Neure Kenntnisse über den NPN-Gehalt der Milch

Der Eiweißgehalt von Lenemsmitteln ist normalerweise nicht direkt bestimmbar, man berechnet ihn durch Multiplikation mit einem empirisch ermittelten Faktor aus dem Stickstoffgehalt. Enthält das Lebensmittel außer proteingebundenem Stickstoff (PN) auch sog. Nicht-Protein-Stickstoff (NPN), so muß lediglich der empirische Faktor entsprechend niedrig ausfallen. Das Ergebnis kann jedoch dann falsch sein, wenn das Verhältnis von NPN/PN nicht konstant ist, bzw. relativ stärker streut als die Analysenmethode. Weil die Referenzmethode zur N-Bestimmung in Milch, die Kjeldahl-Methode, mit einer Streuung von ca. + 1 Prozent relativ arbeitet und der relastive Gehalt des NPN am Gesamt-N der Milch ca. 5 Prozent ausmacht, sind Schwankungen des NPN im Bereich von etwa 4 – 6 Prozent des Gesamt-N für die Eiweißbestimmung analytisch nicht signifikant.

Von Beginn der Eiweißvergütung in der Bundesrepublik wurde von verschedenem Milchfachleuten zu Recht darauf hingewiesen, daß der NPN-Gehalt der Milch sehr wohl auch deutlich größer als 5 Prozent sein kann (etwa zwischen 3 und 9 Prozent) und die Eiweißvergütung dann zu hoch ausfält, auch sei der NPN-Gehalt der Milch relativ leicht zu manipulieren. Dem hielt eine andere Gruppe – zu der auch der Schreiber dieses Beitrags zählte – entgegen, daß nach dem Kenntnisstand Schwankugen des relativen NPN-Gehaltes in Milch zwar möglich, aber wenig ausgeprägt seien und eine spezielle Untersuchung der Anlieferungs-milch nicht rechtfertigten.

Um der Wahrheit näher zu kommen, ode im Urteil sicherer zu sein, haben wir uns in den letzten Jahren intensiv mit dem NPN-Gehalt der Milch auseinandergesetzt. Damit haben wir übrigens eine Weihenstephaner Tradition wirder aufgegriffen. Zu den wenigen und frühen Untersuchungen auf diessen Gebiet gehören nämlich die Arbeiten von Kieferle und Gloetzl 1931 und Mair 1951.

Wir stießen zunächst beim Literaturstudium auf eine größere Zahl von Publikationen, in denen der relative NPN-Gehalt der Milch bestimmt wurde, aber nur auf wenige Arbeiten, bei denen der NPN-Gehalt konsequent verfolgt wurde und auf sehr wenige, in denen die Einzelkomponentten der NPN-Fraktion systematisch analysiert und ihr Vorkommen untersucht wurde. Im Höchstfalle waren lediglich 3/4 des NPN Einzelbestandteilen zuzuordnen, d. h., der sog. »Differenzstickstoff« unbekannter Natur lag bei mindestens 23 Prozent (Abb. 1).

Unsere Bemühungen galten Daher zunächst der Analytik. Wir haben moderne Analysenmethiden aus der Lebensmittelchemie, der Biochemie und insbesondere der kliniscgen Chemie dem System »Milch« angepaß und konnten jetzt erstmals fast alle NPN-Komponenten, in der Summe und im Mittel 98,4 Prozent des NPN, routinemäßig analysieren und dies mit recht geringen Probevolumina und durchgehend hoher Genauigkeit (Abb. 2). Um dem System »Milch« angepaßt und konnten jetzt erstmals fast alle NPN-Komponenten, in der Summe und im Mittel 98,4 Prozent des NPN, routinemäßig analysieren und dies mit recht geringen Probevolumina und durchgehend hoher Genauigkeit (Abb. 2). Um den Fortschritt der Analytik aufzuzeigen, sei beispielhalt erwähnt, daß Patton, der 1953 als einer der wenigen Autoren Hippursäure in Milch analysierte, je Bestimmung 5 Liter Probe und 3 Arbeitstage benötigte – wir kamen mit 5 ml Filtrat und ca. 3 Std. aus; in Kürze dürfte es mit der HPLC noch besser gehen.

