Los minerales traza (u oligoelementos) presentes en la dieta se deben suministrar en cantidades adecuadas para garantizar el crecimiento óptimo y la salud de las especies acuáticas de cultivo. La importancia de la biodisponibilidad de los minerales traza es cada vez más importante a medida que las prácticas acuícolas se intensifican en todo el mundo. Por otra parte, la composición de la mayoría de los alimentos acuícolas comerciales ha estado cambiando y existe un lógico aumento de proteínas vegetales en la dieta. Como resultado de ello, la bio-disponibilidad de los minerales traza se ven afectada negativamente por la presencia de un factor antagonista como el ácido fítico en las proteínas vegetales.
A pesar de que nuestro conocimiento en nutrición de peces ha avanzado de manera significativa, la información sobre los requerimientos de minerales traza es aún limitado y fragmentado. Considerando que, el tema de la sostenibilidad ha puesto una nueva dimensión en la formulación de los piensos acuícolas con una amplia gama de nuevos ingredientes y aditivos, por otro lado, la importancia de los nutrientes básicos como los minerales traza se encuentra aún es limitada.
A pesar de que, nuestro conocimiento en nutrición de peces ha avanzado de manera significativa, la información sobre la traza de minerales requisito es aún limitada y fragmentaria. Considerando que, el tema de la sostenibilidad ha puesto una nueva dimensión en la formulación de los piensos acuícolas con una amplia gama de nuevos ingredientes y aditivos, por otro lado, la importancia de los nutrientes básicos como minerales traza se encuentra todavía en línea de banda.
Importantes inversiones y esfuerzos científicos integrados están garantizados; ellos tienen como objetivo disminuir la brecha de conocimientos y mejorar aún más nuestro entendimiento sobre el papel de los minerales traza en la nutrición de peces, la salud y su menor impacto en el medio ambiente.
Visión General
La importancia de la suplementación de minerales traza en las formulaciones de piensos acuícolas ha tenido gran aceptación, ya que algunos de los minerales traza provenientes del medio acuático y del mismo alimento, no pueden suministrar el nivel óptimo requerido por las especies acuáticas de cultivo.
La indecisión de los investigadores en determinar las necesidades de minerales traza, ha sido en parte debido a la dificultad de llevar a cabo investigaciones relacionadas con la nutrición mineral. Los problemas asociados con la cuantificación de las necesidades de minerales incluyen la identificación de la posible contribución de los minerales del agua, la lixiviación de los minerales de la dieta antes de su consumo, la disponibilidad de dietas de prueba adecuadas que contengan una baja concentración del minerales específicos y biodisponibilidad limitada. (NRC, 2011).
Los minerales traza incluyendo el cobre, el manganeso, el hierro, el zinc, el selenio, el cromo, el yodo y el flúor participan en una variedad de procesos metabólicos. Algunos de los procesos bioquímicos vitales, que implican minerales, son la formación de estructuras esqueléticas y otros tejidos duros (por ejemplo, aleta, dientes y exoesqueleto), la transferencia electrónica y la regulación de ácido: el equilibrio, la producción de los potenciales de membrana y la osmoregulación.
En el sentido estricto, excepto la osmorregulación, el resto de las funciones metabólicas básicas de los diversos elementos son las mismas para los animales acuáticos y terrestres. Los minerales traza o micro-minerales son componentes importantes de las hormonas y enzimas que sirven como cofactores y / o activadores de una variedad de enzimas y participan en una amplia variedad de procesos bioquímicos (NRC, 2011). Sólo algunas pruebas científicas, incluyendo a Davis & Gatlin (1996) y NRC 2011 resumen un estimado de las necesidades de minerales en unas pocas especies acuícolas de importancia comercial.
