Use of house cricket (Acheta domesticus) meal as a new source of protein for ruminants. Effects on ruminal fermentation, degradation and biohydrogenation
Tesis de máster del CSIC-ULE - Instituto de Ganadería de Montaña (IGM). Departamento de Nutrición y Producción de Herbívoros; Instituto Agronómico Mediterráneo de Zaragoza (IAMZ); International Centre for Advanced Mediterranean Agronomic Studies - CIHEAM); Universidad de Zaragoza; Fundación Española para el Desarrollo de la Nutrición Animal (FEDNA).-- Julio 2021.
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Tesis de máster del CSIC-ULE - Instituto de Ganadería de Montaña (IGM). Departamento de Nutrición y Producción de Herbívoros; Instituto Agronómico Mediterráneo de Zaragoza (IAMZ); International Centre for Advanced Mediterranean Agronomic Studies - CIHEAM); Universidad de Zaragoza; Fundación Española para el Desarrollo de la Nutrición Animal (FEDNA).-- Julio 2021. |
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dig-igm-es-10261-2454792021-07-10T01:15:09Z Use of house cricket (Acheta domesticus) meal as a new source of protein for ruminants. Effects on ruminal fermentation, degradation and biohydrogenation Labbouz, Yassine Frutos, Pilar Hervás, Gonzalo Frutos, Pilar [0000-0002-4919-5094] Hervás, Gonzalo [0000-0002-0013-7459] Tesis de máster del CSIC-ULE - Instituto de Ganadería de Montaña (IGM). Departamento de Nutrición y Producción de Herbívoros; Instituto Agronómico Mediterráneo de Zaragoza (IAMZ); International Centre for Advanced Mediterranean Agronomic Studies - CIHEAM); Universidad de Zaragoza; Fundación Española para el Desarrollo de la Nutrición Animal (FEDNA).-- Julio 2021. [EN] Insect breeding is getting an increasing interest all around the word and many companies direct their production towards the commercialisation of by-products, such as protein-rich meals. One way to market these insect meals may be ruminant feeding, which in many countries depends on importing protein sources, mainly soybean meal. The house cricket (Acheta domesticus) is one of the most interesting insect species not only because of its nutritional and physiological characteristics, but also because it is easy to farm. However, available information on the use of insects as ruminant feed is very limited in the scientific literature. On this basis, this work was conducted with the aim of investigating the digestive utilization of house cricket meal when used to replace soybean meal in sheep diet, with particular focus on its ruminal fermentation, degradation and biohydrogenation. To accomplish this objective, four rumen cannulated ewes were fed, during two consecutive 20-day periods, two diets: • Control, where soybean meal was the principal source of protein (10% of dry matter -DM-) of a total mixed ration (TMR), • Insect, where house cricket meal substituted the soybean meal in the TMR (but all the other ingredients were exactly the same as in the Control). Both soybean and house cricket meals were incubated in situ, using the nylon bag technique, for 8 and 16 h to determine DM and crude protein (CP) disappearances, while barley straw was incubated for 24 h for DM and neutral detergent fibre (NDF) disappearances. Then, a three-step in vitro procedure was followed in order to estimate the intestinal digestibility of the rumen undegraded protein from soybean and house cricket meals. [EN] In vivo studies on collected rumen fluid (at 0, 1.5, 3, 6, 9, 12 h post-feeding) were also carried out to analyse ruminal fermentation parameters (namely, pH, ammonia and volatile fatty acids -VFA- concentrations) and the biohydrogenation process (through a comprehensive determination of the fatty acid composition of the ruminal digesta). In situ incubations suggested that the replacement of soybean meal by house cricket meal as the major protein source of the diet would not significantly affect the ruminal disappearances of DM, CP and NDF of the incubated substrates. Crude protein disappearance in house cricket meal was lower than in soybean meal, and its maximum potential appeared to be reached by 8 h of incubation. Although this may suggest that an important proportion of the N in house cricket meal could be associated to chitin, about 