Efficacy of in ovo delivered prebiotic on health, performance and meat quality of Ross 308 broiler and Kuroiler chicken reared under temperate and tropical climatic conditions

In ovo technology has been developed to enable delivery of sustainable bioactives, such as pre-/probiotics, directly into the egg air chamber at day 12 of embryonic incubation. Thus, improving the effectiveness of these compounds by administering them to the animals under fully controlled conditions and as early as possible. However, research on the efficacy of prebiotics delivered in ovo on gut health, performance and meat quality is still in exhaustive having been concentrated mainly on meat-type chickens. This neglects the richness of chicken biodiversity and climatic variations. The aim of the current thesis (divided in two parts) was to evaluate the efficacy of prebiotics delivered in ovo on egg hatchability, gut health, performance, and meat quality of Ross 308 broiler and Kuroiler chickens reared under temperate and tropical climatic conditions. Study one carried out in Italy used a commercial prebiotic Bi2tos (BI) injected in ovo to assess the effects of prebiotics on performance, quality and oxidative stability of meat from broiler chickens reared under temperate climatic conditions. The eggs used in this experiment were from Ross 308 broiler (meat-type) chickens. On day 12 of incubation, 300 eggs that had viable embryos were randomly divided into three experimental groups: prebiotic group (BI), injected with 200 μL Bi2tos (3.5 mg/embryo); saline group (S), injected with 200 μL of physiological saline solution; and un-injected control (C). Hatched chicks were scored and sexed for each experimental group and 120 males (40 chicks/group) were grown to 42 days of age in floor pens (4 replicates of 10 birds each), with free access to an outdoor area. Birds were fed ad libitum starter and grower-finisher diets with free access to water. Along the rearing period, chickens were weighed and counted within each pen. At 42 d, 20 randomly chosen birds per treatment, of similar estimated body weight, were individually weighed and slaughtered. Hot carcass weight was recorded and carcass yield was calculated. Main commercial cuts were removed from the carcass and weighed and their percentages (yield) calculated. Pectoral muscle pH, colour and water holding capacity (WHC) were measured 24 hours post-mortem. In addition, fatty acid composition and meat oxidative stability were also analyzed. Data were analyzed by one-way ANOVA. The multi-comparison Scheffe’s test was used to separate the differences among the mean for statistical significance (P < 0.05). Results from the study showed a satisfactorily high hatchability (> 90%) though similar among experimental groups. Mortality of the chickens during this study was very low (2%) and not dependent on the substance injected in ovo. Initial body weights were the same among all experimental groups. In the period from week one to three, BI group showed a significantly higher weight gain in comparison to the C (+2.5 %) and S (+1.9 %) groups. While for the entire rearing period (week 1 - 6), both BI and S groups showed higher BWG in comparison to the C group (+7.5% and 6.8%, respectively). Chickens from BI group were significantly heavier at slaughter than those from C group, but similar to those of S group. Similarly, carcass weight was higher in S and BI groups as compared to C. However, no significant differences among experimental groups were found for carcass yield, main commercial cut yields (breast, legs and wings) and back+neck yield. pH24, colour (L*, a*, b*) and WHC were the same among treatments. Intramuscular fat (IMF) content was higher in BI group compared to C group, with intermediate values for S group. The treatment did not affect total amounts of saturated fatty acids (SFA) and individual SFA content of meat. The most concentrated SFA in all experimental groups were palmitic acids (C16:0; 23.45 – 24.95%) followed by stearic acid (C18:0; 9.49 – 10.21%). No effect of treatment was observed in the composition of monounsaturated fatty acids (MUFA) as well as total MUFA contents. Quantitatively, oleic acid (C18:1n 9) was the most abundant MUFA (24.49 – 25.53%). In ovo delivered prebiotic lowered (-2.6%) the total poly unsaturated fatty acid (PUFA) content compared to the S group. Total n-6 and n-3 PUFA contents of meat from BI group birds were also significantly lower than those of the S group. For individual fatty acid, only docosahexanoic acid (C22: 6n 3) was affected by the treatment being lower in the BI group in comparison with the S group (-0.31%) and C group. Regardless of the treatment, the most abundant PUFA were linoleic (C18:2n 6; 25.13– 25.73%) and arachidonic acids (C20:4n 6; 5.22 – 6.44%). Regarding selected fatty acid indices, n-6/n-3 ratio was significantly higher in the prebiotic treated group (+16.2%) than in S group. In addition, P/S tended to be lower in BI group compared to S and C. The treatment did not have any effect on atherogenic and thrombogenic indices. The treatment had no negative effect on lipid peroxidation. In fact, TBARs values were slightly lower in BI compared to the control group after 72 hours of storage. All in all, the results obtained from this study clearly proved that the in ovo prebiotic administration improved production performance in Ross 308 broiler chickens throughout the rearing period without negatively affecting meat quality. In the second study, the efficacy of prebiotics, antibiotic-chick formula and a combination of the two on growth performance, carcass traits and gut health in the face of a natural coccidiosis infection was assessed in Kuroiler chickens reared under field condition in Uganda. At the 12th day of incubation, 150 eggs from Kuroiler (dual purpose) chickens with viable embryos were randomly divided into two equal groups. One group was injected with 0.2 mL of Bi2tos (3.5mg/embryo); and the other was left uninjected as control. Hatched chicks from each of the two experimental groups above where further randomly divided into two groups: one group received antibiotic chick formula (poltricin with oxytetracycline at a dose of 1g/litre of drinking water for 7 days) while the other was left without the antibiotic chick formula. Thus, giving rise to four experimental groups: Control (C), Antibiotic (A), Bi2tos (B) and Bi2tos + Antibiotics (AB). The birds (half males and half females) were reared in a local poultry farm in Gulu District where coccidiosis infection was previously confirmed by field veterinarians. All birds were reared under semi-intensive confined system for a period of 18 weeks. Chickens were fed ad libitum starter, grower and finisher diets and had constant access to water. Body weights were taken per pen on a weekly basis and also faecal samples were collected for parasitological analysis to check for possible infection with Eimeria parasites. At d 12 and at the end of the experiment, 6 birds/group were randomly chosen to assess the severity of coccidial lesions in the intestines. At slaughter, carcass and meat quality traits were evaluated as described in experiment one above. The treatment with Bi2tos (B) significantly increased body weight and body weight gain especially at 6 weeks of age. On the other hand, AB group was the heaviest of all experimental groups at the end of the experiment. The B group had a slightly higher carcass weight compared to the rest of the treatments. Breast yield was generally higher in all treatment groups compared to the C, although significant differences were found only with AB group (+6.0%). Leg weight and yield were not significantly different among experimental groups but tended to be higher in prebiotics treated groups. Wings yield was higher in AB group compared to the C group, intermediate values were observed in A and B groups. Sexual dimorphism was clearly evident with males being heavier at slaughter and displaying better carcass traits. pH and WHC values were similar among experimental groups and between the two sexes. Significant interaction between treatments x sex was observed for breast yield and wings weight. With reference to the effect of the treatment on fatty acid composition, meat from the B group displayed the highest (+ 3.72 %) amount of total PUFA compared to the control group. Conversely, breast muscles of the B group as well as those of the AB group had, in general, lower amounts of total MUFA compared to C and A groups. Total amount of SFA was not affected by the treatments. Total n-3 fatty acids were higher in B compared to the control groups A and AB had intermediate values. Total n-6 fatty acids were the same among treatment groups. The ratio of PUFA to SFA was not significantly different among experimental groups. On the other hand, the n-6/n-3 ratio was lower in B and AB groups compared to C and A groups. A comparison of the two sexes showed only minimal effects on fatty acid profile. Total MUFA was higher in males compared to the females; while PUFA were higher in females than males. The fatty acid ratios were not affected by sex. There were significant treatments x sex interaction effects on total n-3 as well as n-6/n-3 ratio though. Overall, prebiotic (Bi2tos) with or without antibiotics reduced the severity of coccidiosis lesions induced by natural infection with Eimeria spp. as well as oocyst excretion compared with the control and also improved meat quality. In conclusion, the study has demonstrated that use of in ovo delivered prebiotics in broiler production can lessen the depression in growth due to coccidial challenge with positive effects on meat quality. Regardless of the treatment and experimental conditions, Kuroilers had lower n-6/n-3 ratio compared to Ross 308 broiler chickens.

