Digestibilidad de la biomasa de microalgas para la alimentación de peces

La biomasa de las microalgas es un potencial ingrediente de los piensos usados en la acuicultura. Varios estudios han informado del éxito en el reemplazo parcial de la harina de pescado, de la harina de soja, y el reemplazo completo del aceite de pescado en las dietas de peces.

Investigadores del Algal Technology Program de la Qatar University publicaron una revisión científica donde discuten sobre la digestibilidad, en la alimentación de peces, de varios nutrientes como proteína, lípidos, carbohidratos, aminoácidos y ácidos grasos, materia seca y energía de varias especies de microalgas.

Asimismo, los autores del estudio discuten como las características intrínsecas de las microalgas, pretratamiento de la biomasa, y los métodos de preparación de alimentos, contribuyen a la digestibilidad de los nutrientes y la energía de las microalgas en los peces.

El estudio concluye con los desafíos y perspectivas del uso de las microalgas como alimentos para los peces en términos de digestibilidad.

Factores que contribuyen a la digestión de las microalgas

Presencia o ausencia de pared celular

Los investigadores destacan que la digestión de las microalgas por los peces es principalmente afectada por la rigidez de la pared celular de la microalga. Las microalgas procariotas (cianobacterias) tienen una pared de peptidoglicano en sus paredes celulares, mientras que las microalgas eucariotas tienen una capa celulósica en sus paredes celulares.

De acuerdo con los estudios, las microalgas con paredes celulares que contienen peptidoglicano son más fáciles de digerir por los peces. En este sentido, las microalgas con paredes gruesas exhiben una digestibilidad deficiente en comparación con las especies con paredes celulares delgadas o que carecen de paredes celulares.

Las microalgas de los géneros Nannochloropsis, Chlorella, Haematococcus, y Desmodesmus tienen paredes celulares gruesas, mientras que especies como Isochrysis galbana, Porphyridium cruentum, y Dunaliella salina carecen de paredes celulares. 

Proteínas que afectan la digestibilidad

La digestibilidad de las microalgas también podría ser afectada por ciertas proteínas que inhiben la actividad de las enzimas digestivas. De hecho, la pobre digestión de Nannochloropsis sp. puede ser atribuida a la alta cantidad del inhibidor tripsina.

Algunos estudios han reportado que algunas microalgas marinas contienen inhibidores de la lipasa, lo que podría afectar la digestibilidad de los lípidos. 

Polisacáridos diferentes al almidón

Los polisacáridos distintos del almidón, que se encuentran típicamente en las paredes celulares, son en su mayoría indigeribles, incluida la celulosa, gomas, pectinas y hemicelulosas. Algunas especies de peces, como la tilapia del Nilo, carecen de enzimas digestivas para romper el enlace beta glucosídico presente en los polisacáridos distintos del almidón.

Estos carbohidratos no digeridos pasan rápidamente a través del tracto digestivo, pero no antes de absorber proteínas, lo que reduce la digestibilidad de las proteínas. 

Debido a la baja cantidad de polisacáridos diferentes al almidón y fibras, la digestibilidad de los nutrientes de Isochrysis sp fue mejor que Nannochloropsis sp. en trucha arcoíris. 

¿Cómo mejorar la digestibilidad de las microalgas?

Las células de microalgas cosechadas del reactor de crecimiento generalmente se secan por aspersión para preservar la calidad de la biomasa. A gran escala, la biomasa de microalgas se seca al sol, en tambor o en horno.

En todo los tipos de secado comentados, la pared celular de las microalgas se mantiene intacta, lo que se relaciona con una digestibilidad. 

Pretratamiento de la biomasa microalgal

La digestibilidad de los nutrientes puede mejorarse mediante el pretratamiento/procesamiento de la biomasa, incluido el molido, la pasteurización, la liofilización, la homogeneización a alta presión, el campo eléctrico de pulso, el ultrasonido, el microondas, el tratamiento químico y enzimático.

