Makromineralien in der Tierernährung: Funktionen, Variabilität und ihre tatsächlichen Auswirkungen auf die Futtermittelherstellung

Bei der Zusammensetzung moderner Futtermittel legen wir in der Regel großen Wert auf Energie, Proteine oder synthetische Aminosäuren. Die physiologische Funktion des Tieres hängt jedoch entscheidend von einer anderen Gruppe von Nährstoffen ab, die zwar keine Energie liefern, aber für einen präzisen Stoffwechsel absolut unerlässlich sind: die Makromineralien. Ihr Einfluss beschränkt sich nicht nur auf den Knochenaufbau oder die Aufrechterhaltung des Säure-Basen-Haushalts, sondern sie bestimmen auch die Effizienz, mit der das Tier die übrigen Nährstoffe verwertet, und damit seine Produktionsleistung.

Unter den Makromineralien zeichnen sich vier durch ihren direkten Einfluss auf Wachstum, Gesundheit und Leistungsfähigkeit aus: Kalzium (Ca), Phosphor (P), Magnesium (Mg) und Natrium (Na). Ihre ernährungsphysiologische Bedeutung ist seit Jahrzehnten erwiesen, und Autoren wie Ammerman, Baker, Henry oder Hall haben betont, dass es nicht ausreicht, nur den theoretischen Bedarf zu decken. Die Qualität der Mineralstoffquellen, ihre Löslichkeit, Reinheit, Korngröße und Stabilität bestimmen ihre tatsächliche Verfügbarkeit und damit die Reaktion des Tieres.

Darüber hinaus müssen Makromineralien in einer modernen Futtermittelfabrik nicht nur unter ernährungsphysiologischen Gesichtspunkten betrachtet werden. Ihr physikalisches Verhalten – Fließfähigkeit, Hygroskopizität, Dichte, Korngröße – wirkt sich direkt auf industrielle Prozesse wie Dosierung, Mischung, internen Transport oder Entladung in Trichter aus. Das Verständnis des Verhaltens jedes einzelnen Minerals ermöglicht es, die Zuverlässigkeit des Prozesses und die Konsistenz zwischen den Chargen zu verbessern.

Dieser Artikel bietet einen aktuellen technischen Überblick über die Rolle dieser Makromineralien, wobei physiologische und industrielle Aspekte berücksichtigt werden und auf klassische Referenzen aus der Ernährungswissenschaft sowie auf die praktischen Erfahrungen von Futtermittelherstellern zurückgegriffen wird.

Kalzium: viel mehr als nur ein struktureller Bestandteil

Kalzium ist vielleicht das Makromineral, das am meisten mit der Knochenstruktur in Verbindung gebracht wird, aber seine Funktion ist viel umfassender. Es ist an der Muskelkontraktion, der Nervenübertragung, der Blutgerinnung und der Aktivierung zahlreicher Enzyme beteiligt. Ein Mangel oder Ungleichgewicht in der Versorgung wirkt sich direkt auf die Entwicklung des Skeletts, das Wohlbefinden der Tiere und die Produktionseffizienz aus.

Kalziumquellen und industrielle Variabilität

Die häufigsten Kalziumquellen in Tierfutter sind:

• Kalziumkarbonat
• Kalziumphosphate (dicalciumhaltig, monodicalciumhaltig, monocalciumhaltig)
• Tierische Mehle (immer seltener verwendet)

Kalziumkarbonat ist aufgrund seiner Verfügbarkeit und Kosten die vorherrschende Quelle, aber seine Qualität ist überraschend unterschiedlich. Roland und Bryant haben bereits gezeigt, dass zwei ähnlich aussehende Karbonate je nach ihrer mineralischen Reinheit, Korngröße und Wärmebehandlung sehr unterschiedliche Löslichkeiten aufweisen können.

