av professor Simon J Davies, International Aquaculture Editor, Professor emeritus, Harper Adams University.
&Derek Balk och Melissa Jolly-Breithaupt, Flint Hills resurser, USA
Produktionen av regnbåge bidrar väsentligt till den globala laxfiskindustrin och är en ikonisk art av högt värde och acceptans. Den föds upp flitigt i många tempererade regioner i världen som i USA, Kanada, Norge, Danmark, och Storbritannien och i de flesta områden i Europa och regioner i Latinamerika som Mexiko och, Chile såväl som i delar av Australien.
Den globala regnbågemarknaden uppskattades till 3 USD, 524,08 miljoner 2018 och beräknas nå 4 USD, 998,19 miljoner till 2025, vid en CAGR på 5,14 procent under perioden 2018 till 2025 med en produktion på långt över en miljon ton.
Regnbåge är en köttätande fisk och kräver dieter som innehåller en hög nivå av protein och energi som oljor (vanligtvis 45 och 25 procent) i kommersiellt foder. Följaktligen, produktionen av vattenfoder måste fortsätta att expandera för att möta efterfrågan. Foderformuleringar för laxfiskar har traditionellt förlitat sig på fiskmjöl för att tillhandahålla huvuddelen av dietprotein. Även om den totala användningen av fiskmjöl i vattenbruksfoder ökade varje år fram till 2007-08, andelen fiskmjöl i foderformuleringar har minskat för de flesta arter med mellan 35 och 50 procent (Tacon och Metian, 2008). Alternativa foderingredienser som sojamjöl, sojaproteinkoncentrat, raps måltid, rapsproteinkoncentrat, majsglutenmjöl, bomullsfrömjöl, ärtor, och veteglutenmjöl har undersökts för att ersätta fiskmjöl och minska kostnaderna för fiskproduktion (Gatlin et al, 2007).
I synnerhet, många vegetabiliska proteiningredienser innehåller antinäringsämnen som fytinsyra och proteashämmare som stör näringsassimilering. Växtproteinbaserad kost kan också innehålla lägre nivåer av begränsande aminosyror som metionin, lysin och treonin än fiskmjölsbaserade dieter. Dock, att komplettera de begränsande EAA med kristallina källor kan återställa tillväxthastigheter hos fisk, till viss del (Cheng et al, 2003). Konsumenterna i dag har tagit upp allvarliga etiska farhågor om hållbarheten hos sojamjöl, främst driven av frågan om avskogning.
Från 2000 till 2020, den amerikanska bioraffinaderiindustrin har vuxit från 56 till 209 storskaliga jäsningsanläggningar för produktion av alkohol även känd som etanol från olika spannmål. Den torrmalda etanolproduktionen resulterade i 3,3 miljarder pund majsdestillationsolja och 29,4 miljoner ton torkade destillatörers spannmål 2020 (Renewable Fuels Association, 2020).
Bland alla DDG-produkter från olika spannmål, majs DDGS är den dominerande. Majs DDGS produceras i etanolfabriker genom att använda en torrmalningsmetod (Overland et al, 2013). Konventionell DDGS innehåller en måttlig nivå av råprotein (24-32 procent) jämfört med fiskmjöl och sojaproteinprodukter och har mindre fosfor än fiskmjöl (Gatlin et al, 2007).
Användning av DDGS har studerats i kosten för många vattenbruksarter inklusive regnbåge (Cheng et al., 2003; Cheng och Hardy, 2004; Barnes et al. 2012). Också, dieter innehållande 10 eller 20 procent DDGS verkade minska tillväxten hos regnbåge även med tillskott av essentiella aminosyror och fytas på grund av högt fiberinnehåll (Barnes et al, 2012a).
I en annan studie, DDGS inkluderades i regnbågsdieter upp till 22,5 procent utan att påverka tillväxten när lysin och metionin tillsattes (Cheng och Hardy, 2004). Stone et al (2005) menade att om råproteinhalten kunde ökas och svårsmälta fibrer minskade, Inklusionsnivån av DDGS kan ökas i fiskfoder. Detta kan uppnås genom att fraktionera och ta bort icke-fermenterbara fraktioner före eller efter etanolproduktion. Fraktionering före fermentering skapar en högprotein-DDG (HPDDG, 42 och 45 procent råprotein) har utvärderats i regnbåge med kontrasterande resultat (Barnes et al, 2012; Overland et al. 2013).
