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Agricoltura moderna
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dal professor Simon J Davies, Editore internazionale di acquacoltura, Professore emerito, Università Harper Adams.
&Derek Balk e Melissa Jolly-Breithaupt, Risorse di Flint Hills, Stati Uniti d'America
La produzione di trota iridea contribuisce in modo significativo all'industria globale dei salmonidi ed è una specie iconica di alto valore e accettabilità. È allevato estensivamente in molte regioni temperate del mondo come negli Stati Uniti, Canada, Norvegia, Danimarca, e Regno Unito e nella maggior parte delle aree dell'Europa e delle regioni dell'America Latina come il Messico e, Cile e in alcune parti dell'Australia.
Si stima che il mercato globale della trota iridea abbia un valore di 3 dollari USA. 524,08 milioni nel 2018 e si prevede che raggiungerà US $ 4, 998,19 milioni entro il 2025, a un CAGR del 5,14% durante il periodo dal 2018 al 2025 con una produzione di oltre un milione di tonnellate.
La trota iridea è un pesce carnivoro e richiede diete contenenti un alto livello di proteine ed energia come oli (tipicamente 45 e 25 percento) nei mangimi commerciali. Di conseguenza, la produzione di aquafeed deve continuare ad espandersi per soddisfare la domanda. Le formulazioni dei mangimi per i salmonidi si basano tradizionalmente sulla farina di pesce per fornire la maggior parte delle proteine alimentari. Sebbene l'uso totale di farina di pesce nei mangimi dell'acquacoltura sia aumentato ogni anno fino al 2007-08, la percentuale di farina di pesce nelle formulazioni dei mangimi è diminuita per la maggior parte delle specie tra il 35 e il 50 percento (Tacon e Metian, 2008). Ingredienti per mangimi alternativi come farina di soia, concentrato di proteine di soia, pasto di colza, concentrato proteico di colza, farina di glutine di mais, farina di semi di cotone, piselli, e farina di glutine di frumento sono stati studiati per sostituire la farina di pesce e ridurre il costo di produzione del pesce (Gatlin et al, 2007).
In particolare, molti ingredienti proteici di origine vegetale contengono antinutrienti come l'acido fitico e gli inibitori della proteasi che interferiscono con l'assimilazione dei nutrienti. Le diete a base di proteine vegetali possono anche contenere livelli inferiori di aminoacidi limitanti come metionina, lisina e treonina rispetto alle diete a base di farina di pesce. Però, l'integrazione degli EAA limitanti con fonti cristalline può ripristinare i tassi di crescita nei pesci, in una certa misura (Cheng et al, 2003). Oggi i consumatori hanno sollevato serie preoccupazioni etiche sulla sostenibilità della farina di soia, guidato principalmente dal problema della deforestazione.
Dal 2000 al 2020, l'industria della bioraffineria statunitense è passata da 56 a 209 impianti di fermentazione su larga scala per la produzione di alcol noto anche come etanolo da diversi cereali. La produzione di etanolo da macinazione a secco ha prodotto 3,3 miliardi di libbre di olio di mais e 29,4 milioni di tonnellate di cereali secchi di distillatori nel 2020 (Renewable Fuels Association, 2020).
Tra tutti i prodotti DDG di diversi grani, il mais DDGS è quello predominante. Il mais DDGS è prodotto in impianti di etanolo utilizzando un metodo di macinazione a secco (Overland et al, 2013). Il DDGS convenzionale contiene un livello moderato di proteina grezza (24-32%) rispetto alla farina di pesce e ai prodotti proteici di soia e ha meno fosforo della farina di pesce (Gatlin et al, 2007).
L'uso del DDGS è stato studiato nelle diete di molte specie di acquacoltura tra cui la trota iridea (Cheng et al., 2003; Cheng e Hardy, 2004; Barnes et al. 2012). Anche, diete contenenti il 10 o il 20 percento di DDGS sembravano ridurre la crescita della trota arcobaleno anche con l'integrazione di aminoacidi essenziali e fitasi a causa dell'alto contenuto di fibre (Barnes et al, 2012a).