Mit einem so gut verbesserten Instrumentarium konnten wir es wagen, eine so große Zhal von Milchen zu analysieren, wie sie erforderlich sind, um statistisch abgesicherte Aussagen über den NPN-Gehalt der Milch, der Einzelkomponenten und der Einflußgrößen zu erarbeiten. Dazu legten wir den Versuch folgendermaßen an:

1. Um Einflüsse der Saison und des Laktationsstadiums zu prüfen, war über ein ganzês Jahr, über Ferien um Feiertage hinweg, zu arbeiten.

2. Um genetische Einfüsse (Rasse) festzustellen, muß mit wenigstens Zwei Herden unterschiedlicher Rasse gearbeitet werden.

3. Um individuelle Einflüsse (Vate/Tochter-Vererbung) zu eliminieren, mußte die Zahl der Väter in den Herden groß sein.

4. Das Durchschnittsalter der beiden Herden solte gleich sein.

5. Um altersbedingte Einflüsse festzustellen, mußte die Laktationszahl in den Herden breit gestaffelt und zwischen den Herden vergleichbar sein.

6. Die Abkalbungen mußten gleichmäßig über das Jahr verlaufen, um Einflüsse der Saison und des Laktationsstadiums trenenn zu können.

7. Die Haltung fer Herden mußte vergleichbar sein, ebenso ihre Größe.

Abb. 1                               Analysen der NPN-Fraktion

Die idealen Versuchsgruppen waren leider nicht in einem Stall zu finden. Wir konnten abera uf Zwei in nahezu idealer Weise vergleichbare Herden zurückgreifen. Eine bestand aus 15 Schwarzbuntkühen, eine aus Fleckviehkühen. Untersuchungszeitraum war der 1. Januar bis 31. Dezember 1980. Von jeder Kuh wurde monatlich einmal Abendmilch untersucht, insgesamt 273 Proben (zusätzlich 22 Kolostralmilchproben). Von den Proben wurde die Zellzahl, Gesamt-N, NPN, Harnstoff-N, Ammoniak-N, Harnsäure-N, Kreatin-N, Kreatinin-N, Orotsäure-N, freier α-Amino-N, Hippursäure-N und Peptid-N ermittelt.

Dazu wurde die Milchleistung der Kühe und ihre persönlichen Daten registriert, je Probe 37 Werte. Für die Auswertung der etwa 11 000 Daten benetzten wir das bewährte statistiche Modell von Harvey (Abb. 3). Auf das mathematische Handwerk, die umfangreichen Rechnungen, die Schätzung von Interaktionen zwischen Variablen, die Schätzung der Wiederholbarkeiten, erforderliche Korrekturen etc. kann hier nicht eingegangen werden. Auch nicht auf die statistische Korrektur der Durchschnittsleistungen im Hinblick auf die Minimierung der Variationskoeffizienten. Wichtiger sind die Ergebnisse, die hier auszugsweise dargestellt seien.

Wir groß ist die NPN-Fraktion (das ist bei uns wie den meisten neuren Untrersuchungen der Stickstoff im Filtrat einer 12 prozentigen Trichloressigsäurefäullung) nun, wie ist sie zusammengesetzt? Das zeigt Abb. 4, den Mittelwerten sind die Variationskoeffizienten beigegeben, um die Schwankungsbreiten zu verdeutlichen. Bevor auf die Ursache von Schwankungen eingegangen wird, sei die Höhe und die Zusammensetzung der NPN-Fraktion diskutiert.