56% of the ruminal undegraded protein seemed to be digestible in the intestine. Results from the in vivo studies supported that the house cricket meal may replace soybean meal without negative effects on pH or ammonia concentrations, but it might lead to a ruminal environment less favourable for energy metabolism. Thus, sheep fed the TMR containing the insect meal showed a lower total VFA concentration (-27.3%), due to reduced acetic and propionic acid concentrations. This finding may be accounted for by the unexpected high supply of fat with the use of house cricket meal and its relatively high unsaturation degree. Therefore, to face the commercial and environmental challenges caused by market dependence on soybean meal production, its replacement by partially or totally defatted house cricket meal would represent more convenient alternatives. In addition, it would also be necessary to investigate the most suitable percentage of inclusion of insect meal in the ration to avoid the negative impact on ruminal VFA production. [EN] Replacing soybean meal with the house cricket meal used in this study (rich in 16:0, 18:0, cis-9 18:1 and cis-9 cis-12 18:2) allowed to modulate ruminal lipid metabolism without negative effects on biohydrogenation pathways. Indeed, observed effects of this insect meal on digesta fatty acid profile (e.g., the large increase in trans-11 18:1 concentration with only a very small variation in trans-10/trans-11 18:1 ratio, and the increments in cis-9 18:1 and cis-9 trans-11 CLA) might contribute to improve the lipid composition of ruminant-derived products, such as milk and meat. Moreover, there was a small or no variation in fatty acids with confirmed or tentative antilipogenic activity in dairy ruminants (e.g., trans-10 intermediates), which would further support the hypothesis that addition of house cricket meal to the diet would cause globally positive effects on ruminal lipid metabolism. [ES] La cría de insectos presenta cada vez mayor interés en todo el mundo y muchas empresas enfocan ya su producción a la venta de subproductos, como por ejemplo las harinas ricas en proteína. Una forma de comercializar estas harinas de insectos puede ser la alimentación de rumiantes, que en muchos países depende de la importación de fuentes de proteína, especialmente torta de soja. El grillo doméstico (Acheta domesticus) es una de las especies de insectos más interesantes, gracias no solo a sus características nutricionales y fisiológicas, sino también a que es sencillo de producir en granja. Sin embargo, la información disponible acerca del uso de insectos como alimento para los rumiantes es aún muy escasa en la literatura científica. Por todo ello, este trabajo se realizó con el objetivo de investigar la utilización digestiva de la harina de grillo doméstico cuando se emplea para sustituir a la torta de soja en la dieta del ovino, con especial atención a su fermentación, degradación y biohidrogenación ruminal. Para cumplir este objetivo, cuatro ovejas canuladas en el rumen se alimentaron, consecutivamente, durante dos periodos de 20 días, con las dos siguientes dietas: • Control, en la que la torta de soja era la principal fuente de proteína (10% de materia seca -DM-) de una dieta completa mezclada (TMR) • Insect, en la que una harina de grillo sustituyó a la torta de soja en la TMR (pero todos los demás ingredientes fueron exactamente los mismos que en la dieta Control). Tanto la harina de grillo como la de soja se incubaron in situ, mediante la técnica de las bolsas de nailon, durante 8 y 16 h, para determinar las desapariciones de DM y de proteína bruta (CP), mientras que una paja de cebada se incubó durante 24 h para determinar las desapariciones de DM y de fibra neutro detergente (NDF). Después, se siguió un procedimiento in vitro de tres pasos para estimar la digestibilidad intestinal de la proteína no degradada en el rumen de las tortas de grillo y de soja. [ES] También se realizaron estudios in vivo en fluido ruminal recogido a las 0, 1.5, 3, 6, 9, 12 h después de la comida de la mañana, para analizar diversos parámetros indicativos de la fermentación ruminal (i. e., pH y concentraciones de amoniaco y ácidos grasos volátiles -VFA-) y del proceso de