Die Wirkung organischer Säuren als Futterzusatzstoff auf Nährstoffumsatz und Bakterienpopulationen im Verdauungstrakt von Absetzferkeln

Abstract

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung verschiedener organischer Säuren und eines Säurengemisches als Futterzusatz bei früh abgesetzten Ferkeln, die daraus resultierenden Einflüsse auf die intestinale bakterielle Mikrobiota und mögliche Einflüsse auf die Leistungsparameter der Tiere. Der Tierversuch bestand aus insgesamt 84 Ferkeln, die im Alter von 23 Tagen abgesetzt wurden. Es wurden die folgenden organischen Säuren geprüft: 5 g/kg Ameisensäure, 5 g/kg Benzoesäure und eine Kombination aus 1 g/kg Ameisensäure, 3 g/kg Benzoesäure, 1 g/kg Zitronensäuremonohydrat, 1 g/kg Kaliumsorbat und 0,2 g/kg Cuxarom Spice 301. Die Messung des Harn - pH ergab einen signifikant niedrigeren pH-Wert in der Benzoesäuregruppe im Gegensatz zur Kontroll- und Ameisensäuregruppe. Die Hippursäurekonzentration war in der Benzoesäuregruppe signifikant höher als in der Kontroll- und Kombinationspräparatgruppe. In Letzterer war die Konzentration jedoch ebenfalls signifikant höher als in der Kontrollgruppe. Bezüglich der untersuchten mikrobiellen Metaboliten wies die Ameisensäuregruppe bei der Betrachtung des Gesamtlaktatgehalts im proximalen Jejunum signifikant weniger Laktat auf als die Kombinationspräparatgruppe. Die Untersuchung der flüchtigen Fettsäuren ergab eine signifikant geringere n-Valeriansäurekonzentration in der Kontroll- und Benzoesäuregruppe gegenüber der Ameisensäuregruppe (p = 0,012). Es wurden tendenziell geringere E.coli Keimzahlen in der Ameisensäuregruppe gegenüber der Kontrollgruppe beobachtet (p = 0,068). In allen Gruppen konnte mittels Multiplex-PCR das est-II-Gen als dominantes Pathogenitätsgen nachgewiesen werden. Die Kontrollgruppe wies im Gegensatz zu den Säuregruppen eine höhere Varianz an Pathogenitätsgen- tragenden E.coli auf. Auch war die Anzahl der positiv getesteten Tiere in der Kontrollgruppe höher als in den Säuregruppen. Die quantitative Untersuchung der Bakterienpopulationen im Colon ergab in der Ameisensäuregruppe eine signifikante Senkung der Escherichia spp, gegenüber der Benzoesäure- und Kombinationspräparatgruppe. Das Verhältnis der Escherichia spp. zu Eubakterien ergab einen signifikanten Unterschied zwischen der Ameisensäure- und Kombinationspräparatgruppe. Der Pathogenitätsfaktor elt-IA von E.coli war in der Kombinationspräparatgruppe signifikant höher als in den übrigen Gruppen. Bei der Betrachtung des Verhältnis elt-IA zu Eschericha spp. zeigte sich ein signifikant niedrigerer Wert in der Kontroll- und Benzoesäuregruppe gegenüber der Ameisensäuregruppe. Die mittels DGGE untersuchten Kotproben zeigten im Laufe des Versuchzeitraumes in der Kontroll-, Ameisensäure- und Benzoesäuregruppe eine ständige Abnahme der bakteriellen Diversität. Demgegenüber steht die Kombinationspräparatgruppe, in deren Kot am 9. Tag nach dem Absetzen ein Abfall der Bakteriendiversität nachzuweisen war, die jedoch zum 14. Tag hin wieder anstieg. Die Bakteriengemeinschaften in den Kotproben waren am 5. und 9. Tag kaum unterschiedlich zwischen den Gruppen. Am 14. Tag jedoch gab es signifikante Unterschiede, so war die Kontrollgruppe in sich homogener als die Säuregruppen. Bezüglich der scheinbaren praecaecalen Verdaulichkeit konnte in der Kontrollgruppe eine signifikant höhere Cysteinverdaulichkeit gegenüber der Kombinationspräparatgruppe und eine signifikant höhere Methioninverdaulichkeit der Kontrollgruppe gegenüber der Benzoesäure- und Kombinationspräparatgruppe festgestellt werden. Die Methioninverdaulichkeit der Ameisensäuregruppe war ebenfalls signifikant höher als die der Kombinationspräparatgruppe (p < 0.0001). Die Überprüfung der Ameisensäure- und Benzoesäurekonzentration in der Digesta ergab, dass schon im Magen die Konzentration der eingesetzten Säure stark verringert war, und am Ende des Jejunums eine scheinbare praecaecale Verdaulichkeit von mehr als 99% bestand. Die Leistungsparameter zeigten eine Lebendmassezunahme um 10,5% und eine Senkung des Futteraufwands der Tiere in der Ameisensäuregruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe. Signifikante Ergebnisse konnten jedoch nur in der 5. Versuchswoche gefunden werden. In der ersten Versuchswoche nahmen die Tiere der Ameisensäuregruppe signifikant mehr Futter auf als die Tiere der Kombinationspräparatgruppe. Effekte organischer Säuren auf die intestinale Mikrobiota von Absetzferkeln wurden in dieser Arbeit festgestellt. Ameisensäure sticht dabei durch geringere Escherichia spp. Zellzahlen und vermindertes Auftreten an Pathogenitätsfaktoren hervor. Hinsichtlich der Leistungsparameter war Ameisensäure ebenfalls die effektivste Säure in dieser Studie. Auch mittels Einsatz von Benzoesäure sind einige Effekte besonders im Hinblick auf die Hippursäurebildung und die Harn pH-Wert Absenkung zu verzeichnen. Das Kombinationspräparat zeigte gegenüber der Kontrollgruppe die schwächsten Effekte. Eine Kombination wirksamer organischer Säuren summiert somit nicht die positiven Effekte der einzelnen Säure.

