Nutritive evaluation of olive cake and tomato pomace for small ruminant feeding

Navarro Marcos, Carlos (2019). Nutritive evaluation of olive cake and tomato pomace for small ruminant feeding. Thesis (Doctoral), E.T.S. de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.57510.

Description

Title: Nutritive evaluation of olive cake and tomato pomace for small ruminant feeding
Author/s:
  • Navarro Marcos, Carlos
Contributor/s:
  • Carro Travieso, Mª Dolores
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2019
Subjects:
Faculty: E.T.S. de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas (UPM)
Department: Producción Agraria
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

El uso de subproductos agroindustriales en alimentación animal requiere conocer su valor nutritivo. Sin embargo, estos subproductos son heterogéneos y como consecuencia, su composición química y valor nutritivos son muy variables, además de que la información al respecto es escasa. Por esta razón, el objetivo de esta Tesis Doctoral fue evaluar dos subproductos producidos en grandes cantidades en España: orujo de aceituna (OC) y pulpa de tomate (TP). Para lograr este objetivo, se llevaron a cabo seis Experimentos (cinco in vitro y uno in vivo). El objetivo del primer experimento (Artículo 1) fue analizar el efecto del tiempo de almacenaje y su posterior procesado: OC crudo (COC), OC extractado (EOC), OC ciclón (CYOC), en el valor nutritivo. Se utilizaron doce muestras (seis COC y seis EOC) obtenidas a intervalos de un mes de la misma balsa con un tiempo de almacenamiento de 1 a 6 meses, y nueve muestras (tres COC, tres EOC y tres CYOC) obtenidas a intervalos de un mes de una balsa diferente con un tiempo de almacenamiento de 6 a 9 meses. Se analizó la composición química y se fermentaron las muestras in vitro con líquido ruminal de oveja. El aumento del tiempo de almacenmiento hasta los 6 meses redujo el contenido en azúcares y polifenoles totales solubles (TSP), pero aumentó el contenido en fibra. La degradabilidad efectiva de la materia seca (DMED) se redujo de forma lineal (P < 0,001) en un 35,9 y 45,5% al aumentar el tiempo de almacenamiento de 1 a 6 meses en las muestras de COC y EOC, respectivamente. Las muestras de COC tuvieron una menor degradabilidad efectiva de la materia seca (DMED) que las muestras de EOC (valores medios de 0,255 y 0,294 g/g, respectivamente). Tanto la producción potencial de gas (PGP) como el ritmo medio de producción de gas (AGPR) fueron menores (P ≤ 0,018) en las muestras de COC que en las muestras EOC, y esto se debió al mayor contenido en extracto etéreo (EE) en las muestras de COC (≥ 86 g/kg materia seca (DM)). En las muestras con un tiempo de almacenamiento superior a 6 meses, las muestras CYOC tuvieron mayores (P < 0,05) valores de DMED que las muestras COC y EOC (valores medios 0,207, 0,164 y 0,164 g/g, respectivamente). Los resultados indican que la degradabilidad ruminal del OC se reduce al aumentar el tiempo de almacenamiento, pero únicamente se observan pequeños cambios durante los dos primeros meses. El CYOC tuvo mayor degradabilidad ruminal que el COC y EOC, pero las diferencias entre estos dos últimos fueron reducidas a partir de los 5 meses se almacenamiento. El objetivo del Experimento 2 (Artículo 2) fue estudiar la variabilidad en la composición química y la fermentación ruminal in vitro del OC. Para ello se fermentaron in vitro con líquido ruminal de ovejas 42 muestras de OC con diferentes tiempos de almacenamiento (1 a 14 meses) y procesado (25 COC, 9 EOC y 9 CYOC). Las muestras de EOC tuvieron menor contenido en EE que las muestras de COC y CYOC (15,9, 110 y 157 g/kg DM, respectivamente), pero mayor contenido en fibra neutro detergente (NDF; 645, 570 y 441 g/kg DM) y nitrógeno insoluble en solución ácido detergente (ADIN; 9,76, 8,10 y 8,05 g/kg DM). Las muestras de EOC tuvieron el mayor (P < 0,05) ritmo fraccional de producción de gas (AGPR), mientras que las muestras