Optimization of feeds for rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) through the valorisation of insect meals

Abstract

L'aqüicultura és una indústria alimentària amb un increïble potencial, ja que els peixos disposen d'eficients índexs productius, una bona qualitat de proteïna i elevats nivells d'àcids grassos essencials per als éssers humans. No obstant això, aquest mateix potencial té els seus costos, com ara una elevada demanda fisiològica de proteïna. Aquesta demanda ha estat tradicionalment satisfeta utilitzant farina de peix; ingredient que procedeix majoritàriament de la pesca extractiva i considerat insostenible. És per aquesta raó, que tan a nivell de recerca com d’indústria ja fa anys que es busquent fonts de proteïna alternatives, com serien les farines d'insecte. Els insectes tenen també bons índexs productius i una bona qualitat de proteïna, així com un bon potencial a nivell de sostenibilitat, però a canvi tenen les seves contrapartides. Les desavantatges més conegudes dels insectes com a ingredients per a peixos són probablement dues: el seu elevatcost i la seva baixa concentració enàcids grassos poliinsaturats de cadena llarga omega-3,. Com per a qualsevol nou ingredient, és necessari avançar en recerca en aquestes farines d'insecte per tal de conèixer millor els seus límits d'inclusió i les seves repercussions en la fisiologia de peixos. Aquesta tesi amplia el que es coneix sobre aquests punts mitjançant tres estudis en diferents etapes de desenvolupament (juvenil, creixement i finalització) de truita arc de Sant Martí (Oncorhynchus mykiss), reemplaçant parcialment la farina de peix de la dieta amb dues farines d'insecte sencers: una procedent de la mosca soldat negra (Hermetia illucens) i una altra del cuc de la farina (Tenebrio molitor). En el tercer estudi, centrat en el cuc de la farina com a ingredient, es busca compensar la baixada d'omega-3 mitjançant dues estratègies: l'ús de farina desengreixada i l'enriquiment de la dieta amb un oli experimental ric en omega-3. Com a principals resultats de la tesi, el cuc de la farina mostra un rendiment lleugerament superior a la farina de peix en la truita, el que es relacionaria amb una major digestibilitat i longitud de les microvellositats intestinals. Les dietes basades en insectes han mostrat una major activitat digestiva a nivell intestinal i no s'han observat canvis en la funció hepàtica. Tot i que les causes no es coneixen, també tendeixen a potenciar la resposta antioxidant i el sistema immunològic dels peixos. La inclusió del cuc de la farina va afavorir el creixement de bacteris probiòtics a la microbiota intestinal, el que va estar molt influït per la composició del greix de l'insecte. Pel que fa a la qualitat del filet de peix, el canvi més remarcable és la disminució d'omega-3 en els mateixos, que es pot solucionar amb diferents estratègies, tot i que també s'ha observat un efecte d'estalvi d'omega-3 que ha derivat en una major acumulació greixosa en fetge i múscul. Els canvis observats en el filet no han modificat el perfil organolèptic del mateix. Finalment, l'etapa de desenvolupament dels peixos va resultar també rellevant a l'hora d'avaluar diferents respostes fisiològiques. Els resultats d'aquesta tesi remarquen el potencial de les farines d'insecte com a font alternativa de proteïna per al seu ús en dietes per a truita arc de Sant Martí. Com a principals perspectives de futur, es proposa aprofundir en aquells punts que encara queden com a incògnita, com descobrir els mecanismes bioquímics que provoquen l'estímul de la resposta antioxidant i immunològica, o aquells altres en els quals no s'ha aprofundit prou, com la naturalesa de l'efecte d'estalvi d'omega-3 en els filets.

