Milk Production Without Proteins
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Formal Metadata
| Title |
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| Title of Series | ||
| Number of Parts | 340 | |
| Author | ||
| License | CC Attribution - NonCommercial - NoDerivatives 4.0 International: You are free to use, copy, distribute and transmit the work or content in unchanged form for any legal and non-commercial purpose as long as the work is attributed to the author in the manner specified by the author or licensor. | |
| Identifiers | 10.5446/41832 (DOI) | |
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Content Metadata
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Lindau Nobel Laureate Meetings47 / 340
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NobeliumAmmoniaMast cellWachstumEssentielle AminosäurenCarbon dioxideSt John's wortMetabolismAgricultureSunscreenDiseaseWaterfallSpeciesRural areaAmino acidSteakYogurtBinding energyPlänerKohlenhydratchemieProteinPropionsäurePhotosynthesisAmino acidGesundheitsstörungNutrientGetreideproduktFettsäurenProteinFlüchtigkeitBiosynthesisAcidSugarMilkKultivierungStickstoffverbindungenAcetic acidLysineAmmoniumPetroleumMeeting/Interview
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NobeliumNitrogenDose (biochemistry)Amino acidAttitude (psychology)AmmoniumSt John's wortSetzen <Verfahrenstechnik>VitaminWachstumOrange juiceSauceProteinMilkAmino acidPotato starchLinseed oilAmmonium sulfateCelluloseSulfateBiosynthesisStarchUreaPaste (rheology)Corn oilStickstoffverbindungenEssentielle AminosäurenProtein biosynthesisButterfatTryptophan
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NobeliumEinzeldosisVitaminIslandNitrogenChemical compoundRecreational drug useSt John's wortChemische AnalyseWaterfallAmino acidPeptideProteinMilkProteinHistidineAscorbic acidGlutamic acidFraktionierungCorn oilProteingehaltStickstoffverbindungenAmino acidProtein biosynthesisVitamingehaltLinseed oilEssentielle AminosäurenAmmonium sulfateMilchproteineDevolution (biology)Meeting/Interview
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NobeliumAmino acidSolutionSoilVitaminThin filmAmmoniaWachstumBiosynthesisSunscreenSpeciesAcoustic membraneAmino acidN-terminusAcetic acidFatKohlenhydratchemieVolatile organic compoundMilkButterfatLodeVergärungProcess (computing)FettsäurenPalmitinsäureProtein biosynthesisButter (2011 film)ÖlsäureBiotinLinseed oilVitamingehaltFolsäureMeeting/Interview
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NobeliumConsistencyStickstoffverbindungenAmmoniaPlänerEssentielle AminosäurenPhenylalanineAmino acidNitrogenSolutionSalt (chemistry)VitaminWachstumsfaktorAmino acidSugarMilchproteineProteinFolsäureMilkLysineKohlenstoffverbindungenProteinTotalsyntheseNutrientProtein biosynthesisAmmoniumMeeting/Interview
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NobeliumComputer animation
Transcript: German(auto-generated)
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Als ich das erste Mal an diesen Tagungen einen Vortrag hielt, es war vor zwölf Jahren, habe ich die biologische Bindung des molekularen Stickstoffs behandelt. Ein Naturphänomen, dessen Beteiligung das Leben der Erde mit der Photosynthese zu vergleichen ist.
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Diesmal werde ich über die Biosynthese der Proteine aus einfachen Stickstoffverbindungen, welche die Großindustrie in großer Maßstabe produzieren kann, im Organismus der Wiederkäufer berichten.
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Seitdem die entscheidende Bedeutung der essentiellen Nährfaktoren für die Gesundheit des Menschen klar geworden ist und man erkannt hat,
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dass die Verminderung der Energienahrung bis zu einer gewissen Grenze unsäglich ist, hat der Ausdruck Hungersnot einen bedeutend anderen Inhalt als früher erhalten. Man hat jetzt die Aufmerksamkeit in erster Linie auf die Frage konzentriert,
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wie die essentiellen Nährfaktoren unter ernährten Menschen in ausreichender Masse zugänglich gemacht werden können. Im Brennpunkt befinden sich dabei die Proteine oder genauer definiert die essentiellen Aminosäuren,
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an welchen nach der Statistik der FAO mindestens die Hälfte der Menschheit Mangel leidet. Die nicht essentiellen Aminosäuren werden aus einfachen Stickstoffverbindungen wie Ammoniak
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im Organismus, besonders in der Leber, aufgebaut. Aber die vielleicht tausenden versiedenen Proteine wie Enzym, Muskel- und Gewebeproteine werden nicht in genügenden Mengen gebildet, wenn die Nahrung essentielle Aminosäuren nicht ausreichend enthält.
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Bei den Völkern, deren Nahrung hauptsächlich aus Getreideprodukten besteht, ist die Gefahr eines Mangels an bestimmten Aminosäuren zuallererst an Lysin stets vorhanden.
