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Digestibility and nutritional adequacy of innovative materials in pet food
Use este link compartilhar ou citar este material: http://educapes.capes.gov.br/handle/11449/252962
Registro completo de metadados
| Metadados | Descrição | Idioma |
|---|---|---|
| Autor(es): dc.contributor | Prola, Liviana | - |
| Autor(es): dc.contributor | Department of Veterinary Sciences, University of Turin | - |
| Autor(es): dc.contributor | Carciofi, Aulus Cavalieri | - |
| Autor(es): dc.creator | Penazzi, Livio | - |
| Data de aceite: dc.date.accessioned | 2025-08-21T18:05:26Z | - |
| Data de disponibilização: dc.date.available | 2025-08-21T18:05:26Z | - |
| Data de envio: dc.date.issued | 2024-01-22 | - |
| Data de envio: dc.date.issued | 2024-01-22 | - |
| Data de envio: dc.date.issued | 2023-08-01 | - |
| Fonte completa do material: dc.identifier | https://hdl.handle.net/11449/252962 | - |
| Fonte: dc.identifier.uri | http://educapes.capes.gov.br/handle/11449/252962 | - |
| Descrição: dc.description | A continuous and increasing effort has been promoted in the last few decades regarding environmental sustainability. Even tough pet food has always been considered as a valuable asset in reducing food waste there is still a wide margin of improvement. As such, new ingredients are constantly tested in the pet food market for both their nutritional value as well as their particular properties. One of the most promising ingredients can be considered insects, due to their potential sustainability features and nutritional aspects. Their high levels of both protein and fat content alongside their supposed low environmental footprint has gain the attention of the pet food market. Another set of ingredients which are increasing steadily in the pet food manufacturing are legumes. In particular, legumes by-product can obtain new value while providing interesting nutritional characteristics in pet food diets. Their higher level of protein and fibre compared to the more commonly used cereals can affect the gastrointestinal tract of dogs and cats. Aim of the PhD project was to assess the nutritional quality, digestibility, safety and dietary characteristics of diets based on new materials for pet food production. Considering the novelty of insects, a diet based on black soldier fly larvae was tested for its digestibility as well as for its safety, following the nutritional adequacy trial according to AAFCO guidelines. Regarding legumes it was chosen to test lentils pasta by-product as this ingredient is discarded from the human-graded food production just for aesthetic reasons (e.g. discoloured or broken), retaining all its nutritional value for a possible use in pet food industry. The first trial was conducted at the University of Turin (Italy) following FEDIAF Guidelines for in vivo digestibility trials using both total faecal collection and marker methods. Six West Highland White Terrier (3 males and 3 females, median of 3 years old) were allocated into 2 groups, one receiving an experimental diet based on black soldier fly larvae meal (BSF) while the other receiving a control diet based on venison meat (CTRL), in a cross-over design, so that each dog was the control of itself. The two diets were formulated to be isonitrogenous and isoenergetic, and they were also tested for in vitro digestion afterwards. Digestibility of nutrients for both TFC and marker methods were tested using two-way ANOVA for the comparison of both diets (CTRL vs BFL) and methods (TFC vs marker). The two methods used showed similar results while the diets differed regarding crude fibre digestibility (lower in the BSF diet compared to the CTRL diet), crude protein and calcium digestibility (higher in the BSF diet compared to the CTRL diet). In vitro results slightly overestimated OM and CP digestibility compared to in vivo results, even though they were substantially similar from a nutritional perspective. This overestimation was probably due to the fact that prediction equations were derived from feedstuff based on vertebrates; as a consequence, diets formulated with insects may need further studies to derive more reliable prediction equations. The nutritional adequacy trial involved 16 mixed-breed dogs (8 males and 8 females, median of 5 years old) for a total of 26 weeks, according to AAFCO guidelines. The dogs were fed the same diets used for the digestibility trial and their clinical parameters as well as their weight were checked at the beginning (T0) and at the end of trial (T1). No variation of weight, haemoglobin, PCV, serum albumin and ALP was recorded, and all parameters were within normal ranges (according to AAFCO) during all the duration of the trial. Consequently, the diet based on black