Dietary characteristics of food waste and it’s utilization in monogastric animal diets

The increasing world population in combination with the improvement of living standards has significantly changed the lifestyle of human beings. Τhe increasing human needs have raised the demand for products of animal origin. At the same time, demand for alternative sources of nutrients has increased due to the high cost of feedstuff which causes a constant raise on the cost of human diets.The large amounts of food that gets lost or wasted annually in a global scale has raised concerns over the environmental impact. Hence, the recycling and generally the handling of food waste is of major importance. Food waste that derives from food industry can be a potential animal feed, since it is a valuable source of energy and nutrients and might be used as feedstuff after thermal procedure. The term ‘Food waste’ refers to the food loss that occurs in any stage of the food supply chain due to several causes. The present PhD dissertation was part of the LIFE FOOD4FFED project and aimed to investigate the use of food waste derived from hotels in Crete. At the same time the dietary characteristics of food waste and its use in the diet of monogastric animals and especially in broilers and fattening pigs were evaluated. The growth performance parameters, meat quality traits, selected haematological and biochemical parameters, the weight of internal organs, nutrients’ digestibility, fatty acids profile and lipid oxidation of meat were assessed. Concerning the experimental procedure, four experimental trials were carried out in broilers and fattening pigs, two in each species. In the first trial in broilers, 200 one-day-old broilers were used and were allocated into 2 treatment groups with 10 replicate pens containing 10 birds per pen. In the first group named control (C), the diet did not contain any food waste, whereas in the second treatment (T) food waste residues from hotels were incorporated at the level of 15% in the diet. Diets had similar crude protein and metabolizable energy content. Broilers fed the control treatment consumed more feed and gained more weight compared to broilers fed the food waste supplemented diet. No significant differences were observed for internal organ weights and haematological parameters, although some differences were observed in colour traits and in the shear force of meat. Concentrations of saturated (SFA) and monounsaturated (MUFA) fatty acids (% of total fatty acids) were lower in the control group, while the concentration of PUFA/MUFA was higher in the C group. The MDA concentration did not differ between the treatments while ether extract and crude fiber digestibility were lower in the C group compared with T group.In the second experimental trial in broilers, 240 one-day-old broilers were used and were allocated into four treatment groups, namely, control (C), non-meat treatment (NM) with an inclusion of 10% food waste with no meat residues and no sterilization, nonsterilized treatment (NS) with an inclusion of 10% food waste and sterilized treatment (S) with an inclusion of 10% sterilized food waste which contained meat, each with 5 replicate pens of 12 broilers. Diets had similar crude protein and metabolizable energy content. Broilers in the NM group had significantly lower body weight compared to the control group. Minor differences