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Lo sviluppo sostenibile della nutrizione dei pesci in acquacoltura dovrà corrispondere alle sfide che l'acquaponica pone per quanto riguarda la crescente necessità di produrre alimenti di alta qualità. Manipolare l'azoto, il fosforo e il contenuto minerale delle diete ittiche utilizzate in acquaponica è un modo per influenzare i tassi di accumulo di nutrienti, riducendo così la necessità di integrazione artificiale ed esterna dei nutrienti. Secondo Rakocy et al. (2004), i rifiuti di pesci e mangimi forniscono la maggior parte delle sostanze nutritive richieste dalle piante se si mantiene il rapporto ottimale tra l'apporto giornaliero di mangime per pesci e le zone di coltivazione delle piante. I rifiuti solidi di pesce chiamati «fanghi» nei sistemi acquaponici comportano la perdita di circa la metà dei nutrienti disponibili in ingresso, in particolare il fosforo, che teoricamente potrebbero essere utilizzati per la produzione di biomassa vegetale, ma le informazioni sono ancora limitate (Delaide et al. 2017; Goddek et al. 2018). Mentre l'obiettivo della sostenibilità nella nutrizione dei pesci in acquacoltura sarà raggiunto in futuro utilizzando diete su misura, i mangimi per pesci in acquaponica devono soddisfare i requisiti nutrizionali sia per i pesci che per le piante. Gli aumenti della sostenibilità deriveranno in parte dalla minore dipendenza dalla farina di pesce (FM) e dall'olio di pesce (FO) e da nuovi ingredienti naturali, ad alta energia e a bassa emissione di carbonio. Per salvaguardare la biodiversità e l'uso sostenibile delle risorse naturali, l'uso di FM e FO basati sulla pesca selvatica deve essere limitato negli aquafeed (Tacon e Metian 2015). Tuttavia, le prestazioni del pesce, la salute e la qualità del prodotto finale possono essere alterate quando si sostituisce l'FM dietetico con ingredienti alternativi. Pertanto, la ricerca sulla nutrizione dei pesci si concentra sull'uso e la trasformazione efficienti dei componenti dietetici per fornire i nutrienti essenziali necessari che massimizzino le prestazioni di crescita e raggiungano un'acquacoltura sostenibile e resiliente. Sostituire FM, che è un'ottima ma costosa fonte proteica nelle diete ittiche, non è semplice per il suo profilo amminoacidico unico, elevata digeribilità dei nutrienti, elevata appetibilità, adeguata quantità di micronutrienti, oltre ad avere una generale mancanza di fattori anti-nutrizionali (Gatlin et al. 2007).

Molti studi hanno dimostrato che l'FM può essere sostituito con successo dalla farina di soia negli aquafeeds, ma la farina di soia ha fattori anti-nutrizionali come inibitori della tripsina, agglutinina di soia e saponina, che ne limitano l'uso e alte percentuali di sostituzione nell'allevamento di pesci carnivori. L'elevata sostituzione di FM con farine vegetali nelle diete a base di pesce può anche ridurre la biodisponibilità dei nutrienti nel pesce, il che si traduce in alterazioni dei nutrienti nella qualità finale del prodotto (Gatlin et al. 2007). Può anche causare disturbi indesiderati all'ambiente acquatico (Hardy 2010) e ridurre la crescita dei pesci a causa dei ridotti livelli di aminoacidi essenziali (in particolare metionina e lisina), e ridotta appetibilità (Krogdahl et al. 2010). Gerile e Pirhonen (2017) hanno osservato che una sostituzione FM al 100% con farina di glutine di mais ha ridotto significativamente il tasso di crescita della trota iridea, ma la sostituzione FM non ha influenzato il consumo di ossigeno o la capacità di nuoto.

Livelli elevati di materiale vegetale possono anche influire sulla qualità fisica dei pellet e possono complicare il processo di produzione durante l'estrusione. La maggior parte delle fonti nutritive alternative derivate dalle piante per i mangimi per pesci contengono un'ampia varietà di fattori anti-nutrizionali che interferiscono con il metabolismo delle proteine dei pesci compromettendo la digestione e l'utilizzo, portando quindi ad un aumento del rilascio di N nell'ambiente che può influire sulla salute e sul benessere dei pesci. Inoltre, diete tra cui alti livelli di acido fitico alterato fosforo e digestione proteica che portano ad un elevato rilascio di N e P nell'ambiente circostante. L'assunzione e l'appetibilità dei mangimi, la digeribilità e la ritenzione dei nutrienti possono variare a seconda della tolleranza e dei livelli delle specie ittiche e possono modificare la quantità e la composizione dei rifiuti di pesce. Tenendo conto di questi risultati, le formulazioni di dieta per pesci in acquaponica dovrebbero studiare i livelli dietetici di «tolleranza» dei fattori anti-nutrizionali (vale a dire il fitato) per i diversi ingredienti dei mangimi e per ciascuna specie ittica utilizzata nell'acquaponica, nonché gli effetti dell'aggiunta di minerali quali Zn e fosfato nelle diete. Va inoltre osservato che, anche se il materiale vegetale è considerato un'opzione ecologicamente sana per sostituire l'FM negli acquafeeds, le piante necessitano di irrigazione e possono quindi indurre impatti ecologici sotto forma di acqua e impronte ecologiche (Pahlow et al. 2015) derivanti dal deflusso di nutrienti dai campi.

