Количественный и качественный аминокислотный анализ альтернативных источников протеина в комбикормах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Quantitative and qualitative amino acid analysis of alternative protein sources in compound feeds

R.V. Ursu

Yu.A. Guseva

S.Yu. Pigina

A.A. Vasiliev

E.S. Vorontsova

Abstract

рыба питание аминокислота

Introduction. It is well known that fish is an important and necessary food for human health, having a balanced composition of amino acids. By 2030, according to the State of World Fisheries and Aquaculture (SOFIA) report, the total volume of fish production will grow to 204 million tons, which is 15 percent more than in 2018; the share of aquaculture will also grow, which has now reached 46 percent. This growth is about half of the increase noted in the previous decade, and thanks to it, the level of fish consumption per capita by 2030 is projected to reach 21.5 kg per year. Providing fish with a rational diet with a balanced composition of amino acids is one of the main problems of world aquaculture. This problem is especially relevant for our country. Since there is a complete dependence on imported compound feeds, which does not allow the development of modern domestic fish farming and can lead to a loss of food, and hence national security. One of the most promising components of animal feed for fish is protein from insect larvae. The object of the study was the larvae of Zophobas morio, Large Flour Crunch (Tenebrio molitor Linnaeus) and Black Lion (Hermetia illucens). Materials and methods. The research was carried out at the Department of "Genetics, Breeding, Animal Feeding and Aquaculture" and at the educational and research laboratory for determining the quality of food and agricultural products based on the Saratov State University of Genetics, Biotechnology and Engineering named after N.I. Vavilov. In the course of the study, generally recognized chemical and physical methods were used to determine the chemical and amino acid composition of feed, using modern equipment. Results and conclusions. Fish meal turned out to be complete in lysine content by only 85.4%, isoleucine by 78.3%, leucine by 62.8%, phenylalanine and tyrosine by 99.0%, valine by 65.5% and histidine by 85.6%. Biomass from Zophobas morio larvae turned out to be complete in lysine content by 63.3%, leucine by 61.6%, threonine by 98.0% and valine by 87.5%. The composition of amino acids of insect larvae can be controlled by varying their food and growing conditions. The data obtained indicate the greatest balance in the amino acid composition of such a component of compound feed as larvae of Zophobas morio and larvae of flour crunch and, consequently, the prospects of their use as components to replace fish meal in compound feeds for fish.

Keywords: balanced feed, zoo protein, insect larvae, aquaculture, amino acid score, amino acids.

Количественный и качественный аминокислотный анализ альтернативных источников протеина в комбикормах

Р.В. Урсу, Ю.А. Гусева, С.Ю. Пигина, А.А. Васильев, Е.С. Воронцова

Аннотация

Актуальность. Общеизвестно, что рыба является важным и необходимым для здоровья человека продуктом питания, имеющим сбалансированный состав аминокислот. К 2030 году, согласно докладу «Состояние мирового рыболовства и аквакультуры (СОФИА)», совокупный объем производства рыбы вырастет до 204 млн. тонн, что на 15 процентов больше, чем в 2018 году; будет расти и доля аквакультуры, которая в настоящее время достигла 46 процентов. Такой рост составляет около половины увеличения, отмеченного в предшествующее десятилетие, и благодаря ему уровень потребления рыбы в пищу на душу населения к 2030 году, по прогнозам, достигнет 21,5 кг в год. Обеспечение рыб рациональным питанием, имеющим сбалансированный состав аминокислот, одна из главных проблем мировой аквакультуры. Для нашей страны данная проблема особенно актуальна. Так как наблюдается полная зависимость от импортных комбикормов, что не позволяет развиваться современному отечественному рыбоводству и может привести к потере продовольственной, а значит, и национальной безопасности. Одним из самых перспективных компонентов комбикорма для рыб считается белок из личинок насекомых. Объектом исследования стали личинки Zophobas morio, Большого мучного хрущака (Tenebrio molitor Linnaeus) и Черной львинки (Hermetia illucens). Материалы и методы. Исследования проводились на кафедре «Генетика, разведение, кормление животных и аквакультура» и в учебно-научно-исследовательской лаборатории по определению качества пищевой и сельскохозяйственной продукции на базе ФГБОУ ВО Саратовский государственный университет генетики, биотехнологии и инженерии имени Н.И. Вавилова. В ходе исследования использовались общепризнанные химические и физические методы по определению химического и аминокислотного состава кормов, на современном оборудовании. Результаты и выводы. Рыбная мука оказалась полноценна по содержанию лизина лишь на 85,4 %, изолейцина на 78,3 %, лейцину на 62,8 % суммы фенилаланина и тирозина на 99,0 %, валина на 65,5 % и гистидина на 85,6 %. Биомасса из личинок Zophobas morio оказалась полноценная по содержанию лизина на 63,3 %, лейцина на 61,6 %, треонина на 98,0 % и валина на 87,5 %. Составом аминокислот личинок насекомых можно управлять посредством варьирования их пищи и условий выращивания. Полученные данные свидетельствуют о наибольшей сбалансированности по аминокислотному составу такого компонента комбикорма как личинки Zophobas morio и личинки мучного хрущака а, следовательно, о перспективности их использования как компонентов для замены рыбной муки в комбикормах для рыб.

