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38 Introducción Uno de los insumos de mayor impacto en la producción de peces es el alimento, que puede llegar a representar entre el 50-70% de la estructura de costos durante la engorda y cerca del 10-12% durante la fase de agua dulce. En Chile se producen entre 1.200.000 y 1.400.000 toneladas de alimento para peces y esto representa aproximadamente el 20% del mercado de los alimentos para animales. El 95% aproximadamente del alimento para peces es destinado a la fase de agua de mar y apenas el 5% a la fase de agua dulce. Este volumen de alimento responde a las constantes pretensiones de crecimiento de la salmonicultura, cuyo crecimiento ha sido sostenido en los últimos 30 años. Por otra parte, la búsqueda de nuevos ingredientes también plantea desafíos sociales, ambientales, biológicos y económico para los productores de alimentos, así como para proveedores de insumos y los productores de peces. Todos ellos además deben adecuarse y estar atento a las regulaciones de cada país, pues en algunos países, para ciertos ingredientes y aditivos existen máximos de inclusión o están inlcuso prohibidos, mientras que otros no lo están. Así, los productores de alimentos permanentemente están buscando e innovando con nuevos tipos de ingredientes, probando nuevas fórmulas que mejoren los indicadores productivos y el buen desempeño fisiológico, Alimentación y nutrición Aprendiendo Acuicultura Ca pí tu lo 2 Formulación, fabricación y evaluación de dietas para peces: desafíos para los estudios nutricionales en la industria del salmón P. Dantagnan1*, A. Hernández1, A. Cabrera2 y N. Swiderski3. 1Laboratorio de Nutrición y Fisiología de Peces, Núcleo de Investigación en Producción Alimentaria, Dpto. de Ciencias Agropecuarias y Acuícolas, Facultad de Recursos Naturales, Universidad Católica de Temuco 2Departamento de Agroindustria y Enología, Facultad de Ciencias Agronómicas, Universidad de Chile 3Clextral – Chile *dantagna@uct.cl Máquina extrusora de la planta piloto de alimentos, Universidad Católica de Temuco. Foto: Patricio Dartagnan. Ingredientes como fuentes de proteínas · De origen animal (harina de pescado - subproductos de aves y cerdos - (sangre-vísceras-plumas, otros) · De origen vegetal (Leguminosas, cereales) Ingredientes como fuentes de lípidos · De origen animal (aceite de pescado, krill, subproductos animales) · De origen vegetal (aceites vegetales- microalgas) Ingredientes como fuentes de carbohidratos (como aglutinantes) · Almidones · Gelificantes Suplementos (diverso origen) · De origen vegetal (microalgas - macroalgas - extractos vegetales - harina de levaduras) · De orígen animal (harina de insectos) · Otros (levaduras, bacterias) Aditivos · Pre mezcla de minerales · Pre mezclas de vitaminas · Promotores de crecimiento · Pigmentos · Inmunoestimulantes · Antioxidantes · Enzimas · Antibióticos · Acidificantes · Nutrientes (minerales - aminoácidos - ácidos grasos) · Saborizantes Cambios en el perfil de aminoácidos, ácidos grasos – azúcares - vitaminas, minerales Ingredientes origen marino 1990 90% 201625% Fuentes proteicas Fuentes de Carbohidratos Premix de vitaminas Fuentes Lipídicas Suplementos Premix de Minerales Aditivos 39 principalmente la salud de los peces, manteniendo siempre el concepto de “dieta costo-efectiva”. Los ingredientes que constituyen los alimentos para peces han sufrido cambios en los últimos 30 años. De acuerdo a una reciente investigación realizada en Noruega, a inicios de la década de 1990, el alimento para salmones pasó de estar constituido casi en un 90% por ingredientes de origen marino, y solo un 1% por microingredientes, a solo un 25% y un 4% respectivamente en el 2016, y donde los ingredientes de origen vegetal representan más un 60,5% de la fórmula (Aas, y col., 2019). Este escenario ha favorecido el incremento en la investigaciones orientada a desarrollar y evaluar nuevos productos, y el ingreso al mercado de los alimentos para salmones, de nuevos proveedores. En este artículo se abordan las implicancias y desafíos, tanto tecnológicas como nutricionales, producto de los cambios ocurridos en las formulaciones dietarias en los últimos 30 años, así como los aspectos a tener en cuenta en el momento de evaluar nuevos productos y diseñar experimentos nutricionales en peces y se proponen áreas estratégicas que las investigaciones debieran abordar en un trabajo que debe ser multidisciplinario, donde muchas disciplinas intearctúan y convergen. Aspectos relacionados con la formulación de dietas eficientes a tener en cuenta De acuerdo con el Decreto 4 del Ministerio de Agricultura publicado el 4-07-2017, donde se aprueba el reglamento de alimento para animales en Chile, se define como “ingrediente”, aquella sustancia de origen animal, vegetal o mineral que aporta nutrientes a los animales., como harinas, aceites, aglutinantes; “aditivos”, sustancia natural o sintética, tenga o no valor nutritivo, que se agrega a los alimentos completos, suplementos o ingredientes, con el objetivo de mejorar su presentación, palatabilidad, condiciones de conservación, o bien para provocar un efecto metabólico específico no terapéutico. Entendiendo también por Figura 1. Componentes nutricionales y distribución de ingredientes en los alimentos para peces. 