Aus industrieller Sicht wirkt sich die Korngröße von Kalziumkarbonat direkt auf sein Verhalten in Trichtern und Dosiersystemen aus. Zu feine Partikel neigen dazu, Staub, Verklumpungen und Brücken in den Trichtern zu bilden; grobe Partikel können sich während des internen Transports von den übrigen Inhaltsstoffen absetzen. Die Gestaltung der Anlage – insbesondere die Geometrie der Trichter und die Kapazität des Mischers – hat einen erheblichen Einfluss auf die Handhabung dieses Minerals.

Die Rolle der Partikelgröße

Die Partikelgröße ist sowohl für die physiologische Aufnahme als auch für das industrielle Verhalten von entscheidender Bedeutung. Bei Geflügel verbleibt grobes Calciumcarbonat länger im Muskelmagen und sorgt so für eine nachhaltige Versorgung, die die Schalenqualität verbessert. Bei Schweinen sind feine Partikel besser löslich, können jedoch mit Phosphor interagieren und die Wirksamkeit der Phytase verringern, wenn der pH-Wert im Magen nicht angemessen ist.

Wechselwirkungen von Kalzium mit anderen Nährstoffen

Kalzium interagiert mit Phytaten, Phosphaten und Aminosäuren. Ein Überschuss kann die Verfügbarkeit von Phosphor verringern und die Wirksamkeit von Phytasen einschränken. Außerdem beeinträchtigen sehr hohe Werte die Verdaulichkeit essenzieller Aminosäuren, erhöhen die Ausscheidung über den Kot und verschlechtern die Futterverwertung. Aus ökologischer Sicht erhöht ein Überschuss an Kalzium in Verbindung mit nicht absorbiertem Phosphor die Mineralstoffverluste.

Phosphor: das teuerste und variabelste Mineral

Phosphor ist an grundlegenden Prozessen beteiligt: Knochenbildung, Energiestoffwechsel (ATP), Phosphorylierung, Nährstofftransport und Zellregulation. Es ist eines der teuersten Mineralien in der Ernährung und auch eines der am stärksten von Chargenschwankungen betroffenen.

Variabilität der Phosphorquellen

Die häufigsten Quellen sind:

• Phytate aus Getreide (geringe Verfügbarkeit)
• Anorganische Phosphate (DCP, MDCP, MCP)
• Tierische Mehle
• Pflanzliche Nebenprodukte

Die Arbeiten von Hall (1997) und CVB (1997) haben gezeigt, dass die Verdaulichkeit von Phosphor selbst innerhalb derselben Phosphatart um mehr als 20% variieren kann. Dies wirkt sich direkt auf die Formulierung aus und erfordert die Arbeit mit Sicherheitsmargen oder die analytische Charakterisierung jeder Lieferung.

Fitase: Schlüssel zu ihrer Wirksamkeit

Die Einführung von Phytasen revolutionierte die Mineralstoffernährung, da dadurch der an Phytate gebundene Phosphor freigesetzt und der Einsatz von anorganischen Phosphaten reduziert werden konnte. Ihre Wirksamkeit hängt jedoch von Parametern wie den folgenden ab:

• pH-Wert des Magen-Darm-Trakts
• Kalziumspiegel
• Art des in Lebensmitteln enthaltenen Phytats
• Verweildauer

Aus industrieller Sicht hängt die tatsächliche Wirkung von Phytase auch davon ab, wie gleichmäßig sie im Futter verteilt ist. Eine unzureichende Vermischung, insbesondere in Anlagen mit Mischern mit großem Fassungsvermögen, kann ihre Wirksamkeit erheblich verringern.

Magnesium: ein essenzieller Mineralstoff

Obwohl weniger bekannt als Kalzium oder Phosphor, ist Magnesium an mehr als 300 enzymatischen Reaktionen beteiligt. Es ist unerlässlich für den Energiestoffwechsel, die neuromuskuläre Stabilität, die Muskelentspannung und die Integrität des Skeletts.