Ключевые слова: сбалансированные корма, зоопротеин, личинки насекомых, аквакультура, аминокислотный скор, аминокислоты.

Введение

Обеспечение рыб рациональным питанием, имеющим сбалансированный состав аминокислот, одна из главных проблем мировой аквакультуры. Для нашей страны данная проблема особенно актуальна. Так как наблюдается полная зависимость от импортных комбикормов, что не позволяет развиваться современной отечественной аквакультуре и может привести к потере продовольственной безопасности [6, 12].

Парадоксально, то что производство комбикорма для индустриального выращивания рыб основывается на морских мировых ресурсах, в частности на малоценных пелагических видах рыб, запасы которых так же ежедневно сокращаются [10].

Кроме того, с каждым годом усугубляются экологические последствия воздействия человека на окружающую среду, в результате возникают опасения относительно качества используемых гидробионтов. В этой связи все более остро встает вопрос замены дорогостоящего компонента кормов для аквакультуры - рыбная мука. Очевидно, что дальнейший рост товарного производства рыбы возможен только за счет замещения рыбной муки альтернативными кормовыми компонентами. Ученые проводят множественные исследования для решения данного вопроса, используя для замены растительный и животный белок [1-3, 5, 8].

Одним из самых перспективных компонентов корма для рыб из-за высокого содержания белка и сбалансированного состава аминокислот считают личинок насекомых [7, 11]. В составе личинок в отличие от основных высокобелковых растительных компонентов отсутствуют антипитательные вещества. Кроме того, личинки насекомых способны перерабатывать пищевые отходы, набирая таким образом массу и становясь высокобелковыми кормовыми объектами, способными полностью обеспечить потребности аквакультуры.

Целью наших исследований стало проведение сравнительного анализа аминокислотного состава и полноценности по содержанию незаменимых аминокислот (в сравнении с «идеальным белком» ФАО/ВОЗ) рыбной муки, личинок Zophobas morio, личинок Большого мучного хрущака (Tenebrio molitor Linnaeus) и личинок Черной львинки (Hermetia illucens) с перспективой дальнейшего использования как источник полноценного протеина в комбикормах для рыб.

Материалы и методы

Исследования проводились на кафедре «Генетика, разведение, кормление животных и аквакультура» и в учебно-научно-исследовательской лаборатории по определению качества пищевой и сельскохозяйственной продукции на базе ФГБОУ ВО Саратовский государственный университет генетики, биотехнологии и инженерии имени Н.И. Вавилова.

Содержание сырого протеина в сухом веществе определяли в соответствие с ГОСТ 13496.4-19 титриметрический метод определения азота по Къельдалю.

Содержание сырого жира в сухом веществе определяли в соответствие с ГОСТ 32905-2014 методом экстракции жира петролейным эфиром.

Содержание хитина определяли при помощи модифицированной методики.

Содержание сырой золы определяли в соответствие с ГОСТ 26226-95 методом сжигания.

Идентификацию аминокислот компонентов комбикорма для рыб (кроме триптофана) проводили по ГОСТ Р 55569-2013 Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Определение протеиногенных аминокислот методом капиллярного электрофореза.

Для расчёта аминокислотного скора белка аминокислотный скор каждой незаменимой аминокислоты в «идеальном» белке ФАО/ВОЗ [9] принимали за 100 %, а в исследуемом - определяли процент соответствия. Если значение скора для определенной аминокислоты ниже 100 %, данную аминокислоту определяли, как лимитирующую.

Результаты и обсуждение

Наиболее важным и дорогостоящим компонентом кормов для аквакультуры является белок. Потребность рыб в белке значительно выше, чем у других продуктивных животных и доходит до 60 %. Проведенные ранее исследования свидетельствуют, что потребность в белке можно удовлетворять не высокобелковыми рационами, а сбалансированными по аминокислотному составу компонентами кормов.

