Att använda kompletterande aminosyror för att minska dietproteinnivåerna av Nile tilapia ger ekonomiska och miljömässiga fördelar

av Karthik Masagounder1, Sofia Engrola2, Rita Teodósio2, 3, Rita Colen2 och Cláudia Aragão2, 3
1 Evonik Nutrition &Care GmbH, Hanau-Wolfgang, Germany 2 Center of Marine Sciences (CCMAR), Faro, Portugal 3 Universidade do Algarve, Faro, Portugal

Världsproduktionen av fiskodling har successivt ökat, och står nu för nästan 47 procent av den totala fiskproduktionen. På global skala, tilapia är den näst mest odlade finfiskgruppen, med Niltilapia (Oreochromis niloticus) som står för åtta procent av den totala fisken som producerades 2016. Arten är särskilt populär på grund av dess snabbväxande hastighet, sjukdomsresistens, robusthet och förmåga att anpassa sig till olika jordbrukssystem.

Inom vattenbruk, foder står för 50 procent av den totala produktionskostnaden. En stor utmaning är att hitta nya strategier för precisionsfoderformulering som minimerar foderkostnaderna, samtidigt som hållbarheten ökar. Foderkostnaden bestäms till stor del av proteinkällor i kosten och inklusionsnivåer.

Under de senaste åren, framsteg i kunskapen om tilapia-näring, och kommersiell tillgänglighet av kompletterande aminosyror har gjort det möjligt för foderproducenter att vara flexibla när det gäller att använda växtkällor för att formulera balanserad kost. Förutom att göra det möjligt för industrin att implementera nollfiskmjölsdieter, kompletterande aminosyror öppnar fönster för att minska proteinnivåerna i kosten samtidigt som kosten balanseras för aminosyranivåer.

Inom svin- och fjäderfäindustrin, lågproteinkonceptet med användning av kompletterande aminosyror har varit en vanlig praxis under lång tid. Inom vattenbruk, detta koncept är inte lika vanligt, och proteinkvantitet används fortfarande som en indikator på kostkvalitet. Dock, kostkvaliteten bestäms snarare av proteinkvaliteten och inte kvantiteten.

Detta kräver ytterligare uppmärksamhet på kvantitativa och kvalitativa aminosyranivåer. Nile tilapias svar på proteinnivåer i kosten har studerats brett och är beroende av fiskens storlek/ålder, kostens aminosyraprofil och smältbarhet.

Vanligtvis, Nile tilapia start- eller yngeldieter innehåller 45 procent råprotein, medan dieten för fingerungar och avancerade ungars optimala tillväxtprestanda innehåller 35 procent råprotein. För vuxna, 25-30 procent protein används vanligtvis. Dieter med höga nivåer av protein men med en obalanserad aminosyraprofil kommer att resultera i ökad aminosyrakatabolism och följaktligen högre kväveförluster.

Med tanke på produktionsvolymen av tilapia och den förväntade tillväxten av vattenbruket som en strategi för att mata nio miljarder människor till 2050, det är viktigt att hitta kostvanor som är kostnadseffektiva och miljömässigt hållbara.

Vi genomförde en studie för att minska proteininneslutningsnivåerna i växtproteinbaserad kost för juvenil Nile tilapia, genom adekvat aminosyratillskott, för att minimera kostens miljöpåverkan samtidigt som den biologiska effektiviteten maximeras. Vidare, metaboliska försök utfördes i syfte att erhålla en in vivo ögonblicksbild av proteinanvändning i Nile tilapia juveniles som en funktion av kostens proteininnehåll.

Material och metoder

Experimentella dieter

Fem isoenergetiska dieter formulerades med olika proteinnivåer (36 %, 34 %, 32 %, 30% och 28% diet), med växtingredienser samt kött- och benmjöl som proteinkällor. Dieter formulerades för att uppfylla minimikraven för aminosyror, på smältbar basis, för Nile tilapia juveniles enligt AMINOTilapia (ett verktyg utvecklat av Evonik för aminosyrarekommendationer av Nile tilapia).

Synbara smältbarhetskoefficienter (ADC) för aminosyror för de använda ingredienserna togs från vår granskningsrapport (Konnert och Masagounder 2017). Dieter kompletterades med ökande nivåer av utvalda oumbärliga aminosyror och di-kalciumfosfat med de minskande nivåerna av dietprotein för att undvika obalanser i aminosyror eller mineraler.

Tillväxtförsök

Nitilapia-ungdomar med en genomsnittlig kroppsvikt på 5,91 ± 1,66 g användes och experimentet utfördes vid CCMAR i Portugal.

Tankar i tre exemplar tilldelades slumpmässigt till en av de fem dietbehandlingarna (D36, D34, D32, D30 och D28). Fiskar matades till visuell mättnad för hand, tre gånger om dagen (09:30, 12:30 och 16:30). Vattenkvalitetsparametrar övervakades dagligen:temperatur i genomsnitt 25,2 ± 0,1°C, löst syre i vatten hölls över 80 procent av mättnad, pH hölls mellan 7,70 och 8,20 och koncentrationen av ojoniserad ammoniak och nitriter i vatten var 0 mg/l under hela försöksperioden. Fisk övervakades dagligen för eventuell dödlighet och foderintag registrerades dagligen under 59 dagar.

