di Roberto Acosta, Yoav Rosen e, Ra'anan Ariav, Phibro Acqua, Phibro Animal Health Corporation, Ecuador e Phibro Aqua, Phibro Animal Health Corporation, Israele

La produzione di pesce è in costante aumento dalla fine degli anni '80 grazie al contributo del settore dell'acquacoltura. Inoltre, la domanda di specie di acquacoltura come i pesci, crostacei, e si prevede che i crostacei continueranno a crescere nel prossimo futuro.

Per tenere il passo con questa richiesta prevista di frutti di mare, il settore dell'acquacoltura deve sviluppare soluzioni innovative e rispettose dell'ambiente che migliorino la sopravvivenza e la crescita delle specie allevate, riducendo contemporaneamente i costi di produzione.

I mangimi per acquacoltura svolgono un ruolo cruciale sulle prestazioni e sulla salute delle specie di allevamento, e rappresenta gran parte dei costi di produzione. È, perciò, fondamentale per continuare a sviluppare mangimi che aumentino l'efficienza dei mangimi, migliorare la salute degli animali, e produrre meno rifiuti.

Gli additivi per mangimi hanno svolto un ruolo importante per migliorare i mangimi acquatici. saponine, per esempio, sono un importante e consolidato additivo per mangimi nell'acquacoltura ittica. In questo articolo, vengono esplorati gli effetti benefici delle saponine come additivi per mangimi, con particolare enfasi sul suo utilizzo per la coltura del gambero bianco del Pacifico (Penaeus vannamei), che rappresenta circa la metà della produzione di acquacoltura di crostacei (53%).

L'effetto delle saponine per migliorare l'assorbimento dei nutrienti, capacità digestiva, e le prestazioni di crescita vengono discusse insieme agli effetti positivi delle saponine nel sistema immunitario dei gamberetti e alla sua resistenza agli agenti patogeni. Inoltre, viene anche rivisto l'uso delle saponine per ridurre il carico nutritivo degli effluenti dell'acquacoltura dei gamberetti.

Acquacoltura:status e tendenze globali

La produzione dell'acquacoltura è il settore della produzione alimentare in più rapida crescita ed è responsabile di un importante aumento dell'offerta di prodotti ittici per il consumo umano, soprattutto dalla fine degli anni '80, quando la produzione globale di prodotti ittici ristagnava. Secondo l'ultimo rapporto pubblicato nel 2018 dall'Organizzazione delle Nazioni Unite per l'alimentazione e l'agricoltura, l'acquacoltura ha rappresentato il 47% della produzione ittica mondiale totale nel 2016 con 80 milioni di tonnellate registrate nei registri della FAO.

Inoltre, 30,1 milioni di tonnellate di piante acquatiche e 37, Sono state coltivate 900 tonnellate di prodotti non alimentari. Il valore totale stimato della prima vendita della produzione mondiale di acquacoltura nel 2016 ammonta a 243.5 USD (FAO, 2018) e 19, 271 mila agricoltori rappresentano le statistiche globali sull'occupazione.

Tra i principali gruppi di produzione ittica, i crostacei costituiscono il 9,8 per cento della produzione mondiale di acquacoltura, con un totale di 64 specie coltivate. Altri gruppi includono pesci pinna e crostacei che rappresentano il 67,6 percento e il 21,4 percento delle specie coltivate, rispettivamente.

Le principali specie di crostacei allevate sono gamberi, Gambero, e granchi, la specie più prodotta è il gambero bianco del Pacifico (Penaeus vannamei) che rappresenta più della metà della produzione di crostacei (53%). Le restanti prime cinque specie di crostacei prodotte sono il gambero rosso di palude (Procambarusclarkii, 12%), il granchio cinese (Eriocheirsinensis, 10%), il gambero tigre gigante (Penaeus monodon, 9% il gambero di fiume orientale (Macrobrachiumnipponense, 4%) e il gambero gigante di fiume (Macrobrachiumrosenbergii, 3%). La produzione di gamberi marini domina nettamente l'acquacoltura di crostacei, principalmente nei paesi dell'Asia e dell'America Latina, compresa la Cina, Vietnam, Indonesia, India, Ecuador e Thailandia.

Attualmente, la domanda globale di prodotti ittici continua a crescere in modo significativo a causa di una varietà di fattori sociali ed economici, vale a dire, crescita demografica, redditi in aumento, e una migliore distribuzione della filiera dai produttori ai consumatori finali. Il consumo pro capite è aumentato in media dell'1,5 per cento all'anno dal 1961, passando da 9,0 kg nel 1961 a circa 20,5 kg nel 2017.

