Die Abdeckung des Energiebedarfs ist insbesondere bei Sport- und Zuchtpferden mit einer Aufnahme hoher Stärkemengen gekoppelt. Daraus können jedoch sowohl fermentative Störungen, bedingt durch das Abfluten von Stärke in den Dickdarm, als auch metabolische Veränderungen resultieren, wobei letztere insbesondere in Form von gesteigerten Glucose- und Insulinreaktionen zum Ausdruck kommen und nicht zuletzt in der Entstehung einer Insulinresistenz münden können. In der vorliegenden Arbeit sollte der Einfluss verschiedener Nährstoffe bzw. Futtermittel in Kombination mit der Aufnahme einer stärkereichen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion bei gesunden Pferden überprüft werden. Für die Versuche standen insgesamt zwölf Wallache (Alter: 6 ± 4 Jahre, Gewicht: 552 ± 84 kg) zur Verfügung. Die Untersuchungen unterteilten sich in drei Fragestellungen, bei denen die jeweiligen Futtermittel randomisiert oder blockweise angeboten wurden. Als stärkereiche Mahlzeit wurde einmal täglich morgens Bruchmais in einer Dosierung von 2 g Stärke / kg KM verfüttert. Im ersten Versuchsabschnitt erhielten die Pferde verschiedene Heuzuteilungsformen (ad libitum oder restriktiv (0,6 kg / 100 kg KM)) in der Nacht vor Bruchmaisaufnahme sowie nach der Fütterung des Bruchmaises. Im zweiten Versuch wurde der Bruchmais in Kombination mit extrahierten Rohfaserquellen (0,2 g / kg KM Cellulose / Hemicellulose oder 0,1 g / kg KM Apfelpektin) oder 0,2 g Rohprotein / kg KM (in Form von Maiskleber) verfüttert. Im dritten Versuchsabschnitt erfolgte die Zulage von 0,2 ml Soja- oder Fischöl / kg KM zum Bruchmais. Je nach Fragestellung durchliefen die Pferde eine acht- bis elftägige Adaptationsphase, nach welcher sich ein- bis zweitägige Blutprobenentnahmetage anschlossen. Hierbei wurde den Pferden über einen Venenverweilkatheter bis 510 Minuten ppr. jeweils in halbstündigen Abständen Blut entnommen. Im Plasma wurden die Blutparameter Glucose (GOD-Methode) und Insulin (Radioimmunoassay) bestimmt. Es konnte gezeigt werden, dass die Zufuhr von Rohfaser in Form von Heu vor und nach Aufnahme einer stärkereichen Ration keinen wesentlichen Einfluss auf die Glucosereaktion hatte. Hierbei wurden die Glucosekonzentrationen nach zwölfstündiger Nüchterung durch die Heufütterung während der Blutentnahme nicht beeinflusst (AUCHeu restriktiv nachts, Heu restriktiv tags 132 ± 72,5 mmol x min / l, AUCHeu restriktiv nachts, Heu ad libitum tags 144 ± 114 mmol x min / l, Behandlung p > 0,05). Die Heuaufnahme während der Blutentnahme führte zu signifikant höheren Glucosekonzentrationen (Behandlung p = 0,02) wenn die Pferde vor der Bruchmaisaufnahme ad libitum Zugang zu Heu hatten (Heu ad libitum nachts, Heu ad libitum tags). Die Flächen unter den Glucosekurven wiesen jedoch keine signifikanten Unterschiede zwischen den Behandlungen auf (AUCHeu ad libitum nachts, Heu restriktiv tags 89,5 ± 50,5 mmol x min / l, AUCHeu ad libitum nachts, Heu ad libitum tags 113 ± 62,7 mmol x min / l, Behandlung p > 0,05). Die Heufütterung während der Blutentnahme ließ nach zwölfstündiger Nüchterung signifikant höhere Insulinkonzentrationen (AUCHeu restriktiv nachts, Heu ad libitum tags 5996 ± 4460 µU x min / ml) erkennen als ohne Heufütterung (AUCHeu restriktiv nachts, Heu restriktiv tags 1626 ± 1040 µU x min / ml, Behandlung p = 0,02). Die Pferde zeigten weiterhin signifikant höhere Insulinwerte, wenn nach der Fütterung des Bruchmaises Heu ad libitum aufgenommen werden konnte (AUCHeu ad libitum nachts, Heu restriktiv tags 1275 ± 845 µU x min / ml, AUCHeu ad libitum nachts, Heu ad libitum tags 3701 ± 2163 µU x min / ml, Behandlung p = 0,04). Die Zugabe extrahierter Rohfaserquellen wie Cellulose / Hemicellulose sowie Pektin zu einer definierten Maisaufnahme zeigte keinen signifikanten Einfluss auf die Glucose- (AUCBruchmais 230 ± 163 mmol x min / l, AUCCellulose / Hemicellulose 259 ± 215 mmol x min / l, AUCPektin 274 ± 106 mmol x min / l, Behandlung p > 0,05) und Insulinreaktion (AUCBruchmais 8885 ± 4024 µU x min / ml, AUCCellulose / Hemicellulose 8767 µU x min / ml, AUCPektin 10657 µU x min / ml, Behandlung p > 0,05). Durch die additive Supplementierung von Sojaöl- und Fischöl zu einer stärkehaltigen Mahlzeit ließen sich keine signifikanten Unterschiede in der Glucose- (AUCSojaöl 268 mmol x min / l, AUCFischöl 234 mmol x min / l, AUCBruchmais 257 ± 113 mmol x min / l) und Insulinreaktion (AUCSojaöl 4640 µU x min / ml, AUCFischöl 3653 µU x min / ml, AUCBruchmais 4703 ± 3365 µU x min / ml) im Vergleich zur isolierten Bruchmaisaufnahme erkennen. Die Ergänzung von Protein zu einer stärkehaltigen Mahlzeit zeigte sehr variable Reaktionen innerhalb der Einzelpferde, wobei zwei Pferde keine Reaktion und zwei Pferde erhöhte Insulinreaktionen zeigten. Unterschiede in den Glucosereaktionen wurden nicht beobachtet. Zusammenfassend ist hervorzuheben, dass die gewählten Fütterungskonzepte (Zulage extrahierter Faserquellen, Protein oder Fett) bei einer Stärkezufuhr von 2 g Stärke / kg KM keinen signifikanten Einfluss auf die Glucose- und Insulinreaktionen hatten. Dagegen führte die Fütterung von Heu ad libitum nach Aufnahme einer stärkereichen Ration zu erhöhten Insulinkonzentrationen. Um die Glucose- und Insulinreaktion nachhaltig abschwächen zu können, ist als effiziente Maßnahme eine Reduktion der aufgenommenen Stärkemenge pro Mahlzeit zu empfehlen, wohingegen die Zulage von Rohfaser und Fett bei standardisierter Stärkeaufnahme keine Abschwächung der postprandialen Glucose- und Insulinreaktion bewirkt.:INHALTSVERZEICHNIS ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS V 1 EINLEITUNG 1 2 LITERATURÜBERSICHT 2 2.1 Einfluss verschiedener Getreidearten und deren Bearbeitungsformen auf die präcaecale Stärkeverdaulichkeit beim Pferd 2 2.2 Einfluss verschiedener Getreidearten und deren Bearbeitungsformen auf die Glucose- und Insulinreaktion beim Pferd 4 2.3 Einfluss von Rohfaser auf die Glucose- und Insulinreaktion beim Pferd 6 2.3.1 Definition und Eigenschaften von Rohfaser 6 2.3.2 Effekte löslicher Fasern auf Verdauungsvorgänge im Magen-Darm-Trakt 8 2.3.3 Effekte unlöslicher Fasern auf Verdauungsvorgänge im Magen-Darm-Trakt 10 2.3.4 Effekte von löslichen und unlöslichen Fasern auf die Glucose- und Insulinreaktion 11 2.4 Einfluss von Fett auf die Glucose- und Insulinreaktion 15 2.4.1 Klassifizierung und Eigenschaften von Fetten 15 2.4.2 Fette in der Pferdefütterung 16 2.4.3 Kurzfristige Effekte von Fettzulagen auf die Glucose- und Insulinreaktion 17 2.4.4 Langfristige Effekte von Fettzulagen auf die Glucose- und Insulinreaktion 18 2.5 Einfluss von Protein auf die Glucose- und Insulinreaktion 20 2.6 Zusammenfassung 23 3 TIERE, MATERIAL UND METHODEN 24 3.1 Versuchsplanung 24 3.2 Experimentelle Versuchsdurchführung 24 3.2.1 Einfluss von Raufutterzulagen vor und nach Aufnahme einer stärkehaltigen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion (Fragestellung I) 24 3.2.1.1 Versuchsaufbau 24 3.2.2 Effekte der Zulage unterschiedlicher extrahierter Rohfaserquellen (Pektine, Cellulose / Hemicellulose) und Protein zu einer stärkehaltigen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion (Fragestellung II) 28 3.2.2.1 Versuchsaufbau 28 3.2.3 Effekte unterschiedlicher Fettzulagen (Sojaöl, Fischöl) zu einer stärkehaltigen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion (Fragestellung III) 32 3.2.3.1 Versuchsaufbau 32 3.3 Verwendete Techniken der Futtermittelbearbeitung 34 3.3.1 Mechanische Futtermittelbearbeitung 34 3.3.2 Thermische Futtermittelbearbeitung 34 3.4 Messungen und Untersuchungsmethoden 35 3.4.1 Körpermasse der Pferde 35 3.4.2 Futteraufnahmegeschwindigkeit 35 3.4.3 Methode der Blutprobengewinnung 35 3.4.4 Untersuchungsmethoden der Futtermittel 36 3.4.4.1 Trockensubstanz und Rohnährstoffgehalte 36 3.4.4.2 Stärke 37 3.4.4.3 Zucker 37 3.4.4.4 Fettsäuren 37 3.4.5 Untersuchungsmethoden der Plasmaproben 38 3.4.5.1 Glucose 38 3.4.5.2 Insulin 38 3.4.5.3 Fettsäuren 39 3.4.6 Statistische Auswertung 39 4 ERGEBNISSE 40 4.1 Allgemeine Beobachtungen 40 4.1.1 Gesundheitszustand der Pferde 40 4.1.2 Gewichtsentwicklung der Pferde 40 4.2 Einfluss von Raufutterzulagen vor und nach Aufnahme einer stärkehaltigen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion (Fragestellung I) 42 4.2.1 Futteraufnahmeverhalten 42 4.2.2 Futteraufnahmedauer 42 4.2.3 Glucosekonzentrationen im Plasma 43 4.2.3.1 Effekte einer zwölfstündigen Nüchterungsphase vor Maisaufnahme, ohne Heufütterung während der Blutentnahme (Heu restriktiv nachts, Heu restriktiv tags) 43 4.2.3.2 Effekte einer zwölfstündigen Nüchterungsphase vor Maisaufnahme in Kombination mit Heufütterung während der Blutentnahme (Heu restriktiv nachts, Heu ad libitum tags) 44 4.2.3.3 Vergleich der Fütterungsvarianten Heu restriktiv nachts, Heu restriktiv tags und Heu restriktiv nachts, Heu ad libitum tags 46 4.2.3.4 Effekte der Heufütterung vor Maisaufnahme ohne Heufütterung während der Blutentnahme (Heu ad libitum nachts, Heu restriktiv tags) 47 4.2.3.5 Effekte der Heufütterung vor Maisaufnahme in Kombination mit Heufütterung während der Blutentnahme (Heu ad libitum nachts, Heu ad libitum tags) 48 4.2.3.6 Vergleich der Fütterungsvarianten Heu ad libitum nachts, Heu restriktiv tags und Heu ad libitum nachts, Heu ad libitum tags 50 4.2.4 Insulinkonzentrationen im Plasma 51 4.2.4.1 Effekte einer zwölfstündigen Nüchterungsphase vor Maisaufnahme, ohne Heufütterung während der Blutentnahme (Heu restriktiv nachts, Heu restriktiv tags) 51 4.2.4.2 Effekte einer zwölfstündigen Nüchterungsphase vor Maisaufnahme in Kombination mit Heufütterung während der Blutentnahme (Heu restriktiv nachts, Heu ad libitum tags) 52 4.2.4.3 Vergleich der Fütterungsvarianten Heu restriktiv nachts, Heu restriktiv tags und Heu restriktiv nachts, Heu ad libitum tags 54 4.2.4.4 Effekte der Heufütterung vor Maisaufnahme, ohne Heufütterung während der Blutentnahme (Heu ad libitum nachts, Heu restriktiv tags) 55 4.2.4.5 Effekte der Heufütterung vor Maisaufnahme in Kombination mit Heufütterung während der Blutentnahme (Heu ad libitum nachts, Heu ad libitum tags) 56 4.2.4.6 Vergleich der Fütterungsvarianten Heu ad libitum nachts, Heu restriktiv tags und Heu ad libitum nachts, Heu ad libitum tags 58 4.3 Effekte der Zulage unterschiedlicher extrahierter Rohfaserquellen (Pektine, Cellulose / Hemicellulose) und Protein (Maiskleber) zu einer stärkehaltigen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion (Fragestellung II) 59 4.3.1 Futteraufnahmeverhalten 59 4.3.2 Futteraufnahmedauer 59 4.3.3 Einfluss der Zulage unterschiedlicher extrahierter Rohfaserquellen (Pektin, Cellulose / Hemicellulose) 61 4.3.3.1 Glucosekonzentrationen im Plasma 61 4.3.3.2 Insulinkonzentrationen im Plasma 63 4.3.4 Einfluss der Zulage von Protein (Maiskleber) 65 4.3.4.1 Glucosekonzentrationen im Plasma 65 4.3.4.2 Insulinkonzentrationen im Plasma 67 4.4 Effekte unterschiedlicher Fettzulagen zu einer stärkehaltigen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion (Fragestellung III) 69 4.4.1 Futteraufnahmeverhalten 69 4.4.2 Futteraufnahmedauer 69 