Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10348/9593
Title: Nutritional valorization of cowpea (Vigna unguiculata) coproduct for animal feeding
Authors: Andrade, Ederson Américo de
Advisor: Rodrigues, Miguel António Machado
Ferreira, Luis Miguel Mendes
Pinheiro, Victor Manuel Carvalho
Keywords: basidiomycetes
ensilage
Issue Date: 20-Nov-2019
Abstract: Nutritional valorization of cowpea (Vigna unguiculata) co-product for animal feeding The concept of circular economy is considered a sustainable principle for the reuse of underutilized agro-industrial co-products by shielding global markets against scarcity of resources and volatility of prices. Agro-industrial co-products are of low economic value as foods for human consumption but may have potential value as animal feedstuff, and in the Mediterranean production systems, agricultural co-products have been used as an important feedstuff during periods of shortage of forage. Another possible utilization of these compounds relies on its inclusion on compound feeds, especially in rabbit production. The Eurolegume project, in which this thesis is developed, evaluated cowpea (Vigna unguiculata), pea (Pisum sativum) and fava (Vicia faba) local genetic resources for the development of new varieties for food and feed. Management and valorization of residual biomass for animal feed were also evaluated in the project and created the opportunity to enrol on a PhD program and develop this thesis. Cowpea stover has been shown to be a feedstuff with high cell wall content (666 g kg-1 DM), moderate protein value (121 g kg-1 DM) and high lignin content (109 g kg-1 DM) which in turn influence in vitro digestibility values for rabbits (396 g kg-1 OM) and ruminants (603 g kg-1 OM) and in sacco degradability for ruminants (Chapter 1). The leaves of the cowpea stover showed to be the fraction with high nutritional value and its conservation is considered important. Based on these results the thesis advances in two lines of research to evaluate the potential of cowpea stover as animal feed: 1) potential use of cowpea stover treated/untreated with white-rot fungi for animal feeding and 2) conservation of the mixture’s treated/untreated cowpea stover and discarded apple by the ensilage process. In Chapter 2 we evaluated the effect of the incorporation of 0, 20 and 40 g kg-1 of untreated cowpea stover in compound feed on the coefficients of total tract apparent digestibility of organic matter, crude protein, neutral detergent fibre and gross energy of growing rabbits. Cowpea stover presented a good potential to be used in rabbit feeding as its inclusion in the experimental diets up to 40 g kg-1 did not affect growth performances. However, its inclusion showed to negatively influence protein digestibility values, indicating that its inclusion should be further evaluated so that these possible detrimental effects could be overcome. In this way, chemical or biological pre-treatment of cowpea stover should also be considered as they might improve the digestibility of this feedstuff. As white-rot fungi degrade lignin efficiently, due their extracellular enzymatic system and hyphal penetration power, its potential to improve the nutritive value of cowpea stover was studied. In Chapter 3 five strains of white-rot fungi (Ganoderma lucidum, Lentinula edodes, Pleurotus citrinopileatus, Pleurotus eryngii and Phlebia rufa) were tested on the pretreatment of cowpea stover for 22 and 45 days of incubation. In this study, P. citrinopileatus with 22 days of incubation presented the best results in the delignification (-46%) and increase in in vitro digestibility for rabbits (+30%) when compared to the control diet. This trial provided enough evidence to produced larger amounts of treated cowpea stover in order to increase the inclusion levels in rabbit´s diets. For this purpose, we formulated five diets containing 50 and 100 g kg-1 of treated cowpea stover and 50 and 100 g kg-1 untreated cowpea stover, and basal diet (Chapter 4). Animals fed diets with the treated cowpea stover showed a higher final live weight (+5,0%) and a reduction in blood cholesterol