Sin embargo, las necesidades de minerales traza en muchas otras especies acuícolas son aún desconocidas y las formulaciones de alimentos siguen la estimación general. La Tabla 1 resume la función y los síntomas de deficiencia común de los minerales traza en la acuicultura. Los síntomas de deficiencia dependen del grado y duración de la desaprecación de ciertos minerales traza en algunas especies bajo ciertas condiciones ambientales.
Estrictamente no se puede definir el nivel sub-óptimo de los minerales traza para una especie acuícola aplicable para todo tipo de ambiente de cultivo. El la acuicultura aún no se ha investigado el nivel de requerimiento y los síntomas de deficiencia de los minerales traza bajo condiciones ambientales apropiadas y estresantes.
En este punto, hay que aprovechar lo que se conoce hoy día y tratar de mejorar aún más nuestros conocimientos sobre la importancia de los minerales traza en la nutrición de peces, la salud y el medio ambiente.
Bajo requerimiento
A pesar de que los minerales traza suelen ser necesarios en cantidades mucho menores en la dieta de peces, su suplementación a nivel óptimo es un tema crítico en la formulaciones de piensos acuícolas. Los informes científicos obtenidos durante las últimas dos décadas indican que pocos minerales traza son sensibles, por lo que se debe tener un especial cuidado y asegurar su inclusión al nivel óptimo en las formulaciones de piensos acuícolas. Por ejemplo, el selenio (Se) es un micronutriente esencial para los animales y es necesario para el crecimiento y desarrollo normal.
Sin embargo, las altas concentraciones de selenio en la dieta de un animal puede dar lugar a efectos tóxicos. El selenio es similar al azufre con respecto a sus propiedades químicas y físicas básicas (poseen los mismos estados de valencia, forma, y análogos que el sulfuro de hidrógeno, el tiosulfato, el sulfito y el sulfato) y los estudios ammalian muestran que las células no discriminan bien entre los dos elementos ya que las proteínas se sintetizan (se supone que las características mecánicas que destacan la toxicidad son esencialmente las mismas para los peces, debido a que la patología resultante y las características teratogénicos son las mismas).
Cuando está presente en cantidades excesivas, el selenio es sustituido erróneamente por el azufre, lo que da lugar a la formación de un enlace triselenio (Se-Se-Se) o un enlace selenio-trisulfuro (S-Se-S). Cualquier configuración evita la formación de los enlaces de disulfuro necesarios (SS). El resultado está distorsionado; las enzimas disfuncionales y moléculas de proteínas, que alteran la bioquímica celular normal (Ganther 1974; Stadtman 1974; Diplock y Hoekstra, 1976; Reddy y Massaro 1983; Sunde 1984).
En consecuencia, la población se ha preocupado y algunas entidades gubernamentales, incluyendo a la República de Corea, establecieron un límite máximo de selenio en los alimentos acuícolas, con el objetivo de prevenir una intoxicación tanto en los peces de cultivo como de los consumidores.
Estudios consecutivos llevados a cabo en mi laboratorio, investigaron el requisito y nivel de toxicidad del Selenio en la dieta de especies de poca importancia comercial (Kim et al, 2003;.. Lee et al, 2008;. Lee et al, 2010;… Arshad et al. , 2010).
En base a los resultados experimentales, se concluyó que un nivel dietético de Se por encima de los 7.38mg Se/kg es probable que sea tóxico con una alimentación a largo plazo; por otro lado, un nivel de Se en la dieta de 4.13mg Se/kg puede causar efectos tóxicos en los juveniles de Rodaballo. Mientras que el rendimiento general de nuestro ensayo preliminar mostró que un nivel de Se en la dieta de 0.21mg NaSeO3/kg es el óptimo para el crecimiento y un nivel de 12.3mg Na2 SeO3/kg podía ser tóxicos para juveniles de Besugo.
Del mismo modo, otros estudios reportaron el nivel de toxicidad del Se en diferentes especies acuícolas. Las observaciones generales en nuestros experimentos en diferentes especies y teniendo en cuenta otros informes, muestran que el requerimiento y nivel de toxicidad del Se es en especies puntuales, y por ende, se deben tomar recaudos para evitar sus efectos adversos.
