Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Untersuchungen zu Effekten der Vermahlungsintensität (fein/grob) sowie von Futteradditiven (Ameisen- und Propionsäure/Kaliumdiformiat) im pelletierten Alleinfutter unter den Bedingungen einer experimentellen Infektion von Absetzferkeln mit Salmonella Derby und Escherichia coli

Hassan, Yasmin

Aim of these investigations was to examine to what extent the structure of feed (finely versus coarsely ground cereals) and the addition of organic acids (formic and propionic acid) and potassium diformate affect the development of an experimental infection with E. coli. For this purpose 2 trials with 20 pigs in each were performed. The pigs aged approximately 4 weeks were allotted into 4 groups. Animals of the control group were fed with a finely ground diet (2 mm screen in hammer mill) without any special additions. Group “fine + KDF” received a diet with 1.2 % potassium diformate. The diet of group “fine + free acids” contained 0.9 % of an acid mix (75 % formic acid and 25 % propionic acid). These two experimental diets were as finely ground as the control diet, whereas cereals of the diet group “coarse without addition” were coarsely ground (6 mm screen in hammer mill). The fraction of  particles ≥2 mm in the finely ground diet was 0.50 % and in the coarsely ground diet 8.58 %, the fraction of particles ≤0.2 mm in the finely ground diet averaged 45.8 % and in the coarsely ground diet 41.5 %. The small differences concerning the fraction of particles ≤0,2 mm between the diets with finely and coarsely ground cereals occurred in consequence of pelleting (further milling process). The average nutrient contents (g/kg dry matter) are listed below: crude protein: 186, crude fat: 34, crude fibre: 42, starch: 406. All diets were exclusively offered as pellets. Feed and drinking water were always available ad libitum. Initially the animals were experimentally infected with Salmonella Derby (liquid medium: 2.7 × 107 or 8.2 × 108 cfu/ml; the results of this infection are published in the doctoral thesis of NEU 2007). Afterwards, at the age of approximately eleven weeks, the animals were medicated with antibiotics for three days. In the following a first experimental oral infection with E. coli (20 ml of a liquid medium: 1.5 × 1011 or 1.9 × 109 cfu/ml) was performed. During the next six days the clinical symptoms were investigated and the excretion of E. coli was determined by rectal swabs. Four days after the primary infection with E. coli four piglets – one of each group – were dissected and the necessary samples were taken. From the sixth day after the primary infection the remaining animals were reinfected with the same pathogen (E. coli) –one animal of each group daily – and dissectioned. For this reinfection the pigs got 10 ml of a liquid medium (7.8 × 108 and 1.5 × 1011 CFU/ml) combined with their usual diet 4 or 5 hours before dissection. After this infection the pigs were fed ad libitum until one hour before the piglets were sacrificed.  The following parameters were determined in the chyme of different sections of the gastrointestinal tract: pH value, contents of dry matter, l-lactate, formic acid, volatile fatty acids and counts of E. coli. Additionally the influence of the different diets on the performance (body weight gain, feed conversion rate) was evaluated. The results observed in this study can be summarised as follows: 1. Results concerning grinding intensity: - The coarse structure of feed showed no negative influence on the performance of the animals. It even tended to have better results (feed conversion rate: control group: 1.85 / coarsely ground without addition: 1.78 kg/kg gain). - Coarse structure of feed resulted in significantly decreased pH values in the caecal content (control group: 6.20 / coarsely ground without addition: 5.86). Furthermore the coarse structure tends to result in increased values of l-lactate in the chyme of stomach, small intestine and caecum and decreased values of formic acid in the chyme of stomach.  In the caecal contents significantly increased values of n-butyric acid (control group: 9.56 / coarsely ground without addition: 17.5 mmol/kg chmye) and n-valeric acid (control group: 2.12 / coarsely ground without addition: 4.18 mmol/kg chyme) were measured. - Different grinding intensities of cereals had no influence on counts of E. coli in chyme. - Coarse structure of feed did not affect clinical symptoms and excretion period of E. coli. 2. Results concerning the addition of free acids or potassium diformate: - Diets with additives tend to result in a better feed conversion rate (free acids > KDF: control group: 1.85 / finely ground + KDF: 1.79 / finely ground + free acids: 1.76 kg/kg gain). - The additives reduced pH values in chyme of stomach (control group: 5.02 / finely ground + KDF: 4.41 / finely ground + free acids: 3.75) as well as l-lactate concentrations in chyme of stomach (control group: 2.94 / finely ground + KDF: 0.86 / finely ground + free acids: 1.24 mmol/kg chyme) and small intestine (control group: 23,2 / finely ground + KDF: 16,6 / finely ground + free acids: 14.7 mmol/kg chyme). Formic acid contents in chyme of stomach turned out to be significantly higher than in the control group as it was expected (control group: 158 / finely ground + KDF: 1054 / finely ground + free acids: 681 mg/l chyme). - Both additives tend to result in reduced counts of E. coli (KDF > free acids) – in chyme of stomach even significantly (control group: 7.68 / finely ground + KDF: 4.91 / finely ground + free acids: 5.23 cfu log/g chyme). - The additives did not influence clinical symptoms and excretion period of E.  coli. Conclusions: The addition of free acids (formic and propionic acid) or potassium diformate increased the efficiency of the stomach barrier and improves the protection from pathogens. Because of their absorption in the small intestine their effect was less obvious in more distal parts of the digestive tract. The coarse structure of feed results in a positive effect on the micro flora in the hindgut (l-lactate ↑, volatile fatty acids ↑) and its stabilization in the caudal part of the gastrointestinal tract. Due to the pelleting process coarseness of feed was reduced (unintended further milling process) and the effects of different grinding intensities were more difficult to recognize. Using an even coarser structure of feed would probably cause still stronger effects. A combination of coarser feed structure (i. e. higher proportions of particles with larger diameter) and addition of free acids or potassium diformate could be an additional step to mitigate problems caused by E. coli.

