Aws dem landwirtschafflichen Verswchslaboratorium, Kopenhagen Abteilung f u r Tierpbysiologie und Chemie

Direktor: P r o f . P . E . Jakobsen

Der EinfluB der Sterilisation auf die Proteinqualitat von Futtermischungen

Von BJBRN 0. EGGUM

Einlei tung

Die technologische Entwicklung innerhalb der Futter- und Nahrungsmittelindustrie sowie die Produktion spezieller, patogenfreier Tiere (SPT) bewirkt, da8 eine Reihe von Produkten irgendeiner Form von Sterilisierung unterworfen werden mussen. Eine solche Behandlung ist notig, um verschiedene Waren lagerfest zu machen, wie etwa die Produkte der Konservenindustrie. Bei der Herstellung von Knochen- und Blutmehl sowie von Futter fur SPT-Tiere ist eine eff ektive Sterilisierung aus mikrobiologischen Grunden erforderlich.

In den im folgenden behandelten Versuchen wurden zwei verschiedene Sterilisie- rungsmethoden - Autoklavierung und radioaktive Bestrahlung von Futter fur SPT- Tiere - verglichen. Der Beurteilung der Wirkung dieser zwei Methoden dienten die folgenden Kriterien: 1. Aminosaurezusammensetzung (ASZ) des Proteins, 2. Wahre Verdaulichkeit (WV) des Proteins, 3. Biologische Wertigkeit (BW) des Proteins, 4. Nettoproteinverwertung (NPV) = WV X BW/lOO. Die Aminosaurezusammensetzung wurde nach der Methode von MOORE et al. (1958) bestimmt, wahrend die anderen Kriterien nach MITCHELLS Gleichung (1 924) in Ver- suchen mit Ratten bestimmt wurden (EGGUM und MERCER, 1964).

A. Autoklavierung

Eine heftige Warmebehandlung hat off eine ungiinstige Wirkung auf Proteinmolekulc, indem hohe Temperaturen die Bildung von enzymresistenten Bindungen verursachen und dadurch die Verdaulichkeit des Proteins vermindern. Auch einzelne Aminosauren konnen mehr oder weniger zerstort werden. Alle durch Uberhitzung verursachten Teil- reaktionen werden gewohnlich unter dem Begriff ,Braunfarbung" zusammengefak. Es gibt mehrere Grundtypen von Braunfarbungsreaktionen, von denen die Maillard- Reaktion (MAILLARD, 1912) die wichtigste und haufigste ist.

Proteinqualitat von Futtermisdungen 205

.................. Mais 30,OO Weizen ................ 11,75 Hafer, entschalt ......... 30,OO Sojaschrot .............. 9,OO Fischmehl .............. 8,OO Luzernemehl ............ 2,OO Magermilchpulver ....... 3,OO Trodcenhefe ............ 3,OO Vitaminmischung ........ 1,25 Mineralstoffmischung .... 2,00

Behandlung auf ASZ, WV, BW und NPV ist aus Tabelle 2 ersichtlich.

Die Resultate der Aminosaureanalysen in

mit zunehmendem Oberdrudc wahrend der Tabelle 2 zeigen, da8 die Lysinkonzentration

Autoklavierung relativ schnell abfallt, be- sonders bei hohen Temperaturen (Versuchs- gruppen 3, 4, 6 und 7). Der Lysingehalt der nicht mit Wasserdampf behandelten Pro-

206 Bjern 0. Eggum

Versuhsgruppe

Nettoproteinverwertung wird so durch die Autoklavierung bei 1 und besonders bei 2 atii stark verringert. Auch hier ist der Einflui3 der Behandlung am starksten bei Proben, die nicht vorher mit Wasser gesattigt wurden. Es zeigte sich auch, dad die

1 2 3 1 4 / 5 1 6 7

Tabelle 2

Der EinfluS der Autoklavierung auf die Proteinqualitit

Temperatur, O C . . . . . . . - 105 118 133 105 118 133 Druck, atii ............ - 0,25 1,00 2,OO 0,25 1,OO 2,OO Versuchszeit, Minuten ... - 10 10 10 10 10 10 Vor der Autoklavierung

