dal dottor Ioannis Nengas, Direttore della ricerca, Centro ellenico per la ricerca marina, Grecia

Garantire l'approvvigionamento alimentare a una popolazione che dovrebbe superare i nove miliardi entro la metà del secolo rimane una delle nostre maggiori sfide, secondo l'Organizzazione per l'alimentazione e l'agricoltura (FAO, 2017). L'allevamento di organismi acquatici è uno dei settori alimentari in più rapida crescita al mondo, fornendo al pianeta circa la metà di tutto il pesce consumato a livello globale. Secondo la FAO, l'acquacoltura contribuirà sia alla sicurezza alimentare che al benessere economico di vaste popolazioni. Oggi, la produzione mondiale di prodotti dell'acquacoltura ha stabilito un nuovo record, che rappresentano il 55% del totale dei prodotti ittici prodotti, per un totale di 200 milioni di tonnellate all'anno.

Però, l'espansione della produzione di acquacoltura richiede un aumento proporzionale della produzione di acquafeed. Così, la sfida che l'industria dell'acquacoltura ha dovuto affrontare negli ultimi decenni è quella di identificare ingredienti sostenibili e nutrienti per supportare la crescita del settore. L'industria dell'acquafeed ha riconosciuto da molti anni che l'utilizzo di mangimi vegetali per la produzione di specie acquatiche è un requisito essenziale per il futuro sviluppo dell'acquacoltura. Tali mangimi vegetali devono fornire componenti nutritivi in ​​grado di far crescere in modo efficiente le specie acquatiche con un impatto ambientale minimo e produrre carne di pesce di alta qualità per promuovere i benefici per la salute umana in modo economico (Gatlin et al., 2017).

Sebbene molti ingredienti di mangimi di origine vegetale contengano quantità accettabili di proteine, aminoacidi essenziali, calorie, alcuni minerali e vitamine, il loro uso è ancora limitato a causa della presenza di numerosi fattori antinutrizionali endogeni (ANF) che influenzano negativamente l'attività enzimatica o l'assorbimento di minerali e altri nutrienti (Rasha et al., 2011). Alcuni dei fattori antinutrizionali negli ingredienti vegetali possono essere parzialmente o totalmente inattivati ​​dal trattamento termico, come la torrefazione, autoclave, estrusione o cottura, prima dell'inclusione nei mangimi per pesci (Francis et al., 2001). Però, il calore elevato compromette la qualità nutrizionale di questi ingredienti a causa della parziale distruzione dei nutrienti sensibili al calore e non è efficace su alcuni di questi fattori antinutrizionali.

Un modo per consentire l'uso estensivo di ingredienti per mangimi vegetali aumentando il loro valore nutritivo e riducendo al minimo i fattori antinutrizionali è l'utilizzo di processi biotecnologici. Questi processi includono la fermentazione allo stato solido (SSF) e l'uso di enzimi alimentari esogeni.

Fermentazione allo stato solido

La fermentazione è un processo che coinvolge microrganismi, substrati e condizioni ambientali specifiche che convertono substrati complessi in composti più semplici (Niba et al., 2009). I prodotti della fermentazione variano a seconda delle caratteristiche dei microrganismi, substrati e condizioni utilizzate. Le condizioni includono temperatura, pH, O2 e CO2 disciolti sistemi operativi, miscelazione e la durata del processo di fermentazione (Renge et al., 2012). La fermentazione migliora la qualità nutrizionale dei mangimi:

• Abbassare le fibre
• Aumentare il contenuto di proteine ​​e lipidi
• Migliorare la disponibilità di vitamine e minerali
• Migliorare la digeribilità degli aminoacidi.

È stato anche riportato che aumenta l'appetibilità dei mangimi (Borresen et al., 2012). Uno dei principali vantaggi del processo è che riduce il contenuto antinutrizionale negli ingredienti dei mangimi vegetali e i livelli di micotossine (Niba et al., 2009; Canibe e Jensen, 2012).

