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Dalla Montà, Giorgio (2013) Strategies for reducing nitrogen excretion from farm animals: use of rations with low protein content. [Ph.D. thesis]

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Abstract (english)

Increasing cost of protein sources and in the European context the Nitrates Directive (91/676/EEC) are introducing strong pressures to reduce the nitrogen content in livestock diets, and feeding livestock with low protein diets is considered one of the major potential strategies to reduce N pollution in manure.
This thesis was aimed to study in beef cattle and in heavy pigs the effects of the use of low-protein diets on growth performance, N emission and the quality of products.
In the first contribute effects of diets differing in crude protein (CP) concentrations, top-dressed or not with 80 g/d of rumen-protected conjugated linoleic acid (rpCLA), on N efficiency of double muscled (DBM) Piemontese bulls were studied using four experimental diets being: high CP, HP; high CP plus rpCLA, HPrpCLA; low CP, LP; low CP plus rpCLA, LPrpCLA. Forty-eight young bulls (237 ± 24.4 kg body weight (BW)), housed in 12 pens were fed one of the four experimental diets. Bulls were slaughtered at 668 ± 56.2 kg BW, after 332 days on their diet. Compared to HP, LP increased N efficiency (N retained/N consumed) from 0.17 to 0.23 (P<0.001), likely due to more extensive N recycling. Nitrogen efficiency was also influenced by a CP × rpCLA interaction (P = 0.047), wherein bulls fed rpCLA used N more efficiently than bulls not receiving rpCLA when fed the LP diet, but had similar N efficiency when fed the HP diet. This suggests that CLA could exert some metabolic protein sparing effects, particularly under conditions of dietary CP shortage with respect to the bull requirements. The magnitude of the increase of N efficiency with LP compared to HP diets has a relevant impact on the DBM Piemontese bull production system, particularly where the load of N per unit land area is restricted by law. With respect to the conventional HP diet, use of LP without or with rpCLA would increase BW production per unit of N excreted by 31 and 43%, respectively.
The second contribution was aimed to verify if a reduction of CP and essential amino acids (AA) content of diets for finishing heavy pigs relative to conventional diets, is applicable without negative impact on growth traits and to quantify the reduction of N excretion associated to the use of a reduced dietary CP level. Four isoenergetic feed treatments (conventional: CONV; medium-high protein: MHP; medium-low protein: MLP; low protein: LP) were formulated by replacing soybean with wheat meal. A total of 240 crossbred pigs, grouped in three consecutive batches of 80 pigs each, were assigned to one of the four feed treatments on the basis of BW, sex and litter of origin (10 pigs per pen, 2 pens per treatment) and were fed restricted amount of diets, which increased from 2.4 to 3.2 kg/d from start (92 ± 10 kg BW) to end of trial (167 ± 10 kg BW). Final backfat (BF) was thicker for pigs fed MLP and LP diets than for pigs fed CONV, due to an increased average gain in BF. Feed treatments affected the amount of excreted N, which decreased of 10, 20 and 24% for MHP, MLP and LP, respectively, relative to CONV. We conclude that a reduction of CP and AA content of diets for finishing heavy pigs is advisable, as no negative impact on growth performance and feed efficiency was observed with respect to CONV. The inclusion in feeds for heavy pigs of small or null proportion of soybean meal in early and late finishing, respectively, with a minimal supplementation of AA reduces feed costs and N excretion, thus increasing the potential number of pigs per unit of land where the maximum N load/ha is limited by law.
The third contribution, parallel to second contribution was aimed to evaluate if, relative to conventional diets, a reduction of CP and of essential amino acids (AA) content of diets for heavy pigs exert positive or negative impacts on carcass traits and ham quality. All the pigs were slaughtered in the same day at 286 ± 1.9 days old in a commercial abattoir. After 24-h of chilling, fresh hams were trimmed according to procedure the typical-shape of San Daniele ham. The day after, the trimmed hams were transferred to the processing firm were all the hams were processed according to the San Daniele ham procedure involving the following phases: salting (16 ± 1 d), resting (98 ± 5 d) and seasoning (239 ± 24 d). There were no signs of influence of the dietary treatment on the weights of the various lean cuts. With respect to CONV the treatment with the lowest dietary CP increased significantly the weight of the fat cuts and their proportion on carcass weight from 0.238 to 0.244. The reduction of the dietary CP content significantly increased ham fat covering from 20.4 to 23.3 mm and reduced total weight loss of ham from 0.285 to 0.275. The results of this experiment indicates that dietary CP contents in the early and finishing period of 117 and 108 g CP/kg respectively, do not influence negatively the growth performance and slightly improves the quality characteristics of hams. We conclude that the use of low protein diets over 90 kg BW is strongly suggested as a strategy to reduce the feeding costs, to reduce the N emission and the land surface required for manure spreading and to improve the quality characteristics of hams.
From the results presented in this thesis, it can be concluded that the use of low-protein diets represent a valid strategy, at least in DBM bulls and heavy pigs, to conjugate the needs of a technical, environmental and economic sustainability of meat industry. Both in bulls and in heavy pigs it was found that good performance and good quality of products can be achieved with an almost or total replacement of soybean meal with no protein sources

