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in der Tierernährung Arbeitsgemeinschaft für Wirkstoffe in der Tierernährung e.V. (Hrsg.) Probiotika

Arbeitsgemeinschaft für Wirkstoffe in der Tierernährung e ... · Arbeitsgemeinschaft für Wirkstoffe in der Tierernährung e.V. (Hrsg.) Probiotika in der Tierernährung Dr. Angela

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in der Tierernährung

Arbeitsgemeinschaftfür Wirkstoffe in derTierernährung e.V.(Hrsg.)

Probiotika

Herausgeber

Arbeitsgemeinschaft für Wirkstoffe Die AWT als deutscher Wirtschaftsverband mit

in der Tierernährung e.V. (AWT) internationaler Tätigkeit vertritt die fachlichen,

wissenschaftlich-technischen und wirtschaftlichen Ansprechpartnerin: Dr. E. Süphke

Interessen der führenden Hersteller und Verarbeiter Roonstr. 5

von Zusatzstoffen für die Tierernährung.D-53175 Bonn

Tel. + 49 228/ 35 24 00

Fax + 49 228/ 36 13 97

Wahrnehmung der Mitgliederinteressen und

deren Vertretung gegenüber Behörden, Regie-

rungsstellen, gesetzgebenden Körperschaften,

Fachorganisationen und anderen Institutionen

auf nationaler Ebene

Vertretung der deutschen Interessen für

Zusatzstoffe auf internationaler Ebene

Mitarbeit bei der Harmonisierung der Zulas-

sungsbedingungen von Zusatzstoffen

Unterrichtung und Beratung der Mitglieder in

allen fachspezifischen Angelegenheiten und

insbesondere über aktuelle Gesetzgebungs-

verfahren

Information der Öffentlichkeit über Nutzen,

Sicherheit und Qualität von Zusatzstoffen in

der Tierernährung

Wirtschaftsverband AWT

Aufgaben und Ziele

!

!

!

!

!

Arbeitsgemeinschaftfür Wirkstoffe in derTierernährung e.V.(Hrsg.)

Probiotika in der

Tierernährung

Dr. Angela Busch, Hoffmann-La Roche

Dr. Hans-Heinrich Herrmann, Pioneer Hi-Bred Northern Europe

Dr. Imke Kühn, Lohmann Animal Health

Prof. Dr. Ortwin Simon, Freie Universität Berlin

Dr. Jürgen Struck, Hoechst Roussel Vet

Dr. Elvira Süphke, AWT

Verantwortlich für den Inhalt

ISBN 3-86037-107-X

© 1999 by Buchedition Agrimedia GmbH in Bergen

in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Fachverlag in Frankfurt am Main.

Telefon (0 58 45) 98 81 - 0 · Telefax (0 58 45) 988 111

E-Mail: [email protected] · Internet: www.agrimedia.com

Alle Rechte vorbehalten.

1. Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2. Ziel des Probiotikaeinsatzes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.1 Der Magen-Darmtrakt und seine Mikroflora . . . . . . . . . . . . . . 11

2.2 Wirkungsweise der Probiotika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.1 Milchsäurebakterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.2 Bacillussporen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.3 Hefen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.1 Futtermittelrechtliche Regelungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

4.2 Einsatzempfehlungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

4.3 Kompatibilität mit anderen Wirkstoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

4.4 Ökonomischer und ökologischer Nutzen . . . . . . . . . . . . . . . . 28

5.1 Herstellung und Qualitätssicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

5.2 Anwendungssicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

5.3 Stabilität und Nachweisbarkeit in Futtermitteln . . . . . . . . . . . . . 35

5.4 Aktivität im Verdauungstrakt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3. Die verschiedenen Probiotika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

4. Probiotika als Futterzusatzstoffe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

5. Produktqualität und Umwelt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Inhalt

Inhalt

6. Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

7. Erläuterung verwendeter Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

8. Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

1. Einführung

9

Probiotika sind lebende, mikrobielle Historisch betrachtet leisten Mikroorga-

Zusatzstoffe, die die Darmflora in einem nismen schon seit Jahrtausenden dem

für das Wirtstier positiven Sinne beein- Menschen in der Landwirtschaft und

flussen. Dies wird auch als Unterstüt- Ernährung gute Dienste. Die bekanntes-

zung des Gleichgewichts der Darmflora ten Beispiele dafür sind die Herstellung

bezeichnet (Fuller, 1992). Dementspre- von Silage, Sauerkraut und Sauermilch-

chend werden Probiotika futtermittel- produkten wie Joghurt, Quark und auch

rechtlich in der Gruppe der Mikroorga- Kefir. Die systematische Erforschung der

nismen als Futterzusatzstoffe zur Stabili- Probiotika beim Menschen begann

sierung der Darmflora geregelt. bereits Anfang dieses Jahrhunderts.

Gebräuchliche Synonyme sind die

Begriffe: Bioregulatoren, Darmflorastabi- Eli Metchnikoff, ein russischer Biologe,

lisatoren oder »direct fed microbials« der um 1900 am Institut Pasteur in Paris

(DFM, nordamerikanisches Schrifttum). arbeitete, studierte das Geheimnis der

Im engeren Sinne werden zu den Probio- hohen Lebenserwartung der Kosaken in

tika nur Produkte zur Stabilisierung der Bulgarien. Er führte das überdurch-

Darmflora gezählt, die aus einem oder schnittlich hohe Alter der Kosaken, 115

wenigen, genau definierten Mikroorga- Jahre und mehr, auf folgende Ursache

nismus-Stämmen bestehen (WHO, zurück: Allen gemein war ein hoher Kon-

1994). Mischkulturen zur Etablierung der sum von fermentierten Milchprodukten!

Darmflora werden normalerweise nicht Den für die Fermentation maßgeblichen

zu den Probiotika gezählt. Mikroorganismus nannte Metchnikoff

Bacillus bulgaricus, später Lactobacil-

Auch in der Humanernährung und Medi- lus bulgaricus. Bereits in den 20er Jah-

zin eingesetzte Mikroorganismen werden ren wurden diese Mikroorganismen beim

meist als Probiotika bezeichnet, wobei Menschen eingesetzt, um Durchfälle und

darunter jedoch nicht nur – wie in der andere Darmkrankheiten zu bekämpfen.

Tierernährung – lebende, sondern auch

abgetötete Mikroorganismen verstanden In den darauffolgenden Jahrzehnten

werden. wurde es relativ still um die Probiotika.

Erst in den 60er und 70er Jahren dieses

Jahrhunderts hat sich die Human- und

Einführung

10

Tierernährung wieder auf die Probiotika Heute stehen der Tierernährung eine

besonnen. Erste leistungsfähige Produk- Reihe definierter Stämme als Probiotika

te für die Tierernährung, die den spezifi- zur Verfügung, die zu den Gruppen der

schen Anforderungen für den Einsatz als Milchsäurebakterien, der Bacillussporen

Futterzusatzstoffe gerecht wurden, kamen oder der Hefen gehören.

in Europa jedoch erst Mitte der 80er

Jahre auf den Markt.

2. Ziel des Probiotikaeinsatzes

genommene Nahrung zu verdauen und

somit die darin enthaltenen Nährstoffe

dem Stoffwechsel bereitzustellen.

Mensch und Tier werden mit einem ste-

rilen Verdauungstrakt geboren. Aber Der Magen-Darmtrakt gliedert sich in

schon sehr rasch erfolgt die Besiedelung Magen, Dünndarm (Zwölffinger-, Leer-

von Magen und vor allem Darm mit und Hüftdarm) und Dickdarm (Blind-,

lebenden Keimen, der Mikroflora. Sie Grimm- und Mastdarm).

bildet dort ein offenes, komplexes Öko-

system, welches sehr wichtig für den Im Magen wird die aufgenommene Nah-

Organismus ist. Die Mikroflora ist einer- rung durch die von der Schleimhaut

seits an der Verdauung der Nährstoffe gebildete Säure stark angesäuert und die

beteiligt, andererseits wirkt sie lokal auf Eiweißverdauung vorwiegend durch die

das Immunsystem im Darm. Hierdurch Wirkung von Pepsin eingeleitet. Im Dünn-

ergeben sich ideale Möglichkeiten, auf darm wirken die unterschiedlichsten

natürlichem Wege Gesundheit, Wohlbe- Verdauungsenzyme ein und zerlegen die

finden und Leistung über die Mikroflora Nahrungspartikel in absorbierbare

positiv zu beeinflussen. Auf diesem Bestandteile. Um die Nährstoffabsorption

Gebiet gibt es seit langem Erfahrungen möglichst effizient zu gestalten, besitzt

und in jüngerer Zeit wird wieder verstärkt der Magen-Darmtrakt eine sehr große

wissenschaftlich darüber gearbeitet. Schleimhautoberfläche, die etwa das

100fache der Hautoberfläche beträgt.

