Proteinsynthese im Pansen optimieren, proteinreduzierte Fütterung effizient gestalten

Nicht zuletzt die aktuelle politische Situation in Europa hat die Preise für die klassischen Proteinkomponenten wie Raps und Soja zum Explodieren gebracht. Futterharnstoff, welcher in der Vergangenheit gerne genutzt wurde, um hier zu kompensieren, wird, soweit überhaupt noch verfügbar, deutlich über der 1.200 €/t-Marke (+ 400 % im Vergleich zu 2020) gehandelt. Auch aus Umweltaspekten wird die N-reduzierte Fütterung seit einiger Zeit diskutiert und zunehmend praktiziert. Alternativen zu herkömmlichen Ansätzen werden daher händeringend gesucht.

Eine der essenziellen Syntheseleistungen beim Wiederkäuer ist die Proteinsynthese durch Mikroorganismen im Pansen. Die Effizienz des mikrobiellen Wachstums ist hier maßgeblich, jedoch multifaktoriell beeinflusst (Breves und Lebzien, 2009).

In diesem Zusammenhang lohnt sich ein Blick auf den ruminohepatischen Kreislauf beim Wiederkäuer. Demnach bewirkt dieser Kreislauf die bestmögliche Ausnutzung von Stickstoff (N), der dem Tier über das Futter zur Verfügung gestellt wird. Dazu müssen sich Pansenmikroben an die Futterpartikel heften, die dann mittels proteolytischer Aktivität (Protease) Rohprotein zunächst in Peptide, Aminosäuren und Ammoniak (von Nitrat über Nitrit, aus NPN-Verbindungen (Hino et al., 2003)) umwandeln. Je weniger Ammoniak nach Recycling über den Speichel und direkte Rückführungsprozesse durch die Pansenwand von den Pansenmikroben für die Synthese von Bakterienprotein (BP) verwertet wird bzw. bei reduzierter proteolytischer Aktivität umgesetzt wird, umso mehr Ammoniak muss über die Leber entgiftet und über Blut, Harn und Milch ausgeschieden werden (Matthews et al., 2018). Dies bedeutet eine zusätzliche Leberbelastung.

Ein Ansatz ist es nun, die Umwandlung im Pansen durch das Pansenmikrobiom effizienter zu gestalten. In der Literatur berichten Autoren (Stern et al., 1994, Lebzien und Voigt, 1999, NRC, 2001, Karsli und Russel 2002, Sali et al., 2019) von Effizienzen bei der Bildung von Bakterienprotein zwischen 115 und 199 g je Kilogramm fermentierter organischer Substanz.

Wie kann diese Effizienz nun beeinflusst oder verbessert werden?

Der Abbau von Protein im Pansen wird je nach eingesetzter Proteinquelle (Proteinverfügbarkeit/Abbaubarkeit) durch den pH-Wert, die vorherrschende Gattung von Mikroben und deren Aktivität bestimmt (Bach et al., 2005). Auch die entsprechende Energiebereitstellung ist essenziell. Mit diesem Wissen kann ein Ansatz verfolgt werden, der sich vor allem mit der Optimierung der Fermentationsbedingungen für die Mikroorganismen im Pansen, durch den Verbrauch von Restsauerstoff und die Stabilisierung des Pansen pH-Wertes beschäftigt.

In weit über 100 Studien sind diese Wirkungsmechanismen für die Lebendhefe Saccharomyces cerevisiae CNCM-I 1077 (Levucell SC) beschrieben. Um bereits vorliegende Hypothesen und Erkenntnisse aus der Wissenschaft in die Praxis zu transferieren, hat Lallemand Animal Nutrition in den Jahren 2018 bis 2021 zahlreiche Feldversuche, mit dem Schwerpunkt „Förderung von Pansengesundheit und Fermentation“ auf deutschen Milchviehbetrieben durchgeführt. Neben umfassenden Leistungs- und Gesundheitsdaten der Kühe, wurden mittels Pansenboli verschiedene Parameter wie pH-Wert und Temperatur im Pansen erfasst und ausgewertet. Bei einem Teil dieser Versuche kam die pansenspezifische Lebendhefe Levucell SC zum Einsatz, um deren Effekt auf die Pansenfermentation und Leistung zu ermitteln.

Alle Versuche wurden bei gleicher Rationsgestaltung jeweils parallel mit einer Kontroll- und Versuchsgruppe durchgeführt. Einziger Unterschied: die Kühe in der Versuchsgruppe erhielten täglich zusätzlich 1×10¹⁰ KBE Levucell SC. In einem Betrieb in Sachsen (2019) mit rund 1.000 Kühen konnten neben den klassischen „äußerlich sichtbaren Merkmalen“ wie z. B. weniger ungenutzte Faser im Kot, saubere Kühe und bessere Pansenfüllung, vor allem die Daten aus der Milchkontrolle überzeugen: Hier ist insbesondere der deutlich niedrigere Milchharnstoffgehalt bei Kühen in der Versuchsgruppe, trotz gleicher Rationsgestaltung und Futteraufnahme (23-24 kg TM im Schnitt der ersten 100 Tage) aufgefallen: 149 (+/- 36) mg/l betrug dieser Wert in der Kontrollgruppe und 130 mg/l (+/-35) mg in der Versuchsgruppe. In einem früheren Versuch aus dem Jahr 2018 wurden ähnliche Ergebnisse ermittelt. Auch hier wurde eine deutliche Leberentlastung beim Einsatz von Levucell SC durch eine unabhängige Stoffwechseldiagnostik auf Bestandsebene bescheinigt.

Diese deutlich reduzierten Milchharnstoffwerte in den Praxisversuchen sind ein Indikator für eine höhere Aktivität der entsprechenden Pansenmikroben, also einer höheren Synthese von Bakterienprotein bzw. einer verbesserten Proteineffizienz.

Die Milchleistung in den ersten 100 Tagen betrug in der Versuchsgruppe 45,8 kg und lag damit im Schnitt 2,2 kg über der Kontrollgruppe (43,6 kg). Einen Einfluss auf die höhere Milchleistung hatte die höhere Laktionsnummer in der Versuchsgruppe (2,9 vs. 2,1 Laktationen). In der Vergangenheit hat sich mittels Metaanalyse eine realistische höhere Milchleistung von 1,0 kg pro Tier und Tag beim Einsatz von Levucell SC in Folge einer verbesserten Pansenfermentation, gezeigt (DeOndarza, 2016).

Bestätigt wurde diese Hypothese durch die Auswertung der pH-Boli. Hier zeigte sich, dass die Versuchsgruppe deutlich stabilere pH-Werte innerhalb von 24 h aufwies als die Kontrolle. In der Frühlaktation lag die Zeit, in der sich der pH-Wert unter 6,0 bewegte, in der Kontrolle im Schnitt bei 360 Minuten pro Tag. Kühe, die Levucell SC erhielten, zeigten dies an 250 Minuten pro Tag. Mit Voranschreiten der Laktation und der Stabilisierung der Tiere reduzierten sich die Werte. Dennoch überzeugten auch hier die Versuchskühe mit rund 90 Minuten täglich bei pH < 6,0 im Vergleich zur Kontrolle mit rund 120 Minuten.

Abschließend können diese Erkenntnisse aus der Praxis durch die Erkenntnisse aus der Literatur (Bach et al., 2005) bestätigt werden. Eine Optimierung der Pansenfermentation mittels spezifisch für Wiederkäuer selektierter Lebendhefe, kann die N-Effizienz der Tiere, als ein Bestandteil einer proteinreduzierten Rationsgestaltung, sinnvoll und wirtschaftlich unterstützen.

 

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