soldier fly larvae meal was deemed suitable for adult dogs maintenance diets. The second trial was conducted at the UNESP (Brazil) and involved diet formulation and processing as well as the digestibility trial itself. Since legume-based diets for pets are already on the market the main focus of this research involved both the extrusion technique, as it is one of the major concerns for the pet food manufacturers, and the nutritional outcomes of such diet (e.g. faecal biogenic amines and volatile fatty acid production or glycaemic and insulinemic curve). In fact, legumes have specific nutritional properties, such as higher protein and fibre content and lower starch content compared to cereals, which make them a challenging ingredient to extrude while, at the same time, giving the diet particular intestinal features. Five experimental diets were formulated: a basal diet (CO) was based on rice and poultry by-product meal; while other 3 experimental diets were made only with the replacement of rice with different inclusion levels (33%, 66% and 100%) of lentil pasta by-product (LP33, LP66 and LP100). A fifth experimental diet (LPS) was formulated with 70% of the basal diet (CO) and 30% of the lentil pasta by-product in order to evaluated the ingredient digestibility alone. The diets were produced in an experimental extruder and the processing parameters were regularly checked and recorded while samples were collected at periodic intervals. The results showed a linear increase in extruder pressure, hardness and bulk density of kibbles when increasing the level of LP inclusion (P < 0.05), without affecting starch gelatinization. The ATTDC of dry matter, organic matter, and gross energy presented a quadratic reduction, while the dietary fibre and crude protein ATTDC increased quadratically with LP inclusion (P<0.05). According to the polynomial contrasts analysis, up to 66% of LP replacement did not reduce ATTDC, with similar or increased values compared to the BR diet. Nitrogen balance did not change (P>0.05), but a linear increase in faeces production and moisture, and a linear decrease in faeces pH was observed with higher LP (P<0.05), without changing faecal score. Faecal acetate, propionate, total short-chain fatty acids (SCFA), branched-chain fatty acids, and lactate all increased linearly with LP inclusion (P<0.05), without altering ammonia concentration in faeces. The increase in LP inclusion promoted a linear increment in cadaverine, tyramine, histamine and spermidine (P<0.05); while spermine exhibited higher concentrations in faeces for the LP 33% diet (P<0.05). The effects on both extrusion parameters and kibble formation, as well as in ATTDC and fermentation of by-products in faeces can be explained by the higher dietary fibre and lower starch content of LP in comparison with BR. The increase in fibre with lower starch may increase the mass resistance to flow inside the extruder, increasing shear, temperature and pressure, but the reduced starch content ended reducing expansion due to the lower plasticised mass necessary for cell structure formation. The higher fibre intake by dogs due to LP inclusion can also explain the reduction in digestibility. The dietary fibre of LP showed to be fermentable by gut microbiota, increasing the concentration of desirable fermentation products including SCFA, and spermidine. The glycaemic and insulinemic curve was performed on 2 groups of 8 Beagle dogs fed the BR diet and the LP100 diet respectively. The results showed a reduction in post-prandial glucose and insulin response for the LP100 diet in comparison to BR diet, suggesting that this ingredient can be used in diet designed to have low glycaemic response. Finally, a palatability study was performed on 38 dogs of different breeds and body weight in a completed randomized design using the two-bowl method, comparing the BR diet with the LP100 diet. The results showed a preference for the LP100 ration in both the “first choice” test and the “consumption rate” evaluation (P<0.05). The trial revealed how a by-product discarded for just aesthetic reason from human-graded food chain can still retain its highly palatable organoleptic properties. Overall, both trials performed showed that the ingredients tested can have a future application in the pet food market, both from a nutritional as well as a sustainable perspective, according to the pillars of the circular economy. | - |
