Beiträge zur ernährungsphysiologischen Bewertung optimaler Methionin:Cystein Relationen in der Masthähnchenernährung unter besonderer Beachtung hoher Mischungsanteile von Insektenmehlen als alternative Eiweißquelle für Sojaprotein | Contributions to a nutritional evaluation of the optimal methionine to cysteine ratio in the nutrition of broiler chickens under special observation of high proportions of insect meals as an alternative protein source for soy protein

Literaturdaten zur optimalen Versorgung von Masthähnchen mit schwefelhaltigen Aminosäuren (SAS) weisen beachtliche Schwankungen auf. Aufgrund der engen metabolischen Verbindung von Methionin (Met) und Cystein (Cys) stellt die Ermittlung des idealen Verhältnisses dieser beiden AS zueinander eine besondere Herausforderung dar. So besteht im Stoffwechsel die Möglichkeit, einen Cys-Mangel durch den schrittweisen Abbau von Met zu Cys auszugleichen. Da die SAS in Futtermischungen für Masthähnchen i.d.R. limitierend sind, wird eine Supplementation von synthetischem L-Met, DL-Met oder dem Hydroxyanalog HMTBA vorgenommen, um den Bedarf zu decken. Dabei sind jedoch nicht nur Kenntnisse über den Bedarf an den Gesamt-SAS, sondern auch über das ideale Met:Cys-Verhältnis notwendig, da sowohl ein Mangel als auch ein Überschuss an Met und/oder Cys negative Auswirkungen auf das Wachstum hat. Zurzeit ist die Suche nach alternativen Proteinquellen ein wichtiges Thema in der Tierernährung, um die Einsatzmengen von Soja reduzieren zu können. Eine mögliche Alternative stellen hier Insektenmehle dar. Bisherige Studien haben gezeigt, dass hohe Einsatzmengen ohne Leitungseinbußen möglich sind. Allerdings gibt es noch keine Kenntnisse über den Einfluss von Insektenprotein auf das optimale Met:Cys-Verhältnis. Ziel dieser Dissertation war es somit, einen Beitrag zur Ermittlung des optimalen Met:Cys-Verhältnisses in Futtermischungen für wachsenden Masthähnchen mit einem hohen Anteil an Insektenmehl zu leisten und zu überprüfen inwieweit die alternative Proteinquelle dieses beeinflusst. Hierfür wurden drei 35-tägige Wachstumsversuche mit männlichen Broilern der Genetik Ross 308 durchgeführt. Jeder der Versuche war in eine Starter- (Tag 1-21) und Growerphase (Tag 22-35) untergliedert. Die Tiere wurden hierbei in Bodenhaltung in 48 Boxen in Gruppen á 5 Tiere gehalten und hatten freien Zugang zu Futter und Wasser. In den eingesetzten Futtermischungen wurde ein vollständiger Austausch des Sojaextraktionsschrotes (SES) durch das teilentfettete Mehl der Larven der Schwarzen Soldatenfliege (Hermetia illucens) bzw. durch einen Presskuchen aus den Larven des Mehlkäfers (Tenebrio molitor) durchgeführt. In den beiden ersten Versuchen wurden dabei verschiedene Met:Cys-Verhältnisse (40:60; 45:55; 50:50; 55:45; 60:40) eingestellt und das Verhältnis der SAS zu Lysin lag bei 0,50. Dies sollte gewährleisten, dass die SAS die limitierenden AS waren. Als Kontrolle diente eine Futtermischung mit Sojaextraktionsschrot und einem Met:Cys-Verhältnis von 50:50, in der das Verhältnis der SAS zu Lysin ebenfalls bei 0,50 lag. Im dritten Versuch wurden die beiden Insektenmehle direkt miteinander verglichen. Hierfür wurden jeweils 3 Futtermischungen mit verschiedenen