Proefverslag 279 Onderzoek naar het effect van een behandeling met de Ringspalt-expander op de voederwaarde van mengvoeders (proeven VLB-29 en RLB-29, PV-279; Y1990) auteurs: ir. G.J. Borggreve dr. W.A.G. Veen juni 1990 Instituut voor de Veevoeding "De Schothorst" Meerkoetenweg 26, Postbus 533 8200 AM LELYSTAD tel.nr. 0320-252294 Inleiding In de mengvoederindustrie bestaat grote belangstelling voor de "Ringspalt-expander", een apparaat dat door de Fa. Kahl op de markt wordt gebracht. Dit apparaat vertoont grote gelijkenis met de extruder, waarmee mengvoeders (of grondstoffen) met een schroef door een nauwsluitende buis worden geperst. Naarmate het materiaal verderop in de buis wordt gestuwd, nemen de druk en de temperatuur toe. Daarnaast is het mogelijk om water of stoom aan het materiaal in de buis toe te voegen. Bij extruders is aan het eind van de buis een plaat met gaatjes gemonteerd, waardoor het materiaal naar buiten wordt geperst. Bij het passeren van deze opening daalt de hoge druk in het materiaal abrupt tot 1 atmosfeer, waardoor een deel van het oververhitte water dat zich in het materiaal bevindt in stoom overgaat met als gevolg dat het materiaal expandeert. Bij de "Ringspalt-expander" is de buis niet afgesloten met een geperforeerde plaat, maar met een kegelvormige afsluiter die meer of minder ver in de buis kan worden gebracht. Door het verplaatsen van deze kegelvormige afsluiter is de breedte van de ronde spleet tussen buis en kegel te variëren. Het grote voordeel hiervan is dat tijdens de productie de tegendruk, en daarmee de temperatuur van het materiaal in het apparaat, traploos kan worden geregeld. In de "Ringspalt-expander" van de Fa. Kahl kunnen temperaturen tot ca. 140 C worden bereikt. Het materiaal wordt slechts een fractie van een seconde aan deze hoge temperatuur blootgesteld; de totale verblijfstijd in de expander is namelijk niet meer dan ca. 5 seconden. In deze periode loopt de temperatuur geleidelijk op van de inlaattemperatuur (bijv. 50 C) tot de maximale temperatuur. Als het materiaal de expander verlaat, daalt de temperatuur direct onder 100 C. De mengvoederindustrie ziet mogelijkheden om de "Ringspalt-expander" te gebruiken bij het voorbehandelen van persmeel ter verbetering van de korrelkwaliteit (als alternatief voor dubbel persen). Daarnaast acht men het mogelijk om slachtkuikenvoeders alleen met de "Ringspalt-expander" te behandelen in plaats van te pelleteren. Ook kan de "Ringspalt-expander" worden gebruikt om grondstoffen (of eventueel mengvoeders met bepaalde grondstoffen) een hittebehandeling te geven om ANF's, zoals antitrypsine, onwerkzaam te maken. Bij de toepassing van hoge temperaturen bij mengvoeders of grondstoffen, zelfs gedurende korte tijd, dient men zich steeds af te vragen welke invloed dat heeft op de voederwaarde. Vooral de verteerbaarheid van het eiwit (en met name van bepaalde aminozuren) kan door een te hoge verhitting verminderen. Dit wordt veroorzaakt door de vorming van onverteerbare reactieproducten van aminozuren met bijvoorbeeld suikers (Maillard-reactie). Verder zijn ook een aantal vitaminen gevoelig voor te hoge temperaturen.
