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Newsletter-2024-1-6

Nachhaltige Tierernährung: Untersuchung des Fußabdrucks von Spurenelementen.

 

The Newsletter Out Loud: Dieser Artikel kann auf Englisch angehört werden.


In den letzten Jahren hat die Unsicherheit in der Öffentlichkeit über Umweltschäden, die durch die intensive Tierhaltung verursacht werden, zugenommen. Die Nutztierhaltung spielt in der Agrarwirtschaft eine wichtige und an Bedeutung zunehmende Rolle. Angetrieben von wachsenden Bevölkerungen und Einkommen steigt die Nachfrage nach tierischen Produkten. Um dieser Nachfrage gerecht zu werden, wurden Produktionssysteme so konzipiert, dass sie eine sehr hohe Produktivität bei geringen Kosten erreichen. In diesen Systemen ist die Bereitstellung von Spurenelementen zur Bedarfsdeckung der Tiere von entscheidender Bedeutung, um Gesundheit und Produktivität zu maximieren.

Es ist weithin bekannt, dass Spurenelemente für die normale Funktion fast aller biochemischen Prozesse im Körper unerlässlich sind. Sie sind Bestandteil zahlreicher Enzyme und an der Koordination vieler biologischer Prozesse beteiligt. Folglich sind sie für die Aufrechterhaltung von Gesundheit und Leistungsfähigkeit unverzichtbar. Zudem gewährleistet eine optimierte Fütterung mit einem ausreichenden Gehalt an Spurenelementen einwandfreie strukturelle, physiologische, katalytische und regulatorische Funktionen (Abbildung 1).

Abbildung 1: Die vielen physiologischen Funktionen essenzieller Spurenelemente.Abbildung 1: Die vielen physiologischen Funktionen essenzieller Spurenelemente.

Mit diesem Wissen haben Nutztier- und Geflügelhalter zunehmend Spurenelemente in ihre Futterrezepturen aufgenommen, um eine optimale Gesundheit und hohe Leistungsfähigkeit der Tiere zu gewährleisten. Infolgedessen sind die Strategien zur Ergänzung von Mineralstoffen schnell komplex geworden. Da der Gehalt an Spurenelementen zudem weniger offensichtlich ist, als der von Energie, Protein oder Aminosäuren, kann eine exakte Bedarfsbestimmung herausfordernder sein. Dies kann zu subklinischen oder marginalen Spurenelementdefiziten führen (Abbildung 2).

Abbildung 2:  Ein subklinischer oder marginaler Mangel an Spurenelementen kann zu einem größeren Problem werden als erwartet, da die Anzeichen oft vage und unspezifisch sind, was den Erzeuger dazu verleitet, den Mangel zu übersehen.Abbildung 2: Ein subklinischer oder marginaler Mangel an Spurenelementen kann zu einem größeren Problem werden als erwartet, da die Anzeichen oft vage und unspezifisch sind, was den Erzeuger dazu verleitet, den Mangel zu übersehen.

Trotz ihrer Bedeutsamkeit haben Spurenelemente auch das Potenzial zur Toxizität. Daher wird die Balance der Spurenelemente vom Körper sorgfältig reguliert. Die Homöostase von Spurenelementen verwendet zwei grundlegende Methoden: Die Kontrolle der Aufnahme über den Darm und die Ausscheidung des Überschusses nach der Aufnahme. Die essenziellen Spurenelemente Zink (Zn), Kupfer (Cu), Mangan (Mn) und Eisen (Fe) werden durch die Aufnahme reguliert.

Der Fußabdruck von Spurenelementen.

Um eine ausreichende Zufuhr von Spurenelementen zu gewährleisten, enthalten dahingehende Empfehlungen häufig größere Sicherheitszuschläge, um Schwankungen in der Nahrungsaufnahme, dem physiologischen Bedarf und den ernährungsbedingten Antagonisten Rechnung zu tragen. Darüber hinaus basieren diese Sicherheitszuschläge auf der geringen Verfügbarkeit von anorganischen Spurenelementquellen im Futter. 

Ein bekannter Effekt, der durch hohe Konzentrationen von Spurenelementen im Futter auftrat, war ihre Wirkung als eine Art Wachstumsförderer. Dies galt insbesondere für Zn und Cu, die in pharmakologischen Dosen antimikrobielle Wirkungen haben können. Da die Aufnahme dieser Spurenelemente vom Körper sorgfältig reguliert wird, wird eine zusätzliche Zufuhr, die deutlich über den physiologischen Bedarf hinausgeht, ausgeschieden und kann damit eine Gefahr für die Gesundheit der Umwelt darstellen.

