Qualität und Sicherheit von Futtermitteln...18 Einsatz von Probiotika mit dem Ziel der Verbesserung...
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BeispielbildQualität und Sicherheit von Futtermitteln
–alte und neue Fragen
Institut für TierernährungFreie Universität Berlin
Jürgen Zentek
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2
Europa –Kommission - EFSA
Kommission
• Feed Marketing
• Feed Hygiene
• Feed Additives
• Approval and Registration of
Establishments
• Undesirable Substances
• Sampling & Analysis Methods
• Official Controls
• Legislation
EFSA
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Erzeugung von Lebensmitteln
http://www.wwf.de/fileadmin/user_upload/Bilder/350-Welt-iStock.jpg
2,24 Mrd. to. Getreide
466 Mio. to. Ölsaaten
Weide- und Futter-pflanzen 3,5 Mrd. ha(35 000 000 km²)
~ 27 Mrd. lebensmittel-liefernde Tiere
~ 7,2 Mrd. Menschen
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Globaler Handel von Futtermitteln
http://www.sojatoaster.com/wp-content/uploads/2014/05/Handelsstroeme_Soja.jpg
Alte und neue Fragen…
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5
Ziele
1 • Energie- und Nährstoffversorgung
2 • Verträglichkeit
3 • Unterstützung der Tiergesundheit
4 • Lebensmittelqualität, -sicherheit
5 • Umwelt
6 • Verbraucherakzeptanz
7 • Ökonomie
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6
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7
• Tiergesundheit und Fütterung
Gesündere Tiere durch besseres Futter?
• Verhalten• Unruhe• Aggression• Verstopfung• Harnwegsinfektionen• MMA• Kolostrumqualität
• Verdauungsstörungen• Ödemkrankheit• Magenulzera• Salmonellen
• Infektionserkrankungen• Zoonosenerreger
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Intestinale Mikrobiota
• Ausgewogene mikrobielle Besiedlung
- „Eubiose“ (Haenel 1960)
- Unterstützt den
Wirtsorganismus
- Fermentation
unverdaulicher
Futterinhaltsstoffe
Verhandlungen ärztlicher Gesellschaften 1960
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Beispielbild
“Darmgesundheit”
Mikrobiota
Immunsystem
Epithel
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10
Fütterung und Mikrobiota
• Makronährstoffe
- Protein
- Kohlenhydrate
- Faserstoffe
- Fett
• Weniger Durchfall bei Ferkeln mit reduzierter Proteinaufnahme (Halas et al. 2007, Heo et al. 2009, Sorensen et al. 2009, Boudry et al. 2013, Rist et al. 2013)
• Effekte enterotoxigenerEscherichia coli stärker bei hoher Proteinaufnahme (Opapeju et al. 2010, Kim et al. 2011 Heo et al. 2010)Fermentation
Verschiebung der intestinalen Mikrobiota
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Fütterung und Mikrobiota
• Makronährstoffe
- Protein
- Kohlenhydrate
- Faserstoffe
- Fett
• Fermentierbare Kohlenhydrate• Fruktose
• Laktobazillen, Bifidobakterien
• Amylosereiche Maisstärke• Bifidobakterien
• Lösliche/Viskositätssteigernde Faserstoffe• Begünstigen
Verdauungsstörungen• Unlösliche Faserstoffe
• Protektive Effekte verschiedentlich nachgewiesen
• Limitierte Datenlage• Offenbar geringere direkte
Effekte• Endotoxämie,
Inflammation?• Sekundär über
Immunsystem?
