dc.contributor.author
Janczyk, Pawel
dc.date.accessioned
2018-06-07T21:44:18Z
dc.date.available
2006-03-10T00:00:00.649Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/8358
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-12557
dc.description
Deckblatt-Impressum
Table of content
Abbreviations
Introduction
Literature overview
Materials and Methods
Results
Discussion
Summary
Zusammenfassung
Reference list
Appendix
Acknowledgement
Danksagung
Publication list
Selbständigkeitserklärung
dc.description.abstract
Green micro-algae have been used as nutritional supplement or food source in
Asiatic countries for hundreds of years. Use of the green micro-algae in human
and animal nutrition has been studied intensively since the mid-50s of last
century. Since then many groups have investigated different micro-algae
cultivated under different conditions. Beneficial immunomodulatory properties
of the green micro-algae (mainly Chlorella vulgaris) were discovered and its
potential for use in human medicine was reported. In my dissertation five
experiments are described, in which we investigated the nutritional value of
micro-algal protein as well as assessing the safety of feeding the micro-algae
on animal health. We also investigated if feeding micro-algae can influence
the reproductive efficiency and growth parameters of laboratory animals. In
order to make the constituents of micro-algae accessible to mammals the cell
wall must be destroyed. Several processes for making micro-algae more
digestible have been developed but their efficacy and economic utility were
poor. New efficient and cheap cell-opening methods are needed if the micro-
algae are to fulfill their potential as novel, widely-available, natural,
modern feed supplements. Treatment of algal cells with electrical field
(electroporation) or ultrasound (ultrasonication) prior to spray-drying have
shown promise as ways of releasing algal nutrients. We aimed to investigate if
these new methods are indeed efficient at enhancing the bioavailability of
algal protein, using rodents as models. This experiment was part of project
Entwicklung und Produktionseinführung von speziellem Kraftfutter mit Zusatz
von aufgewerteten Mikroalgen ( Development and introduction into production
of special concentrate with supplement of valuated micro-algae ) of the
Frankerförder Forschungsgeselschaft Ltd. Three processed products derived from
the green micro-algae Chlorella vulgaris (C1) were therefore
investigated:spray dried only,; electroporated and spray dried and, finally,
ultrasonicated and spray dried. A nitrogen-balance study was undertaken. Male
Wistar rats with a mean weight of 135-145 grams were housed separately in
metabolism cages and were fed the three algal products as the sole protein
source at 150 mg N per 100 g of body weight. A control group of rats was fed
with casein at the same amount as mentioned above. Apparent crude protein
digestibility for spray dried C. vulgaris was 46.9 12.7% (mean SD), for
electroporated Ch. vulgaris 44.3 7.5%, for ultrasonicated micro-algae 56.7
13.7%. The protein efficiency ratio was 1.4 0.3; 1.0 0.5; 2.1 0.3,
respectively. N-balance was 41.86 32.8 mg; 31.3 17.3 mg; and 66.7 30.1
mg, respectively. The biological value was 93 9.5 %; 93.6 10 %; and 101
5%, respectively. The differences between nutritional parameters (except for
biological value) for ultrasonized and electroporated C. vulgaris were
statistically significant (p<0.05 in HSD-Tukey test). The digestibility and
biological value of C. vulgaris was enhanced by ultrasonic treatment and
reduced by electroporation, thus ultrasonication may be a helpful
technological process in processing of the green micro-algae in food industry.
Micro-algae contain high amounts of nucleic acids, which are source of purine
bases that after absorption are transformed to uric acid (in humans) and
allantoin (most animals). Thus feeding microalgae could lead to an increase of
uric acid formation with subsequent development or enhancement of pathological
conditions associated with this metabolite(i.e. gout, kideny stones). To
investigate this and general algal influence on animal, we fed adult and
growing rats with a diet containing 20% of micro-algae (supplemental or as
sole protein source) for one month. Uric acid and allantoin were measured
periodically in serum and urine. Urine production was also recorded. Multiple
serum biochemistry and haematological parameters were measured. Internal
organs were weighed and histological examinations were performed for
intestines, liver and kidneys. No negative influence of micro-algal feeding
could be observed. Uric acid level did not change after algal feeding.
