Natürliches Betain als wirksamer Pansen-Modulator

Iris den Teuling und Veronique Lemmerling, E.F.S.-Holland B.V. & Ana Gavrău, AGRANA Sales & Marketing GmbH

ActiBeet^® flüssig – ein natürliches Betain – wurde 2015 im Tierfuttersektor von AGRANA eingeführt. AGRANA erweitert ihr Portfolio um ein neues kristallines Betain: ActiBeet^®96 und ActiBeet^®97.

E.F.S. freut sich, die Rolle als Distributor wahrzunehmen.

Allgemein bekannt ist, dass ActiBeet^® als natürliches Betain eine Schlüsselrolle im Stoffwechsel der Monogastrierfütterung spielt. Die Rolle von Betain bei Wiederkäuern im Hinblick auf die Pansenaktivität wurde bislang wenig erforscht. AGRANA hat in einer Grundlagenforschung bei Wiederkäuern investiert und konnte interessante Ergebnissen erlangen, die kurz vorgestellt werden.

Wiederkäuer sind auf die mikrobielle Aktivität im Pansen angewiesen, durch die Fermentation werden kurzkettige Fettsäuren (SCFA) gebildet und die mikrobielle Proteinsynthese kann stattfinden. Die kurzkettigen Fettsäuren und das mikrobielle Protein stellen bei Wiederkäuern die Hauptenergie- und Proteinquelle dar. Die Pansenfermentation unter optimalen Bedingungen ist von entscheidender Bedeutung.

Klimatische und ernährungsbedingte Veränderungen können die Fermentation unterdrücken. Pansenosmolalität, pH-Wert und -temperatur sind wichtige physikalisch-chemische Parameter für die Fermentation, indem sie die Aktivität, das Überleben und das Gleichgewicht der Pansenflora beeinflussen.

Leicht verdauliche kohlenhydratreiche Rationen erhöhen die Temperatur und die Osmolarität des Pansens vor allem bei Hochleistungstieren. Der osmotische Druck beeinflusst die Trockenmasseaufnahme. Als Folge von thermischen und hyperosmotischen Stress wird das Wachstum der Pansenmikroorganismen verringert. Stress beeinträchtigt somit die Stabilität des Pansen-Ökosystems und damit die Tiergesundheit, und letztlich die Rentabilität negativ.

Nicht nur klimatischer Stress, sondern auch eine Fütterung mit hohem Getreideanteil kann bei den Rindern zu einer Reihe von physiologischen Herausforderungen führen. Die Zusammensetzung der Ration ist der bestimmende Faktor für die mikrobielle Stabilität des Pansens und daher von größter Bedeutung für die Fermentation. Das modulierende Potential der Wirkstoffe im Pansen über die Ration, ist ein vielversprechender Weg, um die Fermentation im Pansen aufrechtzuerhalten und die Energieversorgung sicherzustellen.

Natürliches Betain als wirksamer Pansenmodulator

Natürliches Betain, als organischer Osmolyt und Methylgruppendonator ist gut erforscht und wird erfolgreich in der Fütterung monogastrischer Tiere eingesetzt. Betain ist ein bewährter Wirkstoff gegen Hitzestress und osmotischen Stress. Als organischer Osmolyt schützt Betain die enzymatische und zelluläre Integrität und Funktionalität. Darüber hinaus stellt Betain Methylgruppen für die Synthese zahlreicher Substanzen zur Verfügung: es agiert als Zwischenprodukt im Protein- und Energiestoffwechsel und ist an der DNA-Methylierung beteiligt. Betain wird auch bei Fermentationsprozessen mit hoher Effizienz eingesetzt. Betain ist aufgrund seiner Eigenschaften ein idealer Wirkstoff, um die gestörte mikrobielle Zellphysiologie bei Hitze und osmotischen Stress zu normalisieren.

Bei Wiederkäuern ist die mikrobielle Verstoffwechselung von natürlichem Betain bekannt. Das Ausmaß, in dem die Pansenpopulation Betain verwenden kann, wurde jedoch noch nicht ausreichend erforscht. Mikroorganismen können von Betain als Osmolyt zur Anpassung an externe Stressfaktoren und als Methylgruppenspender profitieren. Aufgrund dieser Eigenschaften besteht die Möglichkeit, die Fermentation im Pansen durch Betain zu modulieren. Um Stress entgegen zu wirken, kann Betain für die Pansenmikroorganismen von größter Bedeutung sein.

AGRANA hat in Zusammenarbeit mit Professor Qendrim Zebeli von der Veterinärmedizinischen Universität Wien in Österreich vor kurzem eine In-vitro-Studie durchgeführt. Ziel war es natürliches Betain (ActiBeet^®L) als möglichen wirksamen Pansenmodulator unter normalen physiologischen und gestressten Pansenbedingungen zu testen.

Ein Pansensimulationssystem namens RUSITEC (RUmen SImulation TEChnique) wurde verwendet, um die Auswirkungen von zugesetztem Betain auf die Pansenfermentationsvariablen, die Mikrobiomverdaulichkeit und Nährstoffverdaulichkeit zu bewerten. Es wurden drei Bedingungen begutachtet: normale, hitze- und hyperosmotisch gestresste Pansenbedingungen. Die Basaldiäten waren reich an leicht verdaulichen Kohlenhydraten. Somit waren wenig Strukturkohlenhydraten vorhanden und stellten eine typische konzentratreiche Ration der hochleistenden Milchkühe dar.

