BE1020120A3 - Samenstelling van voedsel voor dieren. - Google Patents

Abstract

Immunologisch stimulerend additief voor dierenvoedsel bevattende een vorm van reactieve B-glucanen, die bestaat uit plantaardige B-glucanen die reeds door een thermische behandeling zijn omgezet tot reactieve B-glucanen die immunologisch stimulerend zijn voor dieren.

Description

Samenstelling van voedsel voor dieren.

De huidige uitvinding heeft betrekking op een samenstelling van voedsel voor dieren.

Meer speciaal, is de uitvinding bedoeld voor het samenstellen van voedsel voor dieren zoals voedsel voor huisdieren, kuikens, vissen, varkens, voor vleeskalveren en andere diersoorten, en dit meer specifiek voor jonge dieren.

Het is bekend dat vooral jonge dieren problemen met hun gezondheid kunnen ondervinden omdat het immuunsysteem van deze dieren niet volwassen is en ze daardoor gevoeliger zijn voor bacteriële en virale infecties.

Traditioneel voegt men anti-microbiële groeibevorderaars toe aan het dierenvoedsel, doch het gebruik ervan wordt door de overheid ontmoedigd of zelfs verboden.

Indien men zijn immuunsysteem kan stimuleren dan reageert het jonge dier beter op ziekteverwekkers en kan men minder of geen antibiotica meer toevoegen.

»

Een treffend voorbeeld vindt men in de kweek van kuikens die na 1 dag nog geen ontwikkeld immuunsysteem hebben. Het kuiken moet het hebben van Immunoglobulinen uit de dooierzak die zich op dat ogenblik in de buikholte bevinden.

Immunoglobulinen kunnen dan alleen in de bloedbaan en in perifere weefsels komen en zeker niet in het darmlumen.

Bacteriën en virussen kunnen in het darmlumen schade aanrichten zonder dat ze via de specifieke immuniteit door middel van antilichamen bestreden worden. Het kuiken is dan nog afhankelijk van de aspecifieke immuniteit die gebruik maakt van fagocytose.

Pas vanaf een leeftijd van ongeveer 3 tot 4 weken is de specifieke immuniteit min of meer compleet en kan het kuiken antilichamen (IgA) afscheiden in het darmlumen.

ß-glucanen zijn meervoudige suikers (polysacchariden) waarbij deze uit schimmels en planten in staat zijn de aangeboren en de verworven immuniteit te moduleren, meestal door het te activeren zodat het verloop van infectieziekten, van kanker en van auto-immuunziekten wordt beïnvloed.

Reactieve ß-glucanen zetten T-helper cellen aan tot fagocytose en tot de afscheiding van de interleukines IL 6 en IL 10 welke stoffen erom bekend staan dat ze het immuunsysteem in een verhoogde staat van paraatheid brengen.

Voor de immunostimulerende werking van ß-glucanen is het noodzakelijk dat de functionele groepen van het koolhydraat met de immuuncompetente cellen in aanraking komen. Dit is bij onbehandelde ß-glucanen van plantaardige oorsprong of uit gistcellen of schimmels niet het geval.

ß-glucanen uit gistcellen bevinden zich op een plateau van mannano-oligosacchariden dat in kleine stukjes geknipt kan worden door te verwarmen in een licht zure oplossing.

Daardoor kunnen de reactieve functionele groepen van de ß-glucanen uit gist in contact komen met immuuncompetente cellen in de darmwand of mucus en het immuunsysteem stimuleren.

Mengvoederbedrijven voegen met succes ß-glucanen uit gist toe aan het mengvoer voor slachtkuikens in de leeftijdsgroep van 1 tot en met 3 weken. Om reactieve ß-glucanen te verkrijgen, moeten de gistcelwanden echter bewerkt worden hetgeen een kost met zich meebrengt.

Liever zouden mengvoederfabrikanten ook in de leeftijdsgroep van 4 tot en met 6 weken dergelijke ß-glucanen toevoegen, maar dit doet men niet omwille van de hoge kosten.

Een nadeel van ß-glucanen in pure vorm is dat deze vorm erg duur is.

Ongezuiverde ß-glucanen uit plantaardige bronnen in de akkerbouw gebruikt men niet omdat de immunologisch reactieve groepen niet vrijgesteld zijn.

Ongezuiverde ß-glucanen uit bakkersgist, Saccharomyces cerevisae, kunnen wel reactieve groepen leveren maar vertonen het nadeel dat dit enkel kan mits een dure chemische bewerking.

