Studien zur Aminosäurenwirksamkeit beim Mastgeflügel unter spezifischer Betrachtung der verzweigtkettigen Aminosäuren
Studies on the amino acid efficiency in broiler chickens under the specific consideration of the branched-chain amino acids
von Anja Pastor
Datum der mündl. Prüfung:2014-02-04
Erschienen:2014-03-19
Betreuer:Prof. Dr. Frank Liebert
Gutachter:Prof. Dr. Frank Liebert
Gutachter:Dr. Christian Wecke
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Name:DISSERTATION-PASTOR-MÄRZ-2014_2.pdf
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Format:PDF
Zusammenfassung
Englisch
The ideal amino acid ratio (IAAR) offers one possibility to achieve the goals of an environmentally compatible animal production. The IAAR defines the exact ratio of amino acids (AA) that are required by an animal for a given desired performance, e.g. growth, reproduction, etc. Ideally, no AA is in a limiting or exceeding position. Consequently, all AA are equally limiting. Under such circumstances, the protein can be utilized with the highest efficiency. Nitrogen (N) – excretions as well as the impact on the metabolic burden are decreased. In the concept of the IAAR, the AA under investigation is related to a reference AA, mostly lysine (Lys). A thorough literature research showed that information about an IAAR for the branched-chain amino acids (BCAA) leucine (Leu), isoleucine (Ile), and valine (Val) for meat type chickens are scarce, especially regarding the Leu:Lys-ratio. The aim of this study was the determination of an IAARBCAA for male broiler chickens (Ross 308), followed by a validation of the derived results. Therefore, data analysis applied a non-linear N-utilization model for growing monogastric animals. Furthermore, the optimal timeframe for taking a blood sample to determine the branched-chain α-keto acids in blood plasma of broiler chickens was assessed. Consequently, three consecutive experiments were carried out. Each experiment consisted of an N-balance study and a growth assay. Every N-balance study was separated into an adaptation period (5d), followed by two consecutive collection periods (2 x 5d) for starter and grower period, respectively. While the starter period lasted from the 10th to 20th day of life (N = 36), the grower period, utilizing new birds, lasted from 25th to 35th day of life (N = 36). During the growth assay, growth periods lasted from the 1st to 12th; 13th to 24th and 25th to 36th day of life in Experiment 1. In Experiment 2 and 3, starter period lasted from the 1st to 21st day of life and 10th to 20th day of life, respectively,and grower period from 21st to 35th and 25th to 35th day of life, respectively. Each growth period used 240 chickens. At the beginning and the end of each growth period, representative animals were chosen for whole body analysis, fasted for 24 hours, euthanized, autoclaved, homogenized and analyzed for CP, DM and crude ash. This enabled the calculation of the animals´ N-deposition for the respective growth period. Wheat, wheat gluten, soy protein concentrate and fish meal were the main feed ingredients. The applied IAAR was calculated based on literature data. Diet formulation was based on the principle of the diet dilution technique. For assessing the optimal time to take blood samples, 40 animals which had access to an AA-balanced diet were utilized. On day 36, blood samples were taken over a graded period of time. The content of the α-branched-chain keto acids was determined by high performance liquid chromatography. The results of the individual experiments are presented below. In Experiment 1, the daily N maintenance requirement (NMR) and the daily theoretical maximum of N-retention (NRmaxT) were determined for data evaluation based on the non-linear N-utilization model. An NMR and NRmaxT of 113 mg N/LMkg0,67/d and 4705 mg N/LMkg0,67/d could be derived for the starter period, while values of 215 mg N/LMkg0,67/d and 4516 mg N/LMkg0,67/d were concluded for the grower period. Furthermore, based on the Lys-efficiency, the Lys-requirement was determined, taking into account varying levels of performance (g CP-deposition/d), feed intake (g/d) and body weight. In Experiment 2, the IAAR for the BCAA, related to Lys was derived (IAARBCAA). An IAARBCAA for the starter and grower period of Lys:Leu:Ile:Val = 100:94:55:65 and 100:106:56:72 was derived, respectively. These results indicated a slightly higher relevance for Leu and Val during the grower period. The concluded IAARBCAA was markedly lower than the IAARBCAA found in the literature (100:110:68:79). HPLC analysis showed no significant changes in the branched-chain α-keto acid content in the blood plasma between 3-12h after deprivation of feed. It was concluded that this timeframe is preferable for taking blood samples, if the branched-chain keto acids are to be analyzed. In Experiment 3, the Reference IAARBCAA (Lys:Leu:Ile:Val = 100:110:68:79) was compared to markedly lower BCAA-contents in a diet for broiler chickens (Lys:Leu:Ile:Val = 100:89:53:63 and 100:97:56:70 for starter and grower period, respectively). It was concluded that the lower IAARBCAA did not hamper the animals´ performance. Further research is believed to be necessary, on the one hand, for the the methodology. Besides a further optimization of N-balance-studies and growth assays a comparison of different models (e.g. N-utilization model and supplementation technique) for deriving AA-requirement/ IAAR-values within one experimental trial would be desirable. On the other hand, ongoing studies might not only take into account the content of the branched-chain α-keto acids but that of AA or uric acid in the blood plasma of broiler chickens as well. This might contribute to an even better understanding of the BCCAmetabolism and its effects on animals´ performance and health status.
