Dissertation

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

Denise Marcelle Pohl

Untersuchungen zum Gehalt an löslichem Phosphor im Überstand suspendierter, inkubierter Futtermittel für Schweine - Ansätze einer differenzierteren P-Bewertung -

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-106755

title (engl.)

Studies on the soluble phosphorus content in the supernatant of diluted, incubated feedstuffs for swine – approaches to a more differenciated phosphorus estimation -

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2015

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/pohld_ss15.pdf

abstract (deutsch)

Primäres Ziel dieser Studie war eine nähere Charakterisierung des Phosphors in verschiedenen Einzel- und Mischfuttermitteln für Schweine anhand seiner Löslichkeit in verschiedenen Medien. Langfristig soll auf dieser Basis ein Laborverfahren entwickelt werden, das eine erste Einschätzung des vom Schwein verdaulichen Phosphors erlaubt. Die bisher übliche Bestimmung des Gesamt-P-Gehaltes im Futter nach einer Veraschung, d. h. einer Überführung der diversen P-Quellen in Orthophosphate und deren colorimetrische Bestimmung mittels der Vanadat-Molybdat-Methode ermöglicht eine solche Einschätzung eben nicht oder nur sehr bedingt.

Der hier geprüfte Ansatz einer laboranalytischen näheren Charakterisierung geht dabei von der Hypothese aus, dass nur der „lösliche Phosphor“ überhaupt einer Absorption zugänglich ist. Vor diesem Hintergrund wurden diverse Einzel- und Mischfuttermittel für Schweine näher analysiert, und zwar auf den Gesamt-P-Gehalt (s. o.) sowie den P-Gehalt im Überstand (d. h. in Lösung gegangene P-Verbindungen) nach einer Suspendierung der Futtermittelprobe in Reinstwasser, in verdünnter Salzsäure (0,35%ig) sowie in 2%iger zitronensaurer Lösung. Dabei wurde im Überstand ohne bzw. mit einer Veraschung der P-Gehalt colorimetrisch bestimmt (Vanadat-Molybdat-Methode); der ohne Veraschung colorimetrisch nachweisbare Phosphor repräsentiert nur die in Lösung vorliegende Phosphate (PO43-), während nach einer Veraschung alle P-Verbindungen des Überstands erfasst werden. Was die Suspendierung, d. h. Inkubation der Probe in den zuvor erwähnten Medien betrifft, wurden nachfolgend genannte Einflussfaktoren näher überprüft, nämlich die Inkubationsdauer (1 vs. 90 min), die Temperatur während der Inkubation (41 vs. 20 ̊C) und der Vermahlungsgrad (ohne bzw. mit unterschiedlicher Intensität). Schließlich interessierten mögliche Einflüsse einer originär vorhandenen oder der Probe zugesetzten Phytase (Enzym, das eine Freisetzung von PO43-, d. h. ein „in-Lösung-gehen“ von Phosphor bewirkt). Insgesamt erstreckten sich die Untersuchungen auf die in der Schweinefütterung bedeutsamsten Einzelfuttermittel (Getreide, Extraktionsschrote, Fischmehle und auch diverse mineralische P-Träger) sowie Mischfuttermittel (handelsübliche bzw. betriebseigene Herstellung).

Ergebnisse

 

1. Nach diversen methodisch ausgerichteten Voruntersuchungen zu möglichen o. g. Einflussfaktoren und Variationsursachen wurde schließlich folgendes Vorgehen zur Bestimmung des Phosphors im Überstand etabliert: Im ersten Schritt erfolgte eine Vermahlung des Analysenmaterials auf < 0,5 mm Partikelgröße. Dieses fein vermahlene Gut wurde anschließend in verschließbare Glasröhrchen eingefüllt und in Reinstwasser bzw. in 0,35%iger Salzsäure suspendiert im Mischungsverhältnis Feststoff : Flüssigkeit von 1 : 4, bei anorganischen P-Trägern im Verhältnis von 1 : 100. Die Suspension wurde dann für 1 min (Mischen mit einem Vortex-Rüttler) bzw. für 90 min (unter ständigem Rühren) bei Raumtemperatur inkubiert. Darauf folgte eine Zentrifugation zur Gewinnung des Überstands, in dem dann ohne bzw. mit Veraschung der P-Gehalt colorimetrisch (s. o.) bestimmt wurde. Im Zusammenhang mit einer möglichen Phytasewirkung wurde bei diversen Proben zusätzlich - und zwar vor der eigentlichen Inkubation - eine „nasse Inaktivierung“ durchgeführt (Erhitzung der Suspension für 3 min auf knapp 100 ̊C).