In un altro studio, Il DDGS è stato incluso nelle diete della trota iridea fino al 22,5% senza influenzare la crescita quando sono stati integrati lisina e metionina (Cheng e Hardy, 2004). Stone et al (2005) hanno affermato che se il contenuto di proteine grezze potesse essere aumentato e la fibra indigeribile diminuita, il livello di inclusione di DDGS può essere aumentato nei mangimi per pesci. Ciò può essere ottenuto frazionando e rimuovendo le frazioni non fermentabili prima o dopo la produzione di etanolo. Frazionamento prefermentativo creando un DDG ad alto contenuto proteico (HPDDG, 42 e 45 per cento di proteine grezze) è stata valutata nella trota iridea con risultati contrastanti (Barnes et al, 2012; Overland e altri, 2013).
Il risultato della separazione meccanica post-fermentazione
NexPro proteine fermentate, un prodotto di Flint Hills Resources con sede negli Stati Uniti, è il risultato della separazione meccanica post-fermentazione del prodotto DDG utilizzando una tecnologia brevettata chiamata Maximized Stillage Co-Products. Il frazionamento del prodotto post-fermentazione consente al processo di fermentazione di favorire la separazione e indebolire la struttura della parete cellulare delle frazioni fibrose e la concentrazione del lievito Saccharomyces cerevisae inattivo, che viene utilizzato per la produzione di alcol.
NexPro® ha una proteina grezza superiore (~50 vs ~28 percento), livelli inferiori di fibra grezza e migliore composizione nutrizionale rispetto ai DDGS tradizionali. Di conseguenza, (NexPro®) probabilmente competerà con il concentrato di proteine di soia, concentrato di proteine del mais, farina di glutine di mais e lievito di birra come ingrediente nelle formulazioni dei mangimi per pesci.
Questo studio ha valutato NexPro® come fonte proteica sostenibile nei mangimi per trota iridea sostituendo il concentrato proteico di soia (SPC) in una serie equilibrata di diete, compresi altri ingredienti e farina di pesce. I parametri scelti dello studio includono performance di crescita, efficienza alimentare, digeribilità e ritenzione dei nutrienti, quest'ultimo è importante dal punto di vista della riduzione delle perdite di nutrienti dagli allevamenti ittici che causano un impatto ambientale (come fosforo e azoto).
Flint Hills Resources ha fornito proteine fermentate di mais NexPro® al Bozeman Fish Technology Center (BFTC), Bozeman, Montana, per la produzione sperimentale di mangimi come descritto di seguito. Primo, la prova di digeribilità e poi la prova di crescita sono state condotte dall'Istituto di ricerca sull'acquacoltura dell'Università dell'Idaho, in particolare la Hagerman Fish Culture Experiment Station (HFCES) ad Hagerman, Idaho. Il prodotto è stato analizzato all'HFCES per la composizione dei nutrienti.
Composizione e applicazione della dieta
Mangimi sperimentali:in vivo l'apparente digeribilità dei nutrienti di NexPro® è stata determinata alimentando gruppi separati di trote iridea subadulte con una dieta contenente il prodotto al 30%. Presso l'HFCES è stata preparata una dieta di riferimento (lotto da 10 kg) contenente ingredienti pratici e un marcatore inerte indigeribile allo 0,1% (ossido di ittrio). Sono state preparate diete di prova contenenti il 30% di NexPro® e il 70% di pastone alimentare di riferimento su base di sostanza secca. Entrambe le diete sono state pellettate a freddo con un mulino a pellet della California dotato di uno stampo da quattro millimetri. I pellet sono stati essiccati in un essiccatore ad aria forzata a 35 ° C per 48 ore. Sono stati prelevati campioni di ciascuna dieta per la composizione prossimale e le analisi minerali, compresa l'analisi dell'ittrio.