Keywords: branched-chain amino acids; leucine; valine; isoleucine; broiler chickens; ideal amino acid ratio; IAAR; N-utilization model; N-balance study; Growth assay
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Das Konzept des Idealproteins (IAAR) bietet einen Ansatzpunkt zur umweltschonenden Tierproduktion. Das IAAR definiert genau die Relationen an AA,
die der Körper für eine gewünschte Leistung, z.B. Wachstum, Reproduktion,
etc., benötigt. Im Idealfall liegt keine AA im Überschuss oder im Mangel vor.
In der Folge wirken alle AA gleichermaßen limitierend. Das Protein kann unter
diesen Bedingungen mit der höchsten Effizienz genutzt werden. Stickstoff
(N)-Exkretionen und Belastungen des Stoffwechsels werden minimiert.
Bei der Umsetzung des IAAR-Konzepts wird die zu untersuchende AA in Relation
zu einer Referenz-Aminosäure (AA), meistens Lysin (Lys), gesetzt.
Eine umfassende Literaturrecherche zeigte, dass fundierte Angaben über die
idealen Verhältnisse der verzweigtkettigen AA (engl.: branched-chain amino
acids, BCAA) Leucin (Leu), Isoleucin (Ile) und Valin (Val) zu Lys beim Masthähnchen rar sind, insbesondere Angaben zum idealen Leu:Lys-Verhältnis.
Das Ziel dieser Arbeit war daher die Ermittlung der idealen BCAA:Lys-
Verhältnisse in Futtermischungen für männliche Masthähnchen der Genetik
Ross 308 und eine anschließende Validierung der gefundenen Ergebnisse.
Dabei erfolgte die Auswertung von aus Stoffwechselversuchen gewonnen NAnsatz-
Daten mit Hilfe eines nicht-linearen N-Verwertungsmodells für wachsende
Monogastride.
Des Weiteren sollte der optimale Zeitpunkt für die Blutabnahme zur Analyse
der verzweigtkettigen Ketosäuren, die wichtige Informationen zum Stoffwechsel
der BCAA vermitteln können, definiert werden, da in der Literatur
keine Hinweise auf einen optimalen Zeitpunkt gegeben sind.
Drei aufeinander aufbauende Versuchskomplexe wurden durchgeführt, die
neben N-Bilanz-Studien parallel Wachstumsversuche umfassten. Diese waren
in eine Starter- und Growerperiode unterteilt. In den Bilanzversuchen
schlossen sich an eine fünf-tägige Adaptationsperiode die zweimal fünftägigen
Sammelperioden an (je 36 Tiere in der Starter- (10.-20. Lebenstag
(LT)) und Growerperiode (25.-35.LT)). Im Wachstumsversuch gliederten sich
die Versuchsabschnitte vom 1.-12. 13.-24. und 25.-36. Lebenstag in Experiment
1. In Experiment 2 und 3 umfasste die Starterperiode den 1.-21. LT
bzw. 10.-20. LT und die Growerperiode den 21.-35. LT bzw. 25.-35. LT. Für
jeden Abschnitt wurden jeweils 240 Tiere verwendet. Zu Beginn und zum
Ende jedes Wachstumsabschnittes wurden repräsentative Tiere für eine
Ganzkörperanalyse ausgewählt, 24h genüchtert, eingeschläfert, autoklaviert,
homogenisiert und im Hinblick auf XP, TS und XA analysiert. Dies ermöglichte
die Berechnung des N-Ansatzes der Versuchstiere für den jeweiligen
Wachstumsabschnitt.
