Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Untersuchungen (Feldstudie) zur Salmonellen-Prävalenz bei Mastschweinen unter dem Einfluss einer gröberen Futtervermahlung sowie von Futteradditiven (organische Säuren bzw. Kaliumdiformiat)

Visscher, Christian Frank

Salmonella as a zoonotic agent deserves a closer attention in terms of food safety aspects. There is a cumulative awareness that it is only feasible to reduce the prevalence of Salmonella in pork by an involvement and cooperation of all stages of the pork production chain (from stable to table concept). The purpose of this study was to examine the influences of dietetic measures on pre-harvest food safety. In further experimental studies there was clear evidence that the use of coarsely ground diets in combination with potassium diformate were able to reduce the predisposition of piglets to Salmonella infections. These experiments on dietetic provisions were continued with this field study which focussed on specific feeding concepts at farm level. Matters of particular interest were the effects of a modified feed structure, the use of acids (organic acids and potassium diformate respectively) and a combination of both dietetic measures on Salmonella prevalence of fattening pigs on farm level and at slaughter. In addition to that it was of particular interest in which samples taken from slaughtered pigs Salmonella prevalence was highest. A final issue was to see how far there was a correlation between Salmonella isolates detected on farm levels to those found in samples from slaughtered pigs. Salmonella status of a total of 16 control- and experimental groups with nearly 200 pigs each was tested by cultural technique several times from the beginning of the fattening period until just before slaughter (standard methods with pre-enrichment and selective-enrichment steps; approximately 150 rectal swaps and 50 pooled faeces samples per group). Feed-, water- and environmental microbiological samples were analysed to discover potential sources of Salmonella entry and distribution in herds (about 20 samples per group, cultural technique, feed samples additionally by PCR-technique). At the slaughterhouse samples of ileocaecal lymph nodes, tonsils, gall, caecal content and carcass surface of 30 pigs per group were taken and analysed by cultural technique to obtain information about the Salmonella status. Salmonella antibody status was ascertained in meat juice and serum of the same pigs (serological analysis, SALMOTYPE® Pig Screen antibody-ELISA). Sero- and lysotyping as well as identification of antimicrobial resistance patterns were accomplished by the Federal Institute for Risk Assessment, Berlin. Caecal content of control- and experimental groups was randomly tested for starch content (established methods, VDLUFA), amount of acetic-, propionic- and butyric acid (gas chromatography) and pH-value (ion sensitive electrode). Results and findings observed in this study on farm level, on the basis of investigations from slaughtered pigs and within the scope of continuative analyses can be resumed as follows: On farm level Piglets entering the fattening unit were the main source of infection, not Salmonella contaminated diets or water supply for animals. A combination of coarsely ground diets in addition with organic acids (formic- and propionic acid) and potassium diformate respectively resulted in a continuous reduction of Salmonella shedding up to the end of the fattening period. During the assignment of moderate coarsely ground meal diet (fed as liquid feed), additional effects of potassium diformate supplementation on Salmonella prevalence in the fattening period failed to demonstrate because of an all in all extremely low Salmonella prevalence in these trials (farm 4). At slaughter An increased particle size of the diets (farm 1 – 3) resulted in a significantly lower Salmonella prevalence in meat juice (cut off 40). In principle analysis of blood samples led to comparable results. The use of coarsely ground diets reduced Salmonella prevalence in tonsils of pigs from all three farms significantly and in caecal content and in ileocaecal lymph nodes in two of three cases. Likewise, Salmonella prevalence in gall and carcass surfaces tended to result in lower levels. In one trial an isolated use of potassium diformate in the starter diet ‑ identical feed structure (moderate coarsely ground meal diet, fed as liquid feed) in control- and experimental groups ‑ led to a significant reduction of Salmonella prevalence in ileocaecal lymph nodes. The addition of potassium diformate in a moderate coarsely ground meal diet resulted in significantly higher matters of propionic and butyric acid and lower pH-values in caecal content in slaughtered pigs. General aspects In consideration of all analysed samples – independent of the diet used in the fattening period ‑ Salmonella was found most frequently in the caecal content. Typing of Salmonella isolates demonstrated a clearly correlation between an increased number of identical Salmonella isolates found on farm level as well as in samples from slaughtered pigs and the total number of Salmonella isolates detected in material from slaughtered pigs. The use of coarsely ground diets ‑ in contrast to finely ground diets (farm 1 - 3) ‑ resulted in significant higher amounts of starch and significant lower pH-values in the caecal content. Likewise, concentrations of propionic- and butyric acid in caecal content were higher – in a few cases significantly ‑ by feeding coarsely ground diets (farm 1 - 3). Changes in starch content (↑), pH-value (↓) and fermentation processes (C3 + C4 ↑) by feeding coarsely ground diets give first information about effects of an increased particle size of feed on reduction of Salmonella prevalence in pigs. LAWHON et al. (2002) have demonstrated that higher amounts of propionic and butyric acids resulted in a decrease in expression of Salmonella invasion genes in mice. Our results reveal imposingly and at the same time exemplarily that specific feeding concepts are an adequate tool to improve food safety.

