Производство омега-3 ненасыщенных жирных кислот. Обогащение тиляпии через использование в рационе водорослевой муки и рыбьего жира. Улучшение питательной ценности филе и потрохов.

Тиляпия является полезной пищей для людей, потому что содержит сравнительно мало жира, богата белком и минеральными веществами.

Это второй по популярности пресноводный вид культивирования. Обычно филе составляет 30-40% тела рыбы, а 60-70% приходится на потроха. Зачастую это приводит к более низкой прибыльности филе тиляпии по сравнению с другими видами рыб. Однако у производителей имеются возможности улучшить питательную ценность (т.е. полезные жиры) филе тиляпии и потрохов, посредством манипуляций с кормом и, следовательно, получать продукт с более высокой добавленной стоимостью.

Положительные свойства полезных жиров, омега-3 (n-3) жирных кислот, для здоровья человека включает профилактику сердечнососудистых заболеваний, улучшение остроты зрения и умственных способностей. По этой причине, Американская Ассоциация кардиологов (AHA) рекомендует потреблять 113 граммов в неделю жирных видов рыб с высоким содержанием омега-3 жирных кислот (т.е. лосось). Омега-3 жирные кислоты включают, среди прочих, альфа-линоленовую кислоты (ALA 18:3 n-3), эйкозапентаеновую кислоту (EPA 20:5 n-3), докозагексаеновую кислоту (DPA 22:5 n-3). Но не все n-3 жирные кислоты одинаково полезны для человека. Вследствие низкой эффективности перевода ALA в более длинноцепочечные n-3 жирные кислоты (<10%), ALA сравнительно мало полезна для человека.

Между тем, длинноцепочечные полиненасыщенные жирные кислоты (LC-PUFAs), EPA, DPA, DHA, значительно более полезны для здоровья и развития человека. С другой стороны, рацион с высоким содержанием n-6 жиров (высокое соотношение n-6:n-3 в рационе) ведет к ухудшению здоровья человека, воспалительным процессам, астме, ухудшению функции почек.

Рыбий жир (FO) и микроводоросли являются потенциальными добавками для обогащения LC-PUFAs в организме канального сома, Атлантического лосося, морского леща. В основном, попытки обогащения LC-PUFAs в филе тиляпии с использованием растительных жиров оказались безуспешными. Рацион с добавлением семян льна значимо повышает уровень ALA и LC-PUFAs (p<0.05) в печени, но не значимо в филе тиляпии. В свою очередь, микроводоросли имеют меньше волокон и больше жира. Недавно, микроводоросль (Schizochytrium sp.) успешно использовали в рационе рыб для улучшения продуктивности и профиля жирных кислот молоди тиляпии (средняя масса 25 граммов). Все озвученные выше исследования направлены на увеличение содержания n-3 жирных кислот в филе рыб, не других тканях (т.е. не во внутренних органах).

В настоящей работе оценено влияние добавок рыбьего жира и водорослевой муки в рационе на соотношение n-6:n-3 в филе и внутренних органах рыб. Рассматривали филе, реберное мясо, печень, брыжеечный жир товарной рыбы массой более 500 граммов.

Материалы и методы

Молодь тиляпии (Oreochromis niloticus), массой по 11 граммов, в течение 4 недель проходила акклиматизацию до достижения 160 граммов, а затем участвовала в экспериментах. Рыбу содержали в рециркуляционной системе в помещении (RAS), в 14 полиэтиленовых бассейнах диаметром 1 метр (250 литров каждый). Система включала механический фильтр с шариками наполнителем, биореактор с псевдоожиженным слоем для биофильтрации, аппарат УФ-дезинфекции, теплообменники и диффузоры для аэрации.

В работе использовали рыбий жир – Virginia Prime Gold 1 (Omega Protein,Хьюстон, Техас, США) и муку из водоросли Shizochytrium sp. (Alltech, Николасвиль, Кентукки, США). Профиль жирных кислот обоих продуктов представлен в таблице 1. Так как, в отличие от жира, водоросли были в виде муки, приведен их примерный состав. Примерный состав водорослевой муки включал 18.8, 3.70, 3.67 и 24.9% белка, влажности, золы, углеводов, соответственно. Все экспериментальные рационы готовили исходя из равенства калорий и азота. Состав экспериментальных гранулированных кормов приведен в таблице 2. Независимой переменной в данном эксперименте являлся состав липидов в 7 рационах. Зависимыми переменными выступали выживаемость, рост, биометрические данные, показатель эффективности, кормовой коэффициент перевода (FCR) и питательное соответствие жирных кислот.

