Resumen de Valorization of macroalgal biomass and agroindustrial by-products as sources of nutritional and functional ingredients for aquafeeds
Francisca Purificación Martínez Antequera
- español
En la acuicultura actual se presta cada vez más atención a la búsqueda de nuevos ingredientes no convencionales para el desarrollo de piensos sostenibles que puedan aportar nutrientes esenciales o compuestos bioactivos con efectos positivos sobre la salud y el bienestar de los peces. En este sentido, dos categorías de estos ingredientes, tales como la biomasa de macroalgas y los subproductos agroindustriales, presentan un gran potencial no solo por su valor nutritivo sino también por su riqueza en compuestos con actividad biológica, principalmente polifenoles. Sin embargo, gran parte de estos ingredientes presentan limitaciones nutricionales importantes, vinculadas principalmente con su alto contenido en diferentes factores antinutritivos tales como polisacáridos no amiláceos (NSPs), ácido fítico, y en algunos casos inhibidores de proteasas digestivas. No obstante, para contrarrestar los potenciales efectos negativos de tales compuestos se pueden emplear diferentes tratamientos (físicos, químicos y enzimáticos) destinados a mejorar la bioaccesibilidad de los nutrientes.
Partiendo de esta base, la presente Tesis Doctoral evalúa el potencial de diversos ingredientes no convencionales potencialmente utilizables en piensos para diferentes especies acuícolas desde una doble perspectiva: i) como fuentes de nutrientes, mejorando para ello su valor nutritivo mediante tratamientos enzimáticos, y ii) como aportes de compuestos con posibles efectos beneficiosos sobre el metabolismo.
El Capítulo 1 aborda el uso de la harina de una macroalga (la clorofita Ulva ohnoi), centrándose en la mejora de la biodisponibilidad de nutrientes mediante un pretratamiento con carbohidrasas y en su posible aporte de bioactivos al ser incluida en piensos para dos especies relevantes en la acuicultura europea (Dicentrarchus labrax y Sparus aurata). Los resultados muestran la posibilidad de utilizar hasta un 5 % de harina de U. ohnoi en los piensos sin comprometer los parámetros zootécnicos, siendo en todos los casos el pretratamiento enzimático ineficaz para mejorar su valor nutricional. No obstante, la inclusión de U. ohnoi determinó un efecto inmunoestimulador, evidenciado por un aumento de la actividad lisozima del mucus en las dos especies mencionadas.
El Capítulo 2 se orientó hacia la evaluación del efecto del pretratamiento de los ingredientes vegetales utilizados en dos piensos para mújol (Mugil cephalus) con un complejo multienzimático (glucanasas + fitasa) sobre el uso digestivo de proteínas y fósforo. Los ensayos se realizaron tanto in vitro como in vivo. Los resultados del ensayo in vitro confirmaron que en ambos piensos el tratamiento enzimático modificaba significativamente la biodisponibilidad potencial de algunos nutrientes. El ensayo in vivo evidenció una mejora en la digestibilidad de la proteína en uno de los piensos, pero también la reducción en la digestibilidad neta del fósforo en ambos, debido probablemente a que la hidrólisis producida por la fitasa incrementó la cantidad de este nutriente en el digestivo por encima de la capacidad de absorción intestinal de dicho nutriente.
El Capítulo 3 evaluó el efecto del tratamiento enzimático de los mismos subproductos vegetales utilizados en el ensayo anterior (bagazo de cerveza y salvado de arroz), realizado mediante hidrólisis en estado sólido (SSH) sobre el crecimiento y eficiencia alimenticia cuando eran incluidos en un pienso para M. cephalus. En un primer ensayo a escala de laboratorio, los peces que recibieron el pienso tratado con enzimas mostraron una mejora significativa en los parámetros zootécnicos en comparación con los obtenidos con pienso sin tratar, aunque no comparables a los del pienso comercial usado como control. Sin embargo, al realizar una prueba de engorde en condiciones reales de producción los resultados de crecimiento y eficiencia alimenticia evidenciaron la equivalencia entre los piensos experimental y comercial, y confirmaron que el pretratamiento enzimático de los subproductos vegetales por SSH mejora su valor nutritivo.
El Capítulo 4 se planteó como un estudio preliminar destinado a evaluar los factores más determinantes en la biodisponibilidad digestiva de los compuestos fenólicos presentes en el bagazo y las lías del vino para dos especies de diferente hábito alimenticio (S. aurata y M. cephalus) mediante modelos de simulación digestiva in vitro. Los resultados indicaron que la presencia de la matriz del pienso y el tipo de subproducto del vino tienen un efecto significativo en la liberación digestiva de los polifenoles totales y específicos, mientras que la especie influyó significativamente solo para algunos polifenoles específicos.