Resultatet av mekanisk separation efter fermentering
NexPro fermenterat protein, en produkt från USA-baserade Flint Hills Resources, är resultatet av efterjäsning mekanisk separation av DDG-produkten med användning av en patenterad teknologi som kallas Maximized Stillage Co-Products. Fraktionering av produkten efter jäsning tillåter jäsningsprocessen att hjälpa till med separation och försvaga den cellulära väggstrukturen hos de fibrösa fraktionerna och koncentrationen av inaktiv Saccharomyces cerevisae jäst, som används för framställning av alkohol.
NexPro® har ett överlägset råprotein (~50 vs ~28 procent), lägre råfibernivåer och förbättrad näringssammansättning jämfört med traditionella DDGS. Som ett resultat, (NexPro®) kommer sannolikt att konkurrera med sojaproteinkoncentrat, majsproteinkoncentrat, majsglutenmjöl och öljäst som ingrediens i fiskfoderformuleringar.
Denna studie utvärderade NexPro® som en hållbar proteinkälla i foder för regnbåge genom att ersätta sojaproteinkoncentrat (SPC) i en balanserad serie av dieter, inklusive andra ingredienser och fiskmjöl. De valda parametrarna för studien inkluderar tillväxtprestanda, fodereffektivitet, smältbarhet och näringsretention, varav det senare är viktigt ur perspektivet att minska näringsförlusterna från fiskodlingar som orsakar miljöpåverkan (som fosfor och kväve).
Flint Hills Resources levererade NexPro® majsfermenterat protein till Bozeman Fish Technology Center (BFTC), Bozeman, Montana, för experimentell foderproduktion enligt beskrivning nedan. Först, smältbarhetsförsöket och sedan tillväxtförsöket genomfördes av University of Idahos Aquaculture Research Institute, särskilt Hagerman Fish Culture Experiment Station (HFCES) i Hagerman, Idaho. Produkten analyserades vid HFCES med avseende på näringssammansättning.
Dietens sammansättning och tillämpning
Experimentellt foder:Uppenbar näringssmältbarhet in vivo för NexPro® bestämdes genom att mata separata grupper av undervuxna regnbåge med en diet innehållande produkten till 30 procent. En referensdiet (10 kg batch) innehållande praktiska ingredienser och 0,1 procent osmältbar inert markör (yttriumoxid) framställdes vid HFCES. Testdieter innehållande 30 procent NexPro® och 70 procent referensdietröra på torrsubstansbasis bereddes. Båda dieterna kallpelleterades med en pelletkvarn i Kalifornien försedd med en fyra millimeters form. Pellets torkades i en tvångstork vid 35°C under 48 timmar. Prover av varje diet togs för nära sammansättning och mineralanalyser, inklusive yttriumanalys.
Fiskunderhåll och utfodring:Regnbåge från HFCES in-house stamfisk (House Creek-stam) användes för studien. Tjugofem fiskar (~250 g) lagrades i fyra 145-L tankar, var och en försedd med 12 L min-1 källvatten vid konstant temperatur (15 °C) som tillförs av gravitationen till fiskuppfödningslaboratoriet.
Var och en av referens- och testdieterna tilldelades slumpmässigt två tankar med fisk. Fisk fick sin respektive diet två gånger dagligen, kl. 0830 till 0900 och 1530 till 1600 till skenbar mättnad under en vecka. Dag 4 och 8, fiskar i varje tank sövdes lätt med trikain - metansulfonat (MS-222, 100 mg L-1, buffrad till pH 7,0), avlägsnas från vattnet i 30 till 60 sekunder, och avföring som försiktigt skjuts ut med ett lätt tryck på buken nära ventilen, en process som kallas "stripping".
Experimentella foder:Alla experimentella dieter för tillväxtförsöket formulerades med en foderformuleringsprogramvara (WinFeed 2.8, Cambridge, UK) efter att näringsämnessmältbarhetsdata var tillgängliga för NexPro®.
En kontrolldiet plus fem experimentfoder formulerades för att innehålla 40 procent smältbart protein och 17,2 MJ/kg smältbar energi, tre procent lysin och ~0,8 procent smältbar fosfor (i befintligt skick).
Flödena formulerades enligt följande:
Diet 1:Kontroll – standardnivå av fiskmjöl i kommersiellt öringfoder:Dieter 2 till 5 (25 till 100 procent stegvis ersättning av SCP med NexPro®); Diet 6:25 procent ersättning av SPC med torkad öljäst (BY) på råproteinbasis.