Нами был изучен химический состав компонентов корма: сырого протеина, сырого жира, сырой золы и хитина в сухом веществе. Полученные данные представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. Химический состав компонентов

Анализ полученных данных свидетельствует, что все исследуемые образцы отличаются высоким содержанием протеина. Наибольшим содержанием отличались личинки большого мучного хрущака (60,69±2,0 %) и личинки Zophobas morio (57,38±1,3 %) по сравнению с другими альтернативными источниками белка, меньше всего протеина содержала биомасса личинок Черной львинки. По содержанию сырого жира лидировали личинки Черной львинки (41,5±0,7 %) и так же личинки Zophobas morio (37,6±0,5 %), наименее жирной оказалась рыбная мука (5,7±0,3 %). Наличие сырой золы свидетельствует о минеральной составляющей в компоненте, лидировала по содержанию сырой золы рыбная мука (5,7±0,3 %), наименьшее содержание сырой золы оказалось в биомассе личинок Черной львинки. Хитин биополимер группы азотсодержащих полисахаридов, он является основным компонентом оболочки личинки или скелета членистоногих. Следует отметить, что меньше всего хитина было обнаружено в биомассе личинок Zophobas morio 0,1 %, при этом в рыбной муке его было обнаружено 6,1±0,1 %.

Количество белка в корме важное, но недостаточное условие эффективного питания. Потребленный белок расщепляется во время переваривания путем гидролиза до свободных аминокислот, дипептидов и трипептидов пищеварительными ферментами, секретируемыми в желудочно-кишечном тракте, эти продукты всасываются клетками слизистой оболочки, где происходит внутриклеточное переваривание пептидов, таким образом только аминокислоты попадают в кровь, в виде продуктов переваривания белка. Таким образом наиболее важный показатель -- это количественный и качественный состав аминокислот белка. Именно аминокислоты способствуют увеличению тканевого белка, а, следовательно, увеличению живой массы животных и рыб.

В этой связи нами был изучен аминокислотный состав всех компонентов (таблица 1).

Таблица 1. Количественный и качественный состав аминокислот, г/100 г протеина

При оценки аминокислотного состава было отмечено относительно высокое содержание в биомассе личинки Zophobas morio по сравнению с рыбной мукой, как эссенциальных аминокислот как фенилаланин, изолейцин, суммарное содержание метионина и цистина, валина, гистидина, тирозина, а также заменимых пролина, аланина и аргинина.

Биомасса личинки мучного хрущака отличилась превалирующим содержанием незаменимых по сравнению с рыбной мукой такими незаменимыми аминокислотами, как фенилаланин, лейцин и изолейцин, метионин и цистин, валина, гистидина и тирозин, из заменимых можно отметить аланин, пролин, серин, и аргинина.

Суммарное содержание незаменимых аминокислот выше в биомассе личинки Zophobas morio на 27,8 %, а личинки мучного хрущака на 31,1 %.

При составлении рационов важен не только аминокислотный состав, но и соотношение количества заменимых и незаменимых аминокислот в компонентах корма. Если нарушатся соотношение, то значительно снижается эффективность использования протеина корма. В этой связи нами был определен и проанализирован аминокислотный скор и вычислена лимитирующая аминокислота в исследуемых компонентах (таблица 2).

Установлено, что в составе рыбной муки лимитирующими аминокислотами являются лизин, изолейцин, лейцин, фенилаланин+тирозин, валин, гистидин; в составе биомассы личинки мучного хрущака лизин, лейцин, треонин, валин, а в составе личинки Zophobas morio - лизин, лейцин треонин и валин, личинка черной львинки оказалась лимитирующей по всем незаменимым аминокислотам кроме суммы метионин и цистина. Так же следует отметить, что лизин, лейцин и валин оказалися лимитирующими аминокислотами в составе всех исследуемых компонентов. Хотя общеизвестный факт, что рыбная мука является основным источником данных аминокислот в комбикормах для сельскохозяйственных животных.

Составом аминокислот личинок насекомых можно управлять посредством варьирования их пищи и условий выращивания. Внесение в субстрат для выращивания мясных и рыбных отходов, повышает содержание незаменимых аминокислот в теле личинки.

Таблица 2. Аминокислотный скор, %

* лимитирующая аминокислота

Выводы

В статье проведена оценка количественного и качественного показателя аминокислотного состава рыбной муки, личинок Zophobas morio, личинок Большого мучного хрущака (Tenebrio molitor Linnaeus) и личинок Черной львинки (Hermetia illucens). Необходимо было установить возможность использования исследуемых компонентов, выращенных на местном сырье для замены дорогостоящей и часто фальсифицируемой рыбной муки.

