Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

In-vitro-Studien zum Einfluss von Topinamburmehl und Saccharomyces boulardii auf den mikrobiellen Vormagenstoffwechsel

Öztürk, Hakan

In vitro investigations using the RUSITEC system were carried out to study the effects of either topinambur powder or Saccharomyces boulardii (S.b.) on rumen microbial metabolism. A mixture of 5 g hay (with a particle length of approx. 1 cm) and 4 g pelleted concentrate diet for sheep served as substrate for the in vitro fermentation. The aim of the topinambur experiments was to establish its influence on the parameters of the rumen microbial metabolism and if it stimulates the microbial flora of the rumen, as it has been shown in the colon of monogastric animals. For this purpose two experiments with six fermentation vessels each were carried out. Each experiment took 19 days (8 days equilibration, 5 days control phase, 6 days trial phase). In the experiment 1, one fermentation vessel without supplement served as control. Topinambur powder in dosages of 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1.0 g/d was added to the other five fermentation vessels, respectively. In experiment 2 three fermentation vessels each were supplemented with 1.0 g or 2,0 g topinmabur powder per day. Neither in experiment 1 nor in experiment 2 topinambur powder had an effect on the measured parameters (pH, redox potential, SCFA production, molar proportions of SCFA, NH3-N concentration and digestibility of organic substance). These results suggest a restricted availability of topinambur powder for microbial fermentation. In vitro investigations with S.b. were carried out to clarify, whether S.b. has any effect on parameters of rumen microbial metabolism at different levels and whether this Saccharomyces strain is suitable as a pre- or probiotic for ruminants. In order to attribute positive effects to viability of S.b. or to their substrate content, living and autoclaved yeasts were used in parallel. For this purpose four experiments in the RUSITEC system with nine fermentation vessels each were carried out. Each experiment consisted of 16 days (8 days equilibration, 8 days trial phase). In the trial phase of experiment 1 the nine vessels were divided into three groups. The first group served as control, 500 mg and 1500 mg of living yeasts were added to the second and third group daily, respectively. This experimental setup was repeated in experiment 3. Experiment 2 and 4 were performed under the same conditions as experiment 1 and 3. However, autoclaved yeasts instead of living yeasts were used. The results from the trial days 9, 13 and 16 were statistically evaluated  by three-way analysis of variance (ANOVA) using the GLM procedure of SAS. Effects included in the model were dose, living/autoclaved, time and time x living/autoclaved interaction. The results from the experiments 1 and 3 (living yeasts) as well as 2 and 4 (autoclaved yeasts) were evaluated together. When the main effects were significant, differences between the means were tested by use of the t-test. In response to autoclaved yeasts pH was significantly decreased dose independently at the first day after start of supplementation. On the following trial days, no significant differences could be determined for both, yeast treatments and dosages. Both living and autoclaved yeasts led to more negative redox potentials. However, no relative differences between living and autoclaved yeasts were recorded. Total SCFA production was increased dose dependently by both yeast treatments. No significant differences were recorded between living and autoclaved yeasts. From total SCFA only acetate and iso-valerate production were slightly or significantly higher in living yeasts, while butyrate production was significantly higher in autoclaved yeasts. The NH3-N concentrations were increased by both yeast treatments dose dependently. The concentration in 1500 mg of autoclaved yeasts was significantly higher than in 1500 mg of living yeasts on the first day only. At the following trial days, no relative difference between living and autoclaved yeasts was determined. The microbial protein synthesis was increased by both yeast treatments dose dependently. However, there was no relative difference between living and autoclaved yeasts. The digestibility of the organic substance was not affected by the different S.b. addition. The present results from the in vitro investigation with S.b. demonstrate that ruminal microbes digested the supplied yeasts as additional substrate. S.b. therefore does not serve as a probiotic but a prebiotic agent for ruminants above all. The living yeasts from S.b. do not specifically stimulate the ruminal microorganisms, as described for certain probiotic strains of Saccharomyces spp. in the literature.

