J. Anim. Physiol. a. Anim. Nutr. 60 (1988), 229-233 0 1988 Verlag Paul Parey, Hamburg und Berlin

Eingang des Ms.: 25. 3. 1988

ISSN 0044-3565

Aus dern Institut fur Ernahrungsphysiologie der Technischen Universitat Munchen in Freising- Weihenstephan

Aminosauren in der Kuhmilch wahrend und nach energetischer ijberversorgung

Von M. KIRCHGESSNER und BRIGITTE R. PAULICKS

1 Einleitung

Die Hohe der Energieversorgung beeinflugt von allen Inhaltsstoffen der Kuhmilch in erster Linie den EiweiBgehalt (KIRCHGESSNER et al. 1965). Die Rcaktionen auf Energieman- gel sind zwar meist ausgepragter, doch auch im Bereich energetischer Uberversorgung wur- den zum Teil deutliche Veranderungen im MilcheiweiBgehalt gefunden (GORDON 1977; KROHN et al. 1983). Inwieweit dabei ebenfalls die Zusammensetzung des Milchproteins betroffen ist, sollte in der vorliegenden Arbeit fur Energieuberversorgung untersucht wer- den. Da die Veranderungen bei NPN-Verbindungen, speziell bei Harnstoff und Allantoin bereits beschrieben wurden (KIRCHGESSNER und KAUFMANN 1987), befake sich die vorlie- gende Untersuchung ausschlieBlich rnit dem Aminosauren (AS)-Muster des Milchproteins und seinen etwaigen Veranderungen. Zudem sollte durch die Anwendung moderner Methoden der Aminosaurenanalytik die Datenbasis zur AS-Zusammensetzung des Milch- eiweii3es erweitert werden.

2 Material und Methoden

Der Versuch wurde rnit 4 eineiigen Zwillingskuhpaaren der Rasse Dt. Fleckvieh durchge- fuhrt, die bei Versuchsbeginn am Anfang des dritten Laktationsmonats mit einer durch- schnittlichen taglichen Milchleistung von 21,5 kg mit 3,9% Fett und 3,2010 EiweiB standen. Zwischen den Zwillingen traten nur geringfugige Unterschiede auf. Die Tiere wurden nach dem ,Split-Twin-Verfahren" zufallig auf zwei Behandlungen verteilt. Gruppe K wurde als Kontrolle durchgehend normgerecht (GESELLSCHAFT FUR ERNAHRUNGSPHYSIOLOGIE DER

HAUSTIERE 1979) rnit Energie versorgt. Fur die Tiere der Versuchsgruppe (E) war 4 Wochen lang (Periode P,) eine taglich urn 20 MJ NEL uberhohte Energiezufuhr vorgesehen. Zur Feststellung etwaiger Nachwirkungen des Energieuberschusses wurden sie anschlieBend 4 Wochen lang (Periode P2) nach Norm versorgt (E*). Nach einer Zwischenperiode von 10- 20 Tagen rnit normgerechter Energiezufuhr wurde die Behandlungssequenz unter Beibe- haltung der Gruppeneinteilung wiederholt (Periode P, und P4). Die Versorgung mit Pro- tein und Mineralstoffen war wahrend der ganzen Zeit bei allen Tieren bedarfsdeckend. Einzelheiten zu Versuchsdurchfuhrung, Tierrnaterial und Rationsgestaltung sind einer fru- heren Arbeit (KAUFMANN und KIRCHGESSNER 1987) zu entnehmen.

Zur Feststellung von Behandlungseinflussen auf Kriterien der Milchleistung wurde die Milchmenge taglich gernessen und in 2- bis 3tagigem Abstand von jedem Einzeltier Milch- proben gezogen und auf verschiedene Inhaltsstoffe untersucht. Die Bestimmung der ein- zelnen AS erfolgte entsprechend den in einer vorausgehenden Arbeit beschriebenen Methoden (KIRCHGESSNER und KREUZER 1988).

Die statistische Auswertung des Datenmaterials wurde nach dem Split-Plot-Mode11 (GILL 1981) rnit den Hauptfaktoren Behandlung, Periode und Paar mit Hilfe des Pro-

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grammpaketes SAS vorgenommen. Bei signifikanter Interaktion BehandIung x Periode wurden die entsprechenden Mittelwerte mittels Student-Newman-Keuls-Test auf gesicher- te Unterschiede (p < 0,OS) gepriift und gegebenenfalls in den Ergebnistabellen mit ver- schiedenen Hochbuchstaben gekennzeichnet. Neben diesen Mittelwerten ist auch der Standardfehler des Mittels (S.F.) aufgefuhrt.

