Feed-associated factors to xylanase response in corn-based poultry diets

Abstract

La producció avícola enfronta diversos desafiaments relacionats amb l’ús dels recursos naturals, sent l’eficiència alimentària el factor que pot ser influenciat mitjançant l’ús de diferents estratègies nutricionals. L’ús adequat d’enzims exògenes, com la xilanasa, pot millorar el rendiment productiu, la conversió alimentària, la salut intestinal i millorar els problemes ambientals, a causa de la menor excreció de nutrients no digerits. D’aquesta manera, el present treball busca incrementar el coneixement sobre els mecanismes d’acció suggerits d’aquest enzim així com investigar la rellevància d’alguns factors associats a l’aliment que poden estar afectant l’eficiència de la xilanasa en la producció de pollastres d’engreix. En la present tesi doctoral es van dissenyar quatre estudis amb l’objectiu de provar les següents hipòtesis.

Les carbohidrases, especialment la xilanasa, podrien ser part d’una estratègia multidisciplinària per al reemplaçament dels antibiòtics en la producció animal. Així l’Article I és una revisió de la literatura realitzada per tal de comparar els mecanismes suggerits per la xilanasa en les dietes a base de blat de moro i dels antibiòtics quan s’utilitzen com a promotors de l’creixement en dietes animals. La literatura disponible mostrar que és difícil concloure que els enzims per se puguin reemplaçar als antibiòtics en la producció animal intensiva, però és plausible pensar que poden ser part d’un programa holístic que redueixi l’impacte negatiu dels components fibrosos de la dieta que tenen efectes antinutritius que desafien la salut intestinal i l’eficiència.

La variació de la composició fisicoquímica de l’blat de moro podria afectar la resposta de la xilanasa. En aquest sentit, l’Article II és un assaig “”n vitro” que es va dur a terme utilitzant el component genètic de la dacsa i la posició dels grans a la panotxa com a font de variabilitat de nutrients per avaluar la resposta de la xilanasa. Els resultats van mostrar que la suplementació amb xilanasa augmenta els components solubles de el blat de moro independentment de la variació fisicoquímica, però, la producció de xilotriosa va interactuar tant amb la posició dels grans a la panotxa com amb el genotip, mostrant que la composició de l’blat de moro pot afectar la resposta de l’enzim en la producció de XOS.

La variació de nutrients associada a l’genotip afecta el rendiment i la utilització de nutrients dels pollastres d’engreix. En aquest aspecte, en l’article III es va desenvolupar un assaig in vivo per estudiar com la variabilitat de la composició fisicoquímica de l’blat de moro, a causa de la genètica, podria produir interaccions negatives entre els diferents components fisicoquímics i, en conseqüència, canvis en el rendiment productiu i la digestibilitat de nutrients dels pollastres d’engreix. Els resultats van mostrar que la variació en el contingut i la naturalesa dels polisacàrids no amilacis de el blat de moro poden reduir el rendiment i la digestibilitat en els pollastres d’engreix principalment a causa de la disminució en la disponibilitat de nutrients.

La distribució de la mida de les partícules de l’blat de moro afecta la resposta de la xilanasa produint canvis en el rendiment i la salut intestinal dels pollastres d’engreix. Per tant, en l’Article IV es va avaluar la resposta de la xilanasa en diferents distribucions de mida de partícula de dietes granulades a força de blat de moro. Els resultats van mostrar que el mecanisme prebiòtic de la xilanasa es va veure afectat per la grandària de les partícules en les dietes granulades a força de blat de moro. L’eficàcia de l’enzim i el desenvolupament de la pedrer podrien millorar considerant l’ús d’una distribució de mida de partícula gruixuda en les dietes granulades.

La producción avícola enfrenta varios desafíos relacionados con el uso de los recursos naturales, siendo la eficiencia alimenticia el factor que puede ser influenciado mediante el uso de diferentes estrategias nutricionales. El uso adecuado de enzimas exógenas, como la xilanasa, puede mejorar el rendimiento productivo, la conversión alimenticia, la salud intestinal y mejorar los problemas ambientales, debido a la menor excreción de nutrientes no digeridos. De esta forma, el presente trabajo busca incrementar el conocimiento sobre los mecanismos de acción sugeridos de esta enzima así como investigar la relevancia de algunos factores asociados al alimento que pueden estar afectando la eficiencia de la xilanasa en la producción de pollos de engorde. En la presente tesis doctoral se diseñaron cuatro estudios con el objetivo de probar las siguientes hipótesis.