Metabolisk prövning

Efter tillväxtförsöket, fisk från det högre, mellanliggande och lågproteindietbehandlingar (D36, D32 och D28) valdes slumpmässigt ut och överfördes till näringsflödeslaboratoriet. De experimentella dieterna märktes med [U-14C]-L-aminosyrablandning

Sondmatning utfördes på sövd fisk, som sedan överfördes till individuella inkubationskammare kopplade till CO2-fällor (Rust et al. 1993; Rønnestad et al. 2001). Varje kammare förseglades hermetiskt och försågs med ett försiktigt syreflöde under 24 timmars inkubation. I slutet av inkubationsperioden, varje fisk vägdes och filéades för att bestämma radioaktiviteten i muskeln.

resultat och diskussion

Tillväxtprestanda och foderutnyttjande

Alla fiskar hade en femfaldig ökning i kroppsvikt i slutet av experimentet, oberoende av kosten, och inga signifikanta skillnader (p> 0,05) hittades i slutet av experimentet, med medelvärden från 29,34 till 31,49g.

Fiskens viktökning påverkades inte (p> 0,05) av de olika proteinnivåerna i kosten. Foderomvandlingsförhållandet (FCR) ökade med minskande nivåer av dietprotein men skilde sig signifikant (p <0,05) endast mellan gruppen som fick D28 (1,30 ± 0,05) och de som fick D36-dieten (1,16 ± 0,05). Proteineffektivitetsförhållandet (PER) ökade med minskande nivåer av dietprotein; därför, D28-gruppen visade den högsta PER (2,60 ± 0,09) och D36 visade den lägsta (2,27 ± 0,09).

Grupperna matade D28, D30- och D32-dieterna uppvisade inga signifikanta skillnader mellan dem (p> 0,05) och skilde sig signifikant från gruppen som fick D36-dieten (p <0,05). Inga skillnader upptäcktes mellan behandlingar avseende det dagliga frivilliga foderintaget. Det fanns inga signifikanta skillnader (p> 0,05) i överlevnad bland fiskar som fick den experimentella dieten, vilket totalt sett var 98 ± 3 procent.

Proteinanvändning i kosten

Fiskar som fick D30-dieten uppvisade högre kroppsproteinretention än de som fick D36-dieten (41 mot 36 % av intaget, p <0,05). Retentionen av majoriteten av aminosyrorna följde ett liknande mönster som proteinretention, med fiskar som utfodrats med D30-dieten visar en tendens till högre retentionsvärden än de som matas med D36-dieten.

Undantaget från denna trend var metionin, som gav den högsta retentionen i fisk som fick D36-dieten, även om inga signifikanta skillnader hittades mellan D36- och D30-behandlingarna (p> 0,05). Detta beror på att när proteinnivån minskade i kosten från 36 till 28 %, cysteinnivån (Cys) sjönk från 0,53 till 0,44 procent, vilket resulterade i att Met+Cys (1,33-1,35%) var mer begränsande än Met (0,82-0,89%) i sig.

På grund av begränsningen av Cys i lågproteindieter, fisk används mer sannolikt Met som en prekursor för Cys-produktion för att tillgodose andra metabola behov än för direkt proteinsyntes, förklarar den minskade Met-retentionen hos fiskar som utfodrats med lågproteindieter.

Daglig kväveökning var liknande bland behandlingarna, men det fanns betydande skillnader när det gällde värdena på dagliga kväveförluster. Fisk som matas med lågproteindieter, D28 och D30, presenterade den lägsta dagliga kväveförlusten även om den endast skilde sig signifikant från D36-gruppen (p <0,05).

Resultaten av de metaboliska försöken gav en in vivo ögonblicksbild av hur protein i kosten användes av fisken. De högsta värdena för aminosyrakatabolism återfanns för fiskar som fick D36-dieten och värdena visade en sjunkande trend då proteinhalten i kosten sjönk. Speglar N-förstärkning, relativ aminosyraretention i muskler (mg/g fisk) var ganska lika bland behandlingarna och inga signifikanta skillnader hittades.

Det aktuella arbetet indikerar att det överdrivna proteininnehållet i kosten i slutändan leder till användningen av aminosyror som energikälla och följaktligen på högre miljöpåverkan, på grund av ökade kväveutsläpp.

Slutsatser

Sammanfattningsvis, den aktuella studien visar att det är möjligt att minska proteinnivåerna i dieter från juvenil Nile tilapia till 30-32 procent utan att kompromissa med fiskens tillväxt och FCR, samtidigt som kväveförlusterna till miljön minskas. Att använda lämpligt aminosyratillskott i tilapiafoder verkar vara en tillrådlig strategi för att minimera dietproteinnivåerna, och garantera ekonomisk och miljömässigt hållbar produktion av tilapia.