Energie
Pflanzen sind die Futtergrundlage für Kühe. Morphologisch kann man sie unterscheiden in Zellinhalt- oder Zellwandbestandteile, chemisch werden je nach Analyseart verschiedene Bestandteile beschrieben. Die Fraktion der Kohlenhydrate (Lignin, Zellulose, Hemizellulose, Pektine, Stärke, Zucker) ist dabei mengenmässig klar am wichtigsten (siehe Abbildung). Ausser der Rohasche besitzen alle Bestandteile Energie. Beim Verbrennen wird Wärme frei. Die Verbrennungsenergie wird auch Bruttoenergie genannt.
1 Kilogramm Stroh und 1 Kilogramm Weizen besitzen ungefähr gleich viel Bruttoenergie. Zum Heizen sind beide gleich effektiv. Doch jedermann weiss, dass eine Kuh aus Weizen mehr Milch produzieren kann als aus Stroh. Es wird deswegen eine andere Grösse benötigt um die „Leistungsfähigkeit“ der Futtermittel zu beschreiben.
Die Lösung ist, dass nur derjenige Energieanteil angegeben wird, welcher auch in Leistung umgesetzt wird. Man bezeichnet diese Grösse als Nettoenergie. Für die Milchproduktion berechnet man die Nettoenergie Laktation (NEL = Nettoenergie für die Milchproduktion). Der NEL-Gehalt eines Futtermittels ist die Bruttoenergie der Milch, welche aus 1 kg dieses Futtermittels produziert werden kann (Bedingung: der Erhaltungsbedarf ist bereits gedeckt).
Um auf die Anzahl Kilogramm umrechnen zu können, benötigt man den (Brutto-) Energiegehalt der Milch. Dieser ist abhängig von Fett-, Eiweiss- und Laktosegehalt. Standardisierte Milch hat eine Energie von 3.14 MJ. Um 1 Liter dieser Milch zu produzieren, muss die Kuh 3.14 MJ NEL eines Futtermittels fressen.
Wie kommt man von der Brutto- oder Gesamtenergie eines Futtermittels zu dessen NEL-Gehalt? Durch die Ausscheidung mit dem Kot entstehen Energieverluste. Übrig bleibt die verdauliche Energie. Weitere Verluste entstehen durch den Harn, aber auch durch die abgegebenen Pansengase. Es verbleibt die umsetzbare Energie. Schlussendlich noch der Energieverlust durch die Wärmeproduktion im Stoffwechsel und übrig bleibt die Nettoenergie Laktation.
Untenstehende Grafik zeigt den Energiebedarf einer Kuh innerhalb einer Laktation. Die schwarze Linie stellt die Milchleistung dar (ECM = energiekorrigierte Milch). Der weitaus grösste Anteil macht die Milchproduktion aus (blau). Der Erhaltungsbedarf (grau) bleibt ziemlich konstant und der energetische Aufwand für die Trächtigkeit (grün) ist gering, ebenso für den Hitzestress (rot).
Weg der Kohlenhydrate
Lignin, Zellulose, Stärke und Zucker gelangen in den Pansen. Lignin kann von den Pansenmikroben nicht abgebaut werden. Zellulose wird teilweise abgebaut. Der Anteil ist abhängig von der Verweildauer im Pansen. Stärke wird verschieden stark abgebaut. Insbesondere Maiskörner besitzen viel pansenstabile Stärke. Zucker wird vollständig abgebaut. Die Abbauprodukte im Pansen sind in einem ersten Schritt Glucose und danach die kurzkettigen Fettsäuren Acetat (Ameisensäure), Butyrat (Buttersäure), Propionat (Propionsäure) und Laktat (Milchsäure). Diese Energieformen können von den Pansenmikroben für den eigenen Stoffwechsel verbraucht werden. Ein grosser Anteil der flüchtigen Fettsäuren gelangt jedoch via Pansenwand in den Blutkreislauf. Sie dienen einigen Organen direkt als Energiequelle oder sie werden in der Leber zu Glucose verarbeitet, welches dann den Organen als Energiequelle zur Verfügung steht. Das anfallende Methan wird mit dem Ruktus an die Umwelt abgegeben (Abbildung). Bei einer „üblichen“ Kuh wird die Energieversorgung zu circa 70% durch die flüchtigen Fettsäuren im Pansen bestritten. Lignin und nicht verdaute Zellulose oder Stärke gelangen in den Labmagen und Dünndarmbereich. Dort wird nur noch die Stärke durch körpereigene Enzyme bis zur Glucose abgebaut. Diese wird dann im Dünndarm durch spezielle Transportmechanismen resorbiert. Erst der Dickdarm ist wieder mit Bakterien besiedelt. In diesem Bereich können noch nicht abgebaute Stärke und Zellulose abgebaut und deren Produkte resorbiert werden. Ihr Anteil an der gesamten Energieversorgung ist jedoch gering.