Exploración del potencial biológico y socioeconómico de nuevas especies de peces candidatas emergentes para la expansión de la industria acuícola europea:el proyecto DIVERSIFY (EU FP7-GA603121)
por Constantinos C. Mylonas (Coordinador del proyecto) y Nikos Papandroulakis (líder de especies de medregal mayor y líder del paquete de trabajo Grow out), Centro Helénico de Investigaciones Marinas, Heraklion, Creta, Grecia; Aldo Corriero (líder del paquete de trabajo de Reproducción y Genética), Universidad de Bari, Italia; Daniel Montero (líder del paquete de trabajo sobre nutrición y salud de los peces) y Carmen Maria Hernández-Cruz (líder del paquete de trabajo sobre cría de larvas); Fundación Canaria Parque Científico Tecnológico, Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, España; Marija Banovic (jefa de tareas de socioeconomía), Universidad de Aarhus, Dinamarca; Gemma Tacken (líder del paquete de trabajo de Socioeconomía), Universidad e Investigación de Wageningen, Los países bajos; Rocío Robles (Líder de Difusión), CTAQUA, España (actual afiliación Testing Blue S.L., España).
Introducción
Otra de las especies incluidas en el proyecto DIVERSIFY financiado con fondos europeos que se desarrolló entre 2013 y 2018 fue el medregal (figura 1). Esta es una especie comercial valiosa, pero con una captura mundial total limitada de solo 3, 287 toneladas en 2009 (FAO, 2018). La carne de medregal es muy apreciada por los consumidores, especialmente para sushi y sashimi, y sus cotizaciones de mercado son altas, siendo alrededor de € 8-16 por kg en Europa y llegando a $ 20-30 por kg en Japón.
A finales de la década de 1980, se inició una mayor actividad de cultivo de medregal en la cuenca mediterránea, basado en la captura y crecimiento de juveniles en la naturaleza (Lovatelli y Holthus, 2008; Ottolenghi y col., 2004). La rápida tasa de crecimiento y la demanda del mercado mundial hacen del medregal una especie de acuicultura muy prometedora. Una producción acuícola comercial adecuada, sin embargo, no se había desarrollado antes del proyecto DIVERSIFY. Esto se debió principalmente a su reproducción inconsistente e impredecible en cautiverio, lo que impidió el desarrollo de la producción de juveniles en criadero.
A continuación presentamos un resumen de los resultados obtenidos en DIVERSIFY, que permitió la producción comercial de medregal en las regiones del Mediterráneo y del Atlántico este.
Reproducción
Con el fin de facilitar la gestión de reproductores de medregal en la acuicultura, Primero se determinaron los rasgos importantes de la historia de vida de los peces silvestres. Se demostró que los peces tenían entre 35 y 40 cm de longitud (longitud de la horquilla, FL) y 1 kg de peso (peso corporal, BW) a la edad de 1; 60-70 cm FL y 3-5 kg BW a los 2 años; 80-90 cm FL y 7-10 kg BW a los 3 años.
Los machos de medregal mayor son reproductivamente activos a la edad de 3 años y las hembras alcanzan la primera madurez sexual a los 3-4 años de edad. La temporada de desove de la población silvestre de medregal del Mediterráneo occidental se extiende desde finales de mayo hasta principios de julio. Cuando el medregal mayor criado en jaulas marinas en el Mediterráneo (Figura 2) se manipuló como otras especies en cautiverio, presentaban un desarrollo gonadal deficiente, baja expresión del gen de la gonadotropina pituitaria, concentraciones plasmáticas bajas de gonadotropinas y esteroides sexuales, atresia de folículos vitelogénicos, reducción de la proliferación y aumento de la apoptosis de células germinales masculinas (Pousis et al., 2018; Zupa y col., 2017a; Zupa y col., 2017b).