biohidrogenación (mediante una determinación exhaustiva de la composición de ácidos grasos del contenido digestivo ruminal). Los resultados de las incubaciones in situ sugirieron que la sustitución de torta de soja por harina de grillo como la principal fuente de proteína de la dieta no afectaría significativamente a las desapariciones de DM, CP y NDF de los sustratos incubados en el rumen. La desaparición de proteína de la torta de grillo doméstico fue menor que la de la soja, y su máximo potencial se consiguió a las 8 h de incubación. Aunque esto podría sugerir que una proporción importante del N de la torta de grillo podría estar asociada a la quitina, alrededor de un 56% de la proteína no degradada en el rumen pareció digerirse en el intestino. Los resultados de las pruebas in vivo mostraron que la torta de soja podría ser reemplazada por la de insectos sin efectos negativos en el pH o la concentración de amoniaco ruminal, pero pareció conducir a un ambiente ruminal menos favorable para el metabolismo energético. Así, las ovejas alimentadas con la TMR que contenía harina de insectos presentaron una menor concentración de VFA totales (-27.3%) debido a una reducción de las concentraciones de ácidos acético y propiónico. Este hallazgo podría explicarse por el elevado, e inesperado, aporte de grasa con la harina de grillo y su relativamente alto grado de insaturación. Por tanto, para hacer frente al reto comercial y ambiental que supone la dependencia de la importación de torta de soja, sería más conveniente considerar su sustitución por una harina de grillo total o parcialmente desengrasada. Además, sería también preciso investigar el porcentaje más recomendable de inclusión de esta harina en la ración para evitar su impacto negativo en la producción ruminal de VFA. [ES] Reemplazar la torta de soja por la harina de grillo doméstico empleada en este estudio (rica en 16:0, 18:0, cis-9 18:1 and cis-9 cis-12 18:2) permitió modular el metabolismo lipídico ruminal sin afectar negativamente a las rutas de biohidrogenación. De hecho, los efectos de la torta de insectos en el perfil de ácidos grasos del contenido digestivo (e. g., el importante incremento de la concentración de trans-11 18:1 con solo una pequeña variación en la relación trans-10/trans-11 18:1 y los aumentos de cis-9 18:1 y cis-9 trans-11 CLA) podrían contribuir a la mejora de la composición lipídica de los productos derivados de los rumiantes, como la carne o la leche. Además, apenas hubo variación en los ácidos grasos con actividad antilipogénica, ya sea confirmada o putativa, en los rumiantes lecheros (e. g., intermedios del trans-10), lo que apoyaría la hipótesis de que la adición de harina de grillo doméstico a la dieta ejercería efectos globales positivos en el metabolismo lipídico del rumen. [FR] L'élevage d'insectes suscite un intérêt croissant dans le monde entier, ce qui pousse de nombreuses entreprises à orienter leurs productions vers la commercialisation de sous-produits, tels que les farines riches en protéines. L’alimentation des ruminants serait une façon de commercialiser la farine d'insectes, puisque de nombreux pays dépendent étroitement de l'importation de sources protéiques, principalement la farine de soja. Le grillon domestique (Acheta domesticus) est une des espèces d'insectes les plus intéressantes, non seulement en raison de ses caractéristiques nutritionnelles et physiologiques, mais aussi pour la facilité de son élevage. Cependant, les informations disponibles sur son utilisation comme aliment pour les ruminants sont très limitées et réduites dans la littérature scientifique. Ainsi, ce travail a été mené dans le but d'étudier l'utilisation digestive de la farine de grillon domestique lorsqu'elle est utilisée pour remplacer la farine de soja dans l'alimentation des ovins, avec l’intérêt particulier pour sa fermentation, dégradation et biohydrogénation ruminale. Pour atteindre cet objectif, quatre brebis canulées dans le rumen ont été nourries, pendant deux périodes consécutives de 20 jours chacune, avec deux régimes alimentaires : • Contrôle, où la farine de soja était la principale source de protéines (10% de la matière sèche -DM-) d'une ration totale mélangée (TMR), • Insect, où la farine de