40 proveedores de insumos dietarios, es una red amplia y diversa, en la cual otros actores de la producción animal (aves, cerdos y rumiantes) participan, donde incluso también se incluye la producción de alimentos para nutrición humana, cada vez más funcional. Es consenso entre investigadores, productores de alimentos y de peces, que el rol de los nutrientes y ciertos compuestos bioactivos, determina el valor nutricional de los ingredientes. Así, en general, el objetivo de una alimentación eficiente para cualquier animal, es proporcionar nutrientes esenciales bio-disponibles para el mantenimiento de funciones vitales, como crecimiento, salud y reproducción, y el buen desempeño durante el ciclo productivo, respetando las limitaciones económicas y ambientales. La calidad final de un alimento formulado está determinado principalmente por la calidad de los ingredientes utilizados para su elaboración, aunque se deben establecer los límites de inclusión de cada uno de ellos en función de los requerimientos, de la capacidad digestiva de la especie y de sus características fisiológicas y metabólicas, para lo cual es importante también conocer su composición química. Esta información es crítica y determinará la formulación general de un alimento. A mayor cantidad de información acerca del ingrediente o el aditivo, inlcuido su efecto en los peces se puede inferir una formulación que sea eficiente desde un punto de vista nutricional. La variación nutricional y la composición química de los ingredientes puede estar determinada por diferentes variables, entre las que destacan: el origen, el procesamiento, el almacenaje, las condiciones de producción, presencia de contaminantes, etc. Por esta razón es necesaria la constante revisión y control de calidad de la materia prima que se va a utilizar para formular y elaborar un alimento de acuerdo a los niveles finales de requerimientos de nutrientes que los animales necesitan. En el análisis químico de los ingredientes, es recomendable no solo conocer los nutrientes proximales y otros, como aminoácidos, ácidos grasos, minerales, vitaminas, sino también otros compuestos que pudiera tener algún tipo de actividad biológica, ya sea positiva o negativa, en los peces. Algunos de los compuestos biológicamente activos en diferentes materias primas, especialmente las de origen vegetal, ya se han descrito y se conocen. Sin embargo, aún se desconocen muchos de ellos, inlcuidos otros ingredientes utilizados en la formulación de dietas para la acuicultura. Este tipo de sustancias pueden afectarAlimentación y nutrición Aprendiendo Acuicultura A B C D E G F H Figura 2. Esquema del proceso de elaboración de alimento extruido para peces: A) Recepción de materias primas B) Molienda C) Mezclado D) Extrusión E) Secado F) Aceitado G) Enfriado H) Envasado. aditivo el aditivo formulado, como premix de vitaminas, minerales, aminoácidos, y otras que normalmente se utilizan en pequeñas cantidades y se miden en miligramos por kg, microgramos o partes por millón (antioxidantes, enzimas, inmunoestimulantes, péptidos, minerales orgánicos, pigmentos, acidificantes, saborizantes etc.; y “suplemento”, como una mezcla de ingredientes, con o sin aditivos, que cubren parcialmente los requerimientos nutricionales de los animales, como extractos vegetales u otros. Así, el alimento para peces, como para otros animales de granja, está constituido por diferentes tipos de ingredientes, aditivos y suplementos, que combinados adecuadamente deben satisfacer los requerimientos nutricionales de los peces, además de mantener la calidad y estabilidad del alimento, sin que esto signifique incrementos significativos en el costo (Figura 1). Estos componentes del alimento provienen de una gran variedad de fuentes, ya sean terrestres o acuáticas, de diferente origen, como la pesca reductiva, la industria agrícola, subproductos de la industria de producción animal, insectos o microorganismos (levaduras, hongos, microalgas, bacterias). En este contexto, la conexión de los productores de alimentos para peces con los 41 la utilización de nutrientes, la fisiología y la salud de los organismos acuáticos y es por esto es que deben estudiarse y considerar al momento de formular una dieta (Gattlin y col., 2007). En definitiva, durante el proceso de producción de un alimento para peces, intervienen diversas variables que deben ser tomadas en cuenta al momento de formular una dieta eficiente: materia prima, análisis del perfil y valor nutricional de los ingredientes, costos y disponibilidad, almacenamiento y transporte de la materia prima y alimentos terminados y, por supuesto, formulación de acuerdo a la especie y etapa de vida del organismo. Procesos por extrusión en la producción de alimento para peces Función y ventajas de la extrusión Las condiciones generadas por un extrusor, permiten el desempeño de muchas funciones que son utilizadas para una amplia gama de aplicaciones alimenticias