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13.3.1 Fuentes de Proteínas y Lípidos para Aquafeeds

Desde finales del siglo XX, se han producido cambios significativos en la composición de los acuafeeds, pero también avances en la fabricación. Estas transformaciones se han originado en la necesidad de mejorar la rentabilidad económica de la acuicultura, así como de mitigar sus impactos ambientales. Sin embargo, la fuerza impulsora de estos cambios es la necesidad de disminuir la cantidad de harina de pescado (FM) y aceite de pescado (FO) en los piensos, que tradicionalmente han constituido la mayor proporción de los piensos, especialmente para los peces carnívoros y los camarones. En parte debido a la sobrepesca, pero especialmente debido al continuo aumento del volumen mundial de acuicultura, existe una creciente necesidad de proteínas y aceites alternativos para reemplazar la FM y la FO en los acuafeeds.

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Fig. 13.2 Relación entre peces y salida (línea azul, eje Y izquierdo) y la cantidad de aceite de pescado utilizado (línea amarilla, eje Y derecho) para la alimentación de trucha arco iris en Finlandia entre 1990 y 2013. (Datos de www.raisioagro. com)

La composición de los piensos para peces ha cambiado considerablemente, ya que la proporción de FM en las dietas ha disminuido de\ > 60% en la década de 1990 a\ 20% en las dietas modernas para peces carnívoros como el salmón del Atlántico (Salmo salar), y el contenido de FO ha disminuido del 24% al 10% (Ytrestøyl et al. 2015). Como consecuencia de ello, la denominada relación pescado-en-salida (FIFO) ha disminuido por debajo de 1 para el salmón y la trucha arco iris, lo que significa que la cantidad de pescado necesaria en el pienso para producir 1 kg de carne de pescado es inferior a 1 kg (Fig. 13.2). Por lo tanto, el cultivo de peces carnívoro en el siglo XXI es un productor neto de pescado. Por otro lado, los piensos para especies de peces omnívoras tróficas inferiores (por ejemplo, carpa y tilapia) pueden contener menos del 5% de FM (Tacon et al. 2011). El cultivo de estas especies de peces tróficos bajos es ecológicamente más sostenible que para las especies tróficas más altas, y la FIFO para Tilapia fue de 0,15 y para los ciprínidos (especies de carpa) solo 0,02 en 2015 (IFFO). Cabe señalar que la sustitución total de FM en las dietas de Tilapia (Koch et al. 2016) y salmón (Davidson et al. 2018) no es posible sin afectar significativamente los parámetros de producción.

Hoy en día, la mayor oferta de proteínas y lípidos en los piensos para peces proviene de las plantas, pero también comúnmente de otros sectores, incluidas las comidas y grasas procedentes de subproductos cárnicos y avícolas y harina de sangre (Tacon y Metian 2008). Además, los desechos y subproductos de la transformación del pescado (despojos y despojos) se utilizan comúnmente para producir FM y FO. Sin embargo, debido a la normativa de la UE (CE 2009), el uso de FM de una especie no está permitido como alimento para la misma especie, por ejemplo, el salmón no puede alimentarse con FM que contenga recortes de salmón.

Los reemplazos FM y FO con otros ingredientes pueden afectar la calidad del producto que se vende a los clientes. El pescado tiene la reputación de ser un alimento saludable, especialmente debido a su alto contenido de poli y ácidos grasos altamente insaturados. Lo más importante, los mariscos son la única fuente de EPA (ácido eicosapentaenoico) y DHA (ácido docosahexaenoico), ambos de los cuales son ácidos grasos omega-3, y nutrientes esenciales para muchas funciones en el cuerpo humano. Si FM y FO son reemplazados por productos de origen terrestre, esto afectará directamente a la calidad de la carne de pescado, sobre todo a su composición de ácidos grasos, ya que la proporción de ácidos grasos omega-3 (especialmente EPA y DHA) disminuirá, mientras que la cantidad de ácidos grasos omega-6 aumentará junto con el aumento de material vegetal que está reemplazando a FM y FO (Lazzarotto et al. 2018). Como tal, los beneficios para la salud del consumo de pescado se pierden en parte, y el producto que termina en el plato no es necesariamente lo que los consumidores esperaban comprar. Sin embargo, con el fin de superar el problema de la disminución de los ácidos grasos omega-3 en el producto final resultante de la disminución de los ingredientes de pescado en acuafeeds, los piscicultores podrían emplear las denominadas dietas de acabado con alto contenido de FO durante las etapas finales de cultivo (Suomela et al. 2017).