Eine extrem große Absorptionsfläche

entsteht hauptsächlich durch die finger-

förmigen Ausstülpungen, die Zotten der

Um die Zusammenhänge zwischen Darm- Dünndarmwand (s. Abb.1). Hierdurch

flora und Verdauung aufzuzeigen, soll wird der Dünndarm zum Hauptort der

zunächst kurz auf den Aufbau und die Aufnahme von Nährstoffen, die über die

Aufgaben des Verdauungstraktes einge- Darmwand ins Blut übertreten. Nicht

gangen werden. Die Hauptaufgabe von absorbierte Nahrungsbestandteile wer-

Magen und Darm besteht darin, die auf- den insbesondere im Dickdarm,

2.1 Der Magen-Darmtrakt und seine Mikroflora

Aufgabe, Aufbau und Funktions-weise des Magen-Darmtraktes

11

Ziel des Probiotikaeinsatzes

z.T. durch die dort lebenden Mikroorga- Neben der Nährstoffabsorption hat der

nismen (Darmflora), abgebaut und ver- Darm eine bedeutende Rolle als größtes

daut, bis schließlich unfermentierte Immunorgan des Körpers. Damit ist er

Reste zusammen mit den Bakterien mit Bestandteil des körpereigenen Abwehr-

dem Kot ausgeschieden werden. systems und stellt eine wichtige Barriere

gegen eindringende Krankheitskeime dar.

Der Wiederkäuer verfügt im Gegensatz Neben allgemeinen Schutzmechanismen

zum Tier mit einhöhligem Magen (Mo- ist das Immunsystem mit seinen unspe-

nogaster) über ein mehrhöhliges Magen- zifischen und spezifischen Reaktionen an

system. Die Vormägen (Pansen-, Netz- der Keimabwehr beteiligt. Durch die

und Blättermagen) enthalten große Men- Magensäure und die Gallensalze sowie

gen lebender Mikroorganismen, die das durch spezifisch wirkende Antikörper

überwiegend aus pflanzlichen Kompo- werden krankmachende (pathogene),

nenten bestehende Futter vorverdauen. potentiell pathogene, aber auch apatho-

Der sich anschließende Labmagen ent- gene Keime gehemmt und ihr Eindringen

spricht in seiner Funktion dem einhöhli- in den Körper weitestgehend verhindert.

gen Magen der Monogaster. Dieser Vorgang wird durch die verdrän-

gend wirkende Darmflora sinnvoll

ergänzt.

Abbildung 1

Schematische Dar-

stellung der Vergrö-

ßerung der Darm-

oberfläche durch

Falten, Zotten und

Mikrozotten (aus:

Aspekte 8/97)

12

Falten(Plicae)

~ 1cm Höhe

Zotten(Villi)

~ 1mm Höhe

Mikrozotten(Mikrovilli)

~ 1µm Höhe

Krypte >

x 3 x 10 x 10

~ 0,3 m² ~ 1 m² ~ 10 m² ~ 100 m²

Ziel des Probiotikaeinsatzes

und unabdingbar für die Nährstoff-

versorgung des Wirtstieres. Die Vor-

Unter der Mikroflora des Magen- magenflora besteht aus ca. 10 Bakterien

Darmtraktes versteht man die Gesamtheit je ml, 10 - 10 Protozoen je ml und

aller Bakterien, Protozoen und Pilze. Sie einer kleineren Anzahl von Pilzen

umfaßt beim erwachsenen Menschen (Hefen). Mit Hilfe dieser Vormagenflora

insgesamt 10 Mikroorganismen, was ist es Wiederkäuern im Gegensatz zu

dem 22.000-fachen der derzeitigen Welt- Tieren mit einhöhligem Magen möglich,

bevölkerung entspricht. Damit hat der Nahrungsbestandteile, die mit den

Mensch im Verdauungstrakt ca. 10-mal eigenen Körperenzymen nicht abgebaut

mehr Zellen aus Mikroorganismen, als er werden können, zu nutzen. Außerdem

Körperzellen besitzt. Diese Mikroflora werden durch die Mikroorganismen im

wird aus ca. 400-500 verschiedenen Pansen die Futterproteine größtenteils

Arten zusammengesetzt. abgebaut und in mikrobielles Protein

umgewandelt. In vielen Fällen bedeutet

Bereits ab der Geburt und in den ersten dies eine Aufwertung des Proteins. Im

Lebensstunden wird der ursprünglich Dünndarm werden anschließend die

sterile Verdauungstrakt mit Keimen Bakterien verdaut und so die Protein-

besiedelt. Über seine gesamte Länge versorgung der Wiederkäuer verbessert.

weist er sehr unterschiedliche Keim- Außerdem sind die Mikroorganismen in

konzentrationen auf. der Lage, sehr rohfaserreiche Futtermittel

in energieliefernde kurzkettige Fettsäuren

So ist die Mikroflora im Inhalt des umzuwandeln.

einhöhligen Magens (z.B. bei Schwein

und Geflügel) zahlenmäßig klein (10 - Im Gegensatz zur Mikroflora in ein-

10 Bakterien / ml) und spielt dort nach höhligen bzw. mehrhöhligen Mägen

heutigem Kenntnisstand für die Funk- unterscheiden sich Monogaster und

tionen des Verdauungskanals nur eine Wiederkäuer in der Zusammensetzung

untergeordnete Rolle. und Funktion der Mikroflora ihres

Darmes kaum.

In den Wiederkäuervormägen hingegen Prinzipiell läßt sich feststellen, daß vom

ist die Mikroflora sehr zahlreich vertreten Dünndarm bis zum Blinddarm die

Ziel des ProbiotikaeinsatzesZiel des Probiotikaeinsatzes

Die Mikroflora

13

14

1

3

10

5 6

Ziel des Probiotikaeinsatzes

Gesamtzahl und die Artenvielfalt der Da bereits im mittleren Dünndarm nur

Bakterien deutlich zunimmt (Abb. 2). noch geringe Reste von Sauerstoff

Vom Zwölffingerdarm bis zum Mastdarm auftreten, nimmt der Anteil aerober

ändern sich die Lebensbedingungen für (unter Zufuhr von Sauerstoff wachs-

die Mikroorganismen stark (Sauerstoff- ender) Mikroorganismenarten vom

gehalt, pH-Wert, Nährstoff- und Zwölffingerdarm zum Mastdarm

Wassergehalt des Verdauungsbreies). drastisch ab, der Anteil anaerober

Dadurch ändern sich auch Zahl und Mikroorganismen (ohne Sauerstoff

Zusammensetzung der Darmmikroflora. wachsende) entsprechend zu.

14

Abbildung 2

Besiedelung ver-

schiedener Darm-

abschnitte mit

Mikroorganismen

(modifiziert nach

Gedek, 1991)

Speiseröhre

1 3Magen 10 - 10 / ml1 3Magen 10 - 10 / mlLactobazillen

Streptokokken

Enterobakterien

Bacteroides

Nahrungskeime

1 4Zwölffingerdarm 10 - 10 / ml1 4Zwölffingerdarm 10 - 10 / mlgleiche Keime wie im Magen

5 8Dünndarm 10 - 10 / g5 8Dünndarm 10 - 10 / gBacteroides

Streptokokken

Lactobakterien

Enterobakterien

9 12Dickdarm 10 - 10 / g

Bifidus

Bacteroides

Enterobakterien

Enterokokken

Lactobazillen

Clostridien

Fusobakterien

Veillornellen

Staphylokokken

Hefen

Proteus

Pseudomonas

1 310 - 10

20 - 10

3 610 - 10

9 1010 - 10

3 510 - 10

310

3> 10

4 710 - 10

5 710 - 102 510 - 10

Ziel des ProbiotikaeinsatzesZiel des Probiotikaeinsatzes

Neben solchen Bakterienarten, die den der Flora. Die typische Mikroflora

Verdauungstrakt dauerhaft besiedeln einzelner Darmabschnitte schwankt nur

(residente Flora), gibt es auch Arten, die innerhalb bestimmter Grenzen (vgl.

nur vorübergehend anzutreffen sind Tab. 1, S. 16) und bildet unter physio-

(transiente Flora). Viele Vertreter der logischen Bedingungen immer ein Fließ-

residenten Flora (z. B. milchsäure- gleichgewicht.

bildende Arten) können die Schleimhaut

und/oder die ihr aufgelagerte Schleim- Man unterscheidet zwischen der Haupt-,

schicht (Mukus) kolonisieren. Die Begleit- und Restflora. Dabei ist zu

transiente Flora siedelt sich im Darm berücksichtigen, daß nur die kultivier-

nicht an, sondern wird kontinuierlich mit baren Mikroorganismen in derartigen

dem Verdauungsbrei (Digesta) durch Untersuchungen erfaßt werden.

den Darm fortbewegt und schließlich mit Befindet sich die Mikroflora im Fließ-

dem Kot ausgeschieden. Protozoen und gleichgewicht, so beträgt der Anteil der

Pilze spielen im Darm eine unter- Hauptflora (dominante Flora) über 90 %

geordnete Rolle. der Gesamtflora. Sie setzt sich vor-

wiegend aus anaerob lebenden Arten

zusammen, die Milchsäure und andere

kurzkettige Fettsäuren bilden (Bifido-

bakterien, Lactobazillen, Bacteroides,

Das Zusammenleben der verschiedenen Eubakterien). Die Begleitflora hat einen

Bakterienarten im Magen-Darmtrakt im Anteil von ca. 1 % an der Gesamtflora

Sinne eines offenen Ökosystems, ist im und besteht u.a. aus Enterokokken und

Idealfall fein aufeinander abgestimmt. E. coli. Der Anteil der Restflora liegt

Abhängig von den jeweiligen unter 0,01 %. Sie wird zumeist von

Bedingungen im Verdauungstrakt stellt schädlichen Mikroorganismen wie

sich das Verhältnis der einzelnen Proteus, Staphylokokken und Pseudo-

Bakterienarten zueinander im Sinne monas gebildet.

eines dynamischen Gleichgewichts Ist die Haupt-, Begleit- und Restflora

(Fließgleichgewicht) ein. etwa im Verhältnis > 90 : 1 : 0,01

Mit den sich ändernden Bedingungen im zusammengesetzt, so wird dieser

Darm wechselt die Zusammensetzung Zustand als Eubiose bezeichnet.