e industriales. Dentro de las funciones más destacadas está la aglomeración, donde los diferentes ingredientes se compactan dentro del extrusor. Otra función es la expansión, que permite controlar la densidad del producto a través de las condiciones de operación y configuración de la extrusora. Quizás la función más destacada que ofrece el proceso de extrusión es la gelatinización, donde se desarrolla una cocción de los almidones, que genera una modificación de los polisacáridos; principalmente la amilosa y la amilopectina. En los extrusores doble tornillo, se destacan las funciones de homogeneización, donde se reestructuran los ingredientes no atractivos en formas más aceptables. La versatilidad en la configuración de tornillos permite el proceso de mezclado de las materias primas de forma mas eficiente. Durante la extrusión, la proteínas animales y vegetales se pueden desnaturalizar producto de esta cocción, una función importante a considerar cuando se necesita aumentar la digestibilidad de éstas. El moldeado, es una función de la extrusión que permite cualquier formato deseado del producto, solo modificando una matriz al final de la extrusora; y finalmente la versatilidad, en que diferentes líneas de ingredientes se pueden combinar en un solo producto para producir características especiales a través de la extrusión. Las principales ventajas de la tecnología de extrusión en comparación con los métodos tradicionales de procesamiento de alimentos, son la adaptabilidad, que permite la producción de una amplia variedad de productos, alterando las condiciones de operaciones. También, permite una variedad de formas, texturas, colores y apariencias que pueden ser producidas. La eficiencia energética en los extrusores es máxima, ya que operan con humedad relativamente baja, por lo que es necesario un menor tiempo de secado. Un extrusor proporciona un procesamiento 42 Aprendiendo Acuicultura continuo de alto rendimiento y puede ser totalmente automatizado. La cocción por extrusión a altas temperaturas también destruye compuestos antinutricionales. La extrusión es considerada un proceso limpio, puesto que produce poco o ningún flujo de residuos, esta es una ventaja muy importante para las industrias de alimentos, ya que las nuevas regulaciones ambientales son rigurosas y costosas. A su vez, la extrusión permite el escalamiento del proceso, los datos obtenidos de una planta piloto pueden ser usados para extrapolar los parámetros a la producción de una industria, teniendo el equipamiento y el manejo correcto. Actualmente, el proceso de extrusión se ha convertido en un sistema primario de cocción continua muy utilizado en la producción comercial de la mayoría de los alimentos. Existen numerosos ejemplos donde se incluyen la producción de alimentos para humanos, alimentos para mascotas y para peces. En todos ellos, se habla de extrusión con expansión directa, es decir donde la “masa” tiene una fuerte expansión al salir de la matriz, debido a las condiciones de alta presión y temperatura a la que es sometida en la extrusora, variables que se pueden manejar y experimentar. El control de esta expansión es lo que permite hacer variar la densidad, la cual es importante dado que de ella va depender la resistencia del pellet, afectando su porosidad, que es la que permite absorber mayores o menores niveles de aceite, siendo esto muy importante, sobre todo en las llamadas dieta de alta energía. También la expansión afecta la flotabilidad del alimento, lo cual es muy importante para el tiempo de permanencia en la columna de agua para que los peces lo puedan consumir. El control de la expansión es una de las mas importantes del proceso, existiendo métodos que permiten hacer variar la densidad del pellet de manera muy eficiente, como el llamado sistemas de degasificación al vacio. Proceso de elaboración de alimento balanceado El proceso de fabricación de alimentos extruidos para peces involucra varias etapas (Figura 2). Parte con la recepción de materias primas, donde se procede a tomar muestras de cada una de ella y analizar su calidad y composición para asegurar su correcta utilización en el proceso de fabricación. Para mantener la producción de alimento en línea, los resultados de los análisis deben ser rápidos y precisos por cual es muy utilizada la técnica NIR (Near Infrared Reflectance) en este proceso. Luego de tener establecidos los ingredientes de la formulación de producción, se procede con la molienda, donde se produce la reducción de tamaño de las partículas (a 500 micras aproximadamente), siendo su efectividad óptima cuando la cantidad de lípidos de los ingredientes no supera el 6%. Luego, se realiza el mezclado, donde se incorporan todos los ingredientes, incluidos los aditivos, aunque muchos de ellos pueden ser incluidos en el aceitado, sobretodo aquellos susceptible de denaturalizarse o perder su efectividad durante la extrusión y que son liposolubles. Para tener un mezclado eficiente también hay que considerar otras propiedades físicas de los ingredientes como la higroscopicidad, carga estática y adhesividad. El proceso más importante