SSF è il processo di fermentazione che coinvolge un substrato solido, come ingredienti vegetali, in assenza di liquido. L'SSF è generalmente sfruttato per produrre ingredienti secchi fermentati che possono essere aggiunti a miscele di mangimi di base. A causa del basso contenuto di umidità, il metodo SSF può essere eseguito solo da un numero limitato di microrganismi, principalmente funghi come Aspergillus spp. e Rhizopus spp., anche se alcuni batteri, come Lactobacillus spp., può anche essere utilizzato (Supriyati et al., 2015). Gli ingredienti trasformati in SSF sono più compatibili con la produzione di aquafeed.

Ingredienti vegetali fermentati, soprattutto quelli prodotti attraverso SSF, poiché i componenti dell'acquafeed sono potenziali materie prime e hanno guadagnato l'interesse dell'industria dell'acquacoltura. La tabella 1 documenta i risultati dell'incorporazione di mangimi vegetali fermentati nelle diete di varie specie di acquacoltura.

Enzimi alimentari esogeni

acquacoltura, come il resto dei settori della produzione animale, sta cercando di ridurre al minimo i costi dei mangimi e, per questa ragione, ha recentemente rivolto la sua attenzione all'uso di enzimi alimentari esogeni in mangimi ricchi di ingredienti vegetali. Ciò è dovuto alla loro capacità di migliorare la digeribilità dei nutrienti, che è basso perché le specie acquatiche mancano degli enzimi endogeni necessari per abbattere la complessa struttura della parete cellulare degli ingredienti vegetali e rilasciare sostanze nutritive. Un altro importante vantaggio della loro incorporazione nelle formulazioni dei mangimi è la ripartizione dei fattori antinutrizionali, come le fibre, polisaccaridi fitati e non amilacei (NSP), che riducono le prestazioni e compromettono la salute e il benessere degli animali (Alsersy et al., 2015).

Gli enzimi esogeni come additivi per mangimi sono stati ampiamente studiati per l'industria dei mangimi avicoli e suini, e la loro incorporazione nella dieta è ormai pratica comune per le ragioni di cui sopra. Però, per le specie di acquacoltura, la ricerca sulla supplementazione di enzimi esogeni si è concentrata principalmente sulla fitasi. Solo di recente l'interesse e la ricerca sulle carboidrasi alimentari, aumento della supplementazione di proteasi e mix di enzimi (Gatlin et al., 2017).

La funzione primaria delle carboidrasi esogene è quella di idrolizzare gli NSP complessi presenti nei mangimi vegetali. Per di più, l'integrazione di carboidrasi aumenta la digeribilità dei nutrienti che producono energia, come amido e grasso. Inoltre, è possibile che le carboidrasi agiscano anche per migliorare l'utilizzo di azoto e aminoacidi aumentando l'accesso alle proteine ​​per le proteasi digestive (Tahir et al., 2008). Come con altri nutrienti, gli enzimi carboidrasi sono anche coinvolti nel miglioramento della disponibilità di minerali nelle diete per l'organismo bersaglio. Inoltre, le carboidrasi possono promuovere e supportare la crescita di batteri benefici, migliorando così l'intestino e la salute generale dell'animale (Adeola e Cowieson, 2011).

Oltre alla scomposizione delle carboidrasi, è essenziale migliorare la disponibilità di proteine ​​all'interno degli ingredienti vegetali integrando le proteasi alimentari. Le proteasi comprendono una classe di enzimi che idrolizzano le proteine ​​in proteine ​​più piccole, peptidi e amminoacidi. Senza proteasi, questi legami non possono essere facilmente spezzati, e proteine, perciò, non può essere facilmente digerito da pesci e crostacei.

Vi è un numero crescente di pubblicazioni sull'uso di enzimi esogeni integratori alimentari o complessi enzimatici, composto principalmente da carboidrasi e proteasi con risultati molto promettenti. La tabella 2 riassume i risultati più recenti.

Con tutti questi potenziali benefici delle novità biotecnologiche, il formulatore di oggi ha più strumenti per ottimizzare nutrizionalmente ed economicamente i mangimi acquatici. Sono in corso ricerche sugli effetti di diversi substrati, microrganismi, diversi metodi di produzione di enzimi e ingredienti per mangimi, così come l'interazione di queste innovazioni con il metabolismo, crescita, salute intestinale e sistema immunitario degli organismi acquatici coltivati.