Das Fließgleichgewicht der Mikroflora (Eubiose)

15

Ziel des Probiotikaeinsatzes

Aus dem Griechischen frei übersetzt von Stoffwechselprodukten. Im Gegen-

bedeutet Eubiose »gutes zug unterstützt die Darmflora im Zustand

Zusammenleben« der der Eubiose das Wirtstier durch wesent-

Mikroorganismenarten untereinander liche Aktivitäten wie:

und mit dem Wirtsorganismus. In

diesem Zustand leben Wirtstier und Schutz der Darmschleimhaut vor

Mikroflora symbiontisch (zum beider-Fremdkeimen

seitigen Nutzen) zusammen. Ist dieses

Antagonistische Wirkung gegen Verhältnis empfindlich gestört, spricht

Fremdkeimeman von Dysbiose (»schlechtes«

Zusammenleben).Beitrag zur Ausreifung und Stimu-

lierung des Immunsystems des Das Wirtstier bietet der Darmflora ideale

Wirtes, z. B. Immunglobulin ALebensbedingungen, wie konstante

Verdauung von NährstoffenTemperatur, pH-Wert-Regulation,

Nährstoffbereitstellung und Abtransport Vitamin-Synthese

!

!

!

!

!

Angaben der Keimzahlen als arithmetisches Mittel und Standardabweichung in Logharithmen / g Probe,6,3d.h. 6,3 entspricht 10 = 1 995 262 Keime/g)

1 2 3 Lactobazillen/ Bifidobakterien, Eubacterien, Bacteroidaceae, E. coli, Enterokokken, Anzahl der Untersuchungen

* modifiziert nach Gedek et al. (1992)

Tabelle 1

Zusammensetzung

der Darmflora beim

jungen Schwein

unter Berücksichti-

gung der Haupt-

und Begleitflora*

16

Darm- Lakto- Eubac- Bakteroi- E. coli Entero- Haupt- Begleit1 2abschnitt bacillen/ teria daceae kokken flora flora

3(n=9) Bifido-

bakterien

Zwölffinger-

Darm 6,3 ± 1,4 6,3 ± 1,3 4,1 ± 1,3 2,9 ± 0,7 2,3 ± 0,7 6,6 ± 1,3 3,0 ± 0,4

Leerdarm 7,7 ± 0,6 7,8 ± 0,6 5,4 ± 1,1 4,8 ± 1,5 3,9 ± 1,5 8,1 ± 0,6 4,9 ± 1,4

Hüftdarm 8,0 ± 1,1 8,3 ± 0,7 6,7 ± 0,8 6,6 ± 1,2 5,7 ± 0,7 8,6 ± 0,7 6,8 ± 1,0

Blinddarm 8,5 ± 0,2 8,9 ± 0,3 7,9 ± 0,6 7,0 ± 0,9 5,8 ± 0,2 9,2 ± 0,2 7,0 ± 0,9

Grimmdarm 8,7 ± 0,4 9,0 ± 0,5 7,9 ± 0,6 7,2 ± 1,0 5,8 ± 0,9 9,2 ± 0,4 7,3 ± 0,9

Ziel des ProbiotikaeinsatzesZiel des Probiotikaeinsatzes

Schon lange bevor es zu Durchfällen

kommt, können mikrobielle Ungleich-

gewichte (Dysbiosen) vorliegen und die

Nährstoffverwertung des Futters deutlich

verschlechtert sein.

Das Ökosystem Magen-Darmflora ist

einer Vielzahl äußerer Einflußfaktoren Solche Imbalancen der Darmflora sind

ausgesetzt. Dabei sind Einflüsse der charakterisiert durch eine Abnahme der

Fütterung von solchen zu unterscheiden, Keime der Hauptflora zu Gunsten der

die vom Wirtstier ausgehen. schädigenden Keime der Begleit- und

Restflora. In einer Dysbiose kann der

Das Futter stellt die Nahrungsgrundlage Anteil der Restflora in einzelnen Darm-

der Mikroorganismen dar. abschnitten durch Förderung der

Fütterungsfehler, drastische Futter- Wachstumsbedingungen von potentiell

wechsel, minderwertige Futterkompo- pathogenen Erregern, die sonst auf sehr

nenten und ungenügende Futterhygiene niedrigem Wachstumsniveau gehalten

wirken sich störend auf die Eubiose aus. werden, auf bis 40 % der Gesamtflora

Daneben wirken im Wirtstier gebildete ansteigen.

Verdauungssekrete (Gallensaft, Enzyme,

Puffer- und Schleimsubstanzen) sowie Die negativen Folgen einer Dysbiose

Immunsubstanzen im Magen-Darmtrakt können für das Wirtstier erheblich sein

direkt auf die Mikroorganismen ein. Die und äußern sich z. B. in einem

Freisetzung der Verdauungssekrete schlechten Allgemeinzustand und

sowie die Art und Häufigkeit der unzureichendem Wachstum bis hin zu

Darmbewegungen (Peristaltik) wird im Krankheitserscheinungen wie

hohen Maße durch Streß beeinflußt. Blähungen, Durchfall oder Verstopfung.

Wichtige Streßursachen sind in diesem Ursache hierfür sind vor allem bakterielle

Zusammenhang Trächtigkeit, Geburt, Toxine, die dem Wirtstier schaden durch:

Absetzen der Nachkommen von der - Beeinträchtigung des Darmepi-

Mutter, Neuordnung von Tiergruppen, thels sowie Verdickung der Darm-

Transport, hohe Besatzdichte, wand und damit Verschlechterung

fehlerhaftes Stallklima und Krankheiten. der Nährstoffabsorption

Störungen des Fließgleich-gewichtes der Mikroflora(Dysbiose)

17

Ziel des Probiotikaeinsatzes

- Schwächung des Immunsystems Erzeugung von Hemmstoffen wie des Wirtstieres

kurzkettige Fettsäuren (® pH-

Wert-Absenkung) sowie weiteren - Stoffwechselbelastung des Wirtes Substanzen, die gegen andere

durch die Entgiftung dieser Mikroorganismen einen bakteriellen Stoffe Selektionsvorteil bieten, ohne die

gewünschte Darmflora zu

unterdrücken

Verdrängung bzw. Verhinderung Den wesentlichen Teil der Darmflora der Anheftung potentiell stellen in der Eubiose die erwünschten pathogener Keime an der Mikroorganismen dar.DarmschleimhautBestimmte, dem Futter gezielt zugesetzte

Mikroorganismen (Probiotika) wirken Unterdrückung der Bildung Störungen des Fließgleichgewichts der mikrobieller ToxineDarmflora entgegen und führen zur

Stimulierung des lokalen Eubiose. Hierdurch kann der Besiedlung Immunsystems im Darmunerwünschter Keime im Darm

entgegengewirkt werden. Beeinflussung der physiko-

Nicht alle Wirkungen von Probiotika chemischen Verhältnisse im Darm,

konnten bis heute ausreichend z. B. pH-Wert und Redox-Potential,

wissenschaftlich begründet werden. Ihre wodurch die Wachstums-

positive Gesamtwirkung, die auf der bedingungen nicht erwünschter

Entfaltung der Stoffwechselaktivität Keime begrenzt werden

beruht, setzt sich aus direkten, aber vor Beeinflussung des Gallensäure-

allem aus einer Vielzahl von indirekten abbaus und damit Unterstützung

Wirkungen zusammen (vgl. Abb. 3).der Fettabsorption

Als Wirkungsmechanismen für

Probiotika allgemein werden Beeinflussung des Darmepithels

angenommen:Verbesserung der

Absorptionskapazität

!

!

!

!

!

!

!

!

2.2 Wirkungsweise der Probiotika

18

Ziel des Probiotikaeinsatzes

Abbildung 3

Mikrobiotische

Wechselwirkungen

im Darm

19

modifiziert nach Stewart et al., 1995

Die

wird stimuliert, die

Wirksamkeit von

Wirtsantikörpern

gesteigert.

Immunantwort

Durch

behindern Probiotika

die Anhaftung und Ver-

mehrung von Erregern.