Abstract (italian)

L’aumento dei costi delle fonti proteiche e l’avvento in Europa della Direttiva Nitrati (91/676/EEC) hanno portato le tecniche di allevamento verso il contenimento dell’azoto contenuto nell’alimentazione animale, visto che l’uso di diete a ridotto tenore di proteina è considerata una delle migliori strategie per abbattere il contenuto di nitrati nelle deiezioni animali.
Questa tesi si propone di studiare l’effetto dell’uso di diete a ridotto contenuto di proteina nell’alimentazione del Vitellone Piemontese e nel suino pesante, considerandone gli effetti in termini di prestazioni di accrescimento, escrezioni azotate e qualità dei prodotti.
Il primo contributo della tesi propone l’alimentazione del Vitellone Piemontese con diete a due livelli di contenuto proteico (CP), alta proteina (HP) e bassa proteina (LP), con aggiunta o meno di 80 g/giorno di coniugati dell’acido linoleico (CLA), ovvero HP più CLA (HPrpCLA) ed LP più CLA (LPrpCLA). L’esperimento si è svolto su 48 vitelloni del peso vivo iniziale di 237 ± 24.4 kg, allevati in 12 box suddivisi equamente nell’uso delle 4 diete sperimentali (ogni dieta alimentava 3 box). Gli animali sono stati macellati al peso vivo di 668 ± 56.2 kg dopo 332 giorni di alimentazione. Rispetto la dieta HP, l’uso della dieta LP ha accresciuto l’efficienza azotata (azoto ritenuto/azoto assunto) da 0.17 a 0.23 (P<0.001) rispettivamente. L’efficienza azotata è stata influenzata dall’interazione CP × rpCLA (P = 0.047), con i vitelloni alimentati con le diete rpCLA che hanno dimostrato una miglior efficienza d’uso dell’azoto rispetto agli animali alimentati con le diete non contenenti coniugati dell’acido linoleico. Ciò suggerisce come l’uso di CLA aumenti l’efficienza d’uso dell’azoto e quanto possa esserne marcato l’effetto con l’uso di diete a ridotto contenuto proteico. L’importanza di tale fatto per l’alimentazione del Vitellone Piemontese è maggiormente apprezzabile laddove l’uso di nitrati per unità di superficie agricola sia contingentato dalla legislazione: l’uso della dieta LP senza o con aggiunta di CLA piò aumentare il peso vivo allevabile per ettaro dal 31 al 43% rispettivamente.
Nel secondo contributo ci si propone di testare l’abbassamento del tenore proteico e del contenuto di aminoacidi (A.A.) essenziali rispetto al convenzionale, nell’alimentazione del suino pesante, verificandone gli effetti sulle prestazione di accrescimento e sul livello di escrezione azotata. Si sono usate 4 diete isoenergetiche a livello decrescente di proteina (convenzionale: CONV; prteina medio-alta: MHP; protein medio-bassa: MLP; bassa proteina: LP) nelle quail la soia è stata sostituita da farina di cereali. Si sono eseguiti 3 cicli di ingrasso di 80 animali ciascuno, per un totale di 240 suini allevati; gli animali sono stati allevati in 8 box ogni ciclo, suddivisi in 10 individui per box e alimentati in modo che le diete fossero ripartite equamente (la stessa dieta ogni 2 box). L’alimentazione è stata razionata second un piano alimentare di tipo industrial, passando da 2.4 kg/giorno ad inizio prova (P.V. 92 ± 10 kg) a 3.2 kg/giorno a fine prova (P.V. 167 ± 10); Lo spessore di grasso dorsale ha dato valori medi più elevati nelle diete MLP ed LP rispetto la dieta convenzionale; Il trattamento alimentare ha influenzato il tenore di escrezione azotata, che è decresciuta del 10, 20 e 24% nelle diete MHP, MLP ed LP, rispettivamente, rispetto la dieta CONV. I risultati ottenuti portano a concludere che l’uso di bassi tenori di proteina ed A.A. nell’alimentazione del suino pesante sia una strada perseguibile, senza conseguenze negative sulle prestazioni di accrescimento e sull’efficienza alimentare; tale strategia porta oltretutto ad un abbattimento dei costi alimentari e ad una diminuzione dell’escrezione azotata, aumentando di conseguenza il numero potenziale di individui allevabili per ettaro di superficie coltivata.