La tecnologia di iniezione in ovo consente di somministrare componenti bioattivi di origine naturale, quali pre- e probiotici, direttamente nella camera d’aria dell’uovo al 12° giorno di incubazione. Questa via di somministrazione permette di veicolare tali composti il prima possibile ed in condizioni altamente controllate, aumentandone così l’efficacia. Tuttavia, gli studi condotti finora per provare e validare l’efficacia dei prebiotici somministrati in ovo sulla salute intestinale, sulle performance di crescita e qualità della carne non sono del tutto esaustivi, essendo stati tutti condotti su polli da carne, trascurando sia la ricchezza della biodiversità avicola, nonché le diverse condizioni climatiche di allevamento. L’obiettivo del presente lavoro di tesi, articolato in due studi, è stato quello di valutare l'efficacia dei prebiotici iniettati in ovo sulla schiudibilità delle uova, sulla salute dell'intestino, sulle performance produttive e sulla qualità della carne di polli Ross 308 e Kuroiler allevati in zone climatiche temperate e tropicali, rispettivamente. Il primo studio, condotto in Italia, ha inteso valutare gli effetti della somministrazione in ovo di un prebiotico commerciale Bi2tos (Clasado Ltd., Malta) sulle performance produttive, e sulle caratteristiche qualitative e stabilità ossidativa della carne di polli allevati in condizioni climatiche temperate. Per lo studio sono state utilizzate uova di polli da carne di razza ibrida (Ross 308). Al 12° giorno di incubazione, 300 uova fertili sono state divise a random in 3 gruppi: BI, gruppo iniettato con 0,2 ml di Bi2tos (3,5 mg/uovo di trans-galactooligosaccaridi); S, gruppo di controllo positivo iniettato con 0,2 ml di soluzione fisiologica; C, gruppo di controllo negativo non trattato. Dopo il sessaggio, 120 pulcini maschi (40 pulcini/gruppo) sono stati pesati e trasferiti presso un’azienda agro-zootecnica ed allevati in box a terra (n = 10 polli per box, 4 repliche), con libero accesso ad un’area esterna. Gli animali sono stati alimentati ad libitum con diete commerciali formulate in funzione della loro età ed hanno usufruito di acqua fresca, sempre disponibile. Per tutto il periodo di allevamento i polli sono stati monitorati e rilevato il peso vivo, per ogni singolo box, e calcolato il relativo accrescimento medio di riferimento. A 42 giorni d’età, sono stati scelti 20 polli per gruppo, presi a random tra quelli di peso simile, sono stati pesati e macellati. È stato registrato il peso della carcassa e calcolata la relativa resa. La carcassa è stata quindi sezionata nei principali tagli commerciali (petto, cosce e ali), pesati e calcolate le rispettive rese. A 24 ore post-mortem, sul muscolo pettorale, sono stati misurati il pH, colore e la capacità di ritenzione idrica (WHC); inoltre, sul muscolo pettorale sono state condotte analisi chimiche per la determinazione del profilo lipidico e della stabilità ossidativa (TBARS). I dati sono stati analizzati mediante ANOVA ad una via. Le differenze tra le medie sono state valutate mediante il test di Scheffé. L’iniezione in ovo del prebiotico e della soluzione salina non hanno avuto alcun effetto negativo sulla percentuale di schiusa, che è risultata elevata (> 90%) e simile tra i tre gruppi sperimentali. Il tasso di mortalità è stato molto basso (2%) ed indipendente dalla sostanza iniettata in ovo. Il peso iniziale dei pulcini è risultato simile tra i 3 gruppi sperimentali. Gli animali del gruppo BI, iniettati in ovo con il Bi2tos, hanno mostrato nei primi 21 giorni di vita un miglior (P < 0,01) incremento ponderale rispetto a quelli dei gruppi C (+2,5%) e S (+1,9%). I valori dell’incremento totale di peso registrati nell’arco dell’intero periodo di sperimentazione (6 settimane) sono