| dc.contributor.advisor | Liebert, Frank Prof. Dr. | |
| dc.contributor.author | Witten, Stephanie | |
| dc.date.accessioned | 2019-05-10T09:09:19Z | |
| dc.date.available | 2019-05-10T09:09:19Z | |
| dc.date.issued | 2019-05-10 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-002E-E632-1 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-7432 | |
| dc.language.iso | eng | de |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
| dc.subject.ddc | 630 | de |
| dc.title | Characterisation of organic cereals and grain legumes as feedstuffs for monogastric animals: Effects of variety and environmental conditions on the contents of crude nutrients, amino acids, thiamine, riboflavin, and in vitro digestibility of crude protein and amino acids | de |
| dc.title.alternative | | de |
| dc.type | doctoralThesis | de |
| dc.title.translated | Charakterisierung von Öko-Getreide und -Körnerleguminosen als Futtermittel für Monogastrier: Einfluss von Sorte und Umwelt auf die Gehalte an Rohnährstoffen, Aminosäuren, Thiamin, Riboflavin und in vitro Rohprotein- und Aminosäurenverdaulichkeit | |
| dc.contributor.referee | Aulrich, Karen Dr. | |
| dc.date.examination | 2018-11-05 | |
| dc.description.abstractger | Die adäquate Versorgung monogastrischer Nutztiere mit Nährstoffen, vor allem mit Protein
und Aminosäuren, ist im Ökologischen Landbau eine Herausforderung. Einerseits sind
einige proteinreiche Futtermittel mit hohen Gehalten an essentiellen Aminosäuren nicht
verfügbar, andererseits ist der Einsatz synthetischer Aminosäuren zum Ausgleich von
Aminosäurenimbalancen laut EU Gesetzgebung nicht erlaubt. Um diese Situation zu
verbessern, gibt es Bemühungen in der Pflanzen- und Tierzucht, sowie in der Tierhaltung,
und es wird aktiv nach alternativen Proteinfuttermitteln gesucht. Neben der
Aminosäurenversorgung stellt auch die Versorgung mit B-Vitaminen potentiell ein Problem
dar. Vor allem bei vorrangig fermentativ produzierten B-Vitaminen, wie Riboflavin, sind
GMO-freie Supplemente nicht verfügbar. Das Wissen über native B-Vitamingehalte in
Futtermitteln ist lückenhaft. Daher ist es notwendig, auch häufig eingesetzte Futtermittel zu
charakterisieren. Da im Ökologischen Landbau eine regionale Erzeugung angestrebt wird,
haben Getreide und heimische Körnerleguminosen eine große Bedeutung. Das Ziel dieser
Arbeit war folglich die Charakterisierung von Getreide und Körnerleguminosen aus
ökologischer Erzeugung anhand ihres Rohnährstoff-, Aminosäuren-, Thiamin- und
Riboflavingehalts unter Beachtung von Sorten- und Umwelteinflüssen.
Zu diesem Zweck wurden über 800 Proben aus drei Anbaujahren aus Öko-
Sortenversuchen der deutschen Landwirtschaftskammern und Landesversuchsanstalten
auf die Gehalte der oben genannten Inhaltsstoffe analysiert. Zudem wurde die praecaecale
Verdaulichkeit des Rohproteins und der Aminosäuren bei 21 Tage alten Broilern
exemplarisch an einer Öko-Futtererbse und einer Öko-Ackerbohne untersucht. Um die
praecaecale Rohprotein- und Aminosäurenverdaulichkeit für Broiler zu schätzen, wurde
eine Multi-Enzym-Methode adaptiert. Mit Hilfe der adaptierten Methode ist die in vitro
Verdaulichkeit des Rohproteins und der Aminosäuren verschiedener Getreide- und
Körnerleguminosenarten überprüft worden. Des Weiteren wurden der Einfluss von Sorte
und Umwelt auf die Gehalte an Rohnährstoffen, Aminosäuren, Thiamin und Riboflavin
sowie auf die in vitro Verdaulichkeit des Rohproteins und der Aminosäuren in Getreide und
Körnerleguminosen mittels generalisierter linearer Modelle bestimmt und der native Gehalt
an Thiamin und Riboflavin in Beispielrationen für monogastrische Nutztiere berechnet.
Wie erwartet, schwankte die Nährstoffzusammensetzung stark. Zudem waren die Gehalte
an Rohprotein- und vielen Aminosäuren häufig geringer und die Stärkegehalte in Getreide
und Körnerleguminosen höher als tabellierte Werte.