Il terzo contributo si propone di testare l’abbassamento del tenore proteico e del contenuto di aminoacidi (A.A.) essenziali rispetto al convenzionale, nell’alimentazione del suino pesante, verificandone gli effetti sui parametri della carcassa e sulla qualità del prosciutto. L’esperimento è la naturale prosecuzione della prova descritta nel secondo contributo prendendo in considerazione la sola fase post-mortem. Gli animali sono stati macellati tutti nello stesso giorno in un macello industriale, ad un età di 286 ± 1.9 giorni e la carcassa è stata sezionata nei consueti tagli commerciali. Dopo 24 ore di refrigerazione i prosciutti sino stati rifilati ed il giorno seguente inviati ad un prosciuttificio per essere avviati a stagionatura, il tutto secondo le procedure previste dal disciplinare DOP del Prosciutto di San Daniele. Per ottenere il prosciutto crudo DOP San Daniele le cosce hanno subito una fase di salagione (16 ± 1 giorni), una fase di riposo (98 ± 5 giorni) ed infine una fase di stagionatura (239 ± 24 giorni). Non si ha avuto alcun effetto significativo del trattamento alimentare sul peso dei tagli magri, mentre rispetto la dieta convenzionale, la dieta contenente meno proteina ha influenzato il dato dei tagli grassi, che in rapporto alla carcassa è passato da 0.238 a 0.244. La riduzione del contenutoproteico nella dieta ha portato ad un aumento del grasso di copertura delle cosce portandolo da 20.4 a 23.3 mm ed ha ridotto la perdita in peso percentuale durante la stagionatura del prosciutto da 0.285 a 0.275. I risultati di questo esperimento indicano che l’abbassamento del tenore di proteina nella dieta del suino pesante fino a 108 g CP/kg di mangime nella fase di finissaggio, non provoca effetti negative sulle performance di accrescimento e migliora le caratteristiche qualitative del prosciutto in stagionatura; ciò va a sommarsi ai risultati ottenuti e descritti nel secondo contributo.
Dai risultati ottenuti in questa tesi si conclude come l’uso di diete a basso tenore proteico sia una strategia valida e funzionale all’allevamento del Vitellone Piemontese e del Suino Pesante, portando benefici sotto il profilo tecnico, ambientale e nella sostenibilità economica del comparto industriale. Si osserva come per entrambe le specie prese in considerazione, l’alimentazione possa vedere la sostituzione della soia, rimpiazzandola con fonti non proteiche

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EPrint type:Ph.D. thesis
Tutor:Schiavon, Stefano
Data di deposito della tesi:28 January 2013
Anno di Pubblicazione:28 January 2013
Key Words:crude protein content, amino acids content, CLA, nitrogen balance, nitrogen excretion, dry-cured ham, ham quality, beef cattle, heavy pigs.
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 07 - Scienze agrarie e veterinarie > AGR/18 Nutrizione e alimentazione animale
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento di Agronomia Animali Alimenti Risorse Naturali e Ambiente
Codice ID:5586
Depositato il:08 Oct 2013 16:20
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