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Futterzusatzstoffe
• Darmstabilität, Gesundheitsförderung
Produktgruppe Wirkung
Mikroflora Weitere Effekte
Säuren bzw. deren Salze Durchfall ↓
Spurenelemente
Cu, Zn
Durchfall ↓, Darmwand,
Immunsystem
Probiotika Darmwand, Immunsystem
Enzyme Verdauung ↑
Phytogene Zusätze Immunsystem, Verdauung
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Zink und Kupfer
• Einerseits: Bedarfsdeckung, Leistung
• Andererseits wichtig für die Tiergesundheit:
- Effekte auf die Mikroflora
- Darmwand
- Immunsystem
Rechtliche Restriktionen (mg/kg Alleinfutter)
• 150 mg Zink • 170 mg Kupfer (Ferkel)
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14
• Zinkkonzentrationen im Gastrointestinaltrakt von Ferkeln
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
Jejunum Caecum Colon
mg/
kg T
S
Zn120
Zn200
Zn3000
mg/kg
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15
Intestinale Mikrobiota
Cluster-Analyse DGGE Profile Ileuminhalt2500ppm
2500ppm
2500ppm
1000ppm
1000ppm
1000ppm250ppm
250ppm
250ppm150ppm
150ppm
150ppm
50ppm
50ppm
50ppm
„Pharmakologisch“
Knapp bedarfsdeckend
EU-Grenzwert
Hohe Aufnahme
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16
Zinc oxide and microbiota
• Microbial diversity – antibiotic resistance
significant increase of E. coli genetic diversity
significant increase of multidrug-resistant E. coli
compared to the control group: 18.6% vs. 0%Bednorz et al. 2013
Zinc resistance of Staphylococcus aureus of animal
origin is strongly associated with methicillin resistanceCavaco et al. 2011
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17
Zinc oxide and microbiota
• Microbial diversity – antibiotic resistance
0
1
2
3
4
5
6
7
Low Medium High Low Medium High Low Medium High Low Medium High
Stomach Jejunum Ileum Colon
log/
g
Section of the GIT/Zn intake
tetA
sul1
Vahjen et al. 2014
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Einsatz von Probiotika mit dem Ziel der Verbesserung der Tiergesundheit
• Effekte von Probiotika und Diarrhöeprophylaxe bei Ferkeln
- Bacillus subtilis (Bhandari et al. 2008)
- Bacillus subtilis + B. licheniformis (Alexopoulos et al. 2004)
- Enterococcus faecium (Taras et al. 2006; Zeyner und Boldt 2006)
- Lactobacillus sobrius (Konstantinov et al. 2008)
- Lactobacillus rhamnosus (Zhang et al. 2010)
- Pediococcus acidilactici + Saccharomyces cerevisiae boulardii (Lessard et al.
2009)
- Escherichia coli Nissle (Trebichavsky et al. 2010)
- Lactobacillus plantarum + Bacillus subtilis (Park et al. 2013)
- Bacillus cereus toyoi (Scharek Tedin et al. 2013)
- Bacillus subtilis (Tsukahara et al. 2013)
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19
Time post infection [Days]5 10 15 20 25 30
Num
ber o
f Ani
mal
s
0
5
10
15
20
25
30 Control Animals with diarrheaBacillus treated animals wirth diarrheaNumber of animals in each group
Probiotika und pathogene Bakterien
• Bacillus sp. -> Durchfalltage↓
Salmonella Typhimurium Tedin et al. (2013)
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Futtermittelkette - Primärproduktion bis Tierhalter
HAZ 2011
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Hintergrund
• Natürliche, unabsichtliche und absichtliche Kontaminationen von
Futtermitteln
- Gefährdungspotential für Tiergesundheit und Lebensmittelsicherheit
- Probleme mit Kontamination (Aflatoxin, Dioxin, Salmonellen,…)
- EU wichtiger Futtermittelimporteur
- Futtermittelkette heterogen (Primärproduzent
– Tierhalter)
• Futtermittel“kette“
Futteranbau
Verfütterung
?
