Vorkommen von pflanzlichen Abbauprodukten in auffälligen Grassilagen und ihre mögliche Wirkung auf die Rindergesundheit

Németh, Lea

Dissertation 2022 CC BY 3.0

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Vorkommen von pflanzlichen Abbauprodukten in auffälligen Grassilagen und ihre mögliche Wirkung auf die Rindergesundheit

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Die Verfütterung von Grassilagen mit einem verringerten Reineiweißgehalt am Rohprotein (RE/Rp) von < 50 % führt bei Milchviehherden zu dem unspezifischen Krankheitsbild „Faktorenerkrankung Milchviehherde“. In diesen sogenannten Schadsilagen ist die Dauer vom Schnittzeitpunkt bis zum Eintritt des Zelltodes verlängert, was zu einer verstärkten Proteolyse sowie einem erhöhten enzymatischen Zellwandabbau führt. Dadurch kommt es zur vermehrten Freisetzung von Stoffen aus der Zellwand, auf die der Pansen nicht adaptiert ist. In vorangegangenen Untersuchungen derselben Arbeitsgruppe wurde dabei ein Anstieg an phenolischen Verbindungen festgestellt. Innerhalb dieser Stoffgruppe spielt besonders die Ferulasäure eine tragende Rolle hinsichtlich der Zellwandvernetzungen und stellt eine mögliche Einflussgröße auf das beschriebene Krankheitsgeschehen dar. Außerdem sind hemmende Wirkungen der Ferulasäure, sowie weiterer Phenolsäuren wie p-Cumarsäure und Zimtsäure, auf Pansen-Mikroorganismen beschrieben. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Auswirkungen von unterschiedlichen Reineiweißgehalten am Rohprotein in Grassilagen auf den Gehalt phenolischer Verbindungen zu untersuchen, wofür photometrische Messverfahren angewandt wurden. Zusätzlich wurde zum einen untersucht, ob eine Zugabe der hydrolytischen Enzyme Xylanase (EC 3.2.1.8) und Ferulasäureesterase (EC 3.1.1.73) zu einer Erhöhung des Phenol- und o-Diphenolgehaltes führt. Zum anderen wurden die Löslichkeiten der Phenole und o-Diphenole in Ethanol bzw. Hungate Puffer verglichen. Beim Vergleich zwischen Schad- und Kontrollsilagen war der Gehalt an (di)phenolischen Stoffen in den Schadsilagen vermindert. Das spricht dafür, dass es zur Umwandlung der Stoffe kommt. Zusätzlich wurden die Silagen in weitergehende Gruppen je nach ihrem RE/Rp-Gehalt unterteilt. Dabei fiel auf, dass die niedrigsten Gehalte an phenolischen Verbindungen bei einem RE/Rp-Gehalt zwischen 40 und 50 % auftraten. Bei einem RE/Rp-Gehalt von < 40 % hingegen wurden sogar höhere Konzentrationen als bei den Silagen mit einem RE/Rp-Gehalt zwischen 50 und 60 % festgestellt. Das spricht dafür, dass es bei fortschreitender Autolyse zunächst zu einer erhöhten Umwandlung und anschließend zu einer erneuten Freisetzung (di)phenolischer Stoffe kommt. Die Enzymzulagen bewirkten hingegen keine Veränderung der Phenol- und o-Diphenolgehalte. Das kann allerdings dadurch erklärt werden, dass der Abbau der Zellwand ein sehr komplexes System darstellt, wobei ein Zusammenspiel zahlreicher hydrolytischer Enzyme nötig ist und noch weiterer Forschung bedarf. Zwischen den beiden verwendeten Lösungsmitteln zeigten sich jedoch sehr deutliche Unterschiede. Während der Phenolgehalt in Ethanol stark anstieg, lösten sich die o-Diphenole besser in Hungate Puffer. Zusammenfassend ist es am wahrscheinlichsten, dass die problematischen Stoffe mit einem Einfluss auf die Rindergesundheit zu dem Zeitpunkt der Proteolyse entstehen, wo der RE/RpGehalt zwischen 40 und 50 % liegt, weshalb der Fokus nachfolgender Untersuchungen auf dieser Gruppe liegen sollte. Außerdem handelt es sich vermutlich nicht um eine einzige problematische Verbindung, sondern um ein Zusammenspiel aus mehreren veränderten Stoffwechselprodukten, auf die der Pansen nicht angepasst ist und somit nicht gut abbauen kann. Um diese Stoffe zu identifizieren wäre eine Untersuchung an einer leistungsstarken LC-MS/MS mithilfe geeigneter Standardsubstanzen sinnvoll. Zudem wäre es sinnvoll, näher zu untersuchen, wie man den Zellwandabbau durch vorheriges Zufügen exogener fibrolytischer Enzyme optimieren kann, um die eventuell problematischen Stoffe schon vorher weiter abzubauen, sodass der Pansen nicht mehr damit konfrontiert wird.

The feeding of grass silages with a percentage of less than 50 % true protein to crude protein (TP/CP) leads to different unspecific disease symptoms in dairy herds ("factorial disease in dairy herds"). In these so-called suspected silages, the time from cutting to cell death is prolonged, which leads to both increased proteolysis as well as enhancend enzymatic cell wall degradation. This leads to an increased release of substances from the cell wall to which the rumen is not adapted. In previous studies by the same working group, an increase in phenolic compounds was observed. Within this group of substances, ferulic acid in particular plays a major role in cell wall crosslinking and represents a possible factor influencing the described disease symptoms. In addition, inhibitory effects of ferulic acid, as well as other phenolic acids such as p-coumaric acid and cinnamic acid, on rumen microorganisms have been described. The aim of this work was to investigate the effects of different pure protein contents on the crude protein in grass silages on the content of phenolic compounds, for which photometric measurement methods were used. Furthermore, it was investigated on the the one hand whether an addition of the hydrolytic enzymes xylanase (EC 3.2.1.8) and ferulic acid esterase (EC 3.1.1.73) leads to an increase in the phenol and o-diphenol content. On the other hand, the solubilities of phenols and o-diphenols in ethanol and Hungate buffer, respectively, were compared. In the comparison between suspected and control silages, the content of (di)phenolic substances was lower in the suspected silages. This indicates that a conversion of the substances occurs. In addition, the silages were divided into further groups according to their TP/CP content. It was noticed that the lowest contents of phenolic compounds occurred at a TP/CP content between 40 and 50 %. On the other hand, at a TP/CP content of < 40 %, even higher concentrations were found than in the silages with a TP/CP content between 50 and 60 %. This suggests that during progressive autolysis there is first an increased conversion followed by a further release of (di)phenolic substances. In contrast, the enzyme additions did not cause any change in the phenolic and o-diphenolic contents. However, this can be explained by the fact that the degradation of the cell wall is a very complex system, requiring the combination of numerous hydrolytic enzymes, and still requires further research. However, there were very significant differences between the two used solvents. While the phenol content strongly increased in ethanol, the o-diphenols were better dissolved in Hungate buffer. In summary, it is most likely that the problematic substances with an impact on bovine health may occur at the time of proteolysis, where the TP/CP content is between 40 and 50 %, which is why focus of subsequent research should be on this group. Furthermore, it is probably not a single problematic compound, but an interaction of several modified metabolites to which the rumen is not adapted and thus cannot degrade well. To identify these substances, an analysis on a powerful LC MS/MS using appropriate standard substances would be useful. In addition, it would be useful to investigate more closely how cell wall degradation can be optimised by adding exogenous fibrolytic enzymes in advance in order to further degrade the possibly problematic substances beforehand so that the rumen is no longer confronted with them.