Use of olive pomace extracts in broiler chicken diets: effects on growth performance and gut health

Herrero Encinas, Javier (2020). Use of olive pomace extracts in broiler chicken diets: effects on growth performance and gut health. Thesis (Doctoral), E.T.S. de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.63591.

Description

Title: Use of olive pomace extracts in broiler chicken diets: effects on growth performance and gut health
Author/s:
  • Herrero Encinas, Javier
Contributor/s:
  • Menoyo Luque, David
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2020
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

The need to find alternatives to the use of antibiotic growth promoters in poultry has led to an active research during the last years with the aim to develop different management and nutritional strategies to improve animal performance. In this context, feed additives such as phytochemicals are gaining interest as they promote growth and health because of their antioxidant, antimicrobial and anti-inflammatory effects. The positive properties of phytochemicals are related to certain components present in plants such as phenolic compounds, flavonoids or terpenoids. Olive oil from Olea europaea is an integral ingredient of the Mediterranean area with known health promoting effects. Bioactive compounds of olive fruit and olive oil include polyphenols (oleuropein and hydroxytyrosol) and triterpenes (oleanolic and maslinic acids) among others. Different extracts derived from olive mill wastes have shown positive effects on growth performance and intestinal health in food-producing animal species. However, the potential positive effects of bioactive extracts derived from olive oil industry in poultry are scarcely identified and remain to be investigated. The main objective of this Doctoral Thesis is to evaluate the effects of supplementing broiler chicken diets with a bioactive olive pomace extract from Olea europaea (OE) rich in polyphenols and triterpenes on animal growth performance and gut health. Three experiments were conducted with the following objectives: 1) study the effects of supplementing grower diets with OE on broiler performance and gut health; 2) evaluate the effects of supplementing starter and grower diets with the OE on performance and gut health after a challenge of intestinal permeability induced by a short-term fasting period; 3) investigate an experimental procedure of coccidial vaccine challenge in battery cages and the anticoccidial effect of the OE in broiler chickens. In trial 1 animals were fed with a standard non-medicated starter diet for 21 d, and from 22 to 42 d of age with their respective experimental diet: a negative control with no additives (Control), a positive control with 100 ppm of Monensin and the basal diet supplemented with 750 ppm of an OE (Lucta S.A., Spain) containing 2% of polyphenols and 10% of triterpenes. From 21 to 42 d of age, no significant differences in average daily feed intake (ADFI) were observed among dietary treatments; however, lower average daily gain (ADG) and higher feed conversion ratio (FCR) (P < 0.05) was observed in birds fed the Control compared to Monensin and OE groups. No significant changes on bacterial composition and diversity at a family level were observed in the caeca of birds fed the experimental diets. Moreover, no significant differences on plasma and intestinal bile acid composition were observed among treatments. Birds fed the OE showed a significant decrease of interleukin 8 (IL-8) expression in the ileum (P < 0.05). Additionally, the expression of transforming growth factor beta 4 (TGF-β4), and chicken B-cell marker (Bu-1) was significantly upregulated (P < 0.01) in broilers fed the OE and Monensin diets compared to those fed the Control. In conclusion, the inclusion of 750 ppm of the OE improved animal growth likely as result of its anti-inflammatory properties. In trial 2, treatments included a control diet with no additives (CF), and diets supplemented with 100 ppm of monensin (MF) or with 500 (OE500F) or 1500 ppm (OE1500F) of an OE (Lucta S.A., Spain) containing 1% of polyphenols and 6% of triterpenes. At 14 d, all birds were submitted to a 15.5 h short-term fasting period to induce intestinal permeability (IP) increase. In addition, a control group was included, fed the control