Alla dieter uppfyllde eller överskred minimikraven för näringsämnen för regnbåge (NRC, 2011). Torkad öljäst (Saccharomyces cerevisiae) testades också genom att ersätta 25 procent SPC på råproteinbasis för att jämföra den med kontrollen och kosten med NexPro® som ersatte 25 procent SPC på råproteinbasis. Dieter producerades genom extruderingpelletering liknande kommersiell fiskfoderproduktionsteknik. Näringssammansättningen som testprodukterna presenteras i tabell 1. Råproteinhalten i NexPro® (50,87 procent) var högre än den i DDGS (28,36 procent) medan råfettet var lägre i NexPro® (4 %) än i DDGS (11,6 procent) %). Energiinnehållet var högre i DDGS än i NexPro®.
Den ungefärliga sammansättningen och energiinnehållet i dieter som användes i tillväxtförsöket presenteras i tabell 4, medan mineralsammansättningen av dieterna presenteras på basis av matning i tabell 5.
Fisk och utfodring:Regnbågsöring, kläckts från ägg köpta från en kommersiell källa (TroutLodge, Sumner, WA) användes i studien. Trettio fiskar (initial medelvikt:15,6 g) lagrades i var och en av 18, 145-L tankar. Varje tank försågs med 10 till 12 L/min av konstant temperatur (15 °C) källvatten som tillfördes av gravitationen till fiskuppfödningslaboratoriet.
I en helt randomiserad design, var och en av de sex experimentdieterna tilldelades slumpmässigt till triplikattankar inom laboratoriesystemet för att ta hänsyn till eventuella tankpositionseffekter. Varje diet matades för hand till respektive tankar med fisk till uppenbar mättnad, tre gånger per dag och sex dagar i veckan i 12 veckor. Fotoperioden hölls konstant vid 14 timmar ljus:10 timmar mörker.
Närmaste sammansättning (fukt, protein, fett och aska) av foder, Helkroppsfiskar och fekala prover bestämdes med hjälp av AOAC (2002) procedurer.
Beräkningar av skenbara smältbarhetskoefficienter för dieter
Synbara smältbarhetskoefficienter (ADC), för både dieter och NexPro®, för torrsubstans, organiskt material, protein, lipid, energi och mineraler, (inklusive fosfor), beräknades med hjälp av formeln som beskrivs av Bureau et al. (2002):Använder data för levande vikt och foderförbrukning, och index beräknade enligt Hardy och Barrows (2002)
Statistisk analys av data:Data testades för normalitet och varianshomogenitet före envägsvariansanalys (ANOVA). Vid behov, data transformerades för att uppnå normalfördelning och utsattes för Tukeys HSD-test för att separera medelvärdena vid en signifikansnivå av P<0,05. Vid icke-homogen varians, Welchs ANOVA framfördes. Om betydande skillnader hittades, Tukeys test, som motsvarade Games-Howell-testet, genomfördes för att skilja medlen. Vid icke-normal fördelning, det icke-parametriska Kruskal-Wallis-testet utfördes. Alla statistiska tester utfördes med programvaran SAS 9.3.
Foderomvandlingsförhållandena var mycket bra
I smältbarhetsförsöket presenteras näringssammansättningen av referensdieten som används för smältbarhetsförsöket i tabell 2. Dieten innehöll 44,7 % råprotein och 17,8 % råfett som är typiska för dieter som används för ett tillväxtförsök i vårt laboratorium. Skenbara smältbarhetskoefficienter för näringsämnen för DDGS i regnbåge presenteras i tabell 3. Även om torrsubstans smältbarhet (50,5 procent) var lägre, smältbarheten av råprotein var mycket god (86,4 procent). ADC för energi var något låg (59,6%). Mineraler särskilt Mg, P, K, Cu och Zn var mycket smältbara.
I tillväxtförsöket utfodrades regnbågsungarna med dieter som innehöll graderade nivåer av NexPro® (NXP) och en enda nivå av bryggjäst under 12 veckor. Fisk accepterade lätt experimentdieterna. Övergripande, fiskarna var robusta utan avvikelser eller missbildningar. Tillväxt- och foderanvändningsindex för fisken presenteras i tabell 6.
Den genomsnittliga slutvikten för fisken var signifikant olika bland dietgrupperna (P<0,05). Fisk som fick 75NXP-dieten (240 g) hade betydligt högre slutvikt än den som fick BY-dieten (217 g). Dock, det fanns ingen signifikant skillnad i slutvikt bland de fiskar som fick NexPro®-dieter.
Viktökningen var högst i fisk som fick 75NXP-diet (224 g/fisk) än i fisk som fick BY-diet (202 g/fisk) och de var signifikant annorlunda. Det fanns inga signifikanta skillnader i procentuell viktökning, specifik tillväxttakt, dagligt tillväxtindex, överlevnad, foderkonsumtion av fisk eller FCR bland dietbehandlingsgrupperna efter 12 veckors utfodring (P>0,05).