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Ein geringer Mangel an essentiellen Aminosäuren führt zu Passivität und zur Ernährung der Arbeitsfähigkeit. Mangel größeren Ausmasses zu furchtbaren Krankheiten wie Quasiocor bei kleinen Kindern.
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Acht Aminosäuren in der Nahrung des Menschen und zehn in der Ratte entseiden den Wert der Proteinnahrung. Rose von Vereinigten Staaten hat auf diesem Gebiet ausgezeichnete Arbeit ausgeführt.
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Viele Pläne zur Erzeugung der essentiellen Aminosäuren auf anderen Wegen als mit Hilfe der Landwirtschaft sind entworfen worden. Von diesen sind besonders zu erwähnen die Versuche, Mikroorganismen mit Ammoniumsalzen als einzige Stickstoffquelle zu kultivieren
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und die erzeugte Cellenmasse als Proteinnahrung anzuenden. Versuche zur Produktion von Grünalgen, die Kohlendioxid assimilieren, sind so allgemein bekannt.
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Die Kultivierung von bestimmten Bakterien mit Rohöl als Kohlenstoffquelle hat in den letzten Jahren Aufmerksamkeit beregt. Alle diese Methoden befinden sich jedoch im Versuchsstadium.
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Weil es sich um menschliche Nahrung handelt, müssen Geschmack und Zuträglichkeit der neuen Produkte eingehend aufgeklärt werden, bevor man mit ihrer eigentlichen Herstellung beginnen kann. Es geht somit nicht nur um den biologischen Wert der Mikrobenproteine,
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sondern auch um andere eventuell sädliche Substanzen der Mikrobenzellen. Wiederkäuer sind die wichtigsten Erzeuger von Protein in weitem Gebiet der Welt. An erster Stelle steht die Gu, die sowohl Milch als auch Leis produziert.
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Bei den Wiederkäuern ist die Ausnutzung der aufgenommenen Nahrung wegen der besonderen Struktur des Verdauungskanals in vieler Hinsicht versiedelt von der bei anderen Säugetieren.
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Vor dem eigentlichen Magen, der bei den Wiederkäuern Labmagen genannt wird, liegt bei diesen Tieren ein dreiteiliges Vormagensystem, dessen Hauptteil der Pansen ist. Dieser ist ein großer Gärungsbehälter, indem die verschiedenen Bestandteile des Futters
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im großen Umfang durch die Tätigkeit der Mikroorganismen gespalten werden, wobei die Mikroben gleichzeitig ihre Zellsubstanzen aufbauen. Ein großer Teil der Kohlenhydrate, die hauptsächlich als Energienahrung der Wiederkäuer dienen,
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wird in Pansen verloren. Hierbei entstehen als Hauptprodukte flüchtige Fettsäuren. Essigsäure und Propionsäure bilden etwa 80 bis 90 Prozent von diesen. Puttersäure steht an dritter Stelle.
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Noch höhere flüchtige Säuren werden in sehr kleinen Mengen gebildet. Die flüchtigen Fettsäuren gehen hauptsächlich durch die Pansenwand direkt ins Blut. Nur die unvergorenen Kohlenhydrate erreichen den Labmagen und werden in derselben Weise ausgenutzt wie bei anderen Säugetieren.
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Da leicht vergärbare Kohlenhydrate in Pansen schnell abgebaut werden, kann man dem Stoffwechsel der Wiederkäuer Zucker per Oss nicht in nennenswerten Mengen zuführen. Die Neoglucogenese in der Leber aus im Pansen gebildeter Propions- und Puttersäure
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ist vielleicht der wichtigste Weg zur Glucosebindung bei Wiederkäuern. Die Meinungen über die Stickstoffnahrung der Wiederkäuern sind innerhalb der letzten Jahrzehnte einer bedeutenden Entwicklung ausgesetzt gewesen,
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ob gleich noch keine Klarheit in dieser wichtigen Frage erreicht worden ist. Noch vor einigen Jahrzehnten wurde nur dem Reineiweiß des Futters eine Bedeutung bei der Ernährung der Wiederkäuer beigemessen.
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Hagemann und Zunz in Deutschland hatten zwar schon 1891 die Hypothese ausgesprochen, dass auch nicht Proteinstickstoff an der Synthese des Mikrobenproteins in Pansen teilnimmt.
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Aber diese Auffassung blieb lange ohne Einfluss auf die Entwicklung der Fütterungslehre. Erst später wurde gefunden, dass aus dem Futterprotein in Pansen erhebliche Mengen Ammoniak abgespalten werden.
