door dr. Ioannis Nengas, Onderzoeksdirecteur, Helleens Centrum voor Marien Onderzoek, Griekenland

Het verzekeren van de voedselvoorziening aan een bevolking die naar verwachting voor het midden van de eeuw meer dan negen miljard zal bedragen, blijft een van onze grootste uitdagingen, Volgens de Voedsel- en Landbouworganisatie (FAO, 2017). De landbouw van aquatische organismen is een van de snelst groeiende voedselsectoren ter wereld, de planeet voorzien van ongeveer de helft van alle wereldwijd geconsumeerde vis. Volgens de FAO, aquacultuur zal bijdragen aan zowel de voedselzekerheid als het economisch welzijn van grote populaties. Vandaag, wereldproductie van aquacultuurproducten heeft een nieuw record gevestigd, die 55 procent van de totale geproduceerde zeevruchten vertegenwoordigen, in totaal 200 miljoen ton per jaar.

Echter, de uitbreiding van de aquacultuurproductie vereist een evenredige toename van de aquavoederproductie. Dus, de uitdaging waarmee de aquacultuurindustrie de afgelopen decennia is geconfronteerd, is het identificeren van duurzame en voedzame ingrediënten om de groei van de sector te ondersteunen. De aquavoederindustrie erkent al vele jaren dat het gebruik van plantenvoeders voor de productie van aquatische soorten een essentiële vereiste is voor de toekomstige ontwikkeling van de aquacultuur. Dergelijke plantenvoeders moeten voedzame componenten bevatten die op efficiënte wijze aquatische soorten laten groeien met een minimale impact op het milieu en visvlees van hoge kwaliteit produceren om de voordelen voor de menselijke gezondheid op een kosteneffectieve manier te bevorderen (Gatlin et al., 2017).

Hoewel veel plantaardige diervoederingrediënten aanvaardbare hoeveelheden eiwit bevatten, Essentiële aminozuren, calorieën, bepaalde mineralen en vitamines, het gebruik ervan is nog steeds beperkt vanwege de aanwezigheid van verschillende endogene antinutritionele factoren (ANF's) die de enzymactiviteit of de opname van mineralen en andere voedingsstoffen nadelig beïnvloeden (Rasha et al., 2011). Sommige van de antinutritionele factoren in plantaardige ingrediënten kunnen gedeeltelijk of volledig worden geïnactiveerd door warmteverwerking, zoals roosteren, autoclaveren, extruderen of koken, voorafgaand aan opname in visvoer (Francis et al., 2001). Echter, hoge hitte brengt de voedingskwaliteit van deze ingrediënten in gevaar door gedeeltelijke vernietiging van warmtegevoelige voedingsstoffen en is niet effectief voor sommige van deze anti-nutritionele factoren.

Een manier om het uitgebreide gebruik van ingrediënten van plantaardig voer mogelijk te maken door hun voedingswaarde te verhogen en de antinutritionele factoren te minimaliseren, is door gebruik te maken van biotechnologische processen. Deze processen omvatten fermentatie in vaste toestand (SSF) en het gebruik van exogene voedingsenzymen.

Solid-state fermentatie

Fermentatie is een proces waarbij micro-organismen, substraten en specifieke omgevingsomstandigheden die complexe substraten omzetten in eenvoudigere verbindingen (Niba et al., 2009). Fermentatieproducten zullen variëren afhankelijk van het kenmerk van de micro-organismen, gebruikte ondergronden en omstandigheden. Omstandigheden zijn onder meer temperatuur, pH, opgeloste O2 en CO2, operationele systemen, mengen en de lengte van het fermentatieproces (Renge et al., 2012). Fermentatie verbetert de nutritionele kwaliteit van diervoeders door:

• Het verlagen van de vezels
• Verhogen van het eiwit- en lipidegehalte
• Verbetering van de beschikbaarheid van vitamines en mineralen
• Verbetering van de verteerbaarheid van aminozuren.

Er is ook gemeld dat het de smakelijkheid van het voer verhoogt (Borresen et al., 2012). Een groot voordeel van het proces is dat het het antinutritionele gehalte in ingrediënten van plantenvoeding en mycotoxineniveaus verlaagt (Niba et al., 2009; Canibe en Jensen, 2012).

