Proefverslag 308 VERGELIJKING VAN EEN INERTE MET EEN NIET-INERTE NSP-BRON TEN AANZIEN VAN FYSISCH- CHEMISCHE KENMERKEN VAN VOEDERS EN DARMINHOUD, ILEALE EN FECALE VERTEERBAARHEID EN MICROBIËLE ACTIVITEIT IN DE DARM VAN JONGE VARKENS (proef VLA-30; PV-308; Y1991) auteurs: dr. W.A.G. Veen dr. A. Veldman drs. J. Veling ir. C.H.M. Smits september 1991 Inleiding Recent zijn op De Schothorst een aantal proeven uitgevoerd, waarbij de betekenis van niet-zetmeel koolhydraten in de voeding van biggen en varkens een onderwerp van studie was. Onder niet-zetmeel koolhydraten (in het Engels: non starch polysaccharides = NSP) worden polysacchariden en oligosacchariden verstaan, die door de verteringsenzymen van het dier niet kunnen worden afgebroken. Deze verbindingen kunnen in meer of mindere mate door bacteriën in het spijsverteringskanaal worden gefermenteerd. Belangrijke niet-zetmeel koolhydraten zijn n, ß-glucanen, pentosanen en cellulose. NSP-bronnen die voornamelijk bestaan uit cellulose en lignine, zoals stro en zonnebloemzaaddoppen, worden blijkens eerder onderzoek door bacteriën uit het darmkanaal van varkens nauwelijks afgebroken. We noemen dit inerte NSP-bronnen. Zowel deze inerte NSP-bronnen als die welke door bacteriën gedeeltelijk worden gefermenteerd, kunnen bepaalde fysischchemische effecten hebben op het voeder of op de spijsbrij, zoals het binden van water. Zo heeft de eigenschap dat het in waterig milieu een gel vormt. Door gelvorming in de spijsbrij zijn de nutriënten voor de enzymen moeilijker bereikbaar. Dit zou tot een lagere verteerbaarheid kunnen leiden. Uit recent gepubliceerd onderzoek blijkt echter dat in de dunne darm al gedeeltelijk kan worden afgebroken door bacteriën. Uit de verteringsproef VLF-28 (PV-272) bleek dat de schijnbare ileale eiwit-verteerbaarheid lager was op een rantsoen rijk aan pulpen dan op een rantsoen waarin een vergelijkbare hoeveelheid ruwe celstof afkomstig was uit stro en zonnebloemdoppen. Dit zou kunnen worden toegeschreven aan celwandgebonden ruw eiwit, maar ook aan gedeeltelijke fermentatie van -achtige verbindingen in de dunne darm of aan de gelerende eigenschappen van deze stoffen. Ook aan het onderscheid tussen de verteerbaarheid van nutriënten in de dunne darm en die in het gehele maagdarmkanaal wordt steeds meer aandacht besteed. Om de verteerbaarheid in de dunne darm te meten staan ons in principe twee technieken ter beschikking. De dunne darminhoud kan worden bemonsterd via een fistel die aan het einde van de dunne darm, vlak voor de blinde darm, is aangebracht. Het is ook mogelijk om het einde van de dunne darm operatief aan te sluiten op het rectum, waardoor de dikke darm bij de passage van de spijsbrij wordt overgeslagen (ileorectostomie). In het hier beschreven experiment is gebruik gemaakt van de laatstgenoemde techniek. Als de dikke darm uitgeschakeld is, betekent dat nog niet dat er geen bacteriële fermentatieprocessen meer optreden. Ook in de dunne darm komen bacteriën voor. Daarom kunnen er ook in de dunne darm fermentatieproducten ontstaan, zoals vluchtige vetzuren, ammoniak en biogene aminen. De laatste ontstaan door decarboxylering van aminozuren. Deze biogene aminen kunnen diverse effecten hebben. De belangrijkste zijn: beschadiging van de darmwand, ontregeling van de bloeddoorstroming van weefsels, en effecten op de bloeddruk en op het centrale zenuwstelsel. De vorming van deze biogene aminen was in deze proef ook een belangrijk punt van onderzoek.