Aggregation

Probiotika blockieren

Darmrezeptoren und

schließen so Erreger

aus: »competitive

exclusion«

Nährstoff-

konkurrenz

Probiotika und Erre-

ger konkurrieren um

wichtige Nährstoffe.

Maskierung

Wo Probiotika Darm-

rezeptoren besetzen,

können Enterotoxine

nicht binden.

Erkrankung

Erreger und deren

Toxine haften an

Schleim- und Zellre-

zeptoren des Darmes

und schädigen diesen.

Die in der Tierernährung eingesetzten

Probiotika lassen sich in drei

wesentliche Gruppen unterteilen: Milchsäurebakterien werden seit Jahr-

Milchsäurebakterien, Bacillussporen und tausenden zur Herstellung von fermen-

Hefen. Die als Probiotika verwendeten tierten Milchprodukten und Silagen

Stämme unterscheiden sich in genutzt. Einige Milchsäurebakterien

bestimmten Merkmalen von den in der bilden die Hauptflora des Darmes und

Natur vorkommenden Wildstämmen sind somit unabdingbarer Bestandteil

derselben Gattung. Dies betrifft der residenten Mikroflora bei Mensch

insbesondere ihre hohe Anwender- und Tier.

sicherheit und die Wirkung im Magen-

Darmtrakt. Milchsäurebakterien wandeln durch Ver-

gärung bestimmte Zuckerarten vornehm-

Es bestehen deutliche Unterschiede lich in Milchsäure um.

zwischen den Probiotikagruppen in

Bezug auf ihre Eigenschaften, ihre Aus einer breiten Palette bekannter Arten

Herkunft und ihre Wirkungsweise. wurden einige geeignete Stämme

ausgewählt und als probiotische Futter-

zusatzstoffe entwickelt. Wichtige

Milchsäurebakterien-Probiotika gehören

zu den Gattungen: Lactobazillen,

Bifidobakterien und Enterokokken. Die

bedeutendste Rolle in der Tierernährung

spielt dabei die Art Enterococcus

faecium (früher bezeichnet als

Streptococcus faecium).

Die Besonderheit der Milchsäure

produzierenden Probiotika beruht nach

derzeitigem Wissensstand hauptsächlich

auf der Entfaltung ihrer Stoffwechsel-

aktivität im Darm sowie der Freisetzung

antimikrobieller Substanzen und der

Ausbildung eines Biofilms zum Schutz

der Darmschleimhaut.

3.1 Milchsäurebakterien

3. Die verschiedenen Probiotika

Abbildung 4

Milchsäure-

bakterien unter dem

Elektronen-

mikroskop20

Die verschiedenen Probiotika

Milchsäure sowie von einzelnen

Stämmen gebildetes Wasserstoffperoxid

hemmen andere Bakterien. Darüber

hinaus senkt Milchsäure lokal den

pH-Wert im Darm, wodurch säurelabile

Keime reduziert werden. Laborbefunde

(in-vitro Tests) deuten darauf hin, daß

einige Milchsäurebakterien darüber

hinaus Stoffe freisetzen, die das Anheften

anderer Keimarten an das Darmepithel

stören. Welche Bedeutung diese Stoffe

für die tatsächlichen Verhältnisse im der Milchsäurebakterien auf das Wirtstier

Darm haben, ist noch ungeklärt. durch die Stärkung der unspezifischen

Außerdem beeinflussen Milchsäure- Abwehrkraft.

bakterien das Redoxpotential im Darm

und nehmen dadurch Einfluß auf die

Lebensbedingungen anderer Keime.

Die Gattung Bacillus umfaßt eine

Vielzahl stäbchenförmiger, grampositiver

Mikroorganismen, die natürlicherweise

Durch die rasche Vermehrung der im Boden vorkommen. Aus dieser

probiotischen Milchsäurebakterien im heterogenen Gruppe sind einige wenige

Darm wird eine Barriere gegen andere Stämme auf Grund ihrer guten

Bakterien aufgebaut. Teil dieses Wirksamkeit für den Einsatz in der

Schutzwalls sind die von einigen Tierernährung ausgewählt worden.

Milchsäurebakterien gebildeten

Mukopolysaccharide und andere Die natürliche Versporung der Bacillus-

Schleimsubstanzen. Probiotika bietet einen guten Schutz

In diese Schleimschicht sind vor allem gegenüber äußeren Einflüssen

die Bakterien der Hauptflora sowie (s. Kap. 5.3). Dadurch bleibt die für die

Immunglobuline eingebettet. Wirksamkeit essentielle Lebensfähigkeit

Daneben gibt es positive Auswirkungen dieser Mikroorganismen auch unter

Freisetzung antimikrobiellerSubstanzen

3.2 Bacillussporen

Aufbau einer bakteriellen Barriere

Abbildung 5

Bacillussporen und

vegetative Keime

unter dem Licht-

mikroskop

21

Spore

Vegetativer Keim

Die verschiedenen Probiotika

hohen Belastungen gewährleistet. Eine wechselaktivität drastisch an.

Optimierung dieser Versporung bei der Stoffwechselprodukte werden dabei in

Herstellung solcher Probiotika ist daher die Umgebung freigesetzt. Solche Stoffe

eine wichtige Voraussetzung für eine können eine der Ursachen für die

gute Produktqualität. selektive Verschlechterung der Entwick-

lungsmöglichkeiten krankmachender

Werden Bacillussporen über das Futter Keime sein. Auch die nachgewiesene

aufgenommen, so keimen sie im Ver- Stabilisierung der im Darm etablierten,

dauungstrakt aus und wachsen als erwünschten Hauptflora durch Bacillus-

vegetative Zellen heran, vermehren sich Probiotika, steht voraussichtlich hiermit

jedoch nur unwesentlich. im Zusammenhang.

Bezüglich der Besiedelung des Verdau-

ungstraktes von Tieren spielen Bacillus-

arten keine Rolle. Man zählt sie deshalb

definitionsgemäß zur transienten Flora.

Schon seit Jahrhunderten werden

Als exogene Keime besitzen Bacillus- ausgewählte Stämme der Hefe

Probiotika ein starkes Potential zur Saccharomyces cerevisiae vom

Stimulierung der lokalen Immunität im Menschen für die Herstellung von

Darm der Tiere. Lebensmitteln, z. B. als Backhefe oder

Der Auskeimungsprozeß, ein typisches zur Produktion alkoholischer Getränke,

Merkmal der Bacillusarten, erfolgt nur eingesetzt. Aus der Vielzahl der in der

unter Wasserzutritt und Wärme- Natur vorkommenden Stämme von

einwirkung. Inwieweit auch andere S. cerevisiae wurden verschiedene auf

Faktoren, wie z.B. der pH-Wert, die ihre Wirksamkeit im Verdauungstrakt

Auskeimungsrate beeinflussen, ist nicht untersucht und in Reinkultur weiter

abschließend geklärt. vermehrt. Hieraus wurden dann Produkte

Die als Probiotikum eingesetzten entwickelt, die sich aus lebensfähigen

Bacillussporen müssen zum über- Hefezellen eines Reinkultur-

wiegenden Teil im oberen Verdauungs- Zuchtstammes und seines getrockneten

trakt auskeimen, um ihre Wirksamkeit Nährsubstrates zusammensetzen.

bereits in den für die Nährstoffabsorption

wichtigsten Darmabschnitten zu Durch ihre Stoffwechselaktivität

entfalten. Vergleichbar mit einem unterscheiden sich die spezifischen

auskeimenden Getreidekorn steigt auch Probiotika-Hefen von gewöhnlichen

in der keimenden Spore die Stoff- Brauereihefen, die als Einzelfuttermittel

3.3 Hefen

22

Die verschiedenen Probiotika

Abbildung 6

Bindung von E. coli

an die Hefeoberflä-

che (Gedek, 1990)

wegen ihres Nährstoffgehaltes in Eine gesteigerte zellulolytische Aktivität

abgetöteter Form verfüttert werden. im Pansen erhöht die Nährstoff-

verdaulichkeit, insbesondere die von

Nach der Verfütterung sind die rohfaserreichen Rationen.

Probiotika-Hefen im Magen und Auch bei Pferden tragen Probiotika-

Dünndarm stoffwechselaktiv, sterben in Hefen dazu bei, daß die Gesamt-

den hinteren Darmabschnitten jedoch ab. verdaulichkeit der Rohfaser steigt.

Ihre wesentliche Wirkung, der Verbrauch

von Sauerstoff, ist insbesondere im

Vormagen der Wiederkäuer von

Bedeutung. Dadurch verändern sie das

Redoxpotential und schaffen ungünstige

Bedingungen für aerobe Keimarten.

Gleichzeitig verhelfen sie anaeroben

Mikroorganismen zu günstigen

Bedingungen. Dies ist insbesondere für

faserspaltende (zellulolytische) und

milchsäurezehrende Mikroorganismen

im Pansen von Bedeutung.

23

4. Probiotika als Futterzusatzstoffe

seiner Qualität, Wirksamkeit und seiner

Sicherheit für Mensch, Tier und Umwelt

positiv beurteilt haben.