- + + + g/16g N g/16g N g/16g N g/16g N g/16g N g/16g N gh6g N

mit Wasser gesattigt . . - - -

Lysin ................ Methionin ............ Cystin ................ Methionin + Cystin .... Asparaginsaure ........ Threonin ............. Serin ................. Glutaminsaure ......... Glycin ............... Alanin ............... VaIin ................ Isoleucin .............. Leucin ............... Tyrosin ............... Phenylalanin .......... Histidin .............. Arginin .............. Tryptophan ........... Prozent N in der Trodcen-

substanz ............

WV des Proteins ....... BW des Proteins ....... NPV des Proteins ......

6,44 2,26 1,50 3,76 8,87 3,94 4,76

20,98 5,63 5,31 4,90 4,68 8,OO 3,17 5,59 2,71 6,67 -

3,48

Pzt. 85,s 85,4 73,3

5,62 2,16 1,87 4,03 9,33 4,08 4,66

18,61 4,66 5,45 5,36 4,48 8,37 3,97 4,88 2,44 6,13 0,96

3,48

Pzt. 86,O 82,5 71,O

4,94 2, l l 1,74 3,85 8,97 3,88 4,49

17,60 4,46 5,22 5,09 4,27 7,99 3,73 4,57 2,29 5,66 1,03

3,31

Pzt. 85,7

‘76,7 65,7

4,31 1,90 1,58 3,48 9,33 4,06 4,68

18,76 4,69 5,33 5,37 4,48 8,41 4,07 4,68 2,22 5,32 1,29

3,45

Pzt. 65,s 59,3 39,l

5,74 2,19 1,77 3,96 8,95 4,12 4,83

18,71 4,69 5,26 5,43 4,55 8,35 4,09 4,70 2,30 6,26 1,12

3,54

Pzt. 87,s 83,s 73,6

5,31 2,13 1,79 3,92 9,OO 3,95 4,50

17,85 4,53 5,26 5,16 4,35 8,Ol 3,90 4,74 2,37 5,95 1,42

3,51

Pzt. 84,4 79,4 67,O

4,76 1,95 1,44 3,39 8,57 3,98 4,58

18,22 4,54 5,08 5,16 4,47 8,09 3,94 4,87 2,13 5,66 1,31

3,53

Pzt. 75,6 71,9 54,3

NPV relativ schneller vermindert wird als die Lysinkonzentration. Dies ist in den Abbildungen 1 und 2 illustriert.

Zur weiteren Untersuchung des negativen Einflusses der Autoklavierung auf die Proteinqualitat wurden noch zwei verschiedene Futtermischungen behandelt, deren Zusammensetzung aus Tabelle 3 hervorgeht.

Die Resultate der Behandlung dieser zwei Futtermischungen sind aus Tabelle 4 ersichtlich.

Die in Tabelle 4 gezeigten Resultate ergaben praktisch dasselbe wie in Tabelle 2 - eine starke Verminderung der Proteinqualitat als Folge der Autoklavierung. Dies zeigen sowohl die Aminosaureanalysen als auch die biologischen Kriterien. Das einzig

Proteinqualitat von Futtermischungen 207

2 1 , , 1 , , , ,; 0 1M) D5 110 115 120 125 130 136T

9 Lysin /EQN NW, Prozent

Abb. 1 (links). Ohne Wassersattigung der Futterrnischung vor der Autoklavierung. - Abb. 2 (rechts). Mit Wassersattigung der Futterrnischung vor der Autoklavierung

Tabelle 3

Die Zusammensetzung der Futtermischungen in Prozent

~~- __ Mirchung ~ 1 2 1 ) ~ ~

Mais - .............. 38,O Sojaschrot .......... 10,O

Fischrnehl .......... 12,O Weizenkleie . . . . . . . . 22,O - Gerste . . . . . . . . . . . . . - 55,O Hafer ............. - 20,o Luzernernehl 6,O 4,o

8,O Heringsrnehl ........ - 1,5 Trodcenhefe -

Sojaol 290 Mineralstofie ....... 370 290 Vitarnine ........... 2,0 1.5

Fleischknochenrnehl . . 5,O 3,o

. . . . . . . . Trockenrnilchpulver . . - 5,o

........ - .............

