Ny avhandling om nutrition hos abborre och röding och om näringsutnyttjandet av alternativa proteinfodermedel

Avhandlingen "Nutrition of Arctic Charr (Salvelinus alpinus) and Eurasian Perch (Perca fluviatilis) and Evaluation of Alternative Protein Sources" presenteras och försvaras offentligt av författaren Markus Langeland vid SLU den 23 maj 2014.

Se svensk sammanfattning nedan. För pdf-version av avhandlingen se http://pub.epsilon.slu.se/11147/1/langeland_m_140424.pdf

Svensk sammanfattning

Bakgrund

Akvakultur, odling av organismer i vatten, har under de senaste 60 åren haft en kraftig tillväxt och världsproduktionen har ökat från en miljon ton per år under 50-talet till 64 miljoner ton under år 2011. Humankonsumtionen av fisk och andra vattenlevande organismer uppgår till 130 miljoner ton per år varav cirka hälften härrör från akvakultursektorn (FAO, 2012). I Sverige har produktionen av matfisk ökat från en genomsnittlig produktion på 5000 ton under 1990- och 2000- talet, till 12 500 ton år 2012. Den största delen (84 %) utgörs av regnbågslax (Oncorhynchus mykiss), men produktionen av röding (Salvelinus alpinus) ökade med 64% mellan åren 2011 och 2012 (Sweden Statistics, 2013). Enligt FAO (2012) måste världsproduktionen av odlad fisk och skaldjur öka med ytterligare 23 miljoner ton till år 2020 för att kunna försörja den växande världsbefolkningen med protein. Användandet av fiskmjöl och fiskolja i akvakulturindustrin är högt och den totala konsumtionen har ökat under de senaste decennierna (FAO, 2012), men har minskat i relation till den totala mängden producerad fisk (Tacon et al., 2011). Om akvakultursektorn ska fortsätta växa måste fiskmjölsanvändningen minska och ersättas av alternativa och mer uthålliga proteinfodermedel (Glencross et al., 2007). Hittills har fiskmjöl främst ersatts av växtprotein, vilket inte är problemfritt. Vid utfodring med soja och andra växtbaserade fodermedel kan det uppstå problem som är relaterade till osmältbara kolhydrater och antinutrionella substanser. Detta kan leda till negativa fysiologisk effekter och ofta ett sämre foderutnyttjande. Mikrobiellt protein (t.ex. från mikroalger, jäst, svampar och bakterier) har pekats ut som en lovande proteinfoderkälla som alternativ till vegetabiliskt protein (Tacon et al., 2011; Pfeffer, 1982). Mikroorganismer är de effektivaste och snabbast växande proteinbildande organismerna vi känner, och kan odlas på restprodukter från pappers-, jordbruks- och livsmedelsindustrin som består av för människor osmältbara kolhydrater såsom cellulosa och pentoser. Mikroorganismer är därför ett attraktivt alternativ som proteinfodermedel, där man dessutom kan återanvända restprodukter som växtsubstrat för att producera ett hållbart fodermedel med ett högt näringsvärd. Till skillnad från människor har fiskar inte problem med de höga halter av urinsyra som bildas vid nerbrytning av de i mikrober rikligt förekommande nukleinsyrorna (Rumsey et al., 1992). Bagerijäst (Saccharomyces cerevisiae) är en encellig svamp med ett högt proteininnehåll, vanligen mellan 45-56%, men har ofta ett bristfälligt innehåll av aminosyran metionin. Kopplingssvampar (zygomyceter) är ett släkte av cirka 1060 svamparter, i vilken Rhizopus oryzae ingår. R. oryzae har ett proteininnehåll på 40-50%. Mikroorganismer, som jäst och zygomyceter, består till 20% av cellväggar. Dessa är mestadels uppbyggda av polysackarider, som kan vara svåra att bryta ned för fiskar. Blåmusslor (Mytilus edulis) har också ett högt proteininnehåll med en aminosyraprofil lik den i fiskmjöl. Musslor tar upp näringsämnen från vattnet, vilket gör att de är intressanta som biologiska reningsverk i övergödda vattendrag. De kan också absorbera toxiner från den omgivande miljön, vilket måste tas med i beräknandet när de ska användas i mat eller foder. Dessutom måste skalet avlägsnas för att få ett rent proteinmjöl lämpligt till fiskar. Abborre (Perca fluviatilis) är en ny art inom fiskodling. Den har förutspåtts ha en framtid som kommersiellt odlad art men kunskap saknas om dess näringsbehov. För både abborre och röding har hittills få studier gjorts där näringsutnyttjandet av alternativa proteinfodermedel har studerats.

