von Dr. Ioannis Nengas, Forschungsdirektor, Hellenisches Zentrum für Meeresforschung, Griechenland

Die Nahrungsmittelversorgung einer Bevölkerung, die bis Mitte des Jahrhunderts voraussichtlich neun Milliarden Menschen übersteigen wird, bleibt eine unserer größten Herausforderungen. nach Angaben der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation (FAO, 2017). Die Landwirtschaft mit Wasserorganismen ist einer der am schnellsten wachsenden Lebensmittelsektoren der Welt. die den Planeten mit etwa der Hälfte aller weltweit konsumierten Fische versorgen. Laut FAO, Aquakultur wird sowohl zur Ernährungssicherheit als auch zum wirtschaftlichen Wohlergehen großer Bevölkerungsgruppen beitragen. Heute, Die Weltproduktion von Aquakulturprodukten hat einen neuen Rekord aufgestellt, Dies entspricht 55 Prozent der gesamten produzierten Meeresfrüchte, in Höhe von insgesamt 200 Millionen Tonnen pro Jahr.

Jedoch, die Ausweitung der Aquakulturproduktion erfordert eine proportionale Steigerung der Aquafeed-Produktion. So, Die Herausforderung, vor der die Aquakulturindustrie in den letzten Jahrzehnten stand, besteht darin, nachhaltige und nahrhafte Zutaten zu identifizieren, um das Wachstum des Sektors zu unterstützen. Die Aquafeed-Industrie hat seit vielen Jahren erkannt, dass die Nutzung von Pflanzenfuttermitteln für die Produktion von aquatischen Arten eine wesentliche Voraussetzung für die zukünftige Entwicklung der Aquakultur ist. Solche Pflanzenfuttermittel müssen nahrhafte Komponenten liefern, die Wasserarten mit minimaler Umweltbelastung effizient züchten und hochwertiges Fischfleisch produzieren, um den Nutzen für die menschliche Gesundheit auf kosteneffektive Weise zu fördern (Gatlin et al., 2017).

Obwohl viele pflanzliche Futtermittelbestandteile akzeptable Mengen an Protein enthalten, essentielle Aminosäuren, Kalorien, bestimmte Mineralstoffe und Vitamine, ihre Verwendung ist aufgrund des Vorhandenseins mehrerer endogener antinutritiver Faktoren (ANFs) immer noch begrenzt, die die Enzymaktivität oder die Aufnahme von Mineralien und anderen Nährstoffen beeinträchtigen (Rasha et al., 2011). Einige der antinutritiven Faktoren in Pflanzeninhaltsstoffen können durch Hitzebehandlung teilweise oder vollständig inaktiviert werden. wie Braten, Autoklavieren, Extrudieren oder Kochen, vor der Aufnahme in Fischfutter (Francis et al., 2001). Jedoch, hohe Hitze beeinträchtigt die Nährwertqualität dieser Zutaten aufgrund der teilweisen Zerstörung hitzeempfindlicher Nährstoffe und ist bei einigen dieser antinutritiven Faktoren nicht wirksam.

Eine Möglichkeit, die umfassende Verwendung von pflanzlichen Futtermittelinhaltsstoffen durch Erhöhung ihres Nährwerts und Minimierung der antinutritiven Faktoren zu ermöglichen, ist der Einsatz biotechnologischer Verfahren. Diese Prozesse umfassen die Festphasenfermentation (SSF) und die Verwendung von exogenen Nahrungsenzymen.

Festkörperfermentation

Fermentation ist ein Prozess, an dem Mikroorganismen beteiligt sind, Substrate und spezifische Umgebungsbedingungen, die komplexe Substrate in einfachere Verbindungen umwandeln (Niba et al., 2009). Fermentationsprodukte variieren je nach Charakteristik der Mikroorganismen, verwendeten Substrate und Bedingungen. Bedingungen umfassen Temperatur, pH-Wert, gelöstes O2 und CO2, Betriebssysteme, Mischen und die Dauer des Fermentationsprozesses (Renge et al., 2012). Die Fermentation verbessert die Nährwertqualität von Futtermitteln durch:

• Senken der Fasern
• Erhöhung des Protein- und Lipidgehalts
• Verbesserung der Vitamin- und Mineralstoffverfügbarkeit
• Verbesserung der Verdaulichkeit von Aminosäuren.

Es wurde auch berichtet, dass es die Schmackhaftigkeit von Futtermitteln erhöht (Borresen et al., 2012). Ein großer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass es den antinutritiven Gehalt in Pflanzenfutterinhaltsstoffen und den Mykotoxingehalt verringert (Niba et al., 2009; Canibe und Jensen, 2012).

