Zeolith

Zeolith, Einsatz in der Futtermittelindustrie

Sehr geehrte Damen und Herren,

seit einigen Jahren beschäftige ich mich freiberuflich mit der Problematik der natürlichen Zeolithe und dem möglichen Einsatz in der Futtermittelindustrie. Ich arbeite dabei mit einem Zeolith aus der Gruppe der Klinoptilolithe.

Es handelt sich um ein natürliches Mineralgemisch vulkanischen Ursprungs. Bedingt durch seine Gitterstruktur ist es in der Lage, Ionen auszutauschen. Hauptkomponente des Mineralgesteins ist Klinoptilolith, ein Strukturmaterial mit feinsten Käfigformationen, in die Ammonium-Ionen und einfache Stickstoffverbindungen - sämtliche mehr oder weniger toxisch - definitiv für die weitere Verweildauer im Darm gebunden werden. Die spezifische innere Oberfläche von 1 g Klinoptilolith beträgt 360 m2.

Klinoptilolith zeichnet sich durch seinen einzigartigen, wabenähnlichen Kristallaufbau aus - sog. Käfigstruktur - welche ihm die Ionentauschfähigkeit verleiht, d.h. er kann aus einem Medium Ionen in die inneren Hohlräume aufnehmen und festhalten, oder schon aufgenommene Ionen durch andere ersetzen. Welche Ionen nun adsorbiert oder ausgetauscht werden, wird bestimmt durch deren Größe, resp. Durchmesser und den Durchmesser der Eintrittsöffnungen (Poren) in die inneren Hohlräume (Käfige) des Zeoliths. Je besser Größe und Durchmesser eines Ions mit dem Durchmesser der Poren und der Größe der Käfige übereinstimmen, umso mehr verdrängt es die im Käfig vorhandenen kleineren Ionen und umso stärker wird es dort festgehalten (= höchste Affinität). Ionen mit größerem Durchmesser als jener der Poren des Klinoptiloliths können nicht adsorbiert werden.

Der Käfigdurchmesser des Klinoptiloliths beträgt ca. 4 Angström. Dies entspricht dem Ionaldurchmesser von Ammonium (NH4+) sowie von Cs134, Cs137 und H2O. Diese besitzen somit die höchste absorptive Affinität für Klinoptilolith. Nutritiv relevante Ionen sowie komplexere Moleküle (Aminosäuren, Zucker, Vitamine u.a.) bleiben auf Grund dieser selektiven Adsorption verfügbar. Dieser Umstand eröffnet Klinoptilolith ein sehr breites Einsatzgebiet. Der feine Vermahlungsgrad sowie die produktspezifische Kornverteilung bedingen eine hohe Partikelzahl pro Gewichtseinheit und garantieren eine gute Verteilung des Klinoptiloliths im Nahrungsbrei und steigern somit die Funktionalität als Ballaststoff.

Im Rahmen der Tierernährung wird gerade in nährstoffreichen Rationen die Bedeutung und Notwendigkeit von aktivem, funktionalem und natürlichem Ballast immer klarer erkannt. Die produktspezifische Zusammensetzung von Klinoptilolith bedingt, wie folgend ausgeführt, verschiedene, sich synergetisch positiv ergänzende Wirkungen.

1.Erhöhte Nährstoffnutzung

Volumenvermehrung des Nahrungsbreies

Eine gute Adsorption der Nährstoffe bedingt eine ständige Bewegung und Durchmischung des Nahrungsbreis im Magen-Darm-Trakt. Die dazu notwendigen Reize für die Motorik des Darmes werden durch den Füllungsgrad des Darmes ausgelöst. Ein unverdauliches Restvolumen des aufgenommenen Futters ist somit für einen gut funktionierenden Verdauungsablauf unerlässlich!

Flüssigkeitsbindung

Die Nährstoffverdauung und -adsorption läuft im wässrigen Milieu ab. Dazu bedarf es einer enormen Sekretionsleistung von Mund-, Magen- und Darmschleimhaut bzw. deren Anhangdrüsen. Die Trockensubstanz des Darminhalts nimmt mit zunehmender Nährstoffadsorption ab.

