Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Untersuchungen zur Minimierung von Risiken für die Lebensmittelsicherheit bei Nutzung dioxinbelasteter Grünlandflächen für die Rind- und Schaffleischproduktion

Gude, Katrin

The chemical substances belonging to the classes of polychlorinated dibenzo-p-dioxins (PCDD) and polychlorinated dibenzofurans (PCDF) are summarised under the term “Dioxins”. Due to their toxic potential and environmental persistence they deserve continuous attention and observation in regard to the avoidance of food chain ingression. As a result of regular floodings with dioxin-contaminated river sediments, increased dioxin contamination loads in the soil and vegetation of the Elbdeichvorland (floodplains of river Elbe, GER) are to be strongly considered. This region served as a model for the present field studies concerning the examination of dioxin contamination loads of cattle and sheep grazing on such correspondingly exposed areas. The present investigations focused on the effects of feeding and housing conditions on potential dioxin contaminations. A matter of particular interest was the variation of dioxin loads in muscular tissue and liver tissue of cattle and sheep in dependence on their mode and duration of exposition. In this respect differences in production conditions (use of potentially contaminated feed, grazing possibility, access to water holes and the river), as well as differences regarding the animals species, age and body weight were arranged. The effects of transposition at different terms and subsequent fattening with “uncontaminated” feed on the dioxin load of muscular and liver tissue were investigated. Animals from another region with a potential background contamination served as control group. Project “Mutterkühe” (beef cattle): Investigations on possibilities for using dioxin exposed grassland in the floodplains of the river Elbe for beef cattle. A total of 50 animals from 22 farms differing in feeding and housing conditions were analysed for dioxin in the muscle and liver tissues. Project “Deichschafe” (sheep from the river banks): Possibilities of river bank protection and maintenance by sheep against the background of compliance with dioxin limits in the tissue of fattened lambs and ewes. Project “Uferschafe” (sheep from the waterside): Grazing project on the pasture bordering the waterside with direct access to flood lands, swamp ground and connected water holes of the river Elbe. In all three trials, the animals were allotted into several groups differing in age and housing conditions. Newborn or stillborn animals served to investigate and determinate the prenatal contamination load. Young animals were sampled after weaning to examine the effect of the suckling duration on the dioxin load in the tissues. Furthermore a group of animals that was fattened constantly grazing on potentially contaminated grassland and another group that was transferred and then fattened with uncontaminated feed were analysed. In addition to that, a group of adult animals was comparatively tested. Moreover, corresponding feed samples and rumen content of the slaughtered animals were analysed concerning their dioxin burden. All samples were analysed with high resolution gas chromatography (HRGC) in combination with high resolution mass spectrometry (HRMS). The essential results achieved in the three field studies can be summarised as follows. The dioxin contents in feed and rumen contents are given as ng WHO PCDD/F-TEQ/kg (based on 88 % dry matter) and in the tissues as pg WHO PCDD/F-TEQ/g fat: Project “Mutterkühe” (beef cattle) −                    Only three out of eleven feed samples turned out to be contaminated (0.91 to 1.87 ng/kg). The analysed rumen contents showed a higher and more frequent contamination degree as the tested feed (mean value 1.33 ng/kg; n = 6). −                    Newborn and stillborn calves, respectively, from beef cattle of an exposed area fed with potentially contaminated feed during gestation already showed increased dioxin levels in muscular tissue (ø 3.40 ± 1.89 pg/g fat) and liver tissue (ø 6.00 ± 1.48 pg/g fat). −                    The dioxin load in samples of muscle and liver of early weaned calves (7th to 13th week) originating from exposed farms exceeded the maximum level by far (muscle ø 6.40 ± 4.75 pg/g fat; liver ø 29.4 ± 21.8). −                    The highest values were found in the group of lately weaned calves (5th to 8th month) from the exposed area: muscle ø 7.48 ± 5.93 pg/g fat; liver ø 42.2 ± 34.7. −                    Dioxin contents in muscular tissue of heifers (ø 2.97 ± 2.27 pg/g fat) and cows (ø 2.91 ± 2.09 pg/g fat) were nearly similar. Concentrations in livers of heifers (ø 20.4 ± 15.5) were slightly