Prestazioni di NexPro® alimentato con salmone atlantico:un nuovo ingrediente proteico di nuova generazione derivato dalla produzione di bioetanolo con macinazione a secco

dal professor Simon J Davies FRSB, Editore, Acquafeed internazionale, UK, Derek Balk e Melissa Jolly-Breithaupt, Specialisti in nutrizione di biocarburanti e ingredienti FHR, Flint Hill Resources LLC, Stati Uniti d'America

Sfondo

La ricerca di proteine ​​alternative in acquacoltura è di crescente importanza, principalmente a causa della rapida espansione del settore e del vincolo imposto agli ingredienti marini come la farina di pesce e agli ingredienti vegetali terrestri come la farina di soia, a causa della preoccupazione per la loro sostenibilità a lungo termine. L'allevamento di specie ittiche di alto valore richiede formulazioni di mangimi ad alto contenuto proteico per soddisfare i severi requisiti nutrizionali di questi pesci. Il salmone è di particolare importanza, vista l'immagine iconica che ritraggono nella piscicoltura.

Si stima che la produzione globale totale di salmone atlantico d'allevamento (Salmo salar) sia aumentata di circa il 7% nel 2019, a circa 2,6 milioni di tonnellate. Questo segna il terzo anno consecutivo di forte crescita dell'offerta, dopo un aumento di circa il cinque percento nel 2018. I tre principali contributori a questa espansione sono stati la Norvegia, Cile e Scozia.

Si stima che l'industria globale del salmone valga oltre 13 miliardi di euro dell'UE (14,7 miliardi di dollari USA) e dipenda fortemente da un grande investimento e da un'infrastruttura di supporto che include una piattaforma di produzione di mangimi ben consolidata. Nel rispetto, è fondamentale esaminare l'utilizzo di nuovi ingredienti per mangimi per un'industria sostenibile per soddisfare le richieste dei consumatori e dati di produzione affidabili. La gamma di opzioni è ampia e una di queste aree di interesse attivo è il potenziale dei sottoprodotti proteici migliorati del grano essiccato dei distillatori, derivanti dalle industrie del bioetanolo.

In precedenza, c'è stato molto interesse per le fonti più tradizionali di cereali secchi dei distillatori con e senza solubili come materia prima per un'ampia gamma di animali da produzione, compreso il pesce in una certa misura, a seconda della specie. DDGS da fermentazione alcolica potabile (cioè birra e distillazione di whisky) è stato utilizzato principalmente nelle razioni e il problema dell'alto contenuto di fibre ha posto limitazioni al loro uso per gli animali monogastrici, con la maggior parte dei sottoprodotti diretti verso i mangimi dei ruminanti in frazioni concentrate della dieta. Alcune applicazioni in aquafeed per tilapie e carpe (Omar, 2009) si sono rivelati un discreto successo e sono stati digeriti in modo efficiente da queste specie di pesci onnivori, rispetto ai vincoli dietetici nei pesci carnivori come la trota e il salmone.

Lo sfruttamento di DDGS e lieviti per le diete dell'acquacoltura è diventato importante come strategia per utilizzare proteine ​​alternative e fonti energetiche elevate. Relativamente pochi studi si sono concentrati sull'alimentazione di diete contenenti DDGS e lieviti con pesci d'acqua dolce e gamberi (Stone et al., 2005; Schaeffer et al., 2009; Zhou et al., 2010).

Più recentemente, ci sono stati notevoli progressi nella lavorazione del DDGS come conseguenza dell'espansione dell'industria dei biocarburanti in molte parti del mondo, basata sulla fermentazione controllata di mais e frumento. Questo processo porta a una significativa biomassa di cereali esauriti e lievito residuo che può essere sfibrata ed essiccata in un prodotto macinato ad alto contenuto proteico e con un eccellente contenuto bilanciato di aminoacidi essenziali. Lavoro recente di Goda et al (2019, 2020) ha dimostrato che un DDG ad alto contenuto proteico derivato dalla fermentazione del mais per biocarburante con l'aggiunta di inclusioni di enzimi ha funzionato bene nelle diete per il branzino europeo (Dicentrarchus labrax).

