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Aktuelle Neuigkeiten aus dem Unternehmen Biochem.

3 Mythen über Futterzusätze in der Aquakultur

Per Definition ist ein Mythos eine Erzählung bzw. eine traditionelle Geschichte. Aber nicht jede Geschichte ist ein Mythos. Geschichten wurden schon immer verwendet, um Wissen weiterzugeben. Ein Problem mit Geschichten ist jedoch, dass sie sich im Laufe der Zeit verändern. Teile von ihnen gehen verloren oder sind veraltet - und schon ist der Mythos geboren! Besonders in Zeiten, in denen viele Geschichten (einschließlich dieser) über das Internet verbreitet werden, ist faktenbasiertes Wissen unerlässlich, um Mythen zu entkräften. Heute wollen wir einen Blick auf drei gängige Mythen über Futterzusätze in Fischfutter werfen.

Mythos Nr. 1: "Ein gutes hefebasiertes Prebiotikum zeichnet sich durch einen hohen Glucangehalt aus"

Aus Hefe gewonnene Glucane sind beliebte Futtermittelzusätze, die z. B. in der Aquakultur eingesetzt werden, um die Widerstandsfähigkeit gegen Krankheiten oder die Produktion von Epithelschleim zu fördern. Doch Glucane sind nicht gleich Glucane. Es handelt sich um eine vielfältige Gruppe von Polysacchariden, die nach der Art der glykosidischen Bindungen unterteilt werden:

  • Alpha-Glucane (z. B. Stärke, die aus α-1,4- und α-1,6-Glucanen besteht)
  • Beta-Glucane (z. B. Chitin, bestehend aus β-1,4-Glucanen)

Die immunmodulierende Wirkung von Hefeprodukten wird jedoch nur mit β-1,3- und β-1,6-Glucanen in Verbindung gebracht (Bohn et al. 1995). Die Angabe von " Gesamtglucanen" oder "β-Glucanen" ist also nicht ausreichend. Stärke ist ein Glucan, aber auch Zellulose ist ein β-Glucan und keines dieser Glucane beeinflusst die Immunfunktionen. Selbst eine exakte Angabe der genauen Menge an β-1,3- und β-1,6-Glucanen sagt nichts über die Effizienz des Produktes aus. Die Effizienz bedeutet in diesem Zusammenhang, wie viel Produkt benötigt wird, um die gewünschte Wirkung zu erzielen. Und das hängt meist mit der Reinheit und dem Herstellungsprozess des Hefeproduktes zusammen (Stier et al. 2014).

Abbildung 1: Bindung von Vibrio campbellii (markiert durch rote Pfeile) durch Hefezellwandkomponenten von TechnoMos® (durch grüne Pfeile hervorgehoben)Abbildung 1: Bindung von Vibrio campbellii (markiert durch rote Pfeile) durch Hefezellwandkomponenten von TechnoMos® (durch grüne Pfeile hervorgehoben)

Unsere Erfahrung mit Hefezellwandprodukten hat uns das genaue Gegenteil des oben genannten Mythos gelehrt. Produkte mit hohen Glucangehalten sind oft Nebenprodukte der Ethanolherstellung. Die anaeroben Bedingungen während dieses Herstellungsverfahrens zwingen die Hefen dazu, Glucose in Ethanol umzuwandeln. Um sich vor der Anreicherung des Ethanols in der Umgebung zu schützen, beginnen die Hefen, eine dicke Zellwand aufzubauen, die mit β-Glucanen angereichert ist. Allerdings verfügen diese dicken Zellwände auch über einen besseren Schutz gegenüber Autolyse- oder Hydrolyseverfahren - die üblichen Methoden zur Freisetzung von β-1,3- und β-1,6-Glucanen. Daher erscheint es offensichtlich, dass ein solches Produkt ein gewisses Potenzial zur wirksamen Stärkung der Immunfunktionen einbüßt.

Womöglich ist es besser, einen anderen Indikator für die Bewertung eines hefebasierten Prebiotikums zu finden. Der Gehalt an Mannan-Oligosacchariden (MOS) in Hefezellwänden wird durch den Herstellungsprozess kaum beeinflusst. MOS sind für ihre Fähigkeit bekannt, gram-negative Bakterien (z. B. Vibrio oder Aeromonas) zu binden und sie aus dem Darm zu entfernen. In diesem Zusammenhang wäre ein hoher MOS-Gehalt einem hohen ß-Glucangehalt vorzuziehen. Denn MOS reduzieren die generelle Pathogenbelastung und damit die Notwendigkeit eines gestärkten Immunsystems. Andererseits kann auch in diesem Fall die Wirksamkeit von MOS durch eine dicke Hefezellwand und folglich durch das Herstellungsverfahren beeinträchtigt werden.