Ziel dieser Untersuchung war es zu prüfen, inwieweit die Futterstruktur (fein versus grob vermahlenes Getreide im Mischfutter) und der Zusatz von organischen Säuren oder Kaliumdiformiat das Infektionsgeschehen nach einer experimentellen Salmonella Derby- bzw. E. coli-Infektion beeinflussen. Dazu wurden in zwei Durchgängen je 20 Absetzferkel im Alter von ca. 4 Wochen, aufgeteilt in vier Gruppen, aufgestallt. Die Kontrollgruppe bekam Futter herkömmlicher Art (Weizen/Gerste/Soja) und üblicher Vermahlung (2 mm Sieb in der Hammermühle) ohne besondere Zusätze. Das Mischfutter der Versuchsgruppe „fein + KDF“ enthielt einen Zusatz von 1,2 % Kaliumdiformiat, das Futter der Gruppe „fein + freie Säuren“ 0,9 % eines Säurengemischs aus 75 % Ameisensäure und 25 % Propionsäure. Die Mischfutter dieser beiden Versuchsgruppen wiesen den gleichen Vermahlungsgrad wie das Kontrollfutter auf. Im Futter der Gruppe „grob ohne Zusätze“ war der Getreideanteil nur grob vermahlen worden (6 mm Sieb in der Hammermühle). Der Anteil mit einer Partikelgröße ≥2 mm betrug im feinen Futter 0,50 % und im groben Futter 8,58 %, der Anteil von Partikeln ≤0,2 mm betrug im feinen Futter 45,8 % und im groben Futter 41,5 %. Die geringen Unterschiede zwischen den Mischfuttern mit herkömmlicher Vermahlung und dem grob vermahlenen Futter hinsichtlich der Fraktion ≤0,2 mm sind der Pelletierung zuzuschreiben (Nachzerkleinerung). Die durchschnittlichen Nährstoffgehalte des Futters (g/kg TS) sind nachfolgend aufgeführt: Rohprotein 186, Rohfett 34, Rohfaser 42, Stärke 406. Alle vier Mischfutter wurden ausschließlich in pelletierter Form eingesetzt. Den Tieren standen das jeweilige Futter sowie Tränkwasser stets ad libitum zur Verfügung. Nachdem die Tiere einmalig experimentell mit Salmonella Derby (Keimgehalt der Infektionsbouillon: 2,7 × 107 bzw. 8,2 × 108 KBE/ml, 10 ml/Tier) infiziert worden waren (Ergebnisse sind Bestandteil der Dissertation NEU 2007), wurden die Schweine anschließend, d. h. im Alter von ca. elf Wochen, nach 3-tägiger antibiotischer Behandlung experimentell mit E. coli infiziert (20 ml einer Infektionsbouillon mit 1,5 × 1011 im ersten Durchgang und 1,9 × 109 KBE/ml im zweiten Durchgang). In den folgenden sechs Tagen wurde die klinische Symptomatik dokumentiert sowie mittels Rektaltupfern die Ausscheidung bestimmt. Vier Tage nach der Erstinfektion wurde jeweils ein Tier jeder Gruppe seziert und die benötigten Proben entnommen. Die verbliebenen Tiere wurden einer zweiten Infektion mit dem gleichen Keim (E. coli) unterzogen. Ab dem sechsten Tag post infectionem wurde täglich wiederum je ein Tier pro Gruppe seziert. Hierzu wurden den Tieren jeweils vier bzw. fünf Stunden vor der Sektion 10 ml einer Infektionsbouillon mit einem Keimgehalt zwischen 7,8 × 108 und 7,1 × 1010 KBE/ml mit dem Futter verabreicht. Nach Aufnahme der Bouillon stand den Tieren bis eine Stunde vor der Sektion Futter ad libitum zur Verfügung. Im Chymus verschiedener Abschnitte des Magen-Darm-Traktes wurden folgende Parameter bestimmt: pH-Wert, Gehalte an TS, Laktat, Formiat und flüchtigen Fettsäuren sowie die E. coli-Keimzahlen. Schließlich wurde auch der Einfluss des Futters auf die Leistung der Tiere beurteilt (Körpermassen-Entwicklung, Futteraufwand). Die wesentlichen Ergebnisse sind wie folgt zusammenzufassen: 1. Effekte der unterschiedlichen Vermahlung: - Die gröbere Futter-Struktur hatte keinen negativen Einfluss auf die Leistung der Tiere, sondern bewirkte sogar tendenziell bessere Ergebnisse als in der