Betain ist eine natürlich vorkommende Verbindung, die in Pflanzen und Tieren weit verbreitet ist. Als Futterzusatz wird es in wasserfreier Form oder als Hydrochlorid angeboten. Es kann Tierfutter für verschiedene Zwecke zugesetzt werden.
Diese Zwecke können zunächst mit der sehr effektiven Methyldonor-Fähigkeit von Betain zusammenhängen, das hauptsächlich in der Leber vorkommt. Durch die Übertragung instabiler Methylgruppen wird die Synthese verschiedener Verbindungen wie Methionin, Carnitin und Kreatin gefördert. Auf diese Weise beeinflusst Betain den Protein-, Lipid- und Energiestoffwechsel und verändert dadurch die Schlachtkörperzusammensetzung positiv.
Zweitens kann der Zweck der Zugabe von Betain zum Futter mit seiner Funktion als schützendes organisches Penetrationsmittel zusammenhängen. In dieser Funktion hilft Betain den Zellen im gesamten Körper, den Wasserhaushalt und die Zellaktivität aufrechtzuerhalten, insbesondere in Stressphasen. Ein bekanntes Beispiel ist die positive Wirkung von Betain auf Tiere unter Hitzestress.
Bei Schweinen wurden verschiedene positive Effekte einer Betain-Supplementierung beschrieben. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Rolle von Betain als Futterzusatz für die Darmgesundheit von entwöhnten Ferkeln.
In mehreren Betainstudien wurde über die Wirkung auf die Verdaulichkeit von Nährstoffen im Ileum bzw. im gesamten Verdauungstrakt von Schweinen berichtet. Wiederholte Beobachtungen einer erhöhten Ileumverdaulichkeit von Ballaststoffen (Rohfaser oder neutrale und saure Detergensfaser) weisen darauf hin, dass Betain die Fermentation bereits im Dünndarm vorhandener Bakterien stimuliert, da Darmzellen keine ballaststoffabbauenden Enzyme produzieren. Der Ballaststoffanteil der Pflanze enthält Nährstoffe, die beim Abbau dieser mikrobiellen Ballaststoffe freigesetzt werden können.
Daher wurde auch eine verbesserte Verdaulichkeit der Trockenmasse und der Rohasche beobachtet. Auf der Ebene des gesamten Verdauungstrakts wurde berichtet, dass Ferkel, denen 800 mg Betain/kg Futter zugesetzt wurden, eine verbesserte Verdaulichkeit des Rohproteins (+6,4 %) und der Trockenmasse (+4,2 %) aufwiesen. Darüber hinaus zeigte eine andere Studie, dass durch die Ergänzung mit 1.250 mg/kg Betain die scheinbare Gesamtverdaulichkeit des Rohproteins (+3,7 %) und des Etherextrakts (+6,7 %) verbessert wurde.
Ein möglicher Grund für die beobachtete Erhöhung der Nährstoffverdaulichkeit ist die Wirkung von Betain auf die Enzymproduktion. In einer kürzlich durchgeführten In-vivo-Studie zur Zugabe von Betain zu entwöhnten Ferkeln wurde die Aktivität der Verdauungsenzyme (Amylase, Maltase, Lipase, Trypsin und Chymotrypsin) im Speisebrei untersucht (Abbildung 1). Alle Enzyme außer Maltase zeigten eine erhöhte Aktivität, und die Wirkung von Betain war bei 2.500 mg Betain/kg Futter stärker ausgeprägt als bei 1.250 mg/kg. Die erhöhte Aktivität kann das Ergebnis einer erhöhten Enzymproduktion oder einer erhöhten katalytischen Effizienz des Enzyms sein.
Abbildung 1 – Aktivität der Verdauungsenzyme im Darm von Ferkeln, die mit 0 mg/kg, 1.250 mg/kg oder 2.500 mg/kg Betain gefüttert wurden.
In In-vitro-Experimenten wurde nachgewiesen, dass durch die Zugabe von NaCl zur Erzeugung eines hohen osmotischen Drucks die Trypsin- und Amylase-Aktivitäten gehemmt wurden. Durch die Zugabe unterschiedlicher Betain-Konzentrationen zu diesem Test wurde die hemmende Wirkung von NaCl wiederhergestellt und die Enzymaktivität erhöht. Wenn der Pufferlösung jedoch kein NaCl zugesetzt wird, beeinflusst Betain die Enzymaktivität bei einer niedrigeren Konzentration nicht, zeigt jedoch bei einer höheren Konzentration eine hemmende Wirkung.
