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Suitability of phytogenic compounds in the diet of ruminants to improve animal and ecological health

English title Suitability of phytogenic compounds in the diet of ruminants to improve animal and ecological health
Applicant Kreuzer Michael
Number 149976
Funding scheme Project funding
Research institution Institut für Agrarwissenschaften ETH Zürich
Institution of higher education ETH Zurich - ETHZ
Main discipline Veterinary Medicine
Start/End 01.01.2015 - 30.06.2018
Approved amount 311'000.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Veterinary Medicine
Agricultural Engineering

Keywords (7)

Nutrition; Ruminant Health; Tannins; Ecological Health; Productivity; Phytogenic Compounds; Methane

Lay Summary (German)

Lead
Sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe wie die Phenole können methanbildende Mikroben im Vormagen von Wiederkäuern hemmen. Wiederkäuer setzen täglich grosse Mengen an Methan frei, ein Treibhausgas mit einem 21-fach höheren Erwärmungspotential als Kohlendioxid. Aus diesem Grund ist die Methanhemmung über Futterzusätze wie Phenole und andere sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe ein global bedeutendes Forschungsthema. Neben der methanhemmenden Wirkung können phenolhaltige Futterzusätze eingesetzt werden, um den Befall von Wiederkäuern mit gastrointestinalen Würmern zu vermindern. Obwohl sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe aus diesen Gründen vielversprechende Futterzusatzstoffe darstellen, ist nur wenig über deren Langzeiteffekte auf die Gesundheit und Leistung der Wiederkäuer sowie auf die Qualität der Lebensmittel von diesen Tieren bekannt. Mit der vorliegenden Studie soll ein Teil dieser Effekte untersucht werden.
Lay summary

Bevor sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe wie Phenole als Futterzusatzstoffe in der landwirtschaftlichen Tierhaltung eingesetzt werden können, müssen die möglichen positiven wie auch negativen Effekte auf die Gesundheit und Leistung der Wiederkäuer untersucht werden. Dies soll im Rahmen des vorliegenden Projektes erfolgen.

In einer ersten Studie sollen die Phenole respektive Mischungen von Phenolen mit dem grössten Potential bezüglich Methanhemmung identifiziert werden. Dies erfolgt mit Hilfe von in vitro-Studien im Labor und wird mit Mikroben aus dem Vormagen von Wiederkäuern durchgeführt.

Anschliessend wird in einer Langzeitstudie mit Wiederkäuern untersucht, ob der methanhemmende Effekt der vorangehend identifizierten Phenole anhaltend ist oder ob die methanbildenden Mikroben eine Resistenz gegen die Phenole ausbilden. Erhoben werden dabei auch mögliche Veränderungen von Leistungsparametern wie Futterverwertung, Tageszunahmen und Milchleistung, aber auch gesundheitsrelevante Faktoren wie zum Beispiel die Auswirkungen der pflanzlichen Futterzusätze auf den Knochenstoffwechsel.

In einer weiteren in vivo Studie wird die Auswirkung einer Fütterung der Phenole auf die Fruchtbarkeit von Wiederkäuern und die Gesundheit und Entwicklung der Jungtiere untersucht. Eine gute Fruchtbarkeit beim Nutztier ist einer der wichtigsten Faktoren für den Landwirt, um zu entscheiden, ob ein Tier weiter genutzt oder geschlachtet wird.

Die Qualität der tierischen Produkte wie Milch und Fleisch ist unter anderem ausschlaggebend, ob das Produkt vom Konsumenten gekauft wird. Dabei sind die Menge und Zusammensetzung der Inhaltsstoffe von Wichtigkeit. Die Inhaltsstoffe wie zum Beispiel das Fett respektive das Fettsäuremuster werden durch das Futter und damit auch durch die Futterzusatzstoffe stark beeinflusst. Aus diesem Grund wird in der vorliegenden Studie die Milch respektive das Fleisch der Wiederkäuer aus den durchgeführten Versuchen im Labor untersucht. 