У всех рационов определяли примерную питательную ценность (таблица 3) и профиль незаменимых аминокислот (таблица 4). Анализ проводили в частной лаборатории Midwest (Омаха,Небраска, США). Профиль жирных кислот каждого рациона представлен в таблице 5. Режим кормления для всех экспериментальных групп рассчитывали как процент от массы тела в день. Мониторинг потребления корма позволил определить комовой коэффициент перевода (FCR). Еженедельно группы тиляпий взвешивали для расчета внесения корма. Нормы кормления составляли 4.0, 3.75, 3.25, 3.25, 2.375, 2.0 и 1.85% от массы тела в день (%BW/d) на 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 неделях, соответственно. Корм хранили в холодильнике при температуре 0-3.5°C. Вносили эквивалентное количество корма для всех испытуемых групп, исходя из массы тела особей. Порции загружали на ленточный 24-часовой комораздатчик, который в течение 18 часов каждый час кормил рыб.

Прирост филейной части, гепатосоматический индекс (HSI), висцеросоматический индекс (VSI) и индекс брыжеечного жира (MFI) определяли делением филейной/мышечной массы, массы печени, общей висцеральной части и брыжеечного/висцерального жира на общую массу рыбы, соответственно.

Образцы филейной части и реберного мяса собирали на четвертой и восьмой неделях, а печени и брыжеечного жира на восьмой неделе. Реберное мясо в данной работе включали мышцы булавочных костей и брюшные мышцы, расположенные вентрально к филе. Образцы тканей собирали от каждой экспериментальной группы, по два образца из каждого бассейна. Каждый из двух образцов содержал объединенные ткани от двух особей одной испытуемой группы. Пробы помещали в вакуумые упаковки с метанолом (10 мл) для деактивации ферментов, а затем быстро замораживали в ванной изопропанола и сухого льда. Образцы хранили при -80°C до анализа.

Экстракция жиров проверена по методике Bligh и Dyer, а метиловые эфиры готовили и анализировали по методике Ackman и AOCS. AOCS метод Ce-1b-89 использовали с QP-2020 Ultra газовым хроматомасс-спектрометром (GC-MS) (Shimadzu Corp., Киото, Япония) для определения профиля жирных кислот в каждом образце. Сначала проводили метилирование жирных кислот по методике AOCS, после чего следовал анализ в GC-MS. Метиловые эфиры жирных кислот идентифицировали на основе масс спектра и значений ECL, которые рассчитывали по Ackman. Так как DHA, DPA и EPA наиболее полезны для человека, они объединены и определялись как «полезные n-3 жирные кислоты» или LC-PUFAs.

Результаты

Средние значения качества воды в RAS в течение периода экспериментов: температура 25.4°C, pH 7.79, растворенный кислород 5.45 мг/л; щелочность 199 мг/л; NH4+ — 0.35 мг/л; NO2- — 0.06 мг/л; NO3- — 11.8 мг/л. Эти условия оптимальные для культуры тиляпии. Питательные профили кислот сохранялись неизменными для всех экспериментальных рационов (таблица 3 и 5). Кроме того, отсутствовали значимые различия состава жиров в различных тканях рыб, питающихся различными рационами. Показатели рыб и биометрические показатели отражены в таблице 6. Отсутствовали значимые различия выживаемости, роста, FCR или любых биометрических показателей рыб, питающихся различными экспериментальными кормами.