Además, algunos otros minerales traza como el cobre (Cu), muestran un nivel de toxicidad, lo cual también ha sido documentado por otros autores. Por lo tanto, los minerales traza en la dieta deben ser suplementados de manera prudente, teniendo en cuenta el equilibrio entre la ingestión, la digestión y la absorción de minerales traza.
Gestión de salud de los peces
El concepto de mantenimiento de la salud de los peces a través de la mejor nutrición posible, es muy aceptado en el cultivo de peces moderno. La evidencia científica recopilada durante los últimos 30 años indica que los nutrientes de la dieta, así como los aditivos podrían estimular las enfermedades (Kiron, 2014).
En consecuencia, la última década ha sido testigo de la gran atención que se le presta al desarrollo de inmuno-estimulantes, probióticos, prebióticos y simbióticos seguros y rentables. Es importante señalar que el «pienso funcional” se ha definido como el alimento que puede suministrar el nutriente más allá de los requisitos básicos de una especie de cultivo. Las dietas nutricionales bien balanceadas y debidamente procesadas, son de primordial importancia en la acuicultura intensiva, donde los peces se crían, por lo general, en un ambiente estresante.
La deficiencia de nutrientes, fundamentalmente de vitaminas y micro minerales, podría ser una razón suficiente para desencadenar la epidemia de una enfermedad en una operación acuícola. Los minerales traza, al ser parte integral de varias metaloenzimas, tienen significativamente mayores impactos sobre la gestión preventiva de la salud y el éxito de una empresa acuícola.
Por ejemplo, Lim et al., (2001a) atribuyó que los desequilibrios del Hierro (Fe) podrían comprometer el sistema inmune y la resistencia de los peces a las enfermedades. Los efectos del zinc en la respuesta inmune y la resistencia a las enfermedades en los peces también fue objeto de estudio por parte del mismo autor Lim et al. (2001b)..
Las observaciones reportadas incluyen una mayor quimiotaxis de macrófagos, una menor capacidad fagocítica menor, una mejora o resistencia atenuada a las enfermedades y un efecto reducido o insignificante en la producción de anticuerpos.
El selenio es otro elemento traza importante para los peces, ya que es un constituyente de las selenoproteínas y tiene funciones estructurales y enzimáticas similares a la glutatión peroxidasa (enzima antioxidante). Este mineral modula las funciones inmunes, como la inflamación y el desarrollo de virulencia (Rayman, 2000; Kiron, 2012)
En el bagre de canal se observó que la selenio levadura y la seleniometionina, como fuentes de Se, aumentaban los títulos de anticuerpos correspondientes a sus concentraciones en la dieta (Wang et al., 1997). Además, el Se es una parte integral de la enzima glutatión peroxidasa (GSH-Px), y tiene algunas funciones bioquímicas complementarias con la vitamina E (Gatlin et. Al., 1986a). La GSH-Px es parte del sistema de defensa celular contra el daño oxidativo, junto con las vitaminas antioxidantes como las vitaminas C y E. Hilton (1989) mencionaba que estos nutrientes no actúan de forma independiente y se interrelacionan con otros nutrientes en términos de función y metabolismo.
Unos pocos estudios sobre las interacciones de estas vitaminas en los peces han sido investigadas en la trucha arco iris, Salmo gairdneri (Richardson) (Hung y Slinger 1980) y bagres de canal, Ictalurus punctatus (Rafinesque) (Gatlin et. al., 2003, 1986b).
La función sinérgica de la vitamina E y el Se en los tejidos animales forman un importante sistema de defensa antioxidante. Se han reportado interacciones del Se y la vitamina E en el bagre de canal (Gatlin III et al 1986a;… Wise, et al, 1993), el salmón del Atlántico, Salmo salar L. (.. Poston et al, 1976), la trucha arco iris (Bell et. al., 1985) y el salmón real, Oncorhynchus tshawytscha (Thorarinsson et. al., 1994).