higher than those of the cows (ø 16.9 ± 15.0). −                    Muscular tissue and liver tissue of animals weaned at an early stage subsequently fattened with uncontaminated feed for a period of six months show tolerable dioxin levels without exception. In the muscular tissue, contents of 0.38 up to 1.06 pg/g fat and in the liver tissue from 2.70 up to 5.94 pg/g fat were measured. −                    Animals weaned at a late stage and subsequently fattened with uncontaminated feed showed dioxin levels of ø 1.66 ± 1.37 pg/g fat in the muscular tissue, but reached values of ø 9.61 ± 12.1 pg/g fat in the liver tissue. Project “Deichschafe” (sheep from the river banks) −                    The dioxin levels in the pasture samples of the river bank never exceeded the maximum level (0.75 ng/kg). The rumen content of slaughtered sheep that continuously grazed on the river bank until slaughtering, did not reach increased values as well (0.55 and 0.60 ng/kg), but showed a slightly higher contamination than the pasture samples (0.38 and 0.43 ng/kg). −                    If sheep exclusively grazed on river banks, the dioxin contamination load in the muscular tissue of all animals was in compliance with the maximum level. In contrast to that the dioxin levels in the liver tissue always exceeded the maximum level (18.5 up to 50.2 pg/g fat). −                    By fattening weaned lambs with uncontaminated feed it seems to be possible to reduce the dioxin load in the liver tissue to values beneath the maximum level (3 out of 4 animals) and thus allow to introduce the livers into the food chain. Project “Uferschafe” (sheep from the waterside) −                    In the project “Uferschafe” the dioxin level in the rumen contents varied substantially within the different groups (from 0.16 to 4.55 ng/kg). −                    Already at the postnatal stage the tissue of lambs reached dioxin loads above the maximum level (muscle: 3.30 pg/g fat; liver: 83.6 pg/g fat). Meanwhile the most significant exceedances were measured in lambs at the end of suckling period (muscle: 11.2 pg/g fat, liver: 461 pg/g fat). −                    Investigations of the tissue of ewes and non-gestating sheep showed values above the maximum level for liver tissue in all cases (up to 249 pg/g fat). Only three out of six samples of muscular tissue were within the maximum level. −                    Equally, lambs fattened with uncontaminated feed after the suckling period could not observe the maximum level in the liver tissue (up to 196 pg/g fat). In the muscular tissue one out of three samples exceeded the maximum level (4.60 pg/g fat). The results of these studies definitely proved the possibility of a reduction of the dioxin load in beef and mutton. This can be achieved by systematic modifications in the production parameters when exposed pasture areas are used. All calves weaned at an early stage which were then subsequently fattened with uncontaminated feed for six months showed contamination levels inferior to the maximum level both in the muscular and in the liver tissue. Thus weaning as soon as possible (approximately eight weeks) and a following fattening period with uncontaminated feed turned out to be effective. Animals weaned at a late stage (approximately 6 months) showed dioxin loads above the maximum level even after a subsequent fattening period of eight months (in the muscular tissue two and in the liver tissue three out of seven samples). The livers in particular still showed significant contamination loads (up to 11.6 pg/g fat). This aspect requires further investigation and trials. In the muscle of sheep from the river bank no loads above the maximum level were detected at any time. In contrast to that, tolerable dioxin values in the liver tissue of lambs weaned at the age of eight weeks and then fattened with uncontaminated feed could only be achieved after a fattening period of 14 weeks (average growth of body weight by the factor of 2.2). Only in three out of four cases this method turned out to be effective. The absolutely highest dioxin loads were measured in tissue samples of sheep grazing at the waterside with direct access to flood lands, swamp grounds and the river. The initial load of these lambs at weaning time (approximately eight weeks old) was so significant, that a reduction of the dioxin load beneath the maximum level could not even be achieved within a fattening period of 14 weeks with uncontaminated feed (average growth of body weight by the factor of 2.2). In case sheep graze the pasture of the riverside continuously to avoid vegetation encroachment in that area in order to minimise undesired effects after flooding situations, it implies substantial food safety risks at the same time.