3 Ergebnisse

Der EnergieuberschuR verursachte insgesamt keine grogeren Schwankungen im AS-Muster der Milch (siehe Tabelle 1). Wie der durchweg kleine Standardfehler zeigt, bestanden auch zwischen den Einzeltieren nur geringe Unterschiede. Der Anteil der essentiellen AS am

Tabelle 1. Aminosaurenmuster (g/lOO g AS) in der Kuhmilch wahrend und nach Energiezulage im Futter

(Table 1. Amino acid pattern (g/lOO g AA) in the milk of dairy cows during and after energy addition in feed)

I AS E Per p, Gr. K

P A K E*

Arg His Ile Leu LYS Met Phe Thr

Val

Ala Asx

Glx

Pro Ser

TrP

CYS

GIY

TY r

3,2 3,O 3,3 3,O 2,6"h 4,4' 3,IabC 2, l" 4,4 4,4 4,s 4,s 9,6 9.8 9,7 9,7 8,2 8.1 8,4 7,9 2,4 2.5 2,4 2,6 4.6 4.4 4.4 4.7 4,O 3.9 4,2 4,O l,oa 1.2'c 1,lb 1,2b' 5,6 5,6 5,7 5,7

p, K E

3,1 3.2"' 4.3 9.3 8.6 2,s 4.5 4,o 1,2bC 5.4

p, K E' S.F

3,2 3, l 0 2 3,3"" 4,1b' 0,7 4,s 4,3 0,l

8,3 8,2 0,3 2,s 2,6 0,1 4,6 4,4 0 2 4,O 3,8 0,1 1,3' 1,l' 0.1 5,6 5,s 0,1

9,6 9,3 0.3

2.9 3.0 3,O 3,O 3,O 2,9 3,O 2,9 0,1 7,3 7,4 7,s 7,s 7,O 7,3 7,3 7,3 0 2 1,2 1,2 1,2 1,4 1,2 1,3 1,l 1,3 0,1

23,l 22.2 22,9 22,s 22,4 22,5 22,9 21,8 0s 1,6 1.7 1,6 1,7 1,7 1,6 1,6 1,6 0.1

5.1 5.1 5,2 5,l 5.1 5,1 5, l 5,l 0.1 10,2db 9,4"h 8,9" 10,6' 10,7' 9,6"b 9,2"b 10,gb 0.7

3.0" 2.8" 3,O" 2,9" 2,9 2,8" 3,2h 2,8" 0,1

essentielle 45,6" 47,Jh 46,7"b 45,4" 46,Iab 46,@ 46,6"b 46,3"b 0,6 nichtess. 54,4h 52,7" 53,3"b 54,6b 53,9" 53,2Ab 53,4"" 53,7"b 0.6

MilcheiweiR war bei Energiezulage in Periode P, signifikant erhoht und fie1 in der Nachpe- riode P, unter das Kontrollniveau ab. Gegenlaufig verhielt sich der Anteil der nichtessen- tiellen AS. Die Unterschiede waren in erster Linie auf die deutlichen Veranderungen bei His und Pro zuriickzufiihren, wobei die Anteile von His und essentiellen AS mit r = 0,75 (p < 0,001) und die Gehalte von Pro und nicht essentiellen AS im Milchprotein mit r = 0,62 (p < 0,001) korreliert waren. Auch fur Trp wurden bei Energiezulage signifikant erhohte Werte beobachtet. Allerdings stieg der Anteil an Trp in der Milch der Kontroll- tiere iiber den gesamten Versuchszeitraum kontinuierlich an, wahrend in Gruppe E kon- stante oder leicht abfallende Werte gefunden wurden. Im zweiten Teil des Versuchs (Periode P, und P4) traten die zu Beginn beobachteten Effekte nicht oder nur tendenziell auf.