Das in Erbsen und Ackerbohnen enthaltene Rohprotein war zu 84 und 81% praecaecal
verdaulich. Dies war vergleichbar mit Ergebnissen anderer Studien. Lysin, Methionin,
Arginin, Histidin und Glutamin waren hoch verdaulich. Die praecaecale Verdaulichkeit von
Cystin und Tryptophan war jedoch geringer. Mit der adaptierten Multienzymmethode
wurden Rohproteinverschwindensraten bestimmt, die stark mit der praecaecalen
Verdaulichkeit des Rohproteins und der Aminosäuren, die in vorangegangenen Studien
bestimmt wurde, korreliert waren. Die in vitro Verdaulichkeitskoeffizienten unterschieden
sich zum Teil um mehr als 0,1 innerhalb einer Kultur. Insgesamt waren sie häufig
vergleichbar mit Literaturangaben zur praecaecalen Rohproteinverdaulichkeit in Getreide
und Körnerleguminosen. Ein Vergleich war aufgrund großer Unterschiede zwischen den
Tabellenwerten und Literaturergebnissen jedoch schwierig. Da die Grundlage an in vivo
Ergebnissen gering war, wird eine weitere Validierung der Methode empfohlen.
Die Nährstoffzusammensetzung und die in vitro Rohprotein- und Aminosäurenverdaulichkeit
von Getreide und Körnerleguminosen wurden signifikant von der Sorte und
den Umweltbedingungen beeinflusst, wobei in den meisten Fällen der Einfluss der
Umweltbedingungen überwog. Das Ausmaß und die Richtung dieser Effekte waren jedoch
nicht konsistent. Wechselwirkungen und die Auswahl der Proben können Gründe dafür
gewesen sein. Für alle Kulturen wurde beobachtet, dass eine Veränderung des
Rohproteingehaltes ein verändertes Aminosäurenmuster zur Folge hatte. Die Gehalte an
essentiellen Aminosäuren, wie Lysin, Methionin oder Threonin, im Rohprotein waren oft
negativ mit dem Rohproteingehalt korreliert. In Getreide stieg die Konzentration an
Glutamin, Phenylalanin und/oder Prolin mit steigenden Rohproteingehalten, in
Körnerleguminosen stieg vor allem die Konzentration an Arginin im Rohprotein. Der Grund
dafür war wahrscheinlich eine Veränderung im Verhältnis der Proteinfraktionen zueinander.
Diese kann zu einer veränderten Proteinqualität führen.
Getreidebasierte Beispielrationen enthielten ausreichende Mengen an Thiamin, um aktuelle
Bedarfsempfehlungen zu decken, obwohl die Thiamingehalte in Getreide und
Körnerleguminosen meist geringer waren als in der Literatur beschrieben. Es ist jedoch zu
beachten, dass die Verfügbarkeit des Thiamins nicht berücksichtigt worden ist.
Die nativen Riboflavingehalte in den Beispielrationen reichten nicht aus, um den Bedarf zu
decken. Um Mangelerscheinungen zu vermeiden, ist es daher notwendig, Riboflavin zu
supplementieren oder riboflavinreiche Futtermittel einzusetzen.
Zusammenfassend kann aus der vorliegenden Arbeit die Empfehlung abgeleitet werden,
dass die starken Schwankungen der Nährstoffgehalte und der in vitro Verdaulichkeit des
Rohproteins und der Aminosäuren in Öko-Getreide und -Körnerleguminosen in der Rationsgestaltung
berücksichtigt werden müssen. Während für die Aminosäurengehalte bereits
zufriedenstellende Schätzgleichungen auf Basis des Rohproteingehalts existieren, werden
zur Bestimmung der Rohnährstoff- und B-Vitamingehalte in Futtermittelchargen noch
schnelle und günstige Analysemethoden benötigt. Dadurch könnten Getreide und
Körnerleguminosen noch besser zur Schließung der Aminosäurenlücke im Ökologischen
Landbau beitragen. Auch ihr nativer Gehalt an Thiamin und Riboflavin kann einen Beitrag
zur bedarfsgerechten Versorgung monogastrischer Nutztiere leisten. | de |
| dc.description.abstracteng | The sufficient supply of nutrients, in particular of protein and amino acids, for monogastric
animals in organic farming is challenging. For one thing, some feedstuffs that are rich in
crude protein and contain large amounts of valuable amino acids are not available in organic
quality. Additionally, the use of synthetic amino acids to compensate imbalances of amino
acids is not allowed according to EU regulations. To improve the situation in organic
farming, efforts are made in animal breeding and husbandry as well as in plant breeding.
Furthermore, alternative protein feedstuffs are studied with regard to their use in
monogastric animal feeding. Besides the supply of amino acids, the supply of B vitamins is
potentially challenging. Riboflavin supplements are primarily produced using fermentation.