Wie kann man also ein gutes hefebasiertes Prebiotikum erkennen? Hier sind 4 wichtige Aspekte:

  1. Der Gehalt an aktiven Glucanen sollte als β-1,3- und β-1,6-Glucane deklariert sein
  2. Der MOS-Gehalt sollte vergleichsweise hoch sein (>20%)
  3. Die Partikelgröße sollte möglichst klein (90% < 125 µm) und homogen sein
  4. Die Hefequelle sollte eine „Primärhefe“ sein

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Mythos Nr. 2: " Mykotoxine sind in tropischen Gebieten eine größere Bedrohung für die Aquakultur als in Ländern der nördlichen Hemisphäre"

Es stimmt, dass die meisten Schimmelpilze, die Mykotoxine als sekundäre Stoffwechselprodukte produzieren, am ehesten in warmen und feuchten Umgebungen wachsen. So ist beispielsweise bekannt, dass Aspergillus flavus unter tropischen Lagerbedingungen Aflatoxin B1 (AFB1) produziert (Song und Karr 1993). Um das Vorkommen von Lagerpilzen und ihren Mykotoxinen besser beurteilen zu können, müssen wir wissen, wo sie vorkommen.

Es muss zwischen den folgenden Schimmelpilzen unterschieden werden:

  • Lagerpilze (Aspergillus, Penicillium spp.)
  • Feldpilze (Fusarium)

Lagerpilze sind eine Folge unsachgemäßer Lagerbedingungen. Unzureichende Belüftung, hohe Temperaturen und Feuchtigkeit sind die Hauptgründe für das Pilzwachstum. Dies kann sowohl bei der Lagerung von Rohstoffen als auch in Futtersäcken auftreten. Die mit diesen Schimmelpilzen verbundenen Mykotoxine sind AFB1 und Ochratoxin A (OTA). Feldpilze hingegen wachsen direkt auf den Nutzpflanzen. Besonders regenreiche Jahreszeiten begünstigen diese Schimmelpilzklasse und die Produktion ihrer hitze- und säurestabilen Mykotoxine. Schimmelpilze der Gattung Fusarium produzieren ein sehr breites Spektrum an Mykotoxinen, wie z. B. Deoxynivalenol (DON), Nivalenol (NIV), Zearalenon (ZEA) und Fumonisin B1 (FB1).

Dementsprechend könnte ein Hersteller von Fischfutter mit trockenen und kühlen Lagerungsbedingungen ein geringeres Risiko für Mykotoxine haben als jemand mit tropischen Bedingungen. Der oben erwähnte Mythos hat also eine gewisse Daseinsberechtigung - oder doch nicht?

Abbildung 2: Schimmelpilze und ihre jeweiligen MykotoxineAbbildung 2: Schimmelpilze und ihre jeweiligen Mykotoxine

Es mag ein geringeres Risiko für AFB1 bestehen. Betrachtet man jedoch den Fischfutter-Markt als globale Industrie, stellt sich die Sache ganz anders dar. Rohstoffe werden weltweit bezogen und verschifft. Landwirtschaftliche Produkte wie Mais, Weizen und Sojabohnen sind zu wichtigen Bestandteilen von Fisch- und Garnelenfutter geworden. Futtermittelproduzenten können zwar in die besten Silos investieren, doch am Ende kommen Mykotoxine bereits mit dem LKW. Untersuchungen von Pietsch (2020) von 97 kommerziellen Fischfuttern aus Europa zeigen, dass die wichtigsten Mykotoxine in diesem Bereich folgende sind:

  • DON
  • ZEA
  • FB1

Die hohen Konzentrationen dieser Toxine waren meist auf verdorbenen Weizen oder Mais zurückzuführen. Darüber hinaus wurden alarmierende Werte für so genannte „Emerging Mycotoxins“ (Dt. neu auftretende Mykotoxine) festgestellt. Diese werden ebenfalls von Feldpilzen der Gattung Fusarium produziert, doch weil sie neu sind, gibt es hierfür noch keine Richtwerte. Ein weiterer Aspekt der hauptsächlich aus Feldpilzen stammenden Mykotoxine ist ihr potenziell "maskierter" Charakter. Dabei verändern Pflanzen die chemische Struktur von Mykotoxinen, um sich selbst zu schützen. Solche maskierten Mykotoxine sind mit den üblichen Analysemethoden nicht nachweisbar und stellen weiterhin eine potenzielle Gefahr dar (Berthiller et al. 2013).