Como consecuencia del deterioro de la espermatogénesis, El medregal mayor confinado en cautiverio mostró una baja calidad de esperma, en términos de densidad de esperma, motilidad y velocidad, así como el contenido de ATP y la integridad de la membrana (Zupa et al., 2017a). Las deficiencias reproductivas observadas probablemente estén relacionadas con el estrés de manipulación, la falta de condiciones óptimas requeridas para la maduración reproductiva y / o los desequilibrios nutricionales causados por la falta de una dieta de reproductores específica para la especie. De hecho, Las gónadas de medregal mayor criado en cautividad tenían diferentes contenidos de lípidos y ácidos grasos en comparación con los individuos silvestres. Una mejora general de la tecnología de cría, particularmente en lo que se refiere a las operaciones de cría (por ejemplo, manipulación y transferencia de pescado) junto con una mejor formulación de los ingredientes dietéticos (Sarih et al., 2019) para superar las disfunciones observadas y mejorar un mayor rendimiento reproductivo del medregal.
Mayor medregal criado en jaulas marinas en el Mediterráneo sin ningún tipo de manipulación durante el período reproductivo, fueron tratados con éxito con implantes e inyecciones de la hormona reproductiva agonista de la hormona liberadora de gonadotropina (GnRHa) (Mylonas et al., 2018) (Figura 3). Los tratamientos con implantes de GnRHa fueron más efectivos que las inyecciones para promover las vías endocrinas adecuadas que conducen a múltiples ciclos de maduración de los ovocitos. ovulación y desove y permitió producir más huevos con buena fertilización, supervivencia del embrión, eclosión y supervivencia larvaria.
Mayor medregal capturado en libertad en el Atlántico este (costa suroeste de Gran Canaria, España) y criado durante dos años en tanques interiores en condiciones ambientales y nutricionales adecuadas (Sarih et al., 2019), pudieron someterse a una gametogénesis normal, y desovaron espontáneamente grandes cantidades de huevos de alta calidad (Sarih et al., 2018).
En el mismo stock, El medregal mayor F1 producido en criadero (15-30 kg de peso corporal) criado en tanques al aire libre en Tenerife (España) experimentó una gametogénesis normal y se indujo con éxito a madurar, ovulación y desove mediante la administración de implantes de GnRHa (Jerez et al., 2018). La administración repetida de implantes de GnRHa dio como resultado múltiples desoves de huevos fertilizados y viables de alta calidad durante un período prolongado de mayo a septiembre. La producción constante de huevos ahora está disponible para esta especie, y ha permitido un mayor desarrollo de métodos de cría de larvas dentro del proyecto. Por lo tanto, gracias al trabajo experimental realizado dentro de DIVERSIFY, ya está disponible un conjunto de herramientas para reproducir el medregal mayor criado en diferentes condiciones en el mar Mediterráneo y en el Atlántico oriental, y esto representa un paso fundamental hacia la producción acuícola a gran escala de esta especie.
Nutrición
Para mejorar los productos de enriquecimiento larvario para el medregal mayor (Figura 4), Se determinaron los niveles y proporciones óptimos de ácidos grasos esenciales y PUFA y carotenoides combinados en productos de mayor enriquecimiento de medregal (Roo et al., 2019). El mayor crecimiento se obtuvo cuando las larvas (17-35 días después de la eclosión, dah) fueron alimentados con Artemia que contenía ácido docosahexaenoico (DHA; 22:6n-3) en un rango de 5-8% de Ácidos Grasos Totales (TFA), con un máximo en torno al 7% (1,5 g 100 g-1 DHA DM). Los requisitos esenciales de FA (EFA) de las larvas son similares durante los períodos de alimentación de rotíferos y Artemia, como se informó para las larvas de otras especies de peces marinos.
Los requerimientos de las larvas de medregal de DHA (1.5 g.100 g-1DHA DM) fueron más altos que los encontrados en otras especies de peces marinos y similares a los de otras especies de crecimiento rápido. Los aumentos en los niveles de DHA tienden a mejorar la resistencia de las larvas a la manipulación. Incluso los niveles más altos de DHA en la emulsión de enriquecimiento (70% de DHA de TFA) dieron como resultado una incorporación reducida de DHA en los lípidos de Artemia (11% de DHA de TFA).
