Una mirada a las enzimas proteasas en la dieta de los crustáceos

Es esencial comprender mejor los suplementos de enzimas en los alimentos acuáticos.

La composición de la enzima y su interacción con el medio ambiente y la dieta pueden afectar significativamente la digestibilidad y la respuesta inmune de los camarones.

La digestión, un proceso fisiológico complejo, depende de la activación molecular y el reconocimiento de los alimentos y la hidrólisis en condiciones específicas. El proceso involucra enzimas digestivas para descomponer macromoléculas poliméricas en bloques de construcción más pequeños que facilitan la absorción de nutrientes.

En el caso de los crustáceos, la producción de enzimas gastrointestinales está influenciada por la etapa de vida, la edad, el punto de fusión, el ciclo diario, la composición del alimento y las condiciones ambientales. De estas enzimas, las proteasas son las más importantes, responsables de la hidrólisis de las proteínas de la dieta y su descomposición en péptidos más pequeños y aminoácidos libres. La actividad de la proteasa en el tracto gastrointestinal de un animal es causada por la alimentación y generalmente está influenciada por las características genéticas, la edad, la etapa de la vida y el entorno cultural del individuo.

Efectos del medio ambiente y la dieta sobre las enzimas digestivas.

Los camarones contienen alrededor de 14 tipos diferentes de enzimas proteolíticas gastrointestinales con diferentes temperaturas y optimizaciones de pH.

El medio ambiente, las dietas y sus interacciones parecen afectar la producción de enzimas en todos los animales. Las diferencias específicas de cada especie en el rango óptimo de pH y temperatura de las enzimas proteolíticas en los animales acuáticos pueden deberse a diferencias en sus hábitats, alimentos y características genotípicas y fenotípicas. Por ejemplo, el rango de pH óptimo para los crustáceos está entre 7,0 y 8,0 para las enzimas similares a la tripsina y entre 7,5 y 8,0 para los camarones de São Paulo (Farfantepenaeus paulensis) para las enzimas similares a la quimotripsina. Mientras que en el cangrejo marino (Cancer pagurus) está entre 8.0 y 10.0.

Las diferencias en la actividad proteolítica pueden ser significativas para los camarones cultivados en un ambiente cultivado, donde la cantidad y calidad de los alimentos naturales varían ampliamente. Por ejemplo, Moss et al. (2001) informaron una actividad de serina proteasa significativamente mayor (71648 unidades frente a 30200 unidades / mg de proteína soluble), colagenasa (653 unidades frente a 312 unidades / mg de proteína soluble) y fosfatasa ácida (189 unidades frente a 83 unidades) en el agua del estanque. camarones blancos de mar y agua. Una mayor actividad enzimática en los camarones en el agua del estanque indica la presencia de alimentos naturales en el sistema. Curiosamente, entre las enzimas digestivas, solo la actividad de la quitinasa fue mayor en los camarones cultivados en agua pura, lo que indica que los animales se alimentan de conchas descongeladas ricas en quitina.

Proteasa dietética, la solución en la mano

El alto costo y la disponibilidad limitada de harina de pescado y otras fuentes de proteínas equilibradas en muchas áreas a menudo obligan a los productores de alimentos acuáticos a depender de alternativas baratas pero poco digeribles. Al mismo tiempo, existe una presión creciente sobre la reducción de los costos ambientales y económicos, lo que impone a los fabricantes de piensos la obligación seria de mejorar la digestibilidad de los nutrientes en los piensos acuáticos y, al mismo tiempo, reducir los costes de producción.

Mejor digestibilidad de los nutrientes.

Davis y col. (1998) probaron la digestibilidad aparente de la materia seca (ADCDM) y la proteína cruda (ADCCP) en alimentos de camarón blanco del Pacífico (Litopenaeus vannamei) con niveles de proteasa agregados (0, 0.2 o 0.4 por ciento) informaron que ADC CP (74.3 por ciento) en los camarones alimentados con una dieta de proteasa al 0,4 por ciento fue mayor que en los animales alimentados con un grupo de control (65,3 por ciento) u otras dietas. En otro estudio, estos autores informaron un crecimiento deficiente (aumento de peso, eficiencia alimenticia y relación de eficiencia proteica) en dietas alimentadas con camarones con proteasa.