Данные профиля жирных кислот филе и реберного мяса на четвертой неделе представлены в таблице 7. Значимые различия (p<0.05) отмечены для ALA, DHA, n-6, n-3 и LC-PUFAs в филе и реберного мяса. Наилучший рацион с включением рыбьего жира, FO 5%, проводил к увеличению n-3 и LC-PUFAs на 41% и 76%, соответственно, по сравнению с контрольной группой. При этом снижалось n-6 и соотношение n-6:n-3 на 36% и 55%, соответственно. С точки зрения улучшения профиля жирных кислот, наилучший корм включал водорослевую муку 8.77%. Он приводил к возрастанию n-3 и LC-PUFAs на 96% и 163% по сравнению с контрольной группой, соответственно. Кроме того, n-6 и соотношение n-6:n-3 снижалось на 37% и 67%. Аналогичным образом изменялся профиль жирных кислот для реберного мяса. Основные различия состава филе и реберного мяса на 4-ой неделе заключалось в том, что реберное мясо содержало в два раза больше сырого жира.

На восьмой неделе, содержание полезных жиров значительно увеличилось в кормах с рыбьим жиров и водорослевой мукой (таблица 8). Значимые различия (p<0.05) отмечены для ALA, DHA, DPA, n-6, соотношения n-6:n-3 и LC-PUFAs в филе и реберном мясе рыб, питающихся различными кормами. Наилучший рацион для рыб включал рыбий жир – FO 5%. Он обуславливал возрастание n-3 и LC-PUFAs на 165% и 232% в филе и реберном мясе по сравнению с контролем. Кроме того, n-6 и соотношение n-6:n-3 возрастали на 2% и 62%. Наилучший рацион с водорослевой мукой 8.77% приводит к возрастанию n-3 и LC-PUFAs на 189% и 298% в филе по сравнению с контролем. При этом снижались n-6 и соотношение n-6:n-3 на 28% и 75%, соответственно. Аналогичные результаты отмечены для реберного мяса. Реберное мясо содержало на 87% больше сырого жира по сравнению с филе на 8-ой неделе.

С 4-ой до 8-ой недели в филейном мясе значимо возрастало содержание сырого жира с 1.85% до 2.64% (p<0.05). Аналогично, содержание сырого жира значимо возрастало в реберном мясе с 3.92% до 4.93% (p<0.01). Тенденции возрастания полезных жиров аналогичны. Результаты анализа печени и брыжеечного жира представлены в таблице 9. Профили жирных кислот в печени одинаковые, не смотря на рацион питания. Брыжеечный жир одинаков в контрольной группе и рыбе, питающейся рационом с рыбьим жиром. Усвоение рыбьего жира не коррелировал положительно или отрицательно с уровнем рыбьего жира в рационе. Однако профиль жирных кислот брыжеечного жира коррелировал с количеством водорослевой муки в рационе.

Обсуждение

Рыба демонстрировала великолепный рост и качественные показатели в течение 8 недель выращивания. Выживаемость варьировала 98-100%, что указывает на здоровье рыб. Кроме того, средняя скорость роста рыб в данной работе была хорошей 45.4±1.0 г в неделю.

В попытке повышения уровня n-3 в филе тиляпии предприняты многочисленные попытки. Добавление масла из семян льна, богатого альфа-линоленовой кислотой (18:3 n-3), умеренно повышает концентрацию ALA в филе тиляпии. Однако этот метод не влиял на содержание LC-PUFAs в предварительном исследовании. Тиляпия имеет ограниченную способность удлинять ненасыщенные (18:3 n-3 и 18:3 n-6) кислоты в длинноцепочечные полиненасыщенные жирные кислоты (20:4 n-6; 20:5 n-3; 22:5 n-3; 22:6 n-3). Неспособность синтезировать длинноцепочечные полиненасыщенные жирные кислоты также характерна для людей. В результате, тиляпия, богатая 18:3 n-3, имеет низкую питательную ценность для человека. Другие растительные жиры, пальмовое масло и подсолнечное масло, имеют мало полезных n-3 кислот.

С точки зрения здоровья рыб, хорошим заменителем рыбьего жира и муки в рационе тиляпии является мука из водорослей Schizochytrium sp.. Watters и Rosner определили, что Schizochytrium sp. и рыбий жир могут увеличить содержание n-3 жирных кислот в филе тиляпии за период в 6 месяцев. С другой стороны, в этой работе возрастание n-3 кислот в тиляпии достигалось за четыре недели. Кроме того, Sarker et al. продемонстрировали, что Schizochytrium sp. в рационе улучшает рост и профиль жирных кислот у молоди тиляпии. Они также показали возрастание уровня n-3 в филе тиляпии за короткий период культивирования (вплоть до массы особей 25 граммов). В данной работе тиляпия вырастала до товарного размера, и все ткани кроме филе имели улучшенный питательный профиль.