Erstaunliche ist, dai3 die AS2 der Ver- suchsgruppe 3 nicht geringer ist als die der Gruppe 2, da die entsprechenden biologischen Werte relativ stark ver- mindert wurden. Dies deutet darauf hin, dag Aminosauren, selbst wenn sie durch vorhergehende Saurehydrolyse freigesetzt werden, nicht unbedingt biologisch zuganglich zu sein brauchen und unterstreicht damit die Berechti- gung von biologischen Versuchen.

Die Resultate der Tabellen 2 und 4 zeigen deutlich, da8 eine technische Behandlung der Nahrungsmittel leicht eine Verringerung der Proteinfraktion bewirken kann. Proteine sind beson- ders empfindlich gegenuber Warme und Drudr, und diesen Tatsachen

sollte man in der Futter- und Nahrungsmitteltechnologie Rechnung tragen.

B. Radioaktive Bestrahlung

Auger Sterilisierung durch Autoklavierung wird nun auch radioaktive Bestrahlung in weitem Ausmai3 angewandt. Dieses Verfahren hat sich als weit schonender fur die Proteinqualitat erwiesen. EGGUM und SWIFT (1965) fanden in Versuchen mit Ratten, dai3 radioaktiv bestrahltes Fleischknochenmehl und Blutmehl einen weit hoheren Proteinwert hatten als das auf traditionelle Weise warmebehandelte. PUJOL und GONZALES (1968) zeigten jedoch in ihren Untersuchungen, dai3 die Bestrahlung von

208 Bjsrn 0 . Eggum

Tab& 4

Die Wirkung der Autoklavierung auf die ProteinqualitPt zwei vershicdener Futtermishungen

I * Verrumrgruppt

Mischung .............. Temperatur. OC ........ Drudc. atu ............ Versudmeit. Min . . . . . . . Nachtrodmung. Min . . . . .

Lysin ................. Methionin ............. Cystin ................ Methionin + Cystin .... Asparaginsaure ......... Threonin .............. Serin ................. Glutaminsaure ......... Glycin ................ Alanin ................ Valin ................. Isoleucin .............. Leucin ................ Tyrosin ............... Phenylalanin .......... Histidin .............. Arginin ............... Tryptophan ........... Prozent N in der Trodcen-

substanz ............

WV des Proteins ....... BW des Proteins ........ NPV des Proteins ......

1 . . . .

g/16 g N 5, 92 2. 26 1. 46 3. 72 8. 77 3. 95 4. 42

16. 70 5. 92 5. 90 5. 02 4. 12 7. 85 3. 60 4. 49 2. 45 6. 28 1. 11

4. 38

Pzt . 84. 9 74. 2 63. 0

1 104 0. 2 10 10

g/16 g N 5. 06 1. 95 1. 34 3. 29 8. 62 3. 69 3. 88

15. 69 5. 40 5. 50 4. 58 4. 11 7. 45 3. 43 4. 28 2. 03 5. 40 1. 03

4. 38

Pzt . 84. 4 71. 1 60. 0

1 130 1. 5 30 15

d 1 6 g N 5. 11 2. 09 1. 31 3. 40 8. 30 3. 78 4. 16

16. 10 5. 73 5. 70 4. 81 4. 05 7. 64 3. 51 4. 33 2. 28 5. 63 1. 15

4. 39

Pzt . 79. 7 63. 7 51. 1

2 . . . .