Los informes de la literatura científica sugieren que la biomasa procesada de las microalgas mejora la digestibilidad en varias especies de peces.

De acuerdo con los autores del estudio, varias investigaciones reportan que la molienda es eficaz entre los tratamientos previos para mejorar la digestibilidad de las microalgas en los peces. Ellos citan los siguientes ejemplos:

i) En juveniles de tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus), la dieta que contenía Nannochloropsis gaditana molida, tenía la mayor digestibilidad de proteínas, lípidos y energía, en comparación con otras dietas que contenían las mismas algas pero que fueron tratadas con pasteurización, congelamiento o secado-congelamiento.

ii) El tratamiento de Nannochloropsis sp. y Chlorella sp. mediante la molienda mejoró la digestibilidad de la proteína en 3-8%, comparado a los no procesados, en la lubina europea.

iii) Tetraselmis sp. molida mejoró la digestibilidad en 20% comparada a las células no procesadas en la alimentación de la lubina europea.

Proceso de extrusión

El proceso de extrusión es el preferido en la elaboración de piensos, debido a que produce gránulos que podrían reducir la pérdida de pienso y la contaminación del agua. La extrusión implica alta temperatura, alta presión, tiempo de procesamiento prolongado y fuerza de corte.

Durante el proceso de extrusión, las paredes celulares de las microalgas pueden romperse, lo que a su vez aumenta la biodisponibilidad y digestibilidad de los nutrientes. 

Asimismo, la extrusión puede desnaturalizar las enzimas, como por ejemplo los inhibidores de la tripsina, lo que afecta la digestibilidad. 

En un estudio, el alimento extruido que contenía biomasa de Nannochloropsis sp. y Desmodesmus sp. desgrasada, tenía una mayor digestibilidad de las cenizas, la materia seca y las proteínas, que la dieta no extruida. 

Uso de enzimas

La digestibilidad de las microalgas en los piensos puede ser mejorada mediante la adición de enzimas en la dieta o por el procesamiento enzimático de la biomasa microalgal. 

Por ejemplo, las enzimas similares a la proteasa mejoran la digestibilidad de la proteína y degradan los factores antinutricionales, incluidos las lectinas, los inhibidores de la tripsina, y proteínas antigénicas en la dieta. 

La enzima celulasa hidrolizó el 62% de la celulosa de Chlorella pyrenoidosa, lo que resultó en un aumento del 75% en la extracción de lípidos, lo que indica que las enzimas tienen el potencial de mejorar la digestibilidad de las microalgas.

Además de las enzimas, la adición de minerales orgánicos en las dietas que contienen microalgas también mejoraron la digestibilidad de los ácidos grasos, especialmente ácidos grasos poliinsaturados en el salmón del Atlántico.

Digestibilidad de nutrientes

Digestibilidad de la materia seca

La materia seca de las microalgas consiste de lípidos, proteínas, carbohidratos, clorofila, vitaminas, carotenoides y ceniza. El contenido de materia seca varía entre el 91 y 98% en las microalgas.

Algunos resultados citados en el estudio incluyen:

i) La digestibilidad de la materia seca de Schizochytrium sp. en trucha arcoíris (Oncorhynchus mykiss) estuvo en el rango de 91 a 97%.

ii) En tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus), Schizochytrium sp. tenía una digestibilidad de la materia seca del 82%.

iii) Digestibilidad de materia seca superior al 70% en trucha arcoíris para Isochrysis sp., tilapia del Nilo para Spirulina sp., Chlorella sp., Spirulina maxima y Chlorella vulgaris, y bagre africano (Clarus gariepinus) para Spirulina maxima y Chlorella vulgaris.

Digestibilidad de proteínas y aminoácidos

Los peces requieren dietas que contienen de 30 a 55% de proteína cruda y un suministro de aminoácidos focalizado en requerimientos específicos para alcanzar el máximo crecimiento.

La digestibilidad de la proteína de las microalgas en diferentes especies de peces varían de 50 a 94%.