Una nueva opción interesante para reemplazar el FO en los piensos para peces es la posibilidad de ingeniería genética, es decir, plantas modificadas genéticamente que pueden producir EPA y DHA, por ejemplo aceite de Camelina sativa modificado genéticamente (nombre común de camelina, oro de placer o lino falso que se sabe que tiene altos niveles de ácidos grasos omega-3) se utilizó con éxito para cultivar salmón, terminando con una concentración muy alta en EPA y DHA en el pescado (Betancor et al. 2017). Sin embargo, el uso de organismos modificados genéticamente en la producción humana de alimentos está sujeto a aprobación reglamentaria y puede no ser una opción a corto plazo.

Otra nueva posibilidad de reemplazar la FM en aquafeeds son las proteínas hechas de insectos (Makkar et al. 2014). Esta nueva opción sólo se ha hecho posible dentro de la UE recientemente cuando la UE modificó la legislación, permitiendo las comidas de insectos en aquafeeds (UE 2017). Las especies permitidas son mosca negra (Hermetia illucens), mosca común (Musca domestica), gusano amarillo (Tenebrio molitor), gusano de harina menor (Alphitobius diaperinus), cricket casero (Acheta domesticus), cricket bandeado (Gryllos) des sigillatus) y grillo de campo (Gryllus assimilis_). Los insectos deben criarse sobre ciertos sustratos permitidos. Los experimentos de crecimiento realizados con diferentes especies de peces muestran que reemplazar FM por harina hecha de larvas de mosca negra no necesariamente compromete el crecimiento y otros parámetros de producción (Van Huis y Oonincx 2017). Por otro lado, las comidas hechas con gusano amarillo podrían reemplazar a la FM solo parcialmente para evitar una disminución en el crecimiento (Van Huis y Oonincx 2017). Sin embargo, el reemplazo de FM con harina de insectos puede causar una caída en los ácidos grasos omega-3, ya que no tienen EPA y DHA (Makkar y Ankers 2014).

A diferencia de los insectos, las microalgas suelen tener perfiles nutricionalmente favorables de aminoácidos y ácidos grasos (incluidos EPA y DHA), pero también hay una gran variación entre especies a este respecto. La sustitución parcial de FM y FO en aquafeeds con ciertas microalgas ha dado resultados prometedores (Camachorodríguez et al. 2017; Shah et al. 2018) y en el futuro puede esperarse que aumente el uso de microalgas en aquafeeds (White 2017) aunque su uso esté limitado por el precio.

Este breve resumen de los posibles ingredientes para piensos indica que existe una amplia gama de posibilidades de sustituir al menos parcialmente FM y FO en los piensos para peces. En general, el perfil de aminoácidos de FM es óptimo para la mayoría de las especies de peces y FO contiene DHA y EPA que son prácticamente imposibles de proporcionar a partir de aceites terrestres, aunque la ingeniería genética puede cambiar la situación en el futuro. Sin embargo, los productos OGM deben ser aceptados primero en la legislación y luego por los clientes.