Salmonellen verdienen aufgrund ihres zoonotischen Potentials fortwährende Beachtung hinsichtlich einer Vermeidung des Eintrages in die Lebensmittelkette. Maßnahmen zur Reduktion der Salmonellenbelastung finden Anwendung entlang der gesamten Produktionskette Schwein von der Aufzucht und Mast der Tiere, über Transport und Schlachtung bis hin zur Weiterverarbeitung in Industrie und Handwerk. Die vorliegende Feldstudie konzentriert sich in ihrem diätetischen Ansatz auf den pre-harvest Bereich, speziell auf Fütterungsmaßnahmen, die auf dem Erzeugerbetrieb durchgeführt werden können. Die in den experimentellen Untersuchungen hier am Institut nachgewiesenen Effekte von Futterstruktur und Säurezusatz sollten auf ihre Belastbarkeit unter Feldbedingungen getestet werden. Im Fokus des Interesses standen dabei insbesondere die Effekte einer veränderten Partikelstruktur des Mischfutters, die eines Säureeinsatzes (organische Säuren bzw. Kaliumdiformiat) bzw. die einer Kombination beider diätetischer Maßnahmen auf die Salmonellenprävalenz von Mastschweinen, und zwar sowohl auf dem landwirtschaftlichen Betrieb als auch bei Schlachttieren. Des Weiteren sollte die Frage geklärt werden, an welcher Lokalisation des Schlachtkörpers ein Salmonellennachweis am häufigsten möglich ist. Schließlich war es von besonderer Bedeutung für die Bewertung der Ergebnisse der mikrobiologischen Untersuchungen, inwieweit eine Übereinstimmung zwischen den Salmonellenisolaten aus den Proben vom landwirtschaftlichen Betrieb und denen, die aus Proben von Schlachttieren stammten, bestand. Insgesamt 16 Tiergruppen mit jeweils ca. 200 Masttieren wurden von der Einstallung bis unmittelbar vor Schlachtung mehrfach mikrobiologisch (klassisches Verfahren mit Voranreicherung und anschließender Selektivanreicherung) auf ihren Salmonellenstatus untersucht (ca. 150 Rektaltupfer u. 50 Sammelkotproben je Gruppe). Ca. 20 Mischfutter-, Wasser- und Umgebungsproben je Gruppe dienten der Ermittlung etwaiger Eintragsquellen und Übertragungswege (kulturelle Verfahren, Mischfutter zusätzlich mittels PCR-Technik). Bei Schlachtung wurden von mind. 30 Tieren jeder Gruppe (von jeweils dem gleichen Tier) Lnn. ileocaecales, Tonsillen, Gallensaft, Caecuminhalt und ein Oberflächentupfer des Schlachtkörpers auf Salmonellen untersucht (klassisch-kulturelles Verfahren). Fleischsaft- und Blutproben von den gleichen Tieren dienten der Bestimmung des Antikörperstatus (SALMOTYPE® Pig Screen Antikörper-ELISA). Die Typisierung der Isolate übernahm das Bundesinstitut für Risikobewertung, Berlin (Serotypisierung, Phagentypisierung, Antibiotika-Resistenz-Bestimmung). Der Caecuminhalt von Tieren der Kontroll- und Versuchsgruppen wurde stichprobenartig auf den Stärkegehalt (etablierte Methodik, Richtlinien der VDLUFA), den Gehalt an flüchtigen Fettsäuren (gaschromatographisch) und den pH-Wert (ionensensitive Elektrode) untersucht. Die Ergebnisse und Erkenntnisse, die im Rahmen dieser Studie überhaupt und als Effekt der unterschiedlichen diätetischen Konzepte auf dem landwirtschaftlichen Betrieb, anhand der Untersuchungen von Schlachttieren und im Rahmen der weiterführenden Diagnostik erzielt werden konnten, lassen sich wie folgt zusammenfassen: Landwirtschaftlicher Betrieb Die in die Mast eingestallten Ferkel, nicht die eingesetzten Mischfutter oder das Tränkwasser, waren die