A pesar de que los niveles de ácido eicosapentaenoico (EPA; 20:5n-3) en Artemia aumentaron de 0.87 a 6.81% de TFA, Los niveles de EPA en las larvas de medregal mayor solo aumentaron hasta un 5,2% de TFA, sugiriendo un proceso de saturación que podría estar asociado con el cumplimiento de los requisitos de la EPA. De lo contrario, Los niveles de DHA en las larvas de medregal mayor mostraron un aumento lineal. El DHA dietético se relacionó linealmente con las anomalías del cráneo con niveles de DHA dietéticos superiores a 2 g por 100 g-1, lo que indujo una mayor incidencia de malformaciones esqueléticas, particularmente aquellos relacionados con el desarrollo del cráneo.
Es bien sabido que aumentar la proporción de fosfolípidos (PL) a lípidos totales (TL) en los alimentos para larvas puede mejorar el crecimiento. Los rotíferos enriquecidos con lecitina marina (E1) mostraron una rápida incorporación de lípidos polares particularmente ricos en DHA. Aunque el papel de los carotenoides en el desarrollo embrionario no está muy bien establecido, Existe evidencia de que la presencia de carotenoides mitiga el daño oxidativo deletéreo del embrión en desarrollo.
Se encontró que las larvas alimentadas con dietas con astaxantina por debajo de 5.3 ppm tenían un crecimiento marginal, mientras que aquellos alimentados con niveles superiores a 5.3 ppm tuvieron un mejor rendimiento y niveles de lípidos significativamente más altos. Los rotíferos enriquecidos con emulsión rica en polares que contienen una lecitina natural marina LC60 combinada con 10 ppm de Naturose (Cyanotech) también resultaron en una ventaja significativa en el crecimiento larvario. supervivencia y bienestar en comparación con rotíferos enriquecidos con otras emulsiones.
Por lo tanto, DIVERSIFY estableció las siguientes recomendaciones para productos de enriquecimiento para un mayor cultivo de larvas de medregal:DHA en productos de enriquecimiento para Artemia 10-17% TFA, EPA 14-20% TFA, y relación DHA / EPA 1-5. Para rotíferos (Brachionus sp.), DHA en productos de enriquecimiento 14% TFA, EPA 6% TFA, y relación DHA / EPA 2.3. Los niveles de carotenoides en los productos de enriquecimiento deben rondar las 10 ppm.
En dietas de reproductores, Se determinaron los requerimientos de ácidos grasos esenciales para obtener una mejor calidad de desove (Sarih et al., 2019). Los reproductores alimentados con una dieta que contenía 1,57% de EPA + DHA mostraron una alta fertilización y viabilidad de los huevos, mayor número de huevos por puesta y kg de hembra, con el mayor porcentaje de fertilización, viabilidad del huevo, tasa de eclosión y supervivencia larvaria. Se demostró que la composición de ácidos grasos del huevo está influenciada por las dietas de los reproductores.
Una dieta que contenía 14-15% de EPA + DHA de ácidos grasos totales (correspondiente a 2.5-3% en una dieta seca) resultó en el mejor desempeño de desove en reproductores de medregal mayor. El aumento del contenido de EPA + DHA en la dieta no mejoró el rendimiento del desove. Se demostró que el contenido de histidina en las dietas de reproductores que oscilan entre 1 y 1,5% y la inclusión de taurina aumentan el rendimiento reproductivo del medregal mayor.
Cría de larvas
Los objetivos de DIVERSIFY para la cría de larvas fueron (a) estudiar los efectos de diferentes estrategias de alimentación sobre el desempeño de las larvas en sistemas intensivos, y (b) desarrollar protocolos de alimentación y metodologías de crianza en sistemas semi-intensivos para la producción industrial de la especie. Los resultados indicaron que la cría de larvas en tanques grandes y la baja repoblación inicial de huevos-larvas mejoraron el rendimiento del crecimiento y la supervivencia del medregal mayor.
Las densidades de siembra de huevos> 25 huevos l-1 afectaron negativamente los resultados. Para los diferentes parámetros ambientales, los rangos considerados óptimos se pueden resumir de la siguiente manera:La fase de foto recomendada es 24L:00D de 1 a 20 dah y 18L:06D entre 21 y 30 dah, con intensidades de luz de 800, 1200, 1000 y 500 lux a 3, 6, 12, y 20 dah, respectivamente. Una renovación de agua de mar filtrada (5 μm) a una tasa creciente que varía del 15 al 40% día-1 a 1 dah, 30-40% a las 10 dah, 100-120% a las 20 dah, y 200-240% a 30 dah asegura una buena calidad del ambiente de crianza.
