av Dr Alex Makol, Dr Anja Keiner och Dr Andreas Mueller, Delacon, Österrike
Som en direkt följd av stagnationen av fångstfisket och globalt ökande fiskkonsumtion, vattenbruket är en av de snabbast växande sektorerna inom livsmedelsproduktion.
Dock, begränsningen av marina råvaror i vattenbrukets dieter och deras ersättning med mer hållbara protein- och lipidkällor av landbaserat ursprung, i vissa fall, är förknippat med negativa konsekvenser på ämnesomsättningen och immunsystemet hos vattenbruksarter och kan bromsa utvecklingen av sektorn.
Den globala trenden att förbjuda tillväxtfrämjare av antibiotika, av rädsla för utvecklingen av resistenta bakteriestammar, och för att skydda konsumenternas hälsa, har drivit sektorn att istället satsa på forskning om naturliga alternativ.
Växtämnen på uppgång
Fytogena fodertillsatser (PFA), vanligtvis definieras som växtbaserade fodertillsatser eller växter, representerar en grupp naturliga ämnen som används i djurfoder. Dessa ämnen kommer från örter, kryddor, andra växter och deras extrakt som består av högaktiva växtämnen och omfattar mycket mer än eteriska oljor:de inkluderar kryddiga eller bittra ämnen, saponiner, flavonoider, slem eller tanniner.
Under de senaste två decennierna, forskning om fytogenik som potentiella funktionella ingredienser har ökat, och med det, deras kommersiella användning inom animalieproduktionssektorn. Dock, en djupare förståelse av verkningssättet för de bioaktiva föreningarna av fytogena i fisk och skaldjur är nyckeln för att förbättra deras användning i vattenbruk.
Vissa av de bioaktiva fytogena föreningarna har visat sig stimulera produktionen av matsmältningsenzymer, stöder leverfunktionen, modulerar obalanser i tarmmikrobiota, och har potenta antioxidanter och antiinflammatoriska egenskaper.
Lyckligtvis, under de senaste åren, forskare och företag har gjort mycket forskning för att klargöra, hur specifik fytogen kan förbättra näringsupptaget och/eller sjukdoms- och stressresistens hos fisk och skaldjur som en viktig grund för optimal sektorexpansion.
Förståelsen av verkningssättet för nyformulerade komplexa fytogena blandningar (blandningar) kommer att hjälpa vattenbrukssektorn att använda tillgänglig fytogen på rätt sätt, att utforska synergier och antagonismer mellan bioaktiva föreningar och för att klargöra interaktioner med andra foderingredienser. Dessa fakta kommer dessutom att hjälpa vattenbrukssektorn att förbättra sin produktionsprestanda.
Effekter på tillväxtprestanda
Tillväxtprestanda är den mest använda parametern för att bestämma adekvat produktionsstyrning, och det kan påverkas av olika faktorer, som näring, miljö, patogener eller hantering. Att upprätthålla en optimal tillväxttakt under stressiga situationer eller till och med främja den under normala förhållanden är ett av huvudkraven i branschen.
Specifika fytogena egenskaper har visat sig främja tillväxtprestanda och fodereffektivitet hos flera fisk- och skaldjursarter. Till exempel, Aloe vera (Aloe barbadensis Miller) extrakt förbättrade tillväxtprestanda hos vanlig karp (Cyprinus carpio) när den matades i åtta veckor.
Extrakt av vitlök (Allium sativum), oregano (Origanum heracleoticum), ginseng, quillaja (Quillaja saponaria), mentha (Mentha piperita) och söt basilika (Ocimum basilicum) främjade tillväxtprestandan hos niltilapia (Oreochromis niloticus) i flera försök.
Liknande, för kanal havskatt (Ictalurus punctatus), tillväxtprestanda och fodereffektivitet förbättrades, när fisken matades med oreganoolja. Dessa fördelar kan förknippas med en positiv effekt på fiskens mikrobiotasammansättning, härrör från de väl beskrivna antimikrobiella egenskaperna hos oregano. Extrakt av vitlök och lök (Allium cepa) stödde tillväxten i europeisk havsabborre (Dicentrarchus labrax) och i fallet med Whiteleg räkor (Litopenaeus vanamei), flera fytogena ämnen, som yucca (Yucca schidigera), quillaja, ingefära (Zingiber officinale), curcuma (Curcuma longa) och astralagus (Astralagus membranaceus) främjade tillväxtprestanda.
Det potentiella verkningssättet för de ovan nämnda individuella fytogenerna, i allmänhet, har förknippats med förbättrad fodersmak, främjad utsöndring av matsmältningsenzym, förbättrat näringsupptag och balanserande effekter på tarmmikrobiotan. Det är intressant att notera att effekten av fytogenik är direkt relaterad till fiskarten, extraktionsprocessen och deras biotillgänglighet av aktiva ämnen snarare än till inklusionshastigheten.
Stödja motståndskraft
En optimal immunfunktion hos odlade fiskar och skaldjur är en viktig faktor för att skydda dem mot infektioner med patogener. Flera studier har behandlats för att fastställa hur fytogenika kan stärka det medfödda och/eller adaptiva immunförsvaret när det kompletteras med odlad fisk och skaldjur. I detta sammanhang, vitlök är den mest studerade fytogena när det gäller att stärka immunförsvaret och öka motståndskraften mot sjukdomar.
Till exempel, vitlökspulver som matas till Nilen tilapia förbättrat fagocytiskt fiskindex, bakteriedödande och lysozymaktiviteter samt ökad sjukdomsresistens mot Aeromona hydrophila.
Liknande, regnbåge (Oncorhynchus mykiss) utfodrad med vitlöksextrakt visade förbättrad fagocytisk aktivitet, andningsutbrott, lysozymaktivitet och, följaktligen, minskad fiskdödlighet när den utsätts för Aeromona hydrophila.