13.3.2 El uso de aditivos especializados en piensos adaptados a la acuapónica

La adaptación de los acuafeeds específicos de los sistemas acuapónicos es más difícil que el desarrollo de piensos acuícolas convencionales, ya que la naturaleza de los sistemas acuapónicos requiere que los acuafeeds no solo proporcionen nutrición a los animales cultivados sino también a las plantas cultivadas y a las comunidades microbianas que habitan el sistema. La práctica acuapónica actual utiliza aquafeeds formulados para proporcionar una nutrición óptima a los animales acuáticos cultivados; sin embargo, como principal aporte nutritivo en los sistemas acuapónicos (Roosta y Hamidpour 2011; Tyson et al. 2011; Junge et al. 2017), los piensos también deben tener en cuenta los requerimientos de nutrientes del componente de producción de la planta. Esto es especialmente importante para los sistemas acuapónicos a escala comercial, donde la productividad del sistema de producción de la planta tiene un impacto importante en la rentabilidad general del sistema (Adler et al. 2000; Palm et al. 2014; Love et al. 2015a) y donde la mejora del rendimiento de la producción del componente de la planta puede mejorar la rentabilidad general del sistema.

Por lo tanto, el objetivo general del desarrollo de piensos acuapónicos adaptados sería diseñar un pienso que logre un equilibrio entre proporcionar nutrientes adicionales a las plantas, manteniendo al mismo tiempo un funcionamiento aceptable del sistema acuapónico (es decir, una calidad suficiente del agua para la producción animal, el rendimiento del biofiltro y el digestor anaeróbico, y absorción de nutrientes por las plantas). Para lograrlo, el alimento acuapónico a medida final puede no ser óptimo para la producción individual de animales acuáticos o plantas, sino que sería óptimo para el sistema acuapónico en su conjunto. El punto óptimo se determinaría sobre la base de parámetros generales de rendimiento del sistema, por ejemplo, medidas de sostenibilidad económica y/o ambiental.

Uno de los principales desafíos para aumentar la producción de los sistemas acuapónicos acoplados es las concentraciones relativamente bajas de nutrientes tanto macro como microvegetales (principalmente en forma inorgánica) en el agua de recirculación, en comparación con los sistemas hidropónicos convencionales. Estos bajos niveles de nutrientes pueden provocar deficiencias de nutrientes en las plantas y tasas de producción de plantas subóptimas (Graber y Junge 2009; Kloas et al. 2015; Goddek et al. 2015; Bittsanszky et al. 2016; Delaide et al. 2017). Otro desafío es la importante cantidad de cloruro sódico en acuafeeds convencionales a base de harina de pescado y la posible acumulación de sodio en sistemas acuapónicos (Treadwell et al. 2010). Pueden desarrollarse diferentes enfoques para hacer frente a estos desafíos, tales como soluciones tecnológicas, por ejemplo, sistemas aquapónicos desacoplados (Goddek et al. 2016) (véase también Cap. 8, suplementación directa de nutrientes en el sistema de producción vegetal mediante pulverización foliar o adición al agua recirculante (Rakocy et al. 2006; Roosta y Hamidpour 2011), o el cultivo de plantas mejor tolerantes a la sal (véase Cap. 12). Un nuevo enfoque es el desarrollo de aquafeeds adaptados específicamente para su uso en acuapónica.