levels (-17%) than the ones fed diets with untreated cowpea stover. As cowpea stover is harvested at the same time that high amounts of discarded apple are normally available, the possibility to use mixtures of both co-products and its potential to be ensiled were evaluated. These silages could be an alternative feedstuff during feed shortage periods. Thus, a novel feedstuff, ensiled discarded apple (85%) and cowpea stover (15%) mixtures with two different ensiling periods (45 and 60 days) on nutritive value, fermentation quality and aerobic stability was evaluated (Chapter 5). The mixtures evaluated could be conserved by the ensiling process. Both silages, with 45 and 60 days of ensiling period, were stable presenting low pH values (≤ 4.0), no butyric acid and high aerobic stability (216h). However, the low residual water-soluble carbohydrate (WSC) concentrations of the resulting silages indicated that lactic acid additives should be used to control microbial fermentation to improve its nutritive value. Furthermore, as fungi treated cowpea stover was already evaluated in previous trials, in Chapter 6, we evaluated the preservation by the ensilage process of treated cowpea stover (15%) and discarded apple (85%) and the effect of the use of a commercial inoculant (Sil-All LV®). The treatment of cowpea stover, before ensilage, with P. citrinopileatus modified the chemical composition and in vitro digestibility, resulting in an increase of its nutritive value when compared with untreated cowpea stover. Silages, inoculated and noninoculated with Sil-All, were stable after 45 days of ensiling, presenting low pH values (≤ 4.2) and no butyric acid. Inoculated silage showed higher lactic acid and ethanol concentrations compared to non-inoculated silage. On the other hand, lower acetic acid was observed in the inoculated silage.
Valorização nutricional de co-produto de feijão-caupi (Vigna unguiculata) para alimentação animal O conceito de economia circular é considerado um princípio sustentável para a utilização de coprodutos agroindustriais, protegendo os mercados globais contra a escassez de recursos e a volatilidade dos preços. Co-produtos agroindustriais, em geral, são pouco utilizados na alimentação humana, mas podem apresentar potencial para uso na alimentação animal. Nos sistemas de produção do Mediterrâneo, co-produtos agrícolas são usados como uma importante fonte alimentar aos animais durante períodos de escassez de forragem. Ainda, sua incorporação nos alimentos compostos é usual, especialmente em dietas de coelhos. O projeto Eurolegume, no qual esta tese é desenvolvida, avaliou os recursos genéticos locais do feijão-frade (Vigna unguiculata), ervilha (Pisum sativum) e da fava (Vicia faba) para o desenvolvimento de novas variedades de grãos para alimentação humana. A gestão e valorização da biomassa residual para alimentação animal foi avaliada no projeto e criou a oportunidade de se inscrever no programa de doutorado e desenvolver esta tese. O restolho de feijão-frade tem se mostrado um alimento com alto conteúdo de parede celular (666 g kg-1 de MS), moderado teor de proteína (121 g kg-1 de MS) e alto teor de lignina (109 g kg-1 de MS) que por sua vez influencia valores de digestibilidade in vitro para coelhos (396 g kg-1 MO) e ruminantes (603 g kg-1 MO) e a degradabilidade in sacco para ruminantes (Capítulo 1). As folhas do restolho de feijão-frade são uma fração com alto valor nutricional e sua conservação é considerada importante. Com base nesses resultados, a tese avançou em duas linhas de pesquisa para avaliar o potencial do restolho de feijão-frade como alimento para animais, avaliando: 1) potencial uso de restolho de feijãofrade tratado ou não tratado com fungos da podridão-branca e 2) conservação de mistura de restolho de feijão-frade tratado ou não em associação com maçã descarte pelo processo de ensilagem. No Capítulo 2 avaliamos o efeito da incorporação de 0, 20 e 40 g kg-1 restolho de feijão-frade em alimento composto e o efeito no coeficiente de digestibilidade aparente da matéria orgânica, proteína bruta, fibra em detergente neutro e energia bruta de coelhos