Unter dem Begriff Dioxine werden die Stoffklassen der polychlorierten Dibenzo-p-dioxine (PCDD) und der polychlorierten Dibenzofurane (PCDF) zusammengefasst. Sie verdienen aufgrund ihres toxischen Potenzials und ihrer Persistenz fortwährende Beachtung hinsichtlich einer Vermeidung des Eintrags in die Lebensmittelkette. Im Elbdeichvorland muss infolge regelmäßiger Überschwemmungen mit dioxinbelasteten Fluss­sedimenten mit einer erhöhten Dioxinbelastung des Bodens und des Pflanzenaufwuchses gerechnet werden. Diese Region diente in den vorliegenden Feldstudien als Modell zur Prüfung der Dioxin­belastung von Rindern und Schafen bei Nutzung entsprechend exponierter Grünlandflächen. Die vorliegenden Untersuchungen konzentrierten sich dabei auf die Bedeutung der Fütterungs- und Haltungs­bedingungen für die mögliche Dioxinbelastung. Im Fokus des Interesses stand dabei die Frage nach der Variation der Belastung von Muskulatur- und Lebergewebe der Rinder und Schafe in Abhängigkeit von Art und Dauer der Exposition. Hierbei unterschieden sich insbesondere die Produktionsbedingungen (Einsatz potenziell belasteter Futtermittel, Weidegang, Zugang zu Bracks und Elbe), zum anderen auch seitens der Tiere die Spezies, das Alter und die Körpermasse. Es sollten die Effekte einer Umstellung der Tiere zu unterschiedlichen Zeitpunkten und einer anschließenden Mast mit „unbelasteten“ Futtermitteln auf die Dioxingehalte in Muskulatur und Leber näher eruiert werden. Zum Vergleich, d. h. als Kontrolle, dienten Tiere aus einer Region, in der nur mit einer Hintergrundbelastung gerechnet wurde. Versuch „Mutterkühe“: Untersuchungen zu Möglichkeiten der Grünlandnutzung durch eine Mutterkuhhaltung im Überschwemmungsbereich der Elbe. Es wurden die Dioxingehalte in Geweben von 50 Tieren von 22 Betrieben mit unterschiedlichen Fütterungs- und Haltungs­konzepten ermittelt. Versuch „Deichschafe“: Möglichkeiten der Deichpflege mit Schafen vor dem Hintergrund der Einhaltung der Grenzwerte für Dioxine in den Geweben von Schlachtlämmern und Altschafen. Versuch „Uferschafe“: Beweidungsprojekt auf uferangrenzenden Grünlandflächen mit unmittel­barem Zugang zu den Bracks und Buhnenfeldern der Elbe. In allen drei Versuchen wurden die Tiere in unterschiedliche Alters- und Haltungsgruppen eingeteilt: Zur Ermittlung der pränatalen Belastung dienten neu bzw. tot geborene Tiere. Die Beprobung von Jungtieren zum Zeitpunkt des Absetzens diente der Untersuchung des Einflusses der Säugeperiode auf die Dioxingehalte in den Geweben. Des Weiteren wurden Jungtiere einerseits auf den potenziell belasteten Flächen gemästet, andererseits umgestallt und mit unbelasteten Futtermitteln ausgemästet. Zusätzlich wurden auch adulte Tiere beprobt. Außerdem kamen entsprechende Futtermittelproben sowie Panseninhalte der geschlachteten Tiere zur Untersuchung der Dioxingehalte. Die Analysen wurden mittels des HRGC/HRMS-Systems (hoch auflösende Gaschromatographie sowie Massenspektrometrie) durchgeführt. Die wesentlichen Ergebnisse, die im Rahmen dieser drei Feldstudien erzielt wurden, sind nachfolgend zusammengefasst, wobei die Dioxingehalte in Futtermitteln und Panseninhalt stets in ng WHO PCDD/F-TEQ/kg (bez. auf 88 % TS) und in den Geweben in pg WHO PCDD/F-TEQ/g