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Und dass dieses Ammoniak teilweise von Pansenmikroben zur Aminosäuresynthese ausgenutzt wird, teilweise aber durch die Pansenwand ins Blut übergeht. Wie viel Protein durch Mikrobentätigkeit in Pansen wirklich pro Tag synthetisiert wird,
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ist unter solchen Verhältnissen schwer zu bestimmen. Einige amerikanische Forscher haben daher heranwachsende Wiederkäuer, besonders Safe und Ziegen, aber in einigen Fällen auch Jungrinder mit gereinigten Nährstoffen gefüttert
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unter Verwendung von Haarstoff als einziger Stickstoffquelle. Hierbei zeigte es sich, dass zwar kein optimales, aber doch ein bedeutendes Wachstum erreicht wurde. Aus den Versuchen von Lusli et al. und Mitarbeiter konnte man bereits schließen,
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dass alle Proteinaminosäuren synthetisiert wurden. Ellis und Mitarbeiter 1959 haben aus ihren Resultaten geschlossen, dass die Fähigkeit der Pansenmikroben, bestimmte essentielle Aminosäuren nach den Autoren Metionin und Tryptophan
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zu synthetisieren, für eine intensive Proteinsynthese unzureichend ist. Darum wurde mit einfachen Stickstoffverbindungen nur ein ungenügendes Wachstum bei Safen erreicht.
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Da kein optimales Wachstum mit Haarstoff als einziger Stickstoffquelle bei jungen Wiederkäuern erreicht wurde, ist es verständlich, dass keine Fütterungsversuche zur Milcherzeugung ohne Protein mit Haarstoff- und Ammoniumsalzen als einziger Stickstoffquelle ausgeführt wurden.
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Ist doch die geforderte Proteinmenge schon für eine mittelmäßige Milchproduktion viel höher als der Proteinbedarf der wachsenden Jungrinden. Nach den üblichen Fütterungsnormen soll das tägliche Futter der Milchkuh
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etwa 300 Gramm verdauliches Protein für die Erhaltung des Tieres und dazu von 60 bis 70 Gramm für jedes Kilogramm der erzeugten Milch enthalten. Eine Kuh, welche 10 Kilogramm Milch pro Tag produziert, sollte somit 850 bis 900 Gramm verdauliches Protein erhalten.
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Der tägliche Bedarf der wachsenden Jungrinder an verdaulichem Protein ist dagegen nur etwa 250 Gramm.
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Obwohl die Voraussetzungen für eine Milchproduktion ohne Protein nicht vielfältig aussahen, hatten wir aus versiedenen Gründen großes Interesse an einem entsprechenden Versuch.
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Bei einem im Jahre 1959 ausgeführten Versuch, in dem einer normal gefütterten Kuh Ammonium Sulfat markiert mit N15 als einmalige Dosis verabreicht wurde, hatten wir schon festgestellt, dass alle Proteinaminosäuren in der Milch markiert wurden.
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Einige Aminosäuren besonders, das hieß die, waren jedoch viel schwächer markiert als die anderen. Es bestand die Möglichkeit, dass die Biosynthese der langsamer markierten Aminosäuren
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durch die Adaptation der Panzenmikrobenflora an die Verwendung von Ammonium Stickstoff als einziger Stickstoffquelle beschleunigt wurde, sodass eine totale Synthese aller Proteinaminosäuren, die nicht nur für die Erhaltung der Kuh,
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sondern auch für eine forttauende Milcherzeugung ausreichend wäre, zustande kommen sollte. Da der Fütterungsversuch mit laktierenden Kühen unter Anwendung von Haarstoff- und Ammoniumsalzen als einziger Stickstoffquelle schon über zwei Jahre fortgeführt worden ist,
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lese ich hier etwas über die Ergebnisse sagen. Der Versuch wurde mit zwei äußeren Kühen, Eiro und Bella, Anfang 1962 begonnen.
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Die Kühe wurden an die Versuchsfütterung während vieler Monate so gewöhnt, dass der Versuchsfutter in langsam steigenden Mengen das Normalfutter ersetzte. Die Versuchsfütterung bestand aus kleinen gepressten Brigetten,
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die gereinigte Stärke, Cellulose, Saccharose, ein Mineralsalzgemiss, sowie Haarstoff und eine kleine Menge Ammoniumsulfat und Ammoniumkosphat enthielten. Der Wassergehalt der Brigette war 50 Prozent, der Stickstoffgehalt 1,86 Prozent,
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der Trockensubstanz entsprechend 4 Prozent Haarstoff. Dazu wurde eine durstnäste Paste reich an Cellulose mit variierendem Gehalt an Haarstoff verabreicht.
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Kleine Mengen von Maisöl, später eine Missung von Mais- und Leinöl wurden gegeben. An Vitaminen wurden nur A und D in der Form kommerzieller Präparate verabreicht. Anfangs wurden von 1 bis 3 Kilogramm Roggen oder Weißen Stroh zur Förderung des Wiederkäuchens gegeben.
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Später wurde es durch Cellulosestreifen, auf welchen ein Kieselsäurenniederschlag gefällt worden war, ersetzt.
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Das Problem des Rauchfutters ist durch diese Cellulosestreifen noch nicht befriedigend gelöst, denn die Dauer des Wiederkäuchens ist dabei noch sehr kurz, etwa zwei Stunden pro Tag, während die Versuchskühe bei Füttern mit 1 Kilogramm Stroh pro Tag 4 bis 6 Stunden wiederkäuen.
