par le professeur Simon J Davies, Rédacteur en aquaculture internationale, Professeur émérite, Université Harper Adams.
&Derek Balk et Melissa Jolly-Breithaupt, Ressources de Flint Hills, Etats-Unis
La production de truite arc-en-ciel contribue de manière significative à l'industrie mondiale des salmonidés et est une espèce emblématique de grande valeur et d'acceptabilité. Il est élevé de manière extensive dans de nombreuses régions tempérées du monde comme aux États-Unis, Canada, Norvège, Danemark, et au Royaume-Uni et dans la plupart des régions d'Europe et des régions d'Amérique latine comme le Mexique et, Chili ainsi que dans certaines parties de l'Australie.
Le marché mondial de la truite arc-en-ciel a été estimé à 3 $ US. 524,08 millions en 2018 et devrait atteindre 4 $ US, 998,19 millions d'ici 2025, à un TCAC de 5,14 % au cours de la période 2018 à 2025 avec une production dépassant largement le million de tonnes.
La truite arc-en-ciel est un poisson carnivore et nécessite des régimes contenant un niveau élevé de protéines et d'énergie sous forme d'huiles (généralement 45 et 25 pour cent) dans les aliments commerciaux. Par conséquent, la production d'aliments aquacoles doit continuer à se développer afin de répondre à la demande. Les formulations d'aliments pour salmonidés reposent traditionnellement sur la farine de poisson pour fournir la majeure partie des protéines alimentaires. Bien que l'utilisation totale de farine de poisson dans les aliments aquacoles ait augmenté chaque année jusqu'en 2007-08, le pourcentage de farine de poisson dans les formulations alimentaires a diminué pour la plupart des espèces de 35 à 50 pour cent (Tacon et Metian, 2008). Ingrédients alimentaires alternatifs tels que le tourteau de soja, concentré de protéines de soja, farine de canola, concentré de protéines de canola, repas de gluten de maïs, farine de graines de coton, pois, et la farine de gluten de blé ont été étudiées pour remplacer la farine de poisson et réduire le coût de la production de poisson (Gatlin et al, 2007).
Notamment, de nombreux ingrédients protéiques d'origine végétale contiennent des anti-nutriments tels que l'acide phytique et des inhibiteurs de protéase qui interfèrent avec l'assimilation des nutriments. Les régimes à base de protéines végétales peuvent également contenir des niveaux inférieurs d'acides aminés limitants tels que la méthionine, lysine et thréonine que les régimes à base de farine de poisson. Cependant, compléter les EAA limitants avec des sources cristallines peut restaurer les taux de croissance chez les poissons, dans une certaine mesure (Cheng et al, 2003). Les consommateurs d'aujourd'hui ont soulevé de sérieuses préoccupations éthiques concernant la durabilité du tourteau de soja, principalement motivée par la question de la déforestation.
De 2000 à 2020, l'industrie américaine de la bioraffinerie est passée de 56 à 209 installations de fermentation à grande échelle pour la production d'alcool également connu sous le nom d'éthanol à partir de différentes céréales. La production d'éthanol par mouture à sec a donné 3,3 milliards de livres d'huile de distillerie de maïs et 29,4 millions de tonnes métriques de drêches de distillerie séchées en 2020 (Renewable Fuels Association, 2020).
Parmi tous les produits DDG de différentes céréales, le maïs DDGS est prédominant. Le maïs DDGS est produit dans des usines d'éthanol en utilisant une méthode de broyage à sec (Overland et al, 2013). Le DDGS conventionnel contient un niveau modéré de protéines brutes (24 à 32 pour cent) par rapport aux produits à base de farine de poisson et de protéines de soja et contient moins de phosphore que la farine de poisson (Gatlin et al, 2007).
L'utilisation du DDGS a été étudiée dans le régime alimentaire de nombreuses espèces aquacoles, y compris la truite arc-en-ciel (Cheng et al., 2003 ; Cheng et Hardy, 2004 ; Barnes et al, 2012). Aussi, les régimes contenant 10 ou 20 pour cent de DDGS semblaient réduire la croissance de la truite arc-en-ciel même avec une supplémentation en acides aminés essentiels et en phytase en raison de la teneur élevée en fibres (Barnes et al, 2012a).