 

2. In dem wie oben beschriebenen gewonnenen Überstand waren nach 90 min Inkubation in Reinstwasser schließlich nachfolgende P-Gehalte absolut (in g/kg uS) bzw. relativ (in % vom Gesamt-P), nachweisbar:

- ohne Veraschung des Überstands:

absolut

relativ

- Getreide

0,32 – 1,08

11,4 – 45,5

- Extraktionsschrote

- SES

- RES

 

1,10 – 1,76

0,85 – 1,61

 

18,5 – 26,1

8,87 – 19,7

- Fischmehle

3,49 – 4,47

15,0 – 18,8

- anorganische P-Träger

nicht geprüft

- Mischfuttermittel

1,05 – 2,38

25,2 – 45,6

 

- mit Veraschung des Überstands:

absolut

relativ

- Getreide

0,92 – 2,0

18,9 – 77,7

- Extraktionsschrote

- SES

- RES

 

2,21 – 3,19

0,63 – 1,61

 

36,8 – 51,5

8,39 – 16,41

- Fischmehle

1,82 – 2,58

7,69 – 10,71

- anorganische P-Träger

0,32 – 204

0,18 – 100

- Mischfuttermittel

1,32 – 2,21

26,7 – 52,5

 

- Nach 90 minütiger Inkubation in verdünnter HCl waren im Überstand folgende P-Gehalte absolut (in g/kg uS) bzw. relativ (in % vom Gesamt-P) nachweisbar:

- ohne Veraschung des Überstands:

 

absolut

relativ

- anorganische P-Träger

nicht geprüft

- Mischfuttermittel

1,46 – 2,19

43,3 – 53,9

 

- mit Veraschung des Überstands:

 

absolut

relativ

- anorganische P-Träger

62,3 – 204

36,2 - 100

- Mischfuttermittel

1,11 – 2,06

32,9 – 50,9

 

- Bei Vergleich des nach 1 min spontan löslichen Phosphors mit dem nach 90 min im Überstand messbaren Phosphors waren teils erheblich höhere, vermutlich Phytase-bedingte P-Gehalte nachweisbar. Die „nasse Inaktivierung“ ergab nicht – wie erwartet – geringere P-Gehalte im Überstand, sondern teils deutlich höhere P-Werte (Effekt des Aufkochens).

Schlussfolgerungen

1. Die angestrebte direkte colorimetrische P-Bestimmung im Überstand erwies sich bei Einzelfuttermitteln als störanfällig (Eigenfärbung und partikuläre Trübung), während bei Mischfutterproben diese Probleme nicht auftraten.

2. Die parallele Inkubation von Proben in Reinstwasser und in verdünnter Salzsäure erlaubt eine erste Differenzierung bzgl. Umfang (Mischfutter ohne bzw. mit mineralischer Ergänzung) und Art (wasser- bzw. säurelösliche P-Quellen) der Ergänzung mit anorganischen P-Trägern.

3. Werden Mischfuttermittel für 90 min inkubiert und die P-Werte im Überstand mit denen der „Spontanlöslichkeit“ (1 min) verglichen, so sind größere Differenzen ein Indiz für eine aktive Phytase, gewisse Differenzen können aber auch durch ein verzögertes „in- Lösung-gehen“ von Phosphat aus mineralischen Quellen sein.

4. Die ursprünglich angedachte Entwicklung eines „Schnelltests“ für die Einschätzung des den Tieren zur Verfügung stehenden Phosphors ist vor dem Hintergrund der hier gewonnenen Erkenntnisse zumindest infrage zu stellen; der hier vorgestellte Ansatz ist vom Zeitaufwand eben kein „Schnelltest“.

5. Eine endgültige Einschätzung des „diagnostischen Wertes“ von Kenntnissen zur Löslichkeit des Phosphors in einem Mischfuttermittel wird erst möglich, wenn Werte zum „löslichen Phosphor“ auch tatsächlich mit dem „verdaulichen Phosphor“ aus Tierversuchen korrelieren.

 

abstract (englisch)

Primary aim of the present study was a closer characterization of phosphorus in different single and mixed feedstuffs for swine by means of solubility in various media. Based on these thesis a laboratory method should result on the long term, allowing a first estimation on pigs digestible phosphorus. Up to now the determination of the feedstuffs’ total phosphorus content after ashing, i. e. the transformation of the different phosphorus sources into orthophosphates and the colorimetric determination by means of Vanadat-Molybdat-method cannot result in such an estimation – or only to a lesser extent.