dentro de la elaboración de dietas para peces es la extrusión, que se inicia con el acondicionamiento de la mezcla. Durante el proceso de extrusión intervienen tres factores que se deben considerar: el calor, que se entrega a la mezcla mediante la inyección de vapor; la humedad,que se logra por medio de la aspersión de agua a la mezcla; y el tiempo de residencia, que se controla variando la velocidad y/o posición de las paletas del acondicionador, logrando así la pregelatinización de los almidones, llegando a una temperatura de 90°C de la mezcla a la salida del acondicionador. En el extrusor, se terminan de gelatinizar todos los almidones, con un aumento de la temperatura y adición de agua, convirtiendo a la mezcla de ingredientes en una masa elástica y pegajosa que puede ser expandida cuando el producto es descargado a la salida de la matriz. Las Alimentación y nutrición Imagen 1. Planta piloto de alimentos perteneciente al Departamento de Ciencias Agropecuarias y Acuícolas de la Unversidad Católica de Temuco. El uso de IPE-VAC ® Inmersión es la manera más simple y eficaz de inmunizar peces en estadios tempranos para generar una correcta inducción y montaje de respuesta inmune frente al virus IPN 43 condiciones de operación del extrusor juegan un rol muy importante, así, el tiempo de retención y la inyección de vapor, contribuyen a la gelatinización de los almidones, dando las características al producto final. Este proceso se realiza a altas temperatura (sobre 130°C) y corto tiempo no superior a 30 segundos (HTST, High Temperature Short Time) (KEARNS, 1998). Después que el producto sale de la matriz en forma de pellet, pasa por el proceso de secado; donde es esparcido en una capa uniforme, que mediante aire seco y caliente baja su humedad a 7-9 %. De un secado suave y parejo dependen características importantes como son la pérdida de nutrientes o pigmentos, durabilidad y absorción de aceite. Luego el producto pasa a través de un tamizado; que tiene como objetivo separar el producto sobre y bajo tamaño deseado, dejando solo el producto con el calibre óptimo. Otro proceso importante en la producción es el aceitado; acá el pellet es bañado con aceite pudiendo alcanzar entre 15-40% de lípidos finales. El aceitado al vacío permite que grandes cantidades de aceite entren al centro del pellet en pocos segundos. Posteriormente el producto debe pasar por un proceso de enfriado a través de un enfriador de contraflujo. Cuando el producto alcanza la temperatura ambiente (21°C), se libera y pasa a ser envasado en el formato definido para el producto, que depende del cliente y sus instalaciones, y que permita hacer la distribución del alimento a los centros de cultivos en forma óptima. Impacto del procesamiento sobre el valor nutricional de las dietas para peces Usualmente, los alimentos utilizados en la acuicultura son preparados a partir de una formulación específica que implica la mezcla de diferentes ingredientes y aditivos, cada uno de los cuales ha sido previamente sometido a diversos niveles de procesamiento mecánico, bioquímico o térmico. La estructura natural de los componentes de la dieta es entonces sustancialmente modificada o destruida durante el procesamiento y la elaboración del alimento formulado, donde los ingredientes individuales son “reensamblados” en nuevas estructuras complejas que pueden llegar a ser diferentes a su condición original. Por lo tanto, el procesamiento aplicado a los ingredientes o durante la elaboración de las dietas puede producir cambios en las configuraciones, que a su vez puede inducir cambios en la biodisponibilidad y bioaccesibilidad de los nutrientes, que son la fracción mas importante que se puede extraer desde un alimento durante la digestión, para luego ser absorbida y utilizada para las diferentes funciones fisiológicas en los peces. Dependiendo del tipo de procesamiento aplicado, la red de interacciones entre las 44 una alta gelatinización de los almidones ocurrida durante el proceso de extrusión, producto del incremento en la inclusión de agua, tiene un impacto positivo sobre la digestibilidad de los carbohidratos en trucha arcoíris, la cual además se ha encontrado que es proporcional a la digestibilidad de los lípidos y la energía, concluyéndose entonces sobre la necesidad de considerar una mayor adición de agua durante el proceso que favorezca la digestibilidad de estos nutrientes (Storebakken y col., 2015). Hay que considerar también que esta gelatinización puede ser afectada no solo por la humedad, sino también por la entrada de energía mecánica o térmica, así como por el tiempo de residencia tanto en el pre acondicionador como en la extrusora. Por otra parte, se debe considerar que la extrusión de la “masa” que está pasando por la extrusora, y que contiene lípidos y almidones, puede llegar a formar unos complejos amilosa-lípidos (De Pilli y col., 2011; Thachil y col., 2014), que tienen una estructura cristalina definida (Merayo y col., 2011), y que son clasificados como “almidones resistentes”, cuyo impacto en el alimento y cuán beneficioso o negativo pueden llegar a ser para los peces, es