De huidige uitvinding heeft tot doel aan minstens één van de voornoemde en andere nadelen een oplossing te bieden, doordat zij voorziet in een immunologisch stimulerend additief voor dierenvoedsel bevattende een vorm van reactieve ß-glucanen, waarbij die vorm bestaat uit plantaardige ß-glucanen die reeds door een prefermentatieproces zijn omgezet tot reactieve ß-glucanen die immunologisch stimulerend zijn voor dieren.

Experimenteel werd vastgesteld dat een dergelijk additief reactieve ß-glucanen bevat, die een immunologisch stimulerende werking vertonen voor dieren.

Een voordeel van een dergelijk immunologisch stimulerend additief is dat de plantaardige ß-glucanen door de nodige voorbewerking voor een fermentatieproces reeds tot reactieve ß-glucanen zijn omgezet en geen verdere chemische bewerking meer nodig hebben waardoor het additief over een langere leeftijdsgroep aan jonge dieren kan worden gevoederd zonder onbetaalbaar te worden.

Nog een voordeel van een dergelijke toevoeging is dat het immuunsysteem in verhoogde staat van paraatheid gebracht wordt, zodat minder anti-microbiële groeibevorderaars of antibiotica gebruikt moeten worden.

Bij voorkeur zijn de fermentâtieprocessen die volgen op het prefermentatieproces, processen waarbij zetmeel tot ethanol wordt omgezet door middel van gistcellen zoals bijvoorbeeld bakkersgist of Saccharomyces cerevisae.

Een voordeel van de fermentatieprocessen van zetmeel naar ethanol is dat deze processen op grote schaal industrieel worden toegepast, zodat een constante stroom van residu uit deze processen voortgebracht wordt.

Bij voorkeur gebruikt het fermentatieproces van zetmeel tot ethanol een verwarming in licht zure omstandigheden. Zo kan een bewerking bij een licht zure pH van 3,9 tot 4,0 bij een temperatuur van 32 °C volstaan om de ß-glucanen uit gistcellen om te zetten naar een immunologisch stimulerende reactieve vorm, zoals verder in de experimentele gegevens wordt aangetoond.

Een voordeel van een dergelijke verwarmingsstap in licht zuur milieu is dat het residu niet verder chemisch bewerkt moet worden om als immunologisch stimulerend additief aan het dierenvoedsel te worden toegevoegd, en dat de kostprijs van het additief daarom laag blijft.

Zo kan het residu van dit verwerkingsproces 1 tot 5 % (op droge stof basis) ß-glucanen bevatten die bovendien reactief en immunologisch stimulerend zijn.

Bij voorkeur is het gebruikte zetmeel bij het fermentatieproces van zetmeel tot ethanol afkomstig van tarwe, maïs of aardappelen.

Een voordeel van het gebruik van dergelijk zetmeel is dat het op industriële schaal voorhanden is en verwerkt kan worden in fermentatieprocessen.

Nog een voordeel van het gebruik van zetmeel is dat dit reeds immunologisch reactieve ß-glucanen kan bevatten, waardoor de immunologisch stimulerende werking bevorderd wordt.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, is hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een voorkeurdragende uitvoeringsvorm beschreven van een immmunologisch stimulerend additief voor dierenvoedsel volgens de uitvinding, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin: figuur 1 de chemische structuur van ß-glucaan uit gist weergeeft ; figuur 2 schematisch een doorsnede door een gistcel weergeeft; figuur 3 figuur 2 weergeeft na een chemische bewerking; figuur 4 schematisch het productieproces weergeeft voor reactieve ß-glucanen uit tarwe en uit gist; figuur 5 het effect weergeeft van meerdere ß-glucaan bronnen op de expressie van interleukine IL-6 in mononucléaire cellen uit perifeer bloed van varkens; figuur 6 hetzelfde effect weergeeft dan figuur 4 maar bij een tienmaal lagere concentratie van toegediende ß-glucanen; figuur 7 hetzelfde effect weergeeft dan figuur 4 maar nu voor de expressie van interleukine IL-10; figuur 8 hetzelfde effect weergeeft dan figuur 6 maar bij een tienmaal lagere concentratie van ß-glucanen;

figuur 9 de invloed van ß-glucanen op Concanavaline A

geïnduceerde lymfocyten-vermeerdering voor één varken weergeeft; figuur 10 hetzelfde weergeeft dan figuur 8 maar nu voor een ander varken.

In figuur 1 is de chemische formule van gist ß-glucaan weergegeven zijnde (1-3),(1-6)-ß-D-glucan of poly-(1-6)-ß-D-glucopyranosyl-(1,3)-p-glucopyranose.