Allantoin excretion increased in the first two weeks of algal feeding and
thereafter returned to the initial level. Serum biochemistry and haematology
showed a decrease of full name (ALP) activity in algal group, no other changes
were observed. Intestines were heavier and longer in rats fed micro-algae. No
histological abnormalities were observed in organ slices. Feeding rats with
micro-algae at 20% in feed led to no adverse effects and this amount can be
considered as safe. The effect of feed supplementation with 1.0 % spray-dried
green alga Chlorella vulgaris powder on mouse reproduction and growth was
investigated. The study was continued over three generations of mice, strain
Fzt:DU. Females (F0) were fed the control diet (commercial chow) or the algae-
supplemented diet starting from 21st day of life (weaning). They were mated
randomly on the 63rd day of life and all gave birth to pups. Litters were
weighed, counted and then standardized (4 males and 5 females per litter).
Pups were weighed and counted on day 10 and 21. After weaning 2 females and 2
males (F1) from each litter were kept further. Females were mated on 63rd day
of life. On the 18th day of pregnancy 57 and 59 (control and algae group) were
sacrificed, 51 and 53 (respectively) gave birth to pups. Live and dead pups,
absorbed fetuses and corpora lutei were counted, live fetuses were weighed.
Live-born pups were counted and weighed and kept by dams without
standardization, their number and weight were recorded on days 10 and 21. 2
females and 2 males (F2) were weaned and kept further, the procedure as above
was repeated. No difference in number of fetuses, corpora lutei or live-born
pups was noted between groups or between generations. Litters from the algae
group were slightly heavier at the weaning, the females and males from algae
group also developed slightly better than the ones from control group, and
this tendency was seen in all generations. Technological processing of
microalgae by ultrasonication can be efficiently used in practice, but still
the industry must find a way to reduce the processing costs. There are still
more experiments needed to establish the amount of micro-algae in feed that
will be efficient and beneficial for farm animals without increasing animal
production costs.
de
dc.description.abstract
Grüne Mikroalgen werden in Asien seit Jahrhunderten als Nahrungsmittel oder
Nahrungsergänzung genutzt. Das Interesse am Einsatz grüner Mikroalgen in der
Human- und Tierernährung wurde in den 50er Jahren des vergangenen Jahrhunderts
geweckt. Seitdem untersuchten Forscher diverse Mikroalgen, die unter den
verschiedensten Bedingungen kultiviert wurden. Es wurden positive immun-
modulatorische Eigenschaften der grünen Mikroalgen (vor allem von Chlorella
vulgaris) entdeckt und ein möglicher Einsatz in der Humanmedizin abgeleitet.
