Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Auswirkungen von Pflanzenkohle als Mischfutterkomponente für Mastferkel und Endmasteber im Hinblick auf Nährstoffverdaulichkeit, Leistungsparameter und Ebergeruch

Das Bewusstsein der Gesellschaft für Tierschutz und Tierwohl in der Nutztierhaltung wächst weltweit, insbesondere in wohlhabenden Länder in Mitteleuropa sowie in Australien und Nordamerika. Bereits im Jahr 2010 einigte sich die Europäische Union darauf, dass die chirurgische Kastration von Ferkeln ohne Betäubung bis 2018 abgeschafft werden soll (EUROPEAN COMISSION 2010). In Deutschland wurde daraufhin das Verbot der betäubungslosen Ferkelkastration verabschiedet, das jedoch erst zum 01. Januar 2021 in Kraft trat. Um ein mögliches Auftreten von Ebergeruch bei männlichen Schweinen zu verhindern, mussten folglich Alternativen geschaffen werden, die anstelle der betäubungslosen Ferkelkastration in den Praxisbetrieben etabliert werden konnten.

Das Ziel der vorliegenden Promotionsarbeit war es, zu überprüfen, ob durch den nutritiven Einsatz von Pflanzenkohle in Höhe von 2 % eine intestinale Bindung von Skatol und Indol gelingt und es in der Folge zu einer reduzierten Konzentration dieser Substrate in Kot und Plasma sowie letztendlich auch im Schlachtkörper kommt. Pflanzliche Kohle ist bekannt für ihre große, poröse Oberfläche, an welche verschiedene Moleküle unspezifisch binden können. Aktivkohle wird daher regelmäßig zur unterstützenden Therapie bei oralen Intoxikation, sowohl in der Human- als auch in der Veterinärmedizin eingesetzt. Zusätzlich bietet Pflanzenkohle die Möglichkeit zur Verbesserung der Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft mittels einer Kohlenstoff-Sequenzierung im Boden nach Ausbringung der (Pflanzenkohle-enthaltenden) Gülle auf Ackerflächen. Da die Auswirkungen von Pflanzenkohle bei Schweinen bisher unzureichend erforscht wurden, war eine weitere Intention dieser Arbeit die Effekte von Pflanzenkohle auf Nährstoffverdaulichkeit und Leistungsparameter gezielt zu untersuchen.

In der ersten der beiden Studien wurden zwei verschiedene Pflanzenkohlen (Pflanzenkohle 1 und Pflanzenkohle 2), die dem Alleinfutter jeweils in zweiprozentiger Konzentration zugesetzt wurden, bei Absetzferkeln hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die scheinbare Gesamtverdaulichkeit sowie auf die Futteraufnahme, Tageszunahmen und Futterverwertung überprüft. Die effizientere der beiden Pflanzenkohlen (Pflanzenkohle 2) wurde anschließend in der zweiten Studie durch eine Fettverkapselung modifiziert und ebenfalls in zweiprozentiger Konzentration (bezogen auf das Gewicht der puren Kohle) dem Futter von Endmastebern, entweder zwei oder vier Wochen vor der Schlachtung, zugesetzt.

Beide Pflanzenkohlen führten in Studie 1 zu einer höheren scheinbaren Gesamtverdaulichkeit (ATTD) der Trockensubstanz, der organischen Substanz, des Rohfetts und der Rohfaser, obwohl es sich bei der Pflanzenkohle selbst um eine inerte, also unverdauliche Substanz handelt. Widersprüchlich erscheint hier zunächst, dass trotz der verbesserten Nährstoffverdaulichkeit weder in Studie 1, noch in Studie 2, eine höhere Leistung in Form höherer Tageszunahmen oder einem effizienteren Futteraufwand zu beobachten war. Dennoch ist hervorzuheben, dass sich die Pflanzenkohle auch nicht negativ auf Futteraufnahme, Körpermassenzunahme und Futteraufwand ausgewirkt hat.