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Um die Speichelsekretion zu fördern, liess man die Versuchskühe an einem harten Gummislauch kauen. Die Kühe sekretieren pro Tag etwa 100 Liter Speichel.
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Das ist eine gewaltige Menge. Die tägliche Futterration sehen wir im ersten Bild.
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Hier haben wir Trigette für eine Produktion von 10 Kilogramm Hilf. 9,5 Kilogramm Trigette entsprechend 8,1 Kilogramm Trockensubstanz.
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Dann Feuchte, Cellulosereihepaste, 4 Kilogramm entsprechend 1 Kilogramm Trockensubstanz. Kieselsäure, Cellulosestreifen, 4 Kilogramm entsprechend 1 Kilogramm Trockensubstanz. Also total etwas über 10 Kilogramm Trockensubstanz.
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Dann Maisöl und Leinölmissung. Eine sehr kleine Menge, wie Sie sehen hier. Und hier Vitamin A und D. Man sieht nichts hier. Das ist alles, was die Kühe erhalten.
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In der Futterung der Versuchskühe sind also keine der üblichen Futtermittel mehr enthalten. Als Verunreinigungen kommen natürlich sehr kleine Mengen versiedener Substanzen in Versuchsfutter vor. Bei der jetzigen Fütterung, bei der Kartoffelstärke anstelle der Maisstärke verwendet wird,
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erhalten die Kühe etwa 99,5 Prozent Harnstoff und Ammoniumstichstoff vom Totalstichstoff des Futters. Diese Prozentszahl war im ersten Versuchsjahr etwa 97 Prozent.
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Das nächste Bild bitte. Hier sehen wir die Milchproduktion von vier Versuchskühen. Also hier ist die Milchmenge in Kilogramm und hier die Dauer des Versuches. Und hier sind die Milchproduktionen.
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Die beste Produktion ist über 2000 Kilogramm gewesen. Protein wurde dabei produziert, also in Milch sekretiert, 9,70 Kilogramm. Fethalt ist ziemlich hoch gewesen, in diesem Fall zum Beispiel 6,1 Prozent.
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Während einer Laktationsperiode, also diese entsprechende Laktationsperiode, lieferten die Kühe durchschnittlich etwa 2000 Kilogramm Milch, welche von 63 bis 79 Kilogramm Protein enthielt.
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Der Fettgehalt der Milch war meistens hoch von 5,4 bis 6,1 Prozent. Der Proteingehalt ebenfalls verhältnismässig hoch bei drei Kühen von 3,4, 3,7 und 3,8 Prozent.
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Die Zusammensetzung der erzeugten Milch in unserem Laboratorium als Nullmilch bezeichnet. Entsprach derjenigen von Normalmilch, wenn die quantitativ wichtigsten Bestandteile, das heißt Fett, fettfreie Trockenmasse, Zucker, Gesamtprotein und Casein, berücksichtigt werden.
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Das nächste Bild bitte. Hier sehen wir die Produktion von Eiru während einer Laktationsperiode. Hier sehen wir auch den Verbrauch an Kohlenhydrate, also diese Kurve.
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Hier sind die Werte zu sehen auf dieser Seite der Skala. Und hier sehen wir den Verbrauch an Stickstoff. Das ist auf dieser Seite also zusammen 6,46 Kilogramm Stickstoff.
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Hier ist der Verbrauch an Fett, Maisöl und Leinöl und das ist alles. Diese dreizahlige Zahl beweisen das Gewicht der Kuh während der Versuchsperiode.
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Das nächste Bild. Hier sehen wir die totale Produktion der selben Kuh. Also Kalbung hier das erste Mal. Wir begannen den Versuch am Ende der vorigen Laktationsperiode.
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Hier haben wir die Produktion während der zweiten Laktationsperiode. Und jetzt geht die Produktion fort. Die Kuh wird im Dezember das dritte Mal zu kalben. Und das nächste Bild.
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Hier sehen wir diese berühmte Kuh Eiru. Man sieht, dass das Aussehen gut ist und es ist keine Degeneration zu sehen. Das nächste Bild. Hier sehen wir ein kleines Versuchskal.
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Und hier sehen wir die Kühe. Insgesamt vier Kühe können wir gleichzeitig auf der Versuchsfütterung haben. Das nächste Bild. Hier sehen wir die Brigette.
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Das nächste Bild. Ich kann noch erzählen, dass die Brunst während der Versuchsfütterung normal gewesen ist. Die Fruchtbarkeit war befriedigend. Die meisten Kühe wurden nach einer oder zwei Beselungen trächtig. Die Kalben waren gut entwickelt und kräftig.
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Man konnte keine entscheidenden Unterschiede in der Aminosäurezusammensetzung des Gesamtproteins zwischen Nullmilch und bei normaler Fütterung produzierter Milch feststellen. Die Bestimmung der Aminosäuren wurde nach der Säurehydrolyse des Totalproteins unter Anwendung eines automatischen Aminosäureanalysators ausgeführt.