motivo aún de estudio. Es sabido que los parámetros de extrusión también tienen un efecto en la oxidación de los lípidos (Lin y col. 1998) y que también generan una pérdida de vitaminas por el efecto termo mecánico que se produce. La desnaturalización de las proteínas que ocurre durante el proceso de cocción- extrusión, tiene varios efectos también, pudiendo afectar la digestibilidad de estas. Por ejemplo, se conoce que la proteína de soya, para ser incluida a una dieta de salmónidos, necesita ser expuesta a cierta temperatura que permita desnaturalizar a los inhibidores tripsínicos (factores anti nutricionales), y maximizar el efecto nutricional de la proteína, aunque un sobrecalentamiento puede llegar a dañar la proteína y reducir su valor nutricional (Barrows y col. 2007). Otro ejemplo de estos cambios generados durante el procesamiento de las dietas por extrusión, son los llamados productos conjugados, formados por proteínas y polisacáridos en la reacción de Malliard. Esta reacción está estrechamente asociada con el calentamiento de las matrices dietarias que contienen aminoácidos y azúcares reductores y/o productos de oxidación de lípidos. Además, hay que considera que los pellets extruidos son nuevamente sometidos a calentamiento durante el secado. Las melanoidinas, consisten en una clase grande y heterogénea de productos derivados de la reacción de Malliard, cuyas estructuras químicas no se conocen bien, pero que se caracterizan por su color marrón o pardo (derivados del tratamiento térmico de la dieta), y por incluir grupos químicos con la capacidad de mantener cargas negativas. Diversas investigaciones han demostrado que las melanoidinas o los productos de la reacción de Maillard con alto peso molecular, tienen la capacidad de inhibir las enzimas digestivas de los mamíferos terrestres. En general, la investigación sobre los efectos de los productos del Aprendiendo AcuiculturaAlimentación y nutrición Imagen 2. Laboratorio de análisis y unidad experimental de tanques para estudios nutricionales y de alimentación del Departamento de Ciencias Agropecuarias y Acuícolas de la Universidad Católica de Temuco. moléculas que conforman el alimento o los ingredientes, o su ubicación dentro de compartimentos que normalmente son inaccesibles para las enzimas digestivas, los nutrientes podrían verse alterados de forma significativa (Bordoni y col., 2014). Estas alteraciones generadas durante el procesamiento de los alimentos podrían determinar un efecto positivo o negativo sobre el valor nutricional del ingrediente o dieta terminada. El desafío, que aún está por ser definido, es precisamente identificar cómo las variables que se aplican durante el procesamiento de las dietas determinan estos cambios específicos y complejos en la estructura de los nutrientes, y como están asociados a las propiedades nutricionales del alimento elaborado y sus efectos en los peces (Boland y col., 2014). El efecto del procesamientode los alimentos sobre su valor nutricional y como este es modificado, ha sido estudiado de forma muy limitada. No obstante, existen algunas evidencias en la literatura científica donde se ha observado que 45 “pardeamiento” en la fisiología de los peces es escasa, pero varios trabajos preliminares apuntan a consecuencias similares a las encontradas en animales terrestres. El efecto se explica principalmente por una fuerte reducción en la biodisponibilidad de la lisina, pero también es posible un efecto tóxico complementario de los productos generados durante el “pardeamiento”. En trabajos previos llevados a cabo en nuestro laboratorio, se ha demostrado que la actividad de la tripsina en trucha arcoíris puede verse inhibida por las melanoidinas, pero su efecto depende del pH, el tipo de tampón y condiciones iónicas. Estos trabajos establecen la importancia de las reacciones de “pardeamiento” que tienen lugar durante el procesamiento de las dietas e ingredientes y sus consecuencias potenciales para la nutrición de los peces (Serrano y col., 2018; Serrano y col., 2020). Se necesita más investigación que permita comprender los efectos beneficiosos y perjudiciales derivados de la ingestión a largo plazo de melanoidinas y otros compuestos derivados de la reacción de Maillard en peces. Existen también otros procesos que afectan el valor nutricional de las dietas como el secado, la calidad de la mezcla y la molienda. Se sabe que la molienda impacta, por ejemplo, en la granulometría de la dieta antes de la extrusión, y que a pesar de ser poco estudiado esta área, está comprobado que la granulometría si tiene impactos en los peces, encontrándose que una harina mas fina puede llegar a mejorar la asimilación de los nutrientes (Berge y col. 1994; Sveier y col., 1999; Booth y col, 2000). Así, lo que vemos es que el proceso de extrusión es siempre un equilibrio entre diversas variables que pueden tener efectos positivos o negativos, y donde hay que definir condiciones de proceso adecuadas que permitan obtener el mejor alimento posible, tanto en los aspectos físicos como nutricionales. Por esta razón, es importante tener buen dominio del procesamiento