Der NPB machte bei unserem Untersuchungsgut im Mittel 5,48 Prozent des Gesamt-N aus. Obwohlwir auch Extremwerte von 3,81 Prozent bis zu 8,38 Prozent zu verarbeiten hatten, beträgt der Variationskoeffizient nur + 13,3 Prozent, d. h. Extremwerte sind selten, das Verhältnis NPN/Gesamt-N ist recht stabil. Für die Errechnung des sog. »Reineweißgehaltes« aus dem Gesamt-N ergab sich (unter Berüncksichtigung der Milchmengen) ein Umrechnungsfaktor von 0,945 mit einem Variationskoeffizienten von ganzen + 0,7 Prozent. Man muß selbstkritisch einwenden, daß unsere Untersuchungen ganz auf Messungen an Herden beruhen, die beide überdurchschnittlich gut, vielleicht sogar recht optimal gemanagt wurden.

Abb. 3

Abb. 4    Zusammensetzung der NPN-Fraktion

Wir haben aber parallel zu dieser Arbeit im Verlauf des Jahres 1980 auch Kesselmilch der Staatlichen Molkerei Weihenstephan untersucht und sind bei 19 Messungen zu einem Umrechnungsfaktor von 0,951 mit einem Variationskoeffizienten von + 0,6 Prozent gekommen. Fazit: Das Verhältnis NPN/Gesamt-N kann stark variieren, tut es in praxi aber selten (Abb. 5). Der Variationskoeffizient des Umrechnungsfaktors ist geringer als der analytischen Referenzmethode für die N-Bestimmung – eine gesonderte Bestimmung des NPN zur Berücksichtigung bei der Eiweißvergütung dürfte mehr Kosten verursachen als Nutzen erbringen.

Unter den Einzelkomponenten der NPN-Fraktion dominiert der Harnstoff, er stell fast die Hälfe des NPN. Bei unseren Untersuchungen war die Varianz mit + 14,6 Prozent relativ gering. Die Schwankungen sind in Einzelfällen sehr viel größer. Größere Schwankungen im Verhältinis Harnstoff-N/NPb (Abb. 6).

Freie Aminosäure und Peptide sowie durch 12 prozentige Trichloressigsäure nicht fällbare Reste von Proteinen stellen zusammen etwa 25 Prozent des NPN. Dieses Viertel ist ernährungsphysiologisch für den Menschen dem Eiweiß gleichzusetzen. Unsere Untersuchungen scheinen die ersten zu sein, bei denen es gelang, neben α-Amino-N auch den Peptid-N routinemäß analytisch zu erfassen. Er stell immerhin fast 11 Prozent des NPN. Peptide dürfen übrigens die einzigen NPN-Komponenten sein, derem Herkunft überwiegend aus den Alviolarzellen, also den Milchdrüsenzellen, abzuleiten ist. Die anderen NPN-Substanzen stammen durchwegs aus dem Blutserum und treten mit Teillen desselben in die Milch über. Die Zusammensetzung der Milch-NPN-Fraktion spiegelt also die Situation im Blutserum wider – sofern nicht massive mikrobiologische Prozesse in der Milch zu Eiweißabbau führen, das solte sich dann in auffäller Weise beim Peptid-N, Aminosäure-N und Ammoniak-N zeigen. Tatsächlich sind die Variationskoeffizienten für diese Inhaltsstoffe in gleicher Reihenfolge + 45,5 Prozent; + 18,3 Prozent; + 65,9 Prozent, also relativ groß, wir werden asuf diese Beobachtung noch einmal zurückkommen.

Neben den Produkten des Eiweißstoffwechsels findet man sodann in der NPN-Fraktion erwartungsgemäß auch Komponenten des Nucleinsäurestoffwechsels, natürlich in geringerer Konzentration. Hervorzuheben sind Harnsäure-N und Orotsäure-N mit dem Mittel 2,67 und 5,10 Prozent vom NPN.

