Novel fish feeds : trade-offs between sustainability, performance and robustness

Abstract

Para satisfacer las crecientes necesidades de proteínas animales de la población mundial en auge y permitir un desarrollo sostenible a nivel social, económico y ambiental, la acuicultura debe formular piensos con ingredientes alternativos que puedan reducir la huella ambiental de los mismos, garantizando al mismo tiempo el rendimiento y la robustez de los organismos cultivados. Esta Tesis Doctoral tuvo como objetivo desarrollar una serie de piensos para peces basados en marcos de ecoeficiencia, economía circular u orgánica, que incluyan ingredientes no tradicionales, como plantas (por ejemplo, girasol, quinua, colza, altramuces), subproductos de animales terrestres (por ejemplo, harinas de sangre, plumas y aves de corral), subproductos del mar (por ejemplo, concentrado de proteína de pescado, aceite de salmón), harinas de insectos (por ejemplo, mosca soldado negra, Hermetia illucens o gusano de la harina, Tenebrio molitor) y microorganismos unicelulares (por ejemplo, bacterias, cianobacterias, microalgas y levaduras). Se investigó el potencial de calentamiento global, la digestibilidad, la aceptación y los efectos (por ejemplo, sobre la ingesta de alimento, la utilización del pienso, el rendimiento, la salud intestinal, la condición inmunológica y el estado oxidativo) de estos piensos innovadores, utilizando dos especies acuícolas de relevancia comercial, tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus) y dorada (Sparus aurata), a través de ensayos de alimentación autónoma y de crecimiento a largo plazo. Con este fin, se propusieron los siguientes objetivos y metodologías: 1) Formular una nueva generación de piensos para peces orgánicos o ecoeficientes que se alineen con las demandas sociales y reduzcan el uso de ingredientes tradicionales (por ejemplo, recursos marinos y soja). 2) Investigar el comportamiento alimentario y las preferencias alimenticias de la tilapia del Nilo y la dorada para las dietas mencionadas, utilizando la metodología de auto-selección (comedores automáticos). 3) Evaluar la digestibilidad de estas dietas novedosas y cómo afectan a los indicadores clave de rendimiento (por ejemplo, ganancia de peso, tasa de conversión alimenticia, ingesta de alimento), la robustez de los peces (por ejemplo, salud intestinal, condición inmunológica y estado oxidativo) y la utilización del alimento (composición corporal total, tasas de retención) en juveniles de tilapia del Nilo y dorada, a través de estudios experimentales a largo plazo. 4) Evaluar el potencial de calentamiento global (GWP) de los piensos novedosos mediante una evaluación del ciclo de vida (LCA) con asignación económica. En conjunto, esta Tesis Doctoral arrojó luz sobre la nutrición, el comportamiento alimentario, la fisiología, la salud y la huella de carbono de los piensos en la acuicultura, logrando las siguientes conclusiones: . La tilapia del Nilo mostró la capacidad de auto-seleccionar una dieta, expresando su comportamiento alimentario. Por lo tanto, los experimentos de auto-selección pueden considerarse como una herramienta útil para la evaluación inicial de nuevos ingredientes en piensos acuícolas. 2. Las formulaciones de piensos socialmente aceptables indujeron efectos extremos sobre la ingesta voluntaria de alimento en tilapia del Nilo, debido a una reducción en la palatabilidad, lo que resultó en una pobre utilización del pienso. No obstante, la digestibilidad de la dieta fue alta y el impacto solo se observó en el rendimiento de los peces, pero no en su robustez. 3. En el caso de la dorada, los piensos orgánicos y basados en la economía circular fueron fácilmente digeribles y eficientemente utilizados por los peces, asegurando un buen rendimiento y robustez, incluso después de un evento crónico de estrés. 4. Los piensos orgánicos y basados en la economía circular para tilapia, así como los piensos orgánicos para dorada, presentaron el mayor PCG. Sin embargo, a largo plazo, estas dietas pueden promover un mejor rendimiento a nivel de sistema.

To meet the animal protein requirements of the booming world population and allow a social, economic and environmental sustainable development, aquaculture needs to formulate aquafeeds with alternative ingredients to potentially decrease the environmental footprint of its feeds, while ensuring the performance and robustness of farmed organisms. This PhD Thesis aimed to develop a set of eco-efficient, circular economy-driven or organic frameworks fish feeds that particularly include non-traditional plants (e.g., sunflower, quinoa, rapeseed, lupins), land animal by-products (e.g., blood-, feather- and poultry meals), seafood by-products (e.g., fish protein concentrate, salmon oil), insect meals (e.g., black soldier fly, Hermetia illucens or meal worm, Tenebrio molitor) and single-cell microorganisms (e.g., bacteria, cyanobacteria, microalgae and yeast). The global warming potential, digestibility, acceptance and effects (e.g., on feed intake, feed utilization, performance, gut health, immune condition and oxidative status) of these innovative feeds was investigated, using two commercially relevant aquaculture species, Nile tilapia (Oreochromis niloticus) and gilthead seabream (Sparus aurata), through self-feeding and long-term growth trials. For this purpose, the following goals nd methodologies were proposed: 1) Formulate a new generation of organic or eco-efficient fish feeds that align with societal demands and reduce the use of traditional feed ingredients (e.g., marine resources and soy)2) Investigate Nile tilapia and gilthead seabream feeding behaviour and feed preferences for the above diets using self-selection methodology (self-feeders). 3) Assess the digestibility of such novel diets and how they affect key performance indicators (e.g., weight gain, feed conversion ratio, feed intake), fish robustness (e.g., gut health, immune condition and oxidative status) and feed utilization (whole-body composition, retention rates) in juvenile Nile tilapia and gilthead seabream, through long-term experimental studies. 4) Evaluate the global warming potential (GWP) of the novel feeds through an LCA assessment with economic allocation Overall, this PhD Thesis shed light on aquaculture fish’ nutrition, feeding behaviour, physiology, health and feeds carbon footprint, having attained the following results and conclusions: 1. Nile tilapia showed an ability to self-select a diet, expressing their feeding behaviour. Therefore, self-selection experiments may be considered as a possible tool for an initial screening of new aquaculture feed ingredients. 2. The socially-acceptable feed formulations induced extreme effects on the voluntary feed intake of Nile tilapia, due to reduced palatability, and resulted in poor feed utilization. Nevertheless, diet digestibility was high and the impact was only noted in fish performance, but not on robustness. 3. For gilthead seabream, the organic and circular economy-driven feeds were easily digestible and efficiently utilized by the fish, ensuring good fish performance and robustness, even after a chronic stressful event. 4. The organic and circular economy-driven tilapia feeds, and the organic seabream feed had the highest GWP. However, in the long-term, such diets may promote a better system-wide performance.