a la hora de subir los niveles de ingredientes vegetales, generar sustituciones en las dietas, o incluir aditivos, pues cada ingrediente o aditivo puede tener cambios y comportamientos diferentes durante la fabricación del alimento, y conocer finalmente como el proceso de fabricación puede llegar a afectar el desempeño productivo en los peces. Como se puede observar, el impacto del procesamiento en el valor nutricional de las dietas es muy complejo, y multifactorial, lo que explica el porque aun no se ha podido estudiar y cuantificar suficientemente la totalidad de estos factores. Consideraciones para la evaluación de dietas en peces La incorporación en las fórmulas dietarias de nuevos ingredientes sigue y seguirá siendo motivo de investigación, lo cual obliga a revisar constantemente las formulaciones y adecuar las condiciones 46 Rendimientos productivos por etapa del ciclo productivo. Retención y biodisponibilidad Relación nutrición - salud Relación nutrición - reproducción Relación nutrición - genética Relación nutrición - calidad producto final Relación nutrición - factores ambientales (Adaptación al cambio climático) Requerimientos nutricionales (larvas-juveniles, reproductores) Dietas ambiental y socialmente amigables Nuevos ingredientes (Macroingredientes : fuentes proteícas, lipídica, carbohidratos, suplementos) Cambios en la utilización digestiva (digestibilidad) Variación de los aportes de nutrientes (Caracterización) Impactos sobre los nutrientes durante el proceso de extrusión Presencia y atenuación de factores anti nutricionales Implicancias sobre el consumo de alimento (palatabilidad) y factor de conversión. Adaptación a la legislación Disponibilidad y costo (dietas costo efectivas) Trazabilidad de materias primas y reducción huella de Carbono Descargas de P, N y SS Adaptación al cambio climático Bienestar Animal (cantidad o calidad) Reducción uso de antibióticos Disminución razón “fish in/fish out” Microingredientes: premezclas vitaminas y minerales- micronutrientes, aditivos) tremendamente cambiante en el medio acuático, los requerimientos suelen cambiar de acuerdo a ciertas condiciones ambientales y de acuerdo a la etapa del ciclo de vida. Así, por ejemplo es importante destacar el efecto de la temperatura o la salinidad. Está demostrado que cambios en estos dos factores suelen generar cambios en los requerimientos nutricionales, y lo que se puede observar bajo una condicón, muchas veces no es obserbable en otras. De ahí la importancia de mantener las condiciones de cultivo estables y conocidas. Origen de los peces La mayoría de las investigaciones que se realizan, tanto para validar productos como para evaluar nuevos ingredientes, han utilizado peces de origen desconocido o de mala calidad (peces rezagados, con historial sanitario desconocido, etc.), lo cual es dificil de corroborar muchas veces. Esto puede generar resultados poco realistas y escalables. Así, la importancia de realizar estudios con peces de buena calidad, con origen genético e historial sanitario conocido y que estén libre de patógenos, es clave para una buena interpretación de los resultados obtenidos. Interacción entre nutrientes y aditivos Los nutrientes interactúan y se ha demostrado que funcionan sinérgicamente, hasta algunas veces su funcionalidad puede llegar a interferir con aditivos o suplementos que se pretenden incluir en las dietas. Este es uno de los más importantes desafíos para los estudios nutricionales, y que muchas veces dificulta la inclusión dietaria de nuevos aditivos o suplementos en las fórmulas comerciales. De ahí la necesidad de una adecuada formulación que considere el tipo de productos, las concentraciones y el momento oportuno de su inclusión en la dieta. Fabricación de dietas, analítica de precisión y unidades experimentales La mayoría de las investigaciones en los inicios de la acuicultura intensiva de peces utilizaron dietas de laboratorio realizadas manualmente. Sin embargo, entrada la década del 2000, la utilización de dietas con características comerciales comenzó Aprendiendo AcuiculturaAlimentación y nutrición Figura 3. Áreas estratégicas y desafíos mas importantes de abordar para la investigación en nutrición de peces. de fabricación del alimento. De ahí la importancia de generar buenos y confiables diseños experimentales donde se deben tomar en cuenta los siguientes aspectos: Duración de los ensayos y condiciones de cultivo Los bio ensayos suelen durar entre 4 y 16 semanas, dependiendo del tamaño de los peces, el ingrediente o aditivo a evaluar, y de lo que se pretende evaluar. Cuando se realiza un ensayo de alimentación, se debe asegurar que se lleve a cabo bajo la mayor cantidad de variables controladas posibles y definir claramente las condiciones experimentales de cultivo. La importancia de establecer claramente la etapa del ciclo productivo que se va a evaluar y las condiciones experimentales de evaluación, es una importante consideración a tomar en cuenta para obtener la mejor respuesta biológica posible. Condición poiquilotérmica de los peces Dado que los peces son organismos poiquilotermos, su fisiología