Wie Tabelle 2 zu entnehmen ist, wurde der Anteil der essentiellen und nichtessentiellen AS im Rohprotein der Milch durch die unterschiedliche Energieversorgung nicht beein-

Aminosauren in der Kubmilcb 23 1

Tabelle 2. Rohprotein- (g/lOO g T), Aminosauren- (g/100 g XP) und Harnstoff- (g/100 g XP) gehalte der Kuhmilch wahrend und nach Energiezulage in1 Futter

(Table 2. Crude protein (g/lOO g T), amino acids (g/lOO g CP), and urea (g/lOO g CP) contents in the milk of dairy cows during and after energy addition in feed)

Periode Gruppe

p, K E

p2 K E*

p, K E

p4 K E* S.F

Rohprotein in der Milchtrockenmasse 25,2 25.5 26,l 25,8 26.6 25,8 26,4 26,3 0,7

% Aminosauren irn Rohprotein essentielle 52,8 52,7 50,O 49,9 49,7 53.2 52,2 50,8 2,6 nichtess. 63,O 5F,7 57,O 60,O 58,2 60,4 59,7 58,8 3,1 gesamt 115,8 111,4 107,O 109,9 107,9 113,6 111,9 109,6 5,6

010 Harnstoff im Rob rotein 0,6" 0,4" 0,6" 0,7' 0,5' 0,3a 0,5' 0,6b' 0,1

flu&. Bei den Gehalten von His, Trp und Pro im Rohprotein traten im Prinzip die gleichen Unterschiede auf wie fur das Aminosaurenmuster des Milchproteins beschrieben. Die NPN- und speziell die Harnstoffkonzentration reagierte dagegen bei Energiezulage rnit einem deutlichen Absinken (vgl. KIRCHGESSNER und KAUFMANN 1987). Die sich ergebenden Werte von 107-1 16% AS im Rohprotein zeigen, daa der fur Milch zu verwendende Faktor von 6,37 bei der Umrechnung von N auf Rohprotein angesichts eines NPN-Anteils von mindestens 8% fur die vorliegende Untersuchung zu niedrig war (vgl. KIRCHGESSNER und KREUZER 1988).

4 Diskussion

Die vorliegenden Ergebnisse zur Aminosaurenzusammensetzung des Milcheiweiaes stim- men sehr gut mit den Werten fruherer Versuche iiberein (siehe KIRCHGESSNER und KREUZER 1988). Auch bei His deckt sich der in der Literatur beschriebene Anteil von etwa 3 g/16 g N (DUNCAN et al. 1952; JURSA und BOTTO 1980) weitgehend mit dem vorliegenden durch- schnittlichen Gehalt von 3,3 g Hid16 g N in der Milch der Kontrolltiere. Dagegen war bei Energiezulage mit rund 4,6 g/16 g N wesentlich mehr His im Milchprotein enthalten.

Wurde in alteren Arbeiten noch die Moglichkeit einer Veranderung der AS-Zusammen- setzung des Milchproteins diskutiert (KUGENEV 1959; BIGWOOD 1960,1963; KIERMEIER und KIRCHMEIER 1963), kommt inzwischen nur noch eine Verschiebung in den Anteilen der einzelnen Milchproteinfraktionen als Ursache fur abweichende AS-Gehalte in Betracht. Seit der Aufldarung der AS-Zusammensetzung der wichtigsten Milchproteine (siehe MCKENZIE 1971; WOODWARD 1976) kann namlich von einer genetischen Fixierung der Aminosaurensequenzen ausgegangen werden (KIRCHGESSNER et al. 1965). Allerdings kon- nen die Anteile der Einzelproteine am Gesamtmilcheiweig z. T. erheblichen Schwankun- gen unterliegen. In manchen Arbeiten wird etwa eine Steigerung von Casein-, a-lactalbu- min- und P-Lactoglobulingehalt der Milch bei erhohter Energiezufuhr beschrieben (HOLMES et al. 1960; CASTLE et al. 1961; YOUSEF et al. 1970; BARTSCH et al. 1979). Bezogen auf den Milch-N-Gehalt waren jedoch auch in diesen Arbeiten die Anteile der verschiede- nen Casein- und Molkenproteine konstant und wurden - wie auch GORDIN et al. (1973) und BARTSCH et al. (1979) in ihren Untersuchungen feststellten - durch die Hohe der Ener- gieversorgung nicht beeinflugt.