diet and no challenged with the fasting period (CNF). No significant differences were observed in ADG, ADFI and FCR among treatments before fasting period (from 1 to 14 d of age). Fasting increased (P < 0.05) lactulose/mannitol ratio and Alpha 1 Acid Glycoprotein concentration in plasma and reduced (P < 0.001) duodenum villus/crypt ratio (VH/CD). Moreover, a down-regulation of Claudin-1 (P < 0.05), an up-regulation of toll-like receptor 4 (TLR4) and IL-8 (P < 0.05) ileal gene expression was observed in CF birds compared to CNF. The OE500F treatment reduced duodenal crypt depth compared to CF (P < 0.05; OE linear effect). Mannitol concentration and ileal IL-8 expression were reduced in OE500F compared to CF and OE1500F (P = 0.05). Fasting challenge induced an increase in IP triggering an inflammatory response. Supplementation of OE up to 1500 ppm did not affect growth performance in birds fed the extract up to 32 days of age but alleviated some of the negative effects of the fasting challenge. In trial 3, broiler chickens were randomly assigned to 5 experimental treatments. One group was fed the control diet without any additives and no challenged (NCU). The other 4 groups were challenged and fed the control diet with no additives (NCC), or supplemented with 500 ppm of coccidiostat (PCC) or with 500 (OE500C) and 1500 ppm (OE1500C) of OE (Lucta S.A., Spain) containing 1% of polyphenols and 6% of triterpenes. At 0, 7 and 14 d, all birds, except NCU group, were challenged with an oral gavage of a live Eimeria spp oocyst vaccine at 1x, 4x, and 16x of the manufacturer’s recommended dose, respectively. Coccidial vaccine challenge depressed body weight (P < 0.05) throughout the trial, as well as a reduction (P < 0.05) of FI and BWG except from 20 to 28 d, and FCR from 0 to 7, 0 to 14 and 0 to 20 d. Birds in the NCC group had higher (P < 0.05) oocyst counts and lower (P < 0.05) carotenoid plasma concentration and VH/CD ratio in duodenum and jejunum compared with NCU birds. Overall, coccidia challenge caused the expected reductions in growth performance and gut integrity. While the coccidiostat reduced oocysts excretion, dietary OE or coccidiostat had no effects on performance or gut integrity. The attenuated inflammatory response observed for all the treatments following the third infection can be attributed to the adaptation or immunization to the repetitive exposure to Eimeria spp. In summary: a) Feeding broiler diets supplemented with an olive pomace extract under standard conditions did not affect performance up to 32 days of age. However, in the grower-finisher phase (from 35 to 42 days of age) the addition of 750 ppm of the extract providing 15 ppm polyphenols and 75 ppm triterpenes improved ADG and FCR.; b) The positive effects of the olive pomace extract on animal growth might be related to the anti-inflammatory properties of the olive triterpenoids and polyphenols reflected by the immunosuppressant effect on IL-8 pro-inflammatory interleukin and the increase of anti-inflammatory expression of TGF-β4; c) A single short-term fasting period of 15.5 h in birds housed in floor pens induced an increase in intestinal permeability triggering an inflammatory response; d) The addition of 500 ppm of the olive pomace extract providing 5 ppm polyphenols and 30 ppm triterpenes alleviated some of the negative effects of increased permeability associated with the short-term fasting challenge.; e) The experimental model of coccidial vaccine challenge used induced growth depression and gut integrity reduction as indicated by increased oocyst excretion, reduced plasma carotenoid concentration, and intestinal morphology alteration.; f) Under the experimental coccidiosis challenge, the inclusion of 500 ppm or 1500 ppm of the olive pomace extract providing up to 15 ppm of polyphenols and 90 ppm of triterpenes showed no effects on performance or gut integrity. This suggests that the potential anticoccidial effects of olive pomace extracts depend on the concentration and type of the bioactive compounds and/or the Eimeria strain. ----------RESUMEN---------- La necesidad de encontrar alternativas al uso de antibióticos como promotores de crecimiento en avicultura ha llevado, durante los últimos años, a una investigación activa con el objetivo de desarrollar diferentes estrategias de manejo y nutricionales para