were observed in haematological parameters as well as in the weight of the bursa of Fabricius. Moreover, meat quality traits and MDA levels did not differ. However, differences were observed in the nutrients’ digestibility of organic matter, which was higher in C group compared with NM, NS and S groups. The group NS had higher concentration of SFA,while MUFA was higher in S group and the PUFA/MUFA was lower in the same group. In the first trial with fattening pigs, 19 castrated pigs of Duroc×Large white×Landrace were allocated into 2 treatments. The first dietary group was the control C, consisted of 10 pigs and the second group was the treatment group named DHR (dried hotel residues) consisted of 9 pigs. In the C group, pigs were fed a corn-soybean meal-based diet with no food waste residues, while the DHR group were fed the same diet with an inclusion of food waste at 10%. Daily feed intake tended to be lower in the DHR group. The value of meat pH was lower in the DHR group, and the haematological parameters were different between control and DHR treatment. The concentration of SGOT-AST, AGPT-ALT and cholesterol were higher in DHR group. The sum of SFA was significantly lower in DHR group, n-3 were increased in DHR treatment, while the n-6/n-3 had a reverse result. MDA concentration was similar in both groups, while the digestibility of crude fiber was lower in control group.In the second trial with fattening pigs 20 castrated pigs of Duroc×Large white×Landrace were allocated into 2 treatments. The first dietary group was control (C), consisted of 10 pigs and the second group was the treatment group named DHR also consisted of 10 pigs. In the C group pigs were fed a corn-soybean meal-based diet with no food waste residues, while the DHR group were fed the same diet with an inclusion 8% of food waste with no meat residues. No major differences were observed in growth performance parameters, in haematological parameters, in the meat quality traits, in the fatty acid profile and in the MDA concentration.Finally, judging from the outcome of the present study, we conclude that the use of food waste in the diet of monogastric animals is highly recommended. Safety and the assurance of the quality of the food waste were of primary importance. Further work is necessary in order to achieve the utilization of the food waste product that will reduce the animals’ nutrition cost and will contribute in a sustainable future of animal production.Η αύξηση του παγκόσμιου πληθυσμού και η βελτίωση του βιοτικού του επιπέδου έχει επιφέρει σημαντικές αλλαγές στον τρόπο ζωής του. Η προσπάθεια κάλυψης των αυξημένων αναγκών που έχουν δημιουργηθεί έχει οδηγήσει και σε αύξηση της ζήτησης κτηνοτροφικών προϊόντων. Την ίδια στιγμή, το κόστος διατροφής των παραγωγικών ζώων έχει αυξηθεί σημαντικά με αποτέλεσμα να αυξάνεται και το κόστος διατροφής των ανθρώπων. Αυτός είναι και ο λόγος που τα τελευταία χρόνια γίνεται προσπάθεια αξιοποίησης εναλλακτικών πηγών θρεπτικών συστατικών που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως ζωοτροφές.