Der Gehalt an His in Casein- und Molkenproteinen wird in der Literatur mit 1,6-3,3 g/ 16 g N angegeben (s. KIRCHGESSNER und KREUZER 1988). Lediglich KIERMEIER und KIRCH- MEIER (1963) fanden bei einem insgesamt vollig von der Norm abweichenden AS-Muster in der Milch noch mehr His im Casein. Ahnlich hohe Werte wie vorliegend wurden bis-

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lang nu r von GORDON et al. (1953) bzw. HANSEN und CARLSON (1956) fur y-Casein sowie von STEIN und MOORE (1949) fur Serum-Albumin beschrieben. Bei einer Erhohung des y-Casein- oder Serum-Albumin-Gehalts hatten sich aber auch deutliche Abweichungen bei anderen AS zeigen miissen. Zudem stellen diese Fraktionen ebenso wie die freien AS nur einen sehr geringen Anteil des MilcheiweiBes dar (LING et al. 1961).

Zusammenfassend ist festzustellen, daB der beobachtete Anstieg der His-Werte und der Abfall der Pro-Werte im Milcheiweifi bei Energiezulage sowie die Veranderungen bei T rp mit Hilfe der bisherigen Kenntnisse iiber die Milchproteinzusammensetzung weder durch Verschiebungen bei den Anteilen der Milcheiweififraktionen noch durch Veranderungen der AS-Muster erklart werden konnen. Weitere Untersuchungen hierzu sind deshalb not- wendig.

Zusammenfassung

Zur Untersuchung von Aus- und Nachwirkungen einer iiberhohten Energiezufuhr auf die Ami- nosaurenzusammensetzung des Milchproteins wurden 4 eineiige Zwillingskuhpaare (Dt. Fleck- vieh) nach dem ,,Split-Twin-Verfahren“ in zwei Gruppen (K und E) aufgeteilt. Bei durchgehend nornigerechter Versorgung von Gr. K wurde Gr. E einer Behandlungssequenz von Energiezu- lage (P,)-Normversorgung (P,)-Energiezulage (P,J-Normversorgung (P4) in 4wochigem Wechsel untenvorfen. Die Erhohung der Energiezufuhr sollte dabei urn 20 MJ NEL iiber dem Bedarf lie- gen.

Die energetische Uberversorgung blieb ohne wesentliche physiologische Auswirkungen auf das AS-Muster des Milchproteins. Nachwirkungen des Energieiiberschusses waren ebenfalls nicht eindeutig festzustellen. Nur His reagierte auf Energiezulage mit erhohten Werten, bei Pro deuteten sich gegenlaufige Reaktionen an. In weitgehender Ubereinstimmung mit der Literatur wurden bei Kontrollversorgung je 16 g Milch-N 3,s g Arg, 3,3 g His, 4,9 g Ile, 10,s g Leu, 9,2 g Lys, 2,7 g Met, 5,O g Phe, 4,5 g Thr, 1,3 g Trp, 6,2 g Val, 3,3 g Ala, 8,l g Asx, 1,3 g Cys, 25,2 g Glx, 1,8 g Gly, 10,8 g Pro, 5,7 g Ser und 3,3 g Tyr, d. h. 51,l g essentielle und 59,4 g nichtessentielle AS nachgewiesen.

Summary

Effect of excessive energy supply on the amino acid pattern of milk from dairy cows To examine direct and residual effects of excessive energy supply on the amino acid pattern of milk protein 4 hoinozygotic pairs of dairy cows were divided into 2 groups (K and E) according to the “split-twin-method”. Group K serving as control got continously standard supply while group E was subjected to a treatment sequence of energy addition (period P,) - standard supply (P2) - energy addition (P,) - standard supply (‘2,). Each period lasted 4 weeks. The energy addi- tion was designated to 20 MJ NEL.

Excessive energy supply caused neither severe physiologic effects nor clear residual effects on the amino acid pattern of milk protein. Only the fraction of histidine increased with energy addition, proline had a tendency to inverse changes. In extensive agreement with literatur the contents ofamino acids in the milk ofthe animals ofthe control group were (g/16 g milk-N): 3.5 Arg, 3.3 His, 4.9 Ile, 10.5 Leu, 9.2 Lys, 2.7 Met, 5.0 Phe, 4.5 Thr, 1.3 Trp, 6.2 Val, 3.3 Ala, 8.1 Asx, 1.3 half-Cys, 25.2 Glx, 1.8 Gly, 10.8 Pro, 5.7 Ser, and 3.3 g Tyr. That means 51.1 g essential and 59.4 g nonessential amino acids per 16 g milk-nitrogen.

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