Durch die Ausbringung von organischem Dünger auf landwirtschaftliche Flächen können sich Spurenelemente im Boden anreichern. Im Hinblick auf Umweltschutz sind wahrscheinlich Schweine, Geflügel und Rinder die relevantesten Tierarten, während Zn und Cu die bedeutendsten Spurenelemente darstellen. Aus diesem Grund wurden die zulässigen Höchstgehalte an Spurenelementen in Futtermitteln in den letzten Jahren stetig gesenkt oder, wie im Fall von Zinkoxid in pharmakologischen Dosen, gänzlich verboten.

Es gibt eindeutige Hinweise, dass die Zusammensetzung von Futtermitteln einen wesentlichen Beitrag zur Anreicherung von Zn und Cu in landwirtschaftlichen Flächen leistet. Schätzungsweise werden etwa 80-95 % der Cu- und Zn-Zulagen ausgeschieden, was zu Anreicherungen in organischem Dünger führt, weshalb sich folglich die Metallkonzentrationen im Boden erhöhen. Dies kann toxische Auswirkungen auf Pflanzen, Mikroorganismen und andere Tierarten haben, darunter:

  • Die Veränderung des Bodenmikrobioms und eine erhöhte antimikrobielle Resistenz
  • Beeinträchtigungen des Pflanzenwachstums und Ertrags
  • Die Anreicherung von Spurenelementen in essbaren tierischen und pflanzlichen Produkten
  • Die Anreicherung hoher Konzentrationen von Spurenelementen im Grundwasser

Daher wird viel geforscht, um Wege zu finden, die Auswirkungen von Spurenelementen auf die Umwelt zu verringern, ohne die Leistung der Tiere zu beeinträchtigen.  Um dies zu erreichen, muss die Fütterung präziser auf den individuellen Bedarf abgestimmt werden. Da der Spurenelementbedarf eines Tieres von seinem Wachstums-, Entwicklungs- und Leistungsniveau abhängt, sind maßgeschneiderte Ergänzungsstrategien erforderlich, um Defizite zu vermeiden und eine optimale Produktivität zu fördern. Dies kann z.B. durch mehrphasige Fütterungsstrategien erreicht werden. Eine zusätzliche Strategie ist die Verwendung von Spurenelementquellen mit der höchstmöglichen Bioverfügbarkeit.

Die Bedeutung organisch gebundener Spurenelemente.

Traditionell werden anorganische Spurenelemente wie Oxide und Sulfate in Futterrationen verwendet, um den Mineralstoffbedarf von Nutztieren zu decken. Während sie vergleichsweise kostengünstig sind, hat sich jedoch gezeigt, dass sie ineffizient verwertet werden. Untersuchungen belegen, dass der niedrige pH-Wert des oberen Magen-Darm-Trakts die Verfügbarkeit anorganischer Salze wie Sulfate durch Dissoziation verringert. Dies macht die Mineralien anfällig für verschiedene Antagonismen von Nährstoffen und anderen Bestandteilen, die die Aufnahme beeinträchtigen. Darüber hinaus können Spurenelemente im Dünndarm unlösliche Komplexe bilden, wodurch sie für die Aufnahme nicht mehr verfügbar sind.

Die Verbesserung der Spurenelementaufnahme ist ein wirksames Mittel, um die Tiergesundheit zu verbessern und die Umweltbelastung zu reduzieren. Organisch gebundene Spurenelemente – Spurenelemente, die mit einzelnen Aminosäuren oder kleinen Peptiden komplexiert sind – werden aufgrund der offensichtlichen Vorteile einer verbesserten Bioverfügbarkeit zunehmend in Futterrezepturen anstelle von anorganischen Quellen verwendet.

Für die höhere Verfügbarkeit von organischen Spurenelementen gibt es verschiedene Theorien. Die Komplexierung von Mineralien mit organischen Bestandteilen erhöht die Spurenelementaufnahme im Darm, indem sie die Wechselwirkung zwischen dem Metall und anderen potenziellen Bindungspartnern reduziert. Dadurch kann auch die Bildung von unlöslichen Komplexen verhindert werden. Die organische Bindung der Metalle schützt sie besser vor nachteiligen antagonistischen Effekten im Darm und ermöglicht es ihnen, die Darmwand sicher zu erreichen, um aufgenommen zu werden.