In figuur 2 is een normale gistcel 1 weergegeven bestaande uit van buiten naar binnen een ß-glucaan-laag 2, een laag van ß-glucaan met chitine 3, een mannoproteïne-laag 4, een celinhoud 5 bestaande uit lipiden 6, proteïnes 7 en nucleïnezuren 8.

In figuur 3 is een bewerkte gistcel 9 weergegeven bestaande uit van buiten naar binnen een ß-glucaan-laag 2, een laag van ß-glucaan met chitine 3, en resten van lipiden 6 en proteïnes 7.

De bewerkte gistcel 9 verschilt van de normale gistcel 1 doordat de cel aan een verwarming in licht zuur milieu werd blootgesteld.

Na sproeidrogen bevat het overblijvend poeder ten minste 70 % van het onoplosbare ß-1,3/1,6-glucaan in de vorm van holle sferen voorgesteld in figuur 3, en sporen van proteïnes 7 en lipiden 6, alsook kleinere hoeveelheden van ß-1,6-glucaan en chitine.

In figuur 4 wordt een productieproces 10 voorgesteld bestaande uit een sterilisatietank 11 voorzien van een toevoer 12 en een afvoer 13, die gekoppeld is via leiding 14 aan een industriële moederfermentor 15 die zelf verbonden is met een gistvat 16 en die verder verbonden is via leiding 17 met een kopfermentor 18 die verbonden is via leiding 19 met een hoge fermentor 20, die via leiding 21 uitgeeft in een destillatie-inrichting 22, die verder verbonden is met een vacuumindamper 23 die verder verbonden is met een opvangtank 24 voor concentraat.

De werking van het productieproces 10 kan als volgt worden toegelicht. Via de toevoer 12 wordt er tarweconcentraat toegevoerd die een temperatuur heeft van ca. 75 °C. Het tarweconcentraat komt in een tank 11 terecht waarna er enzymen worden toegevoegd om het tarweconcentraat om te zetten in kleinere suikers.

Een monster van het tarweconcentraat (monster TC1) wordt genomen voordat het product in de tank terecht komt. Het tarweconcentraat wordt verder gevoerd via leiding 14 naar een moederfermentor 15 waarin het tarwezetmeel gemengd wordt met gistcellen die vanuit een gistvat 16 aan de moederfermentor worden toegevoegd.

Vervolgens wordt het fermentatiemengsel via leiding 17 naar de kopfermentor 18 gevoerd waar het fermentatieproces doorloopt en waarna de fermentatie verder gezet wordt in de via leiding 19 daarmee verbonden hoge fermentor 20. Het tarwe-gist mengsel verblijft in het totaal gedurende 42 uren in de fermentors bij een pH van 3,9 tot 4,0 bij een temperatuur van 32 °C.

Na afloop van de fermentatie wordt het mengsel via leiding 21 naar een destillatie-inrichting 22 gevoerd, waar het reactieproduct ethanol uit het mengsel wordt afgescheiden.

Uit het overblijvende tarwe-gist concentraat wordt een tweede monster genomen (monster TGC2) voor biologische testen vooraleer het verder gevoerd wordt naar een vacuümindamper 23 die water aan het residu onttrekt waarna het meer geconcentreerde residu wordt geleid naar een opvangtank 24.

Van dit meer geconcentreerde residu wordt een derde monster genomen (monster TGC3) voor biologische testen.

De verschillende monsters werden verder biologisch onderzocht door het meten van het immunologisch stimulerend effect aan de hand van de expressie van interleukines in bloedcellen, geïsoleerd uit varkens enerzijds en anderzijds door het meten van de vermenigvuldiging van B en T cellen, waarvan de toename gemeten wordt na het toedienen van ß-glucanen aan de B en T lymfocyten.

De expressie van de interleukines 6 en 10 is een maat voor de eerste niet-specifieke immuunrespons in de aanvangsfase van een infectie.

Het interleukine 6 (IL-6) is een pro-inflaminatoir cytokine dat afgescheiden wordt in de eerste non-specifieke fase van een immunologische reactie door fagocyten om de activiteit en vermenigvuldiging van die T en B cellen te stimuleren, die het meest geschikt zijn om het type pathogeen te bestrijden dat aan de fagocyten werd voorgesteld.

Het interleukine 10 (IL-10) is een anti-inflammatoir cytokine dat eveneens in mononucléaire bloedcellen (macrofagen, monocyten, B en T cellen) geïsoleerd uit perifeer bloed van varkens tot expressie wordt gebracht.

