Zeyer, Annette; Bachmann, Martin and Okon, Paul (2021) Untersuchungen zur Verbesserung ernährungsphysiologischer Eigenschaften von Ackerbohnen und Erbsen für Milchrinder durch kombinierte gärbiologische und thermische Behandlung. Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, D-Halle; Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie, D-Dresden .
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(Abschlussbericht)
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Das vorliegende Projekt wurde mit dem Ziel durchgeführt, einen wissenschaftlichen Beitrag zu leisten, die Attraktivität von Erbsen und Ackerbohnen als Proteinkonzentrat (Körner) oder als protein-, stärke- und faserreiche Futterkomponente (Teil- oder Ganzpflanze) für die Wiederkäuerfütterung zu steigern. Dabei sind neben der pflanzenbaulichen Ertrags- und Ernteoptimierung praxisrelevante Verfahren zur Steigerung der ruminalen Beständigkeit des Futterproteins und der Stärke erfolgsentscheidende Faktoren. Im Projekt wurde geprüft, inwieweit sich der Futterwert von Erbsen und Ackerbohnen – sowohl als Korn, Teil- oder Ganzpflanze, sowie zu unterschiedlichen Reifestadien – durch Silierung und anschließende Wärmebehandlung erhöhen lässt, ohne nennenswerte Schädigungen wert-bestimmender Nährstoffe zu provozieren. Dabei sollten insbesondere das Reife-stadium, die Silierparameter und Temperaturführung optimiert werden.
Neben einer Vielzahl von Modellvarianten, die umfassend mit Hilfe geeigneter in vitro-Verfahren hinsichtlich Fermentationseigenschaften und Proteinbeständigkeit geprüft wurden, wurden ausgewählte Varianten großtechnisch hergestellt und im Standardverdauungsversuch hinsichtlich Veränderungen der Verdaulichkeit von Energie und Nährstoffen in Folge der Behandlung untersucht. Darüber hinaus wurden Behandlungseffekte auf den Gehalt an antinutritiven Inhaltsstoffen und auf die epiphytischen mikrobiellen Gemeinschaften untersucht. Aufgrund geringerer Ernteverluste beim Korndrusch und einer nur marginalen Steigerung des Futterwertes bis zur Totreife, ist die Ernte der Körnerleguminosen bereits zur Teigreife der Körner (d.h. ab ca. 50 % Korntrockenmasse) sinnvoll. Bei der anschließenden Silierung der feuchten Körner sind keine nennenswerten Nährstoffverluste aufgetreten. Die Bildung von Gärsäuren blieb unabhängig des Zusatzes homofermentative Milchsäurebakterien auf einem niedrigen Niveau. Die Kornsilagen waren über 7 Tage aerob stabil. Die Silierung der teigreifen Körner führte, entgegen der Erwartungen, nicht zu einer Proteolyse sondern zu einer Reduzierung der Proteinlöslichkeit und zu einem Anstieg des Gehaltes an pansenstabilem Protein. Eine hydro-thermische Aufbereitung der Kornsilagen konnte in Abhängigkeit der Behandlungsintensität (Temperatur und Behandlungsdauer) die ruminale Protein-beständigkeit weiter stabilisieren und steigern. Gleichzeitig wurde die mikrobielle Proteinsynthese vermutlich aber limitiert. Dabei wurde deutlich, dass Temperaturen über 85 °C Korntemperatur eine zunehmende Proteinschädigung provozierten. Antinutritive Inhaltsstoffe wurden durch die Silierung und/oder thermische Behandlung in den Körnern erfolgreich reduziert. Bei der Silierung von Teil- und Ganzpflanzen traten proteolytische Prozesse auf, die erst bei mehr als 50 % Trockenmasse vermieden werden konnten. Teil- und Ganzpflanzen aus Erbsen und Ackerbohnen können aufgrund der sich im Verlauf der Abreife etablierenden natürlichen Milchsäurebakterien auch ohne Zusatz eines mikrobiellen Siliermittels siliert werden. Die thermische Behandlung des Grünguts oder der Silagen steigerte die ruminale Proteinbeständigkeit und erhöhte den Gehalt an nutzbaren Rohprotein am Duodenum. Die Stärkequalität sowie der Gehalt an wertbestimmenden Nährstoffen wird durch Behandlung sowohl der Körner als auch der Korn-Restpflanzengemische kaum beeinflusst, was sich in weitestgehend unveränderten Gasbildungs- und Fermentationsprofilen zeigte. Weder Silierung noch nachfolgende thermische Behandlung hatten einen Effekt auf die Energie- und Nährstoffverdaulichkeit. Erbsen und Ackerbohnen können als teigreifes Korn oder Ganzpflanze mit über 50 % Trockenmasse nach Silierung und anschließender hydro-thermischer Behandlung bis maximal 100 °C Guttemperatur erfolgreich und wirtschaftlich attraktiv in der Fütterung hochleistender Milchrinder eingesetzt werden.