I denna avhandling var syftet att:

- Skatta behovet av essentiella aminosyror hos abborre

- Jämföra aktiviteten av digestionsenzymer i långsam- och snabbväxandeabborre av två olika åldrar samt i röding

- Utvärdera näringsutnyttjandet av intakt jäst, extraherad jäst, zygomycet ochblåmussla hos abborre och röding.

Utförda försök

Totalt har fyra studier genomförts. I det första försöket (artikel I) undersöktes behovet av aminosyran lysin hos abborre genom utfodring med åtta olika dieter med samma näringsinnehåll förutom lysin som ingick i gradvis ökande mängd. Fiskarnas viktökning, proteinansättning och kroppssammansättning registrerades. Genom helkroppsanalyser av aminosyrasammansättningen hos abborre kunde behovet av de andra essentiella aminosyrorna uppskattas. I det andra försöket (artikel II) mättes åtta olika digestionsenzymer på nio olika ställen i långsam- och snabbväxande abborrar av två olika åldrar samt i röding. Syftet var att undersöka om fiskens förmåga att bryta ned fodret inverkar på tillväxthastighet och om den skiljer mellan abborre och röding. Uppmätta enzymaktiviteter indikerar vilken förmåga fisken har att tillgodogöra sig olika mängd och typ av framförallt kolhydrater, men även fett och protein. Denna kunskap kan vara till hjälp när man ska optimera fodrets sammansättning. I de två sista försöken (artiklar III och IV) studerades smältbarheten av intakt jäst, extraherad jäst, zygomycet och blåmussla hos abborre och röding. Fodermedlens smältbarhet värderades genom uppsamling av fekalier i specialdesignade fisktråg. Även foderkonsumtion och tillväxt hos röding mättes, även om försöket pågick under för kort tid för att dra säkra slutsatser. För att studera tillväxten genomfördes även ett längre produktionsförsök med röding, där tillväxt, foderomvandlingsförmåga, proteinansättning mättes och fodrets smältbarhet skattades (artikel IV).

Resultat och slutsatser

Resultaten från artikel I visade att abborrens lysinbehov är snarlikt det som skattats för andra odlade fiskararter, men det finns dock skillnader mellan arter. Helkroppsanalysen visade att abborrens essentiella aminosyrabehov är snarlikt behovet hos den nordamerikanska släktingen "Yellow perch" (Perca flavescens). Denna information kan vara till nytta vid sammansättningen av artspecifika foder till abborre, samt vid val av foderingredienser. Vid jämförelsen av digestionsenzymer återfanns inget samband mellan enzymaktivitet och tillväxthastighet eller ålder hos abborre. Däremot fanns det skillnader mellan abborre och röding. Båda arterna hade högre aktivitet av de fettnedbrytande enzymerna (lipaser) än av de kolhydratnedbrytande (karbohydrater), vilket är vanligt hos karnivora fiskarter. Däremot hade abborre högre aktivitet av de kolhydratnedbrytande enzymerna än röding, vilket indikerar att abborre har högre kapacitet att smälta kolhydrater, framförallt stärkelse. Vi fann också att det fanns skillnader mellan arterna var i digestionskanalen respektive enzym hade högst aktivitet. Smältbarhetstudien visade att hos röding var smältbarheten högst för extrakterad jäst och blåmusslor, följt av zygomycet och intakt jäst. Hos abborre fanns inga tydliga skillnader i smältbarhet mellan de testade fodermedlen, vilket tyder på artspecifika skillnader, möjligen kopplat till skillnaderna i aktivitet i digestionsenzymerna. Den lägre smältbarheten av intakt jäst hos röding är troligen beroende av förekomsten av cellväggar, då den extraherade jästen saknade cellväggar och hade hög smältbarhet. I vår studie var smältbarheten av hel jäst högre än vad som tidigare rapporterats för andra arter, vilket troligen beror på att fodret i vårt försök var extruderat. I denna process utsätts fodermassan för högt tryck och temperatur, vilket kan ha gjort cellväggarna mer nedbrytningsbara. Tillväxten och foderutnyttjandet visade dock att röding växte sämre och hade ett lägre näringsutnyttjande av de dieter som innehöll extraherad jäst och zygomycet. Orsaken kan vara en sämre aminosyraprofil i dessa fodermedel. Vidare visade vi i dessa studier att fiskmjöl kan till 40% bytas ut mot hel jäst och musselmjöl utan att tillväxt eller näringsutnyttjande försämras, och att ett högre utnyttjande av hel jäst kan uppnås om smältbarheten ökas genom upplösning/borttagning av cellväggarna.

Denna avhandling har bidragit med ökad kunskap om nutrition hos abborre och röding och om näringsutnyttjandet av alternativa proteinfodermedel. Avhandlingen visar också att mer forsking behövs inom detta område för att vi ska kunna utnyttja den potential som finns i alternativa proteinfodermedel till odlad fisk.