In figuur 5 wordt het immunologisch stimulerend effect van verschillende bronnen van ß-glucaan vergeleken door metingen met een in vitro test van de expressie van interleukine 6 (IL-6) in mononucléaire bloedcellen (macrofagen, monocyten, B en T cellen) geïsoleerd uit perifeer bloed van varkens. De hoeveelheid tot expressie gebracht IL-6 wordt uitgedrukt als pg/ml bloed, en dit voor een toegediende hoeveelheid van 200 pg/ml bloed van ß-glucaan.

De gebruikte ß-glucaan bronnen zijn : TC1 : het tarweconcentraat zonder gist, bekomen na een sterilisatieproces bestaande uit een verhittingsstap tot 75 °C om het zetmeel te steriliseren en een enzymatische behandeling om suikers om te zetten naar kleinere suikers.

r TGC2 : een concentraat van tarwe en gist, bekomen na een fermentatieproces van het tarwezetmeel waaraan gistcellen werden toegevoegd en na het afdestilleren van de gevormde ethanol.

TGC3 : het concentraat TGC2, maar nadat het concentraat werd ingedikt door een vacuüm indampingsstap; GCW : Gistcelwand zonder activerende chemische bewerking; MG : Macroguard, een commerciële aangerijkte vorm van ß-glucanen; IC : een interne controlestof.

MEDIUM : het medium zonder toegevoegd ß-glucaan.

LPS : Lipopolysaccharide

In figuur 6 wordt dezelfde meting van de expressie van interleukine 6 (IL-6) gemaakt met een in vitro test als in figuur 5 maar nu voor een tienmaal kleinere toegediende hoeveelheid van ß-glucaan zijnde 20 pg/ml bloed.

In figuur 7 wordt het immunologisch stimulerend effect gemeten van ß-glucanen met een in vitro test zoals in figuur 5, maar nu door metingen van tot expressie gebracht interleukine 10 (IL-10), uitgedrukt als pg/ml bloed en voor een toegediende hoeveelheid ß-glucaan van 200 pg/ml bloed.

Figuur 8 geeft eenzelfde in vitro test voor interleukine 10 (IL-10) weer als in figuur 7, maar nu voor een toegediende hoeveelheid ß-glucaan van 20 pg/ml.

De verschillende monsters werden nog op een tweede manier onderzocht en wel door het meten van het immunologisch stimulerend effect aan de hand van de vermenigvuldiging van B en T cellen, waarvan de toename gemeten wordt na het toedienen van ß-glucanen aan de B en T lymfocyten.

Deze meting gebeurt door het toevoegen van radioactief gemerkte nucleotiden aan het medium, die door de vermenigvuldigde cellen in hun DNA worden geïntegreerd, en waarvan de straling (cpm) na afloop van de incubatie gemeten kan worden als maat voor de toename van deze cellen.

De toename van de B en T cellen is een maat voor de specifieke immuunrespons die optreedt na de initiële niet-specifieke immuunrespons op een infectie door een pathogeen.

In figuur 9 zijn de meetgegevens weergegeven voor meerdere ß-glucaan bronnen in functie van de concentratie van deze ß-glucanen, en dit voor één varken.

Figuur 10 geeft dezelfde gegevens weer, maar dit voor een ander varken.

De volgende tabel geeft een overzicht van de bekomen resultaten, en dit voor varken 1 / varken 2 :

Tabel I : Immunologisch stimulerende werking van meerdere bronnen van ß-glucanen gemeten door middel van immunologische reacties bij in vitro testen.

Uit deze resultaten blijkt dat TCI, TGC2 en TGC3 allen een sterk stimulerende werking vertonen op de IL-6 secretie en dit bij de twee concentraties die getest werden, terwijl gistcelwand (GCW) en Macroguard geen duidelijk stimulerende werking vertonen.

Uit de resultaten blijkt ook dat TCI, TGC2 en TGC3 alle een even sterke stimulerende werking vertonen op de IL-10 secretie als de interne controle en dit vooral bij de hoogste van de twee geteste concentraties.

Verder blijkt dat TCI, TGC2 en TGC3 ConA-geïnduceerde vermenigvuldiging van lymfocyten stimuleren bij lage concentraties en deze vermenigvuldiging onderdrukken bij hogere concentraties, net zoals het commerciële ß-glucanen preparaat Macroguard.

Het onderdrukkend effect is het meest uitgesproken voor gistcelwand (GCW) en het minst uitgesproken voor TC1.

