av Karthik Masagounder, Evonik Operations GmbH
Seunghan Lee och Brian Small, University of Idaho
Regnbåge (Oncorhynchus mykiss) är mycket populär bland konsumenterna – särskilt eftersom den är rankad bland de fem mest hälsosamma fiskarna att äta – så den är en viktig art för vattenbruksproducenter. Att öka råvaru- och foderkostnaderna är alltid ett bekymmer för producenter av öringfoder och fisk. Foderkostnaden beror till stor del på proteinhalten i kosten och källorna.
Råproteinnivåer (CP) har traditionellt varierat från 42 procent till 48 procent, beroende på fiskens storlek, i kommersiella odlarfoder för regnbåge (Hardy, 2002). Under det senaste decenniet, foderproducenter har avsevärt minskat halterna av fiskmjöl (FM) i foder, ersätta det med alternativa proteinkällor, särskilt de av vegetabiliskt ursprung. Detta hjälper producenter att hantera instabila FM-priser bland andra fördelar.
Det är dock inte ett rakt byte. Aminosyraprofilerna för växtproteinmåltider skiljer sig från dem för FM-protein (NRC, 2011), och detta kan begränsa deras nivåer i fiskfoder. Kompletterande aminosyror kan hjälpa till att uppfylla fysiologiska krav för att begränsa aminosyror och har använts alltmer i fiskfoderformuleringar baserade på växtproteinfoder.
Minimerar beroendet av intakta proteinkällor
Fisk kräver en diet som är välbalanserad i aminosyror, snarare än CP, i sig. Kompletterande aminosyror gör det möjligt för producenter att minimera beroendet av intakta proteinkällor för att nå målnivån för individuella aminosyror i foder och minska CP-nivåerna i kosten.
En mer exakt förståelse av näringsbehovet för öringen och råvarans smältbarhet spelar en viktig roll för att framgångsrikt kunna minska dyra FM- och CP-nivåer i kosten och de totala foderkostnaderna.
Medan många nutritionister använder data från National Research Council (2011) som baslinje för näringsbehovet för fisk och räkor när de formulerar foder, vattenfoderindustrin har i viss mån utvecklat högre parallella rekommendationer för att buffra fiskens behov under dynamiska produktionsförhållanden.
Fiskens näringsbehov är inte konstant under kommersiella produktionsförhållanden och kan påverkas av flera biotiska (till exempel:ålder, tillväxtstyrka, kön och hälsotillstånd) och abiotiska (vattenkvalitet) faktorer. Kraven på vissa aminosyror och energi kan också påverkas av stress i samband med fiskodlingsmetoder, som beläggningstäthet, betygssättning, nät, och dragning av fisk.
Därför, kraven på vissa näringsämnen som genereras under idealiska odlingsförhållanden kan bli begränsande under hälsoutmanande förhållanden. Hur fisk som följer olika kosthistorier hanterar stress är oklart, speciellt under perioder av kronisk stress. Det potentiella sambandet mellan kost och stress har betydande konsekvenser för fiskens hälsa och välbefinnande.
Vi antog att både CP- och FM-halten i kosten skulle kunna minskas samtidigt som tillväxtprestanda och fodereffektivitet bibehålls, om kraven för essentiella aminosyror (EAA) uppfylldes. Dock, minskat CP- och FM-innehåll i kosten kan påverka fiskens prestanda under kroniska stresstillstånd, eftersom kraven på vissa funktionella aminosyror kan bli begränsande.
Vi genomförde därför en studie för att utvärdera effekterna av att sänka dietära FM- och CP-nivåer, samtidigt som EAA-nivåerna bibehålls, på tillväxtprestanda, kroppssammansättning, muskel metaboliskt genuttryck, och kronisk stressrespons hos regnbåge, med och utan att hantera stress.
Bedöma tillväxtprestanda under laboratorieuppfödningsförhållanden
Åtta experimentella dieter (isokaloriska) med en 4×2 faktoriell design formulerades för att innehålla två nivåer av FM (20 %, 5 %) och fyra nivåer av CP (48 %, 45 %, 42 %, 39 %). Dieter kompletterades med ökande nivåer av begränsande aminosyror för att upprätthålla dietära EAA-nivåer. Minskning av fiskmjöl (med 15%) i kosten kompenserades genom att öka sojaproteinkoncentratet (med 8-10%), majsproteinkoncentrat (med ~3%) och mjöl av fjäderfäbiprodukter (med ~2%).