Nicht nur die verbesserte Verdaulichkeit kann die berichtete Steigerung der Wachstumsleistung und Futterverwertungsrate von Schweinen erklären, denen Betain als Nahrung zugeführt wurde. Die Zugabe von Betain zum Schweinefutter reduziert auch den Energiebedarf der Tiere zur Erhaltung der Nahrung. Die Hypothese hinter diesem beobachteten Effekt ist, dass, wenn Betain zur Aufrechterhaltung des intrazellulären osmotischen Drucks verwendet werden kann, der Bedarf an Ionenpumpen, einem Prozess, der Energie verbraucht, reduziert wird. Im Fall einer begrenzten Energieaufnahme ist der Effekt der Betain-Ergänzung voraussichtlich stärker ausgeprägt, da die Energiezufuhr eher für das Wachstum als für die Erhaltung erhöht wird.
Die Epithelzellen, die die Darmwand auskleiden, müssen mit sehr unterschiedlichen osmotischen Bedingungen zurechtkommen, die durch den luminalen Inhalt während der Nährstoffverdauung erzeugt werden. Gleichzeitig müssen diese Darmzellen den Austausch von Wasser und verschiedenen Nährstoffen zwischen dem Darmlumen und dem Plasma kontrollieren. Um die Zellen vor diesen herausfordernden Bedingungen zu schützen, ist Betain ein wichtiges organisches Penetrationsmittel. Bei der Beobachtung der Betainkonzentration in verschiedenen Geweben ist der Betaingehalt im Darmgewebe recht hoch. Darüber hinaus wurde beobachtet, dass diese Werte durch die Betainkonzentration in der Nahrung beeinflusst werden. Ausgewogene Zellen haben eine bessere Proliferation und ein besseres Regenerationsvermögen. Daher fanden die Forscher heraus, dass eine Erhöhung des Betainspiegels bei Ferkeln die Höhe der Zwölffingerdarmzotten und die Tiefe der Ileumkrypten erhöht und die Zotten gleichmäßiger sind.
In einer anderen Studie konnte eine Zunahme der Zottenhöhe im Duodenum, Jejunum und Ileum beobachtet werden, die Tiefe der Krypten blieb jedoch unverändert. Wie bei mit Kokzidien infizierten Masthühnern beobachtet, kann die schützende Wirkung von Betain auf die Darmstruktur unter bestimmten (osmotischen) Belastungen sogar noch wichtiger sein.
Die Darmbarriere besteht hauptsächlich aus Epithelzellen, die durch Tight Junction-Proteine ​​miteinander verbunden sind. Die Integrität dieser Barriere ist von entscheidender Bedeutung, um das Eindringen von Schadstoffen und pathogenen Bakterien zu verhindern, die sonst Entzündungen verursachen würden. Bei Schweinen werden die negativen Auswirkungen der Darmbarriere auf eine Mykotoxinkontamination des Futters oder auf eine der negativen Auswirkungen von Hitzestress zurückgeführt.
Um die Auswirkungen auf die Barrierewirkung zu messen, werden häufig In-vitro-Tests von Zelllinien verwendet, um den transepithelialen elektrischen Widerstand (TEER) zu messen. Durch die Anwendung von Betain kann in mehreren In-vitro-Experimenten ein verbesserter TEER beobachtet werden. Wenn die Batterie hohen Temperaturen (42 °C) ausgesetzt wird, sinkt der TEER (Abbildung 2). Die Zugabe von Betain zum Wachstumsmedium dieser hitzeexponierten Zellen wirkte dem verringerten TEER entgegen, was auf eine erhöhte Hitzebeständigkeit hindeutet.
Abbildung 2 – In-vitro-Auswirkungen von hohen Temperaturen und Betain auf den transepithelialen Zellwiderstand (TEER).
Darüber hinaus wurde in einer In-vivo-Studie an Ferkeln die erhöhte Expression von Tight-Junction-Proteinen (Occludin, Claudin1 und Zonula occludens-1) im Jejunumgewebe von Tieren gemessen, die 1.250 mg/kg Betain erhielten, im Vergleich zur Kontrollgruppe. Darüber hinaus war die Diaminoxidase-Aktivität im Plasma dieser Schweine als Marker für eine Schädigung der Darmschleimhaut signifikant reduziert, was auf eine stärkere Darmbarriere hindeutet. Wenn dem Futter von Mastschweinen Betain zugesetzt wurde, wurde zum Zeitpunkt der Schlachtung die erhöhte Zugfestigkeit des Darms gemessen.
