Einsatz von organischen Säuren in der Tierernährung
1. Grundsätze und Wirkungsweise

Organische Säuren werden in der Tierernährung schon seit Jahrzehnten zur Futterkonservierung und zum Schutz des Futters vor Verderb eingesetzt. Sie führen vor allem zu einer Absenkung des pH-Werts im Futter. Gleichzeitig unterstützen sie auch die ernährungsphysiologischen Vorgänge im Verdauungstrakt bei Nutztieren.

Bereits seit vielen Jahrzehnten finden organischen Säuren als Futterzusatzstoffe Verwendung in der Tierernährung. Der finnische Biochemiker Artturi Ilmari Virtanen erkannte schon vor mehr als 80 Jahren die positiven Effekte von Ameisensäure bei seinen Bemühungen, proteinreiche Futtermittel zu konservieren und den Vitamingehalt in der Milch von Kühen im Winter stabil zu halten. Im Jahr 1945 erhielt er für seine wissenschaftlichen Arbeiten den Nobelpreis für Chemie und ebnete damit einer ganzen Stoffgruppe den Weg für inzwischen vielfältige Einsatzgebiete in der Tierernährung weltweit. Als die BASF Ende der 1960er Jahre in das Tierernährungsgeschäft einstieg, gehörte Propionsäure neben Vitamin A und Cholinchlorid zu den ersten Produkten.


Der Begriff organische Säuren beschreibt eine Gruppe von kurzkettigen Fettsäuren mit in der Regel nicht mehr als sieben Kohlenstoffatomen, die eine oder mehrere Carboxylgruppen (R-COOH) als funktionelle Gruppe aufweisen. Man bezeichnet sie auch als Carbonsäuren (Tabelle 1). Organische Säuren gelten im Vergleich zu anorganischen Säuren wie Salz-, Phosphor- oder Schwefelsäure als relativ schwache oder milde Säuren.


Tabelle 1: Eigenschaften ausgewählter organischer Säuren


Organische Säure Molare Masse (g/mol) Dichte (g/ml) Zustand pKa Bruttoenergie (KJ/g) Wasserlöslichkeit
Ameisensäure 46,03 1,22 Flüssig 3,75 5,8
Essigsäure 60,05 1,049 Flüssig 4,76 14,8
Propionsäure 74,08 0,993 Flüssig 4,88 20,8
Buttersäure 88,12 0,958 Flüssig 4,82 24,9
Milchsäure 90,08 1,206 Flüssig 3,83 15,1 Gut
Fumarsäure 116,07 1,635 Fest 3,02
4,38
11,5 Gering
Apfelsäure 134,09 1,6 Flüssig 3,4
5,1
10,0
Zitronensäure 192,14 1,665 Fest 3,13
4,76
6,4
10,3 Gut
Benzoesäure 122,12 1,27 Fest 4,2 26,4 Gut

Absenkung des pH-Wertes in Futter und Verdauungstrakt

Ameisensäure ist mit einem Molekulargewicht von rund 46 g je Mol die kleinste organische Säure, die neben einer Carboxylgruppe nur noch ein Wasserstoffatom als Rest aufweist. Während die meisten organischen Säuren eine Carboxylgruppe besitzen (Monocarbonsäuren), weisen zum Beispiel Apfelsäure (Malic acid) zwei (Dicarbonsäure) und Zitronensäure (Citric acid) drei Carboxylgruppen (Tricarbonsäure) auf. Die Acidität oder Säurewirkung (Senkung des pH-Werts) organischer Säuren in wässriger Lösung ergibt sich durch Dissoziation (Trennung) der Carboxylgruppe(n) und Freisetzung von H+-Ionen. Je mehr Carboxylgruppen je Gewichtseinheit organische Säure vorhanden sind, desto stärker kann grundsätzlich die Säurewirkung sein. Das erklärt unter anderem den stärker pH-Wert senkenden Effekt von Ameisensäure im Vergleich von z.B. Milchsäure. Denn das Molekulargewicht von Milchsäure ist annähernd doppelt so groß wie das der Ameisensäure, wobei beide Verbindungen jeweils eine Carboxylgruppe aufweisen.


Neben dem Molekulargewicht und der Anzahl Carboxylgruppen ist die Dissoziationskonstante oder der pKa-Wert entscheidend für die Acidität. Der pKa-Wert gibt den pH-Wert an, an dem 50 % einer Carboxylgruppe dissoziiert und 50 % nicht dissoziiert vorliegen und ist spezifisch für jede organische Säure (Abbildung 1). Je niedriger der pKa-Wert einer organischen Säure, desto größer ist in der Regel der pH-Wert senkende Effekt im Futter oder im Magen-Darm-Trakt landwirtschaftlicher Nutztiere. Verbindungen mit mehreren Carboxylgruppen wie Apfel- und Zitronensäure besitzen mehrere Dissoziationskonstanten.


Anteil dissoziierter und nicht dissoziierter Moleküle von Ameisen- und Propionsäure in Abhängigkeit vom pH-Wert

Abbildung 1: Anteil dissoziierter und nicht dissoziierter Moleküle von Ameisen- und Propionsäure in Abhängigkeit vom pH-Wert


Die größere Acidität von Ameisensäure im Vergleich zu Propionsäure erklärt sich neben dem geringeren Molekulargewicht aufgrund des deutlich geringeren pKa-Werts (Abbildung 2). Die drei Kriterien Molekulargewicht, Anzahl Carboxylgruppen und Dissoziationskonstante bestimmen somit im Wesentlichen die Kapazität organischer Säuren zur Senkung des pH-Werts im Futter und Verdauungstrakt landwirtschaftlicher Nutztiere.


pH-Wert senkender Effekt ausgewählter organischer Säuren im Broilerfutter

Abbildung 2: pH-Wert senkender Effekt ausgewählter organischer Säuren im Broilerfutter


Der nächste Teil dieses Beitrags „Einsatz von organischen Säuren in der Tierernährung - 2. Anwendungsgebiete und Vorteile“ erscheint in Kürze.

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