Una di queste aziende leader è FHR Biofuels &Ingredients con sede in Kansas, STATI UNITI D'AMERICA, con il loro prodotto avanzato NexPro che ha dimostrato benefici nelle formulazioni dei mangimi per le specie ittiche d'allevamento. NexPro ha molti attributi in termini di profilo nutrizionale di qualità e disponibilità del prodotto costanti con un alto contenuto proteico del 50 percento dal lievito combinato (25%) e dal composto di glutine di mais nel co-prodotto dopo la rimozione dell'etanolo. Il materiale offre una digeribilità superiore della sostanza secca, energia e proteine ​​rispetto ai prodotti DDGS di prima generazione ed è un'eccellente fonte di EAA e lisina e metionina solitamente limitanti in altri ingredienti per mangimi derivati ​​​​da piante ed è un'alternativa comprovata e competitiva a molte altre proteine ​​​​terrestri e farina di pesce. Inoltre, NexPro ha un'ottima durata e stabilità, a causa dei bassi livelli di grassi. Questi attributi sono stati completamente testati in condizioni variabili per i pesci e ora si sta lavorando per ampliare la nostra base di conoscenze.

Riportiamo gli studi preliminari condotti di recente per valutare NexPro nelle diete del salmone atlantico post-molt (fase di crescita). Lo studio ha affrontato la crescita e le prestazioni di utilizzo dei mangimi in condizioni controllate. Gli effetti dei livelli di inclusione graduati del prodotto di lievito (NexPro) sulla crescita, efficienza alimentare, utilizzo dei nutrienti, pigmentazione della carne, sono state valutate la biochimica del sangue e l'istologia intestinale.

Protocollo di sperimentazione del salmone atlantico

Sono state formulate cinque diete di ricerca come mostrato nella Tabella 1, cioè una dieta di controllo (dieta 0, La tabella 1) senza NexPro è stata formulata per soddisfare i noti requisiti nutrizionali del salmone atlantico (NRC, 2011) con quattro diete aggiuntive contenenti livelli variabili di NexPro a 5, 10, 15 e 20 per cento rispettivamente.

Gli ingredienti sono stati miscelati ed estrusi utilizzando un co-rotante, estrusore di cottura bivite interconnessa (ZSK-57, Werner &Pfleiderer, Ramsey, New Jersey, STATI UNITI D'AMERICA). Gli oli sono stati aggiunti agli estrusi utilizzando una spalmatrice sottovuoto UAS Canada Inc. (Abbotsford, AVANTI CRISTO, Canada). La composizione approssimativa delle diete di prova è presentata nella tabella 2, analizzati secondo i protocolli standard AOAC 2019 e sono stati determinati anche gli aminoacidi essenziali per ciascuna dieta.

Il salmone atlantico (ceppo St John River; peso corporeo iniziale 304,0 ± 10,7 g) assegnato in modo casuale a 35 pesci per vasca è stato allevato in acqua salata (25 ppt) in un sistema di acquacoltura a ricircolo (RAS) dotato di quindici vasche circolari da 750 litri. La temperatura dell'acqua è stata mantenuta a 14,2±0,6°C e l'ossigeno disciolto è stato mantenuto a una saturazione>90%. Queste erano le condizioni ottimali per la specie, consentendo un'eccellente crescita e utilizzo del mangime.