Mantenimento del pesce e regime alimentare:per lo studio sono state utilizzate trote iridea del riproduttore interno HFCES (ceppo House Creek). Venticinque pesci (~250 g) sono stati stoccati in quattro vasche da 145 litri, ciascuno alimentato con 12 L min-1 di acqua di sorgente a temperatura costante (15 °C) fornita per gravità al laboratorio di allevamento ittico.
Ciascuna delle diete di riferimento e di prova è stata assegnata in modo casuale a due vasche di pesce. I pesci sono stati nutriti con le rispettive diete due volte al giorno, dalle 08:30 alle 09:00 e dalle 15:30 alle 16:00 fino a apparente sazietà per una settimana. Nei giorni 4 e 8, i pesci in ogni vasca sono stati leggermente anestetizzati con tricaina - metansolfonato (MS-222, 100 mg L-1, tamponato a pH 7.0), rimosso dall'acqua per 30-60 secondi, e le feci vengono espulse delicatamente con una leggera pressione sull'addome vicino allo sfiato, un processo chiamato 'stripping'.
Mangimi sperimentali:tutte le diete sperimentali per la prova di crescita sono state formulate con un software di formulazione dei mangimi (WinFeed 2.8, Cambridge, UK) dopo che i dati sulla digeribilità dei nutrienti erano disponibili per NexPro®.
Una dieta di controllo più cinque mangimi sperimentali sono stati formulati per contenere il 40% di proteine digeribili e 17,2 MJ/kg di energia digeribile, tre percento di lisina e ~0,8 percento di fosforo digeribile (così com'è).
I mangimi sono stati così formulati:
Dieta 1:Controllo – livello standard di farina di pesce nei mangimi commerciali per trote:Diete da 2 a 5 (sostituzione incrementale dal 25 al 100% di SCP con NexPro®); Dieta 6:sostituzione del 25% dell'SPC con lievito di birra essiccato (BY) a base di proteine grezze.
Tutte le diete hanno soddisfatto o superato i requisiti nutrizionali minimi della trota iridea (NRC, 2011). Anche il lievito di birra essiccato (Saccharomyces cerevisiae) è stato testato sostituendo il 25% di SPC a base di proteine grezze in modo da confrontarlo con il controllo e la dieta con NexPro® sostituendo il 25% di SPC su base di proteine grezze. Le diete sono state prodotte mediante pellet per estrusione simile alla tecnologia di produzione di mangimi per pesci commerciali. La composizione nutrizionale dei prodotti in esame è presentata nella Tabella 1. Il contenuto di proteine grezze di NexPro® (50,87 percento) era superiore a quello di DDGS (28,36 percento) mentre il grasso grezzo era inferiore in NexPro® (4%) rispetto a quello di DDGS (11,6 percento). %). Il contenuto energetico era più alto in DDGS rispetto a NexPro®.
La composizione approssimativa e il contenuto energetico delle diete utilizzate nella prova di crescita sono presentati nella Tabella 4, mentre la composizione minerale delle diete è presentata su base alimentare nella Tabella 5.
Pesce e alimentazione:avannotti di trota iridea, schiuse da uova acquistate da una fonte commerciale (TroutLodge, estate, WA) sono stati utilizzati nello studio. Trenta pesci (peso medio iniziale:15,6 g) sono stati immagazzinati in ciascuno dei 18, Serbatoi da 145 litri. Ogni vasca è stata alimentata con 10-12 L/min di acqua di sorgente a temperatura costante (15 °C) fornita per gravità al laboratorio di allevamento ittico.