Mejor rendimiento y respuesta rápida

Recientemente, Li et al. (2015) informaron un aumento de peso significativo (288 por ciento) y conversión alimenticia (1,29) con la dieta baja en harina de pescado del camarón blanco del Pacífico (38 por ciento de PC, 22 por ciento de harina de pescado) suplementada con 175 mg / kg de proteasa multicomponente comercial (Jefo Nutrition Inc. , Canadá) en comparación con animales alimentados con la misma dieta sin suplementos (275 por ciento y 1,42 por ciento, respectivamente). Los autores sugirieron el posible uso de proteasa en los alimentos acuáticos para reducir o reemplazar las costosas fuentes de proteínas con ingredientes poco digeribles y más baratos sin afectar el rendimiento de los animales cultivados (Tabla 1).

Chowdhury, Tabla 1

Parámetros Control positivo (PC) 40% CP, 25% FM Control negativo (NC) 38% CP, 22,5% FMNC + 175 mg / kg de proteasa 38% CP, 22,5% FM

FBW, g 12,9 +/- 0,6b 11,5 +/- 0,5a 12,4 +/- 0,2b
FCR 1,14 +/- 0,05a 1,28 +/- 0,05b 1,16 +/- 0,04a
HP_PROT, tejido U / g 3665 +/- 203b 3257 +/- 192a 3788 +/- 167b
IN_PROT, tejido U / g 520 +/- 57b 499 +/- 30a 527 +/- 37b

Peso corporal final (FBW), índice de conversión alimenticia (FCR) y actividad de proteasa gastrointestinal en el hepatopáncreas (HP_PROT) y el intestino (IN_PROT) en la dieta de camarón blanco del Pacífico con una dieta alta y baja en harina de pescado (FM) con proteasa agregada a la baja FM dieta [from Li et al. (2015)].

Song y col. (2016) también informaron un aumento de peso y FCR significativamente mejores que los camarones en la dieta de harina de pescado baja en suplementos de proteasa (LFM, 10 por ciento) en comparación con la misma dieta sin suplementos. También informaron niveles de fenol oxidasa en suero significativamente más altos y niveles más bajos de malondealdehído en suero tanto en camarones alimentados con proteasa como en suero y hepatopáncreas. Los autores también realizaron una prueba de infección de la enfermedad con una cepa patógena de Vibrio parahaemolyticus y notificaron una reducción lineal en la mortalidad acumulada por proteasa con dietas de 0, 125, 150 y 175 ppm alimentadas con proteasa durante 96 horas (Tabla 2).

Chowdhury, Tabla 2

Parámetros Control positivo (PC) 20% FM Control negativo (NC)
10% FMNC + 125 mg / kg de proteasa NC + 150 mg / kg de proteasa NC + 175 mg / kg de proteasa

FBW, g 12,3 +/- 0,3 d 11,0 +/- 0,3a 11,3 +/- 0,3ab 11,7 +/- 0,5 ac 12,0 +/- 0,5 cd
Tripsina, U mg-1 PROT 4927 +/- 21e 2106 +/- 59a 3419 +/- 192b 4048 +/- 137c 4576 +/- 141d
PO_S, U mL-1 672 +/- 11bc 525 +/- 14a 605 +/- 55b 691 +/- 4c 890 +/- 63d
MDA_S, nmol / ml 12 +/- 1,1b 16 +/- 0,2 d 14 +/- 0,1 días 13 +/- 0.6c 9 +/- 0,2a
PO_HP, U / ml 1028 +/- 13c 701 +/- 30a 739 +/- 52a 833 +/- 11b 1032 +/- 35c
CMR_96h 0,31 +/- 0,09a 0,54 +/- 0,04b 0,46 +/- 0,05b 0,40 +/- 0,04ab 0,32 +/- 0,06a

Peso corporal final (FBW), actividad de tripsina endógena, actividad de fenol oxidasa sérica (PO_S) y hepatopáncreas (PO_P), actividad de dealdehído de malonio sérico (MDA_S) y mortalidad acumulada de 96 horas (CMR_96h) Los glóbulos blancos del Pacífico se alimentan de una gran cantidad de harina de pescado ( FM) y una dieta baja en FM con niveles de proteasa añadidos (0, 125, 150 y 175 mg / kg) [from Song et al. (2016)].