I salmoni venivano nutriti manualmente fino alla sazietà, tre volte al giorno per la durata dello studio di 12 settimane. Campioni di sangue e campioni di intestino distale sono stati prelevati dal salmone al termine della prova di alimentazione. Il sangue è stato analizzato per una serie di indici ematologici per valutare la salute e gli indicatori di stress. Le sezioni intestinali sono state fissate ed esaminate istologicamente per eventuali lesioni indotte dalla dieta come enteriti e cambiamenti morfologici associati.

risultati e discussione

È stato dimostrato che NexPro aveva un alto valore nutritivo e un ingrediente accettabile per i mangimi per il salmone atlantico e non aveva un impatto negativo significativo sulla crescita, assunzione di mangime di salmone, fino al 15% del livello di inclusione in questo studio (vedere la tabella 3).

Il divario del coefficiente di crescita termica (TGC) è convergente tra il salmone alimentato con il controllo e la dieta D (NexPro-20) durante il periodo di studio. Dieta C alimentata con salmone (NexPro-10) ha avuto il peso corporeo finale più alto dopo 84 giorni (vedere la figura 1).

L'inclusione incrementale di NexPro nelle diete sperimentali del salmone atlantico post-smolt ha determinato valori di Feed Conversion Ratio (FCR) conformi a quelli previsti per la specie nelle condizioni sperimentali incontrate. L'FCR era eccellente al di sotto di 1,0 e variava tra 0,93 e 0,98 per tutti i rispettivi trattamenti. Non c'era alcuna indicazione di cambiamenti nella qualità del pellet o nell'appetibilità del mangime quando presentato al pesce.

Le risposte di crescita e assunzione di mangime non sono state determinate in modo significativo dal contenuto di lipidi e/o proteine ​​nella dieta. La performance del salmone è stata, perciò, influenzato principalmente dal livello di inclusione di NexPro nella formulazione della dieta.

È stato interessante scoprire che il livello di inclusione di NexPro non ha avuto effetti significativi sulla composizione prossimale dell'intero corpo e sul contenuto di aminoacidi del pesce (vedere la tabella 4). proteine ​​di tutto il corpo, lipidi, i risultati di ritenzione di ceneri e amminoacidi erano in linea con i dati riportati in letteratura (es. Shearer et al., 1994; NRC, 2011). Questi risultati erano in accordo con una precedente valutazione dei salmonidi del DDGS con la trota iridea (Oncorhynchus mykiss) condotta da Overland et al. 2013.

Nel nostro studio con il salmone, composizione corporea totale, utilizzo dei nutrienti, la pigmentazione del filetto e l'istologia intestinale erano paragonabili al salmone alimentato con una pratica dieta di controllo. Anche il colore del filetto di salmone non è stato influenzato dall'inclusione di DDG e il pesce ha mantenuto una buona espressione di pigmentazione con coerenza in tutta la gamma di formulazioni dietetiche. Ciò ha dimostrato che la distribuzione complessiva della polpa dei carotenoidi e la ritenzione di astaxantina aggiunta al mangime come pigmento principale non era mascherata dall'inclusione di NexPro.

L'esame istologico della morfologia intestinale con particolare attenzione alla salute dell'intestino distale ha mostrato risultati interessanti che confermano la neutralità di NexPro quando sono state applicate le misurazioni morfometriche. Sappiamo per esperienza che alcune categorie di farina di soia possono favorire l'enterite intestinale distale nei pesci salmonidi, soprattutto nel salmone, a causa di vari fattori antinutrizionali presenti nella soia come saponine e polisaccaridi non amilacei e, insieme, questi effetti possono essere sinergici per causare reazioni infiammatorie e lesioni localizzate.

Questi ANF non sono presenti nel DDG ad alto contenuto proteico e non hanno effetti deleteri sulla salute dell'intestino del salmone. Questi sono mostrati chiaramente nella Figura 2, raffigurante sia una tipica sezione trasversale dell'intestino distale sano di pesce nutrito con NexPro sia un esempio di enterite in un'immagine comparativa della regione dell'intestino distale del salmone atlantico campionato alla fine della prova. Inoltre, La tabella 5 fornisce dati sulla rispettiva lunghezza e larghezza delle pieghe della mucosa del salmone senza alcun effetto negativo registrato dell'aumento di NexPro sulla morfometria intestinale complessiva.