The current study was conducted to test the use of various organic acids and an acid mixture as feed additives for early-weaned pigs, the resulting effects on the intestinal bacterial microbiota and possible effects on performance parameters of the animals. The study was performed on a total of 84 pigs weaned at the age of 23 days. The following organic acids were tested: 5 g/kg formic acid, 5 g/kg benzoic acid and a combination of 1 g/kg formic acid, 3 g/kg benzoic acid, 1 g/kg citric acid monohydrate, 1 g/kg potassium sorbate and 0.2 g/kg Cuxarom Spice 301. The urinary pH was significantly lower in the benzoic acid group compared to the control and formic acid groups. The hippuric acid concentration was significantly higher in the benzoic acid group compared to the control and combined acid groups. In the latter, the concentration was however higher than in the control group. With regards to the tested microbial metabolites, a significantly lower concentration of lactate was found in animals in the formic acid group compared to the combined acid group after measurement of the total lactate in the proximal jejunum. Measurement of volatile fatty acids resulted in a significantly lower n-valerian acid concentration in the control and benzoic acid groups compared to the formic acid group (p = 0.012). The number of E.coli bacteria in the formic acid group had a tendency to be lower than in the control group (p = 0.068). Using Multiplex-PCR, the est-II-gene was shown to be the dominant pathogenicity gene in all groups. The control group exhibited a higher variance of pathogenicity gene containing E.coli compared to the other groups. In addition, the number of animals testing positive was higher in the control group than in the remaining groups. The quantitative tests of bacteria populations in the colon resulted in a significant decrease of the Escherichia spp bacteria in the formic acid group compared to the benzoic acid and combined acid groups. The ratio of Escherichia spp. and eubacteria was significantly different between the formic acid and the combined acid groups. The pathogenicity factor elt-IA from E.coli was significantly higher in the combined acid group compared to the remaining groups. The ratio of elt-IA and Eschericha spp. had a significantly lower value in the control and benzoic acid groups compared to the formic acid group. In the fecal samples examined with DGGE, a continuous decrease of bacterial diversity occurred in the control, formic acid and benzoic acid groups over the course of the study. In contrast, in the combined acid group an initial decrease in the bacterial diversity in the feces was observed on day 9 after weaning was followed by an increase observed on day 14. With regards to the bacterial colonies in the fecal samples no substantial difference was observed between the groups on days 5 and 9. On day 14, however, significant differences could be shown with the control group being more homogenous than the acid groups. Regarding the praecaecal digestibility, the control group showed a significantly higher cystein digestibility than the combined acid group and a significantly higher methionine digestibility compared to the benzoic acid and combined acid groups. The methionine digestibility in the formic acid group was also significantly higher than in the combined acid group (p < 0.0001). Measurements of the formic acid and benzoic acid concentration in the digesta showed that the concentration of the supplemental acids had decreased in the stomach very strong, and the apparent praecaecal digestibility at the far end of the jejunum was more than 99%. Testing of the performance parameters showed an increase in body weight by 10.5% and a decrease in the feed conversion of the animals in the formic acid group compared to the control group. These findings were only significant in the 5th study week. In the 1st study week, the animals in the formic acid group consumed significantly more feed than the animals in the combined acid group. The current study shows that organic acids have various effects on the intestinal microbiota of weaning pigs. Formic acid was of particular interest due to its correlation with lower Escherichia spp. bacterial numbers and less frequent occurrence of pathogenicity factors. Regarding performance parameters, formic acid was also the most effective acid in this study. The use of benzoic acid resulted in some important effects particularly with regards to the formation of hippuric acid and the decrease in urinary pH-values. The use of the combined acid supplement showed only minor effects compared to the control group. A combination of active organic acids does therefore not result in an additive effect.