauer nur 1,55 % der gemessenen Fettsäuren aus, statt 2,21 % wie in der Kontrolle. Auch an jeder einzelnen der wöchentlichen Messungen blieb der Anteil in der supplementierten Gruppe hinter dem Kontrollwert zurück. Die übrigen Untersucher wiesen keine Wirkung auf die Valeriansäure nach (McCOLLUM u. GALYEAN 1983;
JOHNSON et al. 1988; BERGERO et al. 1997; DSCHAAK et al. 2010).
Die verzweigtkettigen flüchtigen Fettsäuren Isobutyrat und Isovalerat, die beim Abbau der verzweigtkettigen Aminosäuren Valin, Leucin und Isoleucin (BERGMAN 1990) entstehen und vor allem für cellulolytische Pansenbakterien einen Wachstumsfaktor darstellen (ALLISON et al. 1961; ALLISON u. BRYANT 1963;
ALLISON 1969; OWENS u. ZINN 1988), wurden in den Untersuchungen von GRABHERR et al. (2009) und KARATZIA et al. (2011) zusammengefasst betrachtet, ohne dass ein signifikanter Einfluss messbar war. Während die deutschen Wissenschaftler dabei numerisch allerdings einen Rückgang des prozentualen Anteils dieser Fettsäuren um −8,3 % verzeichneten, stieg ihr Anteil im anderen Fall um +6,2 %. Die getrennte Erfassung dieser beiden Säuren erbrachte ebenfalls keine signifikanten Änderungen (McCOLLUM u. GALYEAN 1983; JOHNSON et al. 1988;
BERGERO et al. 1997; DSCHAAK et al. 2010). Dennoch sind Unterschiede zwischen den Versuchsergebnissen auffällig. Bei McCOLLUM und GALYEAN (1983) lag der Anteil der i-Buttersäure sowohl in der Kontrollgruppe als auch mit 1,25 bzw.
2,5 % Klinoptilolith nur im Zehntelpromillebereich und somit zwei Größenordnungen niedriger als in den anderen Studien. Nach Fütterung von 5 % Zeolith machte i-Butyrat immerhin 27 ‰ aus. In dem Experiment von JOHNSON et al. (1988) lagen die Stoffmengenkonzentrationen der i-Buttersäure zwischen 1,1 und 0,8 mmol/ℓ, dabei sank die Konzentration in den Fällen der Natriumhydrogencarbonatzugabe (−27,3 %) oder mit Zeolith A (−18,2 %), veränderte sich gegenüber der Kontrolle aber nicht, als beide Stoffe gleichzeitig verfüttert wurden. Ein ähnliches Ergebnis erzielten diese Forscher für i-Valeriansäure. Die Konzentration verringerte sich mit NaHCO3 am meisten (−28,6 %), die Zeolithergebnisse lagen −14,3 % niedriger als