risultati significativamente superiori (P < 0,05) nei gruppi BI e S rispetto al controllo (+7,5% and 6,8%, rispettivamente). Per quanto riguarda il peso vivo degli animali macellati, i polli dei gruppi iniettati in ovo (S e BI) sono risultati più pesanti (P < 0,05) rispetto a quelli di controllo. Anche il peso della carcassa è risultato maggiore nel gruppo BI ed S rispetto a C (P < 0,05); mentre la resa in carcassa e la resa dei principali tagli commerciali (petto, cosce ed ali) sono risultate simili tra i gruppi. Il pH24, il colore (L*, a*, b*) e WHC sono risultati simili tra i gruppi sperimentali. La carne del gruppo trattato con prebiotico (BI) ha mostrato un contenuto di lipidi totali significativamente più elevato rispetto al gruppo C, con valori intermedi per il gruppo S. Il trattamento con prebiotico non ha avuto alcun effetto sia sul contenuto totale di acidi grassi saturi (SFA) che su quello dei singoli acidi grassi saturi. Gli acidi saturi più abbondanti sono risultati l’acido palmitico (C16:0, da 23,45 % a 24,95 %) e l’acido stearico (C18:0, da 9,49 % a 10,21 %). Il contenuto totale di acidi grassi monoinsaturi (MUFA), come anche quello dei singoli MUFA è risultato simile tra i gruppi sperimentali. L’acido oleico (C18:1) è risultato essere il più abbondante (da 24,49 % a 25,53 %). Il contenuto totale di acidi grassi polinsaturi (PUFA, da 33,80 % a 36,40 %) è risultato significativamente più basso (- 2,6%) nel gruppo BI rispetto al gruppo S, così come il contenuto totale degli acidi grassi PUFA n-3 e n-6. Relativamente al contenuto dei singoli PUFA, ad eccezione dell’acido docosaesaenoico (C22:6 n-3), risultato più basso (P < 0,05) nel gruppo BI rispetto ai gruppi S e C, il contenuto dei restanti PUFA è risultato simile tra i gruppi sperimentali. Gli acidi grassi polinsaturi più abbondanti sono risultati l’acido linoleico (C18:2, da 25,13 % a 25,73 %) e l’arachidonico (C20:4, da 5,22 % a 6,44 %). Riguardo gli indici nutrizionali, il rapporto n-6/n-3 è risultato significativamente più elevato (+16,2%) nel gruppo BI rispetto a quello S. Il rapporto acidi grassi polinsaturi/saturi (P/S) è risultato tendenzialmente più basso nel gruppo BI rispetto ai gruppi S e C. Il trattamento non ha avuto alcun effetto sull’indice aterogenico e quello trombogenico. L’ossidazione lipidica non è stata influenzata negativamente dal trattamento. Infatti, il gruppo BI ha mostrato un più basso contenuto di TBARS dopo 72 ore di refrigerazione aerobica rispetto al controllo. Concludendo, i risultati ottenuti dal presente studio consentono di affermare che la somministrazione in ovo di un prebiotico commerciale ha avuto effetti positivi sulle performance di crescita, mentre non ha avuto alcun effetto negativo sulle caratteristiche chimico-fisiche e nutrizionali della carne. Il secondo studio, condotto in Uganda, ha inteso valutare gli effetti della somministrazione di un prebiotico, di una formulazione antibiotica, e della loro combinazione, sulle performance produttive, sulle caratteristiche qualitative della carne, nonché sulla salute intestinale (in seguito ad un'infezione naturale di coccidiosi) di polli Kuroiler allevati in condizioni climatiche tropicali. Per lo studio sono state utilizzate uova di galline Kuroiler, razza a duplice attitudine. Al 12° giorno di incubazione, 150 uova fertili sono state divise a random in 2 gruppi. Un gruppo è stato iniettato con 0,2 ml di Bi2tos (3,5 mg/uovo), l’altro gruppo non iniettato è stato lasciato come controllo. Alla schiusa, i pulcini di ciascun gruppo sono stati ulteriormente divisi in due gruppi: un gruppo a cui è stata somministrata la formulazione antibiotica (ossitetraciclina, 1g/l in acqua per 7 giorni), mentre l’altro gruppo non ha ricevuto antibiotici. I