Il commercio di prodotti ittici destinati al consumo umano e a fini non alimentari (ad es. mangimi per animali, farmaceutico, nutraceutico, cosmetici, tra gli altri) svolge un ruolo importante nello sviluppo economico, soprattutto nei paesi in via di sviluppo, promuovere un'ampia gamma di industrie e attività come la gestione delle risorse, costruzione di infrastrutture e attrezzature, ricerca e tecnologia, e lavorazione degli alimenti.

Per stare al passo con la domanda e soddisfare l'Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile delle Nazioni Unite, l'industria dell'acquacoltura ha l'opportunità di migliorare la propria sostenibilità alla luce di un mondo che cambia.

Come tale, le tendenze future per la produzione di acquacoltura includono (i) una riduzione dell'uso di antibiotici al fine di mitigare l'espansione di ceppi microbici resistenti, (ii) la proliferazione di sistemi di acquacoltura multitrofica integrata (IMTA) che riducono il degrado ambientale e l'eccessiva escrezione di azoto e fosforo nell'ambiente, (iii) il miglioramento delle formulazioni dei mangimi, poiché l'allevamento di specie alimentate continua ad aumentare rispetto all'allevamento di specie non nutrite, (iv) e l'evoluzione dei sistemi e delle attrezzature per l'acquacoltura, migliorare la produttività e ridurre i potenziali impatti ambientali.

I mangimi per acquacoltura rappresentano spesso la metà dei costi di produzione totali. È, perciò, fondamentale per sviluppare formulazioni di mangimi innovative e nuovi ingredienti che migliorano la qualità nutrizionale dei prodotti ittici, in particolare aumentando l'efficienza alimentare e l'assimilazione metabolica dei nutrienti, oltre a ridurre gli sprechi di mangimi migliorando i sistemi di distribuzione dei mangimi e promuovendo iniziative di economia circolare.

Questi sono, infatti, tra le massime priorità nel settore dell'acquacoltura. L'efficienza dell'alimentazione e migliori profili nutrizionali possono essere raggiunti attraverso l'inclusione di additivi per mangimi nei mangimi acquatici, contribuendo all'aumento dei tassi di produzione e alla riduzione dell'insorgenza di malattie infettive come la sindrome dei punti bianchi e la sindrome della mortalità precoce, che rappresentano ancora una grave minaccia per l'acquacoltura di gamberi in quanto portano a eventi di mortalità di massa e grandi perdite economiche.

In definitiva, gli additivi per mangimi che migliorano le prestazioni digestive e riducono l'insorgenza di parassiti e malattie contribuiscono a ridurre lo stress animale e, perciò, migliorare il benessere degli animali negli impianti di acquacoltura. Nella sezione successiva, sottolineiamo l'importanza degli additivi per mangimi in acquacoltura.

L'importanza degli additivi alimentari in acquacoltura:il caso specifico delle saponine

L'intensificazione della produzione dell'acquacoltura non è priva di sfide, in quanto può portare a condizioni di coltura sub-ottimali che portano a stress per gli animali e scarsa qualità dell'acqua, che limitano le prestazioni di crescita e il benessere degli animali allevati.

Così, gli additivi per mangimi sono comunemente usati nella produzione dell'acquacoltura come mezzo per ridurre lo stress, aumentare l'efficienza riproduttiva, migliorare lo stato di salute individuale e la risposta immunitaria, e migliorare le prestazioni di crescita migliorando la ritenzione dei nutrienti, digestione, e assimilazione.

Gli additivi per mangimi che promuovono il benessere degli animali sono particolarmente importanti per l'acquacoltura di gamberetti poiché i gamberetti non hanno un sistema immunitario adattativo e si basano esclusivamente sull'immunità innata per combattere gli agenti patogeni e le malattie. Alcuni esempi di additivi per mangimi includono glucani, vitamina C, probiotici, prebiotici, acidi organici, nucleotidi, carotenoidi, acidi grassi bioattivi, e integratori di origine vegetale.

Attualmente, c'è un mercato in crescita per incorporare composti naturali nei mangimi acquatici a causa del fatto che i consumatori finali preferiscono alimenti e prodotti privi di sostanze chimiche, richiedendo anche processi di produzione rispettosi dell'ambiente.

Inoltre, l'uso di sostanze sintetiche, come antibiotici e ormoni, non è più accettato in diversi paesi. Infatti, l'uso di antibiotici come promotori della crescita in acquacoltura è stato vietato nel 2006 dall'Unione Europea (Regolamento 1831/2003/CE). Di conseguenza, ingredienti naturali, come i mangimi di origine vegetale, sono ora comunemente usati in acquacoltura come integratori e anche come sostituti della farina di pesce.