Hauptkomponenten der Diäten in allen Versuchen waren Weizen, Weizenkleber,
Sojaproteinkonzentrat und Fischmehl. Das zunächst als Referenz
angenommene IAAR basierte auf Literaturdaten. Die Diätgestaltung erfolgte
nach dem Prinzip der Verdünnungsmethode.
Zur Bestimmung des optimalen Blutabnahmezeitpunktes wurden 40 Tiere
verwendet. Nur Tiere, die eine AA-balancierte Kontrollmischung erhalten hatten,
kamen zur Anwendung. Über einen gestaffelten Zeitraum wurde den
Masthähnchen Blut am 36. LT abgenommen. Die Bestimmung des Gehalts
an verzweigtkettigen α-Ketosäuren erfolgte mittels Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC).
Nachfolgend sind die Ergebnisse der einzelnen Versuchskomplexe dargestellt:
Experiment 1 diente der Ermittlung der Modellparameter des täglichen NErhaltungsbedarfs (NMR) sowie des täglichen maximalen N-Retentionsvermögens
(NRmaxT) für die Ergebnisevaluierung nach dem exponentiellen
N-Verwertungsmodell. Auf Grundlage der N-Bilanz-Daten ergaben sich ein
NMR und NRmaxT von 113 mg N/LMkg0,67/d und 4705 mg N/LMkg0,67/d für die
Starter-, sowie von 215 mg N/LMkg0,67/d und 4516 mg N/LMkg0,67/d für die
Growerperiode.
Weiterhin konnte basierend auf der ermittelten Lys-Effizienz der Lys-Bedarf
für unterschiedliche Leistungsziele (g XP-Ansatz/d), verschieden unterstellte
Futteraufnahmen sowie für eine definierte Lebendmasse quantifiziert werden.
In Experiment 2 erfolgte die Ermittlung des IAAR für die BCAA in Relation zu
Lys (IAARBCAA). Es ergab sich für die Starter- bzw. Growerperiode ein
IAARBCAA von Lys:Leu:Ile:Val = 100:94:55:65 bzw. 100:106:56:72.
Die Ergebnisse deuteten an, dass für die Growerperiode ein erhöhter relativer
Bedarf an Leu und Val vorlag. Die ermittelten Werte des IAARBCAA lagen
deutlich unterhalb des Referenz IAARBCAA (100:110:68:79).
Die Analyse der verzweigtkettigen α-Ketosäuren zeigte, dass 3 – 12h nach
Futterentzug keine signifikanten Konzentrationsänderungen im Blutplasma
für alle drei α-Ketosäuren vorlag (p<0,05). Es wurde geschlussfolgert, dass
dieser Zeitraum für weitere Untersuchungen zu präferieren ist.
Experiment 3 diente der Validierung eines im Vergleich zum Referenz
IAARBCAA (Lys:Leu:Ile:Val = 100:110:68:79) deutlich reduzierten BCAA-Anteils
im Broilerfutter (Lys:Leu:Ile:Val = 100:89:53:63 in der Starter- und
100:97:56:70 in der Growerperiode). Es konnte festgehalten werden, dass
sich die Einstellung eines im Vergleich zur Literatur niedrigeren IAARBCAA
nicht negativ auf die Leistung von Masthähnchen auswirkte.
Weiterer Forschungsbedarf besteht einerseits in der Methodik. Neben einer
weiteren Optimierung von Stoffwechsel- und Wachstumsversuchen wäre
auch ein Vergleich unterschiedlicher Modelle (z.B. N-Verwertungsmodell und
Supplementationsmethode) zur Ableitung des AA-Bedarfs/des IAAR innerhalb
eines Versuchskomplexes wünschenswert. Andererseits könnten nachfolgende
Untersuchungen neben den Gehalt an verzweigtkettigen α-
Ketosäuren im Blutplasma von Masthähnchen weitere Parameter, wie den
AA- oder Harnsäure-Gehalt mit einbeziehen. Somit könnte ein Beitrag zu
einem noch besseren Verständnis für den BCAA-Metabolismus und dessen
Auswirkungen auf die Tierleistung und –gesundheit geleistet werden.
Schlagwörter: Leucin; Isoleucin; Valin; Broiler; Mastgeflügel; Idealprotein; Aminonsäurenverhältnis; N-Verwertungsmodell; N-Bilanz-Studie; Wachstusmversuch; Verzweigtkettige Aminosäuren