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Säurezusätze

Organische Säuren in Schweinefutter und Trinkwasser

Das Potenzial von Säuerungsmitteln für die Futterkonservierung und Tierernährung ist seit Jahrzehnten bekannt und durch eine Vielzahl wissenschaftlicher Publikationen dokumentiert

Organische Säuren sind Verbindungen, die eine Carboxylgruppe (-COOH) enthalten. Diese Carboxylgruppe dissoziiert in Lösung unter Freisetzung eines Protons, wodurch die Verbindung saure Eigenschaften erhält (Voet und Voet, 1995). Organische Säuren sind typischerweise schwache Säuren, daher werden sie in Lösung nur teilweise dissoziiert.

Obwohl es zahlreiche organische Säuren gibt, von denen viele natürlich im Körper vorkommen (Fettsäuren, Aminosäuren, Nukleinsäuren), werden nur wenige davon in Ferkel-, Sauen- und Schweinefutter verwendet. Kurze Kohlenstoffkettenlängen von bis zu sieben charakterisieren im Allgemeinen die üblicherweise verwendeten organischen Säuren, da diese die Säuren sind, die am meisten mit antimikrobieller Aktivität assoziiert werden (siehe Tabelle 1).  Da diese organischen Säuren natürlich im Körper vorkommen, werden sie vom Tier leicht verstoffwechselt (Voet und Voet, 1995).

Abbildung 1: Eigenschaften von organischen Säuren
Abbildung 1: Eigenschaften von organischen Säuren
Tabelle 1: häufig verwendete organische Säuren im Schweinefutter (adaptiert aus Hajati, 2018)
AcidChemical nameFormulapKa
FormicAmeisensäureHCOOH3.75
EssigEssigsäureCH3COOH4.76
Propion2-PropionsäureCH3CH2COOH4.88
ButterButtersäureCH3CH2CH2COOH4.82
Milch

2-Hydroxypropansäure

CH3CH(OH)COOH3.83
Sorbin2,4-Hexa-2,4-diensäureCH3:CH:CHCH:CHCOOH4.76
Malein(2Z)-But-2-endisäureCOOHCH:CHCOOH3.02
Apfel2-HydroxybutandisäureCOOHCH2CH(OH)COOH3.40
Wein2,3-DihydroxybutandisäurreCOOHCH(OH)CH(OH)COOH2.93
Zitrone2-Hydroxypropan-1,2,3-tricarbonsäurCOOHCH2C(OH)(COOH)CH2COOH3.13
Phthal

1,2-Benzoldicarbonsäure

C6H5COOH4.19

Wirkungsweise

Senkung des intestinalen pH-Wertes


Organische Säuren und ihre Salze üben durch lokalisierte pH-Senkung wachstumshemmende Wirkungen auf Magen- und Darmmikroben aus. Die Proliferation vieler Krankheitserreger wie Clostridium perfringens, Escherichia coli und Salmonella spp. ist unter pH 5 deutlich vermindert, während säuretolerante Mikroben wie Lactobacillus spp. unverletzt bleiben.

Hemmung des bakteriellen Wachstums


Zusätzlich zu den hemmenden Wirkungen aufgrund des niedrigen pH-Wertes haben organische Säuren eine direkte bakterizide Wirkung. Während sie in der undissoziierten Form vorliegen, können diese Säuren durch die Zellmembran von Bakterien diffundieren, wo aufgrund der Aufrechterhaltung des zytosolischen pH-Wertes nahe 7 eine Dissoziation der Säure im Inneren der Bakterienzelle stattfindet, was zu einer pH-Senkung und Hemmung der Stoffwechselwege führt. Diese Störungen führen schließlich zum bakteriellen Zelltod (Russell und Diez-Gonzales, 1998, Van Immerseel et al. 2006).

Die antimikrobielle Aktivität ist vollständig von der verwendeten Säure abhängig. Beispielsweise haben Ameisen- und Propionsäure ihr breites Wirkungsspektrum sowohl gegen Bakterien als auch gegen Pilze, während Milchsäure vor allem gegen Bakterien wirksam ist und Sorbinsäure bekannt für die Wirkung gegen Schimmelpilze ist (Hajati, 2018).

Die Fähigkeit einer Säure, Mikroben zu hemmen, hängt von ihrem pKa-Wert ab, das ist der pH-Wert, bei dem 50% der Säure dissoziiert werden. Die meisten Säuren mit antimikrobieller Aktivität, die als Futtermittelzusätze verwendet werden, haben pKa-Werte zwischen 3 und 5 (Hajati, 2018).