Tuttavia, è importante evidenziare che i mangimi vegetali devono possedere specifiche caratteristiche nutrizionali e non nutritive per essere inseriti negli aquafeeds, come bassi livelli di fibra, alto contenuto proteico, profilo amminoacidico appropriato, alta digeribilità dei nutrienti, così come l'appetibilità adeguata per massimizzare l'accettazione e l'assunzione di mangime.

Tra le caratteristiche non nutrizionali, disponibilità, sostenibilità, prezzo, facilità di lavorazione, e archiviazione e funzionalità (durata, espansione, stabilità dell'acqua, assorbimento di olio) sono caratteristiche critiche da valutare.

Diversi estratti vegetali e algali di aloe vera, Curcuma, cannella, propoli, Echinacea, aglio, tè verde, cumino, Zenzero, albero di corteccia di sapone, Yucca del Mojave, microalghe Naviculasp, Spirulina, e Ulva sp, tra gli altri, sono già stati testati e dimostrati per gli effetti positivi sui tassi di sopravvivenza, parametri ematologici e immunitari, e miglioramento delle prestazioni di crescita di pesci e gamberetti.

Tra questi integratori alimentari, le saponine estratte dall'albero della corteccia di sapone (Quillajasaponaria) e dalla yucca del Mojave (Yucca schidigera) hanno dimostrato di essere ingredienti molto promettenti per i mangimi acquatici come promotori naturali della crescita.

Le saponine sono classificate come sostanze dai molteplici benefici, in particolare in parametri chiave come l'assunzione di mangime, digeribilità dei nutrienti, fisiologia intestinale, metabolismo, crescita, e salute. Questi composti sono glicosidi vegetali naturali che hanno una struttura steroidea o triterpenica e possiedono proprietà detergenti.

Però, ad alte concentrazioni, è importante notare che le saponine possono avere effetti deleteri sugli animali acquatici, come la depressione dell'assunzione di mangime, inibizione dell'assorbimento attivo dei nutrienti, riduzione della fertilità e diminuzione della digeribilità delle proteine.

Tuttavia, effetti benefici per la salute, come anticancerogeni, antimicrobico, diminuzione del colesterolo, attività immunomodulante e antinfiammatoria, sono stati segnalati quando le saponine sono utilizzate a concentrazioni inferiori e in una formula di integrazione alimentare adeguatamente bilanciata.

Effetti benefici delle saponine nell'assorbimento dei nutrienti, capacità digestiva e rendimento di crescita delle specie di acquacoltura

Una delle principali sfide di produzione dell'acquacoltura è lo sviluppo di formulazioni di mangimi che sostituiscano ingredienti scarsi e costosi, come farina di pesce e olio di pesce, e che migliorano i rapporti di conversazione dei feed (FCR) e le prestazioni di crescita.

Le saponine sono candidate affermate come integratori alimentari perché hanno dimostrato di aumentare la permeabilità delle cellule della mucosa del piccolo intestino, aumentando così l'assorbimento dei nutrienti, in particolare delle macromolecole. Inoltre, la loro attività detergente migliora la digeribilità dei carboidrati riducendo la viscosità.

La stimolazione dell'attività degli enzimi digestivi come l'amilasi, tripsina, proteasi alcalina, leucina aminopeptidasi, fosfatasi alcalina, e lipasi è stata anche segnalata, insieme a un aumento degli enzimi respiratori come la citocromo c-ossidasi. Tali rapporti evidenziano il potenziale delle saponine per aumentare la digeribilità dei nutrienti, principalmente proteine ​​e carboidrati, favorendo contemporaneamente i processi anabolici migliorando il metabolismo aerobico.

Diversi studi hanno dimostrato la capacità delle saponine di aumentare le prestazioni di crescita di pesci e gamberi allevati. Per esempio, le comuni diete alimentate con carpe contenenti saponine di Quillaja hanno mostrato una maggiore efficienza metabolica e pesi corporei medi (aumentati in modo significativo dal 37,5 al 73,2%), tassi di crescita più rapidi (il tasso di crescita specifico è aumentato dallo 0,7 all'1,18% al giorno), e aumento degli indici di efficienza di utilizzo, compresa l'efficienza di conversione degli alimenti, valore produttivo delle proteine, e guadagno proteico mantenendo contemporaneamente i tassi metabolici di routine.