de EOC y CYOC mostraron la mayor cantidad de materia orgánica fermentada (FOM). La mejor variable para predecir el AGPR fue el contenido en azucares (R2 = 0,898), mientras que el contenido en NDF fue la mejor variable para predecir la FOM (R2 = 0,767; P < 0,001). Los modelos estadísticos que utilizaban el tiempo de almacenamiento como variable predictora tuvieron una menor precisión y menores valores de R2 en comparación con aquellos que utilizaban la composición química. En resumen, el valor nutritivo del OC depende del procesado, pero su contenido en EE no afectó negativamente a los parámetros de la fermentación ruminal, que podrían ser estimados a partir del su contenido en carbohidratos o del tiempo de almacenamiento. El tercer Experimento (Artículo 5; Apéndice) se llevó a cabo para estimar in vitro el valor nutritivo de cuatro muestras de COC con diferentes tamaños de partícula, que fueron obtenidas durante el proceso de secado en un mismo trommel en diferentes momentos del proceso de tamizado. Los tamaños de partícula fueron: mayor de 3 mm (COC3), 2 mm (COC2) y 1 mm (COC1) o menor de 1 mm (COC0). En este experimento se incluyeron heno de alfalfa y paja de cebada con fines comparativos. Se analizó la composición química en todas las muestras. Los parámetros de producción de gas se obtuvieron mediante una incubación in vitro de 120 horas de duración empleado líquido ruminal de oveja como inóculo, y los parámetros fermentativos y la digestibilidad in vitro de la materia seca (DMD) se analizaron en una incubación de 24 horas. Las muestras COC3 y COC0 tuvieron menores contenidos de NDF (415 y 391 g/kg DM), pero mayor contenido en proteína bruta (CP; 96,6 y 114 g/kg DM) y EE (220 y 242 g/kg DM) que las muestras COC2 (627, 42,4 y 102 g/kg DM, respectivamente) y COC1 (624, 48,7 y 124 g/kg DM). La DMD de las muestras de COC osciló entre 39,4 y 58,7% y fue menor que la obtenida para el heno de alfalfa (67,5%), pero mayor que la obtenida para la paja de cebada (42,4%) en las muestras COC0 y COC3. Las muestras COC3 y COC0 tuvieron un mayor (P < 0,05) producción potencial de gas (PGP; 103 y 66,2 ml/g DM, respectivamente) y una mayor producción de ácidos grasos volátiles totales (VFA; 608 y 600 μmol, respectivamente) que las muestras COC2 y COC1, pero los valores fueron menores que los del heno de alfalfa (202 ml/g DM y 1023 μmol, respectivamente) y la paja de cebada (198 ml/g DM y 733 μmol). Los resultados sugieren que reducir el tamaño de partícula a menos de 1 mm aumenta la fermentabilidad del COC, pero su valor nutritivo sigue siendo ligeramente inferior al de la paja de cebada. La calidad observada en las muestras COC3, similar a la del COC0 se atribuyó a un mayor contenido en azúcares solubles. El objetivo del Experimento 4 (Artículo 3) fue analizar la variabilidad en el valor nutritivo para los animales rumiantes de la pulpa de tomate (TP) y analizar su efecto en la fermentación ruminal in vitro cuando se incluyó en una dieta con un elevado contenido en concentrado. Se obtuvieron 12 muestras de TP de dos plantas de procesado con intervalos de una semana y se analizó la composición química, la fermentación ruminal in vitro y la digestibilidad intestinal. No se observaron diferencias entre las plantas de procesado en la composición química TP y únicamente se observaron ligeras variaciones entre los diferentes tiempos de muestreo. Las muestras de TP tuvieron un reducido contenido en DM (< 300 g/kg), un alto contenido en NDF, CP y EE (572, 160 y 82,7 g/kg DM de media, respectivamente), y fueron rápidamente fermentadas in vitro. La degradabilidad ruminal de la proteína, obtenida tras una incubación in situ de 16 h, fue 510 g/kg y la digestibilidad intestinal in vitro de la CP (IDCP) fue baja, oscilando entre 430 y 475 g/kg. Reemplazar parcialmente la harina de soja y paja de cebada por TP en una dieta rica en concentrado aumentó el ritmo de fermentación in vitro y la producción de VFA y redujo la concentración