El Capítulo 5 se enfocó hacia la determinación de los potenciales efectos de la inclusión en el pienso de dos subproductos del vino (bagazo de uva y lías) sobre el crecimiento, estado inmunológico, metabolismo general y estatus oxidativo de juveniles de lisas (Liza aurata). Los resultados evidenciaron un efecto positivo significativo del bagazo de uva en la eficiencia alimenticia, así como en diferentes indicadores del estado metabólico e inmunológico de los peces, pero también una drástica modificación de la composición de la microbiota intestinal asociada al consumo de las lías. Además, se constató una mejora general en la eficiencia productiva, estado fisiológico e inmunológico de los peces cuando los piensos se suplementaron con cualquiera de los dos subproductos, tanto bajo condiciones normales de producción como tras someter a los ejemplares a un proceso de hipoxia aguda moderada, en buena medida debido a su contenido en compuestos fenólicos.
- English
In current aquaculture, increased attention is paid in searching for new unconventional ingredients that can be used in the development of sustainable feeds able to provide essential nutrients or bioactive compounds with positive effects on the health and welfare of fish. In this sense, two categories of these ingredients, such as macroalgae biomass and agro-industrial by-products, present a great potential, not only for their nutritional value, but also for their contents in compounds with biological activity, mainly polyphenols. However, many of these ingredients have significant nutritional limitations, linked to the presence content of different antinutritive factors such as non-starch polysaccharides (NSPs), phytic acid, and in some cases inhibitors of digestive proteases. However, to counteract the potential negative effects of such compounds, different treatments (physical, chemical and enzymatic) can be used to improve the bioaccessibility of nutrients.
Considering this, this Doctoral Thesis includes different experiments aimed to evaluate the potential of several unconventional ingredients that may be included in diets for different aquaculture species from a double perspective: i) as sources of nutrients, improving their nutritional value through enzymatic treatments, and ii) as a supply of compounds with possible beneficial effects on metabolism.
Chapter 1 deals with the use of a macroalgae meal (the chlorophyte Ulva ohnoi) when included in feeds for two relevant species in European aquaculture (Dicentrarchus labrax and Sparus aurata), focusing on both improving the bioavailability of nutrients through a pretreatment with carbohydrases and on its possible supply of bioactives. The results show the possibility of using up to 5 % of U. ohnoi meal in the feed without compromising the zootechnical parameters, being the enzymatic pretreatment ineffective to improve its nutritional value. However, the inclusion of U. ohnoi determined an immunostimulatory effect, evidenced by an increase in the lysozyme activity of the mucus in the two mentioned species.
Chapter 2 was oriented towards assessing the effect of an enzyme pretreatment with a multienzymatic complex (glucanases + phytase) of the vegetable ingredients used in two feeds for mullet (Mugil cephalus) on the digestive use of proteins and phosphorus. Assays were performed both in vitro and in vivo. The results of the in vitro test confirmed that in both feeds the enzymatic treatment significantly modified the potential bioavailability of some nutrients. The in vivo trial showed an improvement in protein digestibility in one of the feeds, but also a reduction in the net phosphorus digestibility in both, probably because the hydrolysis produced by phytase increased the amount of this nutrient in the feed digestive system above the intestinal absorption capacity of such nutrient.
Chapter 3 evaluated the effect of enzymatic treatment of the same plant by-products used in the previous trial (brewer’s spent grain and rice bran), carried out by solid state hydrolysis (SSH) on growth and feed efficiency when they were included in a feed for M. cephalus. In a first test on a laboratory scale, fish that received the enzyme-treated feed showed a significant improvement in zootechnical parameters compared to those fed on the untreated feed, although not comparable to those of the commercial feed used as control. However, when carrying a test under real production conditions, values of growth and feed efficiency showed an equivalence between the enzyme treated and the commercial feeds and confirmed that the enzymatic pretreatment of plant by-products by SSH improves their nutritional value.
Chapter 4 was proposed as a preliminary study aimed at evaluating the most determining factors affecting the digestive bioavailability of phenolic compounds present in bagasse and wine lees by means of in vitro digestive simulation models of two species with different feeding habits (S. aurata and M. cephalus). The results indicated that the presence of the feed matrix and the type of wine by-product have a significant effect on the digestive release of total and specific polyphenols, while the species had a considerable influence only for some specific polyphenols.
Chapter 5 focused on the determination of the potential effects of the inclusion of two wine by-products (grape pomace and lees) in the feed on the growth, general metabolism, oxidative and immunological status of juvenile mullets (Liza aurata). The results showed a significant positive effect of grape pomace on feed efficiency, as well as on different indicators of the metabolic and immunological status of the fish, but also a dramatic change in the composition of the intestinal microbiota associated with lees consumption. In addition, a general improvement was found in the productive efficiency, physiological and immunological status of the fish when the feed was supplemented with any of the two by-products, both under normal production conditions and also after challenging subjecting the fish with a moderate acute hypoxia, largely due to its content in phenolic compounds.