g/16 g N 5, 73 2. 12 1, 51 3. 63 7. 73 3. 83 4. 17

16. 93 5. 20 5. 13 4. 97 4. 00 7. 23 3. 63 4. 48 1. 22 5. 31 1. 26

3. 33

Pzt . 81. 3 81. 7 66. 5

2 104 0. 2 '10 10

g/16 g N 4. 98 2. 13 1. 50 3. 63 7. 68 3. 75 4. 10

16. 92 5. 20 5. 04 4. 92 4. 03 7. 11 3. 41 4. 38 2. 13 4. 99 1. 05

3. 32

Pzt . 79. 2 75. 0 59. 4

Weizen mit 0. 2 megarad eine geringe negative Wirkung auf die biologische Wertigkeit des Proteins hatte .

Um diese Verhaltnisse naher zu untersuchen. wurde eine Futtermisfhung mit der- selben Zusammensetzung wie Mischung 2 in Tabelle 3 mit steigender Intensitat be- strahlt und danach die Proteinqualitat bestimmt .

Wie aus Tabelle 5 ersichtlih ist. wurde die Mischung mit Mengen von 0 bis 7. 0 megarad bestrahlt . Die Bestrahlungsstarke fur die Gruppen 5 und 6 ist weit hoher als zur Erreichung einer wirksamen Sterilisierung notig sein sollte . Trotz dieser starken Bestrahlung zeigen die Proben 5 und 6 nur eine ganz geringe Verminderung ihrer Proteinqualitat . Die Aminosaurezusammensetzung ist durch die radioaktive Bestrah- lung uberhaupt nidn beeinflufit worden . Die Resultate der Gruppe 2 weichen etwas vom Gesamtbild ab. do& wird man dies wohl auf Zufalligkeiten zurudcfuhren durfen. da die geringeren Werte der biologischen Kriterien in diesem Fall recht unwahrschein- lich sind .

Proteinqualitat von Futtermisobungen 209

Tabelle 5

Die Wirkung steigender radioaktiver Bestrahlung auf Zusammensetzung und ProteinqualitPt einer Futtermischung

Versudqruppe

Bestrahlung, megarad

Lysin ............... Methionin ........... Cystin .............. Methionin + Cystin ... Asparaginsaure ....... Threonin ............ Serin ................ Glutaminsaure ....... Glycin .............. Alanin .............. Valin ............... Isoleucin ............ Leucin .............. Tyrosin .............. Phenylalanin ......... Histidin ............. Arginin ............. Tryptophan .......... Prozent N in der Trok-

kensubstanz ........

g/16 g N 5,72 2,33 1,34 3,67 8,85 3,80 4,17

15,70 5,82 5,61 4,78 3,99 7,44 3,28 4,12 2,29 6,04 1,16

4,04

g/16 g N 5,93 2,21 1,47 3,68 8,48 3,66 4,lO

15,67 5,80 5,58 4,73 4,02 7,43 3,57 4,38 2,44 6,03 1,29

3,97

Pzt. Pzt. WV des Proteins ..... 85,6 83,6 BW des Proteins ...... 80,5 75,8 N P V des Proteins ..... 68,9 63,5

