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Los hidrolizados como ingredientes funcionales en el alimento para camarón blanco
Autores: César Molina Poveda, Ph.D. Manuel Espinoza Ortega, M.Sc.
Investigación y Desarrollo.Skretting Ecuador
cesar.molina@skretting.com El camarón blanco del Pacífico representa uno de los segmentos con mayor crecimiento y rentabilidad en el contexto de la industria acuícola mundial. En el 2016 la producción alcanzó los 4,1 millones de toneladas métricas (FAO, 2016) y esta cifra se incrementó a 4,9 millones TM en el 2018 (FAO, 2020). La producción de L. vannamei representa el 70% de la producción de camarones a nivel mundial, alcanzando un valor monetario total de 35.000 millones de dólares en el 2019 (FAO y Apromar, 2020).
En el caso específico de Ecuador, el país pasó de producir 550.000 TM en 2018 (FAO, 2020) a 663.073 TM en el año 2020 (CNA 2020); ubicándose en el primer lugar como exportador de la especie (FAO 2020).
El alimento balanceado constituye uno de los factores clave en el crecimiento del sector. Sin embargo, una de las temáticas más complejas y desafiantes en la industria del alimento para especies acuícolas, es la reducción de los recursos marinos y el aseguramiento de la sostenibilidad del alimento; ya que este constituye una de las variables principales en el crecimiento de la industria. Los avances en formulación de los alimentos tienen un efecto directo en la producción del camarón y son fundamentales para la rentabilidad; considerando que el alimento balanceado representa alrededor del 40-60% de los costos de producción (Tacon et al., 2013; Arnold, et al., 2016).
Con el creciente interés por formular alimentos acuícolas en base a proteínas vegetales y fuentes alternativas para reemplazar la harina de pescado, han surgido desafíos relativos a las propiedades atractantes de los alimentos. Algunas fuentes de proteína vegetal como la soya, no tienen los mismos principios de atractabilidad cuando se comparan con la harina de pescado.
En referencia a estos principios, varios autores han sugerido que la atractabilidad está relacionada directamente con la quimiorecepción, que es a su vez un mecanismo extremadamente desarrollado y agudo en muchas especies marinas. Sin embargo, existe información limitada en cuanto a la naturaleza específica de las sustancias que provocan respuestas mediadas
químicamente en los alimentos para estas especies (Carr et al., 1974).
Como alternativa al desafío de proporcionar características atractantes a los alimentos acuícolas de una manera costo-eficiente, los hidrolizados proteicos marinos han sido usados ampliamente.
La hidrólisis es un proceso mediante el cual se “cortan” los enlaces entre los aminoácidos que conforman la proteína. El producto resultante son fracciones de bajo peso molecular que favorecen la absorción de nutrientes, haciéndolos más digestibles y mejorando propiedades funcionales como la atractabilidad (Saadi et al., 2015; Hou et al., 2017; Soares et al., 2020).
Este tipo de hidrolizados no solamente tienen actividad atractante sino que han sido la base para el desarrollo de antioxidantes, inmunomoduladores, emulsificantes, agentes saborizantes y agentes antibacteriales (Flick, 2013). Por ejemplo, la actividad antioxidante se ha reportado tanto en hidrolizados de pescado como de camarón, los cuales neutralizan la accion de los radicales libres. Los compuestos responsables de estas propiedades antioxidantes se liberan tras la hidrólisis enzimática endógena o exógena de las proteínas (Flick, 2013).
En cuanto a la actividad antibacterial, Flick (2013) reportó que el hidrolizado de anchoveta realizado con pepsina tuvo un mayor efecto antibacteriano que los otros hidrolizados obtenidos por la acción de la papaína, tripsina, proteasa alcalina o proteasa ácida. Esto, al inhibir efectivamente el crecimiento de Escherichia Coli, Pseudomonas fluorescens, Proteus vulgaris y Bacillus megaterium, con valores mínimos de concentración inhibitoria de 28, 38, 56 y 75 μg / ml, respectivamente.
El presente artículo trata sobre las potencialidades de uso de los hidrolizados en el alimento para camarón y sugiere una perspectiva basada en la calidad del proceso de hidrólisis, como responsable de la calidad final del producto.
Se exponen por tanto resultados del uso de diferentes hidrolizados (desde marinos hasta hidrolizados de animales terrestres) en alimento para camarón, y se sugieren algunas explicaciones sobre la efectividad de estos ingredientes en base a los resultados de crecimiento, factor de conversión alimenticia (FCA) y supervivencia.