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Zahlreiche Aminosäureanalysen, die zu verschiedener Zeit ausgeführt wurden, hürten zu gleichen Resultaten. Wir können somit sagen, dass die Aminosäurezusammensetzung der Nullmilch derjenigen von normaler Milch entspricht.
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Hier sehen wir Mittelwerte von unseren Analysen. Im Großen und Ganzen kann man keine Unterschiede hier finden. Die Fraktionierung der Proteine der Nullmilch und derjenigen der Normalmilch auf einer DEAE-Säule hat in beiden Fällen ähnliche Fraktionen gezeigt.
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Hier sehen wir die Proteinfraktionen von Nullmilch und Normalmilch. Die Methode der Fraktionierung bedarf noch der weiteren Entwicklung, aber die so
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unerzielten Resultate zeigen eine große Ähnlichkeit der Proteine von Nullmilch und Normalmilch. Durchschnittlich 62 % gefütterten Haarstoff- und Ammoniumstickstoff waren verdaulich.
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Die totale Synthese des Proteins während einer Periode von neun Monaten als die Produktion der Versuchs-Q-EIRA 1816 Kilogramm Milch betrug, die 65,5 Kilogramm Protein enthielt, wurde zu durchschnittlich 733 Kilogramm pro Tag berechnet.
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Die entsprechende Zahl für Q-Bella war 713 Gramm. Die maximale Synthese betrug etwa 850 Gramm verdauliches Protein pro Tag.
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Die proteinähnlichen Substanzen in den Fesses, die darin etwa 70 % vom Gesamtstickstoff ausmachen, seien unverdauliche Bakterien, Proteine und Peptide zu sein, da sie außer Proteinaminosäuren auch einige andere, besonders Diamino-Bimelinsäuren enthalten.
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In den Fesses von normal gefütterten Kühen sind derartige Stickstoffverbindungen in wesentlich niedrigerer Menge gefunden worden. Nachdem der Versuchs-Q-EIRA-Haarstoff als Einzeldosis markiert mit den 15 nach halbjähriger Versuchsfütterung gegeben worden war,
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untersuchten wir die Markierung der Aminosäuren im Protein der Milch und versuchten somit, die Geschwindigkeit der syntheseversiedenen Aminosäuren aufzuklären. Die Ergebnisse sind im nächsten Tabell zu sehen. Ich weiß nicht, ob man diese Zahlen sehen
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kann, aber jedenfalls sehen wir hier, dass auch in diesem Falle Histidin am besten markiert wurde. Hier haben wir die Markierung von Histidin 0,038 und wenn man vergleicht
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diese Markierung mit derjenigen von Glutaminsäuren 0,098, so ist der Unterschied sehr bedeutend. Diese Markierung entspricht 39 Prozent von derjenigen der Glutaminsäuren. Aber in unserem früheren Versuch, wobei wir bei Normalfütterung, also ohne Adaptation,
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Ammoniumsulfat fütterten, fanden wir Histidin nur 0,008 vergleicht mit Glutaminsäuren 0,054. Das ist nur 15 Prozent. Das war nach 15 Stunden. In diesem Fall wurde so eine 39-prozentige Markierung nach 6,3 Stunden gefunden.
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Also es ist eine bedeutende oder sogar starke Adaptation stattgefunden.
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Die Gewöhnung der Kuh, eigentlich der Panzenmikroben an Harzstoff und Ammoniumstichstoff als einzige Stickstoffquelle, hat offenbar die Synthese besonders des Histidins und auch in kleineren Mengen Umfang einiger anderen Aminosäuren erhöht.
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Eine kräftige Synthese von Milchprotein ist somit möglich geworden, wie aus unseren Fütterungsversuchen hervorgeht. Die langsame Synthese des Histidins und einiger anderer essentiellen Aminosäuren dürfte immerhin auch bei unseren gewöhnten Kühen den Engpass bei der Proteinsynthese bilden.
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Die Befunde beweisen diese Hypothese jedoch nicht. Der Vitamingehalt der Nullmilch wurde dauernd durch Bestimmung der Vitamine der B-Gruppe unter Anwendung mikrobiologischer Methoden verfolgt. Das nächste Bild bitte.
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Hier haben wir die Werte für Diamin, Riboflamin, Nigotinsäure, Pyridoxin, Folsäure, Biotin, B12-Uhr, die auch bestimmt aber nicht hier mitgenommen, und Pantotensäure und Ascorbinsäure.
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Die mikrobiölle Synthese der Vitamine der B-Gruppe in Pansen ist aus dem hohen Vitamingehalt der Nullmilch zu schließen kräftig gewesen. Der Riboflamin, Nigotinsäure und Pantotensäure-Gehalt war im Allgemeinen in Nullmilch höher als in Normalmilch.