de NH3-N sin afectar a la producción de metano. En resumen, las muestras de TP mostraron poca variabilidad en su valor nutritivo entre los diferentes tiempos de muestreo y podría incluirse TP hasta 180 g/kg en una dieta rica en concentrado sin afectar negativamente a la fermentación ruminal. El objetivo del Experimento 5 (Artículo 6: Apéndice) fue determinar el efecto de incluir subproductos agroindustriales, en concreto DDGS de maíz (dried distillers grains with solubles), pulpa de cítricos desecada (DCP) y EOC, en un concentrado para cabras lecheras en la digestibilidad de los nutrientes, la fermentación ruminal, la producción de metano, la excreción urinaria de derivados púricos (PD) y la producción y composición de la leche. Para ello, se usaron doce cabras de raza Murciano-Granadina en un diseño experimental cruzado con dos periodos. En cada periodo, seis cabras recibieron una dieta control, compuesta de 1 kg de heno de alfalfa y 1 kg de concentrado basado en cereales, y las otras seis cabras recibieron una dieta (BYP) compuesta de un 1 kg de heno de alfalfa y 1 kg de concentrado con 180, 180 y 80 g/kg (en materia fresca) de DDGS, DCP y EOC, respectivamente. La dieta no afectó a la ingestión de materia seca de concentrado, pero la ingestión de heno de alfalfa, CP y EE fue mayor (P ≤ 0,042) con la dieta BYP. No se observaron diferencias entre dietas en la digestibilidad aparente de los nutrientes, excepto en la digestibilidad de la grasa que fue mayor (P = 0,002) para la dieta BYP. A pesar de que el nitrógeno (N) fecal tendió a ser mayor (P = 0,063) con la dieta BYP, no hubo diferencias en la utilización del N. En comparación con la dieta control, la producción de leche de las cabras alimentadas con la dieta BYP tendió a ser mayor (P = 0,056) y la producción diaria de CP, grasa, proteína del suero y sólidos totales (TS) en la leche, así como la energía bruta, fue mayor (P ≤ 0,031) que en las cabras que recibían la dieta control. La dieta BYP favoreció un perfil de ácidos grasos (FA) en la leche potencialmente más saludable, ya que la concentración de C12:0, C14:0 y C16:0 FA fue o tendió a ser menor (P ≤ 0,080) y el contenido en FA insaturados (PUFA) fue mayor (P = 0,001) que con la dieta control. La dieta no tuvo ningún efecto sobre los parámetros ruminales (pH, VFA y NH3-N) ni en las emisiones de metano, pero la excreción de PD tendió a ser menor (P = 0,070) en las cabras alimentas con la dieta BYP. Por todo ello, una mezcla de DDGS de maíz (180 g), DCP (180 g) y EOC (80 g) podría reemplazar parcialmente los granos de cereales y las fuentes de proteína de los concentrados de cabras lecheras hasta en un 44% sin afectar a la utilización de los nutrientes, la fermentación ruminal o el rendimiento lechero, y adicionalmente mejoraría el perfil de FA de la leche. El objetivo del Experimento 6 (Artículo 4) fue verificar la existencia de menores abundancias de 15N en la fracción ADIN en comparación con el N total y el N insoluble en solución neutro detergente (NDIN) en diferentes alimentos, así como determinar la magnitud de la posible contaminación nitrogenada del ADIN. Para ello se analizaron muestras de un cultivo de maíz (biomasa aérea, granos y raíces) y de dos cultivos de girasol (SF) (biomasa aérea y semillas), determinándose la abundancia en 15N así como el contenido en N total, NDIN y ADIN. Las muestras fueron marcadas con 15N mediante la feritlización con 15NH4NO3 o NH4 15NO3. Se utilizaron tres réplicas para cada tipo de muestra. La abundancia de 15N en el N total y NDIN fue similar (P > 0,05) en todas las muestras, mientras que la abundancia en el ADIN fue menor (P < 0,001 a 0,037) en todas las muestras, a excepción de las semillas de SF de uno de los dos cultivos. Las estimaciones de la contaminación con N del ADIN a partir del bromuro de cetiltrimetilamonio (CTAB) no se vieron afectas por el tipo de fertilizante usado para marcar las muestras (P ≥ 0,207), y los valores (g/g) oscilaron entre 