Op verzoek van coöperatie "De Vallei" te Barneveld, die bij de Fa. Kahl te Hamburg enkele mengvoeders met de "Ringspaltexpander" liet behandelen, heeft De Schothorst onderzoek verricht naar het effect van deze behandeling op de voederwaarde van de betrokken mengvoeders. Opzet van het onderzoek Productie van de voeders Door "De Vallei" te Barneveld werden een rundvee- en een varkensvoer samengesteld en in meelvorm (zonder de vloeibare componenten) naar de Fa. Kahl verzonden. De vloeibare componenten werden als zodanig verzonden. De samenstelling van de voeders is vermeld in tabel 1. Aan beide voeders werd via een premix een 10-voudige hoeveelheid vit. A en E toegevoegd; aan het varkensvoer werd ten behoeve van het verteringsonderzoek 2% diamol toegevoegd. Een deel van beide voeders werd door de Fa. Kahl op de normale wijze (na toevoeging van vet, melasse en stoom) gepelleteerd. De rest van beide voeders werd gepelleteerd nadat ze met de expander waren behandeld. Van de geëxpandeerde voeders werd ook een gedeelte als zodanig bewaard. Het merendeel van de voeders werd in de expander tot ca. 120 C verhit, een deel werd tot 130 C verhit. In onderstaand schema zijn de verschillende behandelingen (met code) weergegeven. varkensvoer rundveevoer persmeel VM RM normale korrels VK RK geëxpandeerd meel 120 C VEM 120 REM 120 geëxpandeerde korrels 120 C VEK 120 REK 120 geëxpandeerd meel 130 C VEM 130 geëxpandeerde korrels 130 C VEK 130 Tabel 1 Samenstelling van de voeders Rundveevoer A maïsglutenvoermeel 37,89 bietenpulp 0,53 citruspulp 20,00 koolzaadschroot 7,12 grasmeel 15,00 melasse-riet 5,00 voedervet 2,51 vinasse-biet 10,00 zout 0,30 merv.rundvee 31 0,75 premix vit. A+E* 0,90 totaal 100,00 VEM 940 vre g/kg 120 re 164 rvet 55 as 92 rc 102 vit. A IE/kg 50.000 vit. E " 70 * 5.000.000 IE vit. A en 7.500 IE vit. E/kg Varkensvoer erwten 0,69 palmpitschilfers 1,54 koolzaadschroot 7,50 sojaschroot 18,88 grasmeel 3,00 maïsvoermeel USA 15,00 maniok 72% zetm. 40,00 melasse-riet 5,47 vinasse-biet 2,03 voedervet 2,07 plantaardige olie 0,93 monocalciumfosfaat 0,43 krijt 0,39 zout 0,30 mervit meth. 393 0,11 merv. lysine 394 0,26 merv. sl.v. 254 0,50 premix vit. A+E* 0,90 totaal 100,00 EW 1,03 re g/kg 153 zetmeel g/kg 350 v.lys. g/kg 7,2 v. (m+c) g/kg 4,7 vit. A IE/kg 49.000 vit. E IE/kg 77 Verteringsonderzoek met biggen: Van de voeders VK, VEK120 en VEK130 werd op de gebruikelijke wijze met biggen van ca. 30 kg de verteerbaarheid van eiwit, vet, rc en ok vastgesteld (6 herhalingen). Daarnaast werd van de voeders VM, VK, VEM120, VEK120, VEM130 en VEK130 de in vitro verteerbaarheid van eiwit (methode Babinsky) en organische stof vastgesteld. In sacco afbreekbaarheid van de rundveevoeders:
Van de voeders RM, RK, REM120 en REK120 werden met de in-sacco methode de uitwasbaarheid van eiwit en zetmeel en de eiwiten zetmeelafbreekbaarheid in de pens na 12 uur incubatie vastgesteld. Chemische eiwitkwaliteit: De voeders VM, VK, VEK120 en VEK130 werden door het CIVO te Zeist op het gehalte aan lysine (aminozurengroep II) en beschikbaar lysine onderzocht. Vitamine-onderzoek: In de voeders VK, VEK130, RK en REK120 werd door het CIVO te Zeist het gehalte aan vitamine A en E vastgesteld. Resultaten Analyse van de voeders De resultaten van het chemisch onderzoek van de voeders zijn vermeld in tabel 2. Tabel 2 Chemische samenstelling van de voeders (g/kg) vocht as RE Rvet rc IVVO Schoth. IVVO Schoth. IVVO Schoth. Schoth. Schoth. Varkensvoeders VM 122-79 - 151 - - - VK 98 103 83 83 163 161 58 60 VEM 120 120-81 - 156 - - - VEK 120 100 107 83 82 161 159 59 60 VEK 130 105 115 82 82 155 154 58 59 Rundveevoeders (Schothorst) vocht re zetmeel RM 130 165 70 RK 102 169 78 REM 120 119 169 73 REK 120 99 173 80 De gepelleteerde voeders hebben steeds een duidelijk lager vochtgehalte dan de niet-gepelleteerde