In dieser Dissertation werden fünf Experimente beschrieben, in denen sowohl
der Nährwert des Mikroalgenproteins als auch die Gewährleistung der
Tiergesundheit bei der Verfütterung von Mikroalgen untersucht wurden. Des
Weiteren wurde untersucht, ob die Reproduktion und das Wachstum von
Labortieren durch die Verfütterung von Mikroalgen beeinflusst werden. Um die
Inhaltstoffe der Mikroalgen im Verdauungstrakt zugänglich zu machen, muss
deren Zellwand zerstört werden. Verschiedene Verfahren, die zu diesem Zweck
entwickelt wurden, waren bisher nicht effizient und unökonomisch. Neue,
effiziente und billige Zellaufschlussverfahren werden jedoch benötigt, um die
Mikroalgen zu einem neuen, leicht verfügbaren, natürlichen und modernen
Futtermittel zu machen. Daher wurden Behandlungsverfahren im elektrischen Feld
(Elektroporation) oder mittels Ultraschall entwickelt. Ziel unserer
Untersuchungen war, zu prüfen, ob diese neuen Methoden positiv zu bewerten
sind. Der Versuch war Teil des Projektes Entwicklung und
Produktionseinführung von speziellem Kraftfutter mit Zusatz von aufgewerteten
Mikroalgen der Frankerförder Forschungsgesellschaft mbH. Es wurden drei
behandelte Produkte der Grünalge Chlorella vulgaris (C1) untersucht nur
sprühgetrocknet; elektroporiert und sprühgetrocknet; Ultraschall-behandelt und
sprühgetrocknet. Dazu wurde ein N-Bilanz-Versuch mit männlichen Wistar-Ratten
mit einem mittleren Gewicht von 135-145 g durchgeführt. Diese wurden einzeln
in Stoffwechselkäfigen gehalten und erhielten die drei Algenprodukte als
alleinige Proteinquelle in Höhe von 150 mg N je 100 g Körpergewicht. Eine
interne Kontrollgruppe erhielt Kasein in gleicher Dosierung. Die scheinbare
Verdaulichkeit der sprühgetrockneten Chlorella vulgaris betrug 46.9 ± 12.7 %
(Mittelwert ± SD), die der elektroporierten Chlorella vulgaris 44.3 ± 7.5 %
und die der Ultraschall-behandelten Mikroalge 56.7 ± 13.7 %. Die Protein
efficiency ratio (PER) betrug jeweils 1.4 ± 0.3; 1.0 ± 0.5 und 2.1 ± 0.3. Die
N-Bilanz betrug 41.86 ± 32.8 mg; 31.3 ± 17.3 mg und 66.7 ± 30.1 mg und die
biologische Wertigkeit jeweils 93 ± 9.5 %; 93.6 ± 10 % und 101 ± 5 %. Die
Unterschiede zwischen den Parametern waren mit Ausnahme der biologischen
Wertigkeit für elektroporierte und Ultraschall-behandelte Chlorella vulgaris
statistisch signifikant (p<0.05; HSD-Tukey-Test). Die Verdaulichkeit und die
biologische Wertigkeit von Chlorella vulgaris wurden durch die
Ultraschallbehandlung erhöht und durch die Elektroporation verringert, was
zeigt, dass die Ultraschallbehandlung ein hilfreicher technologischer Prozess
in der praktischen Verarbeitung von grünen Mikroalgen in der
Nahrungsmittelindustrie sein könnte. Mikroalgen haben einen hohen Gehalt an
Nukleinsäuren, deren Purinbasen nach ihrer Absorption in Harnsäure (beim
Menschen) und Allantoin (bei den meisten Tieren) umgewandelt werden. Dies kann
zu einer erhöhten Harnsäurebildung und somit zu einem erhöhten Risiko von
Krankheiten führen, die mit diesem Stoffwechselprodukt assoziiert sind
(beispielsweise Gicht, Nierensteine). Um diese und die allgemeine Wirkung von
Algen auf Tiere zu prüfen, wurden wachsende und ausgewachsene Ratten über
einen Zeitraum von drei Monaten mit Rationen gefüttert, die 20 % Mikroalgen
als alleinige oder zusätzliche Proteinquelle enthielten. Im Serum und Harn
wurden regelmäßig Harnsäure und Allantoin bestimmt. Auch die Harnmenge wurde
erfasst. Es wurde das biochemisches Profil vom Serum und das Blutbild
erstellt. Die inneren Organe wurden gewogen und histologische Untersuchungen
des Darmes, der Leber und der Nieren vorgenommen. Es konnte kein negativer
Effekt der Verfütterung von Mikroalgen festgestellt werden. Der
Harnsäuregehalt änderte sich durch die Verfütterung der Algen nicht. Die
Allantoinausscheidung erhöhte sich in den ersten zwei Wochen nach Beginn der
Algenfütterung und erreichte danach wieder den Ausgangswert. Das biochemische
Profil und das Blutbild zeigten lediglich eine Senkung der ALP-Aktivität in
der Algengruppe, während die anderen erfassten Parameter unbeeinflusst
blieben. Der Darm war schwerer und länger bei Ratten, die die Mikroalgen
erhielten. In den Zellen der untersuchten Organe wurden keine histologischen
Abnormalitäten festgestellt. Die Fütterung von Ratten mit 20 % Mikroalgen in
der Ration führte zu keinen nachteiligen Effekten und kann daher auch in
dieser Höhe - als unbedenklich angesehen werden. Es wurde der Einfluss einer
Gabe von 1 % sprühgetrocknetem Pulver der Grünalge Chlorella vulgaris auf die
Reproduktion und das Wachstum von Mäusen untersucht. Die Studie wurde an
Mäusen der Linie Fzt:DU über drei Generationen vorgenommen. Die weiblichen
Tiere der F0-Generation erhielten ab dem 21. Lebenstag (Absetztag) entweder
eine Kontrollration oder eine Algenration. Sie wurden am 63. Lebenstag
angepaart und alle Tiere wurden tragend. Die Würfe wurden gewogen, gezählt und
standardisiert (4 männliche und 5 weibliche je Wurf). Die Jungen wurden am 10.