Det har nyligen bevisats att en blandning av vitlöksolja och labiatae växtextrakt kompletterat i nio veckor förbättrade sjukdomsresistens och immunsystemets svar, främjat ett hälsosammare mikrobiom och minskade kortisolnivåer i europeisk havsabborre som matades med låg fiskmjöl och fiskolja.
Verkligen, oregano, ingefära och rosmarin (Rosmarinus officinalis) har visat sig immunmodulera Moçambique tilapia (O. mossambicus) och europeisk havsabborre. Gurkmejaolja och Gynura bicolor minskade dödligheten hos räkor infekterade med V. harveyi, V. alginolyticus och vita fläcksyndromvirus (WSSV), delvis på grund av deras förstärkande effekter på lysozym, prophenoloxidas (proPO) och superoxiddismutas (SOD) aktivitet.
Ytterligare, det verkar som om närings- och miljöfaktorer påverkar tarmmikrobiomet avsevärt. Dietens sammansättning, inklusive växtbaserade aktiva ämnen, utgör alltså en avgörande faktor, är därför ansvarig för modifieringen av bakteriepopulationer.
I detta sammanhang, fytogenika kan modulera tarmens mikrobiota genom att öka spridningen av mjölksyrabakterier (LAB) som Lactobacillus och minska förekomsten av potentiellt patogena bakterier. Förresten, fytogenika har visat sig rulla upp en högre aktivitet mot patogena bakterier än mot kommensal mikrobiota.
Det finns förmodligen olika mekanismer bakom denna modulering, inklusive direkt och specifik antimikrobiell effekt mot specifika bakteriearter, eller en hämmande effekt av kvorumavkänning. Direkta antimikrobiella effekter av olika fytogener mot specifika patogener har visats i olika in vitro-analyser baserat på den fytogena kapaciteten (Minimum Inhibitory Concentration, MIC).
Dock, Det är viktigt att notera att resultat som erhålls i MIC-analyser skiljer sig åt mellan bakteriestammar. Beroende på extraktionsmetoden för fytogenerna, skillnader i MIC kan förekomma på grund av potentiella synergier mellan huvudaktiva ämnen och spårämnen som ingår i specifika extrakt.
Till exempel, olika extrakt från eucalyptus (Eucalyptus globulus), oregano, och kanel (Cinnamomum verum) har varit mycket effektiva mot flera fiskpatogener som S. iniae, A. hydrophila, Photobacterium damselae subsp. damselae och V. parahaemolyticus. Fytogenika påverkar också bakteriell kvorumavkänning genom att minska biofilmbildning och genom att undertrycka bakteriell toxinproduktion, som till slut, kommer att hämma eller minska förekomsten av sjukdomsutbrott.
Flera växtextrakt, som fenoler, flavonoider, alkaloider, och terpenoider kan fungera som kvorumavkänningshämmare via olika mekanismer, som hämning av syntesen av N-acyl-homoserin laktoner (AHL), ändra transport- eller sekretionsmekanismer, bindning och lagring av AHL, eller de antagonistiska verkningarna eller hämningen av mål nedströms om AHL-receptorbindning.
Stressreducerande effekter
Stress under vattenbruksproduktion är inblandad av produktionsförfarandet (transport, strumpa, klassificering eller provtagning) och kan reduceras till ett minimum genom korrekt produktionsstyrning.
Stress leder direkt till minskat foderintag, lägre prestationsgrad och högre känslighet för sjukdomsutbrott på grund av en nedreglering av immunsystemet och förändringar i fiskens fysiologi, påverkar även ämnesomsättningen. Vissa – även när de kontrolleras – produktionsmetoder (t.ex. hantering) innebär stress för den odlade fisken och kräver användning av bedövningsmedel.
Dock, ibland, appliceringen av själva narkosmedlet kan fungera som en stressfaktor. Nyligen, specifik fytogen i sig har väckt uppmärksamhet, fungerar som bedövningsmedel. Samtidigt med anestetiska effekter, fytogenika kommer tillsammans med många av de ovan nämnda fördelaktiga aspekterna som antioxidantfunktion, antimikrobiella effekter och stressreducerande egenskaper. Det mest studerade fytogena bedövningsmedlet är kryddnejlikaolja vars effektiva bedövningsmedelskoncentration beror på målfiskarten.
Intressant, annan fytogenika, som citronverbena (Aloysia triphylla), Eucalyptus (Eucalyptus sp), Lippia alba, nära basilika (Ocinum gratissimum) och vitlök har visat sig fungera som stressavlastare genom att minska kortisolnivåerna i Nilen tilapia, Europeisk havsabborre och sydamerikansk havskatt (R. quelen). Även om appliceringsvägen är viktig för de önskade effekterna. Medan fytogenika för sedering under transport och hantering appliceras i bad, generella stressreducerande effekter kan uppnås genom att komplettera fytogenika i kosten.
Slutsatser
Fytogenika kan modulera fysiologiska funktioner och tarmmikrobiota, visar en tydlig potential för att förbättra tillväxtprestanda, och för att förbättra sjukdoms- och stressresistens hos olika odlade fisk- och skaldjursarter. Dock, det finns fortfarande lite kunskap om verkningssättet för flera av deras bioaktiva föreningar, möjliga interaktioner och synergier mellan dem, samt den lämpligaste administrationsformen.
Följaktligen, Ytterligare forskning är nödvändig för att korrekt identifiera de mest lämpliga fytogenerna och blandningarna som är skräddarsydda för de nuvarande utmaningarna inom vattenbruksproduktionssektorn. Att förstå fytogenikens verkningssätt i detalj är ett avgörande verktyg i utvecklingen av nya, väl formulerat, effektiva produkter.
