Evaluation of suitability of non-toxic and detoxified Jatropha curcas L. meal as feed for fingerling common carp, Cyprinus carpio L., with reference to phytase application

Abstract

Jatropha curcas L. is a hardy plant which can thrive on marginal degraded lands. Jatropha seeds contain about 300-350g kg-1 oil, which is used as fuel or in transesterified form as a substitute for diesel; they also have considerable protein quality. However, Jatropha contains antinutrients such as lectins, trypsin inhibitors and phytic acids at high levels and in toxic varities phorbolesters cause detrimental effect. Common carp fed heat-treated non-toxic Jatropha meal (JM) has been shown to have higher weight gain and protein efficiency ratio than those fish fed untreated JM. However, these parameters were significantly lower in the aforementioned trial when compared to fish fed a fish meal (FM) based diet. Reduced growth performance in fish fed non-toxic JM might be attributable to the deficiency of some essential amino acids such as lysine, to high levels of phytic acids or the presence of antinutrients. These may indicate the need for additional processing of JM for common carp. This work was therefore conducted to test various ways of further improving the nutritional quality of JM to increase the levels of inclusion in diets for common carp. In the first experiment, four diets based on 50% replacement of FM with defatted non-toxic JM were formulated, one with no further JM treatment, the second with 80% aqueous ethanol extraction before diet formulation, the third supplemented with 1% L-lysine and the fourth with 500 FTU phytase (5000G, Natuphos). These were compared to a standard, FM based diet. The results showed that diets with 500 FTU/kg phytase or 1% L-lysine could maintain common carp?s growth performance at a level comparable to fish fed a FM diet. Fish fed diets containing JM and ethanol treated JM had significantly lower growth performance than the control. The addition of 1% L-lysine or 500 FTU phytase enhanced percent body weight gain, food conversion efficiency and specific growth rate to a level comparable to those of the control. Furthermore, the addition of 500 FTU phytase significantly increased whole body Mg, P and K to the levels of those fish fed Diet Control. When the level of JM replacement was increased from 50% to 75% while at the same time supplementing the diets with inorganic phosphorus (Experiment 2), however, a significant decrease in body weight gain of common carp was observed both with and without 500 FTU phytase. In a third experiment, the effect of JM diets with added phytase but without phosphorous supplementation was therefore investigated in more detail. At the end of the eight week trial, phytase supplementation had not affected body mass gain (BMG), food conversion ratio (FCR) and specific growth rate (SGR) of fish. However, whole body phosphorous (P), P gain and P retention were significantly improved in fish fed JM with phytase supplementation when this was compared to the fish fed JM without phytase. Moreover, fish fed JM diets indicated higher O2 consumption per gramme body mass gain than carp fed FM diets. Energy expenditure per gramme protein retained was significantly higher for fish fed JM with or without phytase addition, indicating that the utilisation of JM was associated with higher energy costs for the fish. In the final experiment, the nutritional quality of non-toxic JM was compared to that of the toxic variety once appropriate measures had been taken to detoxify the latter. FM was replaced with either of the two at 75% of total dietary protein, for each Jatropha variety once without further supplementation and once supplemented with 500 FTU phytase and 1% lysine. The results of this experiment indicated that there was no significant differences in final body mass (FBM), % BMG, feed intake (FI), FCR and specific growth rate (SGR) of fish fed diets Control and non-toxic, supplemented JM. However, fish fed diets based on detoxified or non-toxic, unsupplemented Jatropha showed significantly inferior growth parameters when compared to carp fed the first two diets (p<0.05). Whole body P was significantly higher in fish fed the Control and non-toxic JM diets (with/without phytase and lysine) than fish fed either of the two detoxified JM diets (p<0.05). The depressed growth performance in the group fed detoxified JM could imply that the detoxification process was not complete and traces of phorbolesters may still be present in the diets. This work has shown that, given proper treatment, JM can act as a suitable replacement for FM at high levels in diets for common carp. The results of this work suggest that phytase addition to enhance phosphorous availability and lysine supplementation to correct the essential amino acid imbalance are two factors that have significant effects in improving JM suitability for common carp.