Magnesiumquellen und Variabilität

Die am häufigsten verwendeten Quellen sind:

• Magnesiumoxid
• Magnesiumcarbonat
• Magnesiumsulfat

Magnesiumoxid zeichnet sich durch seine Konzentration aus, aber seine tatsächliche Löslichkeit variiert stark je nach Herkunft, Kalzinierungsprozess und Herstellungstemperatur. Henry (1995) betonte, dass zwei Oxide mit ähnlichem chemischen Gehalt eine radikal unterschiedliche praktische Verfügbarkeit aufweisen können.

In Futtermittelfabriken können schwer lösliche Oxide wie sehr dichte Partikel wirken, die sich beim Mischen leicht abscheiden, insbesondere in Anlagen mit langen Transportwegen oder mehreren Fallstellen.

Magnesium in Stresssituationen

Magnesium moduliert die Muskelerregbarkeit. In Situationen thermischer oder metabolischer Belastung können bereits geringe Mängel zu Muskelzittern, schlechterer Umwandlung, geringerem Verbrauch und vermindertem Wachstum führen. In Betrieben mit warmem Klima kommt ihm eine besonders wichtige Rolle zu.

Natrium: Wasserhaushalt und aktiver Transport

Natrium ist an der Nervenübertragung, der Säure-Basen-Regulierung, dem osmotischen Gleichgewicht und dem aktiven Transport von Nährstoffen beteiligt. Seine Zufuhr hat einen direkten Einfluss auf die Wasseraufnahme und die Darmphysiologie.

Natriumquellen

• Natriumchlorid (gewöhnliches Salz)
• Natriumhydrogencarbonat

Salz liefert Natrium und Chlor; Bikarbonat hat eine puffernde Wirkung, die bei säurebildender Ernährung oder bei hohen Temperaturen von entscheidender Bedeutung ist. Baker (1995) betonte, dass nicht Natrium allein, sondern das Elektrolytgleichgewicht (Na + K – Cl) viele Stoffwechselprozesse bestimmt.

Die industrielle Qualität der Mineralien

Die tatsächliche Qualität der Mineralien hängt nicht nur von ihrer chemischen Zusammensetzung ab. Ihr Verhalten innerhalb der Fabrik beeinflusst die Fließfähigkeit, Dosierung, Fallgeschwindigkeit, Durchmischung und Homogenität. Die kritischsten Aspekte sind:

• Korngröße
• Rohdichte
• Hygroskopizität
• Physikalisch-chemische Stabilität
• Verträglichkeit mit Vitaminen und Enzymen

Sehr feine Mineralien verursachen Staubbildung, Verklumpungen und das Risiko von Rückständen an den Wänden von Trichtern. Sehr dichte Mineralien neigen dazu, sich während des Transports oder Mischens abzuscheiden. Hygroskopische Mineralien können in Silos Feuchtigkeit aufnehmen, sich verdichten und Krusten bilden, die das Entladen erschweren.

In einer modernen Fabrik, die mit automatischen Dosiersystemen ausgestattet ist, kann eine schlechte Fließfähigkeit zu Wiegefehlern, unregelmäßigen Abfällen und Schwankungen zwischen den Chargen führen. Die Konstruktion der Trichter, die Rutschwinkel, die Art der Schieber und der Mischer spielen dabei eine entscheidende Rolle.

Die Korngröße bestimmt sowohl die Löslichkeit des Minerals als auch sein Verhalten in Trichtern, Dosierern und Mischern. Die folgende Grafik fasst diesen Zusammenhang zusammen und erklärt, warum die Wahl der richtigen Partikelgröße in der Ernährung und in industriellen Prozessen von entscheidender Bedeutung ist.

* Die Stabilität hängt von der Art des Mischers, der Mischzeit und dem anschließenden Transport innerhalb der Fabrik ab.

Makromineralien und industrielle Mischungen

Das Mischen ist einer der entscheidendsten Prozesse für die endgültige Gleichmäßigkeit des Futters. In Fabriken mit großer Kapazität, wo die Mischer müssen mit hohen Geschwindigkeiten arbeiten, verursachen Mineralien mit sehr unterschiedlichen Korngrößen Entmischungsmuster. Dies verschärft sich während des anschließenden Transports in Förderschnecken oder Elevatoren, wo die dichteren Fraktionen dazu neigen, zu wandern.

