Futtermittelanalyse
Allgemeines
Futtermittel bestehen aus vielen unterschiedlichen Bestandteilen. Diese können mit unterschiedlichen Methoden analysiert werden um einen Überblick über die Wertigkeit des Futtermittels zu verschaffen.
Analysemethoden
Weender Futtermittelanalyse
Dieses Verfahren wurde 1860 erstmals vorgestellt und hat in seinem Grundkonzept bis heute Gültigkeit (Wiesemüller & Leibetseder 1993). Ermittelt werden nicht exakt definierte Nährstoffe, sondern eine grobe Unterteilung in Rohnährstoffgruppen. Während die Inhaltsstoffe Trockensubstanz, Rohasche, Rohprotein, Rohfaser und Rohfett nach diesem Verfahren analytisch ermittelt werden, sind die Fraktionen der Organischen Substanz (OS) und der Stickstofffreien- Extraktstoffe (XX, NfE) rechnerisch zu ermitteln.
Im ersten Schritt wird das in dem Gesamtfuttermittel (Frischmasse) enthaltene Rohwasser bestimmt. Hierzu wird das Futtermittel für ca. zwei Stunden bei 105 °C getrocknet. Neben dem eigentlichen Reinwasser entweichen hierbei auch andere Stoffe wie flüchtige Fettsäuren, Alkohole und Ammoniak. Daher kann der Wert des Rohwassers höher sein kann als der des eigentlichen Wassers (Wiesemüller & Leibetseder 1993). Zurück bleibt die Trockensubstanz (TS). Angaben der Rohnährstoffgruppen auf Futtermitteln beziehen sich in der Regel auf die Trockensubstanz, da diese im Gegensatz zu der Frischmasse konstant ist.
Die zurückbleibende Trockensubstanz besteht aus:
- Rohasche (CA oder XA)
- Organischer Substanz mit:
- Rohfaser (CF oder XF)
- Rohprotein (CP oder XP)
- Rohfett (CL oder XL)
- Stickstofffreie Extraktstoffe (NfE)
Die Trockensubstanz wird weiter getrennt indem sie bei 550 °C weitere zwei Stunden behandelt wird. Zurück bleiben anorganische Bestandteile wie Mineralstoffe der Pflanze und Verunreinigungen wie Sand, welche als Rohasche bezeichnet werden. Mit weiteren Verfahren kann die Rohasche in salzsäurelösliche Reinasche (Mengen- und Spurenelemente) und unlösliche Silikate (Ton, Sand) unterteilt werden. Die Differenz zwischen Trockenmasse und Rohasche ist die organische Masse bestehend aus Nährstoffen wie Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen.
Tabelle 1: Schema der Weenderanalyse; Unterteilung der Fraktionen (nach Wiesemüller & Leibetseder 1993).
| Anorganische Stoffe | |||
| Rohwasser | Rohasche | ||
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| Organische Stoffe | |||
| Rohprotein | Rohfett | Rohfaser | Stickstofffreie Extraktstoffe |
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Proteine werden über ihren Stickstoff (N-)Gehalt ermittelt. Im Mittel enthält Protein etwa 16 % Stickstoff. Zur Errechnung des Rohproteins wird daher der Stickstoffgehalt bestimmt und mit 6,25 multipliziert. Allerdings können Proteine einen unterschiedlichen Stickstoffgehalt haben, was zu Abweichungen führen kann (Wiesemüller & Leibetseder 1993). Auch können neben den Proteinen weitere Stickstoffquellen vorhanden sein, wodurch es ebenfalls zu aAweichungen kommen kann.
Zur Bestimmung der Rohfaser werden die Proben mit Säuren und Laugen behandelt und anschließend mit Wasser und Aceton ausgewaschen. Erfasst wird nur einer mehr oder weniger großer Teil der pflanzlichen Gerüstsubstanzen. Der übrige Teil geht in die Lösung und erscheint bei den stickstofffreien Extraktstoffen.