El oxígeno disuelto osciló entre 4,9 y 8,2 mg l-1, pero debe ser preferiblemente> 6,0 mg l-1, salinidad entre 35 y 40 psu, pH entre 7.8 y 8.5, y temperatura entre 23,5 y 25,0ºC. Es más, Los protocolos de alimentación utilizados deben estar coordinados con las condiciones de cría y el desarrollo larvario. La larva tiene que poder ver, ingerir y digerir la comida, y por lo tanto necesita el desarrollo coordinado de la visión y el sistema digestivo.
En general, la adición de microalgas vivas a 150-300 x 103 células ml-1 de 1 dah, rotíferos enriquecidos dos o más veces al día, de 3 a 25 dah, a densidades entre 3 y 10 rot ml-1, Artemia nauplios a las 12 a.m. y Artemia EG enriquecido de 1 día a las 14-18 a.m. seguido de dietas comerciales de destete (200-800 μm) a partir de los 18 días puede ser una buena secuencia. Es más, las emulsiones de enriquecimiento de alimento vivo suplementadas con PL, carotenoides, El ácido araquidónico (ARA; 20:4n-6) y los inmunomoduladores como el aceite de Echium y el aceite de comino negro mejoraron la cría de larvas de la medregal mayor, tan enriquecedor que los resultados en estas características darían mejores resultados.
Durante la cría de larvas, y especialmente después de 20 dah, Se produjo una gran variabilidad de tamaño en todos los sistemas de cría probados hasta la fecha. Esta alta variabilidad se ha manejado hasta ahora con una clasificación temprana de los grupos criados a clases de tamaño apropiadas. Aplicar métodos y equipos estándar disponibles en todas las plantas de incubación, el procedimiento de clasificación resultó en una supervivencia significativamente mayor en comparación con los grupos no clasificados (Figura 6).
Crecer la cría
Para las tareas de crecimiento del mayor medregal, el desarrollo de metodologías enfatizó la tecnología de jaulas (Figura 7). Se ha estudiado el patrón de alimentación de diferentes clases de edad, mientras que se implementaron ensayos para definir densidades de población óptimas. Es más, Hubo ensayos con el objetivo de estudiar los efectos de la temperatura sobre el rendimiento del crecimiento del medregal mayor.
La cría en jaulas es importante para la producción comercial de medregal mayor, pero parece ser un desafío. Se han realizado varios ensayos a escala industrial y durante todos los ensayos los peces aceptaron piensos comerciales de composición adecuada. es decir, alto en proteínas (de origen pescado) sin problema. Tampoco hubo ningún problema durante las prácticas de cría estándar de limpieza / cambio de redes y, aunque la densidad de población no fue alta, un valor de ~ 5 kg m-3 se considera aceptable para un pez pelágico. En cuanto al desempeño del crecimiento, durante los primeros 4 meses el crecimiento fue alto (5 g d-1) mientras que luego disminuyó en un 50%. Se observaron variaciones significativas en el crecimiento entre los individuos, lo que resultó en una variabilidad de tamaño de casi el 100%, un problema que requiere más investigación.
Se demostró que la temperatura ambiental afecta significativamente el rendimiento del medregal mayor. Los juveniles de 5 g mantenidos a 26ºC mostraron un peso corporal significativamente mayor en comparación con los peces mantenidos a 22ºC o 17ºC (Fernández-Montero et al., 2017). El análisis morfológico mostró que el aumento de temperatura condujo a un cuerpo de pez alargado, especialmente de la cabeza. Para individuos de 350 g de peso corporal, el pescado mantenido a 21ºC mostró un crecimiento significativamente mayor en comparación con el pescado mantenido a 26ºC, mientras que el pescado mantenido a 16ºC mostró el peso corporal final más bajo.