Eine hochwertige Vormischung ermöglicht es, alle diese Mineralien in Form einer einzigen homogenen Zutat zuzuführen, wodurch die Schwankungen zwischen den Chargen verringert und der Variationskoeffizient der Mischung verbessert werden. Anlagen, die mit automatisierten Systemen arbeiten, profitieren enorm von dieser Gleichmäßigkeit, da Dosierungsfehler verringert werden und die Notwendigkeit, Chargen neu zu mischen, reduziert wird.

Makromineralien in Vormischungen: ernährungsphysiologische und technologische Vorteile

Die klassische Literatur (Henry, 1995; Ammerman et al., 1995) hebt hervor, dass die in Vormischungen bieten sowohl aus ernährungsphysiologischer als auch aus technologischer Sicht Vorteile:

• Bessere Homogenität auch bei geringen Einschlüssen
• Geringeres Risiko der Zersetzung empfindlicher Vitamine
• Reduzierung von Staub und Verklumpungen
• Bessere Dosierbarkeit
• Verringerung menschlicher Fehler

Aus prozesstechnischer Sicht verhält sich eine gut hergestellte Vormischung wie eine stabile und leicht zu handhabende Zutat. Dies erleichtert die Dosierung aus dem Makrozutatenbehälter, reduziert Probleme bei der Wiege und verbessert die Rückverfolgbarkeit der Charge.

Fazit: Die unverzichtbare Rolle der Makromineralien

Kalzium, Phosphor, Magnesium und Natrium sind grundlegende Säulen der Tierernährung. Ihre Funktionen reichen vom Energiestoffwechsel und der neuromuskulären Übertragung bis hin zur Skelettintegrität und Säure-Basen-Regulierung. Ihre Bedeutung beschränkt sich jedoch nicht nur auf die Physiologie. In einer modernen Futtermittelfabrik sind Mineralien Materialien mit eigenen physikalischen Eigenschaften, die den industriellen Prozess erleichtern oder erschweren können.

Die tatsächliche Qualität der Mineralien – Löslichkeit, Korngröße, Dichte, Kompatibilität – wirkt sich direkt auf die Dosierung, das Mischen und die Homogenität aus. Das Verständnis dieser Faktoren ermöglicht eine präzisere Formulierung, Kostensenkungen, eine Optimierung der Maschineneffizienz und eine stabile Produktion.

Die Arbeiten von Ammerman, Baker, Henry, Hall und dem CVB sind nach wie vor maßgeblich für das Verständnis der Komplexität dieser Mineralien. Die Einbeziehung dieses Wissens in die Technik und Konstruktion von Futtermittelfabriken ermöglicht robustere Prozesse, homogenere Produkte und eine Ernährung, die besser auf die tatsächlichen Bedürfnisse der Tiere abgestimmt ist.

Referenzen

• Ammerman, C.B., Baker, D.H., & Lewis, A.J. (1995). Bioverfügbarkeit von Nährstoffen für Tiere: Aminosäuren, Mineralstoffe und Vitamine. Academic Press.
• Baker, D. (1995). Nährstoffbedarf und -reaktionen. In: Bioverfügbarkeit von Nährstoffen für Tiere. Academic Press.
• CVB (1997). Dokumentationsbericht 27: Verdaulichkeit und Verfügbarkeit von Phosphor in Futtermittelzutaten. Centraal Veevoederbureau, Niederlande.
• Hall, L.E. (1997). Variation in Phosphorus Digestibility of Feed Ingredients. Zeitschrift für angewandte Geflügelforschung.
• Henry, P.R. (1995). Magnesium and Trace Mineral Bioavailability. In: Bioverfügbarkeit von Nährstoffen für Tiere. Academic Press.
• Roland, D.A., & Bryant, M.M. (1994). Partikelgröße und Kalziumverwertung bei Legehennen. Geflügelwissenschaft.