Summary translation
The current project was conducted to contribute increasing the attractiveness of peas and field beans as valuable sources of protein and starch (grains) or protein, starch and fibre (partial and whole crops) for ruminant nutrition. To achieve this, harvest and yield must be optimized, but practical methods to increase ruminal persistence of feed protein and starch are required as well. In the project, it was tested, whether the feed value of peas and field beans – as grains, partial crops or whole crops and at different maturity stages – can be improved by ensiling and subsequent hydro-thermic treatment, without loss of nutrient quality. At this, it was the objective to optimize stage of maturity for harvest, ensiling parameters and settings for thermic treatment. A range of model treatments has been analysed for fermentation characteristics and protein persistence using in vitro techniques. Then, selected treatments were produced on farm scale and digestibility of energy and nutrients was determined. In addition, we analysed treatment effects on the concentration of antinutritional compounds and on composition and diversity of epiphytic microbial communities. On the basis of the current results, it is useful to harvest peas and field beans already at approximately 50 % grain dry matter, because at this stage, crop loss is smaller than at later harvest and feed value is not much further increased during ongoing maturation. Ensiling of wet grains did not reduced nutrient density. The production of organic acids was low, independent of the use of homofermentative lactic acid bacteria. The grain silages were stable under aerobic storage conditions for at least 7 days. Contrary to our expectations, ensiling of the grains did not lead to proteolysis but a reduction of protein solubility and increase of rumen-undegraded protein. Additional hydro-thermic treatment further stabilized the protein and increased protein persistence depending on treatment intensity (temperature and duration of temperature exposure). Microbial protein synthesis was probably limited. Rising of treatment temperature above 85 °C may easily lead to protein damage. Ensiling and/or thermic treatment was successful to reduce antinutritional compounds in the grains. Ensiling of partial and whole crop peas led to proteolytic processes, which were avoided not until 50 % dry matter concentration. In partial and whole crops, a relevant stock of natural lactic acid bacteria establishes with progressing maturation, which is why these materials can be ensiled successfully without adding lactic acid bacteria. Thermic treatment of native partial or whole crop peas and field beans or their silages improved protein persistence and increased post ruminal crude protein contents. Starch or nutrient quality were less affected by ensiling or thermic treatment, which resulted in less altered gas production and fermentation profiles. Moreover, ensiling and thermic treatment had no effect on energy or nutrient digestibility. In conclusion, peas or field beans can be used successfully for the feeding of high-yielding ruminants as grain with 50 % dry matter or as whole crop with more than 50 % dry matter after ensiling and subsequent hydro-thermic treatment up to a temperature of 100 °C in the material.
| EPrint Type: | Report |
|---|---|
| Keywords: | BOEL, BÖL, BOELN, BÖLN, EPS, FKZ 15EPS058, FKZ 15EPS020, Futtermittel, animal feed, Nachhaltigkeit, pea, Erbse, bean, Bohne, Rinder, cattle |
| Agrovoc keywords: | Language Value URI German - Deutsch UNSPECIFIED UNSPECIFIED |
| Subjects: | Animal husbandry > Production systems > Dairy cattle Animal husbandry > Feeding and growth |
| Research affiliation: | Germany > Federal Agency for Agriculture and Food - BLE Germany > Federal Organic Farming Scheme - BOEL > Animals > Animal Feeding Germany > Federal Agency for Agriculture and Food - BLE - Protein Strategy Germany > Other organizations Germany |
| Related Links: | https://www.bundesprogramm.de/ |
| Deposited By: | Geschäftsstelle Bundesprogramm Ökologischer Landbau, Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) |
| ID Code: | 42442 |
| Deposited On: | 27 Sep 2021 11:53 |
| Last Modified: | 27 Sep 2021 13:28 |
| Document Language: | German/Deutsch |
| Status: | Unpublished |
| Refereed: | Not peer-reviewed |
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