Die in der Tierernährung eingesetzten

Probiotika müssen EG-einheitlich als Ist ein Probiotikum zugelassen, so wird

mikrobielle Futterzusatzstoffe zugelassen der in dem Produkt enthaltene Mikro-

sein. Hierzu belegen die Herstellerfirmen organismus in die Liste der

die Unbedenklichkeit, Wirksamkeit und zugelassenen Zusatzstoffe der o.g.

Stabilität ihrer Produkte an Hand Zusatzstoff-Richtlinie 70/524/EWG

umfangreicher Versuche. Die sowohl eingetragen. Aus der Eintragung ist u.a.

unter Labor- als auch unter Praxisbedin- ersichtlich, für welche Tierarten und in

gungen durchgeführten Untersuchungen welchem Dosierungsrahmen das

entsprechen den Zulassungs- Probiotikum in der Tierernährung

vorschriften der europäischen eingesetzt werden kann.

Gemeinschaft (Richtlinie 70/524/EWG

über Zusatzstoffe in der Tierernährung

und Richtlinie 87/153/EWG zur Fest-

legung von Leitlinien zur Beurteilung

von Zusatzstoffen). Eine Stabilisierung der Darmflora von

Dabei ist u.a. detailliert festgelegt, Tieren kann nur wirkungsvoll erreicht

welche Daten zur Identität, zur werden, wenn Probiotika kontinuierlich

Kombinierbarkeit mit anderen Zusatz- mit dem Futter verabreicht werden. Die

stoffen und zur Wirksamkeit des Mikro- kontinuierliche Zufuhr mit dem Futter ist

organismus vorzulegen sind. Zudem erforderlich, da die in der Tierernährung

werden grundlegende Untersuchungen eingesetzten Probiotika-Stämme sich

gefordert, die sicherstellen, daß eine nicht dauerhaft im Darm ansiedeln.

Toxizität sowie eine Weitergabe von Kurzfristige, erhöhte Probiotika-Gaben

Resistenzen, die eine wirksame können in bestimmten Belastungs-

Behandlung von Krankheiten durch situationen sinnvoll sein, sollten jedoch

Antibiotika behindern könnten, durch eine langfristige Verabreichung

ausgeschlossen werden können. mit dem Futter fortgeführt werden.

Die Zulassung erfolgt erst dann, wenn Pauschale Angaben zur optimalen

die Sachverständigen aller Mitglied- Dosierung und zum Einsatzzeitraum von

staaten sowie der wissenschaftliche Probiotika sind nicht möglich, weil

Ausschuß der Kommission das Faktoren wie die Stabilität im Futter und

betreffende Probiotikum hinsichtlich im Verdauungstrakt sowie die

4.1 FuttermittelrechtlicheRegelungen

4.2 Einsatzempfehlungen

24

Probiotika als Futterzusatzstoffe

spezifischen Wirkungsmechanismen der Einmischrate im Wachstumsverlauf

jeweils enthaltenen Mikroorganismen meist reduziert werden, ohne daß die zur

ebenso wie der Status der Darmflora im Wirkung erforderliche Menge an

Zieltier die Wirksamkeit der jeweiligen probiotisch wirksamen Mikroorganismen

Produkte beeinflussen. im Verdauungstrakt unterschritten wird.

Demzufolge ist es nicht möglich, allein

vom Gehalt der kolonie-bildenden Allgemein gilt, daß höhere Probiotika-

Einheiten (KBE) die Einmischrate im gehalte im Futter empfohlen werden,

Futter bzw. die zu verabreichende Menge wenn

je Tier und Tag unabhängig vom Produkt

abzuleiten. die Darmflora noch nicht etabliert

Daraus folgt auch, daß Produkte nicht ist (Jungtiere)

auf Basis der KBE-Gehaltsangaben

hinsichtlich ihrer Wirksamkeit verglichen Streßfaktoren wie z.B. werden können. Vielmehr muß die Futterumstellung, Umstallung und optimale Dosierung für jedes einzelne Stallklima die Darmflora Produkt und für die verschiedenen Tier-destabilisierenarten im Fütterungsversuch ermittelt

werden. Grundlage für den Einsatz sind

daher die auf Wirksamkeitsuntersuch- ein erhöhter Infektionsdruck ungen basierenden Angaben der erwartet wird (z.B. Zusammen-Hersteller. führen verschiedener Tierbestände,

Klimaeinfluß)Allgemein ist jedoch für alle Probiotika

davon auszugehen, daß in Phasen mit die Futterzusammensetzung eine

einer instabilen Zusammensetzung der Vermehrung pathogener Keime im

Darmflora eine höhere Einmischrate Verdauungstrakt begünstigt

eines Probiotikums erforderlich ist, als (höherer Gehalt an puffernden

in Phasen, in denen eine stabile Mikro-Inhaltsstoffen, wie z.B. Proteine,

flora im Verdauungstrakt etabliert ist.Phosphor oder Kalzium, geringer

Hinzu kommt, daß die Gesamtaufnahme Rohfasergehalt)

der dem Futter zugesetzten Probiotika

bei älteren Tieren, bedingt durch die

erhöhte Futteraufnahme, größer ist, als die Darmflora durch einen

bei Jungtieren. So kann bei Therapeutikaeinsatz, speziell durch

kontinuierlicher Probiotikazufuhr die Antibiotika, negativ beeinflußt wird

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25

Probiotika als Futterzusatzstoffe

Die Dosierung der Probiotika erfolgt in muß gegeben sein. Da insbesondere

Gewichtseinheiten bezogen auf eine antibiotische Wirkstoffe Mikroorganis-

Tonne Mischfutter. In den verschiedenen men hemmen, erhebt sich die Frage, ob

Produkt-Formulierungen ist der Gehalt sie die Probiotika-Wirkung beeinträch-

der Mikroorganismen unterschiedlich tigen. Auf den ersten Blick erscheint es

[KBE/g]. Hierdurch kommt es oft zu daher widersprüchlich diese zusammen

Verwirrungen bezüglich der jeweiligen mit Mikroorganismen dem Futter

Einmischrate der Probiotika in zuzufügen. Jedoch weisen Versuchs-

Vormischungen oder im Mischfutter. ergebnisse darauf hin, daß man über die

Auch weicht die Deklaration der Unterdrückung pathogener Keime mittels

entsprechenden Einheiten [KBE/g bzw. antibiotischer Wirkstoffe und die Unter-

KBE/kg] von der für die meisten anderen stützung der Darmflora durch Probiotika

Zusatzstoffe üblichen Gewichtsangabe sogar positive Kombinationswirkungen

[mg/kg] ab. erzielen kann.

Im folgenden werden zur Verdeutlichung Im Hinblick auf Mikroorganismen, deren

Beispiele für die am häufigsten Wirksamkeit stark von ihrer Stoff-

eingesetzten Probiotika-Formulierungen wechselaktivität im Verdauungstrakt

und gängigen Dosierungen in Allein- abhängt (Vermehrung, Auskeimung von

futtern oder in Vormischungen und Sporen), muß belegt sein, daß diese in

Ergänzungsfuttern mit verschiedenen Gegenwart antibiotischer Substanzen

Einmischraten aufgeführt (s. Tab. 2). erhalten bleibt.

Zudem sind die jeweils zu deklarie-

renden koloniebildenden Einheiten Futtermittelrechtlich ist der gemeinsame

angegeben. Einsatz von Probiotika mit Leistungs-

förderern sowie Kokzidiostatika und

anderen Arzneimitteln zulässig. Welche

dieser Substanzen mit einem

Probiotikum kombiniert werden können,

ist Bestandteil der Zulassung des

Wirkstoffvormischungen sowie betreffenden Probiotikums.

Mischfuttermittel enthalten eine Vielzahl Auch andere Substanzen wie z.B.

von Einzelsubstanzen, deren Säuren, pflanzliche Wirkstoffe, Spuren-

Kombinierbarkeit untereinander geprüft elemente und Mineralstoffe können

werden muß. Die Stabilität der Probiotika Mikroorganismen beeinträchtigen, so

in diesen Mischungen sowie die daß eine Kombination ggf. geprüft

Verfügbarkeit und Effektivität im Tier werden muß.

4.3 Kompatibilität mit anderenWirkstoffen

26

Probiotika als Futterzusatzstoffe

27

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Probiotika als Futterzusatzstoffe

Zur Beurteilung der Kompatibilität Alle Probiotika wirken nach bisherigem

kommen international mehrere Test- Kenntnisstand insbesondere durch die

verfahren zum Einsatz. Unterstützung des Fließgleichgewichts

der Darmflora (s. Kap. 2). Hierdurch

kann die Vitalität und das Wohlbefinden

1. Dilutionstest der Tiere gesteigert werden.

2. Agardiffusionstest Ernährungsbedingte Verdauungs-

3. Epsilon-Test (E-Test) störungen und Verluste werden reduziert.

Die mit diesen Verfahren bestimmte Vitale Tiere setzen die mit dem Futter

Minimale-Hemm-Konzentration (MHK, aufgenommenen Nährstoffe in gleich-

engl. MIC) gibt einen ersten Eindruck mäßiges Wachstum um. Somit resultiert

darüber, inwieweit eine Kombination der direkte Einfluß auf die Darmflora

eines Mikroorganismus mit anderen auch in einer Absicherung hoher

Substanzen möglich ist. Leistungen wie z.B. der Reduzierung des

Futteraufwands und der Verbesserung

der täglichen Zunahme.