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Diamin, Pyridoxin, Folsäure, Biotin und P12-Gehalt befanden sich auf etwa gleichem Niveau wie in Normalmilch. Die Biosynthese der Vitamine der B-Gruppe scheint somit groß genug zu sein, um den normalen Vitamingehalt der Milch zu gewährleisten.
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Einer der Gründe, die zu unseren Fütterungsversuchen mit gereinigter Energienahrung und Haarstoff als Stickstoffölle führten, war, den speziellen Geruch und Geschmack der Milch festzustellen, unter Ausschluss der vielen Geschmacks- und Geruchsstoffe, die von normalen Butter stammen.
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Nach organoleptischen Bestimmungen sind Geschmack und Geruch der Nullmilch in erstaunlicher Masse der Normalmilch ähnlich. Eine gasch-chromatographische Analyse zeigt freilich Unterschiede zwischen Nullmilch und Normalmilch hinsichtlich der flüchtigen Substanzen.
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Aber diese Abweichungen seien keine größere Wirkung auf den Geschmack und Geruch der Milch zu haben. Es sind auch große Unterschiede zwischen Milch und der verschiedenen Fütterung produziert ist, also Normalfütterung.
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Der einzige Bestandte der Milch in dessen Zusammensetzung wir bemerkenswerte Unterschiede zwischen der Nullmilch und Normalmilch gefunden haben, ist das Fett. Wie bekannt beruht die Zusammensetzung des Milchfetts in hohem Prade auf der Fütterung und der Zusammensetzung des im Futter enthaltenen Fetts.
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Der größte Teil der Fettsäuren des Milchfetts wird jedoch aus flüchtigen Fettsäuren besonders aus der Essigsäure bilden, die sich im Pansen durch die Vergärung der Kohlenhydrate bilden. Unsere Versuchsfütterung enthielt kein anderes Fett als das zugesetzte.
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Somit ist die Versuchsfütterung für die Untersuchungen über die Biosynthese des Milfetts in vivo geeignet. Die verfütterte Fettmenge hatte keine nachteilige Wirkung auf die Produktion des Milfetts, wie aus dem hohen Fettgehalt der Nullmilch hervorgeht.
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Wenn der Versuchsquairo täglich 18,5 Gramm Maisöl und dieselbe Menge an Leinöl während einer Periode von 50 Tagen gefüttert wurde, lieferte sie durchschnittlich 1467 Gramm Milfett pro Tag, also 13 mal mehr als gefüttert worden war.
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Am Ende dieser Periode war der Linoleinsäuregehalt des Milfetts normal, also zwischen 2 und 3 Prozent.
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Der Gehalt an Ölsäure war dagegen sehr niedrig, etwa 8 Prozent, und an Stearin-Säure nur etwa 1 Prozent. Der Gehalt an Palmitinsäure war dagegen sehr hoch, nahe 50 Prozent. Die entsprechenden Werte des normalen Milfetts sind Stearin-Säure von 10 bis 13
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Prozent, Ölsäure von 25 bis 30 Prozent und Palmitinsäure von 27 bis 35 Prozent. Der wesentliche Unterschied ist in der Zusammensetzung des Fetts der Nullmilch, bei deren Produktion wenig Fett gefüttert wurde, und der
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Normalmilch besteht darin, dass der Gehalt an C18-Säuren niedrig und an C16-Säure hoch in der erst genannten ist. Einige andere Unterschiede sind dazu noch in der Zusammensetzung des Fetts der beiden Milfstypen zu finden.
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Die Biosynthese der C18-Säuren sei sehr schwach zu sein, und man sollte viel mehr Fett mit hohem Gehalt an ungesättigten C18-Säuren füttern als bisher, damit die Zusammensetzung des Fetts der Nullmilch dem der Normalmilch ähnlicher wird.
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Untersuchungen über die Biosynthese des Fetts der Panzenmikroben und des Organismus der Buh sind im Gange. Die Zusammensetzung der Mikrobenflora des Panzens, der Versuchskühe, ist wesentlich versieden von derjenigen der Normalgefütterten.
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In der ersten, also in Nullmilch, sind die Protozonen beinahe verschwunden. Die Protozonen bilden normal 50% von der Mikrobenmasse.
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Die Anzahl der Bakterien dagegen gewaltig etwa um das 50% angestiegen. Die Aminosäure- und Proteinsynthese im Panzen der Versuchskühe ist so schnell, dass man sehr wenig Ammoniak im Panzen vorfindet.
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Wir haben in zahlreichen Proben von Panzeninhalt Werte von 0,7 bis 10,6 Milligramm Ammoniak pro 100 Milliliter Panzeninhalt gefunden. Bei Normalfütterung, also Proteinfütterung, ist der Ammoniakgehalt des Panzens viel höher von
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11,1 bis 26,6 Milligramm pro 100 Milliliter als bei Versuchsfütterung. Obwohl das Futter im ersten Fall hauptsächlich Protein enthält. Haarstoff wird im Panzen so schnell abgebaut, dass in den meisten Proben des Panzeninhalts nur Spuren vorzufinden war.