Proefopzet Proefdoel Nagaan wat het effect is van een toevoeging van of stro aan een basisvoer op het waterbindend en zwellend vermogen van dat voer, op het waterbindend vermogen en de viscositeit van de chymus en op de ileale en fecale verteerbaarheid van nutriënten bij jonge varkens. Proefbehandelingen Drie intacte en twee IR-biggen (één IR-big viel vóór het begin van de proef uit) werden gedurende vier achtereenvolgende weken op verteringskooien gehouden. In die tijd doorliepen zij in verschillende volgorde drie proefbehandelingen. De beide IR-biggen startten op proefbehandeling A en doorliepen in de tweede en derde periode resp. behandeling B en C en behandeling C en B. Daarna volgden voor deze biggen na een kort verblijf in de stal nog een extra ronde op de controlebehandeling A. De intacte biggen doorliepen een Latijns vierkant (3 dieren, 3 periodes, 3 behandelingen). De aanloopperiode op de balanskooien bedroeg voor alle biggen vijf dagen. De tussenperiodes waren drie dagen en de periodes van mestverzameling waren zes dagen lang. De samenstelling van het basisvoer A is vermeld in tabel 1. Het voer van behandeling B bestond uit 97% basisvoer + 3% citrus en dat van behandeling C uit 95% basisvoer + 5% tarwestro. Omdat de absorptie van mineralen voor een groot gedeelte in de dikke darm plaatsvindt, kregen de IR-biggen extra mineralen opgelost in water toegediend. De samenstelling van dit mineralenmengsel is eveneens in tabel 1 vermeld. Tabel 1 Samenstelling van basisvoer en mineralenmengsel basisvoer A mineralen * % (g/l) aardappeleiwit 3,50 KCl 0,372 msa-weipoeder 6,00 CaCl2.6H2O 0,548 destructievet 0,60 MgCl2.6H2O 0,304 gerst 32,70 NaCl 5,38 maïs, ontsloten 20,00 Na-acetaat.3H2O 6,80 sojaschroot (48% re) 13,40 tapioca (66%) 20,00 krijt 0,70 lys.+meth.-premix (394) 0,20 mono-ca-fosfaat 0,70 min./vit.-premix (232) 0,50 zout 0,20 diamol 1,50 * Wünsche e.a., Arch.Tierernährung, 37, 745 (1987) Ter compensatie van verlies aan de energie, die normaal via de vorming van vluchtige vetzuren in de dikke darm nog beschikbaar komt, kregen de IR-biggen ook een glucose-oplossing toegediend. Voer- en waterverstrekking De biggen kregen het voer in twee gelijke porties, 's morgens om 8.30 uur en 's middags om 15.00 uur. De IR-biggen kregen de porties voer vermengd met 75 ml van een mineralenoplossing. Na elke voerbeurt kregen zij bovendien 500 ml van een glucoseoplossing (100 g/l) en als dat op was 2 l water. Deze laatste hoeveelheid werd geleidelijk verhoogd, zodat deze biggen steeds 1 l water meer kregen dan de intacte biggen. De intacte biggen kregen in het begin per dag 2 x 1,5 l water via de voerbak, vanaf de 12de dag 2 x 2 l en vanaf de 21ste dag 2 x 2,5 l. De drinknippels waren afgesloten. De dieren namen dus alleen overdag water op. De verstrekte hoeveelheid voer bedroeg 4 % van het geschatte lichaamsgewicht halverwege een proefperiode. De intacte biggen wogen aan het begin van de proef 28,2-28,7 kg en aan het einde 49,1-54,8 kg. De IR-biggen wogen aan het begin respectievelijk 34,8 en 38,1 kg en aan het einde 39,3 en 42,3 kg. Chymus- en mestverzameling en chemische analyse Van de intacte biggen werd de mest van dag en nacht verzameld. Van de IR-biggen werd alleen de 's nachts geproduceerde chymus