Energiesubstrat für Enterozyten


Einige organische Säuren können direkt von den Enterozyten, die den Gastrointestinaltrakt auskleiden, verstoffwechselt werden und können das Wachstum und die Entwicklung des Darms fördern, was zu einer verbesserten Nährstoffverdauung und -verwertung und letztlich zu einer optimierten Leistung führt (Miller und Slade, 2006).

Faktoren, die die Wirksamkeit von organischen Säuren beeinflussen

  • pKa-Wert

  • Chemische Form (Säure, Salz, beschichtet oder unbeschichtet)

  • Molekulargewicht

  • Auf Mikroorganismen bezogener Wert der minimalen Hemmkonzentration (MIC) der Säure

  • Ziel-Mikroorganismus

  • Tiergattung

  • Pufferkapazität von Futtermitteln

Was is pKa?

Die Wirksamkeit einer Säure bei der Hemmung von Mikroben hängt von ihrem pKa-Wert ab, das ist der pH-Wert, bei dem 50% der Säure in ihrer undissoziierten und 50% in ihrer dissoziierten Form vorliegen.

pKa Wert Erklärung
pKa Wert Erklärung

Die richtige Säure auswählen

Aufgrund ihrer sauren Natur sind organische Säuren ätzend, und viele von ihnen neigen zu einem starken und oft unangenehmen Geruch. Aufgrund dieser ungünstigen Eigenschaft sind Säuren in ihrer reinen Form weniger beliebt in der Tierernährung

Darüber hinaus ist das Produkt umso flüchtiger, je kürzer die Kettenlänge der Säure ist, so dass es zu einem kontinuierlichen Verlust von Säure aus verarbeitetem Futtermittel kommt, wodurch die Haltbarkeit des Produkts begrenzt ist.

Als Alternative können organische Säureprodukte in verschiedenen Formen wie Salze, Glyzeride und mikroverkapselten Produkten angeboten werden. Durch diese Variationen entsteht ein Produkt, das weniger korrosiv, anstößig und flüchtig ist, was die Handhabung und Verarbeitung wesentlich einfacher macht. Die Schmackhaftigkeit kann auch verbessert werden, wenn statt der freien Säure das saure Salz verwendet wird.

Die kurze Länge der Kohlenstoffkette in Verbindung mit den sauren Bedingungen im oberen Magen-Darm-Trakt bedeutet, dass organische Säuren recht schnell über die Magen-Darm-Wand absorbiert werden. Dies bedeutet, dass die Auswirkungen einer Supplementation mit der freien Säure auf den oberen Teil des Verdauungstraktes beschränkt sind, was für einige Anwendungen und Zwecke am besten geeignet sein kann.

Säuren können mit einem speziellen anorganischen Träger in die Nahrung aufgenommen werden, der als sequentielles Freisetzungsmedium (SRM) fungiert und ihre allmähliche Freisetzung entlang des gesamten Magen-Darm-Trakts gewährleistet. Es ist daher von größter Bedeutung, die Wirkungsweise und den Wirkungsort der Säure zu verstehen, wenn man sich für die Wahl der zu verwendenden Säureform entscheidet.

Schlussfolgerung

Säuerungsmittel sind wirkungsvolle Instrumente zur Erhaltung der Tiergesundheit und zur Unterstützung der Ziele der Nutztierhaltung. In zahlreichen wissenschaftlichen Studien wurde über konsistente positive Auswirkungen auf die Produktivität bei Schwein und Geflügel berichtet, wobei die Ergebnisse geringere Keimzahlen und eine verbesserte Wachstumsleistung der Tiere sowie geringere Durchfall-, Morbiditäts- und Mortalitätsraten zeigten. Insgesamt betrachten zahlreiche Nutztierhalter Säuerungsmittel als eine ideale Lösung zur Steigerung der Leistung und damit der Rentabilität.

Lösungen

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Referenzen

Hajati, H. 2019. Anwendung von organischen Säuren in der Geflügelernährung. Internationale Zeitschrift für Vogel- und Wildtierbiologie 3(4): 324-329.

Miller, H.M. und Slade, R.D. (2006) Organische Säuren, Schweinegesundheit und -leistung. Zeitschrift The Pig Journal, 57, 140-149.

Russell JB, Diez Gonzalez F. 1998. Die Auswirkungen von Gärsäuren auf das Bakterienwachstum. Adv Mikrobielle Physiol. 39:205-234.

Van Immerseel F, Russell JB, Flythe MD, Gantois I, Timbermont L, Pasmans F, Haesebrouck F, Ducatelle R. 2006. Der Einsatz von organischen Säuren zur Bekämpfung von Salmonellen bei Geflügel: eine mechanistische Erklärung der Wirksamkeit. Vogelpathol. 35:182–188.

Voet, D. und Voet, J.G. (1995) Biochemie. John Wiley und Söhne Inc. New Jersey, Zweite Auflage.