project - EIP-AGRI Operational Group

MICOALGAFEED - Reduction of antibiotics in livestock farming through a natural diet based on the use of fungi and algae
MICOALGAFEED - Reducción de antibióticos en ganadería a través de una alimentación natural basada en el uso de hongos y algas

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Completed | 2021 - 2023 Spain
Completed | 2021 - 2023 Spain
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Objectives

Main objective: To reduce or eliminate the use of 
antibiotics in broiler growing farms through the use of 
industrial residues of fungi and microalgae.
Specific objectives:
- Design and development functional raw materials based 
on fungi and microalgae for the livestock sector.
- In vitro evaluation of the antimicrobial, 
immunomodulatory and anti-inflammatory capacity and 
analytically characterization of the ingredients and 
formulated feeds.
- In vivo evaluation of the efficiency of the experimental 
feeds in the poultry farm.

Objectives

Objetivo principal: Reducir o eliminar el uso de antibiótico 
en granjas de crecimiento de broilers mediante el uso de 
residuos industriales de hongos y microalgas.
Objetivos específicos:
- Diseñar y desarrollar materias primas funcionales a 
base de hongos y microalgas dirigidas al sector 
ganadero.
- Evaluar in vitro la capacidad antimicrobiana, 
inmunomoduladora y antiinflamatoria y caracterizar 
analíticamente los ingredientes y piensos formulados
- Evaluar in vivo la eficacia de los piensos 
experimentales en la granja avícola.
 

Activities

Production of ingredients based on fungi and algae.
Selection of various ingredients/combinations to be 
incorporated into the animals feed with greater 
antimicrobial, immunoglobulizing and/or anti inflammatory capacity.
Obtaining and selecting feeds on a pilot scale and 
calculating the necessary quantities of ingredients to 
maintain the effectiveness after the necessary treatments.
Selection of feeds after simulation of the avian 
gastrointestinal digestion process.
Analytical characterization of the ingredients and selected 
feeds.
Evaluation of feeds in experimental farm 

Activities

Fabricación de los ingredientes a base de hongos y algas.
Selección de varios ingredientes/combinaciones a 
incorporar en el pienso con mayor capacidad 
antimicrobiana, inmunoglobuldora y/o antiinflamatoria.
Obtención y selección de piensos a escala piloto y 
cálculo de cantidades necesarias de ingredientes para 
mantener la efectividad tras los tratamientos necesarios.
Selección de piensos tras la simulación del proceso de 
digestión gastrointestinal aviar.                                Caracterización analítica de los ingredientes y piensos 
seleccionados.
Evaluación de los piensos en granja experimental 

Project details
Main funding source
Rural development 2014-2020 for Operational Groups
Rural Development Programme
2014ES06RDNP001 España - Programa Nacional de Desarrollo Rural
Location
Main geographical location
A Coruña
Other geographical location
Pontevedra, Asturias

EUR 524 848.00

Total budget

Total contributions from EAFRD, national co-financing, additional national financing and other financing.

Resources

Audiovisual Material

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6 Practice Abstracts

R6 - Evaluation of the feeds following the study in the experimental farm, derived from the productive, epidemiological, clinical controls, pathogen fecal analysis, and the immune system status, conducted during the in vivo trial. Selection/classification of the validated feeds based on efficacy.

The nutritional, microbiological, antimicrobial and immunomodulatory characterization of the experimental feeds has been completed, as well as the zootechnical assessment of the in vivo trial. This has led to the development of a clinical, epidemiological, and productive checklist, as well as a study of feces and blood to evaluate the effect of the experimental feeds. Following the in vitro evaluation of the immunomodulatory and anti-inflammatory effects, the immunostimulatory effect of the large-scale manufactured feeds should be highlighted. The results obtained also show that no significant differences were found between the different feeds in the parameters related to the immune system status. Cytokine concentration data in blood exhibited high variability, likely due to difficulties in sample extraction and the low concentration (at the pg/ml level) in protein detection.

R6 - Evaluación de los piensos tras el estudio en la granja experimental, derivados de los controles productivos, epidemiológicos, clínicos, de patógenos en heces y del estado del sistema inmunitario, realizados durante el ensayo in vivo. Selección/clasificación de los piensos validados por grado de eficacia.

Se ha completado la caracterización nutricional, microbiológica y del efecto antimicrobiano e inmunomodulador de los piensos experimentales, así como la valoración zootécnica de la prueba in vivo. Con ello, se ha elaborado el checklist clínico, epidemiológico 

y productivo y estudio de heces y sangre para evaluar el efecto de los piensos experimentales. Tras la evaluación in vitro del efecto inmunomodulador y antiinflamatorio, cabe destacar el efecto inmunoestimulante de los piensos fabricados a gran escala. Los resultados obtenidos también muestran que no se han encontrado diferencias significativas entre los distintos piensos en los parámetros relativos al estado inmunitario. Los datos de concentración de citoquinas en sangre han presentado una alta variabilidad, probablemente debido a la dificultad en la extracción de muestras y la baja concentración (a nivel de pg/ml) en la detección de las proteínas. 

