Effect of prebiotic and synbiotic injected in ovo on performance, meat quality and hystopathological changes in muscle of broiler chickens

Abstract

In poultry farming, the intestinal microbiota and the “gut health” are topical subjects, especially since the EU has banned the use of auxinic antibiotics to avoid the onset of antibiotic resistance and safeguard the consumer health. As a consequence of their prohibition, a higher incidence of enteric diseases is observed in poultry farming with loss of productivity and increased mortality. In the post-antibiotics era, probiotics and prebiotics are proposed as a solution to the intestinal problems of poultry. Studies carried on these bioactives, administered in feed or water, show conflicting results due to the different environmental conditions (experimental and field conditions) and the way of use. The “in ovo” injection of pre-/pro-biotics and their combination (synbiotic), an emergent and original technique, shows promising results similar to those of auxinic antibiotics. The work aimed to evaluate the effects of these substances, “in ovo” administered, on growth performance, meat quality traits (cholesterol content, intramuscular collagen properties, fiber measurements), and the presence of histopathological changes in the pectoral muscle (PS) of Ross 308 broiler chickens. On d 12 of incubation, 480 eggs were randomly divided into five experimental groups treated with different bioactives, in ovo injected: C, control with physiological saline solution; T1 with 1.9 mg of Raffinose Family Oligosaccharides (RFOs); T2 and T3 with 1.9 mg of RFOs enriched with two different homemade probiotic bacteria (from Microbiological Bank of Institute of Biochemistry and Biophysics, Warsaw, Poland), specifically 1,000 cfu of Lactococcus lactis ssp. lactis SL1 and Lactococcus lactis ssp. cremoris IBB SC1, respectively; T4 with commercially available synbiotic Duolac, containing 500 cfu of both Lactobacillus acidophilus and Streptococcus faecium with the addition of lactose (0.001 mg/embryo). Among the hatched chickens, sixty males were randomly chosen (12 birds for each group) andreared according to the animal welfare recommendations of European Union directive 86/609/EEC in an experimental poultry house that provided good husbandry conditions. Birds were grown up to 42 d in collective cages (n = 3 birds in each 4 cages: replications for experimental groups). Broilers were fed ad libitum commercial diets according to their age and water was provided ad libitum. Amounts of feed offered to each cage were recorded, and uneaten feed in each cage was weighed daily (from 1 to 42 d). Cumulative feed intake and feed conversion ratio (FCR) were calculated on a cage basis. At 42 d of age, broilers were weighed individually (after a fasting period of 12 h) and then were electrically stunned and slaughtered at a commercial poultry slaughterhouse. At slaughter, hot carcass weight was recorded, and carcass yield percentage was calculated. Abdominal fat was removed, measured and its percentage was calculated based on hot carcass weight. The pectoral muscle was removed from all carcasses (n = 60) and its percentage was calculated based on hot carcass weight. In addition, pectoral muscle pH was recorded at 45 min (pH45), 12 h (pH12), and 24 h (pH24) postmortem. Samples of the right pectoral muscle of 40 animals, 8 birds from each experimental group, were taken and frozen in liquid nitrogen (-196ºC) for histological and histopathological analyses. The left pectoral muscle was vacuum packaged and stored frozen (-40°C) until intramuscular collagen (IMC) and cholesterol analyses. To verify significant differences in relation to the treatments, the data were evaluated by using 1-way ANOVA and means were separated by Scheffe’s battery of pairwise tests (SPSS Inc., 2010). In ovo prebiotic and synbiotics administration had a low effect on investigated traits, but depend on the kind of bioactives administered. Commercial synbiotic treatment (T4) reduced carcass yield percentage, and the feed conversion ratio was higher in T3 and T4 groups compared with other groups. The abdominal fat, the ultimate pH, and cholesterol of the PS were not affected by treatment. Broiler chickens of treated groups with both slightly greater PS and fiber diameter had a significantly lower amount of collagen. The greater thickness of muscle fibers (not significant) and the lower fiber density (statistically significant), observed in treated birds in comparison with those of C group, are not associated with histopathological changes in the PS of broilers. The incidence of histopathological changes in broiler chickens from examined groups was low, which did not affect the deterioration of meat quality obtained from these birds. Overall, the results obtained at the end of this work have asserted how the in ovo administration, in showing greater effectiveness in terms of uniformity of application, dose used and duration of treatment, as well as homogeneity of the study population (age, weight), may represent a valid alternative to the traditional and well-established methods of post-hatching administration (feed and water) in order to minimize all those variables that could affect the effectiveness of bioactive. Moreover, the study has provided information for an effective application of these natural agents to be used in the future in breeding industry, with significant and positive impact on animal welfare and public health.Nel pollame, il microbiota intestinale e la “gut health” sono temi di attualità, soprattutto da quando l'UE ha vietato l'uso di antibiotici auxinici per evitare l’insorgenza dell’antibiotico-resistenza e salvaguardare, così, la salute del consumatore. Come conseguenza della loro proibizione, in avicoltura si è osservata una maggiore incidenza di malattie enteriche che hanno determinato sia perdite in termini di produttività che un aumento della mortalità. Nell’era post-antibiotici, i probiotici ed i prebiotici