The intestinal tract of chickens is characterized by efficient nutrient digestion. Disturbances of this fragile system results frequently in reduced animal health and welfare and subsequently increased use of antibiotics. Feed additives and various feed processing technologies can be used in order to affect intestinal function of the chicken. The goal of this study was to study the impact of acidification and thermal treatment of feed, the use of various feed particle sizes, and the impact of milling methods on intestinal physiology of poultry. The aims of this thesis were: I) to adapt the Ussing chamber method for reliable assessment of transport physiology of the intestinal mucosa of poultry, II) to evaluate the impact of acidified feed on apparent ileal digestibility of starch, the glucose transporter expression, and intestinal transport function in broiler chickens, III) to investigate the impact of the milling method, thermal treatment and particle size of feed on performance, apparent ileal nutrient digestibility, and pH of digesta in laying hens. Part I was performed by stripping the tunica mucosa from a total of 104 jejunal samples from 10 hens and using a net device for stabilizing support. In order to investigate the benefit of glutamine, 50 samples were maintained with a conventional buffer (group 1), and 54 samples were maintained with additional 5 mM glutamine (group 2). Mean short circuit current (ΔIsc) of samples exposed to 10 mM glucose in group 1 and group 2 was 17.0 ±2.47 μA/cm2 and 14.6 ±1.54 μA/cm2 (p = 0.836), of samples exposed to 100 μM phloridzin -13.3 ±1.63 μA/cm2, and -11.8 ±1.22 μA/cm2 (p = 0.712) and of samples exposed to 100 μM carbachol 4.7 ±0.70 μA/cm2, and 3.7 ±0.43 μA/cm2 (p = 0.450), respectively. While glutamine had no beneficial effect on tissue response, the method described here allowed for reliable investigation of the intestine. Part II of this thesis was performed by feeding broilers a standard diet without or with 1.5 % Lupro-Cid® (64 % formic acid, 25 % propionic acid, 11 % water) for 32-35 days. Apparent ileal starch digestibility was determined using 0.2 % titanium dioxide as indigestible marker. Intestinal transporter function was analyzed in Ussing chamber experiments where jejunal samples were sequentially exposed to 10 mM glucose, 100 μM phloridzin, 100 μM histamine, and 100 μM carbachol. Additionally, gene expressions of SGLT-1 and GLUT-2 transporters were analyzed using qPCR analysis. Apparent ileal starch digestibility of the control group (97.5 ±0.35 %) and the acid-treated group (97.0 ±0.59 %) did not differ significantly (p = 0.674). Tissue conductance of intestinal samples obtained from the control group and the acidtreated group was 10.6 ±0.68 mS/cm2, and 9.4 ±0.80 mS/cm2, respectively (p = 0.147). The mean short circuit currents (ΔIsc) of the samples exposed to glucose, phloridzin, histamine, and carbachol did not differ (p = 0.209, p = 0.296, p= 0.498, and p = 0.640, respectively). Additionally, no differences in the expression of SGLT-1 and GLUT-2 could be observed (p = 0.942, p = 0.431). Part III of this thesis was performed using twelve variants of a complete diet that were produced by four different milling techniques including hammer mill, roller mill, disc mill, and a wedge-shaped disc mill. Coarse feed particles were obtained from all mills, additional fine feed particles were obtained from the hammer mill and the roller mill. Each of this six feed variants was offered as mash or expandate, resulting in twelve treatments in total. Laying hens at 20 weeks of age were kept for three weeks in eight replicates with six hens per feeding group. Performance parameters (feed