Οι μεγάλες ποσότητες τροφίμων που χάνονται ή σπαταλώνται παγκοσμίως σε ετήσια βάση έχουν προκαλέσει ανησυχίες σχετικά με τον περιβαλλοντικό αντίκτυπο. Έτσι, έχει δοθεί μεγάλη σημασία στην ανακύκλωση και γενικότερη διαχείριση των υπολειμμάτων. Τα υπολείμματα αυτά που προέρχονται από τον χώρο της εστίασης θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν ως μια εναλλακτική πηγή ζωοτροφών, καθώς αποτελούν συστατικά πλούσια σε ενέργεια και θρεπτικά συστατικά. Ο όρος υπολείμματα αναφέρεται στα εδώδιμα υλικά που μπορεί να προκύψουν σε οποιοδήποτε στάδιο της αλυσίδας προμήθειας τροφίμων λόγω διαφόρων αιτιών. Τα υπολείμματα αυτά αφού υποστούν θερμική επεξεργασία μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη διατροφή των ζώων.Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής στο πλαίσιο του προγράμματος LIFE FOOD4FEED ήταν η αξιοποίηση τροφικών υπολειμμάτων που προέρχονταν από ξενοδοχειακές μονάδες της Κρήτης. Παράλληλα, διερευνήθηκαν τα διαιτητικά τους χαρακτηριστικά και έγινε εκτίμηση της χρήσης τους σε προκαθορισμένο ποσοστό στα σιτηρέσια μονογαστρικών ζώων και ειδικότερα σε παχυνόμενα ορνίθια και χοίρους. Μελετήθηκαν οι επιδράσεις σε παραμέτρους ανάπτυξης και σε επιλεγμένα χαρακτηριστικά της ποιότητας του κρέατος, ο προσδιορισμός επιλεγμένων αιματολογικών και βιοχημικών δεικτών, το βάρος εσωτερικών οργάνων, ο προσδιορισμός της πεπτικότητας της τροφής, η αποτύπωση του προφίλ των λιπαρών οξέων του κρέατος αλλά και ο προσδιορισμός της αντιοξειδωτικής του ικανότητας.Στο πλαίσιο της πειραματικής διαδικασίας πραγματοποιήθηκαν τέσσερις πειραματικές δοκιμές, οι δύο από τις οποίες αφορούσαν παχυνόμενα ορνίθια και οι δύο παχυνόμενους χοίρους. Στην πρώτη πειραματική δοκιμή με τα παχυνόμενα ορνίθια χρησιμοποιήθηκαν 200 νεοσσοί, ηλικίας μίας ημέρας, και κατανεμήθηκαν τυχαία σε 20 κελιά των 10 ορνιθίων το καθένα. Δημιουργήθηκαν 2 διατροφικές επεμβάσεις με 10 επαναλήψεις η κάθε μία. Η πρώτη διατροφική επέμβαση ήταν ο μάρτυρας (C) στην οποία χορηγήθηκε ένα εμπορικό σιτηρέσιο με βάση τον αραβόσιτο και το σογιάλευρο και η δεύτερη επέμβαση (Τ) κατανάλωνε το ίδιο σιτηρέσιο με ενσωμάτωση υπολειμμάτων εστίασης σε ποσοστό 15%. Τα δύο σιτηρέσια ήταν ισοαζωτούχα και ισοενεργειακά. Τα ορνίθια της ομάδας του μάρτυρα είχαν μεγαλύτερη κατανάλωση τροφής και σημείωσαν μεγαλύτερο σωματικό βάρος σε σχέση με τα ορνίθια της επέμβασης, την 42η ημέρα. Δεν παρατηρήθηκαν σημαντικές διαφορές στο βάρος των εσωτερικών οργάνων και στις αιματολογικές παραμέτρους. Διαφορές εντοπίστηκαν σε παραμέτρους προσδιορισμού του χρώματος, όπως στο συντελεστή που προσδιορίζει την ένταση του κίτρινου χρώματος στο κρέας, ενώ και η δύναμη διάτμησης ήταν χαμηλότερη στην ομάδα της επέμβασης σε σχέση με τον μάρτυρα. Ακόμα οι συγκεντρώσεις των κορεσμένων (SFA) και των μονοακόρεστων (MUFA) λιπαρών οξέων (%) στο μυϊκό ιστό ήταν μικρότερες για την ομάδα του μάρτυρα, ενώ ο λόγος PUFA/SFA ήταν μεγαλύτερος στην ομάδα του μάρτυρα από ότι στην ομάδα της διατροφικής επέμβασης. Η οξειδωτική σταθερότητα του κρέατος δεν ήταν διαφορετική μεταξύ των ομάδων. Η πεπτικότητα των λιπαρών και ινωδών ουσιών ήταν χαμηλότερη στην ομάδα του μάρτυρα σε σχέση με αυτή της επέμβασης με τα υπολείμματα εστίασης.Στην δεύτερη πειραματική δοκιμή με τα παχυνόμενα ορνίθια χρησιμοποιήθηκαν 240 νεοσσοί μίας ημέρας και κατανεμήθηκαν τυχαία σε 20 κελιά των 12 πτηνών το καθένα. Δημιουργήθηκαν 4 διατροφικές επεμβάσεις με 5 επαναλήψεις η κάθε μία. Υπήρχε η ομάδα του μάρτυρα (C) στην οποία χορηγήθηκε ένα εμπορικό σιτηρέσιο με βάση τον αραβόσιτο και το σογιάλευρο, η ομάδα NM που κατανάλωνε το ίδιο σιτηρέσιο με ενσωμάτωση υπολειμμάτων εστίασης σε ποσοστό 10% από τα οποία είχαν αφαιρεθεί υπολείμματα κρέατος, η ομάδα NS στην οποία τα υπολείμματα εστίασης περιείχαν υπολείμματα κρέατος