Studie 2 fokussierte sich vor allem auf die Skatol- und Indol-Konzentrationen in Kot und Blut in Abhängigkeit der Fütterung. Aufgeteilt auf drei Durchgänge wurden insgesamt 54 Endmasteber mit einem durchschnittlichen Anfangsgewicht von 97,2 kg in drei Versuchsgruppen aufgeteilt. Die Kontrollgruppe (BC0) erhielt über den gesamten vierwöchigen Versuchszeitraum ein Alleinfutter ohne Pflanzenkohle (Kontrollfutter, CON), die nächste Gruppe (BC2) erhielt in den ersten zwei Wochen ebenfalls das CON und in den letzten zwei Wochen ein Alleinfutter mit Pflanzenkohle (Pflanzenkohle-Futter, BCF), wohingegen die letzte Gruppe (BC4) über die gesamten vier Wochen das BCF erhielt. Hinsichtlich der Skatol- und Indol-Konzentrationen in Kot und Plasma konnte zwischen den Gruppen keine signifikanten Unterschiede festgestellt werden. Zur weiteren Evaluation wurde daher anhand der gepaarten (abhängigen) Stichproben ausgewertet, inwiefern sich die Werte innerhalb einer Versuchsgruppe im zeitlichen Verlauf des Versuchs entwickelten (siehe Manuskript 2, Figure 2). Auffällig war, dass die beiden Versuchsgruppen BC0 und BC4 eine identische Entwicklung der Skatol- und Indolkonzentrationen sowohl im Kot als auch im Plasma zeigten. Die Auswertung der gepaarten Stichproben gab bei der Gruppe BC2 grundsätzlich ein anderes Bild als das der Gruppen BC0 und BC4 ab, sodass der signifikant geringere Skatolgehalt im Kot der Gruppe BC2 am Versuchsende kaum im Zusammenhang zum Einsatz der Pflanzenkohle steht. Letztendlich lässt sich anhand der vorliegenden Ergebnisse kein Einfluss der verkapselten Pflanzenkohle auf Skatol- und Indolkonzentrationen im Kot oder Blut nachweisen.

Um weitere Erkenntnisse über die Auswirkungen von Pflanzenkohle im Futter für Schweine erlangen zu können, wurden auch der Trockensubstanzgehalt (Studie 1 und Studie 2) sowie der pH-Wert (Studie 2) im Kot ausgewertet. In Bezug auf den Trockensubstanzgehalt führte der Einsatz von Pflanzenkohle zu einer Erhöhung, die vor allem in Studie 1 deutlich ausgeprägt war. Diese Beobachtung könnte darauf hindeuten, dass sich der Einsatz von Pflanzenkohle positiv auf (subklinische) Infektionen des Darms mit pathogenen Keimen auswirken könnte.

Die Ergebnisse dieser Promotionsarbeit konnten keine Reduktion von Skatol- und Indolkonzentrationen in den untersuchten Matrizen nachweisen, dennoch liefern sie insgesamt eine Basis für weiterführende Versuche, deren Durchführung auch auf Praxisbetrieben denkbar wäre. Relevant für solche Versuche in größerem Umfang ist, dass durch den Einsatz der Pflanzenkohle auf Grundlage dieser Untersuchungen keinerlei negative Effekte zu erwarten sind, weder auf Leistungsparameter noch auf die Ebergeruchskomponenten. In Bezug auf die Nährstoffverdaulichkeit und die Kotqualität zeigte der Einsatz von Pflanzenkohle sogar durchaus positive Tendenzen.

Over the last decades, public awareness for animal welfare in livestock farming has increased worldwide, especially in wealthy countries in Central Europe, Australia and North America. One example is the ban on piglet castration without anaesthesia. This legal measure has already been implemented in European countries such as Norway, the Netherlands, Switzerland and Sweden. In Germany, it was introduced on 01 January 2021. The food industry was consequently facing the problem of establishing alternatives to the castration of piglets without anaesthesia, in order to prevent the possible occurrence of boar taint in male pigs.