In un disegno completamente randomizzato, ciascuna delle sei diete sperimentali è stata assegnata in modo casuale a serbatoi triplicati all'interno del sistema di laboratorio per tenere conto di eventuali effetti sulla posizione del serbatoio. Ogni dieta veniva somministrata a mano alle rispettive vasche di pesce ad apparente sazietà, tre volte al giorno e sei giorni alla settimana per 12 settimane. Il fotoperiodo è stato mantenuto costante a 14 ore di luce:10 ore di buio.
Composizione prossima (umidità, proteina, grasso e cenere) di mangime, campioni di pesce e feci di tutto il corpo sono stati determinati utilizzando le procedure AOAC (2002).
Calcoli dei coefficienti di digeribilità apparente delle diete
Coefficienti di digeribilità apparente (ADC), sia per diete che per NexPro®, per la sostanza secca, materia organica, proteina, lipidi, energia e minerali, (compreso il fosforo), sono stati calcolati utilizzando la formula descritta da Bureau et al. (2002):Utilizzando i dati sul peso vivo e sul consumo di mangime, e indici calcolati come da Hardy e Barrows (2002)
Analisi statistica dei dati:i dati sono stati testati per la normalità e l'omogeneità della varianza prima dell'analisi della varianza unidirezionale (ANOVA). Quando richiesto, i dati sono stati trasformati per ottenere una distribuzione normale e sottoposti al test HSD di Tukey per separare le medie a un livello di significatività di P<0,05. In caso di varianza non omogenea, L'ANOVA di Welch è stata eseguita. Se sono state riscontrate differenze significative, il test di Tukey, che corrispondeva al test di Games-Howell, è stata condotta per separare i mezzi. In caso di distribuzione non normale, è stato eseguito il test non parametrico di Kruskal-Wallis. Tutti i test statistici sono stati eseguiti con il software SAS 9.3.
I rapporti di conversione del feed erano molto buoni
Nella prova di digeribilità la composizione nutrizionale della dieta di riferimento utilizzata per la prova di digeribilità è presentata nella Tabella 2. La dieta conteneva il 44,7% di proteine grezze e il 17,8% di grassi grezzi che sono tipici delle diete utilizzate per una prova di crescita nel nostro laboratorio. I coefficienti di digeribilità apparente dei nutrienti per DDGS nella trota iridea sono presentati nella Tabella 3. Anche se la digeribilità della sostanza secca (50,5 percento) era inferiore, la digeribilità delle proteine grezze è stata molto buona (86,4 per cento). L'ADC per l'energia è stato leggermente basso (59,6%). Minerali in particolare Mg, P, K, Cu e Zn erano altamente digeribili.
Nella prova di crescita i giovani di trota arcobaleno sono stati alimentati con diete contenenti livelli graduali di NexPro® (NXP) e un singolo livello di lievito di birra per 12 settimane. I pesci hanno prontamente accettato le diete sperimentali. Globale, i pesci erano robusti senza anomalie o deformità. Gli indici di crescita e utilizzo dei mangimi dei pesci sono presentati nella tabella 6.
Il peso finale medio del pesce era significativamente diverso tra i gruppi dietetici (P<0,05). I pesci alimentati con la dieta 75NXP (240 g) avevano un peso finale significativamente più alto rispetto a quelli alimentati con la dieta BY (217 g). Però, non vi era alcuna differenza significativa nel peso finale tra le diete NexPro® alimentate con pesci.
L'aumento di peso era più alto nei pesci alimentati con la dieta 75NXP (224 g/pesce) rispetto ai pesci alimentati con la dieta BY (202 g/pesce) ed erano significativamente differenti. Non ci sono state differenze significative nell'aumento di peso percentuale, tasso di crescita specifico, indice di crescita giornaliero, sopravvivenza, consumo alimentare di pesce o FCR tra i gruppi di trattamento dietetico dopo 12 settimane di alimentazione (P>0,05).