consumption, laying performance, feed conversion ratio) and apparent ileal digestibility of crude protein, amino acids, ether extract, and starch were determined. The pH of the digesta was determined along the gastrointestinal tract. In week 1 and 2 of the experiment, feed intake was significantly increased in hens fed with mash feed compared to hens fed expanded feed (p = 0.003 and p = 0.023). The apparent ileal digestibility of starch was improved (p < 0.001) by feeding mash and correlated positively to increased particle size (p-linear = 0.001; p-quadratic = 0.006; r = 0.363). The apparent ileal digestibility of ether extract correlated negatively to increased particle sizes (p-linear = 0.003; p-quadratic = 0.225; r = -0.311). The pH of the ileum content (p-linear = 0.044; p-quadratic = 0.146; r = 0.212) and feces (p-linear = 0.010; p-quadratic = 0.016; r = 0.267) correlated with increased particle sizes. Based on the results of this thesis, organic acids had no impact on ileal starch digestibility and intestinal nutrient uptake. Therefore, the investigation of the mode of action needs further studies. Feeding coarse particle sizes improved ileal starch digestibility. Unconventional, energy saving milling methods enabling coarse particle sizes of feed may be used without negative impact on laying performance and the digestive function of laying hens.
Der Verdauungstrakt des Geflügels zeichnet sich durch eine effiziente Nährstoffnutzung aus. Durch Störungen kommt es zu unerwünschten Konsequenzen für die Tiergesundheit und das Wohlbefinden, sie können den Einsatz von Antibiotika erforderlich machen. Futteradditive und technologische Verfahren können Einfluss auf den Gesundheitsstatus von Hühnern nehmen. In vorliegender Dissertation sollte die Verwendung von organischen Säuren, der Hitzebehandlung des Futters, die Darreichung verschiedener Futterpartikelgrößen, sowie der Einsatz von verschiedenen Mahlmethoden zur Futterherstellung untersucht werden. Der Einfluss dieser Maßnahmen auf die Physiologie des Magen-Darm- Traktes des Geflügels ist bisher nicht umfassend untersucht worden. Das Ziel dieser Arbeit war daher: I) die Ussingkammermethode zur Charakterisierung von Absorptions- und Sekretionsprozessen im Geflügeldarm zu verbessern, II) den Einfluss von organischen Säuren als Futteradditive auf die ileale Stärkeverdaulichkeit, die intestinale Expression von Glukosetransportern sowie die jejunale Transport- und Barrierefunktion zu erfassen, III) die Bedeutung verschiedener Mahlmethoden, der Hitzebehandlung des Futters sowie der Futterpartikelgröße auf die Leistung, die scheinbare ileale Nährstoffverdaulichkeit und den pH der Digesta bei Legehennen zu bestimmen. Teil I der Fragestellung wurde durchgeführt, indem die Tunica Mucosa von insgesamt 104 Jejunumproben aus 10 Legehennen mit einem Netz stabilisiert und in die Ussingkammer verbracht wurden. Während 50 Proben mit einem konventionellen Puffer behandelt wurden (Gruppe 1), wurde 54 Proben zusätzlich 5 mM Glutamin zugesetzt (Gruppe 2). Nach Zugabe von 10 mM Glukose betrug die durchschnittliche Höhe des Kurzschlussstromes (ΔIsc) der Gruppe 1 17,0 ±2,47 μA/cm2 und der Gruppe 2 14,6 ±1,54 μA/cm2 (p = 0,836). Nach Zugabe von 100 μM Phloridzin betrug der ΔIsc -13,3 ±1,63 μA/cm2 bzw. -11,8 ±1,22 μA/cm2 (p = 0,712), nach Zugabe von 100 μM Carbachol 4,7 ±0,70 μA/cm2 bzw. 3,7 ±0,43 μA/cm2 (p = 0,450). Teil II der Dissertation wurde durchgeführt, indem Masthähnchen einer Kontrollgruppe mit Masthähnchen einer Versuchsgruppe verglichen wurden. Die Tiere der Versuchsgruppe hatten während der gesamten Aufzucht von 32-35 Tagen 1,5 % Lupro-Cid® (64 % Ameisensäure, 25 % Propionsäure, 11 % Wasser) über