Den genomsnittliga viktökningen i procent var högst i 75NXP (1421) och den lägsta i BY (1296). Specifik tillväxttakt varierade från 3,14 procent/dag (BY) till 3,24 procent/dag (75NXP). Överlevnaden var hög i alla dietbehandlingsgrupper (93,3 till 100 procent) i slutet av 12 veckor. Foderkonsumtionen per fisk varierade från 179 g (BY) till 209 g (100NXP) medan den dagliga foderkonsumtionen varierade från 1,83 % kroppsvikt/dag (75NXP och BY) till 2,02 % kroppsvikt/dag (100NXP).
Foderomvandlingsförhållandena var mycket bra för alla foder (0,87 till 0,97). Proteineffektivitetsförhållandet var signifikant lägre i fisk som fick 100NXP-diet (2,20) än i fisk som fick annan diet (2,33 till 2,39). Konditionsfaktorer för fisk var höga över hela dieterna (1,55 till 1,63) och skilde sig inte signifikant mellan dietbehandlingarna.
Helkroppssammansättning och mineralsammansättning för fisken som utfodrats med experimentdieterna presenteras i tabell 7. Detta varierade inte signifikant mellan dietbehandlingarna (P>0,05). Fosfor varierade från 0,365 procent (75NXP) till 0,40 procent (kontroll) och minskade när HP 330-nivån ökade i dieterna. Järnnivån i hela kroppen varierade från 14,5 ppm till 18,3 ppm. Zinknivån varierade från 21,3 ppm (25NXP) till 31,0 ppm (100NXP).
Näringsretention hos unga regnbåge som utfodrats med experimentdieterna under 12 veckor presenteras i tabell 8. Det fanns ingen signifikant skillnad mellan dietgrupperna för fett- och proteinretention (P>0,05). Fettretention varierade från 71,62 procent (100NXP) till 82,3 procent (kontroll).
Proteinretention i regnbåge varierade från 37,8 % (100NXP) till 40,8 % (50NXP). Energiretention var signifikant högre i kontroll- (45,3 %) och 75NXP (46 %) grupper än i 100NXP-gruppen (40,8 %). Retentionsvärden för kalcium (18,6 till 23,1 procent) och fosfor (26,4 till 29,8 procent) skilde sig inte signifikant mellan kostbehandlingarna (P>0,05).
En utmärkt kandidat som proteinkälla i fiskfoder
Majsfermenterat protein, är en kombination av återvunnet majsprotein och förbrukad jäst, är rik på protein och ger en bättre aminosyraprofil än traditionell majsglutenmjöl, speciellt lysin. NexPro® har lägre kolhydrat- och råfiberinnehåll än DDGS. Dessutom, nivåer av mineraler som fosfor, järn och zink är betydligt högre i NexPro® än i DDGS. NexPro® skiljer sig också från den högproteintorkade destillatörens spannmål genom att den produceras efter etanolproduktion medan HPDDG produceras via en fraktionering före etanolproduktion. NexPro har högre råprotein (50 vs. 45 procent) än HPDDG men har något lägre lysin (1,93 och 2,1 procent) och liknande metionin (0,83 och 0,89 procent). Alla dessa gynnsamma egenskaper hos NexPro® gör den till en utmärkt kandidat som proteinkälla i fiskfoder.
De erhållna ADC-värdena var liknande eller högre än värdena som erhölls av Cheng och Hardy (2004) för olika närliggande kategorier av DDGS och användes för formuleringen av dieter som användes för tillväxtförsök senare. Den aktuella studien utvärderade NexPro® som en ersättning för sojaproteinkoncentrat i regnbågsdieter medan nivåerna av fiskmjöl, andra animaliska proteiner, och sojamjöl hölls konstant för att undvika förvirrande effekter av varierande nivåer av andra proteinkällor.
Fisk växte bra med låga FCRs (0,87 till 0,97) som liknar vad vi vanligtvis observerar med bra kommersiella dieter som används i vårt laboratorium. Även om det fanns betydande skillnader i slutvikt eller viktökning per fisk bland dietbehandlingarna, procentuell viktökning eller specifika tillväxthastigheter var inte signifikant olika. Också, det fanns ingen skillnad mellan kontrollen och NexPro®-innehållande dieter när det gäller tillväxtprestanda. Liknande fynd erhölls också av Cheng och Hardy (2004), när 22,5 procent DDGS ingick i regnbågsfoder med lysin- och metionintillskott och ersatte 75 procent av fiskmjölet.
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®. Dock, 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.
Också, 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. I allmänhet, 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. I den studien, 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.
Sammanfattningsvis, 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.