4.4.3 Fettsäuren im Plasma 69 4.4.4 Glucosekonzentrationen im Plasma 70 4.4.5 Insulinkonzentrationen im Plasma 72 4.5 Zusammenfassung der Ergebnisse 74 5 DISKUSSION 76 5.1 Kritik der Methoden 76 5.1.1 Auswahl der Versuchstiere 76 5.1.2 Versuchsdesign 76 5.1.3 Auswahl der Futtermittel 76 5.1.4 Dosierung der Futtermittel 77 5.1.4.1 Stärkegehalt in der Ration 77 5.1.4.2 Quantität der Zulagen 77 5.2 Erörterung der eigenen Ergebnisse 79 5.3 Schlussbetrachtung 89 6 ZUSAMMENFASSUNG 91 7 SUMMARY 93 8 LITERATURVERZEICHNIS 95 9 TABELLENANHANG 110 10 DANKSAGUNG 123 / In order to meet horses’ requirements of work and exercise feeding high amounts of starch is common practice. However, a high intake of starch can increase the risk of either fermentative disorders due to an overload of starch in the hindgut, or of metabolic disorders leading to exaggerated blood glucose and insulin concentrations which possibly could induce insulin resistance. The aim of this study was to investigate the effects of different nutrients in combination with the intake of a starchy meal on blood glucose and insulin concentrations in healthy horses. Twelve geldings (age: 6 ± 4 years, body weight (BW): 552 ± 84 kg) were fed the respective diets either in a randomized order or in a block design. The experiment was divided into three feeding trials. In each trial, horses received cracked corn (2 g starch / kg BW) in the morning (0800 h). In the first trial horses were fed cracked corn and grass hay in four different orders (hay ad libitum or hay restrictive (0.6 kg / 100 kg BW)), in the night before and after the intake of cracked corn. In the second trial cracked corn was mixed with extracted diatary fibers (cellulose / hemicellulose (0.2 g / kg BW) or apple pectin (0.1 g / kg BW)) or with corn gluten (2 g crude protein / kg BW). In the third trial cracked corn was fed either in combination with soybean oil (0.2 ml / kg BW) or in combination with fish oil (0.2 ml / kg BW). Each feeding period consisted of eight to eleven days of acclimatization to the different diets followed by one or two blood collection days. Blood samples were taken via a venous catheter in half-hour intervals up to 510 minutes ppr. Plasma glucose concentrations were measured by a glucose oxidase assay, and insulin levels were determined using a radioimmunoassay. There was no influence of hay feeding during blood collection after a 12 h overnight fast on plasma glucose concentrations (AUChay restriktive night, hay restriktive day 132 ± 72.5 mmol x min / l, AUChay restriktive night, hay ad libitum day 144 ± 114 mmol x min / l, treatment p > 0.05). In contrast, hay feeding during the blood collection period led to significant higher plasma glucose concentrations (treatment p = 0.02) when horses had ad libitum access to hay in the night before the intake of cracked corn. There was no significant difference in the AUC (AUChay ad libitum night, hay restriktive day 89.5 ± 50.5 mmol x min / l, AUChay ad libitum night, hay ad libitum day 113 ± 62.7 mmol x min / l, treatment p > 0.05). Furthermore, horses which were fed hay ad libitum after the intake of cracked corn demonstrated significant higher insulin concentrations (AUChay restriktive night, hay ad libitum day 5996 ± 4460 µU x min / ml) than horses without hay feeding (AUChay restriktive night, hay restriktive day 1626 ± 1040 µU x min / ml, treatment p = 0.02). In case of ad libitum hay feeding during the night significant higher insulin concentrations were found in horses which had ad libitum access to hay after intake of cracked corn when compared to horses without hay feeding during blood collection (AUChay ad libitum night, hay restriktive day 1275 ± 845 µU x min / ml, AUChay ad libitum night, hay ad libitum day 3701 ± 2163 µU x min / ml, treatment p = 0.04). The addition of extracted cellulose / hemicellulose and extracted apple pectin did not change the glycaemic (AUCcracked corn 230 ± 163 mmol x min / l, AUCcellulose / hemicellulose 259 ± 215 mmol x min / l, AUCpectin 274 ± 106 mmol x min / l, treatment p > 0,05) and insulinaemic responses (AUCcracked corn 8885 ± 4024 µU x min / ml, AUCcellulose / hemicellulose 8767 µU x min / ml, AUCpectin 10657 µU x min / ml, treatment p > 0.05) in comparison to isolated intake of cracked corn. There were no differences in postprandial glucose (AUCsoybean oil 268 mmol x min / l, AUCfish oil 234 mmol x min / l, AUCcracked corn 257 ± 113 mmol x min / l, treatment p > 0,05) and insulin responses (AUCsoybean oil 4640 µU x min / ml, AUCfish oil 3653 µU x min / ml, AUCcracked corn 4703 ± 3365 µU x min / ml, treatment p > 0.05) between feeding either cracked corn alone or in combination with soybean oil or fish oil. Protein supplementation of a starchy meal resulted in highly individual insulin responses. Two horses showed higher insulin concentrations after addition of protein to the corn meal, whereas two horses showed no reaction to the respective diet. There were no differences in the glycaemic responses. In conclusion, the results demonstrated no influence of the applied feeding strategies including supplementation of a starchy meal (2 g / kg BW) by extracted dietary fibers, protein or fat on postprandial glucose and insulin responses. In contrast, hay feeding increased the plasma insulin concentrations after the intake of cracked corn. To attenuate the glycaemic and insulinaemic responses in the horse efficiently, a reduction of starch intake per meal to quantities below 1 g starch per kg BW and meal is