| Descrição: dc.description | Um esforço contínuo e crescente tem sido promovido nas últimas décadas no que diz respeito à sustentabilidade ambiental. Mesmo que os alimentos para animais de estimação sempre tenham sido considerados um recurso valioso na redução do desperdício de alimentos, ainda há uma ampla margem de melhoria. Como tal, novos ingredientes são constantemente testados no mercado de alimentos para animais de estimação, tanto pelo seu valor nutricional como pelas suas propriedades particulares. Um dos ingredientes mais promissores que pode ser considerado, são os insetos, devido a seu potencial características de sustentabilidade e aspectos nutricionais. Seus altos níveis de proteína e gordura, juntamente com seu suposto baixo impacto ambiental, chamaram a atenção do mercado de alimentos para animais de estimação. Outro conjunto de ingredientes que vem aumentando constantemente na fabricação de rações para animais de estimação são as leguminosas. Em particular, os subprodutos de leguminosas podem obter um novo valor comercial, ao mesmo tempo que fornecem características nutricionais interessantes em dietas alimentares para animais de estimação. Seu maior nível de proteínas e fibras em comparação com os cereais mais comumente usados pode afetar o trato gastrointestinal de cães e gatos. O objetivo do projeto de doutorado foi avaliar a qualidade nutricional, digestibilidade, segurança e características dietéticas de dietas baseadas em novos materiais para produção de alimentos para animais de estimação. Considerando a novidade dos insetos, uma dieta baseada em larvas de mosca-soldado negra foi testada quanto à sua digestibilidade e à sua segurança, seguindo o ensaio de adequação nutricional de acordo com as diretrizes da AAFCO. No caso das leguminosas, optou-se por testar o subproduto da massa de lentilhas, uma vez que este ingrediente é descartado da produção de alimentos de qualidade humana apenas por razões estéticas (por exemplo, descolorido ou partido), mantendo todo o seu valor nutricional para uma possível utilização na indústria de pet food. O primeiro ensaio foi realizado na Universidade de Turim (Itália), seguindo as Diretrizes da FEDIAF para ensaios de digestibilidade in vivo, utilizando métodos de coleta total de fezes e marcadores. Seis West Highland White Terrier (3 machos e 3 fêmeas, mediana de 3 anos de idade) foram alocados em 2 grupos, um recebendo uma dieta experimental à base de farinha de larvas de mosca soldado negra (BSF), enquanto o outro recebeu uma dieta controle à base de carne de cervo (CTRL), em desenho cruzado, para que cada cão também fosse do grupo controle. As duas dietas foram formuladas para serem isonitrogênicas e isoenergéticas, e posteriormente também foram testadas para digestão in vitro. A digestibilidade dos nutrientes para ambos os métodos TFC e marcador foi testada usando ANOVA two-way para a comparação de ambas as dietas (CTRL vs BFL) e métodos (TFC vs marcador). Os dois métodos utilizados apresentaram resultados semelhantes, enquanto as dietas diferiram quanto à digestibilidade da fibra bruta (menor na dieta BSF em comparação à dieta CTRL), proteína bruta e digestibilidade do cálcio (maior na dieta BSF em comparação à dieta CTRL). Os resultados in vitro superestimaram ligeiramente a digestibilidade da MO e da PB em comparação com os resultados in vivo, embora tenham sido substancialmente semelhantes do ponto de vista nutricional. Esta superestimação deveu-se provavelmente ao facto de as equações de predição terem sido derivadas de alimentos baseados em vertebrados; como consequência, dietas formuladas com insetos podem necessitar de mais estudos para derivar equações de predição mais confiáveis. O ensaio de adequação nutricional envolveu 16 cães sem raça definida (8 machos e 8 fêmeas, mediana de 5 anos de idade) durante um total de 26 semanas, de acordo com as diretrizes da AAFCO. Os cães foram alimentados com as mesmas dietas utilizadas no ensaio de digestibilidade e seus parâmetros clínicos e peso foram verificados no início (T0) e no final do ensaio (T1). Nenhuma variação de peso, hemoglobina, PCV, albumina sérica e FA foi registrada, e todos os parâmetros estavam dentro dos limites de normalidade (de acordo com a AAFCO) durante toda a duração do estudo. Consequentemente, a dieta baseada em farinha de larvas de mosca soldado negra foi considerada adequada para dietas de manutenção de cães adultos. O segundo ensaio foi realizado na UNESP (Brasil) e envolveu a formulação e processamento da dieta, bem como o ensaio de digestibilidade propriamente dito. Dado que as dietas à base de leguminosas para animais de estimação já estão no mercado, o foco principal desta investigação envolveu tanto a técnica de extrusão, uma vez que é uma das principais preocupações dos fabricantes de alimentos para animais de estimação, como os resultados nutricionais de tal dieta (por exemplo, aminas biogénicas fecais e produção de ácidos graxos voláteis ou curva glicêmica e insulinêmica). De facto, as leguminosas apresentam propriedades nutricionais específicas, como maior teor de proteínas e fibras