es 47 a tomar relevancia, dada la necesidad de validar a escala piloto lo que puede ocurrir a escala comercial. El establecimiento de una planta piloto para este fin es costosa, requiere tiempo de implementación, equipamiento e infraestructura, además de personal especializado (Imagen 1). Por su parte, el acompañamiento de una evaluación analítica general y especializada, de nutrientes o distintos tipos de compuestos bioactivos, que sea confiable es fundamental para los estudios nutricionales, toda vez que unanálisis errado lleva a interpretaciones que pueden significar falsas conclusiones y un alto costo en malas decisiones. Asimismo es importante contar con una adecuada unidad experimental de estanques, bajo condiciones controladas que garantice un buen manejo y cuente con zonas de muestreos específicas para los peces que evite las contaminaciones cruzadas (Imagen 2). Para la inclusión de un nuevo ingrediente o desarrollado en los laboratorios de investigación, para que esté disponible en el mercado, es recomendable que previamente sea validado en condiciones experimentales, por ejemplo con pruebas in vitro, luego en condiciones piloto (ensayos in vivo bajo condiciones controladas), y finalmente en condiciones de campo (ensayo bajo condiciones comerciales). Tanto para las pruebas in vivo como de campo es importante generar dietas experimentales con características comerciales, considerando aspectos del proceso como se mencionó anteriormente. Esto último, permite estudiar cómo los nuevos productos pueden modificar sus configuraciones químicas o funcionalidades, o mantienen su estabilidad durante el proceso de producción del alimento. En este contexto, las condiciones de fabricación del alimento tienen un rol que no puede ser excluido, y donde además es clave identificar la etapa del ciclo productivo en la que se desea evaluar el alimento producido. No obstante estas dificultades, el valor de las pruebas a escalas pilotos radica en que bajo estas condciones, los peces pueden expresar su máximo potencial biológico cuando son sometidos a una prueba nutricional, solo así es posible evaluar el efecto de nuevos ingredientes, aditivos o suplementos, y llegar a comprender cuales son los mecanismos de acción en el metabolismo y la fisiología de los peces, que ayuden a encontrar respuestas replicables en los experimentos de Entorno social y ambiental Productores de peces Consumidor final Productores de alimentos para peces Proveedores de insumos dietarios (Insumos dietarios) Centros de validación y prueba para dietas e insumos dietarios Centros de investigación y Universidades Fisiología de peces Inmunología de peces Nutrigenómica Bioquímica/metabolismo Tecnología de los alimentos Nutrición Biología molecular Nanotecnología Ingeniería de procesos Ingeniería ambiental (Impacto) Ingredientes Aditivos Suplementos (Principales disciplinas involucradas en los estudios nutricionales) Figura 4. Red de actores y disciplinas relacionadas que participan y colaboran en la produción y evaluación de dietas para peces. campo. De ahí la importancia de sinergizar esfuerzos conjuntos entre distintas disciplina del conocimiento. Áreas estratégicas de abordar en la nutrición de peces En general tres son las áreas estratégicas que la investigación en nutrición de peces debiera abordar: a) inclusión de nuevos ingredientes, aditivos o suplementos, b) satisfacción de los requerimientos nutricionales de los organismos, y c) desarrollo de dietas ambiental y socialmente amigables. Cada una de esta áreas presenta desafíos que implican trabajos multidisciplinarios, que cubren una amplia gama de campos de la investigación que están interrelacionados y que a menudo requieren una integración del conocimiento obtenido en en distintas disciplinas del conocimiento (Jobling 2016) (Figuras 3 y 4). Es así como en la actualidad diferentes tipos de tecnologías se han ido incorporando o están por incorporarse a los estudios nutricionales, tales como cómo la nanotecnología, la microencapsulación, la fermentación panaferd.sales@jxanci.com - panaferd.com • 100% Pigmento natural • Paracoccus natural, fermentado • Aprobado para producción sustentable y orgánica • Libre de GMO - Aprobado por FDA • Utililizado mundialmente por la industria del salmón, hace más de 12 años • Disponible en Chile La opción óptima de pigmentación natural se encuentra en Panaferd ®. Panaferd ® otorga astaxantina y carotenoides como los encontrados el salmón silvestre. Panaferd ® entrega color, nutrientes y alto nivel de antioxidanes. Craqueo Reacciones Químicas ASTAXANTINA SINTÉTICA Petróleo Crudo Química... Microorganismo Fermentado Naturalmente Separación y secado ...O Natural Acuicultores tienen dos opciones para pigmentar sus salmones: 48 Aprendiendo AcuiculturaAlimentación y nutrición en estado sólido, el uso de análisis instrumental avanzado para detectar cambios en las estructuras químicas o moleculares de los nutrientes, detección de residuos y contaminantes antimicrobianos, técnicas de análisis molecular avanzada, PCR, y otras. Esta interdisciplinariedad y las técnicas modernas de evaluación permiten