recommended, whereas feeding strategies like the addition of fiber or fat to a standardised starch intake do not improve glucose metabolism in healthy horses.:INHALTSVERZEICHNIS ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS V 1 EINLEITUNG 1 2 LITERATURÜBERSICHT 2 2.1 Einfluss verschiedener Getreidearten und deren Bearbeitungsformen auf die präcaecale Stärkeverdaulichkeit beim Pferd 2 2.2 Einfluss verschiedener Getreidearten und deren Bearbeitungsformen auf die Glucose- und Insulinreaktion beim Pferd 4 2.3 Einfluss von Rohfaser auf die Glucose- und Insulinreaktion beim Pferd 6 2.3.1 Definition und Eigenschaften von Rohfaser 6 2.3.2 Effekte löslicher Fasern auf Verdauungsvorgänge im Magen-Darm-Trakt 8 2.3.3 Effekte unlöslicher Fasern auf Verdauungsvorgänge im Magen-Darm-Trakt 10 2.3.4 Effekte von löslichen und unlöslichen Fasern auf die Glucose- und Insulinreaktion 11 2.4 Einfluss von Fett auf die Glucose- und Insulinreaktion 15 2.4.1 Klassifizierung und Eigenschaften von Fetten 15 2.4.2 Fette in der Pferdefütterung 16 2.4.3 Kurzfristige Effekte von Fettzulagen auf die Glucose- und Insulinreaktion 17 2.4.4 Langfristige Effekte von Fettzulagen auf die Glucose- und Insulinreaktion 18 2.5 Einfluss von Protein auf die Glucose- und Insulinreaktion 20 2.6 Zusammenfassung 23 3 TIERE, MATERIAL UND METHODEN 24 3.1 Versuchsplanung 24 3.2 Experimentelle Versuchsdurchführung 24 3.2.1 Einfluss von Raufutterzulagen vor und nach Aufnahme einer stärkehaltigen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion (Fragestellung I) 24 3.2.1.1 Versuchsaufbau 24 3.2.2 Effekte der Zulage unterschiedlicher extrahierter Rohfaserquellen (Pektine, Cellulose / Hemicellulose) und Protein zu einer stärkehaltigen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion (Fragestellung II) 28 3.2.2.1 Versuchsaufbau 28 3.2.3 Effekte unterschiedlicher Fettzulagen (Sojaöl, Fischöl) zu einer stärkehaltigen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion (Fragestellung III) 32 3.2.3.1 Versuchsaufbau 32 3.3 Verwendete Techniken der Futtermittelbearbeitung 34 3.3.1 Mechanische Futtermittelbearbeitung 34 3.3.2 Thermische Futtermittelbearbeitung 34 3.4 Messungen und Untersuchungsmethoden 35 3.4.1 Körpermasse der Pferde 35 3.4.2 Futteraufnahmegeschwindigkeit 35 3.4.3 Methode der Blutprobengewinnung 35 3.4.4 Untersuchungsmethoden der Futtermittel 36 3.4.4.1 Trockensubstanz und Rohnährstoffgehalte 36 3.4.4.2 Stärke 37 3.4.4.3 Zucker 37 3.4.4.4 Fettsäuren 37 3.4.5 Untersuchungsmethoden der Plasmaproben 38 3.4.5.1 Glucose 38 3.4.5.2 Insulin 38 3.4.5.3 Fettsäuren 39 3.4.6 Statistische Auswertung 39 4 ERGEBNISSE 40 4.1 Allgemeine Beobachtungen 40 4.1.1 Gesundheitszustand der Pferde 40 4.1.2 Gewichtsentwicklung der Pferde 40 4.2 Einfluss von Raufutterzulagen vor und nach Aufnahme einer stärkehaltigen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion (Fragestellung I) 42 4.2.1 Futteraufnahmeverhalten 42 4.2.2 Futteraufnahmedauer 42 4.2.3 Glucosekonzentrationen im Plasma 43 4.2.3.1 Effekte einer zwölfstündigen Nüchterungsphase vor Maisaufnahme, ohne Heufütterung während der Blutentnahme (Heu restriktiv nachts, Heu restriktiv tags) 43 4.2.3.2 Effekte einer zwölfstündigen Nüchterungsphase vor Maisaufnahme in Kombination mit Heufütterung während der Blutentnahme (Heu restriktiv nachts, Heu ad libitum tags) 44 4.2.3.3 Vergleich der Fütterungsvarianten Heu restriktiv nachts, Heu restriktiv tags und Heu restriktiv nachts, Heu ad libitum tags 46 4.2.3.4 Effekte der Heufütterung vor Maisaufnahme ohne Heufütterung während der Blutentnahme (Heu ad libitum nachts, Heu restriktiv tags) 47 4.2.3.5 Effekte der Heufütterung vor Maisaufnahme in Kombination mit Heufütterung während der Blutentnahme (Heu ad libitum nachts, Heu ad libitum tags) 48 4.2.3.6 Vergleich der Fütterungsvarianten Heu ad libitum nachts, Heu restriktiv tags und Heu ad libitum nachts, Heu ad libitum tags 50 4.2.4 Insulinkonzentrationen im Plasma 51 4.2.4.1 Effekte einer zwölfstündigen Nüchterungsphase vor Maisaufnahme, ohne Heufütterung während der Blutentnahme (Heu restriktiv nachts, Heu restriktiv tags) 51 4.2.4.2 Effekte einer zwölfstündigen Nüchterungsphase vor Maisaufnahme in Kombination mit Heufütterung während der Blutentnahme (Heu restriktiv nachts, Heu ad libitum tags) 52 4.2.4.3 Vergleich der Fütterungsvarianten Heu restriktiv nachts, Heu restriktiv tags und Heu restriktiv nachts, Heu ad libitum tags 54 4.2.4.4 Effekte der Heufütterung vor Maisaufnahme, ohne Heufütterung während der Blutentnahme (Heu ad libitum nachts, Heu restriktiv tags) 55 4.2.4.5 Effekte der Heufütterung vor Maisaufnahme in Kombination mit Heufütterung während der Blutentnahme (Heu ad libitum nachts, Heu ad libitum tags) 56 4.2.4.6 Vergleich der Fütterungsvarianten Heu ad libitum nachts, Heu restriktiv tags und Heu ad libitum nachts, Heu ad libitum tags 58 4.3 Effekte der Zulage unterschiedlicher extrahierter Rohfaserquellen (Pektine, Cellulose / Hemicellulose) und Protein (Maiskleber) zu einer stärkehaltigen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion (Fragestellung II) 59 4.3.1 Futteraufnahmeverhalten 59 4.3.2 Futteraufnahmedauer 59 4.3.3 Einfluss der Zulage unterschiedlicher extrahierter Rohfaserquellen (Pektin, Cellulose / Hemicellulose) 61 4.3.3.1 Glucosekonzentrationen im Plasma 61 4.3.3.2 Insulinkonzentrationen im Plasma 63 4.3.4 Einfluss der Zulage von Protein (Maiskleber) 65 4.3.4.1 Glucosekonzentrationen im Plasma 65 4.3.4.2 Insulinkonzentrationen im Plasma 67 4.4 Effekte unterschiedlicher Fettzulagen zu einer stärkehaltigen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion (Fragestellung III) 69 4.4.1 Futteraufnahmeverhalten 69 4.4.2 Futteraufnahmedauer 69 4.4.3 Fettsäuren im Plasma 69 4.4.4 Glucosekonzentrationen im Plasma 70 4.4.5 Insulinkonzentrationen im Plasma 72 4.5 Zusammenfassung der Ergebnisse 74 5 DISKUSSION 76 5.1 Kritik der Methoden 76 5.1.1 Auswahl der Versuchstiere 76 5.1.2 Versuchsdesign 76 5.1.3 Auswahl der Futtermittel 76 5.1.4 Dosierung der Futtermittel 77 5.1.4.1 Stärkegehalt in der Ration 77 5.1.4.2 Quantität der Zulagen 77 5.2 Erörterung der eigenen Ergebnisse 79 5.3 Schlussbetrachtung 89 6 ZUSAMMENFASSUNG 91 7 SUMMARY 93 8 LITERATURVERZEICHNIS 95 9 TABELLENANHANG 110 10 DANKSAGUNG 123