Kreatin und Kreatinin sind Produkte des Muskelstoffwechsels. Ihr Stickstoffgehalt trägt mit 9,48 bzw. 3,89 Prozent zum NPN bei. Schließlich erwies sich der Hippursäure-N als interessante, er trägt im Mittel noch zu 1,60 Prozent zum NPN bei. Hippursäure stammt aus dem Leberstoffwechsel, sie ist ein Entgiftungsprodukt und eigentlich, wie andere NPN-Komponenten, für die Ausscheidung über die Niere in den Kreislauf geschleust.

Mit dieser Skala von Verbindungen haben wir, wie schon betont, 98,4 Prozent des NPN erfaßt. Der »Reststickstoff« verteilt sich wohl auf eine große Zahl von Minorkomponenten.

Nachdem die Größe und Zusammensetzung der NPN-Fraktion er mittelt war, mußte die Variabilität analysiert werden. Abb. 7 faßt wichtige Ergebnisse der Varianzanalyse zusammen.

Selbstverständlich wurde aucg auf phänotypische Korrelation, d. h. auf Zusammenhänge zwischen den Inhaltsstoffen analysiert. Eine einfache Darstellung der komplexen Ergebnisse ist graphisch auf engem Raum nich möglich, hier auch wohl nicht er forderlich. Ein Ergebnis wurde schon erwähnt: Der hochsignifikante Zusammenhang zwischen NPN-Gehalt und Harnstoff-Gehalt (Abb. 6). Andere interessante Beziehung bestehen zwischen Gesamt-N und NPN-Gehalt, sowie zwischen Milchmenge und Harnstoff-N-Gehalt, insgesamt sinf die Beziehungen zwischen Inhaltsstoffen der NPN-Fraktion jedoch gering. Erwähnenswert ist wohl noch die negative Beziehung zwischen Peptid-N und Aminosäure-N; sie belegt schlict, daß höhere Gehalte an Aminosäuren Folge des Abbaus von Peptiden sind. Darüber hinaus besteht jedoch auch sein signifikanter Zusammenhang zwischen Aminosäure und Reineiweiß-Gehalt der Milch. Dies läßt vermuten, daß bei erhöher Eiweißsynthese auch Aminosäuren in höherer Konzentration in den Alveolarzellen zur Verfügung stehen.

So interessante es wissenschaftlich sein mag, der Einen oder anderen beobachteten Beziehung und auch vermuteten, aber nicht nachgewiesenen Zusammenhänge nachzugehen – milchwirtschaftlich ist vieles davon nicht von direkten Interesse, schon deshalb, Weil der Praktiker ohnehin keinen Einfluß darauf nehmen kann. Dem Milchwirtschaftler wird allgemein daran liegen, den NPN-Gehalt der milchtief zu haben, er möchte Schwankungen im NPN-Gehalt kennen, um z. B. die Ausbeute in der Molkerei besser zu beurteilen, oder auch den Fett i. Tr.-Gehalt korrekter einstellen zu können. Von den Einzelkomponenten kommt den Aminosäuren sicherlich praktische Bedeutung zu, Weil ihr Gehalt das Wachstum von Kulturen beeinflußt.

Der Orotsäure sagt man ähnliches nach, ihr Gehalt könnte nach neuren Untersuchungen auch für Milchaustauscher von Bedeutung sein und die Kenntnis des Harnstoffgehaltes wäre schließlich für den Landwirt von großem Wert bei der Optimierung der Fütterung (Abb. 8). Was können wir über diese Komplexe sagen?

Abb. 8                                             Praktische Bedeutung

Bei der Höhe des NPN ist zunäch einmal destzustellen, daß eine Molkerei im Einzugsgebiet von Schwarzbuntkühen es im Schnitt mit weniger NPN zu tun hat, als ein Betrieb im fleckviehgebiet (Abb. 9).