Dans une autre étude, Le DDGS a été inclus dans les régimes alimentaires de la truite arc-en-ciel jusqu'à 22,5 pour cent sans affecter la croissance lorsque la lysine et la méthionine ont été complétées (Cheng et Hardy, 2004). Stone et al (2005) ont déclaré que si la teneur en protéines brutes pouvait être augmentée et les fibres non digestibles diminuées, le niveau d'inclusion des DDGS peut être augmenté dans les aliments pour poissons. Ceci peut être réalisé en fractionnant et en éliminant les fractions non fermentescibles avant ou après la production d'éthanol. Fractionnement pré-fermentaire créant un DDG riche en protéines (HPDDG, 42 et 45 pour cent de protéines brutes) a été évalué chez la truite arc-en-ciel avec des résultats contrastés (Barnes et al, 2012 ; Overland et al, 2013).
Le résultat de la séparation mécanique post-fermentaire
Protéine fermentée NexPro, un produit de Flint Hills Resources basé aux États-Unis, est le résultat de la séparation mécanique post-fermentation du produit DDG à l'aide d'une technologie brevetée appelée Maximized Stillage Co-Products. Le fractionnement du produit après la fermentation permet au processus de fermentation d'aider à la séparation et d'affaiblir la structure de la paroi cellulaire des fractions fibreuses et la concentration de levure Saccharomyces cerevisae inactive, qui est utilisé pour la production d'alcool.
NexPro® a une protéine brute supérieure (~50 contre ~28 pour cent), des niveaux de fibres brutes inférieurs et une composition nutritionnelle améliorée par rapport aux DDGS traditionnels. Par conséquent, (NexPro®) concurrencera probablement le concentré de protéines de soja, concentré de protéine de maïs, farine de gluten de maïs et levure de bière comme ingrédient dans les formulations d'aliments pour poissons.
Cette étude a évalué NexPro® en tant que source de protéines durable dans les aliments pour la truite arc-en-ciel en remplaçant le concentré de protéines de soja (SPC) dans une série équilibrée de régimes alimentaires, y compris d'autres ingrédients et de la farine de poisson. Les paramètres choisis de l'étude comprennent les performances de croissance, efficacité alimentaire, digestibilité et rétention des nutriments, ce dernier est important du point de vue de la réduction des pertes de nutriments des exploitations piscicoles qui ont un impact environnemental (comme le phosphore et l'azote).
Flint Hills Resources a fourni la protéine fermentée de maïs NexPro® au Bozeman Fish Technology Center (BFTC), Bozeman, Montana, pour la production expérimentale d'aliments pour animaux comme décrit ci-dessous. D'abord, l'essai de digestibilité puis l'essai de croissance ont été menés par l'Aquaculture Research Institute de l'Université de l'Idaho, en particulier la station expérimentale de pisciculture Hagerman (HFCES) à Hagerman, Idaho. Le produit a été analysé au HFCES pour la composition en éléments nutritifs.
Composition et application du régime
Aliments expérimentaux :La digestibilité apparente des éléments nutritifs in vivo de NexPro® a été déterminée en nourrissant des groupes séparés de truites arc-en-ciel subadultes avec un régime contenant le produit à 30 pour cent. Un régime de référence (lot de 10 kg) contenant des ingrédients pratiques et 0,1% de marqueur inerte non digestible (oxyde d'yttrium) a été préparé au HFCES. Des régimes d'essai contenant 30 pour cent de NexPro® et 70 pour cent de purée de régime de référence sur une base de matière sèche ont été préparés. Les deux régimes ont été granulés à froid avec un moulin à granulés californien équipé d'une filière de quatre millimètres. Les pastilles ont été séchées dans un séchoir à air pulsé à 35 °C pendant 48 heures. Des échantillons de chaque régime ont été prélevés pour une composition immédiate et des analyses minérales, y compris l'analyse de l'yttrium.
Entretien et régime d'alimentation des poissons :Des truites arc-en-ciel du stock de géniteurs de la HFCES (souche House Creek) ont été utilisées pour l'étude. Vingt-cinq poissons (~250 g) ont été stockés dans quatre réservoirs de 145 L, alimentés chacun par 12 L min-1 d'eau de source à température constante (15 °C) alimentée par gravité au laboratoire piscicole.
Chacun des régimes de référence et d'essai a été assigné au hasard à deux réservoirs de poissons. Les poissons ont été nourris avec leur régime respectif deux fois par jour, de 8 h 30 à 9 h 00 et de 15 h 30 à 16 h 00 jusqu'à satiété apparente pendant une semaine. Aux jours 4 et 8, les poissons de chaque bassin ont été légèrement anesthésiés à l'aide de tricaïne - méthanesulfonate (MS-222, 100 mg L-1, tamponné à pH 7,0), retiré de l'eau pendant 30 à 60 secondes, et excréments doucement expulsés en exerçant une légère pression sur l'abdomen près de l'évent, un processus appelé « dénudage ».