Para hacer frente a la escasez de nutrientes de las plantas en acuapónica, los piensos acuapónicos adaptados deben aumentar la cantidad de nutrientes disponibles en las plantas, ya sea aumentando las concentraciones de nutrientes específicos después de la excreción por los animales cultivados, o haciendo que los nutrientes sean más biodisponibles después de la excreción y biotransformación, para una rápida absorción por parte de las plantas. Lograr esta mayor excreción de nutrientes no es, sin embargo, tan simple como complementar mayores cantidades de los nutrientes deseados a las dietas acuícolas, ya que hay muchos factores (a menudo contradictorios) que necesitan ser considerados en un sistema acuapónico integrado. Por ejemplo, aunque la producción óptima de plantas requerirá mayores concentraciones de nutrientes específicos, ciertos minerales, por ejemplo, ciertas formas de hierro y selenio, pueden ser tóxicos para los peces incluso a bajas concentraciones y, por lo tanto, tendrían niveles máximos permitidos en el agua circulante (Endut et al. 2011; Tacon 1987). Aparte de los niveles totales de nutrientes, la relación entre nutrientes (por ejemplo, la relación P:N) también es importante para la producción de plantas (Buzby y Lin 2014), y los desequilibrios en las relaciones entre nutrientes pueden conducir a la acumulación de ciertos nutrientes en los sistemas acuapónicos (Kloas et al. 2015). Además, incluso si un alimento acuapónico aumenta los niveles de nutrientes de las plantas, la calidad general del agua y el pH del sistema deben mantenerse dentro de límites aceptables para garantizar una producción animal aceptable, una absorción eficiente de nutrientes por las raíces de las plantas, un funcionamiento óptimo de los biofiltros y los digestores anaeróbicos ( Goddek et al. 2015b; Rakocy et al. 2006) y evitar la precipitación de ciertos nutrientes importantes como los fosfatos, ya que esto hará que no estén disponibles para las plantas (Tyson et al. 2011). Para lograr este equilibrio global no es una hazaña media, ya que existen interacciones complejas entre las diferentes formas de nitrógeno en el sistema (NH<sub3/sub, NHSub4/SubSUP+/SUP, NOSub2/SubSUP-/SUP, NOSub3/SubSUP-/SUP), el pH del sistema y el surtido de metales y otros iones presentes en el sistema (Tyson et al. 2011; Goddek et al. 2015; Bittsanszky et al. 2016).

Escasez Común de Nutrientes en Sistemas Acuapónicos

Las plantas requieren una gama de macro y micronutrientes para el crecimiento y el desarrollo. Los sistemas acuapónicos son comúnmente deficientes en los macronutrientes vegetales potasio (K), fósforo (P), hierro (Fe), manganeso (Mn) y azufre (S) (Graber y Junge 2009; Roosta y Hamidpour 2011). El nitrógeno (N) está presente en diferentes formas en sistemas acuapónicos, y se excreta como parte del metabolismo proteico de los animales acuáticos cultivados (Rakocy et al. 2006; Roosta y Hamidpour 2011; Tyson et al. 2011) después de lo cual entra en el ciclo del nitrógeno en el ambiente acuático integrado. (El nitrógeno se examina en detalle en Cap. 9 y, por lo tanto, queda excluido del presente debate.)

El uso de aditivos especializados en piensos para acuicultura seleccionados puede contribuir al desarrollo de acuafeeds adaptados específicamente para acuapónicos, proporcionando nutrientes adicionales a los animales o plantas acuáticas cultivados, o ajustando la proporción de nutrientes. Los aditivos para piensos de acuicultura son diversos, con una amplia gama de funciones y mecanismos de trabajo. Las funciones pueden ser nutritivas y no nutritivas, y los aditivos pueden orientarse hacia la acción en los piensos o hacia los procesos fisiológicos de los animales acuáticos cultivados (Encarnação 2016). A los efectos del presente capítulo, se hace hincapié en tres tipos específicos de aditivos que podrían contribuir a la adaptación de las dietas acuapónicas: (1) suplementos minerales añadidos directamente a los piensos, (2) minerales que se añaden coincidentalmente como parte de aditivos que sirven para fines no minerales y (3) aditivos que hacen que los minerales, que ya están presentes en los piensos, estén más disponibles para los animales acuáticos cultivados y/o plantas en sistemas acuapónicos.