και δεν είχαν υποστεί αποστείρωση συμμετείχαν σε ποσοστό 10% και η ομάδα S που κατανάλωνε υπολείμματα τα οποία περιείχαν κρέας και είχαν αποστειρωθεί σε ποσοστό 10%. Τα σιτηρέσια ήταν ισοαζωτούχα και ισοενεργειακά. Η ομάδα NM σημείωσε σημαντικά χαμηλότερο σωματικό βάρος σε σχέση με την ομάδα του μάρτυρα. Δεν σημειώθηκαν σημαντικές διαφορές στις συγκεντρώσεις των αιματολογικών παραμέτρων και στα βάρη των εσωτερικών οργάνων με εξαίρεση το θύλακα του Fabricius. Οι παράμετροι ποιότητας του κρέατος δεν διέφεραν, όπως και η οξειδωτική σταθερότητά του. Διαφορές εντοπίστηκαν στην πεπτικότητα της οργανικής ουσίας, η οποία ήταν σημαντικά μεγαλύτερη στην ομάδα του μάρτυρα σε σχέση με τις υπόλοιπες και στην πεπτικότητα των ινωδών ουσιών που επίσης ήταν σημαντικά μεγαλύτερη σε σχέση με τις ομάδες NS και S. Η συγκέντρωση των SFA ήταν σημαντικά μεγαλύτερη στην ομάδα NS, ενώ των MUFA στην ομάδα S, στην οποία ο λόγος PUFA/SFA ήταν σημαντικά μικρότερος.Στην πρώτη πειραματική δοκιμή με παχυνόμενους χοίρους, χρησιμοποιήθηκαν 19 ευνουχισμένοι χοίροι της φυλής Duroc×Large white×Landrace. Δημιουργήθηκαν 2 διατροφικές επεμβάσεις, ο μάρτυρας (C) και η επέμβαση DHR (dried hotel residues) με 10 και 9 χοίρους αντίστοιχα. Η ομάδα του μάρτυρα κατανάλωνε ένα εμπορικό σιτηρέσιο πάχυνσης με βάση τον αραβόσιτο και το σογιάλευρο και στην ομάδα DHR χορηγήθηκε το ίδιο σιτηρέσιο με ενσωμάτωση υπολειμμάτων εστίασης σε ποσοστό 10%. Η ημερήσια αύξηση σωματικού βάρους ήταν χαμηλότερη στην ομάδα DHR. Το pH στο κρέας ήταν σημαντικά χαμηλότερο στην ομάδα DHR, και οι αιματολογικές παράμετροι σημείωσαν διαφορές μεταξύ των ομάδων. Συγκεκριμένα, η συγκέντρωση των SGOT-AST, SGPT-ALT και της χοληστερόλης ήταν σημαντικά υψηλότερη για την ομάδα της επέμβασης. Το σύνολο των SFA ήταν σημαντικά μικρότερο στην ομάδα DHR, ενώ διέφερε και το άθροισμα n-3 που ήταν σημαντικά αυξημένο στην ομάδα DHR, ενώ ο λόγος n-6/n-3 είχε αντίθετη εικόνα. Η αντιοξειδωτική ικανότητα δε διέφερε για τις δύο ομάδες, ενώ η πεπτικότητα των ινωδών ουσιών ήταν σημαντικά χαμηλότερη στην ομάδα του μάρτυρα σε σχέση με την ομάδα DHR.Στη δεύτερη πειραματική δοκιμή με παχυνόμενους χοίρους, χρησιμοποιήθηκαν 20 ευνουχισμένοι χοίροι της φυλής Duroc×Large white×Landrace. Δημιουργήθηκαν 2 διατροφικές επεμβάσεις, ο μάρτυρας (C) και η επέμβαση DHR. Κάθε ομάδα αποτελούνταν από 10 χοίρους. Η ομάδα του μάρτυρα κατανάλωνε ένα εμπορικό σιτηρέσιο πάχυνσης με βάση τον αραβόσιτο και το σογιάλευρο και στην ομάδα DHR χορηγήθηκε το ίδιο σιτηρέσιο με ενσωμάτωση υπολειμμάτων εστίασης σε ποσοστό 8%, από τα οποία όμως είχαν αφαιρεθεί τα υπολείμματα κρέατος. Δεν παρατηρήθηκαν σημαντικές διαφορές στις παραμέτρους ανάπτυξης, στους αιματολογικούς δείκτες, στις παραμέτρους ποιότητας του κρέατος, στο προφίλ των λιπαρών οξέων του κρέατος και στην οξειδωτική σταθερότητά του. Συμπερασματικά, από τις πειραματικές δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν στα πλαίσια της παρούσας μελέτης υποστηρίζεται η χρησιμοποίηση των υπολειμμάτων εστίασης στη διατροφή των μονογαστρικών ζώων. Ο έλεγχος της ασφάλειας και η εξασφάλιση της ποιότητας των υπολειμμάτων είναι ωστόσο πρωταρχικός στόχος. Η συνέχιση της έρευνας σχετικά με τα υπολείμματα εστίασης κρίνεται απαραίτητη, προκειμένου να διασφαλιστεί η χρησιμοποίηση ενός προϊόντος που θα μειώσει το κόστος της διατροφής των ζώων και θα συνεισφέρει ουσιαστικά στην βελτίωση της βιωσιμότητας του κλάδου της ζωικής παραγωγής