Direct link to Lay Summary Last update: 26.11.2014

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Name Institute

Publications

Publication
In vitro bioactivity of various pure flavonoids in ruminal fermentation, with special reference to methane formationIn vitro bioactivity of various pure flavonoids in ruminal fermentation, with special reference to methane formation
Susanne Sinz, Carmen Kunz, Annette Liesegang, Ueli Braun, Svenja Marquardt, Carla R Soliva, Michael Kreuzer (2018), In vitro bioactivity of various pure flavonoids in ruminal fermentation, with special reference to methane formationIn vitro bioactivity of various pure flavonoids in ruminal fermentation, with special reference to methane formation, in Czech Journal of Animal Science, 63(No. 8), 293-304.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Group of Animal Nutrition, ETH Zurich Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
Dr. Silvia Ortmann, Leibnitz Institute for Zoo and Wildlife Research Germany (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
Clinic of Reproductive Medicine / UZH Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
Maitagung 2018 Poster Einfluss von Traubenkernextrakt auf Leistung und Methanproduktion von Lämmern und Gitzis 08.05.2018 Zürich, Switzerland Kreuzer Michael; Sinz Susanne; Liesegang Annette;
GfE 2018 Poster Investigations on the additivity of the effects of polyphenol rich plant extracts in methane mitigation in vitro 13.03.2018 Göttingen, Germany Liesegang Annette; Kreuzer Michael; Sinz Susanne;
GfE 2107 Poster Effect of the flavanols catechin, gallocatechin, epigallocatechin and epigallocatechin gallate on in vitro ruminal fermentation 14.03.2017 Göttingen, Germany Sinz Susanne; Kreuzer Michael; Liesegang Annette;
PhD Symposium Institute of Agricultural Sciences ETH Zurich Talk given at a conference Suitability of phytogenic compounds in the diet of ruminants to improve animal and ecological health 27.10.2016 Einsiedeln, Switzerland Sinz Susanne;
Maitagung 2016 Poster Kurzzeiteffekte reiner, in Pflanzen vorkommender Flavanole auf die Fermentation im Pansen in vitro 11.05.2016 Zürich, Switzerland Kreuzer Michael; Liesegang Annette; Sinz Susanne;
GfE 2016 Poster Pure flavonoids and their influence on ruminal methanogenesis and fermentation as determined in vitro 08.03.2016 Göttingen, Germany Sinz Susanne; Kreuzer Michael; Liesegang Annette;
GGAA 2016 Poster Comparison of different phenols in their potential to mitigate in vitro methanogenesis of ruminal microbes 14.02.2016 Melbourne, Australia Liesegang Annette; Kreuzer Michael; Sinz Susanne;


Abstract

Current knowledge: Phytogenic compounds are of interest as feed additives for ruminants because they potentially can serve as: i) natural methane inhibitors, thereby decreasing the global greenhouse gas burden (i.e., promoting ecological health), and ii) health-promoters and natural substitutes for in-feed antibiotics, (i.e., promoting animal health).The currently available information about the impact of phytogenic compounds as feed additives can be summarised as follows: i) Phytogenic compounds fed over a short period are able to decrease methane formation deriving from ruminants; ii) The methane-mitigating properties of phytogenic compounds seem to be type-, dosage- and diet-dependent, with inter-species differences between ruminants being most likely ; iii) Phytogenic compounds in the form of phenolic compounds seem to have the most favourable effects; iv) phenolic compounds reduce ruminal bloat and the gastrointestinal burden due to nematodes; while other health-improving effects are indicated; and v) some (dosages of) phenolic compounds impair animal health even over short time periods.Gaps in knowledge: Following issues require further study: i) Identification of phenolic compounds/compound mixtures effective in mitigating CH4 emission while improving ruminants’ health and productivity; ii) Persistence of the methane-mitigating action of phenolic compounds when fed over long time periods; iii) Long-term effects of phenolic compounds on animal health and productivity; iv) Effects of phenolic compounds on reproduction, and development of foetal, newborn and growing animals; and v) Effects of phenolic compounds on the quality of animal source food.Research Plan: The project focuses on the following four objectives (a-d) achieved by a total of five activities:a)Identification of promising phenolic compounds and compound mixtures, as well as their ideal dosage with different diets commonly fed to ruminants regarding CH4 mitigation and nutrient fermentation by ruminal microbes and generating possible explanations of the mode of action, i.e., direct vs. indirect effect, of the phenolic compounds in exerting CH4-mitigation in the rumen; b)Determination of the long-term impact of dietary administration of phenolic compounds/compound mixtures on enteric CH4 formation, animal health and productivity; c)Determination of the impact of dietary administration of phenolic compounds /compound mixtures to ruminants before and during pregnancy and lactation as well as evaluating the effects of phenolic compounds when supplemented to the diet of lactating animals on growth and performance of the offspring;d)Determination of the effects of phenolic compounds on the quality of animal source food.Importance and Impact: So far, many ruminant nutrition studies have been carried out to investigate the CH4-mitigating effects of phenolic compounds or their impact on health aspects such as ruminal bloat and gastrointestinal nematodes. However, studies combining both aspects, i.e., the impact on animal and ecological health of prolonged administration of phenolic compounds to ruminants, have not been sufficiently investigated. Although phenolic compounds as feed additive seem promising from the results currently generated, greater knowledge of aspects such as their long-term impact on animal health, productivity and the quality of animal source food is imperative before such dietary additives can be applied in livestock husbandry.
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