Es wurden drei verschiedene Betain-Dosierungen (ActiBeet^®L, 40% Betain) verwendet: 0% (con), 0,3% in der Trockenmasse – TM (low) und 1,7% in der TM (high). Jede Dosierung wurde unter zwei Inkubationstemperaturen getestet: normale Pansen- und erhöhte Pansentemperatur (hitzebelasteter Pansen) und zwei osmotische Bedingungen: normale Pansenosmolarität und hyperosmotische Bedingungen. Die Osmolarität und der pH-Wert der Inkubationsflüssigkeit für normale und hyperosmotische Bedingungen wurden erfolgreich über die Menge an Kraftfutter und modifiziertem Puffer eingestellt. Insgesamt gab es sechs Durchgänge, wobei jeder Durchgang die Anpassungs- und Messperioden zur Bestimmung der Fermentationseigenschaften umfasste. Alle Versuchsdaten wurden nach dem MIXED-Verfahren von SAS analysiert.

Betainzugabe erhöht Konzentration kurzkettiger Fettsäuren

Das wichtigste Ergebnis war, dass eine Betainzugabe die Konzentration kurzkettiger Fettsäuren (SCFA) unter hitzebelasteten Pansenbedingungen erhöhte (Abbildung 1):

Abbildung 1: Die Konzentration der gesamten SCFA in der Inkubationsflüssigkeit (mmol/l).

Die kurzkettigen Fettsäuren (SCFA) sind eine wichtige Energiequelle für die Wiederkäuer, da sie bis zu 75% der metabolisierbaren Energie liefern. Ohne Betain hat sich die Konzentration an kurzkettigen Fettsäuren deutlich verringert. Es weißt darauf hin, dass Hitzestress zu einer verminderten Milchproduktion führen kann. Der negative Effekt von Hitzestress auf die SCFA Konzentration konnte durch die Betainzugabe eliminiert werden. Die Konzentration an SCFA stieg linear mit der Betaindosierung an.

Mehr Propionat unter hyperosmotischen Pansenbedingungen

Unter normalen Pansenbedingungen wird Betain in Acetat umgewandelt, das als wichtiger Baustein für die Milchfettsynthese gilt. Unter hyperosmotischen Bedingungen wurde mit zunehmender Betaindosierung ein erhöhter Propionatanteil festgestellt, was zu einer ausgeprägten Abnahme des Acetat-Propionat-Verhältnisses führte (Abbildung 2).

Abbildung 2: Der Einfluss von Betaindosierungen auf die Anteile an Acetat und Propionat (mol/100 mol), unter normalen und hyperosmotischen Pansenbedingungen.

Propionat aus dem Pansenstoffwechsel ist das Hauptsubstrat für die Glukose Bildung bei Milchrinder und wird zur Laktoseproduktion verwendet. Daher deuten die Ergebnisse darauf hin, dass Betain zur Förderung der Energieversorgung aus Propionat und zur Erhöhung der hepatischen Glukoneogenese eingesetzt werden kann. Daher, unter osmotisch gestressten Pansenbedingungen kann Betain die Milchproduktion unterstützen.

Schlussfolgerung für die Praxis

Die In-vitro-Dosierungen können nach Korrektur in den folgenden praktischen Dosierungen umgesetzt werden: niedrige Dosierung: 6 g Betain / Kuh / Tag
hohe Dosierung: 36 g Betain / Kuh / Tag

Hyperthermaler und hyperosmotischer Stress sind typische Stressfaktoren, die durch Fütterung sowie durch eine erhöhte Umgebungstemperatur verursacht werden können. Beide Stresszustände haben negative Auswirkungen auf die Fermentation im Pansen und somit auf die Gesundheit und Leistung der Milchkuh. Der Versuch hat verdeutlicht, dass Hitze und hyperosmotischer Stress die Pansenfermentation deutlich unterdrücken. Durch die Beigabe von natürlichem Betain konnte jedoch die mikrobielle Fermentationsaktivität gefördert werden. Betain fungiert somit als wirksamer Pansenmodulator.

Durch Zusatz von Betain in der Ration, kann die mikrobielle Fermentation im Pansen verbessert werden. Unter hyperthermischen Bedingungen führte Betain zur eine erhöhten kurzkettigen Fettsäureproduktion. Die Auswirkung von hyperosmotischem Stress wurde minimiert, indem das Verhältnis von Acetat zu Propionat verringert wurde. Der Anstieg an Propionat unter hyperosmotischem Stress nach Zugabe von Betain zeigt, dass Betain von den dominierenden Mikroorganismen zur Unterstützung und Aufrechterhaltung der Pansenfermentation verwendet wird.

Zusammengefasst kann Betain als Substrat und Methylgruppendonator die mikrobielle Aktivität im Pansen modulieren und die mikrobielle Stressrezistenz erhöhen.

Die Pansenmikroben können Betain in vollem Umfang nutzen und es gegen thermischen und hyperosmotischen Stress einsetzen. Betain erhält die Pansenfermentation aufrecht, die für die Gesundheit und Produktivität von Wiederkäuern von entscheidender Bedeutung ist.

Referenzen:

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Definitionen:

• Osmolalität: Osmole des gelösten Stoffes pro Kilogramm Lösungsmittel (Osm/kg)
• Osmolarität: Osmol der gelösten Substanz pro Liter Lösung (Osm/L)