evaluar con mayor certeza los efectos de los ingredientes y definir adecuadamente sus usos en dietas formuladas y prácticas. Nuevos ingredientes La variedad de ingredientes, aditivos y suplementos que los alimentos para peces han ido incorporando, provienen de diferentes fuentes terrestres y acuáticas, tales como vegetales, subproductos de origen animal terrestre, ingredientes microbianos y de organismos unicelulares, ingredientes genéticamente modificados, microingredientes de amplio uso en la producción animal terrestre, y se espera que en el futuro se sigan incrementando. Esto plantea la importancia de contar con materias primas de calidad que permitan producir alimentos bien equilibrados en términos de rentabilidad, y que combinados cubran los requisitos nutricionales de los peces. De acuerdo a Glencross y col., (2007), hay cinco aspectos claves que se deben considerar en la evaluación de cualquier ingrediente nuevo: caracterización (química y orígen), digestibilidad, palatabilidad, utilización nutricional o interferencia con otros, y su funcionalidad. Además, se debe considerar el efecto de la inclusión del nuevo ingrediente sobre la calidad del producto final ya que esto podría afectar las preferencias del consumidor. Requerimientos nutricionales La satisfacción de los requerimientos nutricionales ha sido motivo de estudio desde los inicios de la acuicultura intensiva de peces, siendo pioneras las investigaciones de John Halver y su grupo, en la década de 1950-60, quien fue uno de los primeros científicos en utilizar dietas semi purificadas para establecer requerimientos de vitaminas hidrosolubles y otros nutrientes en salmón y trucha arcoíris (Halver , 2001). Estos métodos siguen vigentes para los estudios de requerimientos en muchas especies. La investigaciones en este sentido han evolucionado, ya no solo para satisfacer los rendimientos productivos, sino también las necesidades en la reproducción, la esmoltificación, la inmunidad, las respuesta al estrés bajo las condiciones de cultivo (densidad, calidad del agua, temperatura y salinidad). panaferd.sales@jxanci.com - panaferd.com • 100% Pigmento natural • Paracoccus natural, fermentado • Aprobado para producción sustentable y orgánica • Libre de GMO - Aprobado por FDA • Utililizado mundialmente por la industria del salmón, hace más de 12 años • Disponible en Chile La opción óptima de pigmentación natural se encuentra en Panaferd ®. Panaferd ® otorga astaxantina y carotenoides como los encontrados el salmón silvestre. Panaferd ® entrega color, nutrientes y alto nivel de antioxidanes. Craqueo Reacciones Químicas ASTAXANTINA SINTÉTICA Petróleo Crudo Química... Microorganismo Fermentado Naturalmente Separación y secado ...O Natural Acuicultores tienen dos opciones para pigmentar sus salmones: 49 Dietas ambiental y socialmente amigables El uso de nuevos ingredientes plantea desafíos ambientales que se deben considerar. La mayoría de las evaluaciones muestran que el alimento representa el 90% del impacto ambiental de la acuicultura intensiva (Little y col. 2018). Así, dietas con alta digestibilidad de P y de proteínas, que contribuyan a disminuir las descarga de Fósforoy Nitrógeno son deseables y valoradas por los actores sociales y ambientales. Por otra parte, el concepto de bienestar animal, que está siendo cada vez mas valorado entre los consumidores, incluye también el hecho que los peces deben estar libres de inanición, y que las dietas deben ser balanceadas nutricionalmente, de manera que contribuyan a minimizar el dolor y el estrés, mantener un normal comportamiento y favorecer una adecuada osmoregulación. En un estudio reciente realizado en Noruega por investigadores de Sintef (Winther y col, 2020) se señala que es necesario tener en cuenta que el uso de aditivos y suplementos necesarios para el buen funcionamiento de los ingredientes vegetales, requieren para su producción de una buena cantidad de energía y que cuando se están utilizando ingredientes vegetales, se está también impactando en el uso de la tierra y por lo tanto también sobre la huella de carbono del salmón, puesto que los ingredientes vegetales son menos sostenibles en términos de emisión de carbono que los ingredientes marino, aunque la fracción del uso de la tierra destinada a la acuicultura aún es relativamente pequeña (menos del 4%) comparada con el destinado al suministro total de alimentos para animales a nivel mundial (Troell y col., 2014). En estudios realizados por nuestro grupo de investigación, se observó que modificando la relación Vitamina E/ ácido araquidónico o la incorporación del futerpenol en dietas para trucha arcoíris, es posible reducir la mortalidad acumulada cuando los peces son sometidos al patógeno SRS (Hernández y col, 2016; Dantagnan y col. 2017). Estas y otras investigaciones muestran que es perfectamente posible la reducción de antibióticos a través del uso adecuado balances nutrientes, suplementos o aditivos, y es una opción que puede contribuir al desrrollo de dietas ambientalmente sustentable. Referencias Descargue las referencias en la página www.salmonexpert.cl/descargas