Vehikelfunktion für Nährstoffe

Die aus den Nährstoffträgern herausverdauten, adsorptionsfähigen Nährstoffe lagern sich an die unverdaulichen Ballaststoffe an. Letztere übernehmen den Transport der adsorptionsfähigen Nährstoffe vom Darmlumen an den Bürstensaum der Schleimhautzellen heran, wo ggf. Endverdauung und schließlich Absorption in die Blutbahn stattfinden. Durch diese - temporär wirksame - Speicherfunktion der Ballaststoffe, wird der vorzeitige Abtransport noch nutzbarer Nahrungsbestandteile in den Dickdarm verhindert, die Verweildauer im Dünndarm verlängert.

Speicherfunktion für Elektrolyte, Enzyme und Proenzyme

Elektrolyte und Proenzyme, aber auch bereits aktivierte Enzyme, können vorübergehend an Ballaststoffe angelagert und im Bedarfsfall wieder freigesetzt werden.

Mechanischer Kolonisationsraum für darmbesiedelnde Mikroben

Aus der mikrobiologischen Technologie ist hinlänglich bekannt, dass auf geeigneten Matrizen angesiedelte Mikroben in der Regel langlebiger und aktiver sind als solche, die in der Kulturflüssigkeit flottieren. Ähnliches dürfte für die Mikroflora des Magen-Darm-Traktes zutreffen.

Im Gegensatz zu den gebräuchligen "Rohfaserträgern" wie Kleie, Grasmehl, Spreu, Strohmehl, Trockenschnitzel usw. besitzt der mineralische Ballaststoff entscheidende Vorteile. So wird er weder vom tierischen Organismus, noch von seinen magen- und darmbewohnenden Mikroben abgebaut. Während die organischen Rohfaserträger meist zwischen 10 bis 30% Ballaststoffe enthalten, kann Klinoptilolith zu fast 100% als wirksamer Ballast eingesetzt werden; er nimmt daher im Verhältnis nur wenig vom "Platzangebot" in Anspruch, welches in modernen Rezepturen und Rationen ohnehin knapp ist. Die o.g. wesentlichen Funktionen des Ballastes werden durch Klinoptilolith somit auf allen Stufen der Verdauung in hohem Maße erfüllt und führen zu verbesserter Nährstoffnutzung. Die Ballastfunktion ist wesentlich gegeben durch die hohe Oberflächen-Adsorptionskapazität des Klinoptiloliths.

2.Organentlastung

Eine der wichtigsten Eigenschaften des Klinoptiloliths besteht in der Funktion als selektiver Adsorber von Ammoniak, Ammonium-Ionen und anderen Stickstoffverbindungen (Enterotoxine). Diese werden in die inneren "Hohlräume" der Kristallstruktur eingelagert und sind dort durch andere Ionen nicht mehr austauschbar. Wir gehen hier von einer optimalen Passform von Ammonium und Ammoniak aus, die durch die Übereinstimmung der Durchmesser der Moleküle mit den Eintrittsöffnungen der Kristalle zu Stande kommt. Sie werden somit der Adsorption in die Blutbahn entzogen.

Die Leber wird dadurch von einer aufwendigen Entgiftungsfunktion entlastet und andere empfindliche Organe (Milz, Nieren, Gehirn und Nervensystem, Hormonproduzenten, Immunsystem usw.) sowie verschiedene Enzyme vor Schaden bewahrt. Die für die Entgiftung nicht benötigte Energie kann dadurch für die tierische Leistung verwendet werden. Das bedeutet z.B. erhöhte Widerstandskraft des Tieres, aber auch höhere Tageszunahmen, bessere Futterverwertung usw.

3.Verbessertes Stallklima

Wie bereits mehrmals erwähnt, ist Klinoptilolith in der Lage, Ammonium und Ammoniak zu binden. Dadurch wird die Belastung der Stallluft, mithin auch der Atemluft der Tiere, gesenkt. Die Ammoniakaufnahme über den Weg der Atemluft wird verringert.