Thus, the market availability of GMO-free riboflavin supplements is inadequate. The
knowledge on native contents of B vitamins in feedstuffs is scarce. Consequently, it is
important to characterise commonly used feedstuffs. Since organic farming aims for a local
production, cereals and grain legumes are frequently used as feedstuffs. The aim of this
study was, therefore, to characterise organically produced cereal and grain legume seeds
based on their contents of crude nutrients, amino acids, thiamine, and riboflavin considering
influences of variety and environmental conditions.
For this purpose, more than 800 samples were derived in three years from organic variety
trials, which were conducted by the German Chambers of Agriculture as well as the German
experimental stations, and analysed for the aforementioned ingredients. Furthermore, the
crude protein and amino acid digestibility in young broiler chicken was assessed in vivo and
in vitro. The precaecal digestibility of the crude protein and the amino acids of a field bean
and a field pea variety, which are commonly used in organic farming, was determined in
vivo in 21-day-old broiler chicken. To predict the praecaecal digestibility of the crude protein
and the amino acids of feedstuffs for broiler chicken, a multi-enzyme assay was adapted.
The in vitro digestibility of the crude protein and amino acids of cereals and grain legumes
was then determined using the adapted assay. The effect of variety and environment on the
contents of crude nutrients, amino acids, thiamine and riboflavin, as well as on the in vitro
digestibility of the crude protein and the amino acids in cereals and grain legumes was
studied with generalised linear models. In addition, native contents of thiamine and
riboflavin of exemplary diets for monogastric animals in organic farming were calculated.
As reported earlier in the literature, wide variations of the nutrient composition were also
observed in the present study. However, the crude protein and amino acid contents of
cereals and grain legumes were often lower and the starch content was often higher than
reported in feed value tables.
The precaecal digestibility of crude protein of organic field beans and field peas was
comparable to reported digestibility coefficients with 84% and 81%, respectively. Lysine,
methionine, arginine, histidine and glutamic acid were highly digestible at the terminal ileum,
while cystine and tryptophan were less digestible. The in vitro crude protein disappearance
that was determined with the adapted multi-enzyme assay was highly correlated to the
precaecal crude protein and the amino acid digestibility that was determined in preceding
animal trials. The in vitro digestibility coefficients differed by more than 0.1 within a cultivar.
They were mostly comparable to reported values in tables or digestibility studies. However,
a comparison was difficult due to wide variations between table values and results of other
studies. Since the number of samples with known precaecal crude protein and amino acid
digestibility was small, further validation of the in vitro assay is recommended.
The composition and the in vitro crude protein and amino acid digestibility of the cereal and
grain legume cultivars were significantly affected by variety and by environmental
conditions. In most cases, the influence of the environmental conditions was stronger.
However, the extent and the direction of the influence of these factors were not consistent
and may be depending on interactions and the choice of the sample set. It was observed
for all cultivars that variations of the crude protein content were accompanied by an altered
amino acid profile. The content of essential amino acids, including lysine, methionine, and
threonine, in the crude protein were often negatively correlated with the crude protein
content. A positive correlation with the crude protein content was observed for glutamic
acid, phenylalanine, and proline in the crude protein of different cereal grains as well as for
arginine in the crude protein of grain legumes. This is most likely due to shifts in the relation
of the protein fractions of the crops. Consequently, the crude protein quality tended to
decrease with increasing crude protein contents of the feedstuffs. Although the analysed amounts of thiamine in cereals and grain legumes were low
compared to table values, calculated cereal-based diets contained sufficient amounts of
native thiamine to meet current feeding recommendations. However, it must be noticed that
the availability of thiamine was not taken into account. The native riboflavin contents of the
exemplary diets were lower than the recommended amounts. Thus, it is necessary to use
riboflavin supplements or feedstuffs rich in riboflavin to prevent deficiencies.
In conclusion, the observed wide variations of the nutrient contents as well as of the crude
protein and amino acid digestibility of organically cultivated cereals and grain legumes must
be considered in diet formulation. While amino acid contents can already be predicted with
equations based on the crude protein content of the feedstuff, rapid and cheap analysis
methods are needed to determine crude nutrient and possibly even B vitamin contents of
each batch of a feedstuff. Consequently, the contribution of cereals and grain legumes to
closing the amino acid gap in organic farming would be further improved. Moreover, their
native thiamine and riboflavin content adds to the B vitamin supply. | de |
| dc.contributor.coReferee | Pawelzik, Elke Prof. Dr. | |
| dc.subject.eng | Poultry | de |
| dc.subject.eng | Swine | de |
| dc.subject.eng | organic farming | de |
| dc.subject.eng | feed composition | de |
| dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-11858/00-1735-0000-002E-E632-1-5 | |
| dc.affiliation.institute | Fakultät für Agrarwissenschaften | de |
| dc.subject.gokfull | Land- und Forstwirtschaft (PPN621302791) | de |
| dc.identifier.ppn | 1666651109 | |