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Die in den Vormegen verlaufenden gewaltigen Prozesse sind wahrscheinlich zum erheblichen Teil Erfolge der Zusammenarbeit vieler Mikroorganismen.
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Symbiotische Verhältnisse zwischen versiedenen Milzsäurebakterien sowie die Bildung von Bakterien-Assoziationen hat weh Nurmico in seiner Doktorarbeit behandelt, die er vor zehn Jahren in unserem Laboratorium ausführte. Da seine Beobachtungen grundlegend für das Verständnis der symbiotischen Verhältnisse zwischen Mikroorganismen im Allgemeinen
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und wahrscheinlich auch für die des Panzens sind, referiere ich sie in diesem Zusammenhang kurz. Milzsäurebakterien haben sehr große Ansprüche hinsichtlich verschiedener Nährfaktoren.
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Besonders was Aminosäuren und Vitamine betrifft, obwohl die Bedürfnisse verschiedener Arten von Milzsäurebakterien einigermassen unterschiedlich sind. Wenn irgendein Milzsäurebakterium in Reinkultur gezüchtet wird, muss die
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Nährlösung alle Nährfaktoren enthalten, die für das Bakterium unerlässlich sind. Nurmico konnte nun beweisen, dass Bakterienzellen erhebliche Mengen von Aminosäuren und Vitaminen in die Nährlösung absonden und dass verschiedene Bakterienarten durcheinander ernähren können.
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Daraus folgt, dass Milzsäurebakterien in Miskulturen eine viel einfache Nährlösung für das Wachstum brauchen als in Reinkulturen. Dabei handelt es sich nicht um Alkolysenprodukte der Bakterienzellen, sondern um Produkte einer aktiven Sekretionstätigkeit der lebenden Zellen.
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Die Bakterien brauchen auch nicht in direkter Berührung miteinander zu sein, denn man konnte beweisen,
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dass symbiotische Ernährungsbedingungen auch dann helfen, wenn verschiedene Bakterienstämme mit einer Dialysenmembran voneinander getrennt waren. Hier sehen wir, wie komplizierte Nährlösungen man anwenden muss, wenn man Milzsäurebakterien kultiviert.
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Dr. Snell in Bögli University in Kalifornien hat besonders die Ernährung der Milzsäurebakterien studiert. Wir sehen hier, dass z.B. Purin- und Pyrimidinbasen erforderlich sind. In den menschlichen Organismen werden diese synthetisiert.
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Dann Vitamine, Diamin, Rivopavin, Nikotinsäure, Pantotensäure, Paraamin und Pentsäure, Pyridoxal, Biotin, Folsäure sind erforderlich.
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Und dann etwa 14 versiedenen Aminosäuren. Also es ist eine sehr komplizierte Nährlösung. Das nächste Bild bitte. Hier sehen wir ein Bild von Dr. Nurmikos' Doktorarbeit. Also er hat zwei versiedene Milzsäurebakterien kultiviert in derselben Nährlösung. Lactobacillus arabinosus und Streptococcus fecalis.
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Die Grundnährlösung, man hat weggelassen also von der Grundnährlösung Phenylalanin und Folsäure.
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Jetzt muss Lactobacillus arabinosus Phenylalanin sein in der Nährlösung haben, anders wächst das Bakterium nicht. Streptococcus fecalis fordert Folsäure kann nicht wachsen ohne Folsäure. Das sehen wir hier.
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Lactobacillus arabinosus ohne Phenylalanin und Streptococcus fecalis ohne Folsäure. Aber in derselben Nährlösung wachsen diese Bakterien sehr gut, weil sie einander ernähren.
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Also arabinosus gibt Folsäure dem Streptococcus fecalis und fecalis Phenylalanin dem arabinosus. Das nächste Bild bitte. Hier haben wir ein entsprechendes Bild Leuconostoc, Mesenteroides und Streptococcus fecalis.
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In Grundnährlösung haben wir nicht Rodin, Phenylalanin, Lysin und Folsäure. Mesenteroides fordert Rolin, Phenylalanin und Lysin und fecalis Folsäure. Wir sehen sie wachsen ohne Folsäure nicht, aber zusammen in derselben Nährlösung wachsen beide Bakterien sehr gut.
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Wenn man verschiedene Milzhörbakterien so wählt, dass sie sich in ihren Nahrungsbedarf einander ergänzen, können diese anspruchsvollen Bakterien als Misskulturen in verhältnismäßig einfache Nährlösungen wachsen.
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Im Panzen kommen sowohl Bakterien vor, die eine Vielzahl von Nährfaktoren, Aminosäuren, Vitamine der B-Gruppe und noch andere Wachstumsfaktoren benötigen, als auch beseidene Bakterien, die mit Hilfe von Ammonium,
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Stickstoff und mit Zucker oder anderen Kohlenstoffverbindungen als Kohlenstoffquelle wachsen. Diese synthetisieren die Nährfaktoren, die für die anspruchsvollen Bakterien essentiell sind, und sekretieren sie offensichtlich teilweise in die Flüssigkeit des Panzens.