La acuicultura es una industria alimentaria con un increíble potencial debido a que los peces disponen de eficientes índices productivos, una buena calidad de proteína y elevados niveles de ácidos grasos esenciales para el ser humano. Sin embargo, este mismo potencial tiene sus costes, tales como una elevada demanda fisiológica de proteína. Dicha demanda ha sido tradicionalmente satisfecha utilizando harina de pescado, un ingrediente que procede mayoritariamente de la pesca extractiva y que se considera insostenible. Por esta razón, tanto la investigación como la industria llevan ya bastantes años buscando fuentes de proteína alternativas, tales como las harinas de insecto. Los insectos tienen también buenos índices productivos y calidad de proteína, así como un buen potencial a nivel de sostenibilidad, pero a cambio tienen sus contrapartidas. Las desventajas mejor conocidas de los insectos como ingredientes para peces son probablemente dos: sus elevados costes, y su baja concentración de ácidos grasos poliinsaturados de cadena larga omega-3, que se transmiten por medio de la dieta. Como para cualquier otro ingrediente novedoso, las harinas de insecto requieren de investigación para conocer mejor sus límites de inclusión y sus repercusiones en la fisiología de peces. Esta tesis amplía lo que se sabe sobre esos puntos por medio de tres estudios en diferentes etapas de desarrollo (juvenil, crecimiento, y finalización) de trucha arcoíris (Oncorhynchus mykiss), reemplazando parcialmente la harina de pescado de la dieta con dos harinas de insecto enteras: una procedente de la mosca soldado negra (Hermetia illucens) y otra del gusano de la harina (Tenebrio molitor). En el tercer estudio, centrado en el gusano de la harina como ingrediente, se busca compensar la bajada de omega-3 por medio de dos estrategias: el empleo de una versión desengrasada de esta harina de insecto, y el enriquecimiento de la dieta con un aceite experimental rico en omega-3. Como principales resultados de la tesis, el gusano de la harina muestra un rendimiento ligeramente superior en la especie de destino, relacionado con su mayor digestibilidad, y mayor longitud de microvellosidad intestinal. Las dietas basadas en insectos han mostrado mayor actividad digestiva a nivel intestinal, y no se han observado cambios en la función hepática. Aunque las causas no se conocen, también tienden a potenciar la respuesta antioxidante y el sistema inmunológico de los peces. La inclusión de gusano de la harina favoreció el crecimiento de bacterias probióticas en la microbiota intestinal, lo cual estuvo muy influido por la composición grasa del insecto. Respecto a la calidad del filete de pescado, el cambio más remarcable es el descenso de omega-3 en los mismos, que se puede solventar con diferentes estrategias. También se ha observado un efecto ahorro de omega-3 que ha derivado en una mayor acumulación grasa en hígado y músculo. Los cambios observados en filete no han modificado el perfil organoléptico del mismo. Por último, la etapa de desarrollo de los peces resultó también relevante a la hora de la evaluación de distintas respuestas fisiológicas. Los resultados de esta tesis remarcan el potencial de las harinas de insecto como fuente alternativa de proteína para su uso en dietas para trucha arco iris. Como principales perspectivas de futuro, se propone expandir aquellos puntos que aún quedan como incógnita, tales como descubrir los mecanismos bioquímicos que provocan el estímulo de la respuesta antioxidante y la inmunológica, o aquellos otros en los que no se ha ahondado lo suficiente, como la naturaleza del efecto ahorro de omega-3 en los filetes.

Aquaculture is a food industry with incredible potential due to the high productive indices of fish, their good protein quality, and high levels of essential fatty acids for human consumption. However, this potential comes with costs, such as a high physiological demand for protein. Traditionally, this demand has been met by using fishmeal, an ingredient mostly derived from extractive fishing practices and considered unsustainable. For this reason, both research and industry have been searching for alternative protein sources for many years, such as insect meal. Insects also have good productive indices and protein quality, as well as a good sustainability potential, but they also have their downsides. The best-known disadvantages of insects as fish feed ingredients are probably their high costs and their low concentration of long chain omega-3 polyunsaturated fatty acids, which are transmitted through the diet. Like any other novel ingredient, insect meals require research to better understand their inclusion limits and their impact on fish physiology. This thesis expands what is known about these points with three studies at different developmental stages (juvenile, growth, and finishing) of rainbow trout (Oncorhynchus mykiss), replacing partially the fishmeal in the diet with two whole insect meals: one derived from the black soldier fly (Hermetia illucens) and the other from the yellow mealworm (Tenebrio molitor). In the third study, focused on yellow mealworm as an ingredient, two strategies are employed to compensate the reduction in omega-3: the use of a defatted version of this insect meal and the supplementation of the diet with an experimental omega-3-rich oil. As the main results of the thesis, yellow mealworm shows a slightly higher performance in the target species, related to its higher digestibility and longer intestinal villi height. Insect-based diets have shown higher digestive activity at the intestinal level, and no changes in liver function have been observed. Although the causes are unknown, they also tend to enhance the antioxidant response and immune system of the fish. The inclusion of yellow mealworm favors the growth of probiotic bacteria in the intestinal microbiota, which is greatly influenced by the composition of insect fat. Regarding fish fillet quality, the most remarkable change is the decrease in omega-3 content, which can be addressed with different strategies. It was also observed an omega-3 sparing effect that resulted in greater fat accumulation in the liver and muscle. The changes observed in the fillet have not modified its organoleptic profile. Finally, the developmental stage of the fish was also relevant in the evaluation of different physiological responses. The results of this thesis emphasize the potential of insect meals as an alternative protein source for their use in rainbow trout diets. As the main future perspectives, it is proposed to expand on those points that remain unknown, such as discovering the biochemical mechanisms that cause the enhancement of the antioxidant and immune responses or those others that have not been sufficiently investigated, such as the nature of the omega-3 sparing effect in fillets.