La supervivencia fue mayor a 16ºC, pero no hubo diferencia significativa en la FCR durante todo el período experimental de 3 meses. Los coeficientes de digestibilidad de los nutrientes fueron altos, indicando la buena calidad de las dietas. Aunque la temperatura es uno de los muchos parámetros que afectan el tiempo de tránsito intestinal, no afectó la grasa energética, digestibilidad de proteínas y materia seca en el medregal mayor. Finalmente, los peces de 500 g no mostraron diferencias significativas para la temperatura estudiada (20ºC y 23ºC) en el consumo de alimento y el crecimiento.
Salud de los peces
La salud de los peces es un aspecto clave a optimizar en los peces de cultivo. Neobenedenia girellae es un parásito monogénico de la piel, y causa el principal problema de salud de las poblaciones atlánticas de medregal en la acuicultura (Figura 8). Este monogeneano se ha descrito en relación con los aumentos de temperatura del agua en jaulas marinas alrededor de las Islas Canarias, España. Nuevos conocimientos sobre la relación de este parásito con su huésped muestran el daño mecánico que causa la fijación, resultando en un engrosamiento de la epidermis, vacuolización de células epidérmicas, interrupción de las capas celulares, reclutamiento de células caliciformes, y movilización de tipo linfocítico de células mononucleares a las regiones de adhesión. Debido a esto, Aparecen infecciones secundarias que pueden resultar en una mortalidad del 100%.
Se han desarrollado nuevas estrategias de prevención, como la inclusión en la dieta de manano oligosacáridos (MOS y cMOS), que mejoró la producción de moco y aumentó la respuesta inmune, reduciendo la carga y el crecimiento del parásito (Fernández-Montero et al., 2019). Se ha formulado una dieta funcional para aumentar la resistencia del medregal mayor al parásito monogénico Neobenedenia girellae y podría ser aplicable también a otros parásitos monogeneos. Esta dieta se basó en una alta inclusión proteica (requerida para especies de rápido crecimiento) y la utilización de los mencionados aditivos con propiedades inmunoestimulantes. Este importante hito proporcionará una herramienta para reducir la incidencia de este parásito en las jaulas marinas, reducir la mortalidad de los juveniles de medregal en granjas.
Zeuxapa seriolae es otro parásito monogénico del medregal mayor, considerado el principal problema de salud para la mayor cultura del medregal en la región mediterránea. Este parásito se adhiere a las branquias (Figura 9), ser hematófago, producing important gill anaemia and inefficient oxygen exchange. Due to its rapid lifecycle and its increase with water temperature, it could cause the demise of the whole production.
Treatments with hydrogen peroxide at 75 ppm during 30 min have been reported to be efficient for killing the adults, always combined with repeated treatments after 15 and 30 days, and net changes to avoid reinfection from the released eggs. Other parasites have also been described, such as the blood fluke Paradeontacylix sp., which is a blood parasite that has been observed in cultured greater amberjack in the Mediterranean.
The proliferation inside the host circulatory system could produce obstruction of blood flow, resulting in ischemia and necrosis, and gill destruction when the eggs hatch. Penella sp.is one of the largest copepod parasites of fish, typically from swordfish (Xiphias gladius) and marine mammals. This parasite gets imbedded inside the skin of greater amberjack, sin embargo, it is not considered a problem for greater amberjack culture.
A Health Manual for greater amberjack describing different pathologies has been produced (https://www.diversifyfish.eu/amberjack-workshop.html) and is freely available in the project's website, and can be used immediately by the industry in order to improve their stock management.
Socioeconomics research
Market research in DIVERSIFY has identified two cross-cultural consumer segments of 'involved traditional', 'involved innovators' across the top fish markets in Europe (i.e. France, Germany, Italia, España, and the UK) comprising of consumers that could be more interested in adopting new DIVERSIFY fish species and greater amberjack in particular (Reinders et al., 2016). The market segmentation has further shown that the future aquaculture production lays in the hand of the consumers who are more dependent on and involved in ethical and sustainability issues.
The market segmentation further allowed opportunity to co-create new product concepts from DIVERSIFY fish species at the cross-border European level. The co-creation was undertaken with consumers from the same selected market segments mentioned above (Banović et al., 2016). The co-created product ideas were screened out and developed into product concepts and prototypes. From the selected concepts a few showed promising future if developed with greater amberjack.