gruppi, quindi, erano i seguenti: controllo (C), antibiotico (A), Bi2tos (B) e Bi2tos + Antibiotico (AB). Gli animali (metà maschi e metà femmine) sono stati allevati presso una piccola azienda avicola nel distretto di Gulu dove l'infezione da coccidiosi era stata confermata da veterinari. I polli sono stati allevati per 18 settimane in regime semi-intensivo. Gli animali sono stati alimentati ad libitum con diete commerciali formulate in funzione della loro età ed hanno usufruito di acqua fresca, sempre disponibile. Per tutto il periodo di allevamento, a cadenza settimanale, è stato rilevato il peso vivo dei polli, per ogni singolo box, e prelevati campioni di feci per le analisi parassitologiche al fine di evidenziare possibili infezioni da Eimeria. A 12 giorni e alla fine dell’esperimento, sono stati sacrificati 6 animali per gruppo per valutare il grado di severità delle lesioni da coccidi a livello intestinale. Le caratteristiche della carcassa, così come le caratteristiche chimico-fisiche e nutrizionali della carne sono state determinate come precedentemente descritte nell’esperimento 1. L’iniezione in ovo con Bi2tos (B) ha determinato un aumento significativo del peso dei polli a 6 settimane di età; mentre, a 18 settimane, i polli del gruppo AB sono risultati più pesanti rispetto ai polli degli altri gruppi sperimentali. Anche il peso della carcassa è risultato lievemente maggiore nel gruppo B rispetto agli altri gruppi. In generale, la resa del petto è risultata superiore nei gruppi trattati (A, B e AB) rispetto al controllo, anche se le differenze sono risultate statisticamente significative solo tra i gruppi AB e C. Il peso e la resa delle cosce sono risultati simili tra i gruppi sperimentali anche se il gruppo trattato con prebiotico ha mostrato valori tendenzialmente più elevati. L’incidenza delle ali è risultata superiore nel gruppo AB rispetto al gruppo C, con valori intermedi per gli altri due gruppi. Come atteso, per il dimorfismo sessuale, i maschi sono risultati più pesanti e con caratteristiche della carcassa migliori rispetto alle femmine. Un’interazione significativa tra trattamento e sesso è stata riscontrata per il peso del petto e l’incidenza delle ali. Per quanto riguarda il profilo degli acidi grassi, la carne del gruppo trattato con prebiotico (B) ha mostrato un contenuto maggiore di PUFA rispetto al controllo; mentre, il contenuto totale di MUFA è risultato essere più basso nei gruppi B ed AB rispetto agli altri due gruppi sperimentali. Il contenuto totale di SFA è risultato simile tra i gruppi. Il contenuto di PUFA n-3 è risultato maggiore nel gruppo B rispetto a quello A, con valori intermedi per il gruppo AB. Nessuna differenza statisticamente significativa è stata rilevata sia per il contenuto di PUFA n-6, che per il rapporto PUFA/SFA. Al contrario, il rapporto n-6/n-3 è risultato inferiore nei gruppi B ed AB rispetto agli altri due gruppi. Marginale è stato l’effetto del sesso sulla composizione acidica. La carne dei maschi ha mostrato un contenuto superiore di MUFA ed inferiore di PUFA rispetto alle femmine. Il contenuto di SFA e gli indici nutrizionali sono risultati simili. Sono state evidenziate interazioni significative tra trattamento e sesso per alcuni acidi grassi, per PUFA n-3 e per il rapporto n-6/n-3. Nel complesso, il prebiotico (Bi2tos) con o senza antibiotici, ha ridotto la gravità delle lesioni indotte da infezione naturale con Eimeria spp. e l'escrezione di oocisti rispetto al controllo, nonché ha migliorato alcune caratteristiche qualitative della carne. In conclusione, lo studio ha dimostrato che l'uso di prebiotici iniettati in ovo può contrastare gli effetti negativi della coccidiosi sulle performance di crescita degli animali nonché sulla qualità della carne.