Risultati simili sono stati osservati per la tilapia del Nilo, rivelando una ritenzione di energia e una conversione lipidica significativamente più elevate se integrato con una miscela di saponine. Integratori a base di miscela di saponina al tre percento, in particolare da estratti di Quillaja e Yucca, ha mostrato effetti benefici sull'aumento di peso e lunghezza, tassi di crescita e sopravvivenza, e migliori rapporti di conversione alimentare del gambero bianco del Pacifico, portando a una maggiore resa di biomassa per serbatoio e un aumento dal 15 al 26% della produzione totale.

Allo stesso modo, l'uso di una dieta integrata con estratti di Quillaja ricchi di saponine e vitamina C, ha portato a un miglioramento del 14% nella produzione e ad un aumento del 15% dei tassi di sopravvivenza del gambero bianco del Pacifico, rispetto alla somministrazione di diete di controllo. I risultati di un altro studio scientifico mostrano anche che l'FCR è stato migliorato del 23 percento nei gamberetti alimentati con la dieta integrata con saponina.

In sintesi, le diete integrate con saponina hanno importanti benefici funzionali per le specie di acquacoltura, in particolare come promotori della crescita e prodotti per la salute dell'intestino guidati da una maggiore efficienza di utilizzo dei mangimi.

Si ritiene che tali risultati siano dovuti a un maggiore assorbimento dei nutrienti causato da una maggiore permeabilità intestinale e da una maggiore attività degli enzimi digestivi associati all'integrazione di saponina.

Effetti benefici delle saponine sul sistema immunitario e resistenza ai patogeni

La diffusione delle malattie è considerata uno dei problemi più rilevanti nell'acquacoltura dei gamberi. Le malattie sono spesso causate dalla scarsa qualità dell'acqua, alta densità di gamberi, squilibri nutrizionali, e la mancanza di adeguate misurazioni di biosicurezza associate al commercio di animali vivi infetti tra le strutture.

Gli stagni di gamberetti sono soggetti all'invasione di diversi agenti patogeni tra cui protozoi, fungo, e batteri. Però, la più grande minaccia viene dalla diffusione delle infezioni virali, che hanno causato grandi perdite in diversi paesi produttori di gamberetti, anche nel sud-est asiatico (Taiwan, Cina, Indonesia e India) e Sud America (Ecuador, Honduras e Messico).

I primi cinque virus più significativi che colpiscono l'acquacoltura di gamberetti sono il virus della necrosi infettiva ipodermica ed ematopoietica (IHHNV), virus della testa gialla (YHV), Virus della sindrome di Taura (TSV), virus della sindrome dei punti bianchi (WSSV), e virus della mionecrosi infettiva (IMNV).

Le misure preventive sono attualmente l'approccio migliore per ridurre la diffusione delle infezioni virali in quanto non esistono trattamenti efficaci per i focolai di pandemia virale negli impianti di acquacoltura di gamberetti. Come tale, è della massima importanza mantenere una qualità dell'acqua ottimale, ma anche per potenziare la risposta immunitaria dei gamberetti.

Composti immunostimolanti, facilmente somministrabile attraverso il mangime, può essere una soluzione per attenuare il problema delle malattie infettive e di conseguenza migliorare le rese produttive. Gli immunostimolanti sono definiti come composti che "migliorano la risposta immunitaria innata o non specifica interagendo direttamente con le cellule del sistema, attivandoli».

Diversi composti sono stati somministrati come immunostimolanti negli impianti di acquacoltura per migliorare lo stato di salute dei gamberetti, compresi i peptidoglicani, lipopolisaccaridi, oligosaccaridi, vitamine, nucleotidi, peptidi antibatterici, citochine, probiotici, ed erbe, estratti di piante e alghe.

Diverse modalità d'azione degli immunostimolanti sono state utilizzate nei gamberi peneidi, come:(i) potenziare la fagocitosi dei patogeni attraverso l'attivazione delle cellule fagocitarie nell'emolinfa, (ii) aumento delle proprietà antibatteriche e antisettiche dell'emolinfa, (iii) attivazione della trasduzione del segnale e del sistema profenolossidasi.

Più specificamente, è stato riportato che gli estratti vegetali migliorano le proprietà immunitarie non specifiche come la funzione dei leucociti, agendo contro un ampio spettro di agenti patogeni. Tuttavia, diversi fattori dovrebbero essere presi in considerazione quando si somministrano immunostimolanti poiché la loro efficacia dipende dai tempi di somministrazione, dosaggio, e modalità di azione.

Saponins are among the plant extracts that have been shown to improve the immune response of shrimps and their resistance to pathogens. Immune modulation induced by saponins is apparently related to (i) the induction of cytokines like interleukins and interferons, (ii) the formation of complexes between saponins and antigens and their incorporation into cell or endosomal membranes, exposing antigens to cytosolic proteases (which would otherwise be exposed to digestive degradation), and (iii) the inhibition of non-specific processes such as inflammation and monocyte proliferation.