Mit Hilfe des RUSITEC-Systems wurden In-vitro-Untersuchungen zum Einfluss von Topinamburmehl und Saccharomyces boulardii (S.b.) auf den mikrobiellen Pansenstoffwechsel durchgeführt. Als Substrat für die In-vitro-Versuche diente ein Futtergemisch aus 5 g Heu (mit einer Halmlänge von ca. 1 cm) und 4 g Kraftfutter für Schafe. Ziel der Versuche mit Topinamburmehl war es festzustellen, welchen Einfluss Topinamburmehl auf Parameter des mikrobiellen Pansenstoffwechsels ausübt und ob es zu einer Stimulation der Mikrobenflora des Pansens kommt, wie dies im Dickdarm bei Monogastriern nachgewiesen wurde. Dazu wurden zwei Versuchsreihen mit je sechs Fermentern durchgeführt. Jede Versuchsreihe dauerte 19 Tage (8 Tage Äquilibrierung, 5 Tage Kontrollphase, 6 Tage Versuchsphase). In Versuchsreihe 1 diente ein Fermenter ohne Zugabe als Kontrolle. Den anderen fünf Fermentern wurde Topinamburmehl in einer Dosierung von 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 bzw. 1,0 g/d zugesetzt. In Versuchsreihe 2 bekamen drei Fermenter 1,0 g und die restlichen drei Fermenter 2,0 g Topinamburmehl pro Tag. Topinamburmehl hatte weder in Versuchsreihe 1 noch in Versuchsreihe 2 einen Effekt auf die gemessenen Parameter (pH-Wert, Redoxpotential, SCFA-Produktion, molare Anteile einzelner Fettsäuren, NH3-N-Konzentration und Verdaulichkeit der organischen Substanz). Die vorliegenden Ergebnisse der Untersuchungen mit Topinamburmehl weisen auf eine eingeschränkte Verfügbarkeit dieser Substanz für mikrobielle Fermentationsprozesse hin. Die In-vitro-Untersuchungen mit S.b. dienten der Klärung der Fragestellung, ob S.b. in verschiedenen Dosierungen einen Einfluss auf Parameter des mikrobiellen Pansenstoffwechsels ausübt und ob sich dieser Saccharomyces-Stamm damit als Prä- oder Probiotikum für Wiederkäuer eignet. Um positive Effekte auf aktive Leistungen von S.b. oder auf ihren exzellenten Nährstoffgehalt zurückführen zu können, wurden lebende und autoklavierte Hefen vergleichend eingesetzt. Zu diesem Zweck wurden vier Versuchsreihen im RUSITEC-System mit je 9 Fermentern durchgeführt. Jede Versuchsreihe dauerte 16 Tage (8 Tage Äquilibrierung, 8 Tage Versuchsphase). In der Versuchsphase der Versuchsreihe 1 wurden die 9 Fermenter in drei Gruppen eingeteilt. Die erste Gruppe diente als Kontrolle, in der zweiten Gruppe erfolgte eine tägliche Zugabe von 500 mg lebender Hefe und in der dritten Gruppe wurden täglich 1500 mg der lebenden Hefe zugegeben. Dieser Versuchsansatz wurde in der Versuchsreihe 3 wiederholt. Die Versuchsreihen 2 und 4 fanden unter gleichen Bedingungen wie die Versuchsreihen 1 und 3 statt. Es wurde aber anstelle der lebenden Hefe autoklavierte Hefe zugesetzt. Die Ergebnisse aus den Versuchstagen 9, 13 und 16 wurden mittels 3-faktorieller Varianzanalyse (ANOVA) mittels der GLM-Prozedur von SAS getestet.  Hierbei wurden die Ergebnisse aus den Versuchsreihen 1 und 3 (lebende Hefen) sowie 2 und 4 (autoklavierte Hefen) mit Messwiederholungen im Faktor Zeit und unabhängigen Stichproben in den Faktoren lebend/autoklaviert und Dosis gemeinsam ausgewertet. Bei signifikanten Ergebnissen wurden die Mittelwerte anschließend mit einem t-Test verglichen. Nur am ersten Versuchstag nach der Zugabe war der pH-Wert bei autoklavierten Hefen dosisunabhängig erniedrigt. An den folgenden Versuchstagen wurde kein signifikanter Unterschied bei beiden Hefebehandlungen und Dosierungen festgestellt. Sowohl lebende als auch autoklavierte Hefen führten zu einem negativeren Redoxpotential. Jedoch war kein relativer Unterschied zwischen lebenden und autoklavierten Hefen festzustellen. Die Gesamt-SCFA-Produktion stieg dosisabhängig bei beiden Hefebehandlungen an. Es gab keinen signifikanten Unterschied zwischen lebenden und autoklavierten Hefen. Von den einzelnen Fettsäuren waren die Acetat- und Iso-Valerat-Produktion bei lebenden Hefen tendenziell oder signifikant höher als bei autoklavierten Hefen, während die Butyrat-Produktion bei autoklavierten Hefen signifikant höher als bei lebenden Hefen war. Die NH3-N-Konzentration stieg bei beiden Hefebehandlungen dosisabhängig an. Die Konzentration war am ersten Tag nur bei 1500 mg autoklavierten Hefen signifikant höher als bei 1500 mg lebenden Hefen. An den folgenden Versuchstagen wurde kein relativer Unterschied zwischen lebenden und autoklavierten Hefen festgestellt. Die mikrobielle Proteinsynthese war bei beiden Hefebehandlungen dosisabhängig angestiegen. Jedoch gab es keinen relativen Unterschied zwischen lebenden und autoklavierten Hefen. Die Verdaulichkeit der organischen Substanz wurde durch die verschiedenen S.b.-Zugaben nicht beeinflusst. Die vorliegenden Ergebnisse der In-vitro-Untersuchungen mit S.b. weisen darauf hin, dass die Pansenflora das zugeführte Hefepräparat als zusätzliches Substrat umgesetzt hat und dass S.b. damit bei Wiederkäuern vorrangig nicht probiotisch sondern präbiotisch wirkt. Es kam zu keiner speziellen stimulierenden Wirkung von lebenden S.b. auf die Pansenflora, wie sie in der Literatur für gewisse Saccharomyces-Stämme postuliert wird.

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Öztürk, Hakan: In-vitro-Studien zum Einfluss von Topinamburmehl und Saccharomyces boulardii auf den mikrobiellen Vormagenstoffwechsel. Hannover 2003. Tierärztliche Hochschule.

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