R5 - Analytical characterization of the 3 ingredients and the selected feeds in vitro for their greater efficacy.

The analytical and microbiological characterization of the experimental feeds was carried out, concluding that all of them met the quality parameters regarding the physicochemical parameters analyzed, as well as the microbiological results. The presence of mycotoxins was also analyzed, and results were in compliance with the quality limits established for each mycotoxin and for the experimental feed, therefore not affecting the final feed quality.

On the other hand, a triplicate analysis was performed for each type of experimental feed regarding trace elements (macrominerals), which serve as markers for the homogeneity and proper integration of raw materials and concentrates. The results obtained allowed us to conclude that all are compliant and aligned with the formulation, with slight variations in some parameters due to the higher contribution of the concentrates, though these were not significant. Furthermore, durability, acidity, and granulometric quality were analyzed, and these also fell within the expected parameters.

Finally, an analytical evaluation of the selected feeds and ingredients was carried out (physicochemical characterization, microbiological characterization, biomolecular analysis, characterization of undesirable substances, and shelf-life study)

R5 - Caracterización analítica de los 3 ingredientes y de los piensos seleccionados in vitro por su mayor eficacia.

Se obtuvo la caracerización analítica y microbiológica de los piensos experimentales, concluyendo que todos ellos cumplían con los parámetros de calidad en cuanto a los parámetros fisicoquímicos analizados, así como a los resultados microbiológicos. También se analizó la presencia de micotoxinas y se obtuvieron resultados conformes según los límites de calidad establecidos para cada micotoxina y para pienso experimental, sin que supongan por tanto afección en la calidad final del pienso.

Por otro lado, se realizó un análisis por triplicado para cada tipo de pienso experimental de los elementos traza (macrominerales) que sirven de marcadores de la homogeneidad y correcta integración de materas primas y núcleos. Los resultados obtenidos permitieron concluir que todos son conformes y ajustados a la formulación, con ligeras variaciones en alguno de los parámetros debido a la aportación a mayores de los núcleos, si bien no fueron significativos. Asimismo, se analizó la durabilidad, acidez y la calidad granulométrica, que también resultó dentro de los parámetros previstos.

Por último, se ha procedido a la evaluación en términos analíticos de los piensos e ingredientes seleccionados (caracterización físico-química, caracterización microbiológica,  análisis biomolecular, caracterización de sustancias no deseadas y estudio de vida útil).

R4 - Selection of up to 6 feeds formulated with ingredients that, after simulating the avian gastrointestinal digestion process, show antimicrobial, immunomodulatory, and/or anti-inflammatory capacity.

In vitro avian gastrointestinal digestion simulation tests were conducted with feeds incorporating the selected ingredients, obtaining the gastrointestinal digests of the formulated feeds, which allowed the evaluation of their antimicrobial and immunomodulatory capacities. The antimicrobial capacity of the digests of the feeds supplemented with mushroom and/or algae-based ingredients was also assessed, with no antimicrobial effects found against the target microbiota under the tested conditions. Finally, the evaluation of the digests of the formulated feeds showed a potential beneficial effect, specifically an immunostimulant effect, for the feeds formulated with the mushroom+microalgae combination. None of the digests of the formulated feeds showed negative results regarding immunomodulatory or anti-inflammatory activity.

Therefore, the results obtained demonstrate that none of the formulated feeds showed a negative effect, and even in the in vitro experiments, a potentially beneficial effect on the avian immune system was observed.

R4 - Selección de hasta 6 piensos formulados con los ingredientes que, tras simular el proceso de digestión gastrointestinal aviar, muestran capacidad antimicrobiana, inmunomoduladora y/o antiinflamatoria.

Se han realizado los ensayos de simulación de la digestión gastrointestinal aviar in vitro con los piensos que incorporan los ingredientes seleccionados, obteniendo el digerido gastrointestinal de los piensos formulados que ha permitido evaluar su capacidad antimicrobiana e inmunomoduladora.También se ha realizado la evaluación de capacidad antimicrobiana de los digeridos de los piensos aditivados con ingredientes a base de hongos y/o algas, no encontrándose efectos antimicrobianos frente a la microbiota diana en las condiciones ensayadas. Por último, se ha realizado la evaluación de los digeridos de los piensos mostrando un potencial efecto beneficioso, en concreto un efecto inmunoestimulante, de los piensos formulados que incluyen la combinación hongo+microalga. Ninguno de los digeridos de los piensos formulados ha mostrado un resultado negativo frente a la actividad inmunomoduladora o antiinflamatoria.