Tipos y propiedades de los hidrolizados: químicos y enzimáticos
La hidrólisis aplicada a alimentos se realiza básicamente por dos métodos: químico y enzimático. En el primero de ellos, álcalis o ácidos actúan sobre los enlaces peptídicos dando como resultado fracciones proteicas más pequeñas (Fig. 1). Se han propuesto algunos procesos para llevar a cabo este tipo de hidrólisis en varias especies, especialmente peces (Kristinsson y Rasco, 2000).
La producción de hidrolizados químicamente depende de las enzimas endógenas presente en el subproducto para hidrolizar las proteínas al cual generalmente se le adiciona ácidos inorgánicos u orgánicos para inhibir crecimiento de bacterias y hongos (Muzzadi et al., 2016; Hardy, 2008), mientras que los hidrolizados enzimáticos se producen mediante la adición de enzimas exógenas después del tratamiento térmico del subproducto para desnaturalizar las enzimas endógenas. Aunque la hidrólisis química es comparativamente más barata y simple que la enzimática, tiene varias desventajas, como la dificultad para su control y por ende la generación de productos de hidrólisis muy variables en cuanto a calidad (Ovissipour et al., 2012).
En la hidrólisis enzimática (Fig. 2), por el contrario, la materia prima es tratada térmicamente en una primera fase, para luego adicionar enzimas exógenas provenientes de gran variedad de fuentes, que pueden ser animales, vegetales o microbianas (Wubshet et al., 2019). Los procesos enzimáticos han ganado cada vez más espacio dentro de los métodos de hidrólisis proteica, principalmente por su versatilidad y la posibilidad de fijar muy precisamente el “tamaño” de péptidos al que se requiere llegar. Todo esto sin impactar la calidad nutricional del producto sino más bien mejorándola (Wubshet et al., 2019). La hidrólisis con enzimas exógenas puede por lo tanto ser comparativamente más rápida y controlable que la hidrólisis química (Ovissipour et al., 2012)
Los procesos de hidrólisis de proteínas dan como resultado aminoácidos y fracciones de bajo peso molecular, siendo las enzimas las responsables de “cortar” estos enlaces en sitios específicos. Los procesos enzimáticos son influenciados especialmente por el pH, tiempo y temperatura de reacción, que determinan el grado de hidrólisis y son
Figura 1. Proceso de hidrólisis química de residuos proteicos marinos a escala industrial (Adaptado de Shrotri et al., 2017).
responsables de la calidad de los productos obtenidos. Por tanto, el control de proceso es esencial en la producción de hidrolizados.
Una de las estrategias más extendidas para dar solución al problema de la contaminación originada por los desechos de la industria de alimentos cárnicos, es la utilización de los subproductos generados como ingredientes, transformándolos en compuestos de alto valor nutricional (Hou et al., 2017).
Una vez que se han deshidratado y molido estos residuos, pueden ser aprovechados a través de diferentes procesos como la hidrólisis. Soares et al. (2020) reportaron pruebas de digestibilidad y atractabilidad en dietas para juveniles de L. vannamei, con un hidrolizado proteico de residuos aviares (CPH) y con una combinación de este hidrolizado más hígado de cerdo (PHPPL). Estas dos materias primas se usaron como sustituto de subproductos del salmón. Los resultados revelaron que los dos hidrolizados tuvieron mayor digestibilidad en proteína, materia seca, energía y aminoácidos esenciales que la muestra control; mientras que no se encontraron diferencias en la prueba de atractabilidad.
En una segunda fase de este mismo estudio, la combinación PHPPL se usó en un ensayo de crecimiento durante 42 días, con reemplazos de 0, 25, 50, 75 y 100% en alimento para juveniles de aproximadamente 8 g, dentro de un sistema de agua clara. No se encontraron diferencias en supervivencia entre los diferentes tratamientos; sin embargo, se evidenció un mejor crecimiento en la dieta con 25% de reemplazo con respecto al control.
Los hidrolizados de subproductos de origen marino
En muchos países, los desechos generados por la industria del procesamiento pesquero, que son liberados al ambiente, representan un problema de gran magnitud. Sin embargo, su utilización ha llevado a que estos desechos puedan convertirse en ingredientes con valor que contribuyan a la economía y a la sostenibilidad de la industria (Hanol, 2015).
En camaronicultura, ciertos ingredientes marinos (calamar, atún, crustáceos), cuando son hidrolizados bajo las condiciones correctas, pueden generar un alto nivel de componentes nitrogenados, los cuales son altamente palatables y contienen propiedades bioactivas, nutricionales y funcionales que mejoran el rendimiento (Nunes, 2011).
