Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Norbert Göres

Einfluss von Soja auf den ruminalen Phenolgehalt

und den Kohlenhydratstoffwechsel bei Grassilagen

mit unterschiedlichen Reineiweißgehalten in vitro

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-109044

title (engl.)

Impact of soy on ruminal phenolic content and carbohydrate metabolism by feeding grass silages containing different levels of true protein in vitro

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2016

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/goeresn_ws16.pdf

abstract (deutsch)

Die Verfütterung von Grassilagen mit einem prozentualen Reineiweißanteil (RE) am Rohprotein (Rp) von unter 50 % steht im Verdacht ursächlich am Auftreten eines unspezifischen Krankheitsbildes auf Milchviehbetrieben, das unter dem Begriff „Faktorenerkrankung Milchviehherde“ bekannt ist, beteiligt zu sein. In betroffenen Beständen wurde durch die Ergänzungsfütterung von Sojaextraktionsschrot eine Verbesserung der Herdengesundheit erreicht. In früheren in-vitro-Untersuchungen ging die Verfütterung von Grassilagen mit RE/Rp < 50 % mit einem Anstieg phenolischer Substanzen, die in allen höheren Pflanzen als sekundäre Pflanzenstoffe vorkommen, im flüssigen Panseninhalt einher.

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den Einfluss von Soja bei der Verfütterung von Grassilagen mit RE/Rp < 50 % auf den Phenolgehalt und den Kohlenhydratstoffwechsel im Pansen in vitro zu untersuchen.

Dazu wurden mit Hilfe des Langzeitinkubationssystems RUSITEC Grassilagen mit RE/Rp < 50 %, sogenannte Schadgrassilagen, und Kontrollsilagen (RE/Rp > 50 %) miteinander verglichen und der Einfluss einer Zulage von Sojaprotein untersucht. Es wurden zwei Gruppen (L31–34 und L35–38) von jeweils vier 28tägigen in-vitro-Verdauungsversuchen (= Läufen) durchgeführt. In jeder Gruppe wurde eine Schadgrassilage (1. Schnitt) mit einer Kontrollsilage (3. Schnitt) verglichen, wobei beide von denselben landwirtschaftlichen Flächen stammten. Jeder RUSITEC-Lauf gliederte sich in eine achttägige Einlauf- und Kontrollphase, eine zehntägige Zulagephase sowie eine zehntägige Erholungsphase. Während der Einlauf- und Kontroll- sowie der Erholungsphase wurden in allen Fermentern Kontrollsilagen und Stärke eingesetzt. In der Zulagephase wurden in den Testfermentern neben Stärke Schadgrassilagen und Schadgrassilagen mit Sojaprotein zugelegt.

Die tägliche Produktion flüchtiger Fettsäuren (FlFS) wurde gaschromatographisch erfasst. Zur Bestimmung des Gesamtphenolgehalts wurde die kolorimetrische Methode nach HOLLOWAY et al. (1979) für die Matrix Pansensaft modifiziert. Der o‑Diphenolgehalt wurde nach einer modifizierten alkoholischen Extraktion nach FRAISSE (2011) mittels modifizierter Methode nach ARNOW (1937) kolorimetrisch bestimmt.

Die Summen der täglich produzierten flüchtigen Fettsäuren wurden durch die Schadgrassilagen (Tag 11–19) gegenüber den Kontrollen erhöht (L31–34: +23,4 %; L35–38: +22,0 %). Dabei beeinflussten die Schadgrassilagen das Fermentationsmuster in den Fermentern unterschiedlich. Während es in L31–34 zu einer Steigerung der Propionsäureproduktion um +40,2 % und der n‑Buttersäureproduktion um +13,5 % kam, stieg die Propionsäureproduktion in L35–38 lediglich um +12,7 % und die n‑Buttersäureproduktion um +27,4 %. Die Essigsäureproduktion nahm nur mäßig zu (L31–34: +8,19 %; L35–38: +7,17 %). Die n‑Valeriansäure- (L31–34: +54,1 %; L35–38: +63,7 %) und Hexansäureproduktionen (L31–34: +63,9 %; L35‑38: +107 %) wurden in beiden Gruppen deutlich gesteigert. Der Produktionsanstieg der n‑Valeriansäure wurde durch Sojaprotein in beiden Gruppen um weitere rund zehn Prozentpunkte verstärkt. Die Produktionen der übrigen flüchtigen Fettsäuren wurden nicht durch Soja beeinflusst.

Unter Zulage von Schadgrassilagen (Tag 11–19) kam es in L31–34 zu einer signifikanten Abnahme des Gesamtphenolgehaltes um ‑17,3 % gegenüber der Kontrolle während es in L35–38 zu einer Zunahme um +12,1 % kam. Der o‑Diphenolgehalt sank unter Schadsilagefütterung in L31–34 und L35–38 um ‑4,17 und ‑1,94 %. Die Ergänzung von Sojaprotein zeigte keinen messbaren Effekt. In der Erholungsphase glichen sich die Gehalte beider Parameter binnen vier Tagen wieder dem Kontrollniveau an.

Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die Fütterung von Grassilagen mit RE/Rp < 50 % erhebliche Auswirkungen auf die ruminale Fermentation hatte. Die Verschiebungen in der Produktion der FlFS und somit dem Fermentationsmuster wurden mit vier methodischen Ansätzen (Energiegehalt, Trockenmassezufuhr, analytische Futtermittelzusammensetzung, Thermodynamik) diskutiert. Dabei lassen sich zwei Wirkungstypen von Schadgrassilagen unterscheiden, wobei im Pansen entweder mehr Propionsäure oder mehr n‑Buttersäure gebildet wird. Die Auswirkungen sind vermutlich auf Änderungen im ruminalen Mikrobiom zurückzuführen, was in künftigen Studien zu belegen ist. Der positive Effekt des Sojaproteins auf die Symptomatik des unspezifischen Krankheitsbildes konnte nicht abschließend geklärt werden. Die gegenwärtige Literatur bestätigt, dass sich Sojaprotein hinsichtlich seiner Abbaukinetik im Pansen von anderen Proteinen unterscheidet. Der Einfluss dessen und einzelner phenolischer Substanzen auf das ruminale Mikrobiom wäre zu untersuchen.

abstract (englisch)

Grass silages containing<  50 % true protein (TP) in total crude protein (CP) are suspected to contribute to the aetiology of a clinical picture in dairy herds called “Faktorenerkrankung Milchviehherde” (“factorial disease of dairy herds”). In practice a supplementation of soybean meal improved the clinical symptoms. Previous studies in vitro have shown an increase of phenolic compounds in bovine ruminal fluid when suspected grass silages (TP/CP < 50 %) were fed. Phenolic compounds are found in all higher plants as secondary plant metabolites.

The aim of this study was to assess the effect of soybean protein on the ruminal phenolic content and the carbohydrate metabolism during fermentation of grass silages with TP/CP < 50 % in vitro.

In the experiment 2 × 4 runs with a duration of 28 days each were conducted using the RUmen SImulation TEChnique (RUSITEC). Two different grass silage pairs were tested in 4 RUSITEC runs (L31–34 and L35–38). During the adaptation and control period (eight days), grass silages with TP/CP > 50 % (control silages) and starch were fermented in all three fermenter groups (control, I, II). In the following experimental period (ten days), fermenter groups I and II were fed grass silages containing TP/CP < 50 % and additionally, group II was fed soy protein. During the end period (ten days), the initial diet was added to all fermenters again. The two grass silages compared in each trial were harvested from the same fields.

In daily taken samples of ruminal fluid the production of volatile fatty acids (VFA) was analyzed using gas chromatography. The total phenolic content was measured using a modified colorimetric method of HOLLOWAY et al. (1979). The content of o‑diphenols was quantified with a modified colorimetric method of ARNOW (1937) after performing a modified alcoholic extraction of FRAISSE (2011).

Suspected grass silages (experimental period; day 11–19) increased the total VFA production compared to control silages (L31–34: +23.4 %; L35–38: +22.0 %). While doing so the fermentation pattern was affected differently by the suspected silages. During L31‑34 the productions of propionate and n‑butyrate were increased by +40.2 % and +13.5 %, respectively. In L35‑38 the production of propionate was increased by only +12.7 % whereas the n‑butyrate production increased by +27.4 %. The production of acetate was only affected moderately (L31–34: +8.19 %; L35–38: +7.17 %). Feeding suspected silages strongly increased productions of n‑valerate (L31–34: +54.1 %; L35–38: +63.7 %) and caproic acid (L31–34: +63.9 %; L35–38: +107 %). Soy protein increased the rise in production of n‑valerate by about ten percentage points in all eight runs. The remaining fatty acid productions were not affected by soy protein.

The total phenolic content in L31–34 declined significantly by -17.3 % compared to control when suspected silages were fed (day 11–19) while there was an increase by +12.1 % in L35–38. The o-diphenol content decreased by ‑4.17 and ‑1.94 % in L31‑34 and L35–38, respectively. The soy protein supplementation had no noticeable effect. After switching back to the control ration on day 19, the concentrations of phenolic compounds aligned with the control within four days.

The results of this study show that grass silages with TP/CP < 50 % had a considerable impact on the ruminal fermentation. The shifts in VFA productions were discussed under four different aspects (energy value, dry matter intake, analytical feed composition, thermodynamics). The suspected silages affected the ruminal fermentation in two different ways, either the production of propionate or n‑butyrate was boosted. Presumably the implications are caused by changes in the rumen microbiome where further research should focus on. The mechanism of the beneficial effect of soybean meal seen in practice could not be elucidated in this study. Current literature confirms that there are differences in ruminal degradation between soy and other protein sources. The impact of that and of single phenolic substances on the rumen microbiome should be the objective of further studies.

keywords

Grassilage, Reineiweiß, Soja, grass silage, true protein, soy 

kb

2.725