0,129 para los granos de maíz hasta 0,447 para la biomasa aérea del maíz. La contaminación con N del ADIN estuvo correlacionada positivamente con el contenido en NDF, ADF, hemicelulosa y celulosa (P < 0,001; r = 0,770 a 0,905; n = 18 y 22 para maíz y SF, respectivamente), y negativamente (P < 0,001 a 0,048) con el contenido en ADIN (expresado como proporción de la ADF). La correlación negativa (P < 0,001) entre la contaminación con N del ADIN y la relación lignina ácido detergente (ADL)/ADF observada en todas las muestras indicaría que la contaminación del ADIN se reducía al aumentar el nivel de lignificación de la pared celular. En resumen, los resultados indican que el uso de CTAB en el análisis de la ADF aumenta el contenido en ADIN, y por ello sobreestimael contenido de N asociado a la ADF, cuestionando el uso del ADIN como parámetro indicativo de la disponibilidad del N. ----------ABSTRACT---------- The use of agroindustrial by-products in animal feeding requires precise information on their nutritional value. However, agroindustrial by-products are heterogeneous and as consequence, values for chemical composition and nutritive parameters are highly variable, and the information related is scarce. For that reason, the objective of this Doctoral Thesis is to evaluate the nutritive value of two by-products that are produced in huge amounts in Spain: olive cake (OC) and tomato pomace (TP). In order to achieve this objective, six Experiments (five in vitro and one in vivo) were conducted. The objective of Experiment 1 (Paper 1) was to analyse the influence of storage time and further processing: crude OC (COC), exhausted OC (subjected to a second oil extraction; EOC) and cyclone OC (obtained from a cyclone separator; CYOC) on nutritive value of OC samples. Twelve samples (six COC and six EOC) were obtained monthly from the same pond from 1 to 6 storage months, and nine samples (three COC, three EOC and three CYOC) were obtained monthly from a different pond from 6 to 9 months storage. Chemical composition was analysed, and OC samples were fermented in vitro with sheep rumen fluid. Increasing storage time up to 6 months decreased sugars and total soluble polyphenols (TSP) content but increased fibre content in OC. Dry matter effective degradability (DMED) decreased linearly (P < 0.001) by 35.9 and 45.5% as storage time augmented from 1 to 6 months for COC and EOC, respectively. COC had lower DMED values than EOC (averaged values 0.255 and 0.294 g/g, respectively). Both potential gas production (PGP) and average gas production rate (AGPR) were lower (P ≤ 0.018) in COC compared with EOC, which was attributed to the high ether extract (EE) content of COC (≥ 86 g/kg dry matter (DM)). For samples stored longer than 6 months, CYOC had greater (P < 0.05) DMED than COC and EOC (averaged values 0.207, 0.164 and 0.164 g/g, respectively). The results indicate that ruminal degradability of OC is reduced with advancing storage time, but only subtle changes were observed during the first two months. CYOC showed greater degradability than COC and EOC, but differences between COC and EOC became negligible after five storage months. The objective of Experiment 2 (Paper 2) was to determine the variability in the chemical composition and in vitro ruminal fermentation of OC by-products. Forty-two OC samples with different storage times (1–14 months) and processing (25 COC, 9 EOC and 9 CYOC) were fermented in vitro with sheep ruminal fluid. EOC samples had a lower EE content than COC and CYOC (15.9, 110 and 157 g/kg DM, respectively), but greater neutral detergent fibre (NDF) (645, 570 and 441 g/kg DM) and acid detergent insoluble nitrogen (ADIN) (9.76, 8.10 and 8.05 g/kg DM) content. EOC had the greatest (P < 0.05) AGPR, whereas the greatest fermented organic matter (FOM) was obtained for EOC and CYOC. The best single predictor of the AGPR was total sugars content (R2 = 0.898), whereas NDF was the best one for FOM (R2 = 0.767; P < 0.001). Statistical models using storage time as a predictor variable had lower accuracy and R2 values than those from the chemical composition. In summary, the nutritive value of OC was highly dependent on its processing, but its EE content did not negatively affect ruminal fermentation parameters, which could be estimated from either carbohydrate composition or storage time. The aim of this Experiment 3 (Paper 5; Appendix) was to estimate in vitro the nutritive value of four samples of COC with different particle size obtained during the drying process from the same trommel at different stages of the screening procedure. Particles size was greater than 3 mm (COC3), 2 mm (COC2) and 1 mm (COC1) or smaller than 1 mm (COC0). Alfalfa hay and barley straw were included in the study for comparative purposes. Chemical composition was analysed in all samples. Gas production kinetics was determined in 120 h in vitro incubations with sheep rumen fluid as inoculum, and fermentation parameters and in vitro dry matter digestibility (DMD) were analysed after 24 h of incubation. COC3 and COC0 samples had lower contents of NDF (415 and 391 g/kg DM), but greater crude protein (CP) (96.6 and 114 g/kg DM) and EE (220 and 242 g/kg DM) contents, than COC2 and COC1 (627 and 624; 42.4 and 48.7; 102 and 124 g/kg DM, respectively). DMD of COC samples ranged from 39.4 to 58.7%, and was lower than that for alfalfa hay (67.5%) for all samples, but greater than that for barley straw (42.4%) for COC0 and COC3 samples. COC3 and COC0 samples had greater (P < 0.05) PGP (103 and 66.2 ml/g DM, respectively) and total volatile fatty acids (VFA) production (608 and 600 μmol, respectively) than COC2 and COC1, but values were lower than those for alfalfa hay (202 ml/g DM and 1023 μmol, respectively) and barley straw (198 ml/g DM and 733 μmol). The results indicate that decreasing particle size to <1 mm increased the fermentation potential of COC, but its nutritive value was still slightly lower than that of barley straw. The similar quality observed for COC3 and COC0 samples was attributed to the high sugar content of COC3 samples. The objective of Experiment 4 (Paper 3) was to determine the variability in nutritive value for ruminants of TP samples and analyze its effect on in vitro fermentation when it was included in a high-concentrate diet. Twelve TP samples were obtained from two processing plants at weekly intervals and analysed for chemical composition, in vitro rumen fermentation, and intestinal digestibility. The chemical composition of TP did not differ between processing plants and only slight variations were observed among sampling times. Tomato pomace had a low DM content (< 300 g/kg), a high content of NDF, CP and EE (572, 160, and 82.7 g/kg DM on average, respectively), and was rapidly fermented in the rumen. Protein degradability at 16 h in situ incubation was 510 g/kg and in vitro intestinal digestibility of CP (IDCP) was low (430-475 g/kg). Replacing soybean meal and barley straw by dried TP increased the in vitro fermentation rate and the production of VFA and reduced NH3-N concentrations without affecting methane. In summary, TP samples showed little variability in nutritive value over sampling time and TP of up to 180 g/kg could be included in highconcentrate diets without negatively affecting rumen fermentation. The objective of Experiment 5 (Paper 6; Appendix) was to determine the effect of including agroindustrial by-products, such as dried distillers grains with solubles (DDGS), dried citrus pulp (DCP) and EOC in diets for dairy goats on nutrient digestibility, ruminal fermentation, methane production, urinary excretion of purine derivatives (PD) and milk yield and composition. Twelve Murciano-Granadina goats were used in a cross-over design trial with two periods. In each period, six goats received daily a control diet composed of 1 kg of alfalfa hay and 1 kg of high-cereal concentrate and other six goats received