Effect of different feed treatment strategies on apparent mineral digestibility and retention in broilers and layers and egg quality in laying hens

Abstract

Minerals play a vital role in bone and egg formation. Rapid broiler growth may lead to bone deformities resulting in suffering for the animals, lower production performance and economic losses. Similarly, inadequate mineral deposition, especially of calcium in the egg, may end up in weaker shelled eggs, thus adversely affecting egg quality. Such insufficient mineral supply may cause a higher incidence of egg breakage and ultimately reduce layer productivity and profitability. The poultry industry uses various techniques to produce feed with high quality and maximum sanitation. Long and short term thermal treatments and acid supplementation of feed are considered as efficient strategies to achieve high feed safety standards. However, the effects of these treatments on mineral digestibility are not well documented. Broilers are usually fed with pellets having least differences in particle size and shape. The feed form and particle size is of specific interest in laying hens, which are offered feed either as mash or expandate. The effect of particle size and feed form in layers has previously been studied, however their impact on mineral digestibility and retention in egg contents as well as egg quality was not considered in detail. Keeping in view the importance of various feed treatment strategies distinctly in broilers and layers, the investigations presented in this thesis were designed in two different studies. The first study was conducted to investigate the effect of thermal processing of feed including pelleting (P), long-term conditioning at 85°C (L) and expanding at 130°C (E) without or with 1.5 % of an acid mixture containing 64 % formic and 25 % propionic acid on the apparent ileal absorption of calcium, phosphorus, magnesium, potassium, sodium, iron, copper, manganese and zinc, their concentrations in liver and tibia as well as various tibial quality parameters in broilers. In total, 480 day-old Cobb broiler chicks were assigned using a completely randomized design with a 3 × 2 factorial arrangement. The ileal digesta, liver and tibia were collected at d 35. AIA of calcium and sodium was improved in group E compared to L. Group P and E showed higher AIA for potassium than L. Bone ash content was increased in group E compared to L. The body weight to bone weight ratio was lower and tibial zinc content was higher in group P compared to E. Tibial iron content was higher in group L than E. Acid addition did not affect AIA, mineral content in tibia or tibial quality parameter. Both thermal treatment and acid did not affect mineral concentrations in the liver, except an inconsistent interaction effect for dry matter content and sodium. The second study dealed with the impact of roller (R) and hammer (H) mills, mash (M) and expandate (E) with fine (F) and coarse (C) particle sizes, on apparent ileal absorption (AIA) and apparent total digestibility (ATD), egg quality and retention of calcium, phosphorus, magnesium, zinc, manganese, copper and iron, in yolk, albumen and shell. A total of 384 hens (Lohmann Brown), 19 weeks old, were assigned using a randomized design with a 2×2×2 factorial arrangement. Eight experimental diets were offered ad libitum during the whole experimental period and one week before for diet adaption. At 23 weeks of age, digesta from the ileum and rectum and eggs were collected. AIA of magnesium, zinc, copper and iron was higher in treatment R in comparison with treatment H. The ATD of copper and iron was higher in treatment R than treatment H. The shell membrane weight and percent shell membrane weight was lower whereas yolk index and yolk height were higher in treatment H as compared to treatment R. The AIA of magnesium was higher in treatment M than treatment E and in treatment C than treatment F. Thermal treatments displayed higher percent shell membrane weight in treatment E than treatment M. The ATD was higher for phosphorus and lower for iron in treatment F than treatment C. The copper concentration in yolk and albumen was higher in treatment C than treatment F. The shell thickness, shell weight and albumen height were higher and shell density was lower in treatment C as compared to treatment F. In conclusion, for both broiler and layer studies, the minor impact of feed treatments was limited to ileal and total digestibility of minerals in general and trace elements in particular. The retention of minerals and trace elements in tibia, liver and egg contents as well as quality of tibia and egg was not altered at most. It may be assumed that mineral concentrations in the feed were sufficient to compensate minor differences in digestibility induced by various feed treatments used in the present study. Therefore, different thermal treatments, acid supplementation, milling method and particle sizes used in the present study seem to be of lower importance for feed production regarding optimized tibia and egg quality and therefore may be used for broiler and layer feed formulation.

