Novel protein sources in diets for weaned piglets – effect on growth performance, gut function, and health

Abstract

The world is facing a growing food demand from an ever-increasing population. To meet this challenge, new resources must be utilized through innovative solutions. Meat is a valuable protein source in the human diet. However, in Norway, a northern country with limited agricultural land, we are today dependent on imports of protein-rich ingredients to feed our livestock. To increase self-sufficiency and ensure future food security, there is a need for alternative protein sources that do not occupy land areas suitable for human food production. The Cyberlindnera jadinii yeast and black soldier fly larvae (BSFL) are two promising novel feed ingredients that can be produced from renewable resources or side-streams, and thereby contribute to a circular bioeconomy. These two novel feed ingredients also contain several bioactive compounds which might be beneficial for the gastrointestinal function and health of the weaned piglet. It is well known that weaning causes changes in the gastrointestinal structure and function, and compromises health. The aim of this thesis was to evaluate C. jadinii yeast and BSFL as novel protein sources for weanling piglets and investigate if these ingredients could improve post-weaning (PW) challenges.

Two experiments were conducted. Experiment I (Paper I and II) investigated the effect of a high dietary inclusion of C. jadinii yeast (14.6%) on the early PW physiological changes in piglets. Results showed early PW changes in gastrointestinal function and health parameters, but changes were mainly time-dependent, not diet-dependent. However, the inclusion of C. jadinii yeast improved the apparent ileal digestibility of crude protein and affected the PW small intestinal gene expression. Weaning induced downregulation of several immune functions in the small intestine of the control piglets, whereas this downregulation was not as evident in the yeast-fed piglets. Collective, the gastrointestinal function, transcriptional, and plasma immunological results indicated a less evident acute weaning phase in piglets fed yeast. In Experiment II (Paper III), the effect of increasing inclusion of full-fat BSFL meal (< 19.1%) on growth performance and gastrointestinal function in piglets was investigated for a four-week period PW. High inclusion of full-fat BSFL meal did not compromise growth performance, but the apparent total tract digestibility of crude protein was reduced by increased inclusion of BSFL, whereas both the apparent ileal and total tract digestibility of crude fat was improved. The inclusion of BSFL also affected the colon microbiome by lowering the relative abundance of Lactobacillus, although no effect was seen on microbial diversity indices.

The discussion of this thesis focused on comparing the two investigated feed ingredients. In conclusion, both C. jadinii yeast and BSFL meal are high-value protein sources and suitable feed ingredients for PW piglets, but future studies should investigate methods to improve the protein digestibility of the BSFL. Neither of the novel ingredients adversely affected the gastrointestinal function and health of the piglets. In conclusion, both C. jadinii yeast and BSFL could improve gut homeostasis PW, but especially C. jadinii yeast showed potential to improve PW gastrointestinal challenges, giving more robust piglets.

Med en stadig økende verdensbefolkning, øker også behovet for mat. For å møte denne utfordringen må vi utnytte nye ressurser på innovative måter. Kjøtt er en verdifull proteinkilde i kostholdet, men i Norge er vi i dag avhengige av å importere proteinrike ingredienser for å fôre husdyrene våre. For å øke selvforsyning og sørge for framtidig matsikkerhet, er det behov for alternative proteinkilder som ikke opptar landarealer egnet til produksjon av menneskemat. Gjæren Cyberlindnera jadinii og larver av svarte soldatfluer (black soldier fly larvae - BSFL) er to alternative proteinkilder som kan produseres fra fornybare ressurser eller sidestrømmer, og dermed bidra til sirkulær bioøkonomi. Disse to fôringrediensene inneholder også bioaktive komponenter som kan være gunstige for smågrisens tarmfunksjon og helse etter avvenning. Det er kjent at avvenning forårsaker endringer i tarmstruktur og -funksjon, og dermed påvirker smågrisens helse negativt. Hensikten med denne avhandlingen var å evaluere C. jadinii og BSFL som to alternative proteinkilder i fôret til smågris etter avvenning, og undersøke om disse ingrediensene kan minske utfordringene som oppstår ved avvenning.

To forsøk ble gjennomført. Det første forsøket (Artikkel I og II) undersøkte effekten av et fôr med høy andel C. jadinii gjær på fysiologiske endringer hos smågris, kort tid etter avvenning. Resultatene viste endringer i tarmfunksjon og helse i perioden etter avvenning, men endringene var først og fremst tidsavhengige og ikke fôravhengige. Tilsetning av C. jadinii gjær i fôret økte imidlertid ilealfordøyelighet av råprotein, og påvirket genuttrykket i tynntarmen etter avvenning. Gener involvert i flere immunologiske funksjoner ble nedregulert etter avvenning, men dette var ikke like tydelig hos smågrisene som hadde spist gjær. Samlet sett antydet resultatene for tarmfunksjon-, genuttrykk- og blod immunologiske analyser at smågrisene som spiste gjær hadde mindre tydelig akuttfase etter avvenning.

Det andre forsøket (Artikkel III) undersøkte effekten av økende tilsetning av fullfett BSFL-mel (< 19.1%) på vekstparametere og fordøyelsesfunksjon hos smågris, i en fire ukers periode etter avvenning. Høy tilsetning av BSFL hadde ikke betydelig effekt på vekstparametere, men reduserte fekalfordøyelighet av råprotein. Både ileal- og fekalfordøyelighet av råfett økte imidlertid ved økt tilsetning. Mikrobiomet i tykktarmen ble også påvirket. Tilsetning av BSFL reduserte den relative mengden av Lactobacillus i tykktarmen, men påvirket ikke det mikrobielle mangfoldet.

Diskusjonen i denne avhandlingen fokuserte på sammenligning av de to undersøkte fôringrediensene. Avhandlingen konkluderer med at både C. jadinii gjær og BSFL-mel er høyverdige proteinkilder og egnede fôringredienser for smågris etter avvenning, men fremtidige studier bør undersøke metoder for å forbedre proteinfordøyeligheten av BSFL. Ingen av de undersøkte ingrediensene hadde negativ innvirkning på tarmfunksjonen eller helsen til smågrisene. Både C. jadinii gjær og BSFL kan bidra til å forbedre tarmhomeostasen etter avvenning, men spesielt C. jadinii har potensial til å forbedre avvenningsutfordringer og gi mer robuste smågriser.