L'aumento di peso percentuale medio è stato il più alto nel 75NXP (1421) e il più basso nel BY (1296). Il tasso di crescita specifico variava dal 3,14 percento/giorno (BY) al 3,24%/giorno (75NXP). La sopravvivenza era alta in tutti i gruppi di trattamento dietetico (dal 93,3 al 100%) alla fine delle 12 settimane. Il consumo di mangime per pesce variava da 179 g (BY) a 209 g (100NXP), mentre il consumo giornaliero di mangime variava dall'1,83% del peso corporeo/giorno (75NXP e BY) al 2,02 percento del peso corporeo/giorno (100NXP).
I rapporti di conversione dei mangimi erano molto buoni per tutti i mangimi (da 0,87 a 0,97). Il rapporto di efficienza proteica era significativamente più basso nella dieta 100NXP alimentata con pesci (2,20) rispetto a pesci alimentati con altre diete (2,33-2,39). I fattori di condizione del pesce erano elevati nelle diete (da 1,55 a 1,63) e non erano significativamente differenti tra i trattamenti dietetici.
La composizione prossimale dell'intero corpo e la composizione minerale dei pesci alimentati con le diete sperimentali sono presentate nella Tabella 7. Ciò non è variato significativamente tra i trattamenti dietetici (P>0,05). Il fosforo variava dallo 0,365 percento (75NXP) allo 0,40 percento (controllo) e diminuiva con l'aumento del livello di HP 330 nelle diete. Il livello di ferro in tutto il corpo variava da 14,5 ppm a 18,3 ppm. Il livello di zinco variava da 21,3 ppm (25NXP) a 31,0 ppm (100NXP).
La ritenzione di nutrienti di giovani trote arcobaleno alimentate con diete sperimentali per 12 settimane è presentata nella Tabella 8. Non c'era alcuna differenza significativa tra i gruppi dietetici per la ritenzione di grassi e proteine (P>0,05). La ritenzione di grasso variava dal 71,62% (100NXP) all'82,3% (controllo).
La ritenzione proteica nella trota iridea variava dal 37,8% (100NXP) al 40,8% (50NXP). La ritenzione di energia era significativamente più alta nei gruppi di controllo (45,3%) e 75NXP (46%) rispetto al gruppo 100NXP (40,8%). I valori di ritenzione per calcio (18,6-23,1%) e fosforo (26,4-29,8%) non erano significativamente differenti tra i trattamenti dietetici (P>0,05).
Un ottimo candidato come fonte di proteine nei mangimi per pesci
Proteine fermentate di mais, essendo una combinazione di proteine di mais recuperate e lievito esaurito, è ricco di proteine e fornisce un profilo aminoacidico migliore rispetto alla tradizionale farina di glutine di mais, soprattutto lisina. NexPro® ha un contenuto di carboidrati e fibra grezza inferiore rispetto a DDGS. Inoltre, livelli di minerali come fosforo, ferro e zinco sono sostanzialmente più alti in NexPro® rispetto a DDGS. NexPro® è anche diverso dal grano del distillatore essiccato ad alto contenuto proteico in quanto viene prodotto dopo la produzione di etanolo mentre HPDDG viene prodotto tramite un frazionamento prima della produzione di etanolo. NexPro ha una proteina grezza più alta (50 contro 45 percento) rispetto a HPDDG ma ha livelli di lisina leggermente inferiori (1,93 e 2,1 percento) e livelli simili di metionina (0,83 e 0,89 percento). Tutte queste caratteristiche favorevoli di NexPro® lo rendono un ottimo candidato come fonte proteica nei mangimi per pesci.
I valori di ADC ottenuti erano simili o superiori ai valori ottenuti da Cheng e Hardy (2004) per diverse categorie prossime di DDGS e sono stati utilizzati per la formulazione di diete utilizzate successivamente per prove di crescita. Il presente studio ha valutato NexPro® come sostituto del concentrato di proteine di soia nelle diete di trota iridea, mentre i livelli di farina di pesce, altre proteine animali, e farina di soia sono stati mantenuti costanti per evitare qualsiasi effetto confondente dei livelli variabili di altre fonti proteiche.