Kürzlich wurde in mehreren Studien Betain mit dem antioxidativen System in Verbindung gebracht und eine Verringerung der freien Radikale, ein verringerter Malondialdehydspiegel (MDA) sowie eine verbesserte Glutathionperoxidaseaktivität (GSH-Px) beschrieben.
Betain wirkt nicht nur bei Tieren osmoprotektiv. Darüber hinaus können viele Bakterien Betain durch Neusynthese oder Transport aus der Umwelt anreichern. Es gibt Hinweise darauf, dass Betain die Bakterienzahl im Magen-Darm-Trakt abgesetzter Ferkel positiv beeinflussen kann. Die Gesamtzahl der Ileumbakterien, insbesondere Bifidobakterien und Laktobazillen, hat zugenommen. Darüber hinaus wurden geringere Mengen an Enterobacter im Kot gefunden.
Schließlich wurde beobachtet, dass Betain die Darmgesundheit von entwöhnten Ferkeln durch eine Verringerung der Durchfallhäufigkeit beeinflusst. Dieser Effekt ist möglicherweise dosisabhängig: Das Nahrungsergänzungsmittel Betain mit 2.500 mg/kg ist bei der Verringerung der Durchfallhäufigkeit wirksamer als 1.250 mg/kg Betain. Die Leistung der entwöhnten Ferkel war jedoch bei beiden Ergänzungsmengen ähnlich. Andere Forscher haben gezeigt, dass bei der Zugabe von 800 mg/kg Betain die Durchfallhäufigkeit und -häufigkeit bei entwöhnten Ferkeln geringer ist.
Betain hat einen niedrigen pKa-Wert von etwa 1,8, was nach der Einnahme zur Dissoziation von Betain-HCl führt, was wiederum zu einer Magenübersäuerung führt.
Das Interessante an der Nahrung ist die mögliche Ansäuerung von Betainhydrochlorid als Betainquelle. In der Humanmedizin werden Betain-HCl-Präparate häufig in Kombination mit Pepsin eingesetzt, um Menschen mit Magen- und Verdauungsproblemen zu unterstützen. In diesem Fall kann Betainhydrochlorid als sichere Salzsäurequelle verwendet werden. Obwohl keine Informationen zu dieser Eigenschaft vorliegen, wenn Betainhydrochlorid im Ferkelfutter enthalten ist, kann sie sehr wichtig sein.
Es ist bekannt, dass der pH-Wert des Magensafts von entwöhnten Ferkeln relativ hoch sein kann (pH > 4), was die Aktivierung des Pepsin-Vorläufers zu seinem Vorläufer Pepsinogen beeinträchtigt. Eine optimale Proteinverdauung ist für Tiere nicht nur wichtig, um eine gute Verfügbarkeit dieses Nährstoffs zu gewährleisten. Darüber hinaus kann Proteinverdauungsstörung eine schädliche Vermehrung opportunistischer Krankheitserreger verursachen und das Problem von Durchfall nach dem Absetzen verstärken. Betain hat einen niedrigen pKa-Wert von etwa 1,8, was nach der Einnahme zur Dissoziation von Betain-HCl und damit zu einer Magenübersäuerung führt.
Diese kurzfristige Wiederansäuerung wurde in einer Vorstudie an Menschen und in Studien an Hunden beobachtet. Nach einer Einzeldosis von 750 mg bzw. 1.500 mg Betainhydrochlorid sank der pH-Wert des Magens von Hunden, die zuvor mit magensäurereduzierenden Mitteln behandelt worden waren, stark von etwa 7 auf pH 2. Bei unbehandelten Kontrollhunden lag der pH-Wert des Magens jedoch bei etwa 2, was nicht mit der Betain-HCl-Supplementierung zusammenhing.
Betain wirkt sich positiv auf die Darmgesundheit von entwöhnten Ferkeln aus. Dieser Literaturüberblick beleuchtet verschiedene Möglichkeiten, wie Betain die Nährstoffverdauung und -aufnahme unterstützen, physikalische Schutzbarrieren verbessern, die Mikrobiota beeinflussen und die Abwehrkräfte von Ferkeln steigern kann.