Las carbohidrasas, especialmente la xilanasa, podrían ser parte de una estrategia multidisciplinaria para el remplazo de los antibióticos en la producción animal. Así el Artículo I es una revisión de la literatura realizada con el fin de comparar los mecanismos sugeridos por la xilanasa en las dietas a base de maíz y de los antibióticos cuando se utilizan como promotores del crecimiento en dietas animales. La literatura disponible mostró que es difícil concluir que las enzimas per se puedan reemplazar a los antibióticos en la producción animal intensiva, pero es plausible pensar que pueden ser parte de un programa holístico que reduzca el impacto negativo de los componentes fibrosos de la dieta que tienen efectos antinutritivos que desafían la salud intestinal y la eficiencia.

La variación de la composición fisicoquímica del maíz podría afectar la respuesta de la xilanasa. En este sentido, el Artículo II es un ensayo "in vitro" que se llevó a cabo utilizando el componente genético del maíz y la posición de los granos en la mazorca como fuente de variabilidad de nutrientes para evaluar la respuesta de la xilanasa. Los resultados mostraron que la suplementación con xilanasa aumenta los componentes solubles del maíz independientemente de la variación fisicoquímica, sin embargo, la producción de xilotriosa interactuó tanto con la posición de los granos en la mazorca como con el genotipo, mostrando que la composición del maíz puede afectar la respuesta de la enzima en la producción de XOS.

La variación de nutrientes asociada al genotipo afecta el rendimiento y la utilización de nutrientes de los pollos de engorde. En este aspecto, en el artículo III se desarrolló un ensayo in vivo para estudiar cómo la variabilidad de la composición fisicoquímica del maíz, debido a la genética, podría producir interacciones negativas entre los diferentes componentes fisicoquímicos y, en consecuencia, cambios en el rendimiento productivo y la digestibilidad de nutrientes de los pollos de engorde. Los resultados mostraron que la variación en el contenido y la naturaleza de los polisacáridos no amiláceos del maíz pueden reducir el rendimiento y la digestibilidad en los pollos de engorde principalmente debido a la disminución en la disponibilidad de nutrientes.

La distribución del tamaño de las partículas del maíz afecta la respuesta de la xilanasa produciendo cambios en el rendimiento y la salud intestinal de los pollos de engorde. Por lo tanto, en el Artículo IV se evaluó la respuesta de la xilanasa en diferentes distribuciones de tamaño de partícula de dietas granuladas a base de maíz. Los resultados mostraron que el mecanismo prebiótico de la xilanasa se vio afectado por el tamaño de las partículas en las dietas granuladas a base de maíz. La eficacia de la enzima y el desarrollo de la molleja podrían mejorarse considerando el uso de una distribución de tamaño de partícula gruesa en las dietas granuladas.

Poultry production faces several challenges related to the use of natural resources, with feed efficiency being the factor that can be influenced through the use of different nutritional strategies. Proper use of exogenous enzymes, such as xylanase, could improve growth performance, feed conversion, gut health, and improve environmental problems as fewer undigested nutrients are excreted. In this way, the present work seeks to increase the knowledge about the suggested action mechanisms of this enzyme as well as to investigate the relevance of some dietary factors that may be affecting the efficiency of xylanase in the production of broiler chickens. Four studies were designed with the aim of testing the following hypotheses.

The carbohydrases, specially xylanase, could be a part of a multidisciplinary antibiotic's displacement strategy. Therefore, the Article I is a literature review performed in order to compare the xylanase suggested mechanisms (nutrient digestibility, microbiota modulation and improvement of intestinal health) and the described antibiotic effects when are used as growth promotors in animal diets. The available literature showed that it is difficult to consider that enzymes per se can replace antibiotics in efficient animal production, but it is plausible to think that they can be part of a holistic program that reduces the negative impact of antinutritional components as challenging compounds for intestinal health and efficiency.

The variability in the physicochemical composition of corn could affects the xylanase response. Therefore, Article II is an "in vitro" test that was carried out using the genetic background of corn and the position of the ear as a source of nutrient variability and where the xylanase response was evaluated. The results showed that the xylanase supplementation increase the soluble components of the corn independently of the physicochemical variation, however, the xylotriose production interact for both the position of the kernels in the cob and genotype, showing that the corn physicochemical composition can affect the response of the enzyme at least in the production of XOS.

The nutrient variation associated to the genotype affects the broiler performance and nutrient utilization. Therefore, in Article III an in vivo trial was development in order to study how the variability of physicochemical composition of corn, due to genetic background, could produce negative interactions among the different physicochemical components, and consequently changes in broiler chicken's growth performance and nutrient digestibility. The results showed that the variation in the content and nature of the non-starch polysaccharides in corn can reduce the performance and digestibility in broilers mainly due to the capture of nutrients.

The corn particle size distribution affects the xylanase response influencing the performance and intestinal health of broiler chickens fed with corn-based pelleted diets. Therefore, in the Article IV the xylanase response was evaluated in different particle size distributions of corn-based pelleted diets. The results showed that the xylanase prebiotic mechanism was affected by particle size in corn-based pelleted diets. The effectiveness of the enzyme and gizzard development could be improved by considering using coarse particle size distribution in pelleted diets.