Met:Cys-Verhältnissen (50:50; 55:45; 60:40) hergestellt, in denen die SAS limitierend waren. Zusätzlich wurde mit jedem Insektenmehl eine positive Kontrolle eingesetzt, deren AS-Gehalt dem Bedarf der Tiere entsprach. Die Lebendmasseentwicklung und der Futterverzehr wurden in jedem der drei Versuche wöchentlich dokumentiert. Zusätzlich wurde jeweils am Ende der Starter- und der Growerphase ein repräsentatives Tier pro Box für die Ganzkörperanalyse ausgewählt und die Ergebnisse der Analyse mit Hilfe des Göttinger N-Verwertungmodells ausgewertet. Somit erfolgte eine Bewertung der Met:Cys-Verhältnisse sowohl mittels zootechnischen Parametern als auch Angaben zur Proteinqualität und Aminosäuren-Wirksamkeit. Zusätzlich wurden Untersuchungen zur Bestimmung der scheinbaren praecaecalen Verdaulichkeit durchgeführt. Die Ergebnisse der Versuche zeigen, dass der vollständige Austausch von Sojaextraktionsschrot durch Hermetia illucens oder Tenebrio molitor ohne Leistungseinbußen möglich ist und unterstützen Literaturangaben über ein optimales Met:Cys-Verhältnis von 50:50 in Futtermischungen für wachsende Masthähnchen. Während ein Met:Cys-Verhältnis von 40:60 die Futteraufnahme und in Folge dessen auch die weiteren zootechnischen Parameter negativ beeinflusste, hatte ein Met:Cys-Verhältnis von 60:40 keine derart starken Auswirkungen. Dies lässt darauf schließen, dass ein Met:Cys-Verhältnis von 40:60 zu einem Met-Mangel führte. Ein eventueller Cys-Mangel in den Futtermischungen mit einem Met:Cys-Verhältnis von 60:40 konnte dagegen durch den Abbau von Met zu Cys kompensiert werden. Auch die Proteinqualität war bei einem Met:Cys-Verhältnis von 50:50 oder höher am höchsten, die Met-Wirksamkeit dagegen erwartungsgemäß in den Futtermischungen mit einem Met-Anteil von ≤ 50% an den SAS. Die auf der Grundlage der Met-Wirksamkeiten abgeleiteten Met-Bedarsfwerte zeigten eine klare Abhängigkeit von der Höhe des Proteinansatzes und der Futteraufnahme sowie vom Met:Cys-Verhältnis. Grundsätzlich lagen die Werte jedoch in einem vergleichbaren Rahmen wie bereits publizierte Daten. Zudem wurde auch der mögliche Einfluss des Met:Cys-Verhältnisses und der Proteinquelle auf die Körperzusammensetzung und den Nährstoffansatz der Tiere untersucht. Hierbei zeigte sich insbesondere ein negativer Einfluss geringer Met-Anteile von 40% an den SAS. Unterschiede zwischen den Proteinquellen waren vor allem auf den unterschiedlichen Energiegehalt der Futtermischungen zurückzuführen, der durch den im Vergleich zu SES höheren XL-Gehalt in den Insektenmehlen verursacht wurde. Zusätzlich wurde die scheinbare praecaecale Verdaulichkeit des XP und ausgewählter Aminosäuren in den Futtermischungen mit Insektenmehl und Sojaextraktionsschrot bestimmt. Die Vergleiche der eingesetzten Proteinquellen zeigten hierbei keine signifikanten Unterschiede. Abschließend lässt sich festhalten, dass das optimale Met:Cys-Verhältnis in Futtermischungen für Masthähnchen bei 50:50 liegt. Grundsätzlich zeigen die Ergebnisse zudem das große Potential der Insektenmehle als alternative Proteinquelle in der Geflügelernährung und, dass diese Proteinquelle keinen Einfluss auf das optimale Met:Cys-Verhältnis in den Futtermischungen für Masthähnchen haben.