Generell zeigen viele Studien der letzten 30 Jahre eindeutig, dass organisch gebundene Spurenelemente im Vergleich zu anorganischen Formen bei allen Tierarten die Spurenelementaufnahme steigern, die Mineralkonzentrationen im Gewebe erhöhen, die Leistung verbessern und die Mineralausscheidung reduzieren können. Daher ist die Formulierung von Rationen mit hoch-bioverfügbaren organischen Spurenelementen eine Strategie, um die tierischen Ausscheidungen von Spurenelementen zu reduzieren.

E.C.O.Key®-Konzept: Unsere umweltfreundliche Spurenelement-Ergänzung.

Biochem verfügt über eine langjährige Erfahrung als innovativer Hersteller von organisch gebundenen Spurenelementen. Dementsprechend können wir ein breites, kundenorientiertes Produktportfolio anbieten. Mit unseren B.I.O.Key®-Soja-Aminosäure-Chelaten und E.C.O.Trace®-Glycinaten haben wir zudem ein angepasstes Fütterungskonzept entwickelt, dass vollständig auf die Bedürfnisse des Tieres abgestimmt und gleichzeitig umweltschonend ist. 

E.C.O.Trace® und B.I.O.Key® sind organisch gebundene Spurenelemente, die viele Vorteile gegenüber anorganischen Spurenelementen aufweisen. Spurenelemente können dem Tier nur dann einen Nährwert liefern, wenn sie aufgenommen werden. E.C.O.Trace®-Glycinate und B.I.O.Key®-Soja-Aminosäure-Chelate haben sich nicht nur in der Praxis bei der Fütterung von Hochleistungstieren bewährt, wissenschaftliche Studien haben zudem bewiesen, dass diese organisch gebundenen Spurenelemente deutlich besser aufgenommen werden als anorganische Sulfate. 

In einer Studie wurden bspw. verschiedene Kupferquellen in Bezug auf die Menge des in der Leber gespeicherten und mit dem Kot ausgeschiedenen Kupfers bei Schweinen verglichen. Drei Gruppen von Mastschweinen (10 Tiere pro Gruppe mit 31,5-100 kg Körpergewicht) erhielten entweder eine Ration mit 5 mg Cu in chelatisierter Form (B.I.O.Key® Cu), 5 mg Cu aus CuSO4 oder 20 mg Cu aus CuSO4. Die Ergebnisse zeigen, dass Tiere, die mit 5 mg Cu in Form von B.I.O.Key® Cu gefüttert wurden, vergleichbare Cu-Werte in der Leber aufwiesen wie Tiere, die 20 mg Cu aus CuSO4 erhielten. Darüber hinaus war die Cu-Ausscheidung bei den Tieren, die mit 5 mg Cu in Form von B.I.O.Key® Cu gefüttert wurden, um die Hälfte reduziert verglichen mit den Tieren, die 20 mg Cu als CuSO4 erhielten (Abbildung 3).

Abbildung 3:  Cu-Gehalte in der Leber und im Kot von Mastschweinen, die entweder mit 5 mg/kg Cu-Sulfat, 5 mg/kg Cu-Chelat oder 20 mg/kg Cu-Sulfat gefüttert wurden.Abbildung 3: Cu-Gehalte in der Leber und im Kot von Mastschweinen, die entweder mit 5 mg/kg Cu-Sulfat, 5 mg/kg Cu-Chelat oder 20 mg/kg Cu-Sulfat gefüttert wurden.

Die vorliegende Studie verdeutlicht, dass eine bedarfsgerechte Versorgung mit Spurenelementen mit einer geringeren Dosierung erreicht werden kann, ohne die Leistung der Tiere zu beeinträchtigen, wenn organisch gebundene Spurenelemente wie E.C.O.Trace®-Glycinate oder B.I.O.Key®-Soja-Aminosäure-Chelate verwendet werden. Diese Daten zeigen außerdem die höhere Verfügbarkeit und geringeren Ausscheidungen der organisch gebundenen Spurenelemente im Vergleich zu anorganischen Quellen. Dadurch reichern sich weniger Schwermetalle im Boden und im Grundwasser an. 

Die langjährige Erfahrung von Biochem als innovativer Hersteller von organisch gebundenen Spurenelementen ermöglicht es uns, ein breites, kundenorientiertes Produktportfolio anzubieten. Sowohl B.I.O.Key®-Soja-Aminosäure-Chelate als auch E.C.O.Trace®-Glycinate haben sich bei der bedarfsgerechten und umweltschonenden Versorgung von Tieren mit Spurenelementen bewährt.