Haupteintragsquelle für Salmonellen in die Bestände. Durch eine Kombination von grob vermahlenem Mischfutter und organischen Säuren (hier Ameisen- und Propionsäure) bzw. KDF konnte eine kontinuierliche Reduktion der Salmonellenausscheidung im Verlauf der Mast erzielt werden. Bei Einsatz eines gröber vermahlenen, schrotförmig angebotenen Mischfutters (Einsatz als Flüssigfutter) konnte aufgrund der absolut sehr geringen Salmonellenprävalenzen in der Mast kein Effekt eines isolierten KDF-Einsatzes im Verlauf der Mastperiode statistisch abgesichert werden. Schlachthof In allen drei Betrieben, auf denen in erster Linie die Effekte der Futterstruktur untersucht wurden, konnte (bei Einsatz eines Mischfutters grober Vermahlung) der Anteil serologisch positiver Tiere (cut off 40) in Fleischsaftproben signifikant reduziert werden. Die Untersuchung von Blutserum lieferte prinzipiell vergleichbare Ergebnisse. Bei Einsatz eines grob vermahlenen Mischfutters war die Salmonellenbelastung in den Tonsillen auf allen drei Betrieben, im Caecuminhalt und in den Lnn. ileocaecales auf zwei von drei Betrieben signifikant reduziert, die Salmonellenbelastung in Oberflächentupfern und Gallensaft nur tendenziell geringer. Der isolierte Zusatz von KDF zum Vormastfutter ‑ bei identischer Futterstruktur (gröber und schrotförmig, Flüssigfutter) in Kontroll- und Versuchsgruppen ‑ hatte in einem Mastdurchgang eine signifikant reduzierte Salmonellenprävalenz in den Lnn. ileocaecales zur Folge. Ein Einsatz von KDF führte außerdem zu signifikant niedrigeren pH-Werten und signifikant erhöhten Gehalten an Propionat und Butyrat im Blinddarminhalt von Schlachttieren. Generelle Aspekte In der Summe aller untersuchten Proben ‑ unabhängig vom eingesetzten Mischfutter in der Mastperiode ‑ war der Caecuminhalt das am häufigsten mit Salmonellen belastete Material des Schlachttieres. Der Anteil derjenigen Proben von Schlachttieren, die Isolate enthielten, die bereits zuvor auf dem landwirtschaftlichen Betrieb nachgewiesen werden konnten, nahm mit steigender Salmonellenprävalenz in Proben von Schlachttieren zu. Bei Einsatz grob vermahlener Mischfutter konnten signifikant erhöhte Stärkegehalte, signifikant niedrigere pH-Werte sowie allgemein erhöhte Gehalte an Propionat und Butyrat im Caecuminhalt der Schlachtschweine nachgewiesen werden. Die bei grober Vermahlung im Caecuminhalt von Schlachttieren beobachteten Veränderungen im Stärkegehalt (↑), pH-Wert (↓) und Fermentationsmuster (C3 + C4 ↑) liefern erste und entscheidende Ansätze zur Erklärung der Wirksamkeit einer gröberen Futterstruktur auf die Senkung der Salmonellenprävalenz in Tiergruppen. LAWHON et al. (2002) konnten an Mäusen nachweisen, dass die kurzkettigen Fettsäuren Propionat und Butyrat die Expression von Invasionsgenen der Salmonellen hemmen. Die vorliegenden Untersuchungsergebnisse belegen eindrucksvoll und zugleich modellhaft, wie sehr die Lebensmittelsicherheit durch gezielte diätetische Ansätze verbessert werden kann.

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Visscher, Christian Frank: Untersuchungen (Feldstudie) zur Salmonellen-Prävalenz bei Mastschweinen unter dem Einfluss einer gröberen Futtervermahlung sowie von Futteradditiven (organische Säuren bzw. Kaliumdiformiat). Hannover 2006. Tierärztliche Hochschule.

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