Literature data on the optimal supply of growing meat-type chickens with the sulfur containing amino acids (SAA) show significant variations. Due to the close metabolic link of methionine (Met) and cysteine (Cys), the determination of the optimal ratio between these two amino acids is a methodical challenge. In the metabolism, Met can be catabolized to Cys via various steps and a Cys-deficiency can be alleviated. Because SAA are usually in limiting position in feedstuff for meat-type chickens, Met gets supplementated as L-Met, DL-Met or the Met hydroxyanalogue HMTBA. However, it is not only necessary to have extensive knowledge about the total SAA requirement of the birds, but also about the optimal Met:Cys ratio (MCR), since both an oversupply and a deficiency have a negative impact on growth parameters. Currently, the search for alternative protein sources is an important topic in animal nutrition to reduce the quantities of soy that are needed to cover protein and amino acid requirements. One possible alternative protein source are insect meals. Several studies have shown that high inclusion rates are possible without any negative effects on growth. However, it is not known whether the insect protein has an influence on the optimal MCR. Therefore, the aim of this dissertation was to contribute to the determination of the optimal MCR in meat-type chicken diets with high inclusion rates of insect meal and to examine whether the optimal MCR is influenced by this alternative protein source. Three growth studies with 240 male day-old broiler chickens (Ross 308) were conducted, each of them lasted for 35 days and was divided into a starter (day 1-21) and grower period (day 22-35). The birds were kept in 48 floor pens with wood shavings (5 birds per pen) and had ad libitum access to feed and water. In the diets soybean meal (SBM) was completely substituted by a meal of partly defatted larvae of the Black Soldier Fly (Hermetia illucens) or a presscake of the Yellow Mealworm (Tenebrio molitor), respectively. The diets had graded MCRs (40:60; 45:55; 50:50; 55:45; 60:40) and the ratio of the SAA to lysine was set at 0.50 in order to ensure the limiting position of the SAA. The control diet with soybean meal had a MCR of 50:50 and the ratio of the SAA to lysine was set at 0.50 as well. In the third study, the two insect meals were directly compared with each other. Therefore, six diets with Hermetia illucens meal respectively Tenebrio molitor presscake and graded MCRs (50:50; 55:45; 60:40) with the SAA in limiting position were prepared. Additionally, two diets with Hermetia illucens and Tenebrio molitor and an amino acid content according to the current requirement data were used as positive controls. Zoo-technical parameters (growth, feed intake, FCR, mortality) were recorded weekly and both at the end of the starter (day 21) and grower period (day 35) one representative bird per pen was chosen for whole body analysis. The results of the analysis were evaluated using the “Goettingen approach”. Consequently, the assessment of the different MCRs was done using zootechnical parameters and data for dietary protein quality and Met efficiency. In addition, an evaluation of the apparent preacecal digestibility of protein and amino acids took place at the end of each study. The results of the three studies demonstrate the possibility of a complete substitution of soybean meal by Hermetia illucens or Tenebrio molitor without any negative effects on growth of the birds. Additionally, they provide information about an optimal MCR of 50:50 in diets for growing meat-type chickens, which underlines literature data. A MCR of 40:60 had a significant negative effect on feed intake and in consequence on the other zootechnical parameters. In contrast, a MCR of 60:40 did not lead to such negative effects. The reason might be a Met deficiency at a MCR of 40:60 and it indicates that a Cys deficiency at a MCR of 60:40 has been alleviated by Met degradation in the metabolism. Protein quality was also highest in diets with a MCR of 50:50 or higher and, as expected, the highest Met efficiency was observed in diets with a MCR of 50:50 or lower. The Met requirement data based on the evaluated Met efficiency was clearly dependent on protein deposition, feed intake and the MCR. In general, the results were comparable with already published data. Additionally, we investigated the possible impact of the MCR and the protein source on body composition and nutrient deposition of the birds. It became clear, that a low Met percentage of 40% of the SAA influenced the parameters in a negative way. Observed differences between the used protein sources can be explained by the different energy content of the diets, which was caused by the higher crude lipid content of the insect meals in comparison to SBM.  Furthermore, we determined the apparent preceacal digestibility of the crude protein and chosen amino acids in the diets with insect meal and SBM. The direct comparison of the protein sources showed no significant differences. In conclusion, it can be stated that the optimal MCR in diets for meat-type chickens is 50:50. Generally, the results of the three studies show the great potential of insect meals as an alternative protein source and demonstrate that this protein source has no impact on the optimal MCR in meat-type chicken diets.