Silierdauer beeinflusst Verdaulichkeit der Silomaisstärke

Maissilage ist aus der Rinderfütterung nicht wegzudenken, besticht sie doch vor allem mit einem in der Regel hohen Energiegehalt. Einen großen Anteil daran besitzen die Kohlenhydrate, insbesondere die Stärke, welche nahezu zu 100 % verdaulich ist.

Der hauptsächliche Abbau der Stärke einer Maissilage findet im Pansen der Kuh statt. Ein gewisser Anteil der Maissilagestärke entgeht aber dieser bakteriellen Fermentation und gelangt unabgebaut in den Dünndarm. Diese Durchflussstärke, auch pansenstabile Stärke genannt, wird dann mittels körpereigener Enzyme im Dünndarm verdaut. Dieser Verdauungsvorgang ist energetisch effizienter als eine „bakterielle“ Verdauung im Vormagen. Auch kann die Durchflussstärke den Pansen in gewisser Weise entlasten, gerade bei sehr energie-, zucker- und stärkereichen, strukturärmeren Rationen.

Grundsätzlich stehen diesen Vorteilen auch Nachteile eines zu hohen Anteils an pansenstabiler Stärke gegenüber. Das wären eine eventuell unzureichende Mikroorganismentätigkeit im Pansen und gegebenenfalls eine Überlastung der Dünndarmkapazität durch diese pansenstabile Stärke. Diese Aspekte sind stets in Abhängigkeit vom Rationstyp, der Rationsgestaltung sowie der Leistung und Futteraufnahme der Kühe abzuwägen.

Anteil an Durchflussstärke bei Maissilage

Auf den Anteil an pansenstabiler Stärke einer Maissilage nehmen grundsätzlich die Sorte, vor allem der Sortentyp (Zahnmais (Dent) beziehungsweise Hartmais (Flint)) und die damit verbundene Stärketextur Einfluss. Maisstärkekörner sind in einer Proteinmatrix eingekapselt, die eines der Haupthindernisse für die Stärkeverdaulichkeit im Pansen darstellt. Außerdem ist die Schale (Perikarp) des Maiskorns resistent gegen den Abbau im Pansen.

Im Hartmais ist die Stärke „dichter“ als im Zahnmais. Ursache dieses Unterschiedes ist die Eiweißhülle (Endosperm), welche die Stärkemoleküle umgibt. Diese unterscheidet sich in der Zusammensetzung bei Hart- und Zahnmais. Während Hartmais ein kleines, weiches Endosperm in der Mitte des Korns besitzt, welches von einem harten, glasigen Endosperm umgeben ist, ist das Endosperm beim Zahnmais nur an der Seite glasig. Maissorten mit glasigerem Endosperm (Hartmais) haben eine geringere ruminale Stärkeabbaubarkeit. Gerade frühe Sorten weisen in der Regel einen höheren genetischen Hartmaisanteil auf, wohingegen spätere Sorten oftmals einen größeren Zahnmaisanteil haben.

Darüber hinaus ist die Körnerzerkleinerung (Cracken) von großer Bedeutung für die Stärkeverdaulichkeit. Einen weiteren sehr bedeutenden Einfluss bezüglich der Stärkebeständigkeit stellt der Silierprozess dar.

Silierdauer beeinflusst Abbaubarkeit

Bereits frühere Untersuchungen zeigten, dass während der Vergärung von Mais eine teilweise Auflösung der Proteinmatrix, welche die Stärke im Maiskorn umgibt, stattfindet. Damit wird die Maisstärke besser für die Pansen-Mikroorganismen angreifbar, sodass der hydrolytische Stärkeabbau im Vormagen schneller beginnen kann. Zudem wirkt auch die mit der Vergärung einhergehende Quellung der Stärke förderlich auf den Stärkeabbau. Die Silierdauer hat ebenfalls einen großen Einfluss hierauf. Bisherige Untersuchungen zeigen, dass mit steigendem Feuchtegehalt der Silage die Gärprozesse umso schneller und intensiver ablaufen und daher umso zeitiger nach dem Einsilieren bereits die höchste ruminale Stärkeabbaubarkeit erreicht wird.

Verschiedene Untersuchungsmethoden

Ergebnisse zum Einfluss verschieden langer Silierzeiten auf die Stärkeabbaurate in Maissilagen aus bisherigen Studien basieren nach Aussagen von Autoren einer aktuell publizierten Untersuchung (­Cueva et al., 2023) auf In-vitro-Untersuchungen. Diese In-vitro-Untersuchungen basieren international meistens auf der Verwendung von Pansensaft und dem im Labor gemessenen Gasbildungspotenzial der Futterproben. Möglicherweise aber bilden In-vitro-Tests zur Bestimmung der Stärkeverdaulichkeit das Milieu und die Abbauvorgänge im Pansen nicht genau genug ab.