Por lo tanto, los resultados obtenidos demuestran que ninguno de los piensos formulados ha mostrado un efecto negativo, e incluso en los experimentos in vitro se ha observado que podrían causar un efecto beneficioso en el sistema inmunitario aviar.

R3 - Obtaining and selecting up to 6 pilot-scale feeds and calculating the necessary quantities of each ingredient to maintain the ingredient's effectiveness after the required treatments for its addition to the feeds.

It was determined that the best solution was to ensure the same nutrient concentration in all batches, incorporating the new ingredients to be tested into the formulas as follows:

- LOT 1 → 1% DIATOMITE

- LOT 2 → 0.2% MUSHROOMS + 0.8% DIATOMITE

- LOT 3 → 0.8% ALGAE + 0.2% DIATOMITE

- LOT 4 → 0.2% MUSHROOMS + 0.8% ALGAE

It was determined that all feeds should be produced with the same raw materials in case the evaluation of these after NIR analysis did not exactly match the reality. It was decided that it was preferable to evaluate a formula for the same production stage (starter feed) and introduce as a variable the presence or absence of coccidiostat in the vitamin-mineral supplement, rather than evaluating the formula for the other production stage (finishing feed).

In total, 8 types of feed were formulated and produced, which were identified as follows:

- T-1: Control Feed with Valencia Supplement

- T-2: Control Feed with Valencia Supplement + Mushrooms

- T-3: Control Feed with Valencia Supplement + Algae

- T-4: Control Feed with Valencia Supplement + Mushrooms + Algae

- T-5: Control Feed with Tudela Saline Supplement

- T-6: Control Feed with Tudela Supplement + Mushrooms

T-7: Control Feed with Tudela Supplement + Algae

T-8: Control Feed with Tudela Supplement + Mushrooms + Algae

R3 - Obtención y selección de hasta 6 piensos a escala piloto y cálculo de las cantidades necesarias de cada ingrediente para mantener la efectividad del ingrediente tras los tratamientos necesarios para su adición a los piensos.

Se estipuló que la mejor solución era asegurar la misma concentración de los nutrientes del pienso en todos los lotes e incorporando en las fórmulas los nuevos ingredientes a testar de la siguiente forma: 

- LOTE 1 → 1% DIATOMEA

- LOTE 2 → 0,2% HONGOS + 0,8% DIATOMEA

- LOTE 3 → 0,8% ALGAS + 0,2% DIATOMEA

- LOTE 4 → 0,2% HONGOS + 0,8% ALGAS

Se determinó que todos los piensos se fabricaran con las mismas materias primas por si la valoración de las mismas tras los análisis vía NIR no se ajustaba 100% a la realidad. Se decidió que era preferible evaluar una fórmula para la misma etapa productiva (pienso de arranque) e introducir como variante la presencia o no de coccidiostato en el corrector vitamínico-mineral que, evaluar la fórmula para la otra etapa productiva (pienso de terminación).

En total se formularon y fabricaron 8 tipos de pienso que se identificaron de la siguiente manera:

- T-1: Pienso Control con Corrector Valencia

- T-2: Pienso Control con corrector Valencia + Hongos

- T-3: Pienso Control con corrector Valencia + Algas

- T-4: Pienso Control con corrector Valencia + Hongos + Algas

- T-5: Pienso Control con Corrector Tudela Salino

- T-6: Pienso Control con corrector Tudela + Hongos

- T-7 Pienso Control con corrector Tudela + Algas

- T-8 Pienso Control con corrector Tudela + Hongos + Algas

R2 - Selection of ingredients/mixtures to be incorporated into the feed with the highest antimicrobial, immunomodulatory, and/or anti-inflammatory capacity.

In vitro evaluation of the antimicrobial capacity against 3 avian pathogens and the immunomodulatory and anti-inflammatory capacity of ingredients of interest was carried out to select ingredients with the highest biological effect.

Specifically, the antimicrobial capacity of mushroom-based ingredients was evaluated using 3 methodologies: the ecometric method, the turbidity method, and the turbidity method after a methanol extraction of the ingredients. No antimicrobial effects were found against the target microbiota under the tested conditions. An evaluation of the ingredients was also conducted, showing a potential beneficial effect, including both immunostimulatory and anti-inflammatory effects, allowing for the selection of samples for the next activities (Sample 1 of mushrooms and sample Cv (Chlorella vulgaris) of microalgae).

Having shown a positive effect in both molecular contexts or macrophage phenotypes, the Cv (Chlorella vulgaris) sample was selected as the algae sample to incorporate into the feed, and it was used to test different combinations throughout all the project activities.