sono proposti come soluzione dei problemi intestinali dei polli. Gli studi condotti su questi composti bioattivi, somministrati direttamente nel cibo o nell’acqua, mostrano risultati contrastanti a causa delle diverse condizioni ambientali (condizioni sperimentali e di campo) e del modo di utilizzo. L’iniezione in ovo di pre-/pro-biotici e loro combinazione (simbiotici), tecnica emergente ed innovativa, mostra risultati promettenti simili a quelli degli antibiotici auxinici. Il presente lavoro ha avuto come scopo quello di valutare gli effetti di prebiotici, utilizzati da soli od in combinazione con batteri probiotici rigorosamente selezionati e caratterizzati (simbiotici; Bardowski e Kozak, 1981;. Boguslawska et al, 2009), somministrati “in ovo”, sulle performance di crescita, sulla qualità della carne (contenuto di colesterolo, proprietà del collagene intramuscolare, misure delle fibre muscolari), nonché sull’incidenza di alterazioni istopatologiche a carico del muscolo pettorale di polli da carne linea Ross 308. Al 12° giorno di incubazione, 480 uova sono state divise a random in cinque gruppi sperimentali, cui sono stati somministrati, mediante tecnica di iniezione in ovo, differenti bioattivi: C, gruppo controllo iniettato con soluzione fisiologica; gruppo T1 iniettato con 1,9 mg di prebiotico (oligosaccaride della famiglia del raffinosio, RFO’s); gruppi T2 e T3 iniettati condue formulazioni simbiotiche contenenti 1,9 mg di RFO’s arricchiti con due diversi batteri probiotici appartenenti alla banca microbiologica dell’Istituto di Ricerca “Biochemistry and Biophysics” (IBB) di Varsavia (Polonia), nello specifico 1,000 ufc di Lactococcus lactis ssp. lactis SL1 e Lactococcus lactis ssp. cremoris IBB SC1, rispettivamente; gruppo T4 iniettato con un probiotico disponibile in commercio quale Duolac, contenente 500 ufc di Lactobacillus acidophilus e 500 ufc di Streptococcus faecium con aggiunta di lattosio (0.001 mg/embrione). Dopo la schiusa, sessanta pulcini maschi sono stati scelti a random (12 pulcini per ogni gruppo) e allevati in azienda sperimentale in buone condizioni di allevamento secondo le raccomandazioni previste dall’Unione europea in materia di benessere animale (direttiva 86/609/CEE). I polli sono stati allevati fino a 42 giorni di età in gabbie collettive (n = 3 uccelli per gabbia: 4 repliche per ciascun gruppo sperimentale), sono stati alimentati ad libitum con diete commerciali formulate in funzione della loro età e hanno potuto usufruire di acqua ad libitum. E’ stata registrata la quantità di mangime offerto per gabbia, ed il cibo non consumato è stato pesato giornalmente per ciascuna gabbia (1-42 giorni). L’assunzione di cibo e l’indice di conversione alimentare (FCR) sono stati calcolati per gabbia. A 42 giorni di età, i polli da carne sono stati pesati individualmente (dopo un periodo di digiuno di 12 ore) e sono stati, successivamente, storditi elettricamente e macellati presso un macello commerciale. Al momento della macellazione, è stato registrato il peso della carcassa e calcolata la resa. Il grasso addominale ed il muscolo pettorale sono stati rimossi da tutte le carcasse (n = 60), pesati e le rispettive percentuali sono state calcolate in funzione del peso della carcassa. Inoltre, è stato registrato il pH del muscolo pettorale a 45 min (pH45), 12 ore (pH12), e 24 h (pH24) post-mortem. I campioni di muscolo pettorale destro di 40 animali, 8 volatili per ciascun gruppo sperimentale, sono stati prelevati e congelati in azoto liquido (-196°C) per le analisi istologiche ed istopatologiche. Il muscolo pettorale sinistro è stato imballato sottovuoto e congelato (-40°C) fino al momento delle analisi del collagene intramuscolare (IMC) e del contenuto di colesterolo. Al fine di verificare le differenze significative rispetto al trattamento applicato, i dati sono stati valutati utilizzando 1’ANOVA ad una via. Le differenze tra le medie sono state valutate mediante il test di Scheffé (SPSS Inc., 2010). La somministrazione in ovo di prebiotico e simbiotico ha avuto un impatto limitato sulle caratteristiche prese in esame, ciò in dipendenza del tipo di bioattivo impiegato. Il trattamento con simbiotico commerciale (T4) ha determinato una riduzione della resa alla macellazione, e l’indice di conversione alimentare è risultato maggiore nei gruppi T3 e T4 rispetto agli altri gruppi. Il grasso addominale, il pH24, ed il contenuto di colesterolo del muscolo pettorale non sono stati influenzati dal trattamento. I polli da carne dei gruppi trattati, con un’incidenza lievemente maggiore del muscolo pettorale ed un diametro delle fibre leggermente più grande, presentavano una quantità di collagene intramuscolare significativamente inferiore. Il maggiore spessore delle fibre muscolari (non significativa) e la minore densità delle fibre (statisticamente significativa), osservata nei polli trattati rispetto a quelli del gruppo controllo, non sono stati associati alle alterazioni istopatologiche del muscolo pettorale. L’incidenza delle istopatologie nei polli da carne dei gruppi esaminati è risultata bassa e non ha influenzato il deterioramento, in termini di qualità, della carne ottenuta da questi polli. Nel complesso, i risultati ottenuti da questo lavoro hanno consentito di affermare come la somministrazione in ovo, presentando maggiore efficacia in termini di uniformità di applicazione, di dose impiegata e di durata del trattamento nonché di omogeneità della popolazione di studio (età, peso), può rappresentare una valida alternativa ai tradizionali e già consolidati metodi di somministrazione post-schiusa (mangime e acqua) per ridurre tutte quelle variabili che possono inficiare l’efficacia dei bioattivi. Inoltre, hanno fornito informazioni per un uso efficace di questi agenti naturali da impiegare, in futuro, in allevamento industriale, con importanti e positive ricadute sulla salute animale e pubblica.Dottorato di ricerca internazionale in Welfare, biotechnology and quality of animal production (XXIV ciclo