verzameld. Op één dag in de verzamelperiode werd overdag 500-1000 ml chymus apart verzameld en vermengd met 10% formalineoplossing. De helft van deze hoeveelheid werd direct ingevroren en de andere helft werd gevriesdroogd. In dit gevriesdroogde materiaal werd later het gehalte aan HCl-as en de biogene aminen bepaald. In het ingevroren materiaal werd na ontdooien het gehalte aan vluchtige vetzuren en droge stof bepaald. In de verse mest en verse chymus werden ds, re, rv, rc, ras, NSP, en HCl-as bepaald. In de chymus werden bovendien de ph, de viscositeit (na centrifugering) en het waterbindend vermogen bepaald. Het voer werd geanalyseerd op de gehaltes ds, re, rv, rc, ras, HCl-as, en NSP en op het zwelvermogen en het waterbindend vermogen voor en na enzymatische vertering met pepsine-hcl en pancreatine. Resultaten De resultaten van de analyse van de voeders zijn weergegeven in tabel 2. Tabel 2 Chemische samenstelling en fysische kenmerken van de voeders A B C basisvoer basisvoer basisvoer + 3% citrus- + 5% tarwestro vocht g/kg 118 118 106 ruw eiwit g/kg 166 163 162 ruw vet (B) g/kg 32 32 32 ruwe celstof g/kg 34 32 55 ruw as g/kg 70 69 71 NSP* g/kg 124 136 146 ** g/kg 10 24 13 HCl-as g/kg 20,6 20,1 20,8 litergewicht g 667 703 698 zwellend vermogen *** 1,5 2,4 1,8 waterbindend vermogen**** g/kg 148 173 172 idem na enzymatische afbraak g/kg 192 196 207 viscositeit in mpa/s 1,50 23,63 2,21 * NSP = niet-zetmeel polysacchariden ** Bepaald als galacturonzuur. *** Factoriële volumetoename na bevochtiging (gem. van 2, 4 en 6 uur op water staan). **** Toename van het vochtgehalte nadat de droge stof 24 uur bij 37 C met water was geïncubeerd. De gehaltes van het basisvoer kwamen zeer goed overeen met de verwachte waarden. Uit het gehalte in de voeders A en B kan worden berekend dat het preparaat ca. 477 g zuivere /kg, bepaald als galacturonzuur, bevatte. Na analyse van het preparaat zelf werd 420 g galacturonzuur/kg gevonden. Ook tarwestro bevat of althans de bouwsteen van, galacturonzuren. Uit de gehaltes in voer A en C werd voor stro een gehalte berekend van 70 g/kg. Door de toevoeging van stro steeg het gehalte NSP in het rantsoen. Volgens berekening bevatte het stro 564 g/kg. Verhoging van het gehalte van het voer leidde tot een verhoging van het litergewicht, het waterbindend vermogen, het zwellend vermogen en de viscositeit. Toevoeging van stro leidde alleen tot een verhoging van het waterbindend vermogen. Na een in vitro enzymatische vertering van het voer met behulp van pepsine en pancreatine, nam het waterbindend vermogen per kg droge stof toe. De verschillen tussen voer A enerzijds en B en C anderzijds werden dan kleiner. In tabel 3 zijn de verteringscoëfficiënten van de nutriënten voor de intacte dieren weergegeven (mestverteerbaarheid). Tabel 3 Verteringscoëfficiënten (fecaal) van de nutriënten A B C ksv
basisvoer basisvoer basisvoer +3% citrus- +5% tarwestro DS 85,54 86,04 80,75 2,97 RE 85,49 85,23 81,09 5,00 RV 77,66 77,43 75,02 5,18 RC 42,06 41,86 31,62 13,65 OK 93,27 93,67 90,42 1,60 NSP 60,05 64,91 47,71 5,07 OS 88,92 89,30 84,05 2,70 Toevoeging van citrus aan het basisvoer leidde niet tot een lagere verteerbaarheid van de nutriënten. De wezenlijk lagere verteerbaarheid van droge stof, organische stof, overige koolhydraten en NSP van voer C kan worden verklaard uit de onverteerbaarheid van stro zelf. In tabel 4 zijn de verteringscoëfficiënten op ileaal niveau weergegeven. Tabel 4 Verteringscoëfficiënten (ileaal) van de nutriënten A B C ksv basisvoer basisvoer basisvoer +3% citrus- +5% tarwestro DS 62,33 69,63 58,80 9,34 RE 62,59 69,61 63,93 14,67 RV 68,18 75,30 67,75 9,34 OK 73,18 78,62 71,02 6,30 - * - * 11,05** n.b. OS 66,84 73,66 63,48 8,04 * één of twee negatieve waarden ** gemiddelde van 2 waarnemingen De verteringscoëfficiënten van rc en NSP waren negatief. De verteringscoëfficiënt van werd 4x bepaald op