R2 - Selección de los ingredientes/combinaciones a incorporar en el pienso con mayor capacidad antimicrobiana, inmunomoduladora y/o antiinflamatoria.

Se ha realizado evaluación in vitro de la capacidad antimicrobiana a 3 patógenos aviares y de la capacidad inmunomoduladora y antiinflamatoria de ingredientes de interés para seleccionar los ingredientes con mayor efecto biológico. 

Concretamente, se ha realizado la evaluación de capacidad antimicrobiana de los ingredientes a base de hongos mediante 3 metodologías: método ecométrico, método de turbidez y método de turbidez tras una extracción en metanol de los ingredientes, no siendo posible encontrar efectos antimicrobianos frente a la microbiota diana en las condiciones ensayadas. También se ha realizado la evaluación de los ingredientes mostrando un potencial efecto beneficioso, tanto un efecto inmunoestimulante como antiinflamatorio, permitiendo la selección de las muestras para las próximas actividades (muestra 1 de hongos y muestra Cv (Chlorella vulgari)s de microalgas).

Por haber mostrado un efecto positivo en ambos contextos moleculares o fenotipos de los  macrófagos, se seleccionó la muestra Cv (Chlorella vulgaris) como muestra de alga para incorporar a los  piensos y con la que se testaron las distintas combinaciones a lo largo de todas las actividades del proyecto.

R1 - Selection and manufacturing of mushroom and microalgae-based ingredients for the innovation project.

Firstly, based on the various studies consulted, it is concluded that mushrooms and some of their molecules can play a significant role in poultry production: (1) Polysaccharides present in mushrooms can act as immunomodulators and agents with antibacterial, antiviral, and antiparasitic activity; (2) Phenolic compounds isolated from mushrooms can act as antioxidants; (3) Some mushroom species can be used in broiler chicken diets as growth promoters and as a natural alternative to antibiotics; (4) Some mushrooms can improve egg production and quality; (5) Some mushrooms can be used as a safe and effective alternative to induce molting, enhance immunity, reduce the growth of Salmonella and other enteropathogens, and return to egg production. However, further studies are needed to investigate the effects of mushrooms on the improvement of productive performance in chickens and to study the mechanisms by which mushrooms affect the intestinal microbiota and the immune response in birds.

After the bibliographic analysis, pilot industrial processing of samples from selected mushroom species with high scientific interest was carried out: Ganoderma lucidum, Lentinula edodes, Agaricus bisporus, Coriolus versicolor, Cordyceps sinensis, Cordyceps militaris, Pleurotus ostreatus, Grifola frondosa, Polyporus umbellatus, Hericium erinaceus, Pleurotus eryngii, and Agaricus blazei.

R1 - Selección y fabricación de los ingredientes a base de hongos y microalgas que van a participar en el proyecto de innovación. 

En primer lugar, a partir de los diferentes estudios consultados, se concluye que, los hongos y algunas de sus moléculas pueden jugar un importante papel en la producción avícola: (1) polisacáridos presentes en los hongos pueden actuar como inmunomoduladores y agentes con actividad antibacteriana, antiviral y antiparasitaria; (2) compuestos fenólicos aislados en los hongos pueden actuar como antioxidantes; (3) algunas especies de hongos pueden ser utilizadas en la dieta del pollo de engorde como promotores del crecimiento y como alternativa natural a los antibióticos; (4) algunos hongos pueden mejorar la producción y la calidad de los huevos; (5) algunos hongos pueden utilizarse como una alternativa segura y eficaz para inducir la muda, mejorar la inmunidad, reducir el crecimiento de Salmonella y otros enteropatógenos y retornar a la producción de huevos. Sin embargo, se necesitan estudios adicionales para investigar los efectos de los hongos en la mejora del rendimiento productivo de los pollos y estudiar los mecanismos de acción por los cuales los hongos actúan sobre la microbiota intestinal y la respuesta inmune de las aves.

Tras el análisis bibliográfico, se dió paso al procesado industrial piloto delas muestras de las especies de hongos seleccionadas por su elevado interés científico: Ganoderma lucidum, Lentinula edodes, Agaricus bisporus, Coriolus versicolor, Cordyceps sinensis, Cordyceps militaris, Pleurotus ostreatus, Grifola frondosa, Polyporus umbellatus, Hericium erinaceus, Pleurotus eryngii y Agaricus blazei.

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Contacts

Project coordinator

  • Fundación Empresa Universidad Gallega

    Project coordinator

Project partners

  • Hifas Veterinary S.L.

    Project partner

  • Neoalgae Micro Seaweeds Products S.L.

    Project partner

  • UVE S.A.

    Project partner