Perspectivas

Los ingredientes, las dietas, la edad, el tamaño, el punto de fusión y el entorno de cultivo (p. Ej., PH, temperatura y niveles de oxígeno disuelto) pueden afectar significativamente la producción de enzimas gastrointestinales en cánceres y otros animales. La naturaleza compleja de la dieta y el medio ambiente y sus implicaciones para la producción de enzimas digestivas exigen una mejor comprensión de estas enzimas. En el camarón se conocen alrededor de 14 tipos diferentes de enzimas proteolíticas gastrointestinales con diferentes temperaturas y niveles óptimos de pH. La composición de estas enzimas y su interacción con el medio ambiente y la dieta pueden afectar significativamente la digestibilidad y la respuesta inmune de los camarones.

Los ingredientes, las dietas, la edad, el tamaño, el punto de fusión y el entorno de cultivo (p. Ej., PH, temperatura y niveles de oxígeno disuelto) pueden afectar significativamente la producción de enzimas gastrointestinales en camarones, otros crustáceos y animales.

Las enzimas alimentarias son la principal alternativa para mejorar la calidad de los piensos y una mejor digestibilidad de los nutrientes y reducir los residuos orgánicos. Además, la adición de enzimas puede mejorar la salud intestinal, compensar las enzimas gastrointestinales si es necesario y mejorar la respuesta inmunológica.

Sin embargo, una gran cantidad de partes interesadas siguen siendo escépticas sobre la estabilidad térmica, las interacciones con otras enzimas, la seguridad de las dosis recomendadas y el conocimiento insuficiente de los sustratos adecuados para las enzimas. Nuestra mala comprensión de los sustratos adecuados a menudo da como resultado el uso innecesario o incorrecto de algunas enzimas bajo varias marcas de complejos multienzimáticos, donde se combinan proteasas, carbohidrasas, fitasas y, a veces, incluso lipasas.

Es importante comprender que cada enzima en particular ataca típicamente sitios activos específicos en una molécula compleja. Por ejemplo, una enzima que contiene una única enzima proteasa puede ser adecuada solo para sustratos o ingredientes específicos. Por otro lado, una enzima que contiene múltiples actividades de proteasa puede ser adecuada para múltiples sustratos y reaccionar positivamente con una variedad de materiales de partida. Debido a la crisis de las materias primas de calidad ubicuas, la comprensión de la industria sobre el uso de enzimas alimentarias es importante, no solo para los camarones sino también en general.

Se necesitan más investigaciones para comprender los efectos de las diferentes proteasas en los alimentos sobre la calidad de las proteínas en los piensos, su interacción con diferentes ingredientes, la salud intestinal y el uso de nutrientes. El uso apropiado de las proteasas alimentarias disponibles en el mercado también ha sido un problema debido a la estabilidad térmica y el temor a la destrucción durante la producción. Algunas de las mejores enzimas resistentes al calor están disponibles en forma de polvo seco, se pueden agregar fácilmente al mezclador durante la preparación de una alimentación acuosa y pueden realizar la mayoría de sus actividades intactas. Otras enzimas están recubiertas o disponibles en forma líquida para uso posgranular, lo que requiere costosas herramientas mecánicas.

También necesitamos comprender mejor las ventajas y desventajas de los diferentes métodos de aplicación al elegir una enzima. Hay varias ventajas de poder aplicar las enzimas directamente al mezclador. Además de su fácil manejo, la proteasa puede alterar la calidad de las proteínas de los alimentos durante la cocción o el acondicionamiento, lo que resulta en alimentos acuáticos de mejor calidad. Y un recubrimiento parcial podría proporcionar una mejor solución para mejorar la estabilidad térmica.

Dado que el costo y la disponibilidad de fuentes de proteínas de alta calidad es un desafío cada vez mayor, el uso de prótesis alimentarias puede proporcionar una mejor solución para la sostenibilidad de la industria de la acuicultura. Sin embargo, todavía estamos en la infancia para comprender la complejidad del mundo de las proteasas. Por lo tanto, se recomienda encarecidamente un enfoque renovado y centrado en nuestra agenda de investigación para aprovechar al máximo el potencial de las enzimas proteasas.

Todas las referencias están disponibles del autor.

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