g/16 g N 5,76 2, l l 1,40 3,51 8,85 3,69 4,05

15,53 5,74 5,53 4,82 4,03 7,51 3,47 4,30 2,28 6,12 1,37

3,94

Pzt. 86,5 81,7 70,6

4

29.5

g/16 g N 5,52 2,03 1,40 3,43 8,26 3,80 4,24

15,79 5,83 5,59 4,72 3,92 7,42 3,46 4,26 2,14 5,85 1,40

4,OO

Pzt. 87,O 78,l 68,O

5

3,5

g/16 g N 5,73 2,lO 1,35 3,45 8,82 3,82 4,25

15,89 5,73 5,63 4,73 3,91 7,47 3,40 4,32 2,23 6,07 1,35

3,93

Pzt. 84,8 77,3 65,4

gl16 g N 5,82 2,11 1,44 3,55 8,38 3,73 4,16

15,61 5,79 5,54

3,99 7,47 3,38 4,28 2,37 6,05 1,32

3,94

4,68

Pzt. 85,3 76,4 65,2

Zusammenfassung

In Versuchen mit Ratten wurden zwei Methoden zur Sterilisierung von Futtermischun- gen untersucht; Autoklavierung und radioaktive Bestrahlung. Zur Beurteilung der Wirkung wurden folgende biologische Kriterien benutzt : Arninosaurezusammensetzung (ASZ), wahre Verdaulichkeit (WV) und biologische Wertigkeit (BW) des Proteins sowie Nettoproteinverwertung (NPV). Es zeigte sich, dad die Autoklavierung der Futterrnischungen die Konzentration einzelner Arninosauren (Lysin, Methionin, Cystin) und darnit die biologische Wertigkeit des Proteins stark verringern kann. Die Sterili- sierung des Futters durch radioaktive Bestrahlung hatte in diesen Untersuchungen keine ungiinstige Wirkung auf die ASZ des Proteins. Durch Verdoppelung der notwendigen Bestrahlungsdosis wurde nur eine ganz geringe negative Wirkung gefunden.

Summary

Two methods of sterilizing feed mixtures were investigated in trials using rats; auto- claving and radioactive irradiation. The following criteria were used for evaluating

210 P . D . Moller und F. E . Farries

the effect: composition of amino acids, true digestibility and biological value, as well as net utilization of protein. It was showed that autoclaving of the feed mixture may considerably lower the concentration of individual amino acids (lysine, methionine, cystine) and thus the biological value. In these works sterilizing the feed by irradia- tion had no negative effect on the composition of amino acids. Doubling the necessary dose of irradiation had only a very slight negative effect.

Literatur

CARPENTER, K. J., MORGAN, C. B., LEA, C. H., and PARR, I. J., 1962: Chemical and nutritional changes in stored herring meal. Br. J. Nutr. 16, 451. - EGGUM, B. O., and MERCER, N. H., 1964: En biologisk proteinvurdering ved hjalp af rotter. Ugeskrifl for Landmaend nr. 50. - ERBERSDOBLER, H., WELLHAUSER, R. A., und PFEIFFER, G., 1966a: Ober den Einflud des Kollagensanteils im Fleisch auf Ganzkorperzusammensetzung und Entwicklung wachsender Ratten. Vortrag auf dem Kongred von Fleisch-Untersuchungen im Sandefjord, Norwegen. - MITCHELL, H. H., 1924: A method of determining the biological value of protein. J. Biol. Chem. 58. 873. - MOORE, S., SPACKMAN, D. H., and STEIN, W., 1958: Chromatography of amino acids on sulfonated polystyrene resins (An improved system). Anal. Chem. 30, 1185. - PUJOL, A., and GONZALES, A., 1968: Desinfection of cereals by 137Cs y-radiation, and biolo- gical value of the proteins of irradiated wheat flour. Ann. Bromatol. 20, 149.

Anscbrift des Autors: BJBRN 0. EGGUM, Landekonomisk Forsegslaboratorium, Afdeling for Dyrefysiologi, Biokemi og Analytisk kerni, Rolighedsvej 25, Ksben- havn V, Danemark

Aus dem Max-Planah-Institut fur Tierzucht und Tierernahrung MarienseelTrenthorst Direktor: Prof. Dr. Dr. h. c. M . Wi t t

Untersuchungen uber die Verwertung von Harnstoff beim Wiederkauer

A. Laktation

I. Mitteilung

Versuchsanstellung und Milchleistung der Tiere

Von P. D. MOLLER und F. E. FARRIES

1. Problemstellung

Nach der Entdedcung von HAGEMANN (1891) und ZUNTZ (1891), dai3 die Mikro- organismen im Pansen nicht nur Cellulose als Energiequelle verwerten, sondern auch aus Nick-Protein-Stickstoff (NPN) Eiweii3 synthetisieren konnen, wurden in Deutsch- land grundlegende Versuche iiber die Anwendung von Harnstoff in der Rindvieh-