Mengen- und Spurenelemente spielen eine entscheidende Rolle in der Knochen- und Eischalenbildung. Schnelles Wachstum von Broilern kann zu Knochendeformationen führen, welche leidensrelevant sind und einen verminderten Fleischertrag und ökonomische Verluste zur Folge haben. Auf ähnliche Weise kann ein veränderter Mineralstoffwechsel (insbesondere der von Kalzium) eine verminderte Eischalenqualität verursachen, welche wiederum die Eiqualität beeinträchtigt. Das Auftreten von Brucheiern kann die Produktivität und Rentabilität der Legehennenhaltung verringern. Die Mischfutterindustrie setzt verschiedenste Techniken ein, um qualitativ hochwertiges und hygienisch einwandfreies Futter zu produzieren. Sowohl Kurz- und Langzeithitzebehandlung als auch der Einsatz von organischen Säuren dienen als effiziente Maßnahmen, um hohe hygienische Standards und eine optimale Futtermittelsicherheit zu gewährleisten. Der Einfluss dieser Methoden auf die Mineralstoffverfügbarkeit wurde bisher jedoch nicht eingehend untersucht. Broiler werden üblicherweise mit Pellets gefüttert, welche eine einheitliche Partikelgröße und -form gewährleisten. Die Darreichungsform des Futters und die Partikelgröße sind insbesondere bei Legehennen von Interesse, die ihr Futter vorwiegend in Schrotform, teils auch als Expandat erhalten. Der Effekt der Partikelgröße und Darreichungsform bei Legehennen auf die scheinbare Absorption und Retention von Mengen- und Spurenelementen und die daraus resultierende Eischalenqualität wurde bisher jedoch noch nicht untersucht. Aufgrund der unterschiedlichen Fragestellungen zur Futtermittelproduktion für Broiler bzw. Legehennen wurden die Untersuchungen dieser Dissertation in zwei verschiedenen Studiendesigns durchgeführt. Der erste Versuch wurde durchgeführt, um den Effekt der Hitzebehandlung des Futters in Form von Pelletierung (P), Langzeitkonditionierung bei 85°C (L) sowie Expandierung bei 130°C (E) mit oder ohne dem Zusatz von 1,5% eines Produkts mit organischen Säuren auf die scheinbare ileale Mineralstoffverdaulichkeit bei Broilern zu erfassen. Als organische Säuren kam ein Produkt aus Ameisensäure und Propionsäure zum Einsatz. Die in diesem Versuch erfassten Parameter beinhalteten die scheinbare ileale Absorption von Kalzium, Phosphor, Magnesium, Kalium, Natrium, Eisen, Kupfer, Magnesium und Zink, die Konzentration dieser Elemente in der Leber und Tibia sowie die Evaluierung verschiedenster Parameter zur Darstellung der Tibiaqualität. 480 Cobb-Eintagsküken wurden randomisiert einem 3×2 faktoriellen Versuchsdesign zugeordnet. Der Inhalt des Ileums, die Leber und Tibia wurden am 35. Lebenstag beprobt. Die scheinbare ileale Absorption von Kalzium und Natrium war bei Broilern der Gruppe E höher als in Broilern der Gruppe L. Verglichen zur Broilern der Gruppe L wiederum wiesen die Broiler der Gruppen P und E eine höhere scheinbare ileale Absorption für Kalium auf. Der Mineralstoffgehalt der Tibia war in Broilern der Gruppe E höher als in Broilern der Gruppe L. Das Verhältnis Körper-/Tibiamasse war geringer und die Zinkkonzentration höher in Broilern der Gruppe P verglichen zu Broilern der Gruppe E. Der Eisengehalt der Tibia war höher in Broilern der Gruppe L verglichen zur Gruppe E. Der Einsatz von