und 21. Lebenstag gezählt und gewogen. Nach dem Absetzen verblieben je Wurf 2
männliche und 2 weibliche Tiere (F1) für weitere Untersuchungen. Die
weiblichen Nachkommen wurden erneut am 63. Tag angepaart. Am 18. Tag der
Trächtigkeit wurden 57 und 59 Tiere (Kontroll- und Algengruppe) getötet, wobei
die lebenden, toten und absorbierten Föten sowie die corpora lutei gezählt
wurden. Auch wurden die lebenden Föten gewogen. Die von den verbliebenen
angepaarten weiblichen Nachkommen (51 bzw. 53 Muttertiere) geborenen Jungen
wurden gezählt und gewogen und blieben bei der Mutter, ohne dass eine
Standardisierung der Würfe vorgenommen wurde. Sie wurden erneut am 10. und 21
Lebenstag gewogen und gezählt. Je 2 männliche und 2 weiblich Tiere (F2) wurden
abgesetzt und verblieben für weitere Untersuchungen, die nach dem bereits
beschriebenen Schema wiederholt wurden. Es konnten keine Unterschiede in der
Zahl der Föten, corpora lutei und geborenen Jungtieren zwischen den Gruppen
oder den Generationen festgestellt werden. Die Würfe der Algengruppe waren am
Absetztag etwas schwerer und entwickelten sich nach dem Absetzen etwas besser
als die der Kontrollgruppe. Diese Effekt wurde über alle Generationen
beobachtet. Der technologische Prozess der Ultraschallbehandlung kann effektiv
in der Praxis eingesetzt werden, wobei Möglichkeiten gefunden werden müssen,
um die Kosten der Herstellung von Mikroalgen zu verringern. Es sind weitere
experimentelle Untersuchungen nötig, um die Algenmenge in Rationen zu
ermitteln, die positive Effekte bei landwirtschaftlichen Nutztieren bewirkt,
ohne die Produktionskosten in den Betrieben zusätzlich zu erhöhen.
de
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
Chlorella vulgaris
dc.subject
protein digestibility
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::630 Landwirtschaft::630 Landwirtschaft und verwandte Bereiche
dc.title
Evaluation of nutritional value and activity of green microalgae Chlorella
vulgaris in rats and mice
dc.contributor.firstReferee
Univ.-Prof. Dr. Ortwin Simon
dc.contributor.furtherReferee
Dr. hab. Wolfgang Bernhard Souffrant
dc.contributor.furtherReferee
Univ.-Prof. Dr. Helmut Martens
dc.date.accepted
2005-12-09
dc.date.embargoEnd
2006-03-10
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-2006001546
dc.title.translated
Untersuchungen zur Verwertung und zur Wirkung von grünen Mikroalgen Chlorella
vulgaris bei Ratten und Mäusen
de
refubium.affiliation
Veterinärmedizin
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000002523
refubium.mycore.transfer
http://www.diss.fu-berlin.de/2006/154/
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000002523
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access