Danno da calore:un fattore chiave della variabilità nutrizionale negli ingredienti comuni dei mangimi

di Dominique P Bureau, Professore, Dipartimento di Bioscienze Animali, Università di Guelph

La produzione economicamente vantaggiosa di mangimi per animali che soddisfino sia le esigenze nutrizionali degli animali sia gli specifici obiettivi di produzione dipende dalla definizione accurata delle specifiche ottimali dei mangimi su una base nutritiva digeribile o biodisponibile. Richiede inoltre una caratterizzazione precisa della composizione nutrizionale e della digeribilità delle risorse alimentari utilizzate nella formulazione.

La nostra ricerca presso l'Università di Guelph ha costantemente dimostrato che la digeribilità delle proteine e degli aminoacidi può variare notevolmente tra diversi tipi di ingredienti e persino tra lotti dello stesso ingrediente. Negli anni ’90, abbiamo documentato una variabilità significativa nella digeribilità delle proteine ​​e nella biodisponibilità degli aminoacidi nelle trote iridee alimentate con lotti diversi degli stessi ingredienti del mangime. Lavori più recenti con pesci e gamberetti confermano che questa variabilità persiste tra le specie e le origini geografiche.

Collaborazioni con il Centro di ricerca APOTEC (Ho Chi Minh City, Vietnam), Wittaya Aqua e il Laboratorio di ricerca sulla nutrizione dei pesci dell'Università di Guelph hanno rivelato differenze del 5-15% nelle proteine grezze e nella digeribilità degli aminoacidi essenziali tra le farine di soia (SBM), le farine di carne e ossa (MBM) e i cereali e i solubili di mais essiccati distillatori (DDGS) di diverse origini nella tilapia del Nilo e nei gamberetti bianchi del Pacifico (Tabella 1). Prove di crescita con gli stessi ingredienti hanno mostrato che le variazioni nella digeribilità apparente si traducono in differenze misurabili nella biodisponibilità degli aminoacidi, come dimostrato dalle forti correlazioni tra i livelli di aminoacidi digeribili nelle diete e l'aumento di proteine ​​(Figura 1). Questi risultati sottolineano l'importanza economica della selezione dei lotti degli ingredienti, come illustrato da una simulazione dei costi di produzione della tilapia utilizzando la tecnica SBM di varie origini (Tabella 2).

La causa delle differenze di digeribilità tra ingredienti altrimenti simili rimane poco chiara, ma sono implicate sia l’origine della materia prima che le condizioni di lavorazione. Il trattamento termico (essiccazione, cottura o tostatura) è fondamentale per molti ingredienti dei mangimi e il trattamento termico è probabilmente un fattore determinante della variazione di digeribilità osservata. L’esposizione al calore può innescare una serie di cambiamenti chimici, collettivamente definiti “danni da calore”, tra cui l’ossidazione delle proteine, la pirolisi, la racemizzazione degli amminoacidi, le reazioni di Maillard e la reticolazione degli amminoacidi. Sebbene queste reazioni siano state studiate in condizioni di laboratorio controllate, i loro contributi relativi e gli effetti combinati negli ingredienti dei mangimi commerciali non sono ben compresi.

Le reazioni di Maillard ricevono particolare attenzione perché avvengono a temperature elevate e coinvolgono gruppi amminici che reagiscono con gli zuccheri riducenti. La lisina è l’amminoacido più sensibile, seguito dall’arginina. La lisina reattiva viene quindi utilizzata come indicatore dell'intensità della reazione di Maillard e test recenti ora consentono la quantificazione dei prodotti della reazione di Maillard.

Tuttavia, le reazioni di Maillard rappresentano solo una parte del quadro. Il calore può anche causare la reticolazione delle proteine, formando composti come lisinoalanina (LAL), istidinoalanina (HAL) e lantionina (LAN). Questi amminoacidi reticolati possono creare peptidi resistenti alla digestione enzimatica, anche se rimangono solubili e appaiono digeribili in vitro. Jahanbin et al. (2021) hanno dimostrato che temperature di lavorazione più elevate riducono le concentrazioni di amminoacidi essenziali aumentando al contempo gli amminoacidi reticolati. Poiché questi peptidi potrebbero non essere assorbiti o utilizzati dagli animali, il valore nutritivo delle proteine ​​interessate risulta ridotto. La valutazione diretta della biodisponibilità degli amminoacidi è quindi essenziale, ma in genere è troppo complessa, costosa e richiede molto tempo per l'uso di routine nel settore.

Valutare l’entità del danno da calore e le sue conseguenze nutrizionali rimane una sfida. I metodi standard di controllo della qualità, come l'analisi di routine degli aminoacidi, non rilevano residui danneggiati o reticolati. I comuni test in vitro, compreso il test di degradabilità della pepsina-HCl, differenziano scarsamente gli ingredienti con danni termici variabili. Le tecniche emergenti, come i test di digeribilità del pH, la spettroscopia Raman o la misurazione diretta dei marcatori del danno termico, si dimostrano promettenti ma non sono ancora convalidate o pratiche per l'uso di routine.

La spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS) è lo strumento di controllo qualità più ampiamente utilizzato nel settore dei mangimi, ma la sua capacità di prevedere il valore nutritivo degli ingredienti danneggiati dal calore è limitata senza calibrazioni robuste e specifiche per gli ingredienti. Lo sviluppo di tali calibrazioni richiederebbe un grande sforzo per tenere conto dei complessi cambiamenti chimici associati al danno termico. Di conseguenza, l’industria dei mangimi attualmente non dispone di strumenti rapidi, affidabili e pratici per valutare l’impatto del danno termico sulla qualità degli ingredienti. Tali strumenti consentirebbero ai produttori di stimare in modo più preciso il contenuto di aminoacidi digeribili e biodisponibili di diversi lotti, migliorando l'accuratezza della formulazione e l'efficacia in termini di costi.

Wittaya Aqua, APOTEC e il Laboratorio di ricerca sulla nutrizione dei pesci dell’Università di Guelph stanno portando avanti attivamente la ricerca su questo argomento con il sostegno del Soybean Export Council (USSEC) degli Stati Uniti e di altri partner. Prevediamo progressi significativi nei prossimi mesi e accogliamo con favore il feedback e la collaborazione delle parti interessate del settore interessate a portare avanti questo impegno di ricerca.

Tabella 1:riepilogo dei risultati di recenti studi di digeribilità condotti in collaborazione tra il Centro di ricerca APOTEC (Vietnam), Wittaya Aqua e il Laboratorio di ricerca sulla nutrizione dei pesci dell'Università di Guelph.

Coefficiente di digeribilità apparente (ADC)   Proteina grezza  Energia lorda  Arginina  Lisina  Treonina  Nile Tilapia (prova 1)  % % % % % SBM dall'Argentina 88 79 94 96 77 SBM dal Brasile 85 83 94 98 74 SBM dagli Stati Uniti 91 86 95 98 84 Nile Tilapia (prova 2)       SBM dall'Argentina 85 79 93 94 84 Lotto di MBM 1 dagli Stati Uniti 91 80 90 93 86 Lotto di MBM 2 dagli Stati Uniti 87 81 91 91 77 Lotto di MBM dall'Ungheria 80 69 77 78 72 Gamberetti bianchi del Pacifico       DDGS lotto 1 dagli USA 86 77 66 60 86 DDGS lotto 2 dagli USA 80 82 74 67 87 

Figura 1:Aumento proteico dei gamberetti bianchi del Pacifico durante una prova di crescita di 56 giorni in funzione dell'arginina totale e digeribile delle diete sperimentali.

Tabella 2:Confronto bioeconomico degli scenari di produzione della tilapia del Nilo* che valutano il rapporto costo-efficacia dei mangimi formulati con fonti di farina di soia a varia digeribilità (simulazione effettuata da Wittaya Aqua sulla base di prove di laboratorio effettuate in Vietnam)

     Dieta con SBM statunitense  Dieta con SBM argentino  Dieta con SBM brasiliano  Inventario di stoccaggio   35.000  35.000 35.000 Peso della calza  g/pesce 30 30 30 Giornate della Cultura (DOC)  giorni 162 167 173 Peso raccolto  g/pesce 1.000  1.000 1.000 eFCR   1.49 1.54 1.56 Sopravvivenza  % 70 70 70 Cicli di produzione all'anno   2.3 2.2 2.1       Costi di produzione          Costo del feed  USD/tonnellata 756 757 758 Avannotti vaccinati  USD/Fingerling 0,175  0,175 0,175 Deprezzamento degli investimenti  USD/anno 30.000  30.000 30.000 Energia  USD/giorno 20 20 20 manodopera  USD/giorno 30 30 30 Raccolta ed elaborazione  USD/kg 0,4 0,4 0,4 Prezzo di mercato della tilapia intera  USD/kg 2,25 2,25 2,25 Prezzo di mercato per il filetto di tilapia  USD/kg 7,50 7,50 7,50       Riepilogo al raccolto/anno          Raccogli l'inventario   55.200 53.547 51.690 Raccogliere biomassa  kg 55.200 53.547 51.690 Valore di biomassa (come pesce intero)  USD 124.200 120.481 116.303 Resa del filetto per pesce  %  34  34 34 Peso del filetto  kg 18.768 18.206 17.575 Valore totale del filetto (reddito)  USD/anno 140.760  136.546  131.810        Requisito di feed cumulativo  kg 82.800 82.249 82.497 Costo cumulativo del mangime  USD 62.597 62.262 62.533 Costo degli avannotti allo stoccaggio  USD 13.800 13.387 12.923 Costo di raccolta e lavorazione  USD/anno 22.080 21.419 20.676 Costo di energia, manodopera e ammortamento degli investimenti  USD/anno 25.750 25.750 25.750       Costo totale di produzione  USD/anno 124.227  122.818  121.882  Profitti/perdite  USD/anno 16.533 13.728 9.928 Utile/perdita  USD/kg 0,30 0,26 0,19 Margine  % 13  11  8         

*La modellazione bioeconomica è stata condotta considerando un tipico scenario di produzione IPRS, coltivando tilapia del Nilo da 30 ga 1.000 ga a una temperatura dell'acqua di 29 gradi Celsius, con un inventario di 35.000 pesci (140 pesci/m 3) e un tasso di sopravvivenza del 70%. Le componenti di costo si basano su stime per la Colombia.