voeders. Het iets lagere eiwitgehalte in VEK 130, dat ook nog bestond als werd gecorrigeerd voor droge stofverschillen, was aanleiding om te veronderstellen dat wellicht geen of te weinig melasse of vinasse bij de fa. Kahl was gedoseerd. Deze veronderstelling wordt echter niet ondersteund door de naderhand uitgevoerde bepalingen van het suiker- en kaliumgehalte. VK, VEK 120 en VEK 130 hadden een bep. suikergehalte van resp. 52, 51 en 53 g/kg en een bep. K-gehalte van 11,5; 11,5 en 11,7 g/kg. Toch kan dit lagere gehalte niet aan de normale spreiding in het analyseresultaat worden toegeschreven. De eiwitbepalingen werden namelijk ook uitgevoerd door het laboratorium van De Vallei, bij het CIVO (in samenhang met de aminozuuranalyse) en bij het IVVO (in samenhang met de bepaling van de in-vitro verteerbaarheid) en ook op deze laboratoria werd steeds het laagste gehalte gevonden in voer VEK130. De resultaten van de eiwitbepalingen door de Schothorst, CIVO en IVVO waren: Schothorst CIVO IVVO in product op ds-basis in product in product op ds-basis VK 161 179 163 163 181 VEK120 159 178 161 161 179 VEK130 154 174 157 155 173 Een verklaring voor het lagere re-gehalte in VEK130 zou kunnen zijn dat de totale partij voeder niet homogeen was op het moment dat de vloeibare componenten werden bijgemengd en het mengsel vervolgens werd geëxtrudeerd. Dit zou veroorzaakt kunnen zijn door uitzakken van bepaalde componenten in de silo bij de firma Kahl. Verteringsonderzoek met biggen In tabel 3 zijn de verteringscoëfficiënten weergegeven, die zijn gevonden in de verteringsproef met biggen. De gebruikte biggen kwamen per herhaling uit eenzelfde toom. Per ronde werden twee herhalingen gelijktijdig uitgevoerd. Bij aankomst wogen de biggen gemiddeld 29,0 + 1,8 kg en na afloop van de balansperiode 35,0 + 2,3 kg.
Tabel 3 Vastgestelde verteringscoëfficiënten van de onderzochte varkensvoeders VK VEK 120 VEK 130 eiwit 73,5 + 2,6 73,7 + 2,4 72,3 + 1,9 vet 79,3 + 1,6 79,6 + 2,4 79,9 + 2,2 rc 38,9 + 3,2 37,5 + 4,6 36,5 + 3,6 ok 90,8 + 0,8 90,9 + 0,6 90,9 + 0,4 org.stof 82,7 + 1,1 82,8 + 0,8 82,6 + 0,8 Er was een tendens tot een iets lagere eiwitverteerbaarheid van voer VEK 130. Het verschil met de andere voeders was niet wezenlijk. Deze waarneming is overigens wel in overeenstemming met de veronderstelling dat bij 130 C Maillard-producten kunnen ontstaan. In tabel 4 zijn de resultaten van het in vitro verteringsonderzoek vermeld. Tabel 4 De in vitro verteerbaarheid van de organische stof en van het eiwit van de varkensvoeders, vastgesteld door het IVVO vc/os* vc/re* VM 81,6 79,7 VK 84,6 80,4 VEM 120 84,1 80,4 VEK 120 84,7 80,8 VEK 130 85,0 81,1 * De verteerbaarheid van de organische stof en het eiwit is de geschatte in vivo verteerbaarheid die uit de gemeten in vitro verteerbaarheid is berekend. De formules hiervoor zijn afgeleid uit de gemeten in vitro verteerbaarheid van een aantal mengvoeders met bekende in vivo verteerbaarheid, die tegelijk met de te onderzoeken monsters werden onderzocht. Behalve tussen het varkensmeel en de gepelleteerde en/of geëxpandeerde voeders waren er geen verschillen in in vitro verteerbaarheid tussen de voeders. Anders dan in onze verteringsproef met varkens werd door het IVVO geen lagere eiwitverteerbaarheid gevonden voor het bij 130 C geëxpandeerde en vervolgens gepelleteerde voer (= VEK 130). Wij hebben hiervoor geen sluitende verklaring, maar het is denkbaar dat Maillard-producten in dit materiaal een hogere endogene eiwitproductie en daarmee een lagere in vivo eiwitverteerbaarheid veroorzaken, die bij de in-vitro methode vanzelfsprekend niet wordt gemeten. Voor de goede orde wijzen wij er nog op dat de in vitro cijfers niet rechtstreeks mogen worden vergeleken met onze in vivo cijfers, ondermeer niet omdat de standaardmonsters die bij de in vitro