Los hidrolizados de crustáceos provienen de las partes como la cabeza y exoesqueleto, considerados en muchos lugares como desperdicio; por lo que su utilización constituye una forma lógica de evitar la contaminación y aprovechar el material, para convertirlo en un ingrediente. Esta materia prima, según el proceso dan lugar a moléculas con propiedades antimicrobianas, antioxidantes y atractantes (Hamed y Yesim, 2018).
Un ejemplo de este tipo de procesamiento ha sido descrito por Dey y Dora (2014), quienes usaron cuatro enzimas de origen microbiano para obtener hidrolizados a partir de desechos de P. monodon. En este estudio, la enzima catalasa presentó el mejor rendimiento en base a diferentes parámetros como temperatura, pH, relación enzima/sustrato y tiempo, consiguiéndose una hidrólisis máxima del 33% para un producto con proteína final del 72.3% lo suficientemente adecuado para que el alimento pueda ser recomendado como alimento funcional.
Figura 2. Proceso de hidrólisis enzimática de residuos marinos (Adaptado de Wubshet et al., 2019).
Herault et. al (2014) han evidenciado que dietas suplementadas con hidrolizado de camarón tuvieron un 37% mejor índice de crecimiento en juveniles de L. vannamei, comparadas con un alimento comercial. En este ensayo también se estudió el hidrolizado de pescado, hidrolizado de calamar e hidrolizado de krill. Adicionalmente, se realizó un estudio de la actividad antimicrobiana del plasma, que mostró un incremento significativo con todos los hidrolizados antes o después de haberlos inyectado, con 20 μL de una suspensión de Vibrio harveyi a 106 UFC/ml.
Leonardi (2011) informó el uso de hidrolizados marinos comerciales en L. vannamei a nivel de campo, en una granja comercial, usando 15 jaulas flotantes de 3x3x1 m instaladas en una piscina. La prueba duró 59 días y se ensayaron 3 tipos de dietas estándar conteniendo 35% de proteína. La primera: un alimento con 4% de hidrolizado. Un segundo tratamiento consistió en alimento estándar con reemplazo de 6% de harina de pescado e inclusión de 3% de hidrolizado; y por último, se incluyó como control una dieta comercial de 35% de proteína.
Los resultados favorecieron ampliamente a los tratamientos con hidrolizado, especialmente en la supervivencia (81 vs 79.5 vs 75.3% respectivamente) y el FCA (1.59 vs 1.75 vs 1.81), para los tres
tratamientos descritos. Estos resultados tienen una incidencia directa en la biomasa cosechada y por tanto en la rentabilidad (336 vs. 309 vs. 289 $/kg/ha).
Recientemente, Terrey et al. (2021) valoraron la palatabilidad en L. vannamei usando para ello 4 dietas: (A) sin ningún atractante, (B) con inclusión de harina de calamar y aceite de krill, y las dietas C y D con 1% y 2% de proteína hidrolizada de insecto, respectivamente. Los resultados mostraron que la palatabilidad seguía el siguiente orden: D > C > B=A, sugiriendo un gran potencial de las proteínas hidrolizadas de insecto; lo que puede ser atribuido a una alta concentración de aminoácidos libres y mayor solubilidad, en comparación con lo que ofrece la harina de calamar.
Valoraciones en condiciones experimentales Caso de estudio 1
En un sistema de recirculación diseñado para juveniles de L. vannamei, se valoró la respuesta en crecimiento y eficiencia alimenticia de ocho dietas que fueron preparadas con niveles de inclusión iguales, tanto de hidrolizados marinos como de hidrolizados de animales terrestres. Como control se utilizó un ingrediente no hidrolizado (soluble de pescado), con propiedades atractantes.
Las dietas fueron formuladas para cumplir con los requerimientos nutricionales según los lineamientos de la NRC (National Research Council) y fabricadas a escala de laboratorio. Las materias primas fueron molidas para asegurar un diámetro de partícula adecuado (<250 µm), y la masa fue procesada en equipos piloto de mezclado y pelletización. Finalmente, las dietas se secaron hasta que alcanzaron 10-12% de humedad y se almacenaron a 4 °C hasta su uso.
Los hidrolizados A, B, C, D y E se obtuvieron de fuentes marinas como residuos de pescado y mariscos, mientras que los hidrolizados F y G provienen de residuos de animales terrestres. Todos los hidrolizados fueron de tipo comercial. En cuanto a los procesos de hidrólisis se clasificaron según su magnitud como alto, medio y bajo grado de hidrólisis (Tabla 1). El producto marino C fue fabricado con enzimas exógenas y estuvo sujeto a un proceso de hidrólisis que llegó a fraccionar las proteínas hasta pesos moleculares relativamente bajos (<500 Da). El hidrolizado D corresponde a residuos de crustáceos tratados con enzimas exógenas, con un proceso de hidrólisis considerado como moderado, a diferencia del hidrolizado E, que tuvo como materia prima peces con alto contenido graso. Los productos F y G son hidrolizados de subproductos terrestres, ambos con un peso medio de fracciones proteicas de 10 000Da.