Rohfett sind alle Bestandteile, welche sich in organischem Lösungsmittel (z.B. Hexan) lösen lassen. Stickstofffreie Extraktstoffe sind all jene Stoffe, welche in den anderen Gruppen nicht erfasst werden. Dabei handelt es sich um leicht lösliche Kohlenhydrate und Gerüstsubstanzen.
Abbildung 1: Futtermittelanalyse mithilfe der Weender Futtermittelanalyse.
Erweiterte Weender Analyse (van Soest Analyse)
Bei dieser Methode wird der Teil der unsauber definierten Fraktionen Rohfaser und Stickstoff-freien Extraktstoffe der Weender Analyse ersetzt.
Insgesamt wird in zwei größere Gruppe unterschieden:
- Zellinhaltsstoffe:
- Rohasche
- Rohprotein
- Rohfett
- Organischer Rest
- Gerüstsubstanzen:
- NDF (neutral detergent fiber; Neutral-Detergenzienfasern): Zellwandbestandteile (unlöslicher Rückstand)
- ADF (acid detergent fiber; Säure-Detergenzienfasern): Gerüstsubstanzen wie Zellulose, Lignin und Kieselsäure
- ADL (acid detergent lignin; Teil des ADF; Säure-Detergenzienlignin): Lignin, Cutin, N-haltige Stoffe
Abbildung 2: Erweiterte Weeder Analyse und Aufschlüsselung der Faserfraktion. Die Faserfraktionen wird unterteilt in die Cellulosen, Hemizellulose und die Lignine. In der Weender Analyse bestehen bei der Rohfaser-Methode Probleme, wie die Schätzung der Fasermenge oder der pflanzlichen Zellwände. Die Faserfraktion wird durch die erweiterte Weender Analyse nach van Soest genauer unterteilt.
Weitere Analyseverfahren
Sowohl bei der Weederanalyse als auch bei dem erweiterten Verfahren welches von Soest beschrieben wurde bleibt ein Rest zurück. Dieser kann durch zusätzliche Analysen wie der Ermittlung des Gehaltes an Zucker, Stärke und Pektinen etc. weiter reduziert werden. Auch kann der Gehalt an löslichen und unlöslichen Nahrungsfasern analysiert werden.
Abbildung 3: Futtermittelanalyse nach verschiedenen Verfahren. An Futtermittel wurde Heu verwendet. 1) – 3) Weeder-Analyse; 4) Van-Soest-Analyse; 5) spezielle Analyse
Aussagekraft der Anaylsemethoden
Über die genannten gängigen Analysemethoden kann ermittelt werden welchen Anteil die analysierte Fraktionen in einem bestimmten Futtermittel ausmacht. Allerdings handelt es sich maximal um Durchschnittswerte. Insbesondere bei naturbelassene Futtermitteln bzw. Futtermitteln, welche nicht-synthetische hergestellt werden sind einige Punkte zu beachten.
Verwertbarkeit von Nährstoffen (Bioverfügbarkeit)
Ermittelt werden mittels der Analysen die Rohnährstoffe. Das heißt jene Stoffe die tatsächlich enthalten sind. Aber nicht der gesamte Anteil der Rohnährstoffe ist verdaulich. Mit Hilfe von bestimmten Versuchen kann analysiert werden welchen Anteil der Rohnährstoffe von einer bestimmten Tierart verdaut werden kann. Dabei muss unterschieden werden zwischen scheinbar verdaulichen und tatsächlich verdaulichen Nährstoffen. Die mikrobielle Umsetzung im Darm spielt dabei eine entscheidende Rolle.
Dadurch erhält man für ein bestimmtes Futtermittel bei einem bestimmten Tier den Anteil an verdaulichen Nährstoffen. Aber auch hierbei gibt es bestimmte Problematiken. So kann Beispielsweise eine Aminosäure vollständig verdaut und absorbiert werden, aber nicht oder nur unvollständig verwertet (Moder 2003).
Abbildung 4: Verdaulichkeit und Verlust am Beispiel der Energie. Ein Teil der aufgenommenen Stoffe geht durch verschiedene Prozesse im Körper verloren. So bleibt am Ende nicht nutzbar was am Anfang im Futtermittel enthalten ist.