das Futter aufgenommen. Die ileale Stärkeverdaulichkeit wurde mittels 0,2 % Titandioxid ermittelt. Die jejunale transmembranale Transporterfunktion wurde mittels Ussingkammermethode bestimmt, indem die Darmproben nacheinander mit 10 mM Glukose, 100 μM Phloridzin, 100 μM Histamin und 100 μM Carbachol behandelt wurden. Zusätzlich wurde die Genexpression der Glukosetransporter SGLT-1 und GLUT-2 mittels qPCR- Analyse bestimmt. Die scheinbare ileale Stärkeverdaulichkeit der Kontrollgruppe betrug (97,5 ±0,35 %), die der Säuregruppe (96,0 ±0,59 %). Der Unterschied war statistisch nicht signifikant (p = 0,674). Die mittlere (±SEM) Leitfähigkeit des Gewebes betrug für die Kontroll- und Säuregruppe 10,6 ±0,68 mS/cm2, bzw. 9,4 ±0,80 mS/cm2 (p = 0,147). Die mittleren Kurzschlussströme (ΔIsc) der Gruppen nach Behandlung mit Glucose, Phloridzin, Histamin und Carbachol waren statistisch nicht signifikant unterschiedlich (p = 0,209, p = 0,296, p = 0,498 und p = 0,640). Weiterhin konnten keine Unterschiede in der relativen Genexpression der SGLT-1 und GLUT-2 Transporter nachgewiesen werden (p = 0,942, p = 0,431). Teil III der Dissertation wurde ausgeführt, indem zwölf Varianten derselben Futterrezeptur mit vier Mahlmethoden (Hammermühle, Walzenstuhl, Scheibenmühle, Keilscheibenzerkleinerer) hergestellt wurden. Die Mühlen wurden so eingesetzt, dass relativ grobe Partikelgrößen hergestellt wurden. Zusätzlich wurden mittels Hammermühle und Walzenstuhl feine Futterpartikel gefertigt. Jede der sechs Varianten wurde entweder als Mehl oder als Expandat verfüttert, wodurch insgesamt 12 Versuchsgruppen entstanden. Legehennen im Alter von 20 Wochen wurden für jeweils drei Wochen mit dem Versuchsfutter gefüttert. Dazu wurden in acht Versuchsdurchgängen je sechs Hennen/Gruppe gehalten. Neben den Leistungsdaten (Futteraufnahme, Legeleistung, Futteraufwand) wurde die scheinbare ileale Verdaulichkeit von Rohprotein, Aminosäuren, Rohfett und Stärke sowie der pH-Wert der Digesta in verschiedenen Abschnitten des Magen-Darm-Traktes ermittelt. Während der ersten beiden Versuchswoche war die Futteraufnahme der Hühner bei Gabe des mehlförmigen Futters höher verglichen mit den Hühnern, die expandiertes Futter erhielten (p = 0,003; p = 0,023). Die scheinbare ileale Verdaulichkeit der Stärke war bei den Hühnern, die mehlförmiges Futter erhielten, gegenüber Expandat erhöht (p < 0,001) und korrelierte positiv mit der Partikelgröße des Futters (p-linear = 0,001; pquadratisch = 0,006; r = 0,363). Die scheinbare ileale Verdaulichkeit von Rohfett korrelierte hingegen negativ mit der Partikelgröße (p-linear = 0,003; p-quadrat = 0,225; r = -0,311). Auch der pH- Wert des Ileuminhaltes (p-linear = 0,044; p-quadrat = 0,146; r = 0,212) und der Exkremente (p-linear = 0,010; p-quadratisch = 0,016; p = 0,267) korrelierte positiv mit der Partikelgröße. Als Schlussfolgerung ergibt sich aus den durchgeführten Studien, dass hinsichtlich der in der Literatur beschriebenen positiven Wirkungen organischer Säuren als Futterzusatzstoffe hinsichtlich der physiologischen Mechanismen weiterer Untersuchungsbedarf besteht, da sich unter den vorliegenden experimentellen Bedingungen kein Effekt auf die Stärkeverdaulichkeit und die intestinale Nährstofftransportfunktion abzeichnete. Es konnte bestätigt werden, dass eine gröbere Futterstruktur unabhängig von der Zerkleinerungsmethode günstige Effekte auf die scheinbare Stärkeverdaulichkeit bei Legehennen hatte. Insofern sollten innovative energiesparende Mahlverfahren weiter entwickelt werden, die gleichzeitig eine gröbere Partikelstruktur ermöglichen. Die ernährungsphysiologischen Konsequenzen sollten bei technologischen Weiterentwicklungen überprüft werden.