В дикой природе, состав жирных кислот у тиляпии варьирует в зависимости от географического расположения и сезона. Однако в контролируемых условиях RAS, на метаболизм жирных кислот влияют другие факторы, включая частоту кормления, голодание, температуру воды. Все эти факторы влияют на пути использования тиляпией комовых жирных кислот и белков в качестве источника энергии. Более холодная вода обуславливает более эффективную трансформацию насыщенных жирных кислот в мононенасыщенные и полиненасыщенные жирные кислоты. Вероятно, это связано с необходимостью сохранять клеточные мембраны в текучем состоянии при низких температурах, и полиненасыщенные жирные кислоты обеспечивают эту текучесть. Так как тиляпий содержали при температуре 29°C, этот фактор не ингибировал процесс образования двойных связей и удлинение насыщенных жирных кислот до моно- и полиненасыщенных жирных кислот. В ранних работах, голодание приводило к потреблению жирных кислот из печени в качестве источника энергии, но не из мышечной ткани. Так как рыба в данной работе не голодала перед сбором образцов, печень имела много жира (таблица 9). У тиляпии жир запасается скорее в печени, чем мышцах, с точки зрения процентного распределения. Результаты работы подтверждают, что на любом рационе доля жира в печени больше, чем в филе.

Полезные n-3 жирные кислоты линейно возрастали с увеличением процента водорослевой муки к 4-ой недели (y=8.8525x+63.657 и R2=0.9946, таблица 7). Аналогичная тенденция отмечена на 8-ой недели с линейным уравнением y=14.973x+78.091 и R2=0.9885, таблица 8. Это говорит о том, что содержание водорослевой муки в корме положительно коррелирует с уровнем полезных n-3 кислот в филе. Кроме того, тиляпия при питании рационом с возрастающей долей водорослевой муки не расходуют LC-PUFAs, а запасает их. Это связано с высоким содержанием белка в корме, 35.5-37.3%. Качество и чистота белка в RAS системе обычно выше, чем при прудовом выращивании рыбы, потому что в пруду рыба получает дополнительный белок из окружающей среды. Так как рационы питания имеют энергетическую ценность гораздо выше, чем питательные потребности рыб, значительная доля энергии полиненасыщенных жирных кислот, включая LC-PUFAs, откладывается в виде жира.

Будущие исследования должны рассматривать экономическую целесообразность использования водорослевой муки для обогащения филе тиляпии n-3 кислотами. Они могут утверждать практическую альтернативу рыбьему жиру в качестве метода модификации n-3 состава филе тиляпии. Новые технологии культивирования Schizochytrium sp. приведут к быстрому, устойчивому, экономически выгодному производству богатых DHA микроводорослей. Кроме того, если наблюдаемая тенденция линейного возрастания полезных n-3 кислот в филе сохранится при концентрациях водорослевой муки более 8.77%, появится возможность создавать корма с очень высокой концентрацией этой муки (10% в рационе).

Заключение

Все экспериментальные рационы пригодны для обогащения филе тиляпии полезными n-3 кислотами. Тиляпия в работе показала способность удлинять и конденсировать короткие цепи полиненасыщенных жирных кислот в длинноцепочечные полиненасыщенные жирные кислоты. Непрерывное кормление, оптимальная температура воды, высокое содержание белка и n-3 кислот в рационе обуславливало быстрый рост рыб и богатое n-3 кислотами филе. Кроме того, из тиляпии, питающейся экспериментальными кормами, можно получить богатые n-3 субпродукты, реберное мясо, печень и брыжеечный жир.

—-

Tyler R. Stonebam et al. Production of omega-3 enriched tilapia through the dietary use of algae meal or fish oil: improved nutrient value of fillet and offal. Aquaculture Magazine, vol 44, Num 6, December 2018 January 2019