methode meeliepen, afkomstig waren van verteringsproeven met oudere varkens. In sacco afbreekbaarheid van de rundveevoeders In tabel 5 zijn de resultaten van het in sacco onderzoek vermeld. De uitwasbaarheid van het eiwit en zetmeel is in duplo bepaald, en beide uitkomsten zijn vermeld. Voor het vaststellen van de uitwasbaarheid wordt een hoeveelheid van het te onderzoeken voer in een nylon zakje gebracht, dat daarna aan een standaard wasprocedure wordt onderworpen. Er wordt gemeten welk deel van het eiwit en het zetmeel na de wasprocedure uit de zakjes is verdwenen. Naarmate de uitwasbaarheid groter is, zal er direct na opname van het voer meer eiwit (of zetmeel) in de pens oplossen en dit eiwit en zetmeel is bijna altijd ook snel fermenteerbaar (zeer onbestendig eiwit en snel afbreekbaar zetmeel). Daarnaast werd van de voeders de afbreekbaarheid van eiwit en zetmeel na 12 uur incuberen in de pens van de koe vastgesteld. Deze waarnemingen werden steeds in duplo bij 2 koeien uitgevoerd. Tabel 5 Uitwasbaarheid en 12-uurs afbreekbaarheid van ruw eiwit en zetmeel (%) uitwasbaarheid 12-uurs afbreekbaarheid re zetmeel re zetmeel RM 50,8-49,8 27,2-24,6 68,8 + 1,7 80,4 + 6,1 RK 57,0-56,8 39,8-40,0 70,2 + 2,0 79,3 + 2,3 REM120 1) (40,3) - 50,6 (16,5) - 30,6 76,0 + 4,9 82,6 + 4,4 REK120 60,4-59,2 47,0-43,9 77,4 + 3,5 82,8 + 3,6 meel 50,4 28,2 72,4 81,5 korrels 58,4* 42,7* 73,8ns 81,1ns niet geëxpand. 52,6 32,9 69,5 79,8 geëxpandeerd 55,2ns 38,0ns 76,7* 82,7ns 1) De lage uitwasbaarheidscijfers bij een van de twee monsters geëxpandeerd meel lijken uitbijters te zijn; deze zijn bij de verdere berekeningen niet meegenomen. Omdat rundveevoeders altijd worden geperst, hebben wij nooit eerder het effect van persen op de uitwasbaarheid van eiwit en zetmeel bekeken. Het persen leidt tot een hogere uitwasbaarheid van eiwit en zetmeel (gemiddelde van wel en niet geëxpandeerde producten). Na 12 uur incuberen in de pens is het verschil niet meer aanwezig.
Het expanderen als zodanig heeft weinig effect op de eiwituitwasbaarheid, maar het geeft zowel bij meel als bij de gepelleteerde voeders een toename van uitwasbaarheid van het zetmeel. Ook de 12-uurs afbreekbaarheid van het eiwit en het zetmeel neemt zowel bij het meel als bij de pellets toe als gevolg van het expanderen. Het effect bij het eiwit was wezenlijk. Gezien deze resultaten kan men zich afvragen welk effect dubbel persen op deze parameters heeft. Chemische eiwitkwaliteit De uitkomsten van het aminozuuronderzoek zijn vermeld in tabel 6. De gehaltes aan methionine, cystine, tryptofaan en proline zijn niet bepaald. Uit de tabel blijkt dat in VEK130 niet alleen minder eiwit werd gevonden maar ook minder aminozuren in het ruw eiwit, met uitzondering van glutaminezuur. Voor sommige aminozuren is er in voer VEK 120 al een tendens tot afname te zien. De hoeveelheid lysine en de hoeveelheid beschikbaar lysine liepen in gelijke mate terug bij het expanderen bij 130 C. Tabel 6 Aminozuursamenstelling van de voeders als zodanig (%) en op eiwitbasis (g/16gn) VK 1) VEK120 VEK130 % g/16gn % g/16gn % g/16gn afname 2) Isoleu 0,66 4,05 0,65 4,04 0,62 3,94 2,7 Leu 1,12 6,87 1,10 6,83 1,05 6,69 2,6 Lys 0,84 5,15 0,83 5,16 0,78 4,97 3,5 Phe 0,72 4,42 0,70 4,35 0,67 4,27 3,4 Tyr 0,48 2,94 0,48 2,98 0,45 2,87 2,4 Thr 0,61 3,74 0,59 3,66 0,57 3,63 2,9 Val 0,77 4,72 0,75 4,66 0,72 4,58 3,0 Arg 1,00 6,13 0,98 6,09 0,92 5,86 4,4 His 0,37 2,27 0,36 2,24 0,34 2,16 4,8 Ala 0,73 4,48 0,71 4,41 0,68 4,33 3,3 Asp 1,45 8,90 1,44 8,94 1,36 8,66 2,7 Glu 2,63 16,13 2,61 16,21 2,53 16,11 0,1 Gly 0,68 4,17 0,66 4,10 0,63 4,01 3,8 Ser 0,77 4,72 0,76 4,72 0,72 4,58 3,0 beschikb. lys. 0,80 4,91 0,79 4,91 0,74 4,71 4,1 beschikbaarheid van lys. (%) 95 96 95 1) De aminozuursamenstelling van het meel was gelijk aan die van de korrel. 