Die Bioverfügbarkeit bezeichnet im weitestens Sinne den Anteil eines Nährstoffs, der aus der Nahrung absorbiert wird und dem Körper für seine normale Funktionsfähigkeit zur Verfügung steht (Aggett 2010). Einige Definitonen beschränken sich auf den Anteil eines Nährstoffs, der absorbiert wird. Die Bioverfügbarkeit wird allerdings durch externe und interne Faktoren beeinflusst. Externe Faktoren sind beispielsweise die chemisch-physikalischen Nahrungsmatrix und die chemische Struktur eines bestimmten Nährstoffs. Interne Faktoren können sein Geschlecht, Alter, Ernährungszustand und Lebensphase (Heaney 2001).
Veränderungen Nährstoffverwertung können sich nach Aggett (2010) ergeben durch:
- Freisetzung aus der chemisch-physikalischen Nahrungsmatrix
- Wirkung der Verdauungsenzyme
- Bindung an und Aufnahme durch die Darmschleimhaut (Absorption)
- Transport durch die Darmwand in den Blutkreislauf oder das Lymphsystem
- Systemische Verteilung
- Speicherung der Nährstoffe im Körper (Einlagerung)
- Metabolische oder funktionelle Verwendung
- Ausscheidung (mit Harn oder Stuhl)
Zusammenspiel von Nährstoffen
Nähr- und Wirkstoffe wirken immer im Zusammenspiel mit und in Abhängigkeit von anderen Stoffen. Beispielsweise verbessern beim Menschen Vitamin C und Fructose die Aufnahme von Eisen, während Milchsäure und Phosphate die Aufnahme hemmen. Tannine hemmen die Aufnahme ebenfalls, da sie Komplexe mit dem Eisen bilden (Bützer 2009).
Hemmende Faktoren auf die Verwertbarkeit können sein:
- Bindung des Nährstoffs in einer Form, die von den Rezeptoren an der Oberfläche der Darmzellen nicht erkannt wird
- Überführen des Nährstoffs in eine unlösliche Form, wodurch die Substanz nicht mehr absorbiert werden kann
- Konkurrieren um dasselbe Aufnahmesystem
Komplexe Naturprodukte
Wird der Gehalt an Nährstoffen einer Pflanze analysiert, nimmt man genau diese Nährstoffe und gibt sie in ein Gefäß erhält man trotz allem nicht diese Pflanze. Der Organismus besteht nicht nur aus bestimmten Stoffen, sondern diese bilden auch Strukturen, interagieren miteinander und liegen im Komplexen vor.
Um die Nahrung verfügbar zu machen werden vom Organismus verschiedene Schritte vorgenommen. Der erste Schritt ist das Kauen und die erste enzymatische Vorverdauung im Mund. Anschließend kommt es zur Vermischung mit Säure und weiteren Enzymen im Magensaft und schließlich zum Übergang in den Dünndarm, dem wichtigsten Absorptionsort von Nährstoffen. Hier wird die Aufspaltung der Nahrungsmatrix durch weitere Enzyme, die vom Bauchspeicheldrüsensaft bereitgestellt werden, fortgesetzt. Im Folgenden spielen auch je nach Tierart Mikroorganismen eine entscheidende Rolle, welche sich an der Verwertung der Nahrung beteiligen.
Zusätzlich kommen viele Stoffe grundsätzlich nicht isoliert sondern im komplexen Umfeld von zahlreichen biologischen Vor- und Zwischenstufen bzw. verschiedenen chemischen Formen vor.