Kontrollgruppe (Futteraufwand: Kontrollgruppe: 1,85 / grob ohne Zusätze: 1,78 kg/kg Zuwachs). - Die gröbere Struktur hatte signifikant niedrigere pH-Werte im Caecumchymus (Kontrollgruppe: 6,20 / grob ohne Zusätze: 5,86) zur Folge. Außerdem bewirkte die gröbere Vermahlung tendenziell höhere Laktatwerte in Magen-, Dünndarm- und Caecumchmyus, andererseits tendenziell niedrigere Formiatwerte im Magenchymus . Zusätzlich hatte die gröbere Struktur im Caecumchymus signifikant höhere Gehalte an n-Butter- (Kontrollgruppe: 9,56 / grob ohne Zusätze: 17,46 mmol/kg uS) und n-Valeriansäure (Kontrollgruppe: 2,12 / grob ohne Zusätze: 4,18 mmol/kg uS) zur Folge. - Auf die Frequenz und Intensität klinischer Symptome und die Ausscheidungsdauer von E. coli hatte die gröbere Futterstruktur keinen Einfluss. - Die Keimzahlen von E. coli im Chymus blieben vom Vermahlungsgrad unbeeinflusst. 2. Effekte der verschiedenen Futteraddititve: - Beide Versuchsgruppen mit Futterzusätzen zeigten tendenziell günstigere Leistungen, der Zusatz der freien Säure deutlicher als der von Kaliumdiformiat (Futteraufwand: Kontrollgruppe: 1,85 / fein + KDF: 1,79 / fein + freie Säuren: 1,76 kg/kg Zuwachs). - Die Zusätze reduzierten den pH-Wert im Magenchymus (Kontrollgruppe: 5,02 / fein + KDF: 4,41 / fein + freie Säuren: 3,75) sowie die Laktatgehalte in Magen- (Kontrollgruppe: 2,94 / fein + KDF: 0,86 / fein + freie Säuren: 1,24 mmol/kg uS) und Dünndarmchymus (Kontrollgruppe: 23,2 / fein + KDF: 16,6 / fein + freie Säuren: 14,7 mmol/kg uS); die Formiatgehalte im Magenchymus zeigten wie erwartet signifikant höhere Werte als die Kontrollgruppe (Kontrollgruppe: 158; fein + KDF: 1054, fein + freie Säuren: 681 mg/l uS). - Auf die Frequenz und Intensität klinischer Symptome und die Ausscheidungsdauer von E. coli hatten die Zusätze keinen Einfluss. - Die beiden Futterzusätze reduzierten (KDF > freie Säuren) im Magenchymus signifikant – an anderen Lokalisationen nur tendenziell – die Keimzahlen von E. coli (Kontrollgruppe: 7,68 / fein + KDF: 4,91 / fein + freie Säuren: 5,23 KBE log/g uS), nach vorangegangener experimenteller E. coli-Infektion. Schlussfolgerungen: Der Zusatz von freien Säuren oder Kaliumdiformiat steigerte die Effizienz der Magenbarriere gegenüber oral aufgenommenen E. coli-Keimen. Bedingt durch die Absorption der Säure im Dünndarm verlieren die Additive im weiteren Verdauungstrakt jedoch an Wirkung. Die gröbere Struktur des Futters führte zu veränderten Milieubedingungen (Laktatbildner ↑, flüchtige Fettsäuren ↑), die eine positive Wirkung auf die darmeigene Flora erkennen lassen. Da durch den Pelletierungsvorgang offensichtlich die „Grobheit“ der Struktur vermindert wurde (Nachzerkleinerung), waren die Effekte der Partikelgrößen im Futter weniger deutlich. Es ist zu erwarten, dass mit noch gröberer Futterstruktur deutlichere Auswirkungen zu beobachten gewesen wären. Eine Kombination aus gröberer Futterstruktur und dem Zusatz von freien Säuren oder Kaliumdiformiat dürfte eine ergänzende Maßnahme zur Entschärfung E. coli-bedingter Probleme darstellen.

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Hassan, Yasmin: Untersuchungen zu Effekten der Vermahlungsintensität (fein/grob) sowie von Futteradditiven (Ameisen- und Propionsäure/Kaliumdiformiat) im pelletierten Alleinfutter unter den Bedingungen einer experimentellen Infektion von Absetzferkeln mit Salmonella Derby und Escherichia coli. Hannover 2008. Tierärztliche Hochschule.

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