mejorar el rendimiento productivo. En este contexto, aditivos de piensos como los fitogénicos están ganando interés, ya que promueven el crecimiento y la salud debido a sus efectos antioxidantes, antimicrobianos y antiinflamatorios. Estas propiedades están relacionadas con ciertos componentes activos presentes en las plantas como los compuestos fenólicos, flavonoides o triterpenos. El aceite de oliva (Olea europaea L.) es un ingrediente básico en los países del Mediterráneo y es conocido por sus propiedades funcionales con efectos favorables sobre la salud. Los compuestos bioactivos, tanto de la oliva y como su aceite, incluyen polifenoles (oleuropeína e hidroxitirosol) y triterpenos (ácido oleanólico y máslinico), entre otros. Diferentes extractos derivados de los subproductos de la industria oleícola han mostrado efectos positivos sobre el crecimiento y salud intestinal en animales de producción. Sin embargo, los posibles efectos positivos de estos extractos bioactivos en avicultura son escasamente conocidos y faltan por ser investigados. El objetivo principal de esta Tesis Doctoral es evaluar los efectos de la suplementación de dietas de pollos de engorde con un extracto bioactivo de pulpa de oliva (Olea europaea) (OE) rico en polifenoles y triterpenos sobre el crecimiento animal y la salud intestinal. Se realizaron tres experimentos con los siguientes objetivos: 1) estudiar los efectos de la suplementación con OE en dietas de crecimiento sobre los parámetros productivos y salud intestinal de pollos de engorde; 2) evaluar los efectos de la suplementación con OE en dietas de iniciación y crecimiento sobre la salud intestinal y crecimiento de pollos broiler después de un desafío de permeabilidad intestinal inducido por un ayuno de corta duración; 3) investigar un desafío experimental de coccidiosis y el efecto anticoccidial del OE en pollos broiler alojados en jaulas en batería. En el experimento 1, los animales fueron alimentados con una dieta de iniciación estándar no medicada hasta el día 21, y del día 22 al 42 de edad con sus respectivas dietas experimentales: un control negativo sin aditivos (Control), un control positivo con 100 ppm de Monensina y una dieta basal suplementada con 750 ppm de OE (Lucta S.A., España) con 2% de polifenoles y 10% de triterpenos. No se observaron diferencias significativas en el consumo medio diario de pienso (CMD) del día 21 al 42; sin embargo, se observó una menor ganancia media diaria (GMD) y un peor índice de conversión (IC) (P < 0,05) en los animales alimentados con la dieta Control comparado con los grupos OE y Monensina. No se observaron cambios significativos en la composición y diversidad bacteriana a nivel familia en el contenido cecal de los pollos alimentados con las dietas experimentales. Además, la composición del plasma y de los ácidos biliares intestinales no cambió significativamente entre tratamientos. Los animales alimentados con OE redujeron significativamente la expresión de la interleucina IL-8 en el íleon (P < 0,05). Así mismo, la expresión del factor de crecimiento transformante β4 (TGF-β4) y el marcador de células B (Bu-1) fueron significativamente mayores en los pollos alimentados con las dietas que contenían OE y Monensina comparado con aquellos alimentados con la dieta Control. En conclusión, la inclusión de 750 ppm de OE mejoró el crecimiento de pollos de engorde como resultado de sus propiedades anti-inflamatorias. En el experimento 2, los tratamientos experimentales incluyeron una dieta control sin aditivos (CF) y dietas suplementadas con: 100 ppm de monensina (MF) o con 500 (OE500F) o 1500 (OE1500F) de un OE (Lucta S.A., Spain) que contenía 1% de polifenoles y 6% de triterpenos. A los 14 días, los pollos fueron sometidos a un ayuno de corta duración de 15,5 h para inducir un aumento de la permeabilidad intestinal (PI). Además, se incluyó un grupo control no ayunado y alimentado con la dieta control (CNF). No hubo diferencias significativas en GMD, CMD e IC entre los tratamientos antes del ayuno (de 1 a 14 días de edad). El ayuno aumentó (P < 0,05) la relación lactulosa/manitol y la concentración de la Alfa 1 Glicoproteína Ácida en plasma y redujo (P < 0,001) la relación longitud vellosidad y profundidad de cripta (LV/PC) del duodeno. Además, se observó una reducción (P < 0,05) de la expresión génica en íleon de Claudin-1 