Ein Beispiel dafür ist Eisen. Man unterscheidet generell zwei Arten von Nahrungseisen. Das Häm-Eisen,welches in Fleisch, Fisch und Geflügel enthalten ist und Nicht-Häm-Eisen, das in pflanzlicher und tierischer Nahrung vorkommen kann. Häm-Eisen kommt vorwiegend in Hämoglobin und Myoglobin vor. Diese Proteine sind für Sauerstofftransport und -speicherung im Blut bzw. in der Muskulatur verantwortlich. Wird es freigesetzt agiert das Häm-Molekül wie ein schützender Ring um das zentrale Eisenatom. So wird es vor Wechselwirkungen mit anderen Nahrungskomponenten bewahrt und im Darm in löslichem Zustand erhalten. Es kann dadurch intakt über ein spezielles Transportsystem an der Oberfläche der Darmzellen absorbiert werden kann (Shayeghi et al. 2005). Das Nicht-Häm-Eisen ist hingegen im Darmmilieu nur schlecht löslich und kann zudem in seiner Bioverfügbarkeit durch andere Nahrungskomponenten leicht beeinträchtigt werden. Es wird nur ein kleiner Anteil aufgenommen (Hurrell and Egli 2010).
Schwankungen des Nährstoffgehaltes
Insbesondere natürliche Futtermittel unterliegen immer Schwankungen. Die Analyse eines solchen Futtermittels ist daher immer nur eine Momentaufnahme. Werden mehrfache Analysen durchgeführt, können Minimal-, Maximal- oder Mittelwerte angeben werden. Die Einzelwerte können sich allerdings stark unterscheiden.
Der Nährstoffgehalt einer Pflanze kann Beispielsweise von
- Sorte
- Standort
- Klima
- Anbauform
- Düngung
- Wachstumsprozess
- Erntezeitpunkt
- Reifegrad
- Transport und Lagerung
- verwendeten Analyseverfahren
abhängen.
Fazit
Die Analyse der Bestandteile eines Futtermittels kann Aufschlüsse über den Gehalt an Nährstoffen geben. Allerdings handelt es sich nicht um verallgemeinerbare Werte. Auch ist der ermittelte Nährstoffgehalt nicht gleichzusetzen mit dem verwertbaren Nährstoffgehalt für das einzelne Tier.
Viele Angaben zum Nährstoffgehalt verschiedener Futter- oder auch Lebensmittel wurden anhand weniger bestimmter Pflanzen ermittelt. Es handelt sich dabei immer nur um Momentaufnahmen. Solche Angaben zum Nährstoffgehalt sind Beispiele, die zur Verdeutlichung und dem Verständnis beitragen können, dürfen aber nicht als feste Richtwerte genutzt werden.
Quellen
Aggett PJ. (2010). Population reference intakes and micronutrient bioavailability: a European perspective. American Journal of Clinical Nutrition 91
Bützer, P. (2009): Eisen im Körper, Pädagogische Hochschule St.Gallen
Heaney RP. (2001). Factors influencing the measurement of bioavailability, taking calcium as a model. Journal of Nutrition 131(suppl):1344S-1348S
Hurrell R und Egli I. (2010): Iron bioavailability and dietary reference values. American Journal of Clinical Nutrition 91
Kirchhoff, Eva (2004): Vitamin- und Mineralstoffgehalt pflanzlicher Lebensmittel in: Deutsche Gesellschaft für Ernährung e.V. (Hrsg.):
Ernährungsbericht 2004, Bonn, S. 207 – 234
Moder K. (2003): Statistische Interpretation von Futtermittelanalysen. In: 2.BOKU-Symposium
Shayeghi M, Latunde-Dada GO, Oakhill JS, Laftah AH, Takeuchi K, Halliday N, Khan Y, Warley A, McCann FE, Hider RC, Frazer DM, Anderson GJ, Vulpe CD, Simpson RJ, McKie AT. (2005). Identification of an intestinal heme transporter. Cell 122(5):789-801
Schlolaut, W. (Hrsg) in Zusammenarbeit mit Lange, K.; Das große Buch vom Kaninchen; 3., erw. Aufl.; Frankfurt am Main; DLG-Verl., 2003; 488 S.; ISBN 3-7690-0592-9
Wiesemüller, W. , Leibetseder, J.: Ernährung monogastrischer Nutztiere, Kapitel 4. [Hrsg.]. Jena, Stuttgart: G. Fischer. ISBN 3-334-60428-4