2) Procentuele afname van het aminozuurgehalte in het ruw eiwit in VEK 130 t.o.v. VK. Lysine, histidine en arginine zijn de aminozuren die gevoelig zijn voor de Maillard-reactie met suikers omdat deze aminozuren, als ze in eiwit gebonden zijn, nog een vrije aminogroep hebben. De vorming van Maillard-producten kan zo ver gaan dat er uit deze producten na zure hydrolyse geen vrije aminozuren meer teruggewonnen kunnen worden. De genoemde drie aminozuren behoren met glycine tot de aminozuren die, als percentage van het ruw eiwit, het meest zijn afgenomen in VEK130. Het feit dat alle aminozuren zijn afgenomen, kan samenhangen met de daling van het ruw eiwitgehalte. Als door de ontmenging een bepaalde eiwitbron in geringere mate aanwezig was in VEK130, kan het aandeel werkelijk eiwit in het ruw eiwit ook zijn gedaald. Ook kan niet worden uitgesloten dat uit vrije aminozuren Maillard-producten zijn gevormd. De daling van de hoeveelheid beschikbaar lysine wijst ook op Maillard-reacties. Dat er geen afname in het suikergehalte werd gevonden ondanks mogelijke irreversibele reacties met aminozuren, kan liggen aan de betrekkelijk grote onnauwkeurigheid in die bepaling. Vitamine-onderzoek De resultaten van het vitamine-onderzoek zijn vermeld in tabel 7. Tabel 7 Het gehalte aan de vitamines A en E van de voeders vit. A (IE/kg) vit. E (mg/kg) bep. ber. bep. ber. VK 49.000 49.000 92 77 VEK130 48.000 49.000 102 77 RK 28.000 54.000 89 70 REK120 25.000 50.000 86 70 Allereerst valt op dat in de rundveevoeders slechts de helft van de toegevoegde hoeveelheid vitamine A werd teruggevonden, terwijl er voor de overige gehalten een goede overeenkomst was tussen de berekende en bepaalde gehaltes. Deze uitkomst kan niet worden verklaard; het overgrote deel van de vitamines A en E werd gezamenlijk via dezelfde premix aan het varkens- en rundveevoer toegevoegd. Bij heronderzoek van de rundveevoeders enkele weken later werd slechts 20.000 IE vit. A/kg gevonden; dit zou erop kunnen wijzen
dat het vitamine A in het rundveevoer erg instabiel is geworden. Gezien de analyseresultaten kan echter niet worden geconcludeerd dat de gehaltes aan vitamine A en/of E als gevolg van het expanderen zijn verminderd. Conclusies en samenvatting Een partij rundveevoer en een partij varkensvoer werden aan verschillende technologische behandelingen onderworpen. Deze behandelingen waren: enkel pelleteren, expanderen met de "Ringspalt-expander" bij 120 C (en voor het varkensvoer ook bij 130 C) en pelleteren van de geëxpandeerde voeders. In de behandelde voeders werden diverse metingen verricht. - Voor het varkensvoer kon geen effect van het expanderen bij 120 C (en daarna pelleteren) op de in vivo en de in vitro verteerbaarheid, de aminozuurgehaltes en het gehalte aan beschikbare lysine worden vastgesteld. Daarentegen werd voor het (gepelleteerde) voer dat bij 130 C was geëxpandeerd een iets lagere in vivo verteerbaarheid van het eiwit gevonden; dit werd echter niet bij het in vitro onderzoek bevestigd. Ook uit het aminozuuronderzoek werden aanwijzingen verkregen dat het eiwit als gevolg van het expanderen bij 130 C enigszins was beschadigd. Deze waarnemingen werden echter vertroebeld doordat in dit voer niet hetzelfde eiwitgehalte werd gevonden als in de andere voeders. - Voor het rundveevoer gaf expanderen bij 120 C zowel bij het meel als bij de pellets en voor zowel het eiwit als het zetmeel een hogere uitwasbaarheid en een hogere afbreekbaarheid na 12 uur incuberen; voor de 12-uurs afbreekbaarheid van het eiwit was het verschil wezenlijk. Gezien het streven naar rundveevoeders met een hoge eiwitbestendigheid en een hoog gehalte aan langzaam afbreekbaar zetmeel is dit effect van het expanderen ongunstig. - Er kon geen negatief effect van het expanderen bij 120 of 130 C op het vitaminegehalte van de voeders worden aangetoond.