organischen Säuren beeinflusste weder die scheinbare ileale Mineralstoffabsorption noch den Mineralstoffgehalt der Tibia oder die Tibiaqualität. Weder die Hitzebehandlung des Futters noch der Einsatz von organischen Säuren hatten einen Einfluss auf die Mineralstoffkonzentration der Leber. Ausgenommen hiervon war eine Interaktion hinsichtlich des Natriumgehalts. Der zweite Versuch wurde durchgeführt, um den Einfluss einer Zerkleinerung mittels Walzenstuhl (W) und Hammermühle (H), einem schrotförmigen (S) und expandiertem (E) Futter sowie feiner (F) und grober (C) Futterzerkleinerung auf den Mineralstoffwechsel der Legehennen zu erfassen. Die scheinbare ileale und Gesamttraktabsorption, Parameter der Eiqualität und die Retention von Kalzium, Phosphor, Magnesium, Kupfer und Eisen im Eidotter, Eiklar und in der Eischale wurden erfasst. Insgesamt waren 384 Legehennen der Rasse Lohmann Brown Gegenstand dieser Studie. Im Alter von 19 Wochen wurden diese randomisiert einem 2×2×2 faktoriellen Arrangement zugeordnet. Die acht Versuchsfutter wurden während der einwöchigen Adaptionsperiode sowie der dreiwöchigen Versuchsdauer ad libitum verabreicht. Im Alter von 23 Wochen wurden die Hennen beprobt und der Darminhalt von Ileum und Rektum entnommen. Die scheinbare ileale Absorption von Magnesium, Zink, Kupfer und Eisen von Hennen der Gruppe W war höher verglichen zu Hennen der Gruppe H. Sowohl das absolute als auch das prozentuale Kutikulagewicht war geringer in Eiern von Hennen der Gruppe H verglichen zu Gruppe W. Weiterhin wiesen die Eier von Hennen der Gruppe H einen signifikant höheren Eigelbindex und eine größere absolute Eigelbhöhe auf als Eier von Hennen der Gruppe W. Hennen der Gruppe S bzw. C hatten eine erhöhte scheinbare ileale Absorption von Magnesium als Hennen der Gruppe E bzw. F. Die Hitzebehandlung des Futters ging bei Eiern der Hennen der Gruppe E mit einem signifikant höheren prozentualen Kutikulagewicht einher als bei Eiern der Gruppe S. Die scheinbare Nettoabsorption von Phosphor war höher und die von Eisen geringer bei Hennen der Gruppe F verglichen zu Hennen der Gruppe C. Verglichen mit Gruppe F konnte im Eidotter und Eiklar von Hennen der Gruppe C mehr Kupfer nachgewiesen werden. Verglichen mit der Gruppe F waren die Eischalendicke, das Eischalengewicht und die Höhe des Eiklar höher als in den Eiern der Gruppe C. Die Eischalendichte der Eier von Gruppe C war wiederum geringer als die der Gruppe F. Zusammenfassend ergibt sich aus den Daten, dass sowohl bei Broilern als auch bei Legehennen der Einfluss der Futterbehandlung auf die ileale- und gesamte scheinbare Absorption von Mengen- und Spurenelementen vernachlässigbar ist. Die Retention der Mineralstoffe in Tibia, Leber und Eiprodukten sowie die Qualität der Tibiae und der Eier wurden nicht nachhaltig beeinflusst. Es kann daher vermutet werden, dass der Mineralstoffgehalt im Versuchsfutter ausreichend war, um eventuelle kleinere Beeinflussungen durch die Futterbehandlung auszugleichen. Der Effekt der Hitzebehandlung, des Zusatzes organischer Säuren, unterschiedlicher Mahlmethoden sowie der Partikelgröße scheint daher von vernachlässigbarer Bedeutung zu sein unter den Aspekten einer optimalen Skelettmineralisation und Eischalenqualität.