Además, la alta administración de suplementos dietéticos de vitaminas C y / o E y Se mostró efectos positivos en el crecimiento y la respuesta inmune en la trucha de arroyo, Salvelinus fontinalis (Mitchill) (Poston y Livingston1969), el bagre de canal (Durve y Lovell1982; Li & Lovell 1985 ; Li et al, 1993), el salmón del Atlántico (Salte et al, 1988;…… Hardie et al, 1990) y la trucha arco iris (Navarra y Halver 1989).
En un estudio llevado a cabo en mi laboratorio para estudiar los efectos sinérgicos de la vitamina C, E y el selenio, se determinó que la suplementación dietética de vitamina C y E sobre los valores requeridos, tuvo efectos positivos en el crecimiento, pero no hubo efectos sinérgicos de la vitamina C, E y elSe, sobre los niveles mínimos de exigencia en el crecimiento y la resistencia a enfermedades de los alevines de tilapia del Nilo.
Las evidencias científicas sugieren que las investigaciones para explorar las oportunidades de utilización de los minerales en la dieta, encaminadas a la gestión preventiva de la salud acuícola están garantizadas.
Proteínas vegetales en los alimentos acuícolas y biodisponibilidad de los minerales traza
Las formulaciones de alimentos para los animales acuáticos de cultivo han dependido históricamente de la harina de pescado para proporcionar una parte importante de sus necesidades nutricionales. Sin embargo, los problemas económicos y de sostenibilidad han ejercido una presión considerable en cuanto a la reducción de la harina de pescado en los alimentos acuícolas.
Numerosos estudios científicos realizados en los últimos tres decenios han investigado la eficacia de diferentes proteínas vegetales como alternativa a la harina de pescado. En consecuencia, se ha producido un cambio masivo hacia el uso de proteínas vegetales en la formulación de los piensos acuícolas. Las proteínas vegetales contienen una amplia gama de antinutrientes, y entre ellos la presencia de factores antagonistas como el ácido fítico, el cual se reconoce como la principal barrera que obstaculiza la biodisponibilidad de los minerales traza. El ácido fítico (mio-inositol 1,2,3,4,5,6 – hexakisfosfato) es el principal compuesto de almacenamiento de fósforo (P), el cual abunda en las semillas de plantas y puede representar hasta el 80 % del fósforo total.
El ácido fítico se enlaza con los minerales traza catiónicos divalentes, haciendo que estén indisponibles para el animal, por lo que se desechan al medio ambiente como residuos (Cheryan, 1980; Davis y Gatlin, 1996; Davis et al, 1993;. Li y Robinson, 1997).
La limitada biodisponibilidad y la potencial deficiencia de los minerales traza en la dieta, representan una gran preocupación, ya que la adecuada cantidad de minerales traza asegura el óptimo crecimiento y la salud de las especies de cultivo.
Se recomienda un enfoque ideal para mejorar la biodisponibilidad de los minerales traza, y no es más que la inclusión de fitasa microbiana en la dieta de los peces. La fitasa es una enzima conocida químicamente como myo-inositol hexafosfato fosfohidrolasas -(Clase 3: Hidrolasas), producidas tanto por microorganismos o presente en algunos de los ingredientes vegetales.
Los animales monogástricos no pueden producir esta enzima. La presencia de fitasa en algunos animales es de origen microbiano. La fitasa microbiana está disponible comercialmente como polvo seco o en forma líquida (Baruah. et. Al., 2004).
Sin embargo, se ha reportado que la fitasa microbiana posee una eficacia limitada debido al bajo Ph en el intestino de pez, además de su alto costo. Por otra parte, el deterioro de la actividad de la fitasa a altas temperaturas en el procesamiento de alimentos acuícolas, especialmente en el caso de la extrusión, son factores adicionales, que al unirse, limitan el uso de fitasa en la formulación de alimentos acuícolas.