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Oxidation limits the shelf life of many food products. Adding antioxidants to foods is the most common way to solve this problem. Reports on safety issues of synthetic food additives have raised consumer interest in "all natural" foods, without added antioxidants or with synthetic replaced with natural antioxidants. The natural antioxidants now in use are much more expensive and less potent than the synthetic antioxidants. Thus, effective and economical natural antioxidants are of great interest to researchers. Teng Cha is a type of herbal tea found in China that has reported high levels of antioxidants. Antioxidant activity of Teng Cha extract and its major component dihydromyricetin has been reported, but no studies have provided clear evidence for the antioxidant effectiveness of Tech Cha extracts. The goal of this study was to measure the antioxidant activity of Teng Cha extract and dihydromyricetin (DHM), a major component of Tech Cha extract. The DPPH assay was conducted and antioxidant activities of the crude extract and dihydromyricetin were evaluated in soybean oil based on the peroxide value, anisidine value, Totox value, headspace volatiles and headspace oxygen. Antioxidant effectiveness was also evaluated in a cooked beef model system. DHM was more potent than BHA in preventing soybean oil oxidation. The crude extract was not as effective as BHA and DHM, possibly because it contained transition metals. In cooked beef, DHM and the crude extract showed lower activity than BHA, possibly due to their low solubility. Overall, Teng Cha extract and DHM are potential natural food antioxidants for future applications. / Master of Science in Life Sciences

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:42:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CiroJFR_DISSERT.pdf: 5688343 bytes, checksum: f082f764a617b016bd522ef00e0f6125 (MD5) Previous issue date: 2012-08-30 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / Nowadays, the use of chemicals that satisfactorily meet the needs of different sectors of the chemical industry is linked to the consumption of biodegradable materials. In this context, this work contemplated biotechnological aspects with the objective of developing a more environmentally-friendly corrosion inhibitor. In order to achieve this goal, nanoemulsion-type systems (NE) were obtained by varying the amount of Tween 80 (9 to 85 ppm) a sortitan surfactant named polyoxyethylene (20) monooleate. This NE-system was analyzed using phase diagrams in which the percentage of the oil phase (commercial soybean oil, codenamed as OS) was kept constant. By changing the amount of Tween 80, several polar NE-OS derived systems (O/W-type nanoemulsion) were obtained and characterized through light scattering, conductivity and pH, and further subjected to electrochemical studies. The interfacial behavior of these NE-OS derived systems (codenamed NE-OS1, S2, S3, S4 and S5) as corrosion inhibitors on carbon steel AISI 1020 in saline media (NaCl 3.5%) were evaluated by measurement of Open Circuit Potential (OCP), Polarization Curves (Tafel extrapolation method) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). The analyzed NE-OS1 and NE-OS2 systems were found to be mixed inhibitors with quantitative efficacy (98.6% - 99.7%) for concentrations of Tween 80 ranging between 9 and 85 ppm. According to the EIS technique, maximum corrosion efficiency was observed for some tested NE-OS samples. Additionaly to the electrochemical studies, Analysis of Variance (ANOVA) and Principal Component Analysis (PCA) were used, characterization of the nanoemulsion tested systems and adsorption studies, respectively, which confirmed the results observed in the experimental analyses using diluted NE-OS samples in lower concentrations of Tween 80 (0.5 1.75 ppm) / Atualmente, a utiliza??o de produtos qu?micos que atendam satisfatoriamente as necessidades de diferentes setores da ind?stria qu?mica encontra-se vinculada ao consumo de materiais biodegrad?veis. Neste contexto, o presente trabalho foi desenvolvido contemplando aspectos biotecnol?gicos com o objetivo de se desenvolver um inibidor de corros?o menos agressivo ao meio ambiente. Para tanto, uma nanoemuls?o (denominada de NE-OS) foi obtida com Tween 80 (polioxietileno (20) monooleato), ?leo de soja (OS) e ?gua bidestilada. A modifica??o dos percentuais deste tensoativo sorbitano (entre 9 e 85 ppm) foi avaliada em diagramas de fases em que se manteve constante o percentual da fase ?leo, possibilitando a forma??o do sistema NE-OS em diferentes concentra??es. Desta forma, nanoemuls?es (NE-OS1, S2, S3, S4 e S5) polares (do tipo O/A) foram caracterizadas (an?lise de dispers?o de luz, condutividade e pH) e submetidas