This thesis investigates the use of plant-derived bioactive compounds and fibrous agro-industrial by-products as sustainable dietary strategies to support gastrointestinal health and function in monogastric animals. Two complementary studies were conducted in broiler chickens and weaned piglets to assess whether such ingredients can modulate digestive physiology, nutrient utilization, or microbial ecology without compromising growth performance. In the first study, broiler chickens were fed a basal diet or diets supplemented with increasing concentrations of a white GME (200, 750, and 1,500 mg polyphenols/kg). GME supplementation did not markedly affect growth performance or apparent ileal digestibility of most nutrients, although FCR showed a tendency to increase at higher doses. Intestinal morphology was largely unchanged, but GC numbers increased in the medium and high GME groups, indicating potential modulation of mucosal protective mechanisms. No alterations were observed in jejunal expression of inflammatory markers, mucins, or tight junction proteins, nor in breast muscle antioxidant capacity. Ussing chamber analysis revealed reduced jejunal tissue conductance after glucose addition in the medium and high GME groups, suggesting subtle effects on epithelial transport. Overall, GME exerted no adverse effects at any tested inclusion level. The second study evaluated the nutritional and physiological impact of including three fibrous by-products (carrot pomace, brewers’ spent grain, and carob pods) at 8 % of the diet in weaned piglets. Growth performance, feed efficiency, and ileal digestibility of protein and AA remained unaffected. Intestinal morphology displayed minor, non-significant improvements in villus architecture with by-product inclusion. While total SCFA acid concentrations in the colon were unchanged, shifts in fermentation patterns were observed, with increased acetate production in piglets fed carrot pomace or carob pods at the expense of propionate. Microbiota profiling revealed moderate but distinct changes, including higher Bifidobacterium spp. abundance in the carrot pomace group, reduced Ruminococcaceae UCG 005 across all by-product diets, and greater microbial richness with carob pods. Collectively, the findings show that polyphenol-rich GME in broilers and fibrous by-products in piglets can be safely included in monogastric diets without compromising performance, while modestly influencing gut morphology, epithelial function, or microbial ecology. Although neither study produced strong physiological or performance responses under high-health experimental conditions, they provide important insights into the functionality and context dependency of plant-based feed ingredients. The work highlights key research needs, such as challenge models, early-life longitudinal designs, multi-omics profiling, dose-response validation, and mechanistic links between microbial metabolism and host function, and establishes a foundation for future studies better tailored to the expected modes of action.
Die Dissertation untersucht den Einsatz einer pflanzlichen bioaktiven Verbindung und faserreicher agroindustrieller Nebenprodukte im Rahmen nachhaltige Fütterungsstrategien zur Unterstützung der gastrointestinalen Gesundheit und Funktion bei Broilern und Ferkeln. Zwei Studien wurden mit Masthühnern und abgesetzten Ferkeln durchgeführt, um zu beurteilen, ob die Prüfkomponenten die Leistung, verdauungsphysiologische Parameter, Nährstoffverwertung oder die intestinale mikrobielle Ökologie modulieren können. In der ersten Studie erhielten Masthühner entweder eine Basalration oder Rationen, die mit steigenden Konzentrationen eines weißen Traubentrester-Extrakts (GME; 200, 750 und 1.500 mg Polyphenole/kg) ergänzt waren. Die Supplementierung mit GME beeinflusste die Wachstumsleistung oder die scheinbare ileale Verdaulichkeit der meisten Nährstoffe nicht wesentlich, obwohl die Futterverwertung bei höheren Dosierungen tendenziell geringer wurde. Die Darmmorphologie blieb weitgehend unverändert, jedoch war die Anzahl der Becherzellen in den GME-Gruppen teilweise erhöht war, was auf eine mögliche Modulation der mukosalen Schutzmechanismen hindeutet. Es wurden keine Veränderungen in der jejunalen Expression von Entzündungsmarkern, Muzinen oder Tight-Junction-Proteinen sowie keine Effekte auf die antioxidative Kapazität der Brustmuskulatur festgestellt. Ussing-Kammer-Analysen zeigten eine verringerte Gewebeleitfähigkeit im Jejunum nach Glukosezugabe in den mittleren und hohen GME-Gruppen, was subtile Effekte auf den epithelialen Transport nahelegt. Insgesamt zeigten sich bei keiner getesteten Ergänzungsstufe nachteilige Wirkungen von GME. Die zweite Studie untersuchte die ernährungsphysiologischen Auswirkungen der Einmischung von drei faserreichen Nebenprodukten (Karottenpresskuchen, Biertreber und Johannisbrot-Schoten) zu 8 % der Ration bei abgesetzten Ferkeln. Wachstumsleistung, Futterverwertung und ileale scheinbare Verdaulichkeit von Protein und Aminosäuren blieben unbeeinflusst. Die Darmmorphologie zeigte nur leichte, nicht signifikante Veränderungen der Zottenstruktur durch die Einmischung der Nebenprodukte. Während die Gesamtkonzentration kurzkettiger Fettsäuren im Kolon unverändert blieb, zeigten sich Veränderungen in den Fermentationsmustern: Es wurde mehr Acetat bei gleichzeitiger Reduktion von Propionat bei Ferkeln beobachtet, die Karottenpresskuchen oder Johannisbrot erhielten. Die Mikrobiota-Analyse ergab moderate Veränderungen, darunter eine höhere Abundanz von Bifidobacterium spp. in der Karottenpresskuchen-Gruppe, eine reduzierte Ruminococcaceae UCG 005-Abundanz in allen Nebenprodukt-Diäten sowie eine erhöhte mikrobielle Diversität bei Verwendung von Johannisbrot. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass polyphenolreicher GME bei Masthühnern und faserreiche Nebenprodukte bei Ferkeln sicher in monogastrische Diäten eingemischt werden können, ohne die Leistungen zu beeinträchtigen, während sie gleichzeitig die Darmmorphologie, die epitheliale Funktion oder die mikrobielle Ökologie in moderatem Maße beeinflussen. Obwohl in keiner der Studien unter den günstigen Haltungsbedingungen ausgeprägte physiologische oder leistungsbezogene Reaktionen beobachtet wurden, liefern sie wichtige Erkenntnisse zur Funktionalität und Kontextabhängigkeit pflanzlicher Futterbestandteile. Die Arbeit hebt weitere Forschungsanforderungen hervor, darunter Challenge-Modelle, longitudinale Designs in frühen Lebensphasen, Multi-Omics-Ansätze, Dosis-Wirkungs-Validierungen und mechanistische Verknüpfungen zwischen mikrobiellem Metabolismus und Wirtsfunktion, und schafft eine Grundlage für zukünftige Studien, die detaillierter auf die erwarteten Wirkmechanismen zugeschnitten sind.