Bei uns waren im Herdenvergleich die Mittelwerte des absoluten NPN-Gehaltes 26,84 bzw. 32,44 mg/100 g, die des relativen Gehaltes 5,13 bzw. 5,83 Prozent. Eine derartige Abhängigkeit von der Rasse wird auch durch verschiedene andere Untersuchungen belegt, sie hätte bei unseren Versuchen ja auch nur der Beleg für eine unterschiedliche Haltung der beiden Herden sein können. Darüber hinaus haben wir gezeigt, daß der relative NPN-Gehalt mit der Laktationsnummer, also dem Alter der Kuh, kontinuierlich zunimmt (Abb. 10), zwischen der 1. und 6. Laktation im Mittel um etwa 0,25 Prozent relativ.

Darin dürften sich schlicht Abnutzungserscheinungen, insbesondere des Eutergewebes, ausdrücken. Dieses Phänomen dürfte in der Sammelmilch kaum auffallen, anders kann es mit der abhängigkeit des relativen NPN-Gehaltes vom Laktationsstadium sein (Abb. 11).

Mit fortschreitender Laktation nimmt der relative NPN-Gehalt immerhin um etwa 1 Prozent ab. Das gleicht sich bei Herden wie den von uns untersuchten, wo die Abkalbung gleichmäßig über das Jahr verteilt war, in der Sammelmilch aus. Molkerei in Gebieten mit ungünstigerer Milchablieferung sollten es aber spüren, wenn die NPN-Fraktion Einen derartigen jahreszeitlichen Gang hat. Er wird aber überlagert von Einen generellen jahreszeitlichen Gang, der überall vorhanden ist und in engem Zusammenhang mit den Veränderungen in den Lebensumständen der Tiere zu sehen ist. Dabei spiegelt sich insbesondere das veränderte Futterangebot in der Milchzusammensetzung generell und in der NPN-Fraktion speziell wider.

Wir hatten es, wie schor betont, mit Zwei überdurchschnittlich gut geführten Betrieben zu tun. Folglich war der relative NPN-Gehalt der Milchen in den Monaten der Stallfütterung sehr tief, nur wening schwankend (Abb. 12).

Die Situation ändere sich mit dem Weidegang und wurde gegen den Spätsommer hin immer schlechter – was sich auch im Abfall der Milchmenge zeigt. Im September stieg bei einem der beiden Betriebe der relative NPN-Gehalt dramatisch an – sicheres Zeichen für eine Unterversorgung der Kühe mit Energie. In dieser Situation ist Eiweiß zur Energieversorgung herangezogen und verbrannt worden mit der Folge, daß insbesondere Harnstoff erhöht im Blut und in der Milch auftauchte. Die gleichzeitige scharfe Steigerung des Kreatinin-N verrät, daß die Tiere sogar Muskelgewebe abbauten, um den Energiebedarf zu decken. Da selbst in überdurchschnittlich gut geführten Betrieben solche Situationen auftreten, müssen wir natürlich befürchten, daß es in »Normalbetrieben« viel häufiger vorkommt. Dagegen spricht jedoch unsere Analyse der Sammelmilch in der Staatlichen Molkerei Weihenstephan, wo die Oder sollten etwa gerade jene Betriebe, die besonders gut arbeiten und kalkulieren, zum Ergebnis gelangt sein, daß eine optimale Zufütterung von Energieträgern während der Zeit des Weideganges unwirtschaftlich ist? Wie sich aus Abb. 12 abschätzen läßt, hätte eine bessere Energieversorgung im September wohl im Mittel der Betriebe zu einer Erhöhung der Tagesleistung um etwa 1 kg, bei dem betreffenden Betrieb also um etwa 2 kg Milch je Kuh geführt.

Wie dem auch sei, die von Erbersdobler und insbesondere Kaufmann vorgeschlangeneroutinemäßige Analyse der NPN-Komponente Harnstoff als Maß für ie energie/Proteinversorgung des Milchviehs hat sicher ihre Berechtigung, sie könnte dem Landwirt helfen, seine Tiere optimal zu füttern bzw. die ökonomisch richtige Betriebsentscheidung zu treffen. Nach unseren Untersuchungen müßten dabei aber auch Daten wie alter, Laktationsstadium und Rasse der individuellen kühe berücksichtigt werden. Auch müßten die absoluten Meßwerte (z. B. mg Harnstoff/100 g Milch) auf Relativwerte (Harnstoff-N/NPN bzw. Gesamt-N) umgerechnet werden, um vergleichbare Aussagen zu erhalten. Dies ist heute glücklicherweise technisch leicht zu machen und in Bestands(sammel)milch wird sich eine Energieunterversorgung auch leichter analysieren lassen.