Fett angegeben sind: Versuch „Mutterkühe“ −                 Von insgesamt elf entnommenen Futtermittelproben erwiesen sich lediglich drei als tatsächlich belastet (0,91 ng/kg bis 1,87 ng/kg). Die untersuchten Panseninhalte waren mit einem Mittelwert von 1,33 ng/kg (n = 6) häufiger und höher belastet als das beprobte Futter. −                 Neugeborene bzw. tot geborene Kälber von Mutterkühen, die während der Trächtigkeit potenziell belastete Futtermittel erhielten, wiesen bereits erhöhte Dioxingehalte in der Muskulatur (ø 3,40 ± 1,89 pg/g Fett) und Leber (ø 6,00 ± 1,48 pg/g Fett) auf. −                 Die Dioxingehalte in Muskulatur- und Leberproben von früh abgesetzten Kälbern (7. bis 13. LW) der exponierten Betriebe überschritten deutlich die gesetzlich festgelegten Grenzwerte (Muskulatur: ø 6,40 ± 4,75 pg/g Fett, Leber: ø 29,4 ± 21,8 pg/g Fett). −                 In der Gruppe der spät abgesetzten Kälber (5. bis 8. Monat) der vorberichtlich exponierten Region waren die höchsten Grenzwertüberschreitungen zu verzeichnen: in der Muskulatur ø 7,48 ± 5,93 pg/g Fett und in der Leber ø 42,2 ± 34,7 pg/g Fett. −                 Dioxingehalte in Muskulaturproben von Färsen (ø 2,97 ± 2,27 pg/g Fett) und Mutter-/ Schlachtkühen (ø 2,91 ± 2,09 pg/g Fett) waren sehr ähnlich. Gehalte in den Lebern der Färsen (ø 20,4 ± 15,5 pg/g Fett) waren gering­fügig höher als die der Mutter-/Schlachtkühe (ø 16,9 ± 15,0 pg/g Fett). −                 Muskulatur- und Leberproben von früh abgesetzten Tieren, die danach für sechs Monate mit unbelastetem Futter ausgemästet wurden, wiesen ausnahmslos tolerable Dioxingehalte auf. In der Muskulatur wurden Gehalte von 0,38 bis maximal 1,06 pg/g Fett, und in der Leber von 2,70 bis 5,94 pg/g Fett gemessen. −                 Spät abgesetzte Tiere mit anschließender Mast auf der Basis unbelasteter Futtermittel hatten in der Muskulatur Dioxingehalte von ø 1,66 ± 1,37 pg/g Fett, jedoch in der Leber von ø 9,61 ± 12,1 pg/g Fett. Versuch „Deichschafe“ −                 Die Dioxingehalte in Aufwuchsproben der Deichabschnitte blieben alle unter dem gesetzlich festgelegten Höchstwert von 0,75 ng/kg. Die Panseninhalte der Schafe, die bis zum Zeitpunkt der Schlachtung auf dem Deich weideten, wiesen ebenfalls keine erhöhten Dioxingehalte auf, waren allerdings mit Gehalten von 0,55 und 0,60 ng/kg durchaus höher belastet als die Aufwuchsproben (0,38 und 0,43 ng/kg). −                 Wenn Schafe ausschließlich die Deichflächen beweideten, wurde der Grenzwert für den Dioxingehalt in der Muskulatur von Tieren aller Altersklassen eingehalten. Im Lebergewebe wurden stets den gesetzlich festgelegten Höchstwert über­schreitende Dioxingehalte festgestellt (von 18,5 bis 50,2 pg/g Fett). −                 Mittels einer Ausmast der abgesetzten Lämmer mit unbelastetem Futter besteht die Möglichkeit zur Reduktion der Dioxinbelastung in den Lebern, so dass diese den Grenzwert unterschreiten (hier in drei von vier Fällen) und die Lebern zu vermarkten sind. Versuch „Uferschafe“ −                 Die Dioxingehalte in den Panseninhalten im Versuch „Uferschafe“ variierten innerhalb der einzelnen Gruppen sehr stark (von 0,16 bis 6,99 ng/kg). −                 Lämmer zum Zeitpunk der Geburt wiesen