Einige Untersuchungen haben gezeigt, Die Auswertung vieler wissenschaftlicher

daß die anhand des MHK-Wertes Untersuchungen und Praxisstudien

erwartete Hemmung eines Probiotikums belegt den positiven Einfluß von

durch eine Substanz im Fütterungs- Probiotika (s. Tab. 3).

versuch (in-vivo) nicht nachgewiesen

wurde. Dies ist erklärbar, da in dem Wie aus Tabelle 3 aber ebenfalls ersicht-

komplexen Darmsystem viele Faktoren lich ist, wurden in einigen Versuchen

die hemmende Wirkung von Substanzen durch die Verwendung von Probiotika

abschwächen können. keine zusätzlichen Effekte erzielt. Dies ist

Die in-vitro Methoden können somit auch verständlich, da der Ausgangs-

zwar wichtige Hinweise auf eventuelle status bezüglich der mikrobiellen

Interaktionen zwischen Probiotika und Besiedelung im Verdauungstrakt sehr

anderen Substanzen liefern. In unterschiedlich sein kann.

Zweifelsfällen sollte aber die

Kompatibilität im Fütterungsversuch Das Ausmaß einer Verbesserung bzw.

überprüft werden. Erhaltung von Wohlbefinden und

In-vitro Tests (»Labor-Verfahren«)

Diskrepanz zwischen in-vitro und

in-vivo Ergebnissen

Methoden zur Überprüfungder Kompatibilität

4.4 Ökonomischer und ökologischer Nutzen

28

Probiotika als Futterzusatzstoffe

Leistung hängt zudem von weiteren Sau und Jahr. Darüberhinaus lassen sich

Faktoren ab, insbesondere der Rations- erhebliche betriebswirtschaftliche Vor-

gestaltung, den Hygienebedingungen teile durch geringere Verluste erzielen.

und dem Leistungsniveau.

In der Mast äußert sich eine ungünstige

Eine genaue Voraussage der zu Zusammensetzung der Darmflora selten

erwartenden Höhe der Probiotika-Effekte in deutlich erkennbaren Durchfall-

ist daher nicht möglich. erscheinungen und damit verbundenen

Verlusten. Jedoch sind Leistungsdepres-

In der Ferkelaufzucht z.B. werden sionen häufig auf eine Dysbiose zurück-

insbesondere die Parameter Verluste, zuführen. Die Stabilisierung der Darm-

tägliche Zunahme und Futteraufwand flora mittels Probiotika sichert daher bei

durch Probiotika positiv beeinflußt. Masttieren ein hohes Leistungsniveau.

Daneben werden häufig aber auch ein Der jeweilige wirtschaftliche Nutzen in

gleichmäßigeres Wachstum der Tiere der Mast errechnet sich dabei

und somit homogenere Gruppen erzielt, insbesondere über den Anstieg der

woraus ebenfalls ein zusätzlicher Gewinn täglichen Zunahme sowie die Reduktion

beim Verkauf der Ferkel resultieren kann. der Mastdauer und des Futteraufwands.

Grundsätzlich entspricht ein um ca.

0,5 kg höheres Ferkelgewicht bei 20 Zudem können mittels Probiotika der

Ferkeln je Sau und Jahr ca. 10 kg Arzneimitteleinsatz vermindert und damit

zusätzlichem Verkaufsgewicht und damit die daraus entstehenden Kosten reduziert

einem Mehrerlös. Eine Futtereinsparung werden.

von 50 g je kg erzeugtem Ferkelgewicht

(d.h. ca. 1 kg Futter weniger je Ferkel)

bedeutet ca. 20 kg weniger Saugferkel-

futter bei 20 aufgezogenen Ferkeln je

Tabelle 3

Einfluß verschiedener

Probiotika auf die

Leistung einiger land-

wirtschaftlicher Nutz-

tiere (in Anlehnung an

Freitag et al., 1998)

Ferkelaufzucht + 4,8 - 1,5(- 8,1 bis + 24,3) (+ 3,1 bis - 9,3)

Kälberaufzucht + 5,4 - 2,5(- 5,3 bis + 21,7) (+ 3,6 bis -7,9)

Schweinemast + 3,7 - 5,1(- 0,3 bis + 6,7) (- 1,4 bis - 7,1)

Rindermast + 3,4 - 2,7(- 4,3 bis + 7,2) (+ 7,6 bis - 4,7)

Produktions- Tägliche Zunahme Futteraufwandzweig [% zur Kontrolle] [% zur Kontrolle]

29

Tabelle 4

Einfluß der Probio-

tikagabe auf die

Proteinverdaulich-

keit und den Roh-

proteinansatz bei

Ferkeln

Stickstoff-Verdaulichkeit Stickstoff-Ansatz Autoren-0,75 -1[%] [gx W Tag ]*

Kontrolle Probiotikum** Kontrolle Probiotikum**a b a b81,05 82,86 1,24 1,34 Scheuermann, 1993c d78,70 83,20 1,76 1,81 Tossenberger et al., 1994

9* bezogen auf das metabolische Körpergewicht, ** Dosierung: 1 x 10 KBE je kg Ferkelfuttera,b,c,d: mit Hochbuchstaben gekennzeichnete Ergebnisse unterscheiden sich signifikant

Durch die Absicherung hoher Leistungen Ausscheidungen wie Dung und Gülle mit

und die Vermeidung von Problem- vermindertem Restnährstoffgehalt

situationen tragen Probiotika auch zu entlastet. So ist es z.B. möglich, durch

einer umwelt- und ressourcen- Probiotika die Stickstoffausscheidung

schonenden Tierhaltung bei. Die Umwelt über eine verbesserte Verdaulichkeit und

wird dabei hauptsächlich durch die einen höheren Ansatz von Stickstoff zu

reduzierte Menge tierischer senken (s. Tab. 4).

30

Probiotika als Futterzusatzstoffe

5. Produktqualität und Umwelt

Wirksamkeit im Tier.

Entscheidend sind zudem Aspekte der

Sicherheit (s. Kap. 5.2).

Für die Produktion ist wichtig, daß der

Mikroorganismus sich im Großmaßstab

effektiv vermehren läßt und dabei

genetisch stabil bleibt.

Mikroorganismen, die zur Herstellung

eines Probiotikums eingesetzt werden,

unterliegen einem aufwendigen

Ausleseverfahren.

Aus ihrer natürlichen Umwelt selektierte Probiotika werden mittels Fermentation

Mikroorganismen durchlaufen spezifi- hergestellt. Hierbei handelt es sich um

sche Prüfungen, zuerst mikrobiologische ein biologisches Verfahren zur

Tests, dann Selektionsverfahren im Anzüchtung und Vermehrung von

Hinblick auf ihre Eignung für die Mikroorganismen unter kontrollierter

Tierernährung. Dazu stellt man u.a. das Zugabe von Nährstoffen. Alle ein-

jeweilige Fermentationsprofil des gesetzten Rohstoffe, die der Herstellung

Mikroorganismus fest, d.h. welche dienen, unterliegen strengen Qualitäts-

Substrate kann er zu welchen kontrollen. Der sterile Fermenter wird mit

Substanzen verstoffwechseln (im API- der mikrobiologischen Stammkultur

Testverfahren z.B. Zucker zu Milchsäure). (master seed) direkt oder über eine

Auch ist eine umfassende und genaue Vorkultur beimpft. Alle maßgeblichen

Charakterisierung des Mikroorganismus Parameter in der Prozeßkontrolle werden

erforderlich. Hierzu dient z.B. der permanent überwacht. Danach erfolgt die

»genetische Fingerabdruck«, der mittels Konzentrierung, auch Zellernte genannt.

molekularbiologischer Methoden (z.B. Spezielle Trocknungsverfahren und ggf.

DNA-Analyse) bestimmt wird. die Zugabe spezifischer Stabilisatoren

Außerdem wird geprüft, wie sich der schließen den Herstellungsprozeß

Mikroorganismus im landwirtschaft- ab. Bei einigen Produkten werden die

lichen Nutztier verhält; ob er die Mikroorganismen zur Verbesserung der

Magenpassage überlebt; wie lange er im Stabilität durch Mikrokapseln oder

Darm bleibt und ob er das Ökosystem Mikrospheren geschützt.

Darmflora bioregulativ beeinflußt. Dies Eine schematische Darstellung des

ist die Grundlage für ein weiteres Herstellungsprozesses zeigt Ab-

Selektionskriterium, die Überprüfung der bildung 7.