Результаты исследований позволяют сказать, что рыбная мука оказалась полноценна по содержанию лизина лишь на 85,4 %, изолейцина на 78,3 %, лейцину на 62,8 % суммы фенилаланина и тирозина на 99,0 %, валина на 65,5 % и гистидина на 85,6 %. Биомасса из личинок Zophobas morio оказалась полноценная по содержанию лизина на 63,3 %, лейцина на 61,6 %, треонина на 98,0 % и валина на 87,5 %. Биомасса личинок большого мучного хрущака оказалась полноценна по содержанию лизина лишь на 69,6 %, лейцина на 67,7 %, треонина на 82,4 % и валина на 70,5 %.

Полученные данные свидетельствуют о наибольшей сбалансированности по аминокислотному составу таких компонентов комбикормов как личинки Zophobas morio и личинки большого мучного хрущака, а, следовательно, о возможности их использования для замены рыбной муки в комбикормах для рыб.

Библиографический список

1. Анализ влияния белкового концентрата на микробиоту кишечника молоди ленского осетра в условиях УЗВ / Д.А. Ранделин, А.И. Новокщенова, Е.А. Морозова, М.А. М.Я. Эльебяри // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2019. № 3 (173). С. 139-145.

2. Бахарева А.А., Грозеску Ю.Н., Сергеева Ю.В. Комплексная добавка на основе муки из ракообразных в комбикормах для осетровых рыб // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Рыбное хозяйство. 2019. № 3. С. 66-73.

3. Белковый концентрат взамен рыбной муки в кормах для осетровых / А. Ставцев, Ю. Батракова, Е. Уланов [и др.] // Комбикорма. 2022. № 3. С. 41-42.

4. Влияние растительного белкового концентрата в составе осетровых кормов на состояние тканей и органов молоди ленского осетра / Д.А. Ранделин, З.Ч. Морозова, Э.А. М.Я. Мохсен, Ю.В. Кравченко // Оптимизация сельскохозяйственного землепользования и усиление экспортного потенциала АПК РФ на основе конвергентных технологий: материалы Международной научно-практической конференции. Волгоград: Волгоградский ГАУ, 2020. С. 113-119.

5. Гусева Ю.А., Китаев И.А., Васильев А.А. Применение "Абиопептида" - гидролизата соевого белка в кормлении ленского осетра. Саратов: Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова, 2016. 134 с.

6. Поддубная И.В., Масленников Р.В., Васильев А.А. Оценка эффективности применения йодированных дрожжей в кормлении ленского осетра при выращивании в садках // Аграрный научный журнал. 2015. № 5. С. 20-23.

7. Barrows F.T., Gaylord T.G., Stone D.A.J., Smith C.E. Effect of protein source and nutrient density on growth efficiency, histology and plasma amino acid concentration of rainbow trout (Oncorhynchus mykiss Walbaum) // Aquaculture Research. 2007. № 38. Р. 1747-1758.

8. Comparative evaluation of processed soybean meal (EnzoMealTM) vs. regular soybean meal as a fishmeal replacement in diets of rainbow trout (Oncorhynchus mykiss): Effects on growth performance and growth-related genes / V. Kumar, S. Lee, B.M. Cleveland, N. Romano, R.S. Lalgudi, M.R. Benito, B. McGraw, R.W. Hardy // Aquaculture. 2020. V. 516. 734652.

9. Dietary protein quality evaluation in human nutrition: Report of an FAO Expert Consultation. Rome: FAO, 2o13. 66 p.

10. Effects of replacing fishmeal protein with poultry by-product meal protein and soybean meal protein on growth, feed intake, feed utilization, gut and liver histology of hybrid grouper (Epinephelus fuscoguttatus 9 x Epinephelus lanceolatus $) juveniles / Z. Zhou, W. Yao, B. Ye, X. Wu, X. Li, Y. Dong // Aquaculture. 2020. V. 516. 734503.

11. Evaluation of ingredient combinations from differing origins (fishmeal, terrestrial animal and plants) and two different formulated nutrient targets on rainbow trout growth and production efficiency / T.G. Gaylord, W.M. Sealey, E.T. Barrows, C.A. Myrick, G. Fornshell // Aquaculture Nutrition. 2017. V. 23. No 6. P. 1319-1328.

12. Kolmakov V.I., Kolmakova A.A. Amino acids in prospective feeds for fish aquaculture: a review of experimental data // Sib. Fed. Univ. Biol. 2020. V. 13 (4). P. 424-442.

Размещено на Allbest.ru