Daher wurde von einigen Autoren zur Messung der Veränderung der ruminalen Stärkeverdaulichkeit die In-situ-Methode favorisiert. Bei einem solchen Verfahren – auch als Pansenbeuteltechnik oder Nylonbeutelmethode bezeichnet – werden die zu prüfenden Futterproben in kleinen Nylonbeuteln für bestimmte Zeiten direkt in den Pansen fistulierter Tiere gelegt. Nach einer bestimmten Inkubationszeit wird ermittelt, welcher Probenanteil verdaut wurde.

Auch bei solchen In-situ-Methoden bestehen einige Unzulänglichkeiten, wie zum Beispiel der Einfluss der Verweilzeit (die zu wählende Passagerate), Partikelgrößeneffekte oder besonders ein Verlust von kleinsten Futterpartikeln, etwa Stärke, durch die Maschen der dafür verwendeten Nylonbeutel. Gerade der letzte Aspekt könnte zu einer Überschätzung der schnell abgebauten Stärkefraktion im Pansen führen, insbesondere wenn die Proben vor der Inkubation fein gemahlen werden. Ebenso kann die Trennung des Stärkekorns von der Proteinkomponente während des Silierprozesses dazu führen, dass Stärkekörner aus dem Nylonbeutel ausgespült werden, ohne zu fermentieren, was ebenfalls die scheinbare Abbaurate von Stärke erhöhen würde.

Diese Argumente haben letztlich dazu geführt, dass in kommerziellen Futtermittellaboren die Untersuchungen zum Stärkeabbau auf In-vitro-Verfahren unter Verwendung von Pansensaft basieren. Darüber hinaus werden heute vielfach Nahinfrarot-Reflexionsspektroskopie (NIRS)-Techniken bei der Futtermittelanalyse und damit ebenfalls zur Bestimmung von Stärkeabbauraten eingesetzt.

Aktuelle Untersuchung zur Silierdauer

Derzeit besteht jedoch nach Aussagen von Cueva et al. (2023) kein Konsens darüber, welche der drei genannten Methoden die beste ist. Daher haben diese Autoren in einer aktuellen Studie die Auswirkungen der Silierdauer auf den Stärkeabbau (gleichbedeutend mit ruminaler Stärkeverdaulichkeit) von unterschiedlichen Maissilagen mittels verschiedener Methoden und in unterschiedlichen Laboren (in vitro, in situ und NIRS) untersucht.

Nährstoffgehalte und Gärparameter

Der durchschnittliche Stärkegehalt der Silagen wurde mit 35,2 % in der TM im Labor 1 tendenziell höher (P = 0,09) analysiert als mit 34,4 % in der TM im Labor 2. Auch bei den ermittelten Gehalten an Zucker, Milch- und Essigsäure gab es zwischen beiden Laboren Unterschiede, die sich dann ebenfalls im pH-Wert widerspiegelten (Übersicht 1).

Davon abgesehen zeigten sich in beiden Laboren die gleichen Entwicklungen der Nährstoffgehalte und Gärparameter vom Tag der Einlagerung bis zum 150. Siliertag. Während der Rohproteingehalt infolge des Gärprozesses weiter abnahm, gab es keinen Effekt der Lagerungsdauer auf die Stärkekonzentration.

Silierzeit und Stärkeabbau

Die Silierdauer führte zu einem erhöhten In-situ-Stärkeabbau (P ≤ 0,001), was zugleich bedeutet, dass die Stärkebeständigkeit der Maissilagen mit der Lagerungsdauer abnahm (Übersicht 2). Im Vergleich zum unvergorenen Mais (Ausgangsmaterial für die Silierung) wiesen die Maissilagen aller fünf geprüften Sorten am 150. Siliertag die höchste Stärkeabbaurate auf. Während im frischen, nicht silierten Zustand die verschiedenen Maissorten unterschiedliche Abbaugeschwindigkeiten der Stärke aufwiesen, verschwanden diese Differenzen nach 60 Tagen der Silierung.

In den ersten 60 Siliertagen fand eine stärkere Veränderung der Stärkeabbaurate statt als in den weiteren Tagen, obwohl die Stärkeabbaurate auch danach noch etwas zunahm.