In neurer Zeit ist wiederholt vorgeschlagen und diskutiert worden, den Ammoniak-Gehalt der Milch als Maß für die mikrobielle Belastung mit Proteolyten heranzuziehen, z. B in Ergänzung zum Pyruvatwert. Wir müssen dem aufgrund unserer Daten skeptisch gegenüberstehen. So ist der Ammoniak-Gehalt ja recht niedrig (was für Pyruvat auch gilt); Ammoniak kann im Gegensatz zu Pyruvat aber z. B. über die Stall- und Laborluft in Milchproben gelangen und Fehler bewirken. Tatsächlich war die von uns registrierte Varianz des absoluten Ammoniak-N-Gehaltes (und der würde ja gemessen) mit + 69,3 Prozent als Basiswert für ein Qualitätskriterium reichlich hoch.

Der α-Amino-Gehalt, d. h. der Gehalt an freien Aminosäuren, ist absolut (nur dieser Wert dürfte technologish interessante sein) bedingt vom alter der Kuh abhängig, was praktisch bei Mischmilch bedeutungslos ist. Der Wert ist aber deutlich saisonabhängig im Sinne hoher Werte während der Stallfütterung und niedriger Werte während des Weidegangs. Die Variabilität beträgt insgesamt jedoch nur 18 Prozent. Ob dies sich schon spürbar auf das Wachstumsverhalten von Kulturen auswirkt, müßte vielleicht noch nachgeprüft werden.

Wir selbst werden uns in Zukunft mit anderen nhaltsstofen weiterbeschäftigen, nämlich jenen, die tierspezifisch sind. Substanzem wie Kreatin/Kreatinin, Orotsäure, Hippursäure, und Harnsäure sind typische Produkte des tierischen Stoffwechsels, dazu sind sie thermisch recht stabil und heute durchwegs in kleinen Mengen sicher und schnell bestimmbar. Damit sind sie potentielle Leitsubstanzen für milch in Produkten, die sonst mehr oder weniger ganz aus pflanzlichem Material bestehen, z. B.Back- und Süßwaren. Die Orotsäure war schon früher verschiedentlich als Indikatorsubstanz für Milch bzw. Milchprodukte vorgeschlangen worden. Wir gehen jetzt in der dissertation von Herrn Plasser bevorzugt der Hippursäure nach, bei derem Gehalt sich já kaum Abhängigkeiten von den verschiedenen Parametern zeigten, verfolgen aber auch andere NPN-Substanzen analytisch in milchhaltigen Produkten. Das wird unsere Kenntnisse des NPN der Milch dann abrunden.

Die detraillierte Veröffentlichung der angesprochenen Arbeiten erfolgt überwiegend in der Zeitschrift »Milchwissenschaft«. Die Autoren danken den Herren Dipl.-Ing. Graml, Dr. Buchberger und Dr. Weiß für wichtige Hilfe, den Betrieben Aigner, Ilmried, und dem Staatl. Versuchsgut Wildschweige für die Proben; hier gasnz besonders der Gemeinschaft der Förderer und Freunde der Süddeutschen Versuchs- und Forschungsanstalt für Milchwirtschaft in Weihenstephan e. V. für die Bezuschussung der Analysenkosten.

[42] KLOSTERMEYER, H.; WOLFSCHOON-POMBO, A. F. Neure Kenntnisse über den NPN-Gehalt der Milch. Die Molkerei-Zeitung Welt der Milch, TU München, v. 35, n. 45, p. 269-271, 1981.