El estudio reporta que la digestibilidad de la proteína para Schizochytrium sp., Isochrysis sp., Spirulina sp., Chlorella vulgaris, Nannochloropsis oceanica, y Nannochloropsis oculata fue mayor al 80% en peces como trucha arcoíris, tilapia del Nilo, lubina europea (Dicentrarchus labrax) y bagre africano.

La digestibilidad de los aminoácidos de N. oceanica y C. vulgaris para lubina europea y C. vulgaris para el salmón del Atlántico fueron superiores al 90%.

Digestibilidad de lípidos y ácidos grasos

El contenido de lípidos de las microalgas varía de 1 a 70% de su materia seca. 

En tilapia del Nilo, la digestibilidad de los lípidos de Schizochytrium sp. fue tan alta como 98%.

Digestibilidades de los lípidos superiores al 80% fue observado en juveniles de lubina europea para Chlorella vulgaris, tilapia del Nilo para Chlorella vulgaris, Schizochytrium sp., Spirulina sp., y Chlorella sp., y bagre africano para Chlorella vulgaris y Spirulina maxima.

Digestibilidad de carbohidratos

La digestibilidad de carbohidratos de las microalgas depende del tipo de carbohidratos presente en las especies de microalgas, contenido de carbohidratos en la biomasa, y las especies de peces.

Los investigadores reportan que la digestibilidad de los carbohidratos de las diferentes especies de microalgas varió de 22 a 83%. La mayor digestibilidad de carbohidratos fue observado para especies como Spirulina maxima y Chlorella vulgaris para tilapia del Nilo.

Digestibilidad de la energía

La digestibilidad de la energía para las especies de microalgas en los peces varió en el rango de 44 a 90%.

Según los autores del estudio, la digestibilidad de la energía superior al 80% fue reportado en trucha arcoíris y tilapia del Nilo para Schizochytrium sp., juveniles de lubina europea para Chlorella vulgaris, juveniles de tilapia del Nilo para Nannochloropsis oculata, Spirulina sp., y Chlorella sp.

Perspectivas del uso de las microalgas en piensos para peces

Debido a que la composición y la estructura de las paredes celulares de las microalgas afectan la digestibilidad. Esto resalta la importancia de la selección de potenciales cepas comerciales que pueden ser fácilmente procesadas para romper la célula mediante métodos convencionales.

Además, se deben explorar las condiciones ambientales y aplicación del estrés que pueden cambiar la composición de las microalgas. De hecho, la escasez de nitrógeno puede conducir a la acumulación de PUFA y almidón, los cuales son fácilmente digeribles por los peces. No obstante, la respuesta bioquímica a la escasez de nitrógeno por las microalgas varía de una especie a otra.

La generación de biomasa de microalgas incluye altos costos de producción, lo cual se debe a la etapa de cosecha que es intensiva en energía. Rutas de biorefinería de microalgas deben ser adoptadas para reducir los costos de producción de las microalgas como ingredientes para los piensos.

El uso de técnicas para romper las células de microalgas puede ser muy útil para mejorar la digestibilidad. 

Conclusiones

Las microalgas son potenciales ingredientes para los piensos acuícolas. No obstante, los piensos basados en microalgas despliegan una amplia variación en la digestibilidad de nutrientes y energía, dependiendo de varios factores.

Spirulina sp., Isochrysis sp., Chlorella vulgaris, y Schizochytrium sp. son algunas de las microalgas que muestran muy altos valores de digestibilidad para la alimentación de los peces.

El estudio fue financiado por la Qatar National Research Fund.

Referencia (acceso abierto):
Annamalai, Senthil N., Probir Das, Mahmoud I.A. Thaher, Mohammad Abdul Quadir, Shoyeb Khan, Chandan Mahata, and Hareb Al Jabri. 2021. “Nutrients and Energy Digestibility of Microalgal Biomass for Fish Feed Applications” Sustainability 13, no. 23: 13211. https://doi.org/10.3390/su132313211

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