  1. Suplementación directa de minerales en piensos aquaponicos

Suplementar minerales directamente en las dietas de acuicultura utilizadas en sistemas acuapónicos es un método potencial para aumentar la cantidad de minerales excretados por los animales cultivados o añadir minerales específicos requeridos por las plantas en los sistemas acuapónicos. Los minerales se añaden habitualmente en forma de premezclas minerales a las dietas de acuicultura, para suministrar a los animales acuáticos cultivados los elementos esenciales necesarios para el crecimiento y el desarrollo (Ng et al. 2001; NRC 2011). Los minerales no absorbidos por los peces durante la digestión se excretan, y si estos están en la forma soluble (principalmente iónica) en el sistema acuapónico, estos están disponibles para la absorción de plantas (Tyson et al. 2011; Goddek et al. 2015). No está claro cuán factible sería tal enfoque, ya que hay poca información sobre la eficacia de agregar suplementos minerales a aquafeeds con el propósito de mejorar la producción de plantas acuapónicas. En general, los requerimientos minerales y el metabolismo en la acuicultura son poco conocidos en comparación con la producción animal terrestre, por lo que la viabilidad de este enfoque no está bien descrita. Las ventajas potenciales de este enfoque serían que podría ser una intervención bastante simple para mejorar el rendimiento general del sistema, podría permitir la suplementación de una amplia gama de nutrientes y es probable que tenga un costo relativamente bajo. Sin embargo, todavía es necesario realizar investigaciones sustanciales para evitar cualquier posible escollo importante que pueda surgir. Uno de ellos se centra en el hecho de que los minerales suplementados destinados a las plantas primero tienen que pasar a través del tracto digestivo de los animales acuáticos cultivados y estos pueden ser absorbidos total o parcialmente durante este paso. Esto podría conducir a la acumulación no deseada de minerales en los animales acuáticos, o a la interferencia en la absorción normal de nutrientes y/o minerales y procesos fisiológicos (Oliva-Teles 2012). Pueden producirse interacciones significativas entre los minerales dietéticos en las dietas acuícolas (Davis y Gatlin 1996), y estas deben determinarse antes de poder emplear suplementos minerales directos en dietas acuapónicas. Otros efectos potenciales pueden incluir la alteración de la estructura física y las características quimiosensoriales de los piensos, lo que a su vez podría afectar la palatabilidad de los piensos. Es evidente que aún se requiere una investigación sustancial antes de que se pueda adoptar este método de adaptación de los piensos acuapónicos.

  1. Adición coincidental de minerales por medio de aditivos para piensos

Ciertas clases de aditivos para piensos se añaden a los aquafeeds en forma de compuestos iónicos y en los que solo uno de los iones contribuye a la actividad prevista. El otro ion es considerado como una adición coincidental e inevitable a la acuicultura y a menudo no se considera en ninguna investigación acuícola. Un ejemplo específico de esta clase de aditivos para piensos de uso frecuente son las sales ácidas orgánicas, en las que el ingrediente activo previsto en el aquafeed es el anión de un ácido orgánico (por ejemplo, formato, acetato, butirato o lactato) y el catión que lo acompaña a menudo se ignora en la nutrición de los animales cultivados. Por lo tanto, si el catión que lo acompaña se elige a propósito para ser un importante macro o micronutriente vegetal, existe la posibilidad de que los animales cultivados puedan excretarlo en el agua del sistema y estar disponible para su absorción por las plantas.

Los ácidos orgánicos de cadena corta y sus sales se han vuelto bien conocidos y a menudo se utilizan en aditivos para piensos tanto en la nutrición animal terrestre como en la acuicultura, donde los compuestos se emplean como potenciadores del rendimiento y agentes para mejorar la resistencia a las enfermedades. Estos compuestos pueden tener diferentes mecanismos de funcionamiento, incluyendo actuar como antimicrobianos, antibióticos o promotores del crecimiento, mejorar la digestibilidad y utilización de nutrientes y actuar como fuente de energía directamente metabolizable (Partanen y Mroz 1999; Lückstädt 2008; Ng y Koh 2017). Los ácidos orgánicos nativos o sus sales pueden ser utilizados en las dietas de acuicultura, pero las formas de sal de los compuestos son a menudo preferidas por los fabricantes, ya que son menos corrosivas para alimentar equipos de fabricación, son menos picantes y están disponibles en forma sólida (polvo), lo que simplifica la adición de alimentos formulados durante la fabricación (Encarnação 2016; Ng y Koh 2017). Para una revisión exhaustiva sobre el uso de ácidos orgánicos y sus sales en la acuicultura, se remite a los lectores al trabajo de Ng y Koh (2017).