a estudos eletroqu?micos. O comportamento interfacial destes sistemas nanoemulsionados como inibidores de corros?o na presen?a de a?o-carbono AISI 1020, em meio salino (NaCl 3,5%) foi avaliado pela determina??o do Potencial de Circuito Aberto (OCP), Curvas de Polariza??o (obtidas pela extrapola??o das curvas de Tafel) e Espectroscopia de Imped?ncia Eletroqu?mica (EIE). De acordo com os resultados obtidos pelas an?lises das Curvas de Polariza??o, foi poss?vel caracterizar o sistema NE-OS (e suas varia??es) como inibidores mistos com efici?ncias m?ximas de inibi??es quantitativas (98,6% - 99,7%) para NE-OS1 e NE-OS2 (9 - 85 ppm do tensoativo). No entanto, de acordo com a t?cnica EIE, as efici?ncias m?ximas de inibi??es quantitativas foram observadas para v?rias amostras deste sistema NE-OS. Como ferramentas adicionais aos estudos eletroqu?micos foram realizados quimiom?tricos de An?lise de Vari?ncia (ANOVA) e An?lise de Componentes Principais (PCA), utilizadas, respectivamente, para caracteriza??o das nanoemuls?es e estudo de isotermas de adsor??o, que confirmaram os resultados observados nas investiga??es experimentais em que se utilizaram as nanoemuls?es dilu?das com o tensoativo em concentra??es reduzidas (0,5 1,75 ppm)

The catalytic activity of metal complex exhibiting Lewis acid character (dibutyltin diacetate, dibutyltin dilaurate, butylstannoic acid and di-n-butyl-oxostannane) was investigated. These catalytic complexes have been tested in the alcoholysis of soybean and castor oils, aiming to obtain a mixture of fatty acid alkyl esters, called biodiesel. In the transesterification experiments of vegetable oils, the reactions were performed using three types of reactors. The first one consisted in a glass reactor connected to a reflux condenser (RVCR). The second device consisted of a stainless steel reactor (RP), hermetically sealed, fitted with a pressure gauge and a temperature controller. The third one was adapted to be used on a microwave system. On the last two reactor systems, the alcoholysis of triglycerides was also developed at vigorous conditions, at temperatures ranging from 80 °C and 150 °C. Comparing all reactions, the results show that the most reactive catalysts using the RVCR on the methanolysis of soybean oil are DBTDA and DBTDL with comparable performances. However, in the same reaction conditions, very low yields were observed using castor oil, and no generalizations could be pointed out. When RP were employed, better yields were obtained. When the temperature raise from 80 to 150 ºC, all catalytic systems display similar performances, indicating that temperature and solubility have significant influences on these type of catalytic systems. Very low reaction yield were observed when the microwave reactor was employed. This observation must be due to the very low rate of stirring performed on this type of reactor. In a second part of this work, it was evaluated the performance of catalysts based on tin oxide (SnO2), sulfated or not, in transesterification or esterification reactions of soybean oil and its fatty acids derivatives, respectively, in the presence of methanol. The low activity verified on these systems must be related to their structural characteristics. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Neste trabalho foi investigada a atividade catalítica de quatro complexos metálicos exibindo caráter ácido de Lewis: dibutildiacetato de estanho, dibutildilaurato de estanho, óxido de dibutil estanho e ácido butilestanóico. Esses complexos catalíticos foram testados na alcoólise do óleo de soja e de mamona, visando a obtenção de uma mistura de ésteres alquílicos de ácidos graxos, denominada biodiesel. Nos experimentos de transesterificação dos óleos vegetais, as reações foram realizadas em três tipos de reatores. O primeiro equipamento foi composto de um reator de vidro acoplado a um condensador de refluxo (RVCR). O segundo equipamento foi composto de um reator de aço inox (RP), hermeticamente fechado, equipado com um manômetro e um controlador de temperatura. O terceiro reator empregado era adaptado para ser utilizado em um sistema de microondas. Nos dois últimos sistemas de reatores, a alcoólise dos triglicerídeos foi desenvolvida em condições mais enérgicas de reação, em temperaturas que variaram entre 80 °C e 150 °C. Comparando-se todas as reações, os resultados obtidos indicam que o emprego do RVCR na metanólise do óleo de soja, os catalisadores mais ativos são o DBTDA e o DBTDL com desempenhos comparáveis. Por outro lado, empregando-se o óleo de mamona, nessa condição reacional, os rendimentos foram muito baixos, não permitindo obter generalizações. Quando do uso do RP, rendimentos superiores aos observados com o RVCR são obtidos e à medida que a temperatura aumenta de 80 a 150 ºC as reatividades dos sistemas catalíticos tornam se bastante semelhantes, indicando que fatores como temperatura e solubilidade têm influência significativa nesse tipo de sistemas catalíticos. Com o emprego do reator microondas, os rendimentos reacionais foram inferiores, provavelmente devido à baixa velocidade de agitação que tal reator pode realizar. Numa segunda parte do trabalho, foi realizado um estudo do desempenho de catalisadores a base de óxido de estanho (SnO2), sulfatado ou não, em reações de transesterificação ou esterificação de óleo de soja e seus ácidos graxos, respectivamente, na presença de metanol. A baixa atividade dos catalisadores foi relacionada às características texturais dos mesmos.