Algemeen kan men besluiten dat de tarweconcentraten over een meetbaar stimulerend effect op de immunologische reactie van dierlijke cellen beschikken, en dit zonder nog een bijkomende chemische bewerking nodig te hebben om hun reactieve groepen vrij te stellen.

Opmerkelijk is dat in een zuiver plantaardig tarwepreparaat immunologisch actieve ß-glucanen gevormd kunnen worden door een sterilisatiebehandeling bij 75 °C en dit zonder de noodzaak om gistcellen toe te voegen.

Het is verder onmogelijk het aandeel van tarwe en van gist ß-glucanen in de immunologische reactie te bepalen in het residu dat na de fermentatie van plantaardig zetmeel met gist wordt bekomen. Vermits tarwe ß-glucanen reeds een immunologisch stimulerend effect vertonen voor het toevoegen van gist, zullen beide componenten bijdragen tot de immunologische stimulatie van de dieren.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch een additief voor dierenvoeding volgens de uitvinding kan in allerlei vormen en afmetingen worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (13)

1. Immunologisch stimulerend additief (TC1) voor dierenvoedsel bevattende een vorm van reactieve ß-glucanen, daardoor gekenmerkt dat die bestaat uit plantaardige ß-glucanen die reeds door een thermische behandeling zijn omgezet tot reactieve ß-glucanen die immunologisch stimulerend zijn voor dieren.

2. Immunologisch stimulerend additief (TC1) voor dierenvoedsel volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de thermische behandeling gevolgd wordt door fermentatieprocessen waarvan het residu (TGC3) ook benut wordt als additief, en waarbij zetmeel tot ethanol wordt omgezet door middel van gistcellen.

3. Immunologisch stimulerend additief (TGC3) voor dierenvoedsel volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat de fermentatieprocessen van zetmeel tot ethanol gebruik maken van bakkersgist (Saccharomyces cerevisae).

4. Immunologisch stimulerend additief (TGC3) voor dierenvoedsel volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat de fermentatieprocessen gebruik maken van een verwarming tot 32 °C in licht zure omstandigheden (pH 4.0 tot pH 4.5) die de ß-glucanen van gistcellen converteert naar een immunologisch stimulerende reactieve vorm.

5. Immunologisch stimulerend additief (TGC3) voor dierenvoedsel volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat het zetmeel in de fermentatieprocessen afkomstig is van tarwe, maïs of aardappelen.

6. Dierenvoedsel dat een immunologisch stimulerend additief (TC1) bevat dat reactieve ß-glucanen bevat, daardoor gekenmerkt dat de reactieve ß-glucanen bestaan uit plantaardige reactieve ß-glucanen verkregen door een sterilisatieproces.

7. Dierenvoedsel volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat het immunologisch stimulerend additief (TGC3) naast de plantaardige reactieve ß-glucanen ook ß-glucanen van gistcellen bevat die door een fermentatieproces zijn omgezet tot reactieve en immunologisch stimulerende ß-glucanen.

8. Dierenvoedsel volgens conclusie 7, daardoor gekenmerkt dat het dierenvoedsel veevoeder is.

9. Werkwijze voor het verkrijgen van een immunologisch stimulerend additief (TGC3) voor dierenvoedsel daardoor gekenmerkt dat het immunologisch stimulerend additief bereid wordt in industriële fermentatieprocessen van zetmeel met gistcellen, waarin de ß-glucanen van het plantaardig zetmeel en van de gebruikte gistcellen reeds door de sterilisatie- en fermentatieprocessen chemisch zijn omgezet tot reactieve immunologisch stimulerende ß-glucanen voor dieren, en waarna het residu na verwijdering van ethanol en overtollig water zonder verdere chemische bewerking benut wordt als immunologisch stimulerend additief.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, daardoor gekenmerkt dat de fermentatieprocessen van zetmeel tot ethanol gebruik maken van bakkersgist (Saccharomyces cerevisae).

11. Werkwijze volgens conclusie 9, daardoor gekenmerkt dat de fermentatieprocessen gebruik maken van een verwarming in licht zure omstandigheden die de ß-glucanen van gistcellen converteert naar een immunologisch stimulerende reactieve vorm.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, daardoor gekenmerkt dat de fermentatieprocessen gebruik maken van een verwarming bij een temperatuur tussen 30 en 37°C en bij een pH van 4,0 tot 4,5.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, daardoor gekenmerkt dat het zetmeel in de fermentatieprocessen afkomstig is van tarwe, maïs of aardappelen.