The tested approach of a laboratory analytical closer characterization is based on the assumption that only the “soluble phosphorus” is accessible to absorption. Against this background various single and mixed feedstuffs for swine were analyzed, in fact the total phosphorus content as well as the phosphorus content in the supernatant (i. e. soluble phosphorus sources) after dissolving the feedstuff in ultrapure water, in diluted hydrochloric acid (0.35 %) as well as citric acid

(2 %). Here, the supernatant was colorimetrically estimated with or without ashing (Vanadat-Molybdat-method); the colorimetrically measured phosphorus without ashing contains only PO43- , whereas after ashing all phosphorus sources of the supernatant were recorded. With regards to the incubation of the feedstuffs in the aforesaid liquids the following parameters were tested: incubation time (1 vs. 90 minutes), incubation temperature (41 vs. 20 ̊C) and the grinding intensity (unground or different grinding intensities). Finally possible effects of original or added phytate (enzyme that dissolves PO43- from the feedstuff into the supernatant) were of interest. Overall the studies covered the most important single feedstuffs for swine (cereals, canola and soybean extraction meals, fish meals and various mineral phosphorus sources) as well as mixed feedstuffs (commercially available or self manufactured products).

Results:

 

1. After various systematic preliminary assessments regarding the aforesaid parameters finally the following approach for estimating the phosphorus in the supernatant was established: first the feedstuff was grinded to a size of < 0.5mm. This finely ground material was given into a lockable glass tube and dissolved in ultrapure water respectively hydrochloric acid (0.35%) on a ratio of 1 : 4 (solid matter : liquid), anorganic phosphorus sources on a ratio of 1 : 100, respectively. The sample was then incubated either for 1 minute (mixing it with a Vortex shaker) and 90 minutes (under constant stirring) at room temperature, respectively. After incubation the sample was centrifugated to gain the supernatant, and the phosphorus content was measured colorimetrically with or without ashing (see above). Because of possible phytate effects various samples were also – before incubation took place – “wet inactivated” to a temperature of about 100 ̊ C (for 3 minutes).

 

2. In the aforesaid gained supernatant after 90 minutes incubation in ultrapure water the following phosphorus contents (absolutely = g/kg original matter; relatively = % of total phosphorus) were measured:

- without ashing the supernatant:

absolutely

relatively

- cereals

0.32 – 1.08

11.4 – 45.5

- extraction meals

- soy bean

- canola

 

1.10 – 1.76

0.85 – 1.61

 

18.5 – 26.1

8.87 – 19.7

- fish meals

3.49 – 4.47

15.0 – 18.8

- anorganic phosphorus sources

not analyzed

- mixed feedstuffs

1.05 – 2.38

25.2 – 45.6

 

 

- with ashing the supernatant:

absolutely

relatively

- cereals

0.92 – 2.0

18.9 – 77.7

- extraction meals

- soy bean

- canola

 

2.21 – 3.19

0.63 – 1.61

 

36.8 – 51.5

8.39 – 16.4

- fish meals

1.82 – 2.58

7.69 – 10.71

- anorganic phosphorus sources

0.32 – 204

0.18 – 100

- mixed feedstuffs

1.32 – 2.21

26.7 – 52.5

 

- After 90 minutes incubation in hydrochloric acid (0.35 %) the following phosphorus contents (absolutely = g/kg original matter; relatively = % of total phosphorus) were measured:

- without ashing the supernatant:

 

absolutely

relatively

- anorganic phosphorus contents

not analyzed

- mixed feedstuffs

1.46 – 2.19

43.3 – 53.9

 

- with ashing the supernatant:

 

absolutely

relatively

- anorganic phosphorus contents

62.3 – 204

36.2 - 100

- mixed feedstuffs

1.11 – 2.06

32.9 – 50.9

 

- Soluble phosphorus contents in the supernatant after 1 minute of incubation in comparison to 90 minutes incubation showed partially considerable higher phosphorus quantities, which were probably related to phytate activity. The “wet inactivation” did not result - as expected - in lesser amounts of phosphorus in the supernatant, but in partly higher amounts of phosphorus (due to the effect of “cooking” the sample).

 

Conclusions:

1. The aspired direct colorimetrical phosphorus determination in the supernatant proved to be accident-sensitive for single feedstuffs (due to original colouring and cloudiness), whereas for mixed feedstuffs these problems did not occur.

2. Parallel incubation of samples in ultrapure water as well as hydrochloric acid allows a first differentiation regarding the amount (mixed feedstuff with or without mineral supplement) and type (water respectively acid soluble phosphorus sources) of completion with anorganic phosphorus contents.

3. When mixed feedstuffs are incubated for 90 minutes and the resulting phosphorus amounts in the supernatant are compared to the incubation for 1 minute, higher differences indicate active phytate, certain differences show a delayed dissolving of phosphorus out of anorganic sources.

4. The original development of a “quick test” to estimate the available phosphorus for swine is with the collected results from this study to be questioned; the here used approach is from the expenditure of time by no means a “quick test”.

5. A final assessment concerning the “diagnostic value” of the collected data coming from soluble phosphorus in mixed feedstuffs can only be made when the “soluble phosphorus” correlates with the “digestible phosphorus” from bioassay.

 

keywords

 

kb

wasserlöslicher Phosphor, Futtermittel, Schwein; water soluble phosphorus, feedstuff, swine

 

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