grillon domestique remplace la farine de soja dans la TMR (sans pour autant changer les ingrédients du régime témoin). Les farines de soja et de grillons domestiques ont été incubées in situ, en utilisant la technique des sacs en nylon, pendant 8 et 16 heures pour déterminer les disparitions de la DM et de la protéine brute (CP), tandis que la paille d'orge a été incubée pendant 24 heures pour déterminer les disparitions de la DM et de la fibre insoluble dans le détergente neutre (NDF). Ensuite, la procédure in vitro en trois étapes a été appliqué dans le but d'estimer la digestibilité intestinale des protéines non dégradées dans le rumen des farines de soja et de grillons domestiques. [FR] Des études in vivo sur le fluide ruminal collecté (à 0, 1,5, 3, 6, 9 et 12 heures après l'alimentation du matin) ont également été réalisées afin d’analyser les paramètres de la fermentation ruminale (à savoir, le pH, les concentrations d'ammoniac et d'acides gras volatils -VFA-) et le processus de biohydrogénation (par une détermination complète de la composition en acides gras du digesta ruminal). Les incubations in situ ont suggéré que le remplacement de la farine de soja par la farine de grillon domestique comme principale source de protéines du régime alimentaire n'a pas affecté significativement les disparitions de DM, CP et NDF des substrats incubés dans le rumen. La disparition des protéines brutes de la farine de grillon domestique était plus faible que celle de la farine de soja, et son potentiel maximal semblait être atteint après 8 heures d'incubation. Bien que cela puisse suggérer qu'une proportion importante de l'azote de la farine de grillon domestique puisse être associée à la chitine, environ 56 % des protéines non dégradées dans le rumen semblent être digestibles dans l'intestin. Les résultats des études in vivo ont confirmé que la farine de grillon domestique peut remplacer la farine de soja sans affecter négativement le pH et les concentrations d'ammoniac, mais peut créer un environnement ruminal moins favorable au métabolisme énergétique. Ainsi, les ovins nourris avec la TMR contenant la farine d'insecte ont montré une concentration totale de VFA plus faible (-27,3 %), en raison de la réduction des concentrations d'acide acétique et propionique. Ce résultat peut être expliqué par l'apport élevé et inattendu de matières grasses avec l'utilisation de farine de grillon domestique et son degré d'insaturation relativement élevé. Par conséquent, pour faire face aux défis commerciaux et environnementaux causés par la dépendance du marché à l'égard de la production de farine de soja, son remplacement par de la farine de grillon domestique partiellement ou totalement dégraissée représenterait une alternative plus pratique. De plus, il est nécessaire d'étudier le pourcentage le plus approprié d'inclusion de la farine d'insecte dans la ration pour éviter l'impact négatif sur la production ruminale de VFA . [FR] Le remplacement de la farine de soja par la farine de grillon domestique utilisée dans cette étude (riche en 16:0, 18:0, cis-9 18:1 et cis-9 cis-12 18:2) a permis de moduler le métabolisme lipidique ruminal sans affecter négativement les voies de biohydrogénation. En effet, l’effet observé de l’utilisation de la farine d’insecte sur le profil des acides gras du digesta (par exemple, la forte augmentation de la concentration du trans-11 18:1 avec seulement une très faible variation du rapport trans-10/trans-11 18:1, et les augmentations du cis-9 18:1 et du cis-9 trans-11 CLA) pourraient contribuer à améliorer la composition lipidique des produits dérivés des ruminants, tels que le lait et la viande. De plus, une variation négligeable a été constaté pour les acides gras ayant une activité antilipogène confirmée ou tentative chez les ruminants laitiers (par exemple, les intermédiaires trans-10), ce qui confirmerait l'hypothèse que l'ajout de farine de grillon domestique au régime alimentaire aurait des effets globalement positifs sur le métabolisme lipidique ruminal. Peer reviewed 2021-07-08T09:56:10Z 2021-07-08T09:56:10Z 2021-07 tesis de maestría http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc http://hdl.handle.net/10261/245479 en Publisher's version Sí open |