por Dominique P Bureau, Profesor, Departamento de Biociencias Animales, Universidad de Guelph
La producción rentable de alimentos para animales que satisfagan tanto las necesidades nutricionales de los animales como los objetivos de producción específicos depende de definir con precisión las especificaciones óptimas de los alimentos sobre una base de nutrientes digeribles o biodisponibles. También requiere una caracterización precisa de la composición nutricional y la digestibilidad de los recursos alimentarios utilizados en la formulación.
Nuestra investigación en la Universidad de Guelph ha demostrado consistentemente que la digestibilidad de las proteínas y los aminoácidos puede variar notablemente entre diferentes tipos de ingredientes e incluso entre lotes del mismo ingrediente. En la década de 1990, documentamos una variabilidad significativa en la digestibilidad de las proteínas y la biodisponibilidad de los aminoácidos en la trucha arco iris cuando se alimentaba con diferentes lotes de los mismos ingredientes del alimento. Trabajos más recientes con peces y camarones confirman que esta variabilidad persiste entre especies y orígenes geográficos.
Las colaboraciones con el Centro de Investigación APOTEC (Ciudad Ho Chi Minh, Vietnam), Wittaya Aqua y el Laboratorio de Investigación sobre Nutrición de Peces de la Universidad de Guelph han revelado diferencias de entre 5% y 15% en la digestibilidad de la proteína cruda y los aminoácidos esenciales entre las harinas de soja (SBM), las harinas de carne y huesos (MBM) y los granos de destilería secos y solubles (DDGS) de diferentes orígenes en la tilapia del Nilo y el camarón blanco del Pacífico (Tabla 1). Los ensayos de crecimiento con los mismos ingredientes mostraron que las variaciones en la digestibilidad aparente se traducían en diferencias mensurables en la biodisponibilidad de los aminoácidos, como lo demuestran las fuertes correlaciones entre los niveles de aminoácidos digeribles en las dietas y la ganancia de proteínas (Figura 1). Estos hallazgos subrayan la importancia económica de la selección del lote de ingredientes, como lo ilustra una simulación de los costos de producción de tilapia utilizando SBM de varios orígenes (Tabla 2).
La causa de las diferencias de digestibilidad entre ingredientes similares sigue sin estar clara, pero están implicados tanto el origen de la materia prima como las condiciones de procesamiento. El procesamiento térmico (secado, cocción o tostado) es fundamental para muchos ingredientes de los piensos, y el tratamiento térmico es un probable impulsor de la variación observada en la digestibilidad. La exposición al calor puede desencadenar una serie de cambios químicos, denominados colectivamente “daño por calor”, que incluyen oxidación de proteínas, pirólisis, racemización de aminoácidos, reacciones de Maillard y entrecruzamiento de aminoácidos. Aunque estas reacciones se han estudiado en condiciones de laboratorio controladas, no se comprenden bien sus contribuciones relativas y efectos combinados en los ingredientes de piensos comerciales.
Las reacciones de Maillard reciben especial atención porque ocurren a temperaturas elevadas e involucran grupos amino que reaccionan con azúcares reductores. La lisina es el aminoácido más susceptible, seguida de la arginina. Por lo tanto, la lisina reactiva se utiliza como indicador de la intensidad de la reacción de Maillard, y ensayos recientes ahora permiten la cuantificación de los productos de la reacción de Maillard.
Sin embargo, las reacciones de Maillard representan sólo una parte del panorama. El calor también puede provocar entrecruzamiento de proteínas, formando compuestos como lisinoalanina (LAL), histidinoalanina (HAL) y lantionina (LAN). Estos aminoácidos entrecruzados pueden crear péptidos que son resistentes a la digestión enzimática, incluso si siguen siendo solubles y parecen digeribles in vitro. Jahanbin et al. (2021) demostraron que las temperaturas de procesamiento más altas reducían las concentraciones de aminoácidos esenciales al tiempo que aumentaban los aminoácidos entrecruzados. Debido a que es posible que los animales no absorban ni utilicen estos péptidos, el valor nutritivo de las proteínas afectadas disminuye. Por lo tanto, la evaluación directa de la biodisponibilidad de los aminoácidos es esencial, pero suele ser demasiado compleja, costosa y requiere mucho tiempo para su uso rutinario en la industria.
Evaluar el alcance del daño causado por el calor y sus consecuencias nutricionales sigue siendo un desafío. Los métodos estándar de control de calidad, como los análisis de aminoácidos de rutina, no detectan residuos dañados o entrecruzados. Los ensayos in vitro comunes, incluida la prueba de degradabilidad de pepsina-HCl, diferencian mal los ingredientes con distintos daños por calor. Las técnicas emergentes (ensayos de digestibilidad con pH estadístico, espectroscopia Raman o medición directa de marcadores de daño por calor) son prometedoras, pero aún no están validadas ni son prácticas para su uso rutinario.
La espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS) es la herramienta de control de calidad más utilizada en la industria de los piensos, pero su capacidad para predecir el valor nutritivo de los ingredientes dañados por el calor es limitada sin calibraciones sólidas y específicas de los ingredientes. Desarrollar tales calibraciones requeriría un gran esfuerzo para tener en cuenta los complejos cambios químicos asociados con el daño por calor. En consecuencia, la industria de los piensos carece actualmente de herramientas rápidas, fiables y prácticas para evaluar el impacto del daño por calor en la calidad de los ingredientes. Estas herramientas permitirían a los fabricantes estimar con mayor precisión el contenido de aminoácidos digeribles y biodisponibles de diferentes lotes, mejorando la precisión de la formulación y la rentabilidad.
Wittaya Aqua, APOTEC y el Laboratorio de Investigación sobre Nutrición de Peces de la Universidad de Guelph están llevando a cabo activamente investigaciones sobre este tema con el apoyo del Consejo de Exportación de Soja de los Estados Unidos (USSEC) y otros socios. Anticipamos un progreso significativo en los próximos meses y agradecemos los comentarios y la colaboración de las partes interesadas de la industria interesadas en avanzar en este esfuerzo de investigación.
Tabla 1:Resumen de los resultados de ensayos de digestibilidad recientes realizados en colaboración entre el Centro de Investigación APOTEC (Vietnam), Wittaya Aqua y el Laboratorio de Investigación sobre Nutrición de Peces de la Universidad de Guelph.
Coeficiente de digestibilidad aparente (ADC) Proteína cruda Energía bruta Arginina Lisina Treonina Tilapia del Nilo (ensayo 1) % % % % % SBM de Argentina 88 79 94 96 77 SBM de Brasil 85 83 94 98 74 SBM de EE. UU. 91 86 95 98 84 Tilapia del Nilo (ensayo 2) SBM de Argentina 85 79 93 94 84 Lote 1 de MBM de EE. UU. 91 80 90 93 86 Lote 2 de MBM de EE. UU. 87 81 91 91 77 Lote de MBM de Hungría 80 69 77 78 72 Camarones blancos del Pacífico Lote 1 de DDGS de EE. UU. 86 77 66 60 86 Lote 2 de DDGS de EE. UU. 80 82 74 67 87
Figura 1:Ganancia de proteína del camarón blanco del Pacífico durante una prueba de crecimiento de 56 días en función de la arginina total y digerible de las dietas experimentales.
Tabla 2:Comparación bioeconómica de escenarios de producción de tilapia del Nilo* que evalúan la rentabilidad de alimentos formulados con fuentes de harina de soja de diversa digestibilidad (simulación de Wittaya Aqua sobre la base de pruebas de laboratorio realizadas en Vietnam)
Dieta con SBM estadounidense Dieta con AED Argentina Dieta con SBM brasileña Inventario de existencias 35.000 35.000 35.000 Peso de almacenamiento g/pez 30 30 30 Días de cultivo (DOC) días 162 167 173 Peso de cosecha g/pez 1.000 1.000 1.000 eFCR 1,49 1,54 1,56 Supervivencia % 70 70 70 Ciclos de producción por año 2.3 2.2 2.1 Costos de producción Coste del pienso USD/Ton 756 757 758 Alevines vacunados USD/Fingerling 0,175 0,175 0,175 Depreciación de la inversión USD/año 30.000 30.000 30.000 Energía USD/día 20 20 20 Mano de obra USD/día 30 30 30 Cosecha y procesamiento USD/kg 0,4 0,4 0,4 Precio de mercado de la tilapia entera USD/kg 2,25 2,25 2,25 Precio de mercado del filete de tilapia USD/kg 7,50 7,50 7,50 Resumen de Cosecha /año Inventario de cosecha 55.200 53.547 51.690 Biomasa de cosecha kg 55.200 53.547 51.690 Valor de biomasa (como pescado entero) USD 124.200 120.481 116.303 Rendimiento de filete por pez % 34 34 34 Peso del filete kg 18.768 18.206 17.575 Valor total del filete (ingresos) USD/año 140.760 136.546 131.810 Requisito de alimentación acumulativo kg 82 800 82 249 82 497 Costo acumulado de alimentación USD 62.597 62.262 62.533 Costo de alevines en siembra USD 13.800 13.387 12.923 Costo de cosecha y procesamiento USD/año 22.080 21.419 20.676 Depreciación del costo de la energía, la mano de obra y la inversión USD/año 25.750 25.750 25.750 Costo total de producción USD/año 124.227 122.818 121.882 Ganancia/Pérdida USD/año 16.533 13.728 9.928 Ganancia/Pérdida USD/kg 0,30 0,26 0,19 Margen % 13 11 8
*El modelado bioeconómico se realizó considerando un escenario de producción típico de IPRS, cultivando tilapia del Nilo de 30 g a 1000 g a una temperatura del agua de 29 grados Celsius, con un inventario de población de 35 000 peces (140 peces/m 3) y una tasa de supervivencia del 70 %. Los componentes del costo se basan en estimaciones para Colombia.