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Die oben angeführten Resultate können mit größter Wahrscheinlichkeit auf die Mikrobenflore des Panzens, sowie auf andere Mikrobenassociate in der Natur angewandt werden. Das nächste Bild. Hier zeige ich ein Schema von dem Stickstoffmetabolismus der Wiederkäuher.
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Wenn die Wiederkäuher normal gefüttert werden, erhalten sie Futterprotein. Protein geht teilweise durch Panzen und andere Vormägen zum Labmagen, also Abomasum, und zum Dündarm.
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In Dündarm und die Aminosäuren werden resorbiert und kommen in Leber. Das ist der normale Weg.
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Aber wenn man mit Urea, also Harzstoff oder Ammonium-Stickstoff, die Kühe füttert, dann werden aus Ammoniak Aminosäuren gebildet und dann werden Mikroproteine gebildet und Proteine gehen dann in Labmagen und Dündarm und werden resorbiert.
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Teilweise geht Ammoniak durch den Panzenband im Blut und kommt schnell in Leber. In Leber werden die essentiellen Aminosäuren in großem Umfang synthetisiert, aber nicht die essentiellen Aminosäuren.
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Teilweise geht Ammoniak in Ornitin, Harzstoffzyklus wird in Harzstoff verwandelt, Harzstoff wird teilweise in Urin sekretiert, aber teilweise in Speichel kommt Harzstoff zurück in den Panzen.
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Hier habe ich nicht Milchdrüse mitgenommen. In Milchdrüse werden die Milchproteine synthetisiert, aus den in Blut zirkulierenden Aminosäuren, aber teilweise werden auch nichtessentielle Aminosäuren in Milchdrüsen synthetisiert.
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Unsere Fütterungsversuche an Milchkühen auf proteinfreier Fütterung haben die enorme synthetische Kapazität der Mikrovenflora des Panzens gezeigt. Eine Milchproduktion von 2000 Kilogramm Protein und fettreicher Milch pro Jahr mit
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Harzstoff- und Ammoniussalzen als einzige Sichtsequelle ist eine erstaunliche Leistung der Kühe. Bei normaler Fütterung wird der Kuh mehr als doppelt so viel Protein gegeben, als die produzierte Milch enthält.
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Es handelt sich also hierbei praktisch gesehen um einen Umbau von Pflanzenprotein in biologisch wertvolleres Milchprotein. Unsere Versuchsfütterung basiert dagegen auf der Totalsynthese der Aminosäuren. Zukunftige Versuche werden zeigen, in welchem Masse die Proteinsynthese noch gesteigert werden kann.
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Die bisher erreichte Milchproduktion ermöglicht bereits die Untersuchung vieler Probleme, die die Funktion des Panzens und die Bildung der verschiedenen Bestandteile der Milch betreffen.
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Die hohen Milchleistungen, 4000 Kilogramm und mehr pro Jahr, die mit proteinreicher Fütterung erreicht werden können, sind möglicherweise so zu erklären, dass ein großer Teil des Futterproteins den Labmagen erreicht
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und die Stickstoffnahrung nur teilweise von Mikrobenprotein des Panzens abhängig ist. Die Konsistenz des Panzeninhalts und das Wiederkäuen sind von großer Beteiligung für die Verwertung des Futters. Die homogene, breiartige Masse, die den Panzeninhalt unserer Versuchskühe darstellt, ist nicht die günstigste für die Funktion des Panzens.
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Deswegen erhöht der Zusatz von Stroh zu unserer proteinfreier Diät die Milchproduktion. So ein Kilogramm Stroh pro Tag hatte eine günstige Wirkung auf die Funktion des Panzens.
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Da es unsere Absicht war, Milch unter Anwendung von gereinigten Nährstoffen zu erzeugen, verwendeten wir Stroh nur am Anfang unseres Versuchs. Für den Fall, dass eine Fütterung mit Harnstoff- oder Ammoniumsalzen als hauptsächlicher Stickstoffquelle in die Praxis umgesetzt würde,
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gäbe es keine Schwierigkeiten, genügend schwer verdauliches Pflanzenmaterial zu beschaffen. Schwieriger dürfte es sein, billiges, gut verdauliches, für die Fütterung der Kühe geeignetes Kohlenhydratmaterial zu erhalten.
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Wenn dies gelingt, können sich in weiten Gebieten der Erde, wo Mangel an essentiellen Aminosäuren und Vitaminen herrscht, neue Möglichkeiten für eine Milchproduktion eröffnen. Im Augenblick lässt sich über diese Möglichkeiten noch nichts sagen.
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Jedenfalls haben unsere Versuche gezeigt, dass die Kuh eines der ältesten Haustiere des Menschen imstande ist, sich den allerneuesten Bestrebungen des Menschen zur Erzeugung hochwertiger Proteine unter Anwendung von einfachen Stickstoffverbindungen zu fügen.