In diesem Sinne sind Mykotoxine ein kaum vermeidbares Risiko in Futtermittelformulierungen. Den tatsächlichen Kontaminationsgrad zu ermitteln, ist im Regelfall sehr schwierig. Da Mykotoxine nicht homogen über eine Futtermittel- oder Rohstoffcharge verteilt sind, ist eine repräsentative Probenahme kaum möglich.

Die einzige sichere Möglichkeit, dieser versteckten Gefahr wirksam entgegenzuwirken, ist der Einsatz von Toxinbindern. Die B.I.O.Tox®-Produktreihe von Biochem wurde sorgfältig als Futtermittelzusätze mit besten Toxinbindungseigenschaften konzipiert. Ausgewählte Mineral- und Hefekomponenten binden irreversibel alle Arten von Mykotoxinen und entfernen sie aus dem Verdauungstrakt. Mit unserer neuesten Produktentwicklung, B.I.O.Tox® Activ8, haben wir einen speziellen Toxinbinder eingeführt, der auch anspruchsvolle Mykotoxine, wie z.B. DON, bindet.

Mythos Nr. 3: "Die geringere Bioverfügbarkeit von anorganischen Spurenelementen kann durch hohe Einsatzraten ausgeglichen werden"

Spurenelemente müssen jedem Fisch- oder Garnelenfutter zugesetzt werden, um optimale Leistung und Gesundheit zu gewährleisten. Um die richtige Dosis an Spurenelementen zu finden, müssen die Futtermittelhersteller sowohl den Spurenelementgehalt der Rohstoffe als auch den Spurenelementbedarf der Tierart kennen. Dies stellt eine große Herausforderung dar, da die "Bioverfügbarkeit" - die biologische Speicherung - von Spurenelementen von ihrer Quelle abhängt. Es gibt 3 Spurenelementquellen, die in Fisch- und Garnelenfutter verwendet werden können:

  1. Spurenelemente aus Rohstoffen
  2. Anorganische Spurenelemente (z. B. Sulfate, Oxide)
  3. Organische/chelatisierte Spurenelemente (Aminosäurechelate, Glycinate usw.)

Der Spurenelementgehalt in Rohstoffen ist in der Regel zu gering, um den jeweiligen Bedarf zu decken. Außerdem variieren die Gehalte stark zwischen den verschiedenen Rohstoffen. Während Rohstoffe auf tierischer Basis, wie Fisch- oder Geflügelmehl, einen höheren Gehalt an Zink und Eisen aufweisen, sind pflanzliche Quellen in der Regel reich an Kupfer und Mangan. Daher kann die zunehmende Verwendung von pflanzlichen Zutaten das Spurenelementprofil von Futtermitteln verändern (Domínguez et al. 2019). Darüber hinaus sind viele Fischarten in der Aquakultur Fleischfresser, und ihr Zugang zu Spurenelementen in pflanzlichen Stoffen kann begrenzt sein.

Premixe mit anorganischen Spurenelementen kommen oft zum Einsatz, um den Mangel an bestimmten Mineralien auszugleichen. Die Rezepturen orientieren sich häufig an den Mindestanforderungen des NRC und den Höchstwerten, die z. B. von der EU festgelegt wurden. Leider entsprechen die meisten vom NRC festgelegten Spurenelementempfehlungen Forschungsstudien aus dem letzten Jahrtausend. Fischfutter aus dieser Zeit bestand bis zu 90 % aus marinen Bestandteilen. Heute sind es weniger als 30 %, aber dafür mit viel mehr pflanzlichen Stoffen (Aas et al. 2019). In diesen Studien sind antinutritive Faktoren, wie Phytinsäure, aus Pflanzen nicht berücksichtigt. Aufgrund ihrer Fähigkeit, mit Spurenelementen Komplexe zu bilden, ist Phytinsäure der Hauptgrund für Spurenelement- und Phosphorverluste in Fisch- und Garnelenfutter (Rasid et al. 2021).