behandeling A en 2x op B, resp. C. Alleen op behandeling C werden twee positieve verteringscoëfficiënten gevonden. Er waren significante verschillen tussen de verteerbaarheid van voer A, respectievelijk B en C. De fysische kenmerken van de chymus van de IR-biggen zijn weergegeven in tabel 5 en de parameters voor microbiële activiteit in tabel 6. De hoeveelheden vluchtige vetzuren en biogene aminen zijn weergegeven in relatie tot de opgenomen droge stof. Deze waarden worden beschouwd als een maatstaf voor de fermentatie van de spijsbrij. In verband met de negatieve werking die er van biogene aminen op de darmwand kan uitgaan, is ook de concentratie van deze stoffen in de chymus en in de droge stof van de chymus relevant. Deze concentraties zijn vermeld in tabel 7. Tabel 5 Fysische kenmerken van de chymus A B C IR-big basisvoer basisvoer basisvoer nr. +3% citrus- +5% tarwestro waterbindend 8 761 822 775 vermogen, g/kg 9 723 792 776 8 805 - - 9 811 - - viscositeit, 8 1,94 1,57 1,83 mpa/s 9 2,21 1,78 1,79 8 1,78 - - 9 1,68 - -
Tabel 6 Fermentatieparameters in chymus (per kg opgenomen droge stof) A B C basisvoer basisvoer basisvoer +3% citrus +5% tarwestro Ph 6,17 6,15 * 6,42 azijnzuur, g 2,52 4,98 2,40 propionzuur, g 0,79 1,98 0,07 boterzuur, g 0,16 0,21 0,19 totaal vluchtige vetzuren 3,47 7,17 2,66 tyramine, mg 4,26 1,52 1,10 putrescine, mg 2,48 2,78 1,76 cadaverine, mg 3,62 2,70 3,08 histamine, mg 22,15 17,64 20,68 agmatine, mg 0,58 1,01 0,66 totaal biogene aminen 33,09 25,65 27,28 De meeste waarden zijn het gemiddelde van twee waarnemingen. * groot verschil in duplo: 6,72-5,58 Tabel 7 Concentratie van biogene aminen in de chymus A B C basisvoer in chymus basisvoer +3% citrus in chymus basisvoer +5% tarwestro in chymus os ds os ds os ds tyramine, mg/kg 1,4 12,0 0,5 4,5 0,3 2,6 putrescine, mg/kg 0,8 7,1 1,0 8,4 0,5 4,2 cadaverine, mg/kg 1,2 10,4 1,0 8,4 0,8 7,5 histamine, mg/kg 7,4 61,0 7,0 57,6 5,8 50,2 agmatine, mg/kg 0,2 1,6 0,4 3,2 0,2 1,6 totaal mg/kg 11,0 92,1 9,9 82,1 7,6 66,1 De chymus op behandeling B (voer met het meeste ) had een hoger waterbindend vermogen, maar geen hogere viscositeit. Bij alle behandelingen was er een sterk negatieve correlatie tussen WBV en viscositeit van de chymus (r=-0,96). Uit tabel 6 blijkt verder dat het voer met citrus tot meer fermentatieproducten in de dunne darm in de vorm van vluchtige vetzuren leidde dan het basisvoer of het voer met stro. Er was echter geen verschil in de productie van biogene aminen. Discussie In proef VLF-28 (PV-272) was de ileale eiwitverteerbaarheid van een voer met citrus- en bietenpulp 15-20 punten lager en de fecale eiwitverteerbaarheid 8-10 punten lager vergeleken met een zetmeelrijk controlevoer. De lagere verteerbaarheid zou kunnen worden toegeschreven aan het hogere ruwe celstofgehalte van het voer, maar extra ruwe celstof uit stro en zonnebloemdoppen had een veel minder negatief effect. Daarom werd verondersteld dat de lagere verteerbaarheid vooral moest worden toegeschreven aan het feit dat een deel van het ruw eiwit was vervangen door slecht verteerbaar celwandgebonden eiwit. Een andere verklaring zou kunnen zijn dat de uit citruspulp en bietenpulp negatief had gewerkt door gelvorming in de dunne darm. De onderhavige proef geeft daarvoor echter geen aanwijzingen, want de viscositeit van de vloeistoffase in de dunne darm was bij de behandeling met citrus niet hoger dan op de controlebehandeling (tabel 5). Ook is het mogelijk dat -achtige verbindingen in de dunne darm al in belangrijke mate door bacteriën worden benut, waarbij bacterieel