Lactobacillus Fermentation of Jatropha Kernel Cake: Nutritional Composition, Anti-Nutritional Factors, and Mineral Bioavailability

Abstract

Jatropha kernel cake (JKC), a by-product of biodiesel production, contains valuable nutrients but is limited in use due to toxic phorbol esters and other anti-nutritional factors (ANFs). While previous studies have reported improvements in proximate composition after lactobacillus (LAB) fermentation, limited data exist on ANFs reduction and mineral bioavailability. This study was designed to investigate the effectiveness of LAB fermentation in improving the nutrient composition, degrading ANFs and enhancing mineral concentrations in JKC. Defatted JKC was fermented with Lactobacillus acidophilus-DLB07, Lactiplantibacillus plantarum-DLB13, Lactobacillus rhamnosus-DLB23, and a co-culture of the three strains for 7 days at 37 °C. Phorbol esters were quantified using HPLC. Other ANFs (phytate, tannins, saponins, and trypsin inhibitor) were analysed using standard methods, and mineral concentrations were determined by atomic absorption spectrophotometry. Data were analysed using one-way ANOVA. Lactobacillus fermentation significantly (p < 0.05) improved crude protein by 22.41%, and decreased the crude fibre (39.71%), reduced ANFs compared with untreated JKC, with the co-culture showing the greatest reductions in phorbol esters (0.03 mg/g vs. 0.08 mg/g control), phytate (1.32% vs. 6.80%), tannins, saponins, and trypsin inhibitor. Fermentation also enhanced mineral contents, notably calcium, iron, and zinc. Mechanistic insights suggest that microbial phytase and organic acid production contributed to ANFs degradation and mineral release.

Lactobacillus fermentation effectively detoxified JKC and improved mineral bioavailability, with co-cultures being the most efficient. These findings extend earlier reports on proximate composition and highlight the potential of LAB-fermented JKC as a safe, nutrient-enriched feed ingredient.

Le tourteau de graines de Jatropha (TGJ), un sous-produit de la production de biodiesel, contient des nutriments précieux mais son utilisation est limitée en raison des esters de phorbol toxiques et d’autres facteurs anti-nutritionnels (ANFs). Bien que des études antérieures aient rapporté des améliorations de la composition globale après fermentation par des lactobacilles (LAB), les données sur la réduction des ANFs et la biodisponibilité des minéraux sont limitées. Cette étude a été conçue pour évaluer l’efficacité de la fermentation par des LAB à améliorer la composition nutritionnelle, à dégrader les ANFs et à augmenter les concentrations en minéraux du TGJ. Du JKC dégraissé a été fermenté avec Lactobacillus acidophilus-DLB07, Lactiplantibacillus plantarum-DLB13, Lactobacillus rhamnosus-DLB23, et un co-culture des trois souches pendant 7 jours à 37°C. Les esters de phorbol ont été quantifiés par HPLC. Les autres ANFs (phytate, tanins, saponines et inhibiteur de trypsine) ont été analysés par des méthodes standards, et les concentrations minérales ont été déterminées par spectrophotométrie d’absorption atomique. Les données ont été analysées par ANOVA à un facteur. La fermentation par les lactobacilles a significativement (p < 0,05) amélioré la teneur en protéines brutes de 22,41%, et diminué la teneur en fibres brutes (39,71%) et réduit les ANFs par rapport au TGJ non traité, la co-culture montrant les réductions les plus importantes pour les esters de phorbol (0,03 mg/g contre 0,08 mg/g témoin), le phytate (1,32% contre 6,80%), les tanins, saponines et inhibiteur de trypsine. La fermentation a également augmenté les teneurs en minéraux, notamment le calcium, le fer et le zinc. Des perspectives mécanistiques suggèrent que la production de phytase microbienne et d’acides organiques a contribué à la dégradation des ANFs et à la libération des minéraux. La fermentation par les lactobacilles a efficacement détoxifié le TGJ et amélioré la biodisponibilité minérale, les co-cultures étant les plus efficaces. Ces résultats étendent les rapports antérieurs sur la composition globale et soulignent le potentiel du TGJ fermenté par des LAB comme ingrédient alimentaire sûr et enrichi en nutriments.