El empleo de sales ácidas orgánicas en acuapónica tiene el potencial de tener dos beneficios en el sistema, donde el anión podría mejorar el rendimiento y la resistencia a las enfermedades de los animales acuáticos cultivados, mientras que el catión (p. ej. potasio) podría aumentar la cantidad de nutrientes vegetales esenciales excretados. La ventaja potencial de este enfoque es que los niveles de inclusión dietética de sales ácidas orgánicas pueden ser relativamente altos para un aditivo para piensos, y la investigación informa regularmente una inclusión total de sal ácida orgánica de hasta 2% en peso (Encarnação 2016), aunque los fabricantes comerciales tienden a recomendar niveles más bajos de aproximadamente 0,15-0,5% (Ng y Koh 2017). El catión de sales ácidas orgánicas podría constituir una proporción significativa del peso total de la sal, y como éstas se alimentan diariamente a los animales cultivados, podrían aportar una cantidad significativa de nutrientes a las plantas en un sistema acuapónico durante el transcurso de una temporada de crecimiento. Actualmente no se dispone de ninguna investigación publicada que reporte los hallazgos de esta línea de investigación y, al igual que con la suplementación directa de minerales a piensos aquapónicos, este enfoque debe ser validado a través de investigaciones futuras para determinar el destino de los cationes añadidos como parte de las sales de ácidos orgánicos (si son excretados o absorbidos por los animales acuáticos) y si existen interacciones con minerales o nutrientes. Sin embargo, sigue siendo una emocionante vía futura de investigación.

  1. Aditivos para piensos que hacen que los nutrientes sean más bio-disponibles para las plantas

Se utilizan cantidades crecientes de ingredientes vegetales en acuafeeds formulados, pero los minerales de materias primas vegetales son menos biodisponibles para los animales acuáticos cultivados, principalmente debido a la presencia de factores antinutricionales en los ingredientes dietéticos basados en plantas (Naylor et al. 2009; Kumar et al. 2012; Prabhu et al. 2016). Esto significa que una mayor proporción de minerales se excreta en las heces en forma unida, lo que requiere «liberación» antes de estar disponibles para la absorción de las plantas. Un ejemplo típico es el fósforo orgánico que se produce como fitato, que puede unirse a otros minerales para formar compuestos insolubles, donde se requiere acción microbiana en el medio ambiente antes de que el fósforo se libere como fosfato soluble disponible en plantas (Kumar et al. 2012).

El uso de enzimas exógenas en dietas acuapónicas personalizadas podría contribuir potencialmente a liberar mayores cantidades de nutrientes procedentes de acuafeeds con alto contenido vegetal para la nutrición animal y vegetal en sistemas acuapónicos. Las enzimas más utilizadas en aquafeeds son las proteasas, carbohidratos y fitasas, tanto para mejorar la digestión de nutrientes como para degradar compuestos antinutricionales como el fitato (Encarnação 2016), lo que puede resultar en la liberación de nutrientes adicionales de aquafeeds. Aunque se sabe que la suplementación enzimática exógena conduce a una mejor utilización de nutrientes en los animales cultivados, no está claro si los nutrientes adicionales se excretarán en forma disponible en las plantas, evitando así un paso de remineralización por separado en los sistemas acuapónicos (véase Cap. 10). Además, las interacciones entre enzimas exógenas y nutrientes en diferentes partes del tracto digestivo de los peces son posibles (Kumar et al. 2012), lo que tendrá implicaciones adicionales en las cantidades de nutrientes excretados para el crecimiento de las plantas. Por lo tanto, también es necesario seguir investigando para determinar la utilidad de las enzimas exógenas específicamente para su uso en piensos aquapónicos.


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