Dioxingehalte über den Grenzwerten auf (Muskulatur: 3,30 pg/g Fett; Leber: 83,6 pg/g Fett), die höchsten Überschreitungen waren hier allerdings am Ende der Säugeperiode festzustellen (Muskulatur: 11,2 pg/g Fett, Leber: 461 pg/g Fett). −                 Die Beprobung der Gewebe der Mutter- und nicht belegten weiblichen Schafe ergab in allen Fällen Dioxingehalte über dem Grenzwert für die Leber (bis zu 249 pg/g Fett). Nur in drei von sechs Proben wurde der Grenzwert für die Muskulatur eingehalten. −                 Auch in den Tieren, die im Anschluss an die Säugeperiode mit unbelastetem Futter ausgemästet wurden, konnten die Grenzwerte für Dioxine in der Leber nicht eingehalten werden (bis zu 196 pg/g Fett). In der Muskulatur kam es in einer von drei Proben zu einer Grenzwertüberschreitung (4,60 pg/g Fett). Die vorliegenden Untersuchungsergebnisse belegen eindeutig die Möglichkeit einer Reduktion der Dioxinbelastung in Lebensmitteln von Rindern und Schafen durch gezielte Veränderungen in den Produktionsbedingungen bei der Nutzung exponierter Flächen. Alle früh abgesetzten Rinder, die im Anschluss für sechs Monate mit unbelastetem Futter ausgemästet wurden, unterschritten sowohl in der Muskulatur als auch in der Leber die gesetzlichen Höchstwerte. Ein möglichst frühes Absetzen (mit ca. acht Wochen) mit Ausmast an einem unbelasteten Standort ist somit wirksam. Die spät abgesetzten Tiere (ca. 6 Monate) wiesen allerdings z. T. auch noch nach achtmonatiger Ausmast Dioxingehalte oberhalb der Grenzwerte auf (in der Muskulatur in zwei und in der Leber in drei von jeweils sieben Proben). Insbesondere die Lebern waren dann noch teils erheblich belastet (bis 11,6 pg/g Fett). Hierzu bedarf es weiterführender Versuche. In der Muskulatur der Deichschafe wurden in keinem einzigen Fall erhöhte Dioxingehalte gemessen; in den Lebern der Schlachtlämmer, die mit acht Wochen abgesetzt und gemästet wurden, konnten hingegen erst nach einer 14wöchigen Ausmast mit unbelastetem Futter (durchschnittliche Körpermassenzunahme um den Faktor 2,2) tolerable Dioxingehalte erreicht werden. Diese Maßnahmen erwiesen sich allerdings auch nur in drei von vier Fällen als ausreichend. Die höchsten Dioxingehalte überhaupt wurden in Gewebeproben der Schafe gemessen, die das uferangrenzende Grünland mit Zugang zu den Bracks und zur Elbe beweideten. Die Ausgangsbelastung dieser Lämmer zum Zeitpunkt des Absetzens (mit ca. acht Wochen) war derart hoch, dass eine Reduktion der Dioxingehalte unter den max. zulässigen Wert auch durch eine Ausmast mit unbelastetem Futter über 14 Wochen (Körpermassenzunahme um den Faktor 2,2) nicht erreicht wurde. Werden Schafe kontinuierlich zur Nutzung der gesamten ufernahen Vegetation herangezogen, um hier einer Verbuschung/Verbrachung mit entsprechenden Konsequenzen in Hochwasserphasen zu vermeiden, so ist dies mit erheblichen Risiken für die Lebensmittelsicherheit verbunden.

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Gude, Katrin: Untersuchungen zur Minimierung von Risiken für die Lebensmittelsicherheit bei Nutzung dioxinbelasteter Grünlandflächen für die Rind- und Schaffleischproduktion. Hannover 2008. Tierärztliche Hochschule.

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