Tabla 1. Clasificación cualitativa del grado de hidrólisis y tipo de enzima usada para fabricar los hidrolizados usados en el experimento de crecimiento con juveniles de L. vannamei.
Ingrediente Tipo de enzima Grado de hidrólisis
Hidrolizado marino A Endógena Hidrolizado marino B Exógena Hidrolizado marino C Exógena Hidrolizado marino D Exógena Hidrolizado marino E Exógena Hidrolizado terrestre F Exógena Hidrolizado terrestre G Exógena medio medio alto medio alto bajo bajo
Durante 61 días que duró el ensayo, camarones juveniles con un peso promedio de 4.36g se alimentaron ad libitum 3 veces al día. Al final del ensayo se observaron diferencias significativas en peso final, crecimiento semanal y FCA.
En la tabla 2 se presentan los resultados zootécnicos como supervivencia, peso final, biomasa final y crecimiento semanal. Los resultados de supervivencia estuvieron en un rango de 84 a 96%, sin diferencias significativas (p < 0.05) entre los tratamientos. El mayor peso final en el hidrolizado A podría ser un efecto de la menor supervivencia (84%).
Este hidrolizado fue fabricado con enzimas endógenas, con las que es más difícil controlar el proceso, pues la mezcla enzimática inicial es de concentración desconocida. Entre todos los productos el hidrolizado D dio la más alta tasa de crecimiento, biomasa y supervivencia; por lo que el tener más del 90% la composición de fracciones proteicas con un peso molecular < 1 000 Da, es la causa de esta respuesta superior al resto. Según Carr et al., (1973) las fracciones atractantes tienen un peso medio de alrededor de 700 Da, además, este hidrolizado tuvo un cuidadoso proceso de secado.
Varios estudios dan cuenta de que la incorporación de hidrolizados en los alimentos para camarón tiene un efecto positivo en el crecimiento (Córdova-Murueta y García-Carreño, 2002). Este resultado
Tabla 2. Resultados zootécnicos (media ± desviación estándar) de la prueba de crecimiento con juveniles de L. vannamei, alimentados con hidrolizados marinos y terrestres.
Ingrediente
Control Peso final (g) Biomasa final Crecimiento Supervivencia
(g tanque-1) (g semana-1) (%)
12.28 ± 0.52ab 108.01 ± 10.89 a 1.04 ± 0.07ac 88 ± 8.4a
Hidrolizado marino A 13.16 ± 0.54b 110.17 ± 18.25 a 1.15 ± 0.07bc 84 ± 15.2a
Hidrolizado marino B 12.26 ± 0.31ab 117.57 ± 4.04a 1.02 ± 0.04ac 96 ±5.5a
Hidrolizado marino C 12.11 ± 0.55ab 106.48 ± 13.62a 1.00 ± 0.08ac 88 ± 11.0a
Hidrolizado marino D 12.88 ± 0.61b 123.95 ± 15.80a 1.11 ± 0.07bcd 96 ± 8.9a
Hidrolizado marino E 11.40 ± 0.74a 102.87 ± 13.64a 0.91 ± 0.09ad 90 ± 7.1a
Hidrolizado terrestre F 11.72 ± 0.93ab 107.74 ± 12.17a 0.96 ± 0.12ac 92 ± 8.4a
Hidrolizado terrestre G 12.49 ± 1.10ab 112.22 ± 16.71a 1.05 ± 0.15ac 90 ± 12.2a FCA
2.05 ± 0.16ab
2.42 ± 0.25b
2.13 ± 0.15ab
1.86 ± 0.38ab
2.26 ± 0.13ab
1.74 ± 0.32a
2.21 ± 0.35ab
2.32 ± 0.17b
se atribuye a una mejor eficiencia de absorción del hidrolizado (Quellet et al., 1997) y a la liberación de aminoácidos y compuestos de pequeño peso molecular durante el proceso de hidrólisis, que pueden mejorar la atractabilidad en los camarones; aumentando su ingesta y peso (Aksnes et al., 2006; Berge y Storebakken, 1996).
Por otro lado, entre los hidrolizados de animales terrestres, con un peso medio de las fracciones proteicas de 10 000 Da, el producto F mostó el más bajo peso final, biomasa final y crecimiento semanal.