Ammonium besitzt gegenüber Klinoptilolith die höchste adsorptive Affinität und kann daher weder durch andere Ionen ausgetauscht, noch mit Wasser ausgewaschen werden. Sie sind nur durch mikrobiellen Abbau dem Nährstoffkreislauf wieder zugänglich. Wird also Klinoptilolith, das mit Ammonium "beladen" ist, mit der Gülle oder als Dünger auf das Feld ausgebracht, verflüchtigen sich die Stickstoffverbindungen nicht etwa in der Luft oder werden auch nicht in das Grundwasser ausgewaschen, sondern stehen Bodenmikroben und Pflanzen als Stickstoffquelle entsprechend ihrem Bedarf zur Verfügung. Die Folgen sind: geringere Geruchsbelästigungen, weniger Nährstoffverluste, geringere Grundwasserbelastung, verhindern des "Verbrennens" an Pflanzen und Wurzeln, sowie vermeiden einer Schädigung der Bodenlebewesen.

4.Detoxification

Dank seiner Adsorptionskapazität (physikalische Anlagerung an der Oberfläche) und seiner Absorptionskapazität (Einlagerung kleinerer Molekülkomplexe in besondere innere Strukturen) vermag Klinoptilolith Toxine zu fixieren und ggf. unschädlich zu machen. Dies bezieht sich auf toxische Substanzen, die mit der Nahrung aufgenommen werden, aber auch solche, die vom Organismus ausgeschieden oder von Darmmikroben gebildet werden (z.B. biogene Amine wie Kadaverin, Putreszin u.ä.).

5.Die Funktion von Klinoptilolith als Fließhilfsstoff

Der Wassergehalt von Einzelkomponenten oder von Mischfutter steht in ständiger Wechselbeziehung zum Feuchtigkeitsgehalt der Umgebungsluft. Wasser tritt zu oder wird abgegeben, je nach Umgebungsfeuchte, bis ein Gleichgewicht erreicht ist. Die Tendenz einzelner Komponenten, Wasser aufzunehmen (=Hygroskopizität) ist sehr unterschiedlich. Stärker hygroskopische Futtermittel neigen bei wechselnder Luftfeuchtigkeit rascher zu Wasseranlagerungen und damit zu Verklebungen und Verklumpungen der benachbarten Futterpartikel. Besonders starker Wasseraustausch findet bei großen Schwankungen der Umgebungstemperatur statt. Dies ist der Fall z.B. bei starker Erwärmung eines Silos bei Sonnenbestrahlung und nächtlicher Abkühlung. Dabei kommt es an den rasch abkühlenden Silowänden zu Kondenswasserbildung, bevor sich das Feuchtigkeitsgleichgewicht zwischen Futtermittel und Umgebungsluft einstellen kann. Ebenso führt die raschere Abkühlung in den Randschichten des Füllgutes daselbst zu einem höheren Wassergehalt und zur Bindung von freiem Wasser. Verklumpung und Verklebung der Futterpartikel sind die Folge, neben dem Beginn mikrobieller Aktivität und somit einsetzenden Futterverderb. Klinoptilolith besitzt eine hohe Oberflächen-Adsorptionskapazität für Wasser und/oder andere Moleküle; es kommt zur Adsorption der Feuchtigkeit im Inneren der Hohlräume. Zeolith ist in der Lage, das freie Wasser zwischen den Futterpartikeln zu binden, bevor es zu den erwähnten negativen Folgen kommen kann und erfüllt somit die Funktion eines Fließhilfsstoffes oder auch Antiklumpmittels für Einzelkomponenten und Mischfutter hervorragend. Neben dem Erhalt der Fließ- und Rieselfähigkeit sowie dem Vorbeugen eines Futterverderbes bewirkt Klinoptilolith auch eine Stabilisierung des Feuchtigkeitsgehaltes von Futtermitteln. Die Zugabe von Klinoptilolith als Fließhilfsmittel hängt grundsätzlich vom Feuchtigkeitsgehalt des Mischgutes und den herrschenden Umgebungsverhältnissen (Luftfeuchtigkeit, Temperaturschwankungen) ab. Die vom ernährungsphysiologischen Standpunkt aus empfohlene Dosierung von 1 - 2% im Fertigfutter reicht jedoch unter üblichen Verhältnissen vollständig aus für die Funktion als Fließhilfsstoff oder Antiklumpmittel.

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