Riepilogo

l'incorporazione in una formulazione standard della dieta del salmone atlantico è stata in grado di sostenere la crescita e l'efficienza alimentare, contribuendo sia all'assimilazione delle proteine ​​alimentari che dell'energia. Non ci sono state indicazioni di effetti negativi dell'incorporazione nelle diete sugli indici ematici o sui parametri metabolici relativi allo stato di salute e di stress del salmone nelle condizioni sperimentali. Questi valori rientravano negli intervalli normali per il salmone atlantico d'allevamento, dimostrando che l'omeostasi metabolica e fisiologica non è stata compromessa durante il periodo di prova. Risultati simili per l'inclusione di successo di HPDDG ad alto contenuto proteico sono stati riportati per il branzino europeo da Goda et al, 2019 e 2020. Jin et al. Anche il 2014 non ha riscontrato alcun danno e prestazioni eccellenti del novellame di orata (Pagrus major) quando alimentato a livelli simili di un chicco di distillatori a base di riso, come in questa valutazione del salmone.

È probabile che la continua espansione dell'industria dei biocarburanti a base di etanolo fornirà una produzione costante e in crescita di DDGS e il miglioramento delle tecnologie di lavorazione fornirà interessanti opportunità economiche per un livello ottimale di inclusione nei mangimi per animali. Queste nuove proteine ​​offrono una nuova generazione di prodotti per l'alimentazione animale, con l'acquacoltura in cima all'agenda. Questo lavoro conferma la fattibilità di includere fino al 15% di NexPro nei mangimi per salmone e di soddisfare le aspettative di crescita e utilizzo dei mangimi per colmare il crescente "gap proteico".

Il lavoro futuro sarà diretto verso un'ulteriore ottimizzazione per le diverse fasi di sviluppo e studi che comporteranno valutazioni di panel di gusti per il valore al dettaglio e l'accettazione da parte dei consumatori. L'uso di NexPro avrà probabilmente un significato positivo per il benessere dei pesci, soprattutto in termini di prestazioni gastrointestinali e miglioramento dell'assorbimento dei nutrienti, rispetto alla soia e ad altri ingredienti vegetali, a causa di vari componenti legati al lievito. Un arsenale di ingredienti di alto valore può dare un contributo importante alle strategie di formulazione meno costose per mitigare l'uso di concentrati proteici sia di farina di pesce che di soia.

Un'ulteriore strategia sarebbe quella di determinare se NexPro può rafforzare il sistema immunitario del salmone migliorando l'interfaccia della mucosa intestinale e condurre sfide alla malattia per testare la sua potenziale funzionalità nella dieta. Vari patogeni sarebbero selezionati in funzione delle possibili modalità di azione di NexPro a livello metabolico e fisiologico nel salmone atlantico durante le fasi cruciali della produzione. Sarebbe molto interessante esplorare se il prodotto potrebbe modulare positivamente il microbioma intestinale e influenzare la risposta immunitaria all'interfaccia della mucosa intestinale.

ha, perciò, un notevole potenziale come ingrediente preferito per i mangimi per i pesci d'allevamento e il salmone atlantico ha risposto bene come una tipica specie carnivora. Questo coclea bene per altre specie di pesci marini come spigola, orata e passera. È anche un ingrediente più sostenibile se si considerano l'economia ciclica e i requisiti per la gestione ambientale delle risorse nell'espansione dell'acquacoltura globale. Avrà vantaggi in termini di costi e benefici e valore aggiunto nelle diete dei pesci d'allevamento.

*Questo lavoro è stato intrapreso da Flint Hill Resources LLC come parte di una strategia per sviluppare NexPro e convalidare il prodotto per diverse specie di pesci e gamberetti per le diete dell'acquacoltura.