eiwit ontstaat. Dit leidt dan tot een daling van de schijnbare ileale eiwitverteerbaarheid. In deze proef kon echter geen afname van enige betekenis van de hoeveelheid opgenomen in de dunne darm worden waargenomen. Het feit dat enkele malen meer in de dunne darm werd gevonden dan van het voer afkomstig kon zijn, is mogelijk het gevolg van extra mucineproductie door de darmwand. Ook in mucine komen galacturonzuren voor. Dit heeft een negatieve invloed op de schijnbare verteerbaarheid. Het is dus mogelijk dat ook op behandeling B enige werkelijke vertering van door micro-organismen
heeft plaatsgehad. In het algemeen moet worden opgemerkt dat waarnemingen aan slechts twee proefdieren te beperkt is om tot duidelijke conclusies te kunnen komen. Er was ook geen negatief effect op de schijnbare ileale eiwitverteerbaarheid (tabel 4). Dat er toch wel enige bacteriële fermentatie op rantsoen B heeft plaatsgevonden, kan worden geconcludeerd uit de iets verhoogde productie van vluchtige vetzuren (tabel 6). Het relatieve aandeel van azijnzuur in de vluchtige vetzuren steeg. Dit is in overeenstemming met literatuurgegevens. In de mest werd geen bepaald, maar wel niet-zetmeel koolhydraten (NSP). Aangezien mag worden aangenomen dat de NSPfractie in ruwe voor 100% uit (= galacturonzuur) bestaat, kon de fecale verteerbaarheid van citrus in voer B worden geschat. Deze kwam uit op ongeveer 100%. Albers (1975) en Den Hartog et al. (1988) vonden verteringscoëfficiënten van respectievelijk 96,5 en 92%. Wittenburg et al. (1990) vonden voor appel en voor suikerbieten resp. een verteringscoëfficiënt van 78 en van 93. Zij vonden in een experiment met IR-biggen echter ook een vrij hoge ileale verteerbaarheid, namelijk respectievelijk 42 en 53%. In geen van de geraadpleegde literatuurbronnen is sprake van citrus zoals die door ons werd gebruikt. Uit de genoemde en andere literatuurbronnen blijkt dat s van verschillende herkomst in uiteenlopende mate kunnen worden gefermenteerd. Dat wij geen verlaagde schijnbare fecale eiwitverteerbaarheid vonden, ondanks het feit dat de citrus kennelijk volledig in de einddarm werd gefermenteerd, is enigszins onverwacht. Albers (1975) vond onder invloed van wel een verhoogde fecale uitscheiding van eiwit en ook van vet en ruwe celstof. Pectinetoevoeging had geen verhoging van de viscositeit van de darmchymus tot gevolg. Dit had wel verwacht mogen worden, omdat kennelijk nauwelijks werd gefermenteerd. Wel werd een iets hoger waterbindend vermogen gevonden, wat de passagesnelheid van de chymus kan verhogen. Toevoeging van tarwestro leidde niet tot een wezenlijke daling van de vertering van nutriënten op ileaal niveau. Wel was er een wezenlijk lagere fecale verteerbaarheid van droge stof, organische stof en overige koolhydraten. Ook deze resultaten zijn niet in overeenstemming met die van Den Hartog et al. (1988), die met 5% tarwestro wel een lagere ileale eiwitverteerbaarheid vonden. Zoiopoulos e.a. (1978) vonden dat gerstestro in varkensvoer de ileale en fecale organische stofvertering evenals de ileale N-vertering deed afnemen, maar niet de fecale N-vertering. Berekening leert dat de extra hoeveelheid ruwe celstof en NSP in de dikke darm niet werd gefermenteerd. Dit komt overeen met gegevens uit proef VLF-28. Het waterbindend vermogen en de viscositeit van de chymus was gemiddeld niet verschillend tussen een rantsoen met stro en de controlebehandeling. In de chymus konden diverse biogene aminen worden aangetoond. Behalve die in de tabel zijn vermeld, toonde het CIVO in de twee geanalyseerde monsters