av Dominique P Bureau, professor, Institutionen för djurbiovetenskap, University of Guelph
En kostnadseffektiv produktion av djurfoder som uppfyller både djurens näringsbehov och specifika produktionsmål är beroende av att noggrant definiera optimala foderspecifikationer på en smältbar eller biotillgänglig näringsämnesbasis. Det kräver också exakt karakterisering av näringssammansättningen och smältbarheten av foderresurserna som används i formuleringen.
Vår forskning vid University of Guelph har genomgående visat att smältbarheten av protein och aminosyror kan variera markant mellan olika ingredienstyper och till och med mellan batcher av samma ingrediens. På 1990-talet dokumenterade vi betydande variationer i smältbarheten av protein och biotillgängligheten av aminosyror i regnbåge när de utfodrades med olika partier av samma foderingredienser. Nyare arbete med fisk och räkor bekräftar att denna variation kvarstår över arter och geografiskt ursprung.
Samarbeten med APOTEC Research Center (Ho Chi Minh-staden, Vietnam), Wittaya Aqua och University of Guelphs Fish Nutrition Research Laboratory har avslöjat 5–15 % skillnader i smältbarhet av råprotein och essentiella aminosyror bland sojamjöl (SBM), kött- och benmjöl och kornmjöl (MB) (DDGS) från olika ursprung i Niltilapia och Stillahavsräkor (tabell 1). Tillväxtförsök med samma ingredienser visade att variationer i skenbar smältbarhet översattes till mätbara skillnader i biotillgänglighet av aminosyror, vilket visas av starka samband mellan smältbara aminosyranivåer i kosten och proteinökning (Figur 1). Dessa fynd understryker den ekonomiska betydelsen av satsval av ingredienser, vilket illustreras av en simulering av produktionskostnader för tilapia med användning av SBM från olika ursprung (tabell 2).
Orsaken till smältbarhetsskillnader mellan annars liknande ingredienser är fortfarande oklar, men både råvarans ursprung och bearbetningsförhållanden är inblandade. Termisk bearbetning – torkning, tillagning eller rostning – är central för många foderingredienser, och värmebehandling är en trolig drivkraft för den observerade smältbarhetsvariationen. Värmeexponering kan utlösa en rad kemiska förändringar, gemensamt kallade "värmeskador", inklusive proteinoxidation, pyrolys, aminosyraracemisering, Maillard-reaktioner och aminosyratvärbindning. Även om dessa reaktioner har studerats under kontrollerade laboratorieförhållanden, är deras relativa bidrag och kombinerade effekter i kommersiella foderingredienser inte väl förstått.
Maillard-reaktioner får särskild uppmärksamhet eftersom de inträffar vid förhöjda temperaturer och involverar aminogrupper som reagerar med reducerande sockerarter. Lysin är den mest mottagliga aminosyran, följt av arginin. Reaktivt lysin används därför som en indikator på Maillards reaktionsintensitet, och nyare analyser tillåter nu kvantifiering av Maillard-reaktionsprodukter.
Maillards reaktioner representerar dock bara en del av bilden. Värme kan också orsaka proteintvärbindning och bilda föreningar som lysinoalanin (LAL), histidinoalanin (HAL) och lantionin (LAN). Dessa tvärbundna aminosyror kan skapa peptider som är resistenta mot enzymatisk nedbrytning, även om de förblir lösliga och verkar smältbara in vitro. Jahanbin et al. (2021) visade att högre bearbetningstemperaturer minskade koncentrationerna av essentiella aminosyror samtidigt som de ökade tvärbundna aminosyror. Eftersom dessa peptider kanske inte absorberas eller används av djur, minskar näringsvärdet hos de påverkade proteinerna. Direkt bedömning av aminosyrors biotillgänglighet är därför väsentlig men är vanligtvis för komplex, dyr och tidskrävande för rutinmässig industrianvändning.
Att bedöma omfattningen av värmeskador och dess näringsmässiga konsekvenser är fortfarande en utmaning. Standardmetoder för kvalitetskontroll – som rutinmässig aminosyraanalys – upptäcker inte skadade eller tvärbundna rester. Vanliga in vitro-analyser, inklusive pepsin-HCl-nedbrytbarhetstestet, skiljer ingredienser med varierande värmeskador dåligt. Nya tekniker – pH-statliga smältbarhetsanalyser, Raman-spektroskopi eller direkt mätning av värmeskademarkörer – visar lovande men är ännu inte validerade eller praktiska för rutinbruk.