em crescimento. O restolho de feijão-frade apresentou um bom potencial para ser utilizada na alimentação de coelhos, uma vez que sua inclusão nas dietas experimentais, até 40 g kg-1 , não afetou a digestibilidade dos nutrientes. Sua inclusão, entretanto, mostrou influenciar negativamente os valores de digestibilidade da proteína, indicando que deve ser mais bem avaliada para que esses possíveis efeitos prejudiciais possam ser superados. Desta forma, o pré-tratamento químico ou biológico do restolho de feijão-frade também foi considerado, pois pode melhorar a digestibilidade deste alimento. Como os fungos da podridão-branca degradam eficientemente a lignina com seu sistema enzimático extracelular e com seu poder de penetração das hifas, estudou-se seu potencial para melhorar o valor nutritivo do restolho de feijão-frade. No Capítulo 3, cinco estirpes de fungos da podridão-branca (Ganoderma lucidum, Lentinula edodes, Pleurotus citrinopileatus, Pleurotus eryngii e Phlebia rufa) foram testadas no pré-tratamento do restolho de feijão-frade por 22 e 45 dias de incubação. Neste estudo, P. citrinopileatus com 22 dias de incubação apresentou os melhores resultados na deslenhificação (-46%) e aumento na digestibilidade in vitro de coelhos (+ 30%) quando comparado com o controlo. Este ensaio forneceu evidências suficientes para produzir maiores quantidades do restolho de feijão-frade tratado, a fim de aumentar os níveis de inclusão nas dietas de coelhos. Para tanto, foram formuladas cinco dietas contendo 50 e 100 g kg-1 de restolho de feijão-frade tratado e 50 e 100 g kg-1 de restolho de feijão-frade não tratado, além da dieta basal (Capítulo 4). Animais alimentados com dietas com restolho de feijão-frade tratado apresentaram um maior peso vivo final (+5%) e uma redução nos níveis de colesterol no sangue (-17%) do que aqueles alimentados com dietas com restolho de feijão-frade não tratado. Como o restolho de feijão-frade é colhida ao mesmo tempo que quantidades elevadas de maçã descartadas estes estão normalmente disponíveis. Sendo assim a possibilidade de usar misturas de ambos os co-produtos e seu potencial para conservação na forma de ensilagem foram avaliadas. Estas silagens podem ser um alimento alternativo durante os períodos de escassez de alimentação. Assim, avaliou-se um novo alimento, ensilagem de maçã descarte (85%) e restolho de feijão-frade (15%) em dois diferentes períodos de ensilagem (45 e 60 dias) sobre valor nutritivo, qualidade de fermentação e estabilidade aeróbia (Capítulo 5). As misturas avaliadas puderam ser conservadas pelo processo de ensilagem. Ambas as silagens, com 45 e 60 dias de ensilagem, apresentaram-se estáveis com baixos valores de pH (≤ 4,0), ausência de ácido butírico e alta estabilidade aeróbia (216h). No entanto, as baixas concentrações residuais de hidratos de carbono solúveis em água das silagens resultantes indicaram que os aditivos de ácido láctico devem ser utilizados para controlar a fermentação microbiana para melhorar o seu valor nutritivo. Além disso, testamos o restolho de feijão-frade tratado com fungos, já avaliado em ensaios anteriores, o potencial de conservação pelo processo de ensilagem juntamente com a maçã descarte (85%) e o efeito do uso de inoculante (Sil-All LV®, Capítulo 6). O tratamento do restolho de feijão-frade, antes da ensilagem, com P. citrinopileatus modificou a composição química e a digestibilidade in vitro, resultando em um aumento do seu valor nutritivo quando comparado com o restolho de feijão-frade não tratado. Silagens inoculadas e não inoculadas com Sil-All permaneceram estáveis após 45 dias de ensilagem, apresentando baixos valores de pH (≤ 4,2) e ausência de ácido butírico. A silagem inoculada apresentou maiores concentrações de ácido láctico e etanol em relação à silagem não inoculada. Por outro lado, ácido acético inferior foi observado na silagem inoculada.
Description: Thesis of Ph.D. in Animal Science
URI: http://hdl.handle.net/10348/9593
Document Type: Doctoral Thesis
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TD - Teses de Doutoramento

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