Los resultados guardan una estrecha relación con la calidad de la materia prima y del proceso de hidrólisis. Mientras más cuidadoso sea este proceso, y mejor se controlen los parámetros, mayor será el grado de coincidencia entre el “diseño del hidrolizado” y el producto final.
El objetivo, por tanto, para obtener un ingrediente funcional, consiste en conseguir fracciones proteicas específicas. Para ello, se debe controlar parámetros como la temperatura, tiempo de hidrólisis, pH etc., de tal forma que las enzimas puedan ejercer su función de hidrólisis hasta un punto deseado; priorizando la generación de ciertos componentes que tienen propiedades beneficiosas para la especie de destino.
Caso de estudio 2
En un sistema de recirculación se valoró el efecto de la inclusión de diferentes tipos de atractantes comerciales en juveniles de L. vannamei (4.13 ± 0.11 g). Se prepararon cinco dietas a escala de laboratorio, con la inclusión de los siguientes productos basados en: Feromonas (FN), mix de atractantes naturales y artificiales (MNA), hidrolizado marino (HM), mix de aminoácidos libres (AL) y soluble de pescado (FS); en las dosis recomendadas por cada fabricante. Las dietas se diseñaron para cumplir con los requerimientos nutricionales de L. vannamei, con un 35% de proteína y 6% de lípidos.
Los parámetros de calidad de agua se controlaron diariamente, manteniéndose el oxígeno por sobre 5 ppm, la temperatura en 28.9 ± 0.9°C y la salinidad en 29.9 ± 0.5 ppt.
Tabla 3. Rendimiento de juveniles de L. vannamei alimentados con dietas que incluyen cinco atractantes, en un sistema de recirculación*.
* Las medias ± DE en la misma columna que no comparten una letra común fueron significativamente diferentes (p < 0.05)
Ingrediente Peso final (g) Biomasa final Supervivencia
(g tanque-1) (%) FCA
FN: Feromona
8.35± 0.20a 68.98 ± 5.78 a 83 ± 5a 2.21 ± 0.63
bc
MNA: Mix atractantes naturales y artificiales
8.77 ± 0.21a 81.1 ± 7.53 b 93 ± 9.57a 2.36 ± 0.51
c
HM: Hidrolizado marino D 10.94 ± 0.33c 104 ± 9.1 c 95 ±5.77a 1.03 ± 0.34a
AL: Mix de aminoácidos libres
8.77 ± 0.26
a
FS: Soluble de pescado 10.12 ± 0.47b
76.75 ± 4.18ab 88 ± 5a
96.27 ± 10.06c 95 ± 5.77a 2.09 ± 0.23bc
1.56 ± 0.63
ab
Los animales fueron alimentados a saciedad 3 veces al día manualmente, durante 55 días. Al final del experimento el peso final, supervivencia, biomasa, crecimiento semanal y FCA fueron analizados estadísticamente mediante un ANOVA con el fin de encontrar diferencias significativas (p < 0.05) entre las dietas. de la hidrolisis, del contenido de bajo peso molecular y aminoácidos libres obtenido. Tanto el costo-beneficio, disponibilidad, calidad y la eficiencia deben ser considerados al momento de escoger un hidrolizado como ingrediente funcional para la alimentación de L. vannamei•
Bibliografía
Con excepción de la supervivencia, se encontraron diferencias estadísticas en los resultados zootécnicos de rendimiento. El grupo correspondiente a los ingredientes de origen marino (FS y HM) muestra los resultados zootécnicos más altos, en comparación con los otros ingredientes con propiedades atractantes (FN, MNA y AL). Entre atractantes marinos, los resultados revelan que el HM tuvo mejores resultados en comparación con FS, en términos de peso final (10,94 vs. 10,12 g, respectivamente), como se muestra en la tabla 3. El grupo conformado por FN, MNA y AL presentó resultados zootécnicos similares cuando se compararon entre sí. El FCA más bajo se observó en el grupo de camarones alimentados con HM, siendo significativamente diferente de FN y MNA.
Conclusión
Los hidrolizados son definitivamente una parte de la solución para la sostenibilidad de la industria acuícola del camarón. Los resultados muestran diferentes respuestas dependiendo del hidrolizado proteico evaluado, lo que podría estar relacionado a la materia prima usada como substrato y al proceso utilizado para alcanzar un determinado grado de hidrólisis. Esto indica que la funcionalidad del producto está basado en el tipo de péptidos resultante
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Ver más: https://www.cna-ecuador.com/wp-content/ uploads/2021/04/Hidrolizados_referenciasbibliograficas.pdf
