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Untersuchungen zur Biotransformation von unerwünschten Stoffen und Kontaminanten in Silagen und während der Fermentation im Pansen (RUSITEC)

Projekt

Ernährung und Verbraucherschutz

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Ernährung und Verbraucherschutz


Förderkennzeichen: BfR-SiN-08-1322-729
Laufzeit: 01.01.2019 - 31.12.2019
Forschungszweck: Experimentelle Forschung
Stichworte: Milchkühe, Silierungs-Prozess, Biotransformation, Lebensmittelsicherheit

In Deutschland produzieren Milchkühe den größten Anteil an Lebensmitteln tierischer Herkunft. Grundfutter stellt die Futterbasis dar, wobei Silage in der intensiven Milchproduktion eine Hauptkomponente ist. Die Ensiling forages von Grundfuttermitteln ist ein hochkomplexer, mikrobiologischer Prozess, an dessen Ende im Idealfall ein hochwertiges und hygienisch einwandfreies Futtermittel steht. Allerdings können im Siliergut enthaltene Kontaminanten, wie z.B. pflanzliche Toxine (z. B. Pyrrolizidinalkaloide, PA), die Qualität des resultierenden Futters wesentlich beeinflussen (DRIEHUS et al., 2018). Eine große Unbekannte sind hierbei die während des Silierprozesses möglichen Biotransformationsprozesse der Kontaminanten. Milchkühe verfügen als Wiederkäuer über die anatomische und physiologische Besonderheit des Vormagensystems, bestehend aus Pansen mit Schleudermagen, Netzmagen und Blättermagen, welchem der Labmagen folgt. Der Pansen mit seiner symbiotischen Mikrobiota spielt dabei als anaerobe Gärkammer die entscheidende Rolle bei der Metabolisierung von Nährstoffen aus dem Futter. Aufgrund des komplexen mikrobiellen Ökosystems aus Bakterien, Archaeen, Protozoen und Pilzen gelingt es dem Wiederkäuer Pflanzenmaterial zu verwerten, welches für monogastrische Tiere keinen Nährwert bietet (VAN SOEST, 1994; ERTL et al., 2014; PITTA et al., 2018). Wie bei der Silierung kann es auch während der mikrobiellen Fermentation im Pansen zur Biotransformation von unerwünschten Stoffen kommen. Über mögliche Metabolite und einen Transfer in tierische Lebensmittel ist je nach Kontaminante kaum etwas bekannt. Die Erforschung möglicher Biotransformationsprozesse von unerwünschten Stoffen durch die Mikroorganismen in der Silage oder im Pansen ist deshalb eine wesentliche Voraussetzung zur Beantwortung der Frage, ob aus der Aufnahme von unerwünschten Stoffen über das Futter von Milchkühen die Gesundheit des Verbrauchers gefährdet sein könnte. Aus diesem Grund sollen in der FG 84 zum einen Silierversuche unter verschiedenen Bedingungen (kontaminiert mit PA durch Beimengung von Senecio-Arten, unterschiedliche TS-Gehalte und Silierzusätze) durchgeführt werden. Die Silierversuche werden im Labormaßstab in Weckgläsern durchgeführt. Zum anderen soll die Pansen-Simulationstechnik RUSITEC (Rumen Simulation Technique) etabliert und eingesetzt werden, da sie die Möglichkeit bietet, die mikrobiellen Fermentationswege im Pansen in vitro zu untersuchen, ohne dabei auf Fütterungsversuche angewiesen zu sein. Das RUSITEC-System wurde in den 1970er Jahren entwickelt (CZERKAWSKI und BRECKENRIDGE, 1977) und ist ein in Wissenschaftskreisen akzeptiertes in vitro Verfahren, um die mikrobielle Fermentation im Pansen von Wiederkäuern abzubilden (BOGUHN et al., 2006; EGER et al., 2018). Bisher wurden mit dem RUSITEC-System in der Tierernährung hauptsächlich Fragestellungen zum Umsatz der Rohnährstofffraktionen (insbesondere Protein, Faserfraktionen) bearbeitet (z.B. HINDRICHSEN et al., 2004; ERTL et al. 2014; TERRY et al., 2018), während die Frage der mikrobiellen Biotransformation von unerwünschten, toxischen Substanzen kaum untersucht wurde. Zur Inokulation der Fermentationseinheiten des RUSITEC-Systems werden frisch gewonnene Pansenflüssigkeit aus dem ventralen Pansen sowie festes Material aus der Fasermatte des Pansens von Spendertieren verwendet, um ein repräsentatives Spektrum an Pansenmikroben zu etablieren. Neben dem Panseninhalt wird täglich frisch eine Futterration als Nährsubstrat für die Pansenmikroben inkubiert, um so das in vitro Pansenmilieu über mehrere Wochen stabil zu halten. Um die Biotransformation von unerwünschten Substanzen und Kontaminanten wie z.B. die PA im Pansen von Wiederkäuern zu evaluieren, sollen die Prozesse im Pansen von Milchkühen denen im Pansen von Schafen gegenübergestellt werden. Zusammenfassend ist es das Ziel dieses Projektes, die Biotransformation von unerwünschten Substanzen und Kontaminanten während des Silierprozesses und der mikrobiellen Fermentation im Pansen von Wiederkäuern zu untersuchen.

Literatur:

BOGUHN J et al. (2006), J Dairy Sci, 89:1580–1591. CZERKAWSKI JW, BRECKENRIDGE G (1977), Br J Nutr, 38:371–384. DRIEHUIS et al. (2018), J Dairy Sci, 101:4093-4110. EGER M et al. (2018),J Anim Physiol Anim Nutr, 102: 94–102. ERTL P et al.(2014), J Dairy Sci, 98:4762–4771. HINDRICHSEN I et al. (2004), Can J Anim Sci, 84(2):265–276. PITTA DW et al. (2018), J Dairy Sci, 101:1–19. TERRY SA et al. (2018), Front Microbiol, 9:1410. VAN SOEST PJ (1994), Nutr Ecol Rumin. Cornell University Press, N.Y., USA.

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