ook spermine, spermidine en phenylethylamine aan. Uit de data komt de tendens naar voren dat er minder biogene aminen worden gevormd bij stro (82 % t.o.v. controle) of (77 % t.o.v. controle) in het voer. Schneider e.a. (1989) vonden bij een voer met 7,5 ruwe celstof in vergelijking met 2,5 % ruwe celstof in de dunne darm een afname van de biogene aminevorming met 40 %. Zij schreven dit toe aan een gewijzigde fermentatie, in die zin dat meer fermenteerbare vezelresten als energiedrager beschikbaar zijn en aldus meer aminozuren in microbieel eiwit worden ingebouwd i.p.v. gedecarboxyleerd. In onze proef bevatte alleen het voer met tarwestro meer ruwe celstof dan het controlevoer. Er wordt wel verondersteld dat de vorming van aminen, die een basisch karakter hebben, toeneemt bij toenemende productie van vluchtige vetzuren. Hierdoor zou een phdaling, die ongunstig is voor een aantal bacteriesoorten, gedeeltelijk kunnen worden gecompenseerd. Dit werd niet bevestigd door de resultaten van behandeling B, waar een hogere vluchtige vetzurenproductie gepaard ging met een lagere productie van biogene aminen in vergelijking met behandeling A (tabel 6). Van de bepaalde aminen vertoonde histamine veruit de hoogste concentratie in de chymus (tabel 7). Alhoewel over de fysiologische effecten van biogene aminen al veel bekend is, kan op dit moment nog niets worden gezegd over de gezondheidsrisico's voor de big in relatie tot een gegeven concentratie in de chymus. Dit te meer omdat de aminen ook door de darm kunnen worden geabsorbeerd en daarna pas een negatief effect kunnen hebben. Wel is het aannemelijk dat op de behandeling met de hoogste concentratie aminen in de chymus ook de meeste aminen zijn geabsorbeerd. Op de behandeling met stro was de concentratie van de biogene aminen in de chymus lager dan op de beide andere behandelingen. Samenvatting en conclusies Er werd gedurende vier weken een verteringsproef uitgevoerd met drie intacte en twee ileorectostomie biggen, die achtereenvolgens in verschillende volgorde drie proefvoeders kregen. De intacte biggen wogen aan het begin van de proef gemiddeld 28,5 kg en aan het einde 52 kg. De IR-biggen wogen gemiddeld 36, respectievelijk 41 kg. De proefvoeders bestonden uit een basisvoer van granen, tapioca, sojaschroot, aardappeleiwit en msa-weipoeder en mengsels van respectievelijk 97% basisvoer + 3% citrus en 95% basisvoer + 5% tarwestro. Bij beide soorten biggen werd de verteerbaarheid van de nutriënten bepaald en bij de IR-biggen ook de productie van vluchtige vetzuren en biogene aminen in de dunne darm. - Citrus gedroeg zich in deze proef volledig indifferent. Er was geen nadelig effect op de vertering van de nutriënten op ileaal noch op fecaal niveau. Pectine werd, in tegenstelling met literatuurgegevens over appel, op ileaal niveau nauwelijks gefermenteerd. In de dikke darm werd het volledig gefermenteerd. - Tarwestro had geen negatief effect op de vertering van nutriënten in de dunne darm. De fracties NSP en RC werden ook in de dikke darm niet gefermenteerd.
- Het waterbindend vermogen van de chymus op de behandeling met nam toe, maar de viscositeit niet. Op de behandeling met stro nam het waterbindend vermogen iets minder toe. - De productie van vluchtige vetzuren in de dunne darm bij de IR-biggen was op de behandeling met hoger dan op de controlebehandeling of de behandeling met stro. Dit wijst er op dat er enige fermentatie van citrus in de dunne darm plaatsvond. - Er waren geen verschillen van betekenis in de productie van biogene aminen per kg opgenomen droge stof.