White shrimp contaminated with Vibrio alginolyticus and immersed in saponin solutions showed increased phagocytic activity and greater clearance efficiency, having higher survival rates, proving the immunomodulatory capacity of saponins.

Immune parameters, such as hyaline cells, total haemocyte count, specific α2-macroglobulin activity, respiratory burst, and antioxidant enzyme activity have been shown to increase with saponin supplementation.

Other reports similarly showed the enhancement of bacterial clearance in rainbow trout and the enhancement of chemotactic activity of yellowtail leucocytes. Inoltre, another study carried out using the giant freshwater prawn also showed that saponins can modulate the immune system by increasing total haemocyte count and, in definitiva, increasing disease resistance.

Besides the established immunostimulant effect, saponins have also been shown to be good vaccine adjuvants, to have antifungal properties, to reduce viral replication, and to induce detrimental effects on protozoa due to their detergent effect on cell membranes. Such properties are important to reduce the load of internal parasites in cultured shrimps.

The use of saponins to reduce the nutrient load of shrimp aquaculture effluents

Shrimp aquaculture is one of major sources of pollution in tropical and subtropical coastal areas due to discharges from culture ponds, creating excessive nitrogen loads from cultured animals' excretion as an end product of protein metabolism.

Ammonia, and its intermediate product nitrite, are highly toxic to aquatic animals, including fish and crustaceans and should be kept to a minimum in order to maintain animal welfare and, così, maximise shrimp survival.

Water quality deterioration due to excess ammonia is a major issue in shrimp aquaculture and has been associated with collapses in production, mainly due to the rapid spread of diseases and physiological stress.

Inoltre, nutrient excess may lead to the eutrophication of coastal ecosystems, causing mass mortality events. Come esempio, for every ton of cultured fish, 44-to-66kg of nitrogen and 7.2-to-10.5kg of phosphorus waste are produced. Several innovative and technological solutions have been proposed, in order to mitigate the pollution induced by pond effluents, such as IMTA, improved pond design, construction of buffer ponds, and bioreactors or bio-filters, in addition to reduction agents to treat effluent water and reduce water exchange rates.

Però, the elevated costs of technology, poor planning, and lack of regulation may hamper the use of such innovative methods. Così, a straightforward way to reduce the load of nutrients into the coastal environments might be to improve the nutrient composition of feed, given that the dietary requirements and welfare of the animals are still met.

From this point of view, the use of saponins as feed additives is of major interest as plant extracts that contain saponins and glycocomponents are able to bind to ammonia and mediate the conversion of ammonia to nitrite and to nitrate, the latter far less toxic form of nitrogen.

Inoltre, HCO3- may react with ammonia to form urea in the presence of saponins. Yucca extracts have been successfully used in livestock husbandry to control ammonia accumulation in the facilities as well as to reduce odour.

According to this latter study, Yucca extracts can also be used in aquaculture facilities. Bioassays using fish and shrimp in both freshwater and saltwater systems have shown that Yucca and Quillaja extracts reduce ammonia when used as feed additives or liquid extracts for water treatment.

Per esempio, a Yucca extract added at 6mg.L-1 every 15 days to fish and shrimp systems achieved a 58-60 percent reduction in ammonia as compared to a control system. In un altro studio, the addition of Yucca extract at 430 mg.L-1 to 30 L tanks in a recirculating water system achieved an 82 percent reduction in ammonia. Ancora, the inhibition of ammonia leaching from feces and feed waste and, perciò, the reduction of ammonia levels in water was improved when Yucca or Quillaja extracts were used as feed supplement as compared to water treatment solutions.

Conclusione

Saponins are important and established feed additives in seafood aquaculture. Globale, and taking into consideration the positive digestive and growth performance effects particularly observed for Pacific white shrimp, there is overwhelming scientific evidence that saponins can notably contribute to boost shrimp aquaculture production and profitability.

Inoltre, saponins have shown positive effects in the immune system of aquatic species and their resistance to pathogens. The integration of saponins in aquafeeds is, perciò, a relevant step to improve animal welfare, control infectious diseases, and further advance health management strategies in aquaculture production.

Infine, the use of saponins in feed formulations can help fish and shrimp farmers in ammonia management strategies, thereby contributing to the establishment of environmentally friendly production processes in order to achieve the sustainable development goals enacted by the United Nations for 2030.

In sintesi, the recognised properties of saponins as growth prometers, immunostimulants, parasitic control, and ammonia reducing agents will certainly help seafood farmers to achieve not only higher production levels and profitability, but also establish effective health management strategies and eco-friendly production processes.