e menor teor de amido em comparação com os cereais, o que as torna um ingrediente de difícil extrusão e, ao mesmo tempo, conferem à dieta características intestinais particulares. Foram formuladas cinco dietas experimentais: uma dieta basal (CO) à base de arroz e farinha de vísceras de aves; enquanto outras 3 dietas experimentais foram elaboradas apenas com substituição de arroz por diferentes níveis de inclusão (33%, 66% e 100%) de subproduto de massa de lentilha (LP33, LP66 e LP100). Uma quinta dieta experimental (LPS) foi formulada com 70% da dieta basal (CO) e 30% do subproduto massa de lentilha para avaliar apenas a digestibilidade do ingrediente. As dietas foram produzidas em extrusora experimental e os parâmetros de processamento foram verificados e registrados regularmente enquanto amostras eram coletadas em intervalos periódicos. Os resultados mostraram um aumento linear na pressão da extrusora, na dureza e na densidade aparente dos kibbles ao aumentar o nível de inclusão de LP (P < 0,05), sem afetar a gelatinização do amido. O ATTDC de matéria seca, matéria orgânica e energia bruta apresentou redução quadrática, enquanto o ATTDC de fibra alimentar e proteína bruta aumentou de forma quadrática com a inclusão de LP (P<0,05). De acordo com a análise de contrastes polinomiais, até 66% de reposição de LP não reduziu a ATTDC, com valores semelhantes ou aumentados em comparação à dieta BR. O balanço de nitrogênio não se alterou (P>0,05), mas um aumento linear na produção e umidade das fezes, e uma diminuição linear no pH das fezes foi observado com maior LP (P<0,05), sem alterar o escore fecal. Acetato fecal, propionato, ácidos graxos totais de cadeia curta (AGCC), ácidos graxos de cadeia ramificada e lactato aumentaram linearmente com a inclusão de LP (P<0,05), sem alterar a concentração de amônia nas fezes. O aumento na inclusão de LP promoveu incremento linear em cadaverina, tiramina, histamina e espermidina (P<0,05); enquanto a espermina exibiu maiores concentrações nas fezes para a dieta LP 33% (P<0,05). Os efeitos nos parâmetros de extrusão e formação de ração, bem como na ATTDC e na fermentação de subprodutos nas fezes podem ser explicados pelo maior teor de fibra alimentar e menor teor de amido do LP em comparação com o BR. O aumento de fibra com menor teor de amido pode aumentar a resistência da massa ao fluxo no interior da extrusora, aumentando o cisalhamento, a temperatura e a pressão, mas o reduzido teor de amido acabou reduzindo a expansão devido à menor massa plastificada necessária para a formação da estrutura celular. A maior ingestão de fibras pelos cães devido à inclusão de LP também pode explicar a redução na digestibilidade. A fibra alimentar da LP mostrou ser fermentável pela microbiota intestinal, aumentando a concentração de produtos de fermentação desejáveis, incluindo AGCC e espermidina. A curva glicêmica e insulinêmica foi realizada em 2 grupos de 8 cães Beagle alimentados com dieta BR e dieta LP100, respectivamente. Os resultados mostraram redução na resposta pós-prandial de glicose e insulina para a dieta LP100 em comparação à dieta BR, sugerindo que este ingrediente pode ser utilizado em dietas destinadas a ter baixa resposta glicêmica. Por fim, foi realizado um estudo de palatabilidade em 38 cães de diferentes raças e peso corporal em um delineamento inteiramente casualizado pelo método de duas tigelas, comparando a dieta BR com a dieta LP100. Os resultados mostraram preferência pela ração LP100 tanto no teste de “primeira escolha” quanto na avaliação de “taxa de consumo” (P<0,05). O ensaio revelou como um subproduto descartado por razões apenas estéticas da cadeia alimentar humana pode ainda reter as suas propriedades organolépticas altamente palatáveis. Por fim, ambos os ensaios realizados demonstraram que os ingredientes testados podem ter uma aplicação futura no mercado de pet food, tanto do ponto de vista nutricional como sustentável, de acordo com os pilares da economia circular. | - |
| Formato: dc.format | application/pdf | - |
| Formato: dc.format | application/pdf | - |
| Idioma: dc.language | en | - |
| Publicador: dc.publisher | Universidade Estadual Paulista (UNESP) | - |
| Direitos: dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | - |
| Palavras-chave: dc.subject | sustentabilidade | - |
| Palavras-chave: dc.subject | insetos | - |
| Palavras-chave: dc.subject | legumes | - |
| Título: dc.title | Digestibility and nutritional adequacy of innovative materials in pet food | - |
| Título: dc.title | Digestibilidade e adequação nutricional de ingredientes inovadores em pet food | - |
| Tipo de arquivo: dc.type | livro digital | - |
| Aparece nas coleções: | Repositório Institucional - Unesp | |
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