Former works of our group have demonstrated the potential of catalytic systems based on titanium and zirconium in esterification of fatty acidy derived from soybean oil, in the presence of methanol. From these results, it arise the interest of evaluate the behavior of these systems in the presence of ethanol in the transesterification of soybean oil and in the esterification of fatty acid derived from this oil. In this context, this study aimed to investigate the catalytic activity of catalysts, exhibiting general formula M(n-butoxide)x (maltolate)4-x where M is titanium or zirconium, on the ethylic esterification and transesterification of soybean oil and soybean fatty acids, for obtaining biodiesel. Six catalysts were synthesized, two based on titanium and ford based on zirconium, in which the amount of the ligand maltolate (3-hydroxi-2-methyl-4-pironate), and n-butoxide. The formation of the complexes was confirmed by infrared spectroscopy. The catalytic activity of these catalysts was evaluated in the ethylic esterification via acid-base titulation, and ethylic transesterification via gas chromatography. The complexes M(n-butoxide)x (maltolate)4-x proved to be active in esterification, with conversions up to 81%, and in the transesterification yields up to 19%. When ethanol is used, the reactivity is lower than that observed when methanol is employed. In addition, complexes of Zr showed catalytic activity higher than the complex Ti. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Trabalhos anteriores do nosso grupo de pesquisa mostraram o potencial de sistemas catalíticos à base de titânio e zircônio em reações de esterificação de ácidos graxos do óleo de soja, na presença de metanol. A partir desses resultados, surgiu o interesse de avaliar o comportamento desses sistemas utilizando o etanol na transesterificação do óleo de soja e esterificação de ácidos graxos derivados desse óleo. Então o presente trabalho visou à utilização de catalisadores de fórmula geral M (n-butóxido)x(maltol)4-x, onde M é o titânio ou zircônio, na reação de esterificação e transesterificação etílica do óleo de soja e ácidos graxos de soja, para obtenção do biodiesel. Foram investigados seis catalisadores, dois de titânio e quatro de zircônio, nos quais foi variada a quantidade de ligante maltolato (3-hidroxi-2-metil-4-pironato) e n-butóxido. A formação dos complexos foi confirmada por espectroscopia na região do infravermelho médio. A atividade catalítica desses catalisadores foi avaliada na reação de esterificação etílica através da titulação ácido-base e na reação de transesterificação etílica através da cromatografia gasosa. Os complexos do tipo M(n-butóxido)x(maltol)4-x se mostraram ativos em reações de esterificação com conversões de até 81% e na reação transesterificação com rendimento de 19%. Quando se emprega o etanol, a reatividade é inferior àquela observada quando se emprega o metanol. Além disso, os complexos de zircônio apresentaram atividade catalítica superior aos complexos de titânio.

Regeneration, a spontaneous response of bones in response to injuries, infections and fractures, is severely compromised in certain clinical circumstances. Unfortunately, several shortcomings are associated with the current treatment of bone grafting method such as donor shortage and immune response for allografts and donor morbidity for autografts. Thus, the development of clinical alternates is essential. One promising adjunct method is bone tissue engineering that includes the implantation of a scaffold containing the cells with the supplementation of suitable growth factors. Among the various classes of materials, biodegradable polymers are commonly preferred because their use does not necessitate a secondary surgery for their removal after the intended use. Commercially available polymers such as poly (lactic- co- glycolic acid) and polycaprolactone are expensive and degrade slowly. This motivates the development of novel synthetic biodegradable polymers that are affordable and can be tuned to tailor for specific biomedical applications. The primary aim of this thesis is to synthesize effective biodegradable polymers for drug delivery and bone tissue engineering. The properties of these polymers such as modulus, hydrophobicity and crosslinking etc. were tailored based on the variations in chemical bonds, chain lengths and the molar stoichiometric ratios of the monomers for specific clinical applications. Based on the above variations, degradation and release kinetics were tuned. The cytocompatibilty properties for these polymers were studied and suitable mineralization studies were conducted to determine their potential for bone regeneration.