SSF is het fermentatieproces waarbij een vast substraat, zoals plantaardige ingrediënten, bij afwezigheid van vloeistof. SSF wordt over het algemeen gebruikt om gefermenteerde droge ingrediënten te produceren die kunnen worden toegevoegd aan basisvoermengsels. Door het lage vochtgehalte de SSF-methode kan slechts door een beperkt aantal micro-organismen worden uitgevoerd, voornamelijk schimmels zoals Aspergillus spp. en Rhizopus spp., hoewel sommige bacteriën, zoals Lactobacillus spp., kan ook worden gebruikt (Supriyati et al., 2015). SSF-verwerkte ingrediënten zijn meer compatibel met de productie van aquafeed.

Gefermenteerde plantaardige ingrediënten, vooral die geproduceerd via SSF, aangezien componenten in aquafeeds potentiële grondstoffen zijn en de interesse van de aquacultuursector hebben gewekt. Tabel 1 documenteert resultaten van de opname van gefermenteerd plantenvoer in diëten van verschillende aquacultuursoorten.

Exogene voedingsenzymen

Aquacultuur, net als de rest van de dierlijke productiesectoren, probeert de voerkosten te minimaliseren en, om deze reden, heeft onlangs zijn aandacht gericht op het gebruik van exogene voedingsenzymen in plantaardig-ingrediëntenrijk voer. Dit komt door hun vermogen om de verteerbaarheid van voedingsstoffen te verbeteren, wat laag is omdat aquatische soorten de endogene enzymen missen die nodig zijn voor het afbreken van de complexe celwandstructuur van plantaardige ingrediënten en het afgeven van voedingsstoffen. Een ander belangrijk voordeel van hun opname in voerformuleringen is de afbraak van antinutritionele factoren, zoals vezels, fytaat- en niet-zetmeelpolysachariden (NSP's), die de prestaties verlagen en de gezondheid en het welzijn van de dieren in gevaar brengen (Alsersy et al., 2015).

Exogene enzymen als voeradditieven zijn uitgebreid onderzocht voor de pluimvee- en varkensvoerindustrie, en hun opname in de voeding is nu gebruikelijk om de bovenstaande redenen. Echter, voor aquacultuursoorten, onderzoek naar exogene enzymsuppletie is vooral gericht op fytase. Pas sinds kort is er belangstelling voor en onderzoek naar koolhydraten in de voeding, proteasen en suppletie met enzymmix namen toe (Gatlin et al., 2017).

De primaire functie van exogene carbohydrasen is het hydrolyseren van complexe NSP's die aanwezig zijn in plantenvoeding. Verder, suppletie met carbohydrase verhoogt de verteerbaarheid van energieleverende voedingsstoffen, zoals zetmeel en vet. In aanvulling, het is mogelijk dat carbohydrasen ook werken om het gebruik van stikstof en aminozuren te verbeteren door de toegang tot eiwitten voor spijsverteringsproteasen te vergroten (Tahir et al., 2008). Net als bij andere voedingsstoffen, carbohydrase-enzymen zijn ook betrokken bij het verbeteren van de beschikbaarheid van mineralen in de voeding voor het doelorganisme. Bovendien, carbohydrasen kunnen de groei van nuttige bacteriën bevorderen en ondersteunen, waardoor de darm en de algehele gezondheid van het dier (Adeola en Cowieson, 2011).

Afgezien van de afbraak van carbohydrasen, het is essentieel om de beschikbaarheid van eiwitten in de plantaardige ingrediënten te verbeteren door voedingsproteasen aan te vullen. Proteasen omvatten een klasse enzymen die eiwitten hydrolyseren tot kleinere eiwitten, peptiden en aminozuren. Zonder proteasen, deze banden kunnen niet gemakkelijk worden verbroken, en eiwitten, daarom, niet gemakkelijk verteerd kunnen worden door vissen en schaaldieren.

Er komen steeds meer publicaties over het gebruik van exogene enzymen, voedingssupplementen of enzymcomplexen, voornamelijk uit carbohydrasen en proteasen met veelbelovende resultaten. Tabel 2 vat de meest recente bevindingen samen.

Met al deze potentiële voordelen van biotechnologische nieuwigheden, de formuleerder van vandaag heeft meer instrumenten om aquafeeds qua voedingswaarde en economisch te optimaliseren. Er wordt onderzoek gedaan naar de effecten van verschillende substraten, micro-organismen, verschillende methoden om enzymen en voederingrediënten te produceren, evenals de interactie van deze innovaties met het metabolisme, groei, darmgezondheid en immuunsysteem van gekweekte waterorganismen.