One (i.e. fresh fish steak) was selected for the greater amberjack product prototype involving lower levels of processing (Figure 10). The physical prototype was selected based on the market potential, the consumer value perceptions, physicochemical characteristics of raw material, the technical properties of the products and the process, and the availability of similar products in the market. The undertaken research showed that product from greater amberjack was in all cases and across all investigated countries the best-perceived and -preferred product over all the other products developed from meagre, pikeperch, and grey mullet, always providing alignment with consumer expectations and consumption experience.
Es más, it has been found that the products with a lower degree of processing and those characterized by the distinctive fish sensory properties, as the product from grater amberjack, were those products that had higher consumer acceptance. Products with higher degree of processing were more accepted by the consumers who do not like fish because of its taste, odor, as well as the presence of bones. This shows that the presence of different processed product alternatives could be a good solution to be able to cover more consumer segments.
The developed product concept from greater amberjack was further tested for optimal labelling attribute combination on packaging and price range. The experiments were undertaken in the same selected countries and with the same product from greater amberjack developed into the previously tested prototype.
Based on this study it was concluded that country of origin and price are the attributes that drive the product acceptance, followed by quality certification (i.e. Aquaculture Stewardship Council - ASC label), while nutrition and health claims had a varying effect dependent on the country. The use of ASC label as the marketing signal to consumers that the product is coming from a controlled, certified and responsible aquaculture actually increases the likelihood of consumers adopting this product.
Por otra parte, the use of nutrition and health claims actually assist European consumers to make more informed choices aligned with their preferences and stimulate health-related behaviour. Sin embargo, nutrition and health claims are needed to be customized based on the target country. This research has also pointed to different segments of people how are nutrition conscious, ethnocentric, price conscious and eco-conscious, further suggesting possible targeted marketing campaigns that could be designed and used to further facilitate adoption of new fish species and greater amberjack in particular. Willingness to pay has also been estimated for the product from greater amberjack across investigated countries showing how the product should be priced.
The results from the virtual online market test also showed good acceptance of greater amberjack and its product in the same markets. This is related to two findings. Primero, the percentage of first-time buyers of greater amberjack product was above 10%. Even if one assumes that not every one of these first-time buyers might like the flavor of the new fish, it does inform that the new product has the serious potential on the market. Segundo, even those consumers that had not selected products from greater amberjack in the online market test, after receiving additional information decided to switch, with this number being above 11%. Finalmente, when the numbers of people that directly or indirectly purchased greater amberjack have been aggregated, a total acceptance rate of 1/4 was estimated with slight variations depending on the country (i.e.southern versus northern countries).
Based on the results obtained in DIVERSIFY, greater amberjack shows very promising market prospects, given its superior sensory characteristics, good consumer acceptance, and price margins. Sin embargo, its introduction would have a larger impact if done country by country instead of general pan-European level. The developing outlooks per country vary, as in some countries early adopters easily try new fish species, while in other countries consumers' need extra marketing efforts. In all investigated countries, introduction of the new products with a reference to already familiar products advances consumer acceptance.
Por lo tanto, the production of products from greater amberjack at an industrial scale is a feasible task (Figure 11) if raw materials of good quality are used, as sensory properties are decisive factor for consumers, especially in new fish species. Adicionalmente, good production practices should be applied with proper traceability, as this further influence overall product acceptability. The above factors are necessary and adequate conditions for achieving high quality and economically satisfactory products.
A technical 'Production Manual' for greater amberjack, has been also produced by the project and is freely available in the project's website (https://www.diversifyfish.eu/amberjack-workshop.html), and can be used by the industry to begin investigating the potential of greater amberjack as an alternative marine species for European warm-water aquaculture.
Referencias
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This 5-year-long project (2013-2018) has received funding from the European Union's Seventh Framework Programme for research, technological development and demonstration (KBBE-2013-07 single stage, GA 603121, DIVERSIFY). The consortium includes 38 partners from 12 European countries –including 9 SMEs, 2 Large Enterprises, 5 professional associations and 1 Consumer NGO- and is coordinated by the Hellenic Center for Marine Research, Greece. Further information may be obtained from the project site at 'www.diversifyfish.eu'.