Daher scheint es natürlich naheliegend, den Spurenelementgehalt des Futters so zu erhöhen, dass die geringere Bioverfügbarkeit ausgeglichen wird - oder nicht?

Abbildung 3: Antagonistische Effekte. Es wurde festgestellt, dass die miteinander verknüpften Elemente in einem antagonistischen Verhältnis zueinanderstehenAbbildung 3: Antagonistische Effekte. Es wurde festgestellt, dass die miteinander verknüpften Elemente in einem antagonistischen Verhältnis zueinanderstehen

Es ist nicht nur die Phytinsäure, die die Verfügbarkeit von Spurenelementen für Fische und Garnelen reduziert. Die Spurenelemente selbst stehen in Konkurrenz zueinander, wenn es darum geht, dieselben Metalltransporter im Tier zu nutzen. Einige Konkurrenzbeziehungen sind gut bekannt, z. B. zwischen Zink und Kupfer oder zwischen Eisen und Mangan. Andere wurden erst kürzlich von Domínguez et al. (2020) beschrieben. Sie stellten fest, dass mit zunehmender anorganischer Zink- und Eisenkonzentration im Futter die Speicherung von Eisen im Knochengewebe von Doraden kontinuierlich abnahm. Daraus folgt, dass ein hoher Gehalt an anorganischen Spurenelementen die Bioverfügbarkeit anderer Spurenelemente verringern kann.

Um antagonistische Effekte, z. B. durch Phytinsäure oder Metalltransportkonkurrenz, zu vermeiden, wurden chelatisierte (organische) Mineralien wie E.C.O.Trace® eingeführt. Mineralien dieser Art werden durch die Carboxyl- und Aminogruppen einer entsprechenden Aminosäure gebunden. Dieser "feste Griff" macht sie bei niedrigen pH-Werten, wie sie im Magen vorkommen, stabiler. Außerdem werden chelatisierte Spurenelemente mit einer breiteren Palette von Absorptionsmechanismen assoziiert. Daher haben sie eine viel höhere Bioverfügbarkeit und weniger antagonistische Wechselwirkungen als anorganische Spurenelemente.

Biochem verfügt über weitreichende Erfahrungen auf dem Gebiet der organisch gebundenen Spurenelemente. Wenn Sie mehr über unsere Glycinate (an Glycin gebundene Spurelemente) aus der E.C.O.Trace®-Reihe und andere Spurenelementprodukte erfahren möchten, besuchen Sie bitte unsere Website oder nehmen Sie Kontakt mit uns auf!

 

Quellen:
Aas TS, Ytrestøyl T, Åsgård T. Utilization of feed resources in the production of Atlantic salmon (Salmo salar) in Norway: An update for 2016. Aquaculture Reports. 2019; 15: 100216. 
Berthiller F, Crews C, Dall’Asta C et al. Masked mycotoxins: A review. Molecular Nutrition & Food Research. 2013; 57 (1): 165-186. 
Bohn JA, BeMiller JN. (1→3)-β-d-Glucans as biological response modifiers: a review of structure-functional activity relationships. Carbohydrate Polymers. 1995; 28: 3-14. 
Domínguez D, Sarmiento P, Sehnine Z et al. Effects of copper levels in diets high in plant ingredients on gilthead sea bream (Sparus aurata) fingerlings. Aquaculture. 2019; 507: 466-474. 
Domínguez D, Montero D, Robaina L et al. Effects of graded levels of minerals in a multi‐nutrient package on gilthead sea bream (Sparus aurata) fed a plant‐based diet. Aquaculture Nutrition. 2020; 26 (4): 1007-1018. 
Pietsch C. Risk assessment for mycotoxin contamination in fish feeds in Europe. Mycotoxin Research. 2020; 36: 41–62. 
Rasid R, Brown JH, Pratoomyot J, Monroig O, Shinn AP. Interaction and effects of graded levels of dietary phytic acid on the moulting performance, whole body mineral composition and availability on the freshwater prawn Macrobrachium rosenbergiiAquaculture. 2021; 537: 736466. 
Song DK, Karr AL. Soybean phytoalexin, glyceollin, prevents accumulation of aflatoxin B1 in cultures of Aspergillus flavus. Journal of Chemical Ecology. 1993; 19: 1183–1194. 
Stier H, Ebbeskotte V, Gruenwald J. Immune-modulatory effects of dietary Yeast Beta-1,3/1,6-D-glucan. Nutrition Journal. 2014; 13 (38). 

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