Otro enfoque para aumentar la bio-disponibilidad de los minerales traza se destaca en el NRC (2011), “a medida que la industria de alimentos acuícola aumenta el uso de ingredientes vegetales, la necesidad de suplementación mineral debe aumentar.”
La contaminación del medio ambiente debido a la alta tasa de excreción mineral por antagonismos minerales a mayores niveles de inclusión en la dieta, ha sido un problema común en la cría de ganado. Esta sigue siendo un área de investigación importante para la comunidad científica, ya que permitirá comprender de manera clara el destino final de los minerales traza a un mayor nivel de inclusión en la dieta acuícola.
Formas de minerales traza y fuentes: Tema candente
La forma inorgánica (sulfato / nitrato) de los minerales se ha utilizado tradicionalmente en la formulación de piensos acuícolas. Sin embargo, la limitada biodisponibilidad de fuentes inorgánicas de minerales traza, debido a su mayor afinidad a los antinutrientes, ha acelerado la búsqueda de la forma alternativa de minerales traza inorgánicos.
Como resultado, las comunidades científicas han intentado desarrollar formas más estables y biodisponibles de minerales traza, adecuados para la acuicultura. Por ejemplo, se ha reportado que el cloruro de cobre tribásico (TBCC) es la forma más concentrada de cobre, incluso superior a la del sulfato de cobre (58% vs 25% de Cu).
Debido a que tiene una baja higroscopicidad y es insoluble en agua neutra, debe ser una forma menos reactiva y destructiva de cobre cuando se combina con las vitaminas de la dieta (Cromwell et al., 1998). Shao et. . al, (2010) sugirió que el TBCC podría ser una nueva fuente de cobre dietético ya que posee una mayor biodisponibilidad que el sulfato de cobre para especies como el carpín.
Sin embargo, la información de apoyo es escasa y se necesita investigar más para justificar la biodisponibilidad del TBCC en la acuicultura. En la última década, la investigación comenzó a arrojar algunos resultados sobre el beneficio del uso de los minerales traza en forma orgánica / quelatado en la acuicultura.
Típicamente, los minerales traza orgánicos son más estables en el tracto digestivo y menos propenso a interacciones y antagonismos, ya que están a moléculas orgánicas y menos disponible para la interacción y la unión. Algunos de los minerales traza orgánicos comúnmente disponibles son proteinatos metálicos, complejos de aminoácidos metálicos y quelatos de aminoácidos metálicos.
Estudios anteriores demostraron una biodisponibilidad mejorada, crecimiento y resistencia a enfermedades en peces alimentados con proteinatos metálicos (proteína de zinc) y complejos de aminoácidos metálicos (metionina de zinc) en comparación con los peces alimentados con fuentes inorgánicas (Hardy y Shearer, 1985; Paripatananont y Lovell, 1995a, b, 1997).
Los quelatos de glicina de minerales traza han demostrado mejorar el rendimiento, la retención de minerales de tejido, los parámetros hematológicos, la función inmune y la resistencia a enfermedades en la trucha arco iris (Apines et al, 2003;.. Apines-Amar et al, 2004a, b; Satoh et . al, 2001) y en el besugo (Sarker et al., 2005), a pesar de la presencia de los antagonistas de la dieta, como el ácido fítico o el fosfato tricálcico (Bharadwaz et. al., 2014).
La Tabla 3 resume algunos informes científicos sobre la eficacia de los minerales quelados en la acuicultura. Sin embargo, la comparación cruzada entre estos informes sobre los minerales traza puede ser engañosa.
Las especies de peces, el tamaño del pez, la composición de la dieta y otras condiciones experimentales varían entre los diferentes experimentos. Además, una diferencia fundamental entre los diferentes experimentos que comparan los minerales traza quelados y los minerales inorgánicos, es el equilibrio de ligando en todas las dietas experimentales, detalle que ha sido pasado por alto por varios grupos de investigación.