I sottoprodotti di origine animale terrestre, come le proteine animali trasformate non ruminanti (PAP) derivate da animali d'allevamento monogastrici (ad esempio pollame, suino) idonei al consumo umano al momento della macellazione (materiali di categoria 3, regolamento CE 142/2011; regolamento UE 56/2013), potrebbero anche sostituire l'FM e sostenere il economia circolare. Hanno un contenuto proteico più elevato, profili aminoacidici più favorevoli e meno carboidrati rispetto agli ingredienti dei mangimi vegetali, pur mancando di fattori antinutritionali (Hertrampf e Piedad-Pascual 2000). È stato dimostrato che le farine di carne e ossa possono servire come una buona fonte di fosforo quando sono incluse nella dieta del Nilo Tilapia (Ashraf et al. 2013), sebbene siano state rigorosamente vietate nel mangime dei ruminanti a causa del pericolo di iniziare l'encefalopatia spongiforme bovina (malattia della mucca pazza). Alcune specie di insetti, come la mosca del soldato nero (Hermetia illucens), potrebbero essere utilizzate come fonte proteica alternativa per le diete sostenibili per l'alimentazione dei pesci. I principali vantaggi ambientali dell'allevamento di insetti sono: (a) sono necessari meno terreni e acqua, (b) le emissioni di gas a effetto serra sono inferiori e (c) gli insetti hanno elevate efficienze di conversione dei mangimi (Henry et al. 2015). Tuttavia, sussiste la necessità di ulteriori ricerche per fornire prove sulle questioni relative alla qualità e alla sicurezza e per individuare i rischi per i pesci, le piante, le persone e l'ambiente.

È importante notare che i pesci non possono sintetizzare diversi nutrienti essenziali necessari per il loro metabolismo e la loro crescita e dipendono dal mangime per questa fornitura. Tuttavia, ci sono alcuni gruppi animali che possono utilizzare diete carenti di nutrienti, in quanto portano microrganismi simbiotici che possono fornire questi composti (Douglas 2010), e quindi, i pesci possono ottenere il massimo beneficio quando l'apporto microbico dei loro nutrienti essenziali viene ridimensionato in base alla domanda. La scarsa offerta limita la crescita dei pesci, mentre l'eccesso di offerta può essere dannoso a causa della necessità per i pesci di neutralizzare la tossicità causata da composti non essenziali. La misura in cui la funzione microbica varia con le esigenze delle diverse specie ittiche e quali sono i meccanismi sottostanti sono in gran parte sconosciuti. È importante sottolineare che il microbiota intestinale di un animale acquatico può in teoria svolgere un ruolo fondamentale nel fornire i nutrienti necessari e ottenere sostenibilità nell'allevamento ittico (Kormas et al. 2014; Mente et al. 2016). Ulteriori ricerche in questo campo contribuiranno a facilitare la selezione degli ingredienti da utilizzare nei mangimi per pesci che promuovono la diversità dei microbioti intestinali al fine di migliorare la crescita e la salute dei pesci.

Sono in corso ricerche sull'utilizzo di fonti alternative di proteine vegetali e animali e di ingredienti per mangimi a basso contenuto trofico. La sostituzione di materie prime di origine marina nei mangimi per pesci, che potrebbero essere utilizzate direttamente per scopi alimentari umani, dovrebbe ridurre la pressione di pesca e contribuire a preservare la biodiversità. Gli organismi a basso livello trofico, come la mosca del soldato nero, che possono fungere da ingredienti aquafeed, possono essere coltivati su sottoprodotti e rifiuti di altre pratiche agricole industriali in base a diversi pasti di qualità nutrizionale, aggiungendo in tal modo ulteriori benefici ambientali. Tuttavia, gli sforzi per avere successo con l'economia circolare e il riciclo di sostanze nutritive organiche e inorganiche dovrebbero essere gestiti con cautela, poiché i composti indesiderabili nelle materie prime e nei prodotti ittici potrebbero aumentare il rischio per la salute degli animali, il benessere, le prestazioni di crescita e la sicurezza del prodotto finale per consumatori. La ricerca e il monitoraggio continuo e la comunicazione sui contaminanti degli animali acquatici d'allevamento in relazione ai limiti massimi di ingredienti e diete per mangimi sono essenziali per informare le revisioni e l'introduzione di nuovi regolamenti.


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