Proteinnivån inom varje FM-nivå reducerades genom att minska inklusionsnivåerna av proteinkällor (främst fjäderfäbiproduktmjöl, DDGS, majsproteinkoncentrat) och ökar nivåerna av vetemjöl och fiskolja. Aminosyror balanserades genom att öka nivåerna av kompletterande källor.
Alla dieter formulerades för att ha en konstant smältbar energi på 17,8 MJ/kg. Öring (~35 g, initial kroppsvikt) matades till uppenbar mättnad två gånger dagligen i nio veckor för att bedöma tillväxtprestanda under laboratorieuppfödningsförhållanden, och sedan i ytterligare sex veckor med och utan exponering för hanteringsstress (30 sekunders jagande följt av 30 sekunders nettoexponering för luft) två gånger per vecka.
Det nio veckor långa tillväxtförsöket visade att en minskning av FM-halterna i kosten från 20 procent till 5 procent signifikant minskade fiskens tillväxt och ökade foderomvandlingsförhållandet (P<0,05). Att minska CP-nivåerna i kosten från 48 procent till 42 procent påverkade inte öringens tillväxt, foderintag eller FCR, samtidigt som den visar betydande förbättringar i proteineffektivitetsförhållande och proteinretentionseffektivitet.
Dock, ytterligare minskning av CP till 39 procent orsakade en minskning av kroppsvikten, även om det också resulterade i ytterligare förbättring av proteinretention. En diethalt av FM på 20 procent ökade signifikant hela kroppens torrsubstans, CP och totala EAA (P<0,05) jämfört med 5 procent FM-inkludering medan ökad CP-nivå i kosten signifikant minskade torrsubstansen, råfett, och bruttoenergi men ökade totala EAA (P<0,05).
Även om den smältbara energinivån (17,8 MJ/kg) hölls konstant över dieter, sänkning av dietproteinnivån ökad helkroppsfetthalt av fisk (13 % fett för 48 % CP-diet mot 15 % fett för 39 % CP-diet, på våt basis). Det är känt att energiutnyttjandet är lägre för protein jämfört med lipid hos öring (Schrama et al. 2018), vilket kunde ha spelat en roll för den ökade fettdepositionen i den reducerade proteindieten.
Att hantera stress ökade signifikant plasmastressindex inklusive kortisol, glukos- och lysozymaktivitet. Dock, minskning av FM- och CP-nivåer hade ingen effekt på de uppmätta stressindexen (P>0,05). mRNA-uttrycket av gener i gcn2/eif2α/atf4-vägen i muskelvävnaden (normaliserad mot arp), känt för att utlösas som svar på protein- eller aminosyrasvält, utvärderades.
Allmän kontroll icke-undertryckbar 2 (gcn2) minskade med ökande kost-CP-nivåer över 42 procent (P<0,05), men det fanns inga kosteffekter (FM- eller CP-nivåer) på eif2α (eukaryot initieringsfaktor 2α) eller atf4 (aktiverande transkriptionsfaktor 4) uttryck. Totalt, genuttrycksresultat tyder på aminosyrabegränsningar på muskelproteinmetabolism som ett resultat av utfodringsdieter under 42 procent CP, även när det kompletteras med syntetisk EAA för att uppfylla de kända kostbehoven. Minskad fisktillväxt med ökat uttryck av gcn2 vid CP under 42 procent tyder på möjligheterna till högre krav på vissa aminosyror.
Förbättra hållbarheten i öringproduktionen
Denna studie visade att 5 procent FM i kosten är otillräckligt för maximal tillväxtprestanda, möjligen på grund av minskade matstimulerande medel, och oidentifierade tillväxtfrämjare associerade med FM. Också, skillnader i näringsämnessmältbarhet mellan dieter kan inte uteslutas.
De dieter som är balanserade för EAA visar en möjlighet att minska CP-nivån från 48 procent till 42 procent i foder för unga öring utan någon minskning av tillväxtprestanda, kroppssammansättning, metabolisk aminosyratillräcklighet eller tolerans mot kronisk stress, samtidigt som proteinanvändningen i kosten förbättras. Resultaten av denna studie kan användas för att förbättra hållbarheten i öringproduktionen.
