Relevance of amino acid digestibility for the protein utilization efficiency in poultry

Abstract

One aim of poultry nutrition research that has been pursued for decades is to decrease the ingested protein relative to the protein accreted in animal body weight or eggs, which is described in the key figure ‘protein utilization efficiency’. Increasing protein utilization efficiency aims to ensure global food and water security and to minimize the effects of excreted nitrogenous compounds on the environment and the health of animals and humans. Protein utilization efficiency can be increased by adjusting the supply of digestible amino acids to animals relative to the requirement for digestible amino acids. The predictability of amino acid digestibility of feed ingredients is a prerequisite to achieve this goal. This habilitation thesis puts knowledge gained from studies on methods of amino acid digestibility determination, influences on amino acid digestibility, and variation in amino acid digestibility within feed ingredients into the context of predictability of amino acid digestibility. Methodological, dietrelated, and animal-related influences that considerably determine amino acid digestibility are presented and evaluated. This includes feed intake, feed provisioning, feed processing, chemical composition of feed ingredients, feed enzymes, and microbiota in the digestive tract. Cropping conditions influencing amino acid digestibility are also addressed. The gained insights may contribute to make amino acid digestibility more predictable in the future. Recent attempts to predict amino acid digestibility, however, have not been sufficiently accurate to fulfill the aim of being able to formulate diets according to the requirement for digestible amino acids in practice. Suggestions for future strategies to work toward a more accurate predictability of amino acid digestibility are included. Model calculations show that increasing amino acid digestibility can considerably raise protein utilization efficiency. When amino acid digestibility is increased by an influence not related to the feed ingredient providing amino acids (e.g., supplemented enzymes), increasing amino acid digestibility by 1 percentage point raises the protein utilization efficiency by ~0.43 percentage points. An increase in protein utilization efficiency of up to 0.5 percentage points can be expected when amino acid digestibility is increased by selecting variants of a feed ingredient for higher amino acid digestibility. The thesis concludes with a critical examination of the general perception that higher amino acid digestibility and maximized protein utilization efficiency are advantageous. Situations in which lower amino acid digestibility and smaller protein utilization efficiency provide benefits are discussed.

Ein seit Jahrzehnten verfolgtes Ziel der Tierernährungsforschung ist es, das aufgenommene Protein im Verhältnis zum im Körper oder in Eiern angesetzten Protein zu erhöhen. Dieses Verhältnis stellt die zentrale Kennzahl "Proteinnutzungseffizienz" dar. Die Proteinnutzungseffizienz zu erhöhen verfolgt das Ziel, die globale Versorgungssicherheit mit Nahrung und Wasser zu gewährleisten und negative Auswirkungen von durch Tiere ausgeschiedene stickstoffhaltigen Verbindungen auf die Umwelt und die Gesundheit von Tieren und Menschen zu reduzieren. Die Proteinnutzungseffizienz kann erhöht werden indem die Versorgung der Tiere mit verdaulichen Aminosäuren dem Bedarf nach verdaulichen Aminosäuren angepasst wird. Die Schätzung der Aminosäurenverdaulichkeit von Futterkomponenten ist Voraussetzung um dieses Ziel zu erreichen. Diese Habilitation setzt das Wissen aus Studien zur Methodik der Bestimmung der Aminosäurenverdaulichkeit, Einflüsse auf die Aminosäurenverdaulichkeit und die Variation der Aminosäurenverdaulichkeit innerhalb einer Futterkomponente in den Kontext der Schätzbarkeit der Aminosäurenverdaulichkeit. Methodische, futterbezogene und tierbezogene Einflüsse mit erheblichem Einfluss auf die Aminosäurenverdaulichkeit werden dargestellt und bewertet. Dies schließt die Futteraufnahme, Futterdarbietung, Futterbearbeitung, chemische Zusammensetzung von Futterkomponenten, Futterenzymen und die Mikrobiota im Verdauungstrakt ein. Anbaubedingungen der Futterpflanzen mit Einfluss auf die Aminosäurenverdaulichkeit werden ebenfalls adressiert. Die gewonnenen Erkenntnisse können dazu beitragen, die Aminosäurenverdaulichkeit künftig besser schätzbar zu machen. Existierende Versuche die Aminosäurenverdaulichkeit zu schätzen waren allerdings nicht ausreichend präzise um das Ziel zu erreichen, den Bedarf an verdaulichen Aminosäuren treffendes Futter in der Praxis zu formulieren. Die Arbeit beinhaltet Vorschläge, wie künftig auf eine präzisere Schätzbarkeit der Aminosäurenverdaulichkeit hingearbeitet werden kann. Modellrechnungen zeigen, dass die Aminosäurenverdaulichkeit zu erhöhen die Proteinnutzungseffizienz erheblich steigern kann. Wenn die Aminosäurenverdaulichkeit durch einen Einfluss erhöht wird, der nicht mit der aminosäurenliefernden Futterkomponente im Zusammenhang steht (beispielsweise supplementierte Enzyme), ist die Proteinnutzungseffizienz um ~0,43 Prozentpunkte je Prozentpunkt gesteigerte Aminosäurenverdaulichkeit erhöht. Eine um bis zu 0,5 Prozentpunkte gesteigerte Proteinnutzungseffizienz je Prozentpunkt gesteigerte Aminosäurenverdaulichkeit kann erwartet werden, wenn Genotypen von Futterkomponenten mit höherer Aminosäurenverdaulichkeit ausgewählt werden. Die Habilitation schließt mit einer kritischen Bewertung der allgemeinen Auffassung, dass eine erhöhte Aminosäurenverdaulichkeit und Proteinnutzungseffizienz vorteilhaft ist. Situationen, bei denen eine geringere Aminosäurenverdaulichkeit und Proteinnutzungseffizienz Vorteile bietet, werden diskutiert.