Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Untersuchungen über die Wirkungen von Zeolithzulagen auf die Pansenfermentation des Rindes in vitro

Kallmeyer, Svenja

Die bedarfsgerechte Fütterung heutiger Milchkühe muss eine stabile Pansenfermentation erzeugen, denn nur so können die Kühe die gewünschten Leistungen erbringen. Um dies sicherzustellen, werden verschiedene Futtermittel-zusatzstoffe eingesetzt, die Unausgewogenheiten oder Mängel der Ration aus-gleichen. Studien zeigen, dass Zeolithe, zum Beispiel Klinoptilolithe, die infolge ihres Aufbaus (negativ geladene Kristallgitter mit für jeden Gittertyp spezifischen Kanälen und Hohlräumen) selektiv Kationen aus dem umgebenden Milieu aufnehmen und vorhandene Kanalkationen durch diese ersetzen können, den Pansenstoffwechsel von Rindern beeinflussen. Aus diesem Grund wurde in der vorliegenden Arbeit die Wirkung von Klinofeed®, einem Klinoptilolith sedimentären Ursprungs, auf die Fermentation im flüssigen Panseninhalt des Rindes, als erstem möglichem Wirkungsort, unter In-vitro-Bedingungen untersucht. Mit dem verwendeten Kurzzeitsystem nach CZERKAWSKI und BRECKENRIDGE (1969), einem künstlichen Pansen vom geschlossenen Blocktyp, konnten die Fermentationsvorgänge in der flüssigen Phase des Panseninhalts während sechsstündiger Inkubation beurteilt werden. Dazu wurden folgende Parameter an drei Probennahmezeitpunkten (0 h, 3 h, 6 h Inkubationsdauer) erfasst: Redoxpotential, pH-Wert, Glucosekonzentration, Konzentrationen der flüchtigen Fettsäuren (Essig-, Propion-, n-Butter-, n-Valerian-, Hexan-, i-Butter- und i-Valeriansäure sowie deren Summe), Gasproduktion, Methankonzentration, Ammoniakkonzentration, bakterieller Proteingehalt, Konzentrationen der Nukleobasen (Cytosin, Uracil, Thymin, Guanin, Adenin sowie deren Summe), Protozoenmotilität und Anzahl der Protozoen in Summe sowie differenziert nach Größe. Aus den Messwerten wurde die Größe der Veränderung bzw. die Produktion oder der Verbrauch der Parameter während der Inkubationsintervalle 0–3 h, 3–6 h und 0–6 h errechnet. Zwei Versuche mit unterschiedlicher Klinofeed®-Dosis wurden durchgeführt. Im ersten Versuch wurde an 45 Versuchstagen die der Fütterungsempfehlung entsprechende Menge von 0,34 g Klinofeed® pro Fermenter zugelegt. Im zweiten Versuch (elf Versuchstage) wurde die Dosis auf 0,68 g verdoppelt. Durch die Zulage von Klinofeed® wurde das Fermentationsmuster in beiden Versuchen moderat verändert und das Milieu stabilisiert (pH-Wert in den Kontrollfermentern niedriger als in den mit Klinofeed® versetzten Zulagefermentern). Die als Substrat eingesetzte Glucose wurde sowohl in den Kontroll- als auch in den Zulagefermentern bereits innerhalb der ersten drei Inkubationsstunden beinahe vollständig verstoffwechselt, ohne dass in den Zulagefermentern eine Vermehrung der Bakterienmasse (bakterielle Protein- bzw. Nukleobasenproduktionen) gegenüber den Kontrollen belegt werden konnte. Deshalb ist anzunehmen, dass die Steigerungen der Produktion flüchtiger Fettsäuren (Versuch 1: +7,8 % n-Buttersäure; Versuch 2: +19,3 % Essig-, +8,6 % Propion- und +9,9 % n-Buttersäure, in Summe aller flüchtigen Fettsäuren +8,8 %; jeweils über die Gesamtinkubation und in Relation zur Kontrolle) und der Methanproduktion [Versuch 1 (0–6 h): +14,4 %; Versuch 2 (0–3 h): +12,5 %] durch relative Verschiebungen innerhalb des Pansenmikrobioms und/oder der benutzten Stoffwechselwege hervorgerufen wurden. Mit den Methoden, die für die eigenen Versuche zur Verfügung standen, war es nicht möglich, den Erklärungsansatz einer Mikrobiomveränderung weiter zu erhärten. Auch die Klärung des eigentlichen Wirkmechanismus von Klinofeed® im Pansen sollte Gegenstand zukünftiger Untersuchungen sein.

Feeding today’s dairy cows has to provide for a stable fermentation in the rumen to allow for the desired productivity. Different feed supplements are used to compensate for imbalances or deficiencies of the ration. Studies demonstrate an impact of zeolite supplementation on rumen metabolism. Zeolites – clinoptilolites, for example – are negatively charged tectosilicates with pores and channels specific of each framework type. As a consequence, they can selectively bind cations from the surrounding medium and ion-exchange existing channel cations for them. Therefore, the objective of this study was to examine the effect of Klinofeed®, a clinoptilolite of sedimentary origin, on the fermentation in the fluid phase of the rumen which appears to be the first possible point of action. An artificial rumen (all-glass, bulk incubation type, closed system) corresponding to the one used by CZERKAWSKI and BRECKENRIDGE (1969) was used. Fermentation processes in the rumen liquid were analyzed during six hours of incubation. The following parameters were measured at three different sampling times (0 h, 3 h, 6 h of incubation): redox potential, pH value, concentrations of glucose and volatile fatty acids (acetic, propionic, n-butyric, n-valeric, hexanoic, i-butyric, i-valeric acid and their sum), production of fermentation gases, concentrations of methane, ammonia, microbial protein and nucleobases (cytosine, uracil, thymine, guanine, adenine and their sum), protozoal motility, numbers of protozoa (in total and differentiated according to their size). For the incubation intervals 0–3 h, 3–6 h and 0–6 h the magnitude of the changes, the production or the consumption of the parameters were calculated. Two distinct trials with different zeolite dosages were conducted. The first trial consisted of 45 days when 0,34 g Klinofeed® were applied in accordance with the producer’s recommended daily amount per animal. In the course of the second trial (eleven days) the double dose of the clinoptilolite (0,68 g) was added. The supplementation of Klinofeed® moderately changed the fermentation pattern and stabilized the environment (pH value lower in the control fermenters) in both trials. The glucose added as substrate for the microorganisms was almost completely metabolized during the first three hours of incubation under control conditions as well as in the zeolite fermenters without any evidence of an increase in the bacterial matter in the zeolite fermenters (as indicated by the lacking increased production of microbial protein or nucleobases). Hence, it is justified to assume that the increased production of volatile fatty acids (trial 1: +7,8 % n-butyric acid; trial 2: +19,3 % acetic, +8,6 % propionic and +9,9 % n-butyric acid, sum of all measured volatile fatty acids +8,8 %; in each case for the complete incubation and relative to control) and methane [trial 1 (0–6 h): +14,4 %; trial 2 (0–3 h): +12,5 %] was the result of relative shifts in the rumen microbiome and/or of the metabolic pathways that took place. No further methods were available to substantiate the assumption of a microbiome shift. Neither was the mechanism by which Klinofeed® could influence the microbiome revealed. This gap in knowledge should be closed in future studies.

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Kallmeyer, Svenja: Untersuchungen über die Wirkungen von Zeolithzulagen auf die Pansenfermentation des Rindes in vitro. Hannover 2018. Tierärztliche Hochschule Hannover.

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