5.1 Herstellung und Qualitätssicherung

Selektion der Produktions-stämme

Herstellung

31

Produktqualität und Umwelt

Abbildung 7

Darstellung der

Probiotika-

Produktion

Identifikation der Stammkultur(z.B. morphologische, biochemische und plasmid-elektrophoretische Methoden)

Vergleich von »Master Seed« und Starterkultur mit den originalen Isolaten

Produktion der Zellkultur bzw. Zellkulturen in Fermentern

Aufkonzentrieren(z.B. durch Zentrifugation)

TrocknungGefriertrocknung, Stabilisierung und Standardisierung

QualitätskontrolleKBE pro g, Trockensubstanz, Reinheit, Vergleich mit Stammkultur

ggf. zusätzliche Schutzmaßnahmen(z.B. durch Umhüllung)

ggf. Mischen mit Trägerstoff

Qualitätskontrolle

Verpackung

32

Produktqualität und Umwelt

Während des Herstellungsprozesses

sowie im Endprodukt erfolgt eine

Qualitätskontrolle. Diese umfaßt die

Überprüfung der genetischen Reinheit,

die Keimzahl und die Reinheit von

unerwünschten Substanzen (z.B.

Mykotoxine und Schwermetalle).

Die Keimzahl wird mit Hilfe dezimaler

Verdünnungsreihen und spezifischer

Nährböden bestimmt (s. Abb. 8).

Die Endformulierung und Standardi-

sierung erfolgt in der Regel durch

Mischen mit einem Trägerstoff, um eine

homogene Verteilung des Probiotikums

im jeweiligen Futtertyp zu gewährleisten.

Als Probiotika in der Tierernährung

werden nur solche Mikroorganismen

eingesetzt, die mittels modernster

Methoden charakterisiert und gemäß der

Zulassungsvorschriften geprüft wurden.

Alle verwendeten Stämme sind in

amtlich anerkannten Kultursammlungen

hinterlegt. Es wird sichergestellt, daß die

spezifischen Stammeigenschaften der

Probiotika konstant bleiben und den

höchsten Reinheitsanforderungen

genügen.

Abbildung 8

Dezimale

Verdünnungsreihe

zur Keimzahl-

bestimmung

10

10

10

Qualitätssicherung

5.2 Anwendungssicherheit

33

-3

-4

-5

Produktqualität und Umwelt

Der Mensch hat mit Probiotika in der Die als Futterzusatzstoff in der

Tierernährung auf zweierlei Weise Tierernährung zugelassenen

Kontakt: Als Mitarbeiter bei der Mikroorganismen zeichnen sich generell

Herstellung von Vormischungen und durch eine sehr gute Verträglichkeit aus.

Mischfuttermitteln und als Tierhalter bei Selbst bei Überschreitung der

der Fütterung. Durch den Umgang mit empfohlenen Dosierungen im Futter um

Probiotika besteht in beiden Fällen keine das mehr als tausendfache kommt es

Gefährdung für den Anwender. nicht zu einer Dysbiose im Verdauungs-

In umfangreichen Untersuchungen ist trakt. Probiotika stellen somit keine

belegt worden, daß ein direkter Kontakt Gefahr für die Gesundheit der Tiere dar.

mit zugelassenen Probiotika über Haut, Da sie aus dem Darm nicht in den

Mund oder Nase zu keinen Beein- Tierkörper gelangen, können sie nicht in

trächtigungen der menschlichen Stoffwechselvorgänge eingreifen bzw.

Gesundheit führt. In Modellversuchen das Tier nicht negativ beeinträchtigen.

wurde nachgewiesen, daß auch die

längerfristige oder erhöhte

Verabreichung keine gesundheitlichen

Schäden nach sich zieht.

Nach ihrer Wirkung im Magen und Darm

Als Konsument von Nahrungsmitteln des Tieres gelangen die probiotischen

hingegen kommt der Mensch mit den Mikroorganismen sowie die übrigen

verfütterten Probiotika nicht in Keime, die den Verdauungstrakt

Berührung. Probiotika werden nur mit besiedeln, mit dem verdauten

dem Futter verabreicht und ihre Wirkung Nahrungsbrei zum Darmausgang. Auf

ist ausschließlich auf den Magen und diesem Wege stirbt ein Großteil der

Darm beschränkt. Da sie nicht absorbiert probiotischen Mikroorganismen ab, da

werden, können Probiotika nicht in die ihr Wachstum oder ihre Vermehrung im

vom Tier stammenden Nahrungsmittel Rahmen der Keimkonkurrenz in den

übertreten und damit nicht zu hinteren Darmabschnitten eingeschränkt

Rückständen führen. wird. Die Entwicklung der Hefen wird

zudem durch den Sauerstoffmangel im

Dickdarm stark unterdrückt. Zum Teil

werden die Probiotika wie andere

organische Nahrungsbestandteile bereits

Sicherheit für den Menschen Sicherheit für das Tier

Sicherheit für die Umwelt

34

im Darm abgebaut und verdaut. Die in der Tierernährung zur Zeit

Nur ein geringer Teil der probiotischen eingesetzten Probiotika unterscheiden

Mikroorganismen wird lebend mit dem sich grundsätzlich in ihren technischen

Kot der Tiere ausgeschieden. Hiervon Eigenschaften.

wiederum überleben nur wenige in Mist

und Gülle und gelangen auf Äcker und

Grünland zurück. Gegenstand der

Zulassung eines Probiotikums ist ein

entsprechender Nachweis der Unbedenk- Milchsäurebakterien bilden als

lichkeit für die Umwelt. Grundsätzlich natürliche Darmbewohner keine Sporen.

sind in dieser Hinsicht keine negativen Deshalb sind sie den chemischen und

Auswirkungen zu erwarten, da alle physikalischen Belastungen, z.B.

Mikroorganismen der Natur entstammen. während der Pelletierung, in einfacher,

getrockneter Form zunächst schutzlos

ausgeliefert. Somit ist es notwendig,

diese Bakterien entweder nur in Futter-

typen mit relativ geringer technischer

Beanspruchung der Keime (z.B. in

Milchaustauschern) einzusetzen oder sie

speziell gegen mechanische und

Bei der Herstellung von Mischfutter- thermische Einflüsse bei der Futter-

mitteln, insbesondere bei der herstellung, bei Transport und Lagerung

Pelletierung und in Mineralfuttermitteln zu schützen.

sind die Probiotika unterschiedlichen

chemischen, mechanischen und

thermischen Beanspruchungen

ausgesetzt. Für die Wirksamkeit der

Probiotika ist es jedoch unerläßlich, daß

ihre Lebensfähigkeit nicht beeinträchtigt

wird. Die Vitalität, d.h. die Stabilität der

Probiotika während des

Herstellungsprozesses und der Lagerung

von Futtermitteln muß also gewährleistet

sein, damit die Probiotika ihre Wirkung

im Magen-Darmtrakt entfalten können.

Produktqualität und Umwelt

Abbildung 9

Aufbau einer Mikro-

kapsel

Schutzhüllen

Milchsäurebakterien

35

5.3 Stabilität und Nachweis-barkeit in Futtermitteln

Stabilität

Milchsäurebakterien

Exemplarisch werden in Abbildung 9

und 10 diese Umhüllungen von

lebenden Bakterien dargestellt. Die

Stabilität der Verkapselung wird durch

die Qualität des angewandten Verfahrens

bestimmt.

Bei den Probiotika dieser Gruppe handelt

Mittels technischer Verfahren (z.B. es sich um versporte, lebensfähige

Mikrokapsel / Mikrosphere) können Keime. Sporen sind ihre natürliche

Milchsäurebakterien mit einem Dauerform, mit der sie sich in ihrem

speziellen Schutzmantel versehen ursprünglichen Lebensraum, dem

werden. So kann gesichert werden, daß Boden, vor extremer Hitze, Kälte und

auch unversporte Bakterien lebend an mechanischer Belastung schützen und

den Ort ihrer Wirksamkeit gelangen und ungünstige Umwelteinflüsse ohne

dort aktiv werden. Einbuße der Lebensfähigkeit überstehen.

Die verschiedenen Zellwände der Spore

(s. Abb. 11) schützen den Zellkern

gegenüber äußeren Belastungen. Dieser

natürliche Schutz ermöglicht es, daß

Bacillus-Produkte massiven Bean-

spruchungen während der Futter-

herstellung und -lagerung widerstehen

(z.B. hohe Temperaturen, Druck, Scher-

kräfte, oxidative Einflüsse).

Bacillussporen sind somit uneinge-

schränkt für alle Futtertypen geeignet.

Zudem wird die Lebensfähigkeit der

Keime nicht durch niedrige pH-Werte,

wie sie im Magen von Monogastern

vorherrschen, beeinträchtigt.

Über die Fermentationsbedingungen bei

der Herstellung wird Einfluß auf die

Produktqualität und Umwelt

Abbildung 11

Schematische

Darstellung einer

Bacillusspore

Bacillussporen

Abbildung 10

Aufbau einer

Mikrosphere

36

MilchsäurebakterienSchutzhülle

Produktqualität und Umwelt

Sporenqualität und damit die Stabilität herstellung und -lagerung unbeschadet.

und Auskeimung der Bacillusprodukte Durch ausreichende Zufuhr von

genommen. Feuchtigkeit und Wärme im Verdauungs-

trakt werden die Hefen wieder stoff-

wechselaktiv.