a diet (BYP) composed of 1 kg of alfalfa hay and 1 kg of a concentrate including corn DDGS, DCP and EOC in proportions of 180, 180 and 80 g/kg concentrate (as fed basis), respectively. Diet had no effect on total DM intake, but intake of alfalfa hay, CP and EE was greater (P ≤ 0.042) for the BYP than for control group. There were no differences between diets in nutrients apparent digestibility, with the exception of fat which was greater (P = 0.002) for BYP compared with control diet. Although fecal nitrogen (N) tended to be greater (P = 0.063) for BYP-diet, there were no differences in N utilization. Compared to control, milk yield tended to be greater (P = 0.056) and daily production of milk CP, fat, whey protein and total solids (TS), as well as milk gross energy, were greater (P ≤ 0.031) for BYP diet. Diet BYP promoted a healthier fatty acids (FA) profile in milk, as the concentration of C12:0, C14:0 and C16:0 FA was or tended to be lower (P ≤ 0.080) and that of polyunsaturated FA (PUFA) was greater (P = 0.001) in the milk of BYPfed goats compared with those fed the control diet. Diet had no effect on ruminal parameters (pH, VFA and NH3-N concentrations) and methane emissions, but urinary excretion of total PD tended to be lower (P = 0.070) in BYP-fed goats than in those fed the control diet. A mixture of corn DDGS (180 g), DCP (180 g) and EOC (80 g) could replace 44% of cereal grains and protein feeds in the concentrate for dairy goats without compromising nutrient utilization, ruminal fermentation or milk yield, and led to a healthier FA profile in milk. The objective of Experiment 6 (Paper 4) was to verify lower 15N abundances of ADIN than of total N and neutral detergent insoluble N (NDIN) in different feeds, and to assess the magnitude of ADIN contamination. Samples from one corn crop (aerial biomass, grain and root) and two sunflower (SF) crops (aerial biomass and seeds) were analysed for 15N abundance and content of total N, NDIN and ADIN. Samples had been 15N-labelled by fertilizing with either 15NH4NO3 or NH4 15NO3, and there were three replicates per type of sample. The 15N-abundance of total N and NDIN was similar (P > 0.05) for all samples, whereas that of ADIN was lower (P < 0.001 to 0.037) than values for total N and NDIN for all samples, excepting for SF seeds from one crop. Estimates of N-contamination of ADIN from cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) were not affected by the fertilizer used to label N (P ≥ 0.207), and values (g/g) ranged from 0.129 for corn grains to 0.447 for corn aerial biomass. N-contamination of ADIN was positively correlated with NDF, acid detergent fibre (ADF), hemicelluloses and cellulose content (P < 0.001; r = 0.770 to 0.905; n = 18 and 22 for corn and SF, respectively), and negatively (P < 0.001 to 0.048) with ADIN content (expressed as proportion of ADF). The negative correlations (P < 0.001) between N-contamination of ADIN and acid detergent lignin (ADL)/ADF ratio observed for all samples would indicate that N-contamination of ADIN was reduced by cell wall lignification. In conclusion, the results showed that the use of CTAB in the ADF analysis resulted in increased ADIN values, and therefore overestimated the amount of N associated to ADF, questioning the use of ADIN as a parameter indicative of N availability.

Funding Projects

TypeCodeAcronymLeaderTitle
Government of SpainAGL2016-75322-C2-1-RSUBPOVICAPUnspecifiedUso de subproductos agroindustriales en las dietas de pequeños rumiantes: valoración nutritiva, utilización digestiva, rendimientos productivos y calidad de los productos

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Item ID: 57510
DC Identifier: http://oa.upm.es/57510/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:57510
DOI: 10.20868/UPM.thesis.57510
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 17 Dec 2019 05:46
Last Modified: 17 Jun 2020 22:30
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