Im Durchschnitt über sämtliche Silierzeiten war die gemessene Gesamt-Abbaurate der Stärke im aktuellen Versuch für alle untersuchten Sorten mit mindestens 89 % sehr hoch (Übersicht 3), entspricht aber den Ergebnissen einer Meta-Analyse von Moharrery et al. (2014), wonach der ruminale Stärkeabbau von Maissilagen 90,9 % betrug.

In den beiden Laboren 1 und 2 war die mittels NIRS analysierte Sieben-Stunden-Stärkeverdaulichkeit zwar nicht identisch, aber in ähnlicher Größenordnung. Sie nahm mit längerer Silierdauer zu, jedoch – zumindest entsprechend den Ergebnissen des Labors 2 – in einem größeren Ausmaß während der ersten zwei Monate des Silierens. Auch die durchschnittliche Sieben-Stunden-in-vitro-Stärkeverdaulichkeit war zwischen den beiden Laboren 2 und 3 tendenziell ähnlich (P = 0,09) und nahm mit längerer Silierdauer zu.

Deutliche Unterschiede wurden aber zwischen den eingesetzten Untersuchungsmethoden sichtbar. So waren die mittels NIRS ausgewiesenen Stärkeabbaugehalte ungefähr um 7 %-Punkte höher als die in vitro gemessenen Werte. In dieser Studie wurde der In-vitro-Stärkeabbau unter der Annahme einer mittleren Verweilzeit der Stärke im Pansen von sieben Stunden gemessen, während die Abbaugeschwindigkeit der Stärke unter der Annahme einer Verweildauer im Pansen von etwa 16 Stunden (das heißt Passagerate von 6 % pro Stunde) berechnet wurde. Dies könnte sich auf die absoluten Werte der Stärkeabbaurate ausgewirkt und die Korrelation zwischen den Methoden beeinflusst haben.

Interpretation der Ergebnisse

Faktoren wie die angenommene Passagegeschwindigkeit, die technische Verarbeitung der Proben (Mahlfeinheit bei der Probenaufbereitung) und die Silierdauer können die Schätzungen des ruminalen Stärkeabbaus von Maissilagen beeinflussen. Daher sind auch die Werte für den ruminalen Stärkeabbau und die Abbauraten der Stärke von Maissilagen in der Literatur nicht einheitlich. Dennoch weisen alle Untersuchungsergebnisse darauf hin, dass bei siliertem Mais ein höherer ruminaler Stärkeabbau im Vergleich zu frischem Mais vor der Einsilierung erwartet werden kann und dieser mit längerer Silierdauer zunimmt.

Der Anstieg des In-situ-Stärkeabbaus mit fortschreitender Silierdauer war bei den in der vorgestellten Studie untersuchten Maissorten ähnlich. Die beim frischen Ausgangsmaterial noch bestehenden Unterschiede zwischen den Sorten verschwanden mit zunehmender Silierdauer allmählich.

Die verwendete Untersuchungsmethode kann einen großen Einfluss auf die geschätzte Stärkeabbaurate haben. Das erschwert auch direkte Vergleiche zwischen verschiedenen Laboren. Im vorgestellten Versuch wurden deutliche Unterschiede in der Stärkeabbaubarkeit zwischen den NIRS- und In-vitro-Methoden beobachtet. Dies betraf aber hauptsächlich die weniger vergorenen Maissilagen.

Fazit

Obwohl die unterschiedlichen Untersuchungsmethoden zu verschiedenen Ergebnissen bezüglich des Stärkeabbaus führten, zeigte sich eine enge Korrelation zwischen den drei angewandten Methoden (in vitro, in situ, NIRS). Dieses deutet darauf hin, dass alle Methoden grundsätzlich für die Untersuchung der Stärkeverdaulichkeit von Maissilagen geeignet erscheinen.

Die Stärkeabbaurate (in situ) war bei unvergorenem Mais (Ausgangsmaterial für die Silierung) am niedrigsten und stieg um 10 % von Tag 0 bis zum 60. Siliertag und um 3,6 % vom 60. bis zum 150. Siliertag (und nur etwa um 1 % vom 120. bis zum 150. Siliertag) an. Der Effekt der Silierdauer auf die Stärkeabbaurate war auch stets mit NIRS nachweisbar.

Das bedeutet, dass Veränderungen in der ruminalen Stärkeabbaubarkeit von Maissilagen in den ersten Stadien der Vergärung am intensivsten sind, aber mit einer langsameren Rate auch nach zwei Monaten des Silierens noch weiterhin stattfinden. Daher werden nach Aussagen der Autoren regelmäßige Bewertungen des Stärkeabbaus in Maissilagen empfohlen, insbesondere während der ersten zwei Monate des Silierens.