Nära-infraröd spektroskopi (NIRS) är det mest använda QC-verktyget i foderindustrin, men dess förmåga att förutsäga näringsvärdet hos värmeskadade ingredienser är begränsad utan robusta, ingrediensspecifika kalibreringar. Att utveckla sådana kalibreringar skulle kräva omfattande ansträngningar för att ta hänsyn till de komplexa kemiska förändringar som är förknippade med värmeskador. Följaktligen saknar foderindustrin för närvarande snabba, pålitliga och praktiska verktyg för att utvärdera värmeskadors inverkan på ingrediensernas kvalitet. Sådana verktyg skulle göra det möjligt för tillverkare att uppskatta det smältbara och biotillgängliga aminosyrainnehållet i olika partier mer exakt, vilket förbättrar formuleringsnoggrannheten och kostnadseffektiviteten.
Wittaya Aqua, APOTEC och University of Guelph's Fish Nutrition Research Laboratory driver aktivt forskning om detta ämne med stöd från United States Soybean Export Council (USSEC) och andra partners. Vi förväntar oss betydande framsteg under de kommande månaderna och välkomnar feedback och samarbete från branschintressenter som är intresserade av att främja denna forskningssatsning.
Tabell 1:Sammanfattning av resultaten från nyligen genomförda smältbarhetsförsök som genomfördes i samarbete mellan APOTEC Research Center (Vietnam), Wittaya Aqua och University of Guelphs Fish Nutrition Research Laboratory.
Apparent Digestibility Coefficient (ADC) Råprotein bruttoenergi arginin lysin treonin Nile Tilapia (försök 1) % % % % % SBM från Argentina 88 79 94 96 77 SBM från Brasilien 85 83 94 98 74 SBM från USA 91 86 95 98 84 Nile Tilapia (försök 2) SBM från Argentina 85 79 93 94 84 MBM batch 1 från USA 91 80 90 93 86 MBM batch 2 från USA 87 81 91 91 77 MBM batch från Ungern 80 69 77 78 72 Phr DDGS batch 1 från USA 86 77 66 60 86 DDGS batch 2 från USA 80 82 74 67 87
Figur 1:Proteinökning hos Stillahavsräkor under ett 56-dagars tillväxtförsök som funktion av det totala och smältbara argininet i experimentdieterna.
Tabell 2:Bioekonomisk jämförelse av scenarier för produktion av tilapia från Nilen* som utvärderar kostnadseffektiviteten för foder framställt med sojamjölskällor med varierande smältbarhet (simulering av Wittaya Aqua på basis av laboratorieförsök utförda i Vietnam)
Diet med amerikansk SBM Diet med argentinsk SBM Diet med brasiliansk SBM Lagerlager 35 000 35 000 35 000 Lagervikt g/fisk 30 30 30 Days of culture (DOC) dagar 162 167 173 Skördevikt g/fisk 1 000 1 000 1 000 eFCR 1,49 1,54 1,56 Överlevnad % 70 70 70 Produktionscykler per år 2.3 2.2 2.1 Produktionskostnader Flödeskostnad USD/Ton 756 757 758 Vaccinerade fingerlingar USD/Fingerling 0,175 0,175 0,175 Investeringsavskrivningar USD/år 30 000 30 000 30 000 Energi USD/dag 20 20 20 Arbetskraft USD/dag 30 30 30 Skörde och bearbetning USD/kg 0,4 0,4 0,4 Marknadspris på hel tilapia USD/kg 2,25 2,25 2,25 Marknadspris för tilapiafilé USD/kg 7,50 7,50 7,50 Sammanfattning vid skörd/år Skördelager 55 200 53 547 51 690 Skördebiomassa kg 55 200 53 547 51 690 Biomassavärde (som hel fisk) 124 200 120 481 116 303 USD Filetavkastning per fisk % 34 34 34 Filetvikt kg 18 768 18 206 17 575 Totalt filévärde (inkomst) USD/år 140 760 136 546 131 810 Kumulerat flödeskrav kg 82 800 82 249 82 497 Kumulerad foderkostnad 62 597 62 262 62 533 USD USD 13 800 13 387 12 923 Kostnad för skörd och bearbetning USD/år 22 080 21 419 20 676 Energikostnad, arbete och investeringsavskrivningar USD/år 25 750 25 750 25 750 Total produktionskostnad USD/år 124 227 122 818 121 882 Vinst/förlust USD/år 16 533 13 728 9 928 Vinst/förlust USD/kg 0,30 0,26 0,19 Marginal % 13 11 8
*Bioekonomisk modellering utfördes med hänsyn till ett typiskt IPRS-produktionsscenario, odling av niltilapia från 30 g till 1 000 g vid en vattentemperatur på 29 grader Celsius, med ett lager på 35 000 fiskar (140 fiskar/m 3) och en överlevnadsgrad på 70 %. Kostnadskomponenterna är baserade på uppskattningar för Colombia.
