Improving the nutritional value of microalgae for feeding pigs through the use of novel enzymes

Tese de Doutoramento em Ciências Veterinárias na especialidade Ciências Biológicas e Biomédicas The pig industry will face new challenges due to the increase demand for pork, concerning the negative environmental impact and the low content in the beneficial n-3 polyunsaturated fatty acids (PUFA) of pork. Microalgae exhibit a well-balanced nutritional composition, including in n-3 PUFA, and its production has a low environmental impact. Thus, microalgae could be a suitable alternative to traditional feedstuffs of pig industry. Arthrospira platensis and Chlorella vulgaris are the two most studied microalgae, also with the highest commercial expression. However, these microalgae are endowed by recalcitrant cell walls, which impairs the bioavailability of their compounds for pigs. In line with this, in the first part of this study, we developed a two-Carbohydrate-Active Enzyme (CAZYme) and a four-CAZYme mixtures with the ability to disrupt A. platensis and C. vulgaris cell walls, respectively. This process was performed via a high-throughput (HTP) approach, where the enzyme mixtures were selected from a 178 CAZymes and 22 sulfatases library, according to its ability to disrupt the microalgae cell wall, which was evaluated through the release of cell wall sugars, decrease of fluorescence intensity and the release of several microalgae compounds. We verified that this two CAZYme formulations are able to degrade these cell walls and may constitute a good approach to improve the bioavailability of these microalgae nutrients for pig diets. In the second part of this study, we assessed for the first time the effect of a high dietary incorporation level of the selected microalga (5% of C. vulgaris) supplemented or not with the respetive CAZYme mixture, the four-CAZYme mixture developed in the first part, and the commercially available Rovabio® Excel AP, on productive performance, meat quality and composition, health status and liver composition of finishing pigs. We observed that C. vulgaris diets had no effect on productive performance, meat quality traits and pork oxidative stability, but promoted an increase in pork carotenoids content and in n-3 PUFA composition of pork and liver. The action of the four-CAZYme mixture was preponderant for the decrease of blood lipemia. The C. vulgaris diets also promoted the decrease of plasma immunoglobulins content. It is concluded that the use of C. vulgaris in finishing pig diets, at this high incorporation level, improves the nutritional value of pork fat without compromising pig performance and health status of pigs, except the immunosuppressive effect promoted by the microalga, which deserves further investigation RESUMO - Melhoramento do valor nutricional das microalgas na alimentação de suínos através do uso de novas enzimas - Prevê-se que a suinicultura irá enfretar em breve novos desafios, como consequência do aumento da procura por carne de porco, devido ao impacto ambiental negativo que esta acarreta e ao baixo teor dos benéficos ácidos gordos polinsaturados (AGPI) n-3 na carne. As microalgas apresentam uma composição nutricional equilibrada, inclusive em AGPI n-3, e a sua produção tem baixo impacto ambiental. Assim, as microalgas podem ser uma alternativa adequada aos alimentos correntemente utilizados na suinicultura. Arthrospira platensis e Chlorella vulgaris são as duas microalgas mais estudadas e com maior expressão comercial. Contudo, estas apresentam paredes celulares recalcitrantes, diminuindo a biodisponibilidade dos seus nutrientes para os suínos. Portanto, na primeira parte deste estudo, desenvolvemos uma mistura de duas- “Carbohydrate-Active Enzymes” (CAZymes) e outra de quatro-CAZymes com capacidade de romper as paredes celulares da A. platensis e C. vulgaris, respetivamente. Este processo foi realizado através de uma metodologia de alto rendimento, onde as misturas enzimáticas foram selecionadas a partir de uma biblioteca de 178 CAZymes e 22 sulfatases, de acordo com sua aptidão para romper a parede celular das microalgas, avaliada através da libertação de açúcares da parede celular, diminuição da intensidade de fluorescência e libertação de compostos das microalgas. Verificamos que estas misturas de CAZYmes têm capacidade de romper as paredes celulares, podendo integrar uma metodologia para melhorar a biodisponibilidade dos nutrientes de microalgas em dietas de suínos. Na segunda parte deste estudo avaliamos pela primeira vez o efeito de um alto nível de incorporação na dieta de C. vulgaris (5%) suplementada ou não com duas misturas de CAZymes, a mistura de quatro CAZYmes desenvolvida na primeira parte e a mistura comercial Rovabio® Excel AP, na performance produtiva, qualidade e composição da carne, estado de saúde e composição do fígado de suínos em acabamento. Apuramos que as dietas com C. vulgaris não afetaram a performance produtiva, os parâmetros de qualidade da carne e a sua estabilidade oxidativa, mas promoveram um aumento no teor de carotenoides da carne e no teor de AGPI n-3 da carne e fígado. A mistura de quatro CAZymes foi fundamental para a diminuição da lipemia sanguínea. As dietas com C. vulgaris também promoveram a diminuição do conteúdo de imunoglobulinas plasmáticas. Conclui-se que a incorporação de um alto nível de C. vulgaris melhora o valor nutricional da gordura sem comprometer o desempenho produtivo e o estado de saúde dos suínos, excetuando o efeito imunossupressor promovido pela microalga, que necessita de mais investigação. N/A