av Dr Ioannis Nengas, Forskningschef, Hellenic Center for Marine Research, Grekland

Att säkerställa livsmedelsförsörjningen till en befolkning som förväntas överstiga nio miljarder före mitten av seklet är fortfarande en av våra största utmaningar, enligt Food and Agriculture Organization (FAO, 2017). Odling av vattenlevande organismer är en av världens snabbast växande livsmedelssektorer, förse planeten med ungefär hälften av all globalt konsumerad fisk. Enligt FAO, Vattenbruket kommer att bidra till både livsmedelssäkerhet och ekonomiskt välbefinnande för stora befolkningar. I dag, världsproduktionen av vattenbruksprodukter har satt nytt rekord, representerar 55 procent av den totala producerade skaldjuren, uppgår till totalt 200 miljoner ton per år.

Dock, utbyggnaden av vattenbruksproduktionen kräver en proportionell ökning av vattenfoderproduktionen. Så, utmaningen som vattenbruksindustrin har ställts inför under de senaste decennierna är att identifiera hållbara och näringsrika ingredienser för att stödja sektorns tillväxt. Vattenfoderindustrin har sedan många år tillbaka insett att användningen av växtfoder för produktion av vattenlevande arter är en väsentlig förutsättning för den framtida utvecklingen av vattenbruket. Sådant växtfoder måste tillhandahålla näringsrika komponenter som effektivt odlar vattenlevande arter med minimal miljöpåverkan och producerar högkvalitativt fiskkött för att främja människors hälsofördelar på ett kostnadseffektivt sätt (Gatlin et al., 2017).

Även om många växtbaserade djurfoderingredienser innehåller acceptabla mängder protein, essentiella aminosyror, kalorier, vissa mineraler och vitaminer, deras användning är fortfarande begränsad på grund av närvaron av flera endogena antinäringsfaktorer (ANF) som negativt påverkar enzymaktiviteten eller absorptionen av mineraler och andra näringsämnen (Rasha et al., 2011). Vissa av de antinäringsfaktorer som finns i växtingredienser kan inaktiveras helt eller delvis genom värmebearbetning, såsom stekning, autoklavering, extrudering eller matlagning, innan de inkluderas i fiskfoder (Francis et al., 2001). Dock, hög värme äventyrar dessa ingrediensers näringskvalitet på grund av partiell förstörelse av värmekänsliga näringsämnen och är inte effektiv på vissa av dessa antinäringsfaktorer.

Ett sätt att möjliggöra en omfattande användning av växtfoderingredienser genom att öka deras näringsvärde och minimera antinäringsfaktorerna är att använda biotekniska processer. Dessa processer inkluderar solid-state fermentation (SSF) och användningen av exogena dietenzym.

Fermentering i fast tillstånd

Fermentering är en process som involverar mikroorganismer, substrat och specifika miljöförhållanden som omvandlar komplexa substrat till enklare föreningar (Niba et al., 2009). Fermenteringsprodukter kommer att variera beroende på egenskaperna hos mikroorganismerna, substrat och förhållanden som används. Förhållandena inkluderar temperatur, pH, löst O2 och CO2, operativa system, blandning och längden på fermenteringsprocessen (Renge et al., 2012). Fermentering förbättrar näringskvaliteten hos foder genom att:

• Sänkning av fibrerna
• Ökat protein- och lipidinnehåll
• Förbättra tillgången på vitaminer och mineraler
• Förbättring av aminosyrors smältbarhet.

Det har också rapporterats öka fodrets smaklighet (Borresen et al., 2012). En stor fördel med processen är att den minskar näringsinnehållet i växtfoderingredienser och mykotoxinnivåer (Niba et al., 2009; Canibe och Jensen, 2012).

SSF är jäsningsprocessen som involverar ett fast substrat, som växtingredienser, i frånvaro av vätska. SSF utnyttjas i allmänhet för att producera fermenterade torra ingredienser som kan tillsättas i basfoderblandningar. På grund av den låga fukthalten, SSF-metoden kan endast utföras av ett begränsat antal mikroorganismer, främst svampar som Aspergillus spp. och Rhizopus spp., även om vissa bakterier, som Lactobacillus spp., kan också användas (Supriyati et al., 2015). SSF-bearbetade ingredienser är mer kompatibla med vattenfoderproduktion.

Fermenterade växtingredienser, särskilt de som produceras genom SSF, eftersom komponenter i vattenfoder är potentiella råvaror och har fått vattenbruksindustrins intresse. Tabell 1 visar resultat från inblandning av fermenterat växtfoder i dieter av olika vattenbruksarter.

Exogena dietenzym

Vattenbruk, liksom resten av djurproduktionssektorerna, försöker minimera foderkostnaderna och, av denna anledning, har nyligen riktat sin uppmärksamhet mot användningen av exogena dietenzym i foder som innehåller växtingredienser. Detta beror på deras förmåga att förbättra näringssmältbarheten, vilket är lågt eftersom vattenlevande arter saknar de endogena enzymer som behövs för att bryta ner den komplexa cellväggsstrukturen hos växtingredienser och frigöra näringsämnen. En annan viktig fördel med deras inkorporering i foderformuleringar är nedbrytningen av antinäringsfaktorer, såsom fibrer, fytater och icke-stärkelsepolysackarider (NSP), som sänker prestationsförmågan och äventyrar djurens hälsa och välbefinnande (Alsersy et al., 2015).

Exogena enzymer som fodertillsatser har studerats omfattande för fjäderfä- och grisfoderindustrin, och deras kostinkorporering är nu vanlig praxis av skälen ovan. Dock, för vattenbruksarter, forskning om exogent enzymtillskott har främst fokuserats på fytas. Först nyligen har intresset och forskningen om kostkolhydraser, proteaser och enzymblandningstillskott ökade (Gatlin et al., 2017).

Exogena kolhydrasers primära funktion är att hydrolysera komplexa NSP som finns i växtfoder. Vidare, kolhydrastillskott ökar smältbarheten av energigivande näringsämnen, som stärkelse och fett. Dessutom, det är möjligt att karbohydraser också verkar för att förbättra kväve- och aminosyrautnyttjandet genom att öka tillgången till protein för matsmältningsproteaser (Tahir et al., 2008). Som med andra näringsämnen, Kolhydrasenzymer är också involverade i att förbättra tillgången på mineraler i kosten för målorganismen. Dessutom, kolhydraser kan främja och stödja tillväxten av nyttiga bakterier, därigenom förbättrar tarmen och djurets allmänna hälsa (Adeola och Cowieson, 2011).

Förutom nedbrytningen av kolhydraser, det är viktigt att förbättra tillgången på proteiner i växtingredienserna genom att komplettera kostproteaser. Proteaser utgör en klass av enzymer som hydrolyserar protein till mindre proteiner, peptider och aminosyror. Utan proteaser, dessa band kan inte lätt brytas, och proteiner, därför, kunde inte lätt smältas av fisk och kräftdjur.

Det finns ett ökande antal publikationer om användningen av exogena enzymer kosttillskott eller enzymkomplex, består huvudsakligen av karbohydraser och proteaser med mycket lovande resultat. Tabell 2 sammanfattar de senaste fynden.

Med alla dessa potentiella fördelar från biotekniska nyheter, dagens formulerare har fler verktyg för att näringsmässigt och ekonomiskt optimera vattenfoder. Forskning pågår om effekterna av olika substrat, mikroorganismer, olika metoder för att framställa enzymer och foderingredienser, såväl som interaktionen mellan dessa innovationer och ämnesomsättningen, tillväxt, tarmhälsa och immunsystem hos odlade vattenlevande organismer.