The aim of this research was to determine whether the nutritive use of 2% biochar would result in the intestinal binding of skatole and indole and consequently lead to a reduction of these substrates in faeces and plasma and ultimately in the carcass. Plant based charcoal is known for its large, porous surface to which various molecules can bind non-specifically. Activated charcoal is therefore commonly used for supportive therapy in cases of oral intoxication, both in human and veterinary medicine. In addition, biochar offers the possibility of improving sustainability in agriculture by means of carbon sequestering in the soil after application of the (biochar-containing) slurry to croplands. Since the effects of biochar in pigs have been insufficiently researched until now, another intention of this work was to specifically investigate the effects of biochar on nutrient digestibility and performance parameters.

In the first of the two studies, two different biochars (biochar 1 and biochar 2), each added to the complete feed at a concentration of 2%, were tested in weaned piglets for their effects on apparent total tract digestibility as well as on feed intake, weight gain and feed conversion. The more efficient of the two biochars (biochar 2) was subsequently modified by fat encapsulation in the second study and added to the feed of finishing boars at a concentration of 2% (based on the weight of the pure biochar), either two or four weeks before slaughter.

In study 1, both biochars led to a higher apparent total tract digestibility (ATTD) of dry matter, organic matter, crude fat and crude fibre, although the biochar itself is an inert, i.e. indigestible substance. It seems contradictory that despite the improved nutrient digestibility, neither in study 1 nor in study 2 a higher performance in the form of higher daily gains or a more efficient feed conversion was observed. Nevertheless, it should be noted that the biochar did not have a negative effect on feed intake, bodyweight gain or feed conversion either.

Study 2 focused primarily on the skatole and indole concentrations in faeces and blood depending on feeding. Divided into three runs, a total of 54 finishing boars with an average initial weight of 97.2 kg were divided into three experimental groups. The control group (BC0) received a complete feed without biochar (control feed, CON) for the entire four-week trial, the next group (BC2) also received the CON for the first two weeks and a complete feed with coated biochar (biochar containing feed, BCF) for the last two weeks, whereas the last group (BC4) received the BCF for the entire four weeks. No significant differences were found between the groups with regard to skatole and indole concentrations in faeces and plasma. Therefore, for further evaluation, the paired (dependent) samples were used to evaluate how the concentrations of each group (BC0, BC2 and BC4, respectively) changed over the course of the experiment (see manuscript 2, Figure 2). It was striking that the two experimental groups BC0 and BC4 showed an identical development of the skatole and indole concentrations both in faeces and in plasma. However, for group BC2 the evaluation of the paired samples showed a fundamentally different situation than for groups BC0 and BC4, so that the significantly lower faecal skatole content of group BC2 at the end of the trial is hardly related to feeding biochar. Overall, the present results do not show any influence of the coated biochar on skatole and indole concentrations in faeces or blood.

In order to gain further insights into the effects of plant charcoal in pig feed, the dry matter content (study 1 and study 2) and the pH value in the faeces were also evaluated. The dry matter content in the faeces was increased due to the use of biochar, which was especially prominent in study 1. This observation could indicate that the use of biochar has a positive effect on (subclinical) intestinal infections with diarrhoea-causing pathogens. The pH value of the faecal samples did not show any significant differences between the feeding groups.

Even if the results of this research could not prove a reduction of skatole and indole concentrations in the investigated matrices due to the biochar, altogether they provide a basis for further experiments, which could feasibly be carried out on practical farms as well. Relevant for such trials on a larger scale is that no negative effects could be proven by the use of biochar in these investigations, neither on performance parameters nor on the boar odour components. With regard to nutrient digestibility and faecal quality, the use of biochar in fact showed positive trends.

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