I pesci sono cresciuti bene con FCR bassi (da 0,87 a 0,97) simili a quelli che generalmente osserviamo con le buone diete commerciali utilizzate nel nostro laboratorio. Anche se esistevano differenze significative nel peso finale o nell'aumento di peso per pesce tra i trattamenti dietetici, aumento di peso percentuale o tassi di crescita specifici non erano significativamente differenti. Anche, non vi era alcuna differenza tra il controllo e le diete contenenti NexPro® in termini di performance di crescita. Risultati simili sono stati ottenuti anche da Cheng e Hardy (2004), quando il 22,5% di DDGS è stato incluso nelle diete di trota arcobaleno con integrazione di lisina e metionina e ha sostituito il 75% della farina di pesce.
This study also corroborates with the findings of Overland et al (2013) who successfully replaced a mixture of plant proteins such as SPC, sunflower meal and rapeseed meal with 22.5 and 45 an excellent candidate as a protein source in fish feed high protein dried distiller's grain (HPDDG) in the diets of 143 g rainbow trout.
In their study, just like in the present study, fishmeal level was constant across the diets (~21 percent). In another study with 34 g rainbow trout, similar results were obtained when 10% or 20% HPDDG was included by replacing fishmeal in the diets (30-40 percent fishmeal) but supplementing essential amino acids including lysine and methionine (Barnes et al, 2012).
Rainbow trout fed the highest level of NexPro (24 percent, 100NXP) tended to consume more feed even though not significantly more than the control group. As the level of NexPro® increased (0-24 percent) in the diet, feed intake appeared to increase marginally indicating no palatability issue associated with tested levels of NexPro®. Però, protein efficiency ratio (weight gain per unit protein consumed) of fish was significantly lower in the 100NXP group than the other dietary groups.
Protein retention was numerically lower and energy retention was significantly lower in the 100NXP group than in the control group. The results suggested that when fish were fed the highest level of NexPro® (24%), they tended to eat more but not utilise the nutrients as efficiently as the control group. This is in contrast to the findings of Overland et al. (2013) who observed no differences in feed intake with 22.5 or 45 percent HPDDG in the diets of rainbow trout.
Anche, they did not see significant differences in protein or energy retention among the dietary treatments despite a decrease in protein digestibility and an increase in energy digestibility. Generalmente, protein and phosphorus retention were higher across the treatments in that study than in the present study due to lower dietary crude protein and phosphorus levels in the earlier study. In quello studio, HPDDG replaced a mixture of SPC, sunflower meal and rapeseed meal whereas NexPro® replaced only SPC in the present study. Soy protein concentrate is a highly digestible protein (90-95 percent crude protein digestibility).
Even though NexPro® replaced SPC in terms of digestible protein incrementally in the diets in the present investigation, the values used were actually of DDGS in the absence of digestibility values for NexPro®. Corn co-products' quality and nutrient profile vary widely due to the grain source and processing methods employed (Liu, 2011; Welker et al, 2014) but NexPro® has consistently uniform quality control and specifications.
Brewers' yeast in the diet (6.9 percent) reduced the weight but not the growth rate of fish as compared to control diet. It might have slightly reduced the palatability of the diet causing marginally lower feed intake that was not apparent during feeding of fish.
In sintesi, NexPro® corn fermented protein can effectively replace SPC up to 100 percent in a rainbow trout diet without significantly affecting growth performance or feed efficiency.
An inclusion at 18 to 24 percent in the diet in the presence of other good quality protein sources was deemed to be optimal under the trial conditions. NexPro® is a viable solution for mitigating the 'protein gap' in advanced trout feeds for a sustainable trout industry. The relative prices of NexPro® and SPC and effects of NexPro® on feed conversion ratio will likely dictate decisions by feed formulators as to appropriate levels of SPC and/or NexPro® in rainbow trout diet formulations.