Dado que el ligando podría ser una fuente adicional de nutrientes en los minerales traza quelados, los investigadores deben darle una mayor importancia al equilibro del ligando en el tratamiento inorgánico, con el objetivo de evitar la diferencia en los resultados debido al ligando
Los informes científicos disponibles, particularmente publicados en la última década, evidenciaron que hay un aumento significativo en la eficiencia de los minerales quelados en la acuicultura. Sin embargo, cada fabricante reclama que su producto es el mejor, por lo que hacer una elección correcta es a menudo un desafío. Recientemente, los estudios consecutivos en mi laboratorio investigaron la eficacia de los minerales quelados, los cuales consistían en una gama de minerales quelados divalentes catiónicos a dos moléculas de HMTBA (ácido 2-hidroxi-4-metil-tio-butanóico o análogo hidroxilado de metionina- Mintrex ™ -, Novus International, St. Louis, EE.UU.) la cual contaba con una configuración extremadamente estable. La estabilidad de estas moléculas hace minerales quelados menos disponible a la unión con el ácido fítico y a la interferencia de otros antagonistas de la dieta.
Estas moléculas se encuentran en el epitelio del intestino, donde se absorben en la circulación del animal (Eide, 2004; Wang y Zhou, 2010; Yi et al, 2007.). El rendimiento global observado en nuestros experimentos avaló el beneficio potencial del uso de minerales traza quelatados, Mintrex Cu en peces marinos como el Rodaballo o el Esturión blanco de agua dulce (Mousheni et. Al., 2011). La premezcla Mintrex Cu, Zn, Mn y Fe se utilizó en la especie marina pez roca (Katya et. al., 2014) y la premezcla Mintrex Cu, Zn y Mn en el camarón marino, camarón blanco del Pacífico (sin publicar).
Es digno de notar que, los minerales quelados y sus premezclas también se deben suplementar en el nivel óptimo, ya que el alto nivel de inclusión también puede ser tóxico. La Tabla. 4. Muestra los efectos tóxicos de la premezcla mineral quelada observados en el Rodaballo (Mohseni et. Al., 2012).
La tendencia general muestra que los minerales quelados y las premezclas poseen un gran potencial como alternativa segura y efectiva a las fuentes tradicionales inorgánicas de minerales traza en la acuicultura. A pesar de los beneficios potenciales, el alto costo de los minerales traza quelados se reconoce como el principal factor que limita su uso en la industria de alimentos acuícolas
Por lo tanto, la inclusión complementaria de quelados con minerales traza inorgánicos podría ser el paso lógico para fomentar la inclusión de una fuente alternativa de minerales dietéticos en la formulación de los piensos acuícolas
Conclusión
La importancia de los minerales traza en la dieta debe recibir el debido reconocimiento para lograr una correcta sostenibilidad de la acuicultura. El verdadero valor de cualquier alimento para peces de alta calidad es inexistente, si el requisito básico de nutrientes se ha visto comprometido en la formulación del alimento.
Tenemos que tener una clara comprensión de los requerimientos de minerales traza específicos para cada especie acuícola. A medida que la formulación de los piensos acuícolas se ha ido desplazando hacia la inclusión de proteína vegetal en sustitución de la harina de pescado, debemos enfocarnos en revisar el nivel de inclusión de, así como la eficacia de la nueva perspectiva para asegurar la biodisponibilidad de los minerales traza.
En este punto, debemos apreciar los conocimientos de hoy y tratar de seguir mejorando nuestro conocimiento sobre la importancia de los minerales traza en la nutrición y la salud de los peces.
Autor: Sungchul Charles Bai, Profesor y Director del Departamento de Materiales Bio Marinos y Acuicultura, perteneciente al Centro de Investigaciones Nutricionales de Piensos y Alimentos de la Universidad Nacional de Pukyong Nam-gu, Busan, Corea