Jatropha curcas L. ist eine robuste Pflanze, die an marginalen Standorten gedeiht. Jatrophasamen enthalten etwa 300-350g/kg Öl, welches als Brennstoff oder in transesterifizierter Form als Dieselersatz benutzt wird, zudem haben sie eine hohe Proteinqualität. Leider enthält Jatropha auch Antinutritiva, z.B. Lektine, Trypsininhibitoren und größere Mengen an Phytinsäuren, in toxischen Sorten auch Phorbolester. Gemeine Karpfen die mit hitzebehandeltem, nicht-toxischen Jatrophamehl (JM) gefüttert werden, zeigen höhere Gewichtszunahmen und Proteineffizienz als Karpfen, die unbehandeltes JM bekommen. Dennoch sind diese Werte schlechter als bei Fischen, die auf Fischmehl (FM) basierendes Futter bekommen. Das schlechtere Wachstum von mit JM gefütterten Fischen ist möglicherweise auf einen Mangel an essentiellen Aminosäuren wie Lysin und auf hohe Phytinsäure- und Antinutritivawerte zurückzuführen. Dies deutet darauf hin, daß eine weitergehende Behandlung des JM nötig ist. In dieser Arbeit wurden daher diverse Behandlungsmethoden untersucht, um die Futterqualität von JM für gemeine Karpfen zu steigern. Im ersten Experiment wurden vier Diäten mit entfettetem, nicht-toxischen JM untersucht, welches FM zu 50% Proteinäquivalenz ersetzte, eine ohne weitere Behandlung des JM, die zweite nach Extrahierung mit 80% Ethanol, die dritte und vierte mit 1% Lysin- bzw. 500 FTU Phytasesupplementierung (50000G, Natuphos). Diese wurden mit einer FM-basierten Standarddiät verglichen. Die mit den beiden lysin- bzw. phytasesupplementieren Diäten gefütterten Fische hatten ähnliche Wachstumswerte wie die, welche die Kontrolldiät bekamen. Die mit unbehandeltem oder lediglich ethanolextrahiertem JM gefütterten Fische wuchsen jedoch signifikant langsamer als die Kontrollgruppe. Der Zusatz von 1% Lysin oder 500 FTU Phytase verbesserte die prozentuale Gewichtszunahme, Futterkonvertiereffizienz und spezifische Wachstumsrate auf ähnliche Werte wie die der Kontrollgruppe. Zudem waren die Körpergehalte an Magnesium, Phosphor und Kalium in den phytasesupplementierten Fischen denen der Kontrollgruppe gleich. Durch die Erhöhung des JM Anteils im Futtermittel von 50% auf 75% bei gleichzeitiger Posphatsupplementierung (Experiment 2), wurde jedoch eine signifikante Abnahme in Körperzuwachs in Fischen mit oder ohne 500 FTU Phytase beobachtet. In einem dritten Experiment wurde der Einfluß von Diäten mit Supplementierung durch Phytase aber ohne Phosphor eingehender untersucht. Nach der achtwöchigen Untersuchung zeigte sich, daß die Phytasesupplementierung keinen Einfluß auf Gewichtszunahme, Futterkonvertier- und spezifische Wachstumsrate hatte, die Zunahme, Retention von und Körpergehalt an Phosphor jedoch signifikant höher als in Fischen ohne solche Supplementierung waren. Zusätzlich hatten die mit JM gefütterten Fische einen höheren Sauerstoffverbrauch als Fische, die FM bekamen. Der Energieverbrauch pro retiniertem Gramm Protein war ebenfalls in den mit JM gefütterten Fischen höher, was die gesteigerten energetischen Kosten dieser Diät unterstreicht. Im letzten Experiment wurde die nutritive Qualität von nicht-toxischem JM mit der von Mehl einer toxischen Sorte verglichen, nachdem letztere durch weitergehende Maßnahmen detoxifiziert worden war. FM wurde zu 75% Proteinäquivalenz ersetzt, bei beiden Jatrophasorten einmal ohne weitere Supplementierung und einmal mit 1% Lysin und 500 FTU Phytase. Die Ergebnisse zeigten keine signifikanten Unterschiede in Endgewicht, % Gewichtszunahme, Futteraufnahme, Futterkonvertierung und spezifischer Wachstumsrate bei Fischen, die FM oder nicht-toxisches, supplementiertes JM bekommen hatten. Hingegen lagen diese Wachstumsparameter in Fischen, die unsupplementiertes oder toxisches JM erhalten hatten signifikant niedriger (p<0,05). Der Phosphorgehalt der Körper von Fischen mit FM oder nicht-toxischem JM (mit oder ohne Phytase-/Lysinsupplementierung) war ebenfalls höher als der von mit toxischem JM gefütterten Fischen (p<0,05). Das geringere Wachstum indiziert, daß der Detoxifizierungsprozess nicht vollkommen erfolgreich gewesen und daß Spuren von Phorbolestern in den entsprechenden Diäten enthalten waren. Diese Arbeit zeigt, daß JM bei korrekter Bearbeitung als adäquater Ersatz in höheren Mengen für FM in Diäten für gemeine Karpfen benutzt werden kann. Die Ergebnisse deuten an, daß die Supplementierung durch Phytase um die Phosphoraufnahme zu steigern sowie Lysin um das Verhältnis der essentiellen Aminosäuren ausgewogener zu machen einen bedeutenden Einfluß auf die Qualität von JM beim gemeinen Karpfen hat.