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Ziele des Arbeitspaketes 5
• Charakterisierung möglicher biotischer und abiotischer
Agenzien und der damit verbundenen Risikoabschätzung
- Katalog und Datenbank, Verwendbarkeit und Anforderungen an
Detektionsverfahren, Handlungsempfehlungen
- Konsequenzen des Ausfalls von Infrastrukturen sowie Entwicklung
von Alternativszenarien im Bereich der Futtermittelkette
- Technologische und ernährungsphysiologische Aspekte der
Dekontamination von Futtermitteln
- Dekontaminationsverfahren, Technikumsversuch, Tierversuch,
Ökonomische Bewertung
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Vorkenntnisse und Fragestellung
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Beispiel IIBeispiel I
Vitale SporenpH 7 11,37 (log 10) KBEpH 4 9,37 (log 10) KBE
Vitale SporenpH 7 9,24 (log 10) KBE pH 4 0,48 (log 10) KBE
Modellberechnung Dekontamination Anthrax
Käsbohrer 2012, Körner 2012
Bacillus anthracis Vegetative Keime und EndosporenParameter:Temperatur, Einwirkzeit, pH-Wert, aw-Wert
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Technikums- und Fütterungsversuch zur Dekontamination
Konventionelles Broilerfutter wurde mit Probiotika beimpft• 109 KBE Enterococcus faecium (Oralin® Chevita) je kg FM (Surrogat für
Salmonellen)• 109 Sporen Bacillus subtilis (GalliPro® BioChem) je kg FM (Surrogat für Bacillus
anthracis)
Prozessieren des Futters
*Lupro-Cid® BASF: Komposition: 64% Ameisensäure, 25% Propionsäure
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26
01234567
log
KB
E/g
Hitzebehandlungin °C
07085110130
01234567
log
KB
E/g
Säurebehandlungin %
00,751,5
Merkliche Reduktion der vegetativen Keime, jedoch nicht der Sporen
Ergebnisse Technikumsversuch - Dekontamination
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27
Fütterungsversuch
• Futter wie bei Technikumsversuch
• Leistung über 35 Tage
• Schlachtkörperbeprobung
- Mikrobiota, bakterielle Metabolite
- Ileale- und Gesamtverdaulichkeit
- Intestinale Transportphysiologie
- Mineralstoffverdaulichkeit, Skelett
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28
Scheinbare ileale Verdaulichkeit von Protein und Aminosäuren
Effekt der Hitzebehandlung auf scheinbare ileale Verdaulichkeit am Tag 35
Goodarzi Boroojeni et al. 2014a
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29
Mineralstoffwechsel und Knochenstabilität
Langzeitbehandlung reduziert Verdaulichkeit von Ca, K, Na
Effekt auf Verhältnis Lebendmasse : Knochengewicht, Aschegehalt, Fe durch thermische Behandlung
Whitehead, Colin, 2012
Hafeez et al. 2014
ab
a
abb
b
b
a
a
a
0102030405060708090100
Kalzium(SEM = 2,25)
Kalium(SEM = 0,44)
Natrium(SEM = 2,38)
Pelletieren
Langzeitkonditionierung
Expandieren
Thermische Behandlung
Mineralstoffe (Auswahl)
Ileale Ve
rdaulichkeit (%)
n = 8; p < 0,05
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30
Schlussfolgerung
Leistung
Ökonomie
Ressour-cen-
effizienzTiergesund
-heit
Lebens-mittel-
hygiene/-sicherheit Zukunft
Tierernährung
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Tierhaltung für die Lebensmittelproduktion
• Ethische Aspekte
Meine Ansicht ist, dass wir, die für die Schonung der Tiere eintraten, ganz dem Fleischgenuss entsagen
und auch gegen ihn reden. So mache ich es selber
(Albert Schweitzer)
Tiernutzung und -verbrauch als Problem der Güterabwägung
• Alle Formen der Tiernutzung• Interessen von Tieren • Schutzwürdigkeit• Ungleiche Berücksichtigung menschlicher bzw. tierlicher Interessen,
Güter oder Rechte (Ach et al. 2013)
Foto: Isabelle Ruhnke
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32
Zukunft
• Nachhaltige, sichere Nahrungsmittelproduktion als zentrale Aufgabe.
• Nutzung bewährter Produktionsverfahren.
• Investition in neue Entwicklungen, Verbreitung neuer Kenntnisse in der Praxis.
• Sicherung einer langfristigen Nachhaltigkeit insbesondere im Bereich der Tierproduktion.
• Qualitatives und nicht quantitatives Wachstum.
• Primat der Umwelt in der Lebensmittel-Systemökologie.
• Reduktion des Abfalls, effiziente Verwendung von Nebenprodukten durch Nutzung und
Umsetzung des Kettengedankens.
• Einbeziehung vernachlässigter Themen, zum Beispiel Wasser für die
Nahrungsmittelproduktion.
• Information des Verbrauchers und des Handels, keine Lebensmittelproduktion gegen
den Willen der Bevölkerung.
• Chancen und Risiken der Globalisierung, Fokus auf Warenketten.