SSF ist der Fermentationsprozess, bei dem ein festes Substrat, wie Pflanzeninhaltsstoffe, in Abwesenheit von Flüssigkeit. SSF wird im Allgemeinen verwendet, um fermentierte Trockenbestandteile herzustellen, die zu Grundfuttermischungen hinzugefügt werden können. Aufgrund des geringen Feuchtigkeitsgehalts die SSF-Methode kann nur von einer begrenzten Anzahl von Mikroorganismen durchgeführt werden, hauptsächlich Pilze wie Aspergillus spp. und Rhizopus spp., obwohl einige Bakterien, wie Lactobacillus spp., kann auch verwendet werden (Supriyati et al., 2015). In SSF verarbeitete Zutaten sind besser mit der Aquafeed-Produktion kompatibel.

Fermentierte Pflanzeninhaltsstoffe, insbesondere diejenigen, die durch SSF hergestellt werden, als Bestandteile in Aquafeeds sind potenzielle Rohstoffe und haben das Interesse der Aquakulturindustrie geweckt. Tabelle 1 dokumentiert Ergebnisse aus der Aufnahme von fermentierten Pflanzenfuttermitteln in die Nahrung verschiedener Aquakulturarten.

Exogene Nahrungsenzyme

Aquakultur, wie der Rest der Tierproduktionssektoren, versucht die Futterkosten zu minimieren und aus diesem Grund, hat vor kurzem seine Aufmerksamkeit auf die Verwendung von exogenen Nahrungsenzymen in pflanzeninhaltsstoffreichen Futtermitteln gerichtet. Dies liegt an ihrer Fähigkeit, die Nährstoffverdaulichkeit zu verbessern, die niedrig ist, weil Wasserarten die körpereigenen Enzyme fehlen, die zum Abbau der komplexen Zellwandstruktur der Pflanzeninhaltsstoffe und zur Freisetzung von Nährstoffen benötigt werden. Ein weiterer wichtiger Vorteil ihrer Aufnahme in Futtermittelformulierungen ist der Abbau von antinutritiven Faktoren, wie Fasern, Phytat und Nicht-Stärke-Polysaccharide (NSP), die die Leistung beeinträchtigen und die Gesundheit und das Wohlbefinden der Tiere beeinträchtigen (Alsersy et al., 2015).

Exogene Enzyme als Futtermittelzusatzstoffe wurden für die Geflügel- und Schweinefutterindustrie eingehend untersucht. und ihre Aufnahme über die Nahrung ist aus den oben genannten Gründen mittlerweile gängige Praxis. Jedoch, für Aquakulturarten, Die Forschung zur exogenen Enzymergänzung konzentrierte sich hauptsächlich auf Phytase. Erst in jüngster Zeit hat das Interesse und die Forschung an diätetischen Carbohydrasen, Proteasen und Enzym-Mix-Supplementierung erhöht (Gatlin et al., 2017).

Die primäre Funktion exogener Carbohydrasen besteht darin, komplexe NSPs, die in Pflanzenfuttermitteln vorhanden sind, zu hydrolysieren. Außerdem, Kohlenhydrat-Supplementierung erhöht die Verdaulichkeit von energieliefernden Nährstoffen, wie Stärke und Fett. Zusätzlich, Es ist möglich, dass Carbohydrasen auch die Stickstoff- und Aminosäurenverwertung verbessern, indem sie den Proteinzugang für Verdauungsproteasen verbessern (Tahir et al., 2008). Wie bei anderen Nährstoffen Carbohydrase-Enzyme sind auch an der Verbesserung der Verfügbarkeit von Mineralstoffen in der Nahrung für den Zielorganismus beteiligt. Außerdem, Carbohydrasen können das Wachstum nützlicher Bakterien fördern und unterstützen, wodurch die Darmgesundheit und die allgemeine Gesundheit des Tieres verbessert werden (Adeola und Cowieson, 2011).

Abgesehen vom Abbau von Carbohydrasen, Es ist wichtig, die Verfügbarkeit von Proteinen in den Pflanzeninhaltsstoffen durch die Ergänzung von Nahrungsproteasen zu verbessern. Proteasen umfassen eine Klasse von Enzymen, die Protein in kleinere Proteine ​​hydrolysieren, Peptide und Aminosäuren. Ohne Proteasen, diese Bindungen können nicht leicht gebrochen werden, und Proteine, deshalb, von Fischen und Krebstieren nicht ohne weiteres verdaut werden konnten.

Es gibt immer mehr Veröffentlichungen zum Einsatz von exogenen Enzymen in Nahrungsergänzungsmitteln oder Enzymkomplexen, bestehend hauptsächlich aus Carbohydrasen und Proteasen mit sehr vielversprechenden Ergebnissen. Tabelle 2 fasst die neuesten Erkenntnisse zusammen.

Bei all diesen potenziellen Vorteilen biotechnologischer Neuheiten, Der heutige Formulierer verfügt über mehr Werkzeuge, um Aquafeeds ernährungsphysiologisch und wirtschaftlich zu optimieren. Die Wirkung verschiedener Substrate wird erforscht, Mikroorganismen, verschiedene Verfahren zur Herstellung von Enzymen und Futtermittelinhaltsstoffen, sowie das Zusammenspiel dieser Innovationen mit dem Stoffwechsel, Wachstum, Darmgesundheit und Immunsystem kultivierter Wasserorganismen.