y un aumento de receptor de tipo toll 4 (TLR4) e IL-8 (P < 0,05) en los animales del grupo CF respecto a CNF. En el tratamiento OE500F se observó una reducción de la profundidad de las criptas comparado con CF (P < 0,05; efecto lineal de OE). La concentración de manitol en sangre y la expresión de IL-8 se redujo en el tratamiento OE500F comparado con CF y OE1500F (P = 0,05). Se puede concluir que el ayuno indujo un aumento en la PI desencadenando una respuesta inflamatoria. Además, la suplementación de OE hasta 1500 ppm no afectó al crecimiento de los animales hasta los 32 días de edad y alivió alguno de los efectos negativos del ayuno. En el experimento 3, los pollos de engorde fueron aleatoriamente asignados a 5 tratamientos experimentales. Un grupo fue alimentado con la dieta control sin aditivos y no se le sometió al desafío (NCU). Los otros 4 grupos fueron desafiados y alimentados con una dieta control sin aditivos (NCC), o suplementados con 500 ppm de un coccidiostato (PCC) o con 500 (OE500C) o 1500 ppm (OE1500) de un OE (Lucta S.A., España) que contenía un 1% de polifenoles y 6 % de triterpenos. A los días 0, 7, y 14, todos los animales, excepto los del grupo NCU, fueron desafiados respectivamente con una dosis oral de vacuna que contenía ooquistes vivos de Eimeria spp a 1x, 4x y 16x veces la dosis recomendada por el fabricante. El desafío produjo una reducción significativa (P < 0,05) del peso corporal a lo largo de todo el ensayo, al igual que una reducción (P < 0,05) del consumo de pienso y de la ganancia de peso corporal, de los 20 a los 28 días, y del IC de 0 a 7, 0 a 14 y 0 a 20 días. Comparados con el tratamiento NCU, los pollos del tratamiento NCC mostraron mayor (P < 0,05) recuento de ooquistes y menor (P < 0,05) concentración de carotenoides en plasma y LV/PC en duodeno y yeyuno. El desafío de coccidiosis produjo la esperada reducción de los parámetros productivos e integridad intestinal. Mientras que el coccidiostato redujo la producción de ooquistes, la inclusión de OE o del coccidiostato no produjo efectos en el crecimiento y la integridad intestinal. La respuesta inflamatoria atenuada observada en todos los tratamientos después de la tercera infección puede ser indicativo de adaptación o desarrollo de inmunidad a la repetida exposición a Eimeria spp. En resumen: a) Alimentar a pollos de engorde utilizando dietas suplementadas con un extracto de pulpa de oliva bajo condiciones de producción estándar no tuvo efectos sobre el crecimiento desde el día 1 hasta los 32 días de edad. Sin embargo, en la fase de crecimiento-acabado (de 35 a 42 días de edad) la inclusión de 750 ppm del extracto aportando 15 ppm de polifenoles y 75 ppm de triterpenos mejoró la GMD y el IC.; b) Los efectos positivos del extracto de pulpa de oliva sobre el crecimiento animal podrían estar relacionados con las propiedades anti-inflamatorias de los triterpenos y polifenoles reflejadas en una inmunosupresión de la IL-8 y el incremento del marcador anti-inflamatorio TGF-β4.; c) Un desafío de ayuno de 15,5 h horas en pollos alojados en suelo indujo un aumento de la PI desencadenando una respuesta inflamatoria.; d) La inclusión de 500 ppm del extracto de pulpa de oliva aportando 5 ppm de polifenoles y 30 ppm de triterpenos alivió alguno de los efectos negativos del desafío de ayuno.; e) El modelo experimental de desafío de coccidiosis indujo una reducción del crecimiento e integridad intestinal en pollos de engorde reflejado en una mayor excreción de ooquistes, reducción de la concentración de carotenoides en plasma y alteraciones en la morfología intestinal.; f) Bajo el desafío experimental de coccidiosis, la inclusión de 500 o 1500 ppm del extracto de pulpa de oliva aportando hasta 15 ppm de polifenoles y 90 ppm de triterpenos no produjo efectos en el crecimiento y la integridad intestinal, indicando que el potencial efecto anticoccidial de los extractos puede depender de la concentración, el tipo de compuestos bioactivos y/o la cepa de Eimeria.

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Item ID: 63591
DC Identifier: http://oa.upm.es/63591/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:63591
DOI: 10.20868/UPM.thesis.63591
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 07 Sep 2020 06:44
Last Modified: 07 Sep 2020 06:44
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