Bei den Hefen handelt es sich um

lebende Pilze. Durch das Trocknen

werden die Hefen in einen Ruhezustand Eine Voraussetzung für die behördliche

versetzt. In diesem Zustand ist die Zulassung der Probiotika ist ihre sichere

äußere Oberfläche stabiler und weniger Nachweisbarkeit bis hin zum Futter. Für

durchlässig. Dadurch überstehen die alle Produktgruppen gibt es bei den

Hefen viele Prozesse der Futtermittel- landwirtschaftlichen Forschungs- und

Hefen

Abbildung 12

Auszählung von

Kolonien

37

Nachweisbarkeit

Untersuchungsanstalten wissenschaft- Eine weitere Ursache für die relativ hohe

lich anerkannte Analysenmethoden. Das Variation ist, daß eine einzelne sichtbare

Prinzip der Methoden beruht auf einer Kolonie auf dem Nährboden aus einem

Anzüchtung der Keime auf Spezial- oder auch vielen Keimen gebildet

nährböden mit anschließender visueller worden sein kann bzw. mehrere sehr eng

Auszählung der gewachsenen Kolonien benachbarte Kolonien lediglich als eine

(s. Abb. 12). Die ausgezählten Werte einzige KBE erkannt und ausgezählt

werden als Koloniebildende Einheiten werden. Als Folge davon ist es möglich,

(KBE) angegeben. daß einzelne Keime, aus den erwähnten

Gründen mit dem Auge in der Labor-

Ergebnisse biologischer Nachweis- analyse nicht erfaßt werden. Jedoch sind

verfahren besitzen natürlicherweise eine diese trotzdem vorhanden und

höhere Variation als chemisch- entwickeln unter den für sie optimalen

physikalische Meßmethoden, so daß die Bedingungen im Darm ihre volle

Analysenspielräume für Probiotika relativ Lebensfähigkeit und ihre bioregulative

groß sein müssen. Dies ist vornehmlich Wirkung. Praxiserfahrungen belegen

dadurch begründet, daß Mikroorganis- deshalb auch, daß bei Gehalten im

men bei der Probenaufbereitung nicht unteren Bereich des Analysenspielraums

wie chemische Substanzen in den die Wirksamkeit gewährleistet ist. Die

Verdünnungsstufen der Proben homo- jeweiligen Analysenspielräume werden

gen verteilt vorliegen und bei Extraktion von den offiziellen Laboratorien nach

in ihrer Lebensfähigkeit beeinträchtigt Durchführung zahlreicher Ring-Unter-

werden können. suchungen festgelegt und futtermittel-

rechtlich geregelt.

38

Produktqualität und Umwelt

Magen-Darmtraktes erfolgen muß. Bei

den Hauptzieltierarten wäre dies der

Durch den Nachweis der lebenden Dünndarm beim Monogaster bzw. die

Mikroorganismen im Futter kann man Kropfregion beim Geflügel und der

ermitteln, inwieweit das Probiotikum Pansen beim Wiederkäuer. Da Faktoren

während der Futterherstellung und wie der pH-Wert, die Passagezeit des

-lagerung stabil bleibt. Eine Information Darminhalts und der Wirkstoffgehalt im

über die Lebensfähigkeit und Aktivität im Futter (s. Kap. 4.3) das Wachstum der

Verdauungstrakt kann hieraus jedoch Probiotika beeinflussen können, sollte die

nicht abgeleitet werden. Denn um Überprüfung des Wachstums, der

wirksam zu sein, müssen Probiotika den Vermehrung oder der Auskeimung der

Teil des Verdauungstrakts, in dem sie ihre Probiotika im Verdauungstrakt unter

hauptsächliche Wirkung erzielen, ohne Einsatz praxisüblicher Rationen im

Beeinträchtigung erreichen. Das bedeutet Versuch am Tier erfolgen. Dies kann

für die genannten Probiotika-Gruppen, indirekt über Leistungsparameter, besser

daß das Wachstum der Hefen, die jedoch direkt über die Bestimmung der

Vermehrung der Milchsäurebakterien und lebenden Probiotika-Mikroorganismen in

die Auskeimung der Sporen im den verschiedenen Darmabschnitten

wesentlichen schon zu Beginn des ermittelt werden.

5.4 Aktivität im Verdauungstrakt

39

Produktqualität und Umwelt

Erläuterung verwendeter Begriffe

Probiotika sind lebende Mikroorganis- werden unerwünschte Mikroorganismen

men, die die Darmflora in einem für das verdrängt und ein Schutz vor einer

Wirtstier positiven Sinne beeinflussen. Besiedelung bzw. vor einem Haften

Ihre Wirkung entfalten sie ausschließlich schädlicher Keime aufgebaut. Probiotika

im Verdauungstrakt. In der Tierernährung tragen so dazu bei, Störungen der

werden Probiotika als Futterzusatzstoffe Darmflora (Dysbiose) zu vermeiden, wie

im wesentlichen aus drei Gruppen von sie z.B. in bestimmten Haltungsperioden

Mikroorganismen verwendet: und Situationen besonderer Belastungen

Milchsäurebakterien, Bacillussporen und der Tiere (z.B. Futterwechsel, Absetzen,

Hefen. Diese unterscheiden sich Gruppenzusammenstellung etc.)

hinsichtlich ihrer Eigenschaften, auftreten können. Hierdurch wird eine

Herkunft und Wirkungsweise. Absicherung der Leistung und der

Die Hauptwirkung der Probiotika beruht Gesundheit erzielt.

auf der Erhaltung bzw. Wiederherstellung

des Fließgleichgewichtes (Eubiose) der Die Zulassung von Probiotika erfolgt in

Darmflora. Dies erfolgt über verschie- einem EG-einheitlichen Verfahren. Dabei

dene Wirkmechanismen. Voraussetzung werden die Probiotika insbesondere

für die Probiotika-Wirkung ist, daß die hinsichtlich Ihrer Qualität, Wirksamkeit

enthaltenen Mikroorganismen lebend in und Sicherheit für Mensch, Tier und

den Magen-Darmtrakt gelangen. Dort Umwelt überprüft. Somit kommen nur

unterstützen die Probiotika die exakt definierte und sichere Mikro-

erwünschte Darmflora vor allem durch organismen zur Anwendung, deren

spezifische Stoffwechselaktivitäten bioregulative Eigenschaften unter den

und/oder über die Stimulierung des Gegebenheiten der üblichen

Immunsystems des Wirtstieres. So Fütterungspraxis geprüft wurden.

40

6. Zusammenfassung

aerob KBE

anaerob

antagonistisch Mikroflora

API-Testverfahren Mukopolysaccharide

Protozoen

bakteriostatisch

bakteriozid Redoxpotential

Digesta

DNA-Analyse

Symbiose

Dysbiose

Eubiose

unter Sauerstoffzufuhr lebend Abkürzung für Koloniebildende

Einheiten. Maßeinheit für die

unter Sauerstoffabschluß Konzentration von lebenden

lebend Mikroorganismen (engl.: CFU)

hemmend, gegen- Gesamtheit der Mikro-

einander wirkend organismen, hier im Verdauungstrakt

Bestimmung der hochmolekulare,

biochemischen Aktivität eines Mikro- schleimbildende Zuckermoleküle

organismus zu seiner Differenzierung

einzellige tierische

Bakterien hemmend Lebewesen (Urtiere)

Bakterien abtötend Maßzahl für die

Fähigkeit eines gelösten Stoffes,

Magen-Darminhalt Elektronen aufzunehmen oder abzugeben

und dadurch andere Stoffe zu oxidieren

oder zu reduzierenBestimmung der

Erbinformation (DNA = Desoxiribo-

Lebensgemeinschaft nucleinsäure)

zwischen den Organismen zum

gegenseitigen Vorteil Zustand des gestörten

ökologischen Gleichgewichtes der

Mikroflora im Magen-Darmtrakt

Zustand des ökologischen

Fließgleichgewichtes der Mikroflora im

Magen-Darmtrakt

7. Erläuterung verwendeter Begriffe

41

Zum weiterführenden Studium werden folgende Bücher bzw. Übersichtsreferate empfohlen:

Ewing, W.N., Cole, D.J.A. (1994) Stewart, C.S., Hillman, K., Maxwell, F., The Living Gut. An introduction to Kelly, D., King, T.P. (1995)Micro-organisms in Nutrition Die neuesten Fortschritte in der Probiose Context Publications beim Schwein

Übers. Tierernährung 23 , 1 - 26

Fuller, R. (1989)Probiotics in man and animals, a reviewJ. Appl. Bacteriol., 66, 365 - 378

Fuller, R. (Ed.) (1992)ProbioticsThe scientific basisChapman & Hall

Gedek, B.R. (1986)Probiotika in der TierernährungKraftfutter, 80-84

Gedek, B.R. (1991)Regulierung der Darmflora über die NahrungZbl. Hyg. 191, 277 - 301

Rose, A.H., Harrison, J.S. (Eds.) (1993)The yeastsYeast Technology,Volume 5, Second Edition, Academic Press, London,San Diego, New York, Boston, Sydney, Tokyo, Toronto

42

Erläuterung verwendeter Begriffe8. Weiterführende Literatur