This work was aimed at studying lipid stability of silver catfish (Rhamdia quelen) fillets. The influence of the inclusion (5%) of soybean or rice oil in silver catfish diet and vacuum packaging on lipid and color stability of raw silver catfish fillets was evaluated during frozen storage (18 months). Besides, the influence of seven cooking methods (boiling, conventional baking, microwave baking, grilling, deep frying in soybean oil, canola oil, or partially hydrogenated vegetable oil) on the oxidation, proximate, and fatty acid composition of fillets was also evaluated. The different diets had no effect on the proximate composition of the fish fillets. The content of thiobarbituric acid reactive substances (TBARS, lipid oxidation index) of fillets from both diets increased after 12 months of storage with or without vacuum, but this increase was higher in fish fed with soybean oil. Color parameters were not affected by the vacuum storage or diet, but most parameters (a*, b*, chroma, and Hue values) were affected by the time of storage. Hue value showed that raw fillets tended to yellowness and after 18 months of frozen storage became greener. The content of various fatty acids in fillets was influenced by the type of vegetable oil used in the diet, but n-3/n-6 polyunsaturated fatty acids ratio and unsaturated/saturated ratio did not differ between diets. All cooking methods evaluated reduced moisture and increased protein content. Fat content was higher in the fried fillets. The free fatty acid content of fillets was significantly reduced by the different cooking methods, while conjugated dienes and peroxide values decreased for all fried samples, but remained constant in the samples submitted to the other cooking methods. Boiling and baking increased TBARS, while grilling and frying did not change TBARS. Boiling, baking, and grilling did not affect the silver catfish fillets fatty acid composition. Frying in canola oil increased n-3/n-6 ratio, in soybean oil increased general polyunsaturated fatty acid content, and in hydrogenated vegetable oil incorporated trans fatty acids in the fillets. Results indicated that fillets from silver catfish fed diets with soybean or rice oil have different lipid profile and lipid stability during frozen storage. Frying silver catfish fillets in canola oil could increase the low n-3/n-6 polyunsaturated fatty acids ratio of raw silver catfish fillets. / O presente trabalho teve por objetivo estudar a estabilidade lipídica de filés de jundiá (Rhamdia quelen). Foi avaliada a influência da inclusão (5%) de óleo de soja ou arroz na dieta do jundiá, e a embalagem a vácuo, sobre a estabilidade lipídica e a cor de filés crus congelados (18 meses). Avaliou-se também a influência de sete métodos de cocção (cozido em água, assado em forno convencional ou microondas, grelhado, ou frito em óleo de soja, arroz ou gordura vegetal hidrogenada) sobre a oxidação, a composição centesimal e de ácidos graxos de filés de jundiá. Não houve diferença na composição centesimal dos filés entre as dietas. O conteúdo de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS, índice de lipoperoxidação) aumentou nos filés dos peixes de ambas as dietas, após 12 meses de armazenamento congelado, tanto nos filés embalados com ou sem vácuo. Esse aumento foi mais acentuado nos filés dos peixes alimentados com dietas contendo óleo de soja. Os parâmetros de cor não foram afetados pela embalagem a vácuo ou pela dieta, mas a maioria dos parâmetros (a*, b*, croma e ângulo de matiz), foi afetada pelo tempo de estocagem. O valor de ângulo de matiz mostrou que os filés crus tendiam ao amarelo, e após 18 meses de armazenamento congelado tenderam ao verde. O conteúdo de vários ácidos graxos nos filés foi influenciado pelo tipo de óleo vegetal utilizado na dieta, porém a razão dos ácidos graxos poliinsaturados n-3/n-6 e insaturados/saturados não diferiu entre as dietas. Todos os métodos de processamento térmico avaliados reduziram a umidade e aumentaram o conteúdo de proteína dos filés. O teor de gorduras foi maior nos filés fritos. O conteúdo de ácidos graxos livres dos filés foi significativamente reduzido pelos diferentes métodos de processamento térmico, enquanto os teores de dienos conjugados e peróxidos diminuíram em todas as amostras submetidas à fritura, mas permaneceram constantes nas amostras submetidas aos demais métodos de processamento térmico. Nos filés cozidos e assados observou-se aumento dos teores de TBARS, enquanto os grelhados e fritos não sofreram alteração neste parâmetro. A composição de ácidos graxos dos filés de jundiá cozidos, assados e grelhados não foi alterada pelo tratamento térmico. A fritura em óleo de canola aumentou a razão n-3/n-6, enquanto que a fritura em óleo de soja aumentou o conteúdo total de ácidos graxos poliinsaturados, e a fritura em gordura vegetal hidrogenada incorporou ácidos graxos trans aos filés. Os resultados indicam que os filés de jundiá alimentados com dietas contendo óleo de soja ou de arroz tiveram perfil lipídico e estabilidade lipídica diferente durante o armazenamento congelado. A fritura dos filés de jundiá em óleo de canola poderia aumentar a razão de ácidos graxos poliinsaturados n-3/n-6, que é baixa nos filés de jundiá crus.

Cette thèse présente l’élaboration de thermodurcissables et de composites biosourcés synthétisés à partir d’huiles végétales époxydées (lin et soja) et d’alcool furfurylique (FA). La première partie de ce travail concerne l’étude de la polymérisation du FA en polyalcool furfurylique (PFA) (i) en solvants protiques polaires, (ii) en combinaison avec le bois et (iii) suivant l’ajout de nouveaux amorceurs. En solvant, les changements de structures observés ont été reliés aux propriétés thermomécaniques. Une autre modification de structure du PFA a été obtenue grâce au 2,5 diméthylfurane. Ce travail a permis d’obtenir une meilleure compréhension de la réactivité du FA au sein du bois et montre que les composites bois/PFA ont une densité et une résistance plus élevées que leurs homologues non modifiés. Enfin, l’amorçage des réactions du FA par l’acide lévulinique ou par le p-toluène sulfonylhydrazine permet de proposer deux nouveaux amorceurs, respectivement biosourcé et « latent ». La seconde partie de ce travail concerne l’élaboration d’une résine époxyde totalement biosourcée et synthétisée à partir d’huiles végétales époxydées. L’huile de lin et de soja ont été chacune copolymérisées avec un acide dicarboxylique. Un premier travail fondamental a consisté à corréler la réactivité de copolymérisation avec les structures des polymères obtenus puis à établir le lien avec les propriétés thermomécaniques. Ensuite, des nanocomposites ont été synthétisés à partir de ces résines époxydes et de sépiolite. Les différentes voies de dispersion et de modification de la sépiolite mises en œuvre conduisent à des niveaux de dispersion différents de la nanocharge au sein de la matrice. / The work presents the elaboration of biobased thermosets and composites synthesized from epoxidized vegetable oils (linseed and soybean) and furfuryl alcohol (FA). A first area of research focused on the study of the polymerisation of FA into polyfurfuryl alcohol (PFA) (i) in protic polar solvents, (ii) in combination with wood and (iii) in the presence of new reaction initiators. In presence of solvents, the observed structural changes have been linked to the thermomechanical properties. Another PFA structure modification was obtained with 2,5 dimethylfuran. This work allowed a better understanding of the reactivity of FA within the wood and shows that the obtained wood/PFA composites have higher density and resistance than their non-modified equivalents. Finally, the initiation of FA polymerization by levulinic acid and p-toluene sulfonylhydrazine, respectively biobased and « latent » initiators has been studied. The second topic of thesis concerns a new type of fully bio-based epoxy resin synthesized from epoxidized vegetable oils. Linseed and soybean oils have both been copolymerized with a dicarboxylic acid as curing agent. A first fundamental work was to correlate the reactivity of copolymerization with the polymer structure and to link them with thermomechanical properties. The obtained thermosets have been used to prepare nanocomposites with sepiolite. Different methods of dispersion and/or modification of sepiolite conduct to diverse morphologies of nanofiller dispersions into the matrix.