Aliments expérimentaux :Tous les aliments expérimentaux pour l'essai de croissance ont été formulés avec un logiciel de formulation d'aliments (WinFeed 2.8, Cambridge, UK) après que les données sur la digestibilité des nutriments aient été disponibles pour NexPro®.
Un régime témoin plus cinq aliments expérimentaux ont été formulés pour contenir 40 pour cent de protéines digestibles et 17,2 MJ/kg d'énergie digestible, trois pour cent de lysine et ~0,8 pour cent de phosphore digestible (en l'état).
Les aliments ont été formulés comme suit :
Régime 1 :Contrôle – niveau standard de farine de poisson dans les aliments commerciaux pour truites :Régimes 2 à 5 (remplacement progressif de 25 à 100 pour cent de la SCP par NexPro®); Régime 6 :25 % de remplacement du SPC par de la levure de bière séchée (BY) sur une base de protéines brutes.
Tous les régimes satisfaisaient ou dépassaient les exigences minimales en nutriments de la truite arc-en-ciel (NRC, 2011). La levure de bière séchée (Saccharomyces cerevisiae) a également été testée en remplaçant 25 pour cent de SPC sur une base de protéines brutes afin de la comparer avec le contrôle et le régime avec NexPro® remplaçant 25 pour cent de SPC sur une base de protéines brutes. Les régimes ont été produits par granulation par extrusion similaire à la technologie de production commerciale d'aliments pour poissons. La composition nutritionnelle des produits testés est présentée dans le tableau 1. La teneur en protéines brutes du NexPro® (50,87 pour cent) était plus élevée que celle du DDGS (28,36 pour cent) alors que la matière grasse brute était plus faible dans le NexPro® (4 %) que dans le DDGS (11,6 %). Le contenu énergétique était plus élevé dans le DDGS que dans le NexPro®.
La composition approximative et le contenu énergétique des régimes utilisés dans l'essai de croissance sont présentés dans le tableau 4, tandis que la composition minérale des régimes alimentaires est présentée sur la base de l'alimentation dans le tableau 5.
Poisson et alimentation :alevins de truite arc-en-ciel, éclos à partir d'œufs achetés auprès d'une source commerciale (TroutLodge, Sumner, WA) ont été utilisés dans l'étude. Trente poissons (poids moyen initial :15,6 g) ont été ensemencés dans chacun des 18, Réservoirs de 145 L. Chaque bassin a été alimenté par 10 à 12 L/min d'eau de source à température constante (15 °C) alimentée par gravité au laboratoire d'élevage de poissons.
Dans une conception complètement aléatoire, chacun des six régimes expérimentaux a été assigné au hasard à des réservoirs en triple dans le système de laboratoire pour tenir compte de tout effet de position du réservoir. Chaque régime a été distribué à la main dans des réservoirs de poissons respectifs jusqu'à satiété apparente, trois fois par jour et six jours par semaine pendant 12 semaines. La photopériode a été maintenue constante à 14 h de lumière :10 h d'obscurité.
Composition immédiate (humidité, protéine, graisse et cendres) d'aliments pour animaux, Des échantillons de poissons et de matières fécales du corps entier ont été déterminés à l'aide des procédures de l'AOAC (2002).
Calculs des coefficients de digestibilité apparente des régimes alimentaires
Coefficients de digestibilité apparente (ADC), pour les régimes et NexPro®, pour la matière sèche, matière organique, protéine, lipide, énergie et minéraux, (y compris le phosphore), ont été calculés à l'aide de la formule décrite par Bureau et al. (2002) :Utilisation des données de poids vif et de consommation d'aliments, et indices calculés comme par Hardy et Barrows (2002)
Analyse statistique des données :les données ont été testées pour la normalité et l'homogénéité de la variance avant l'analyse unidirectionnelle de la variance (ANOVA). Si nécessaire, les données ont été transformées pour obtenir une distribution normale et soumises au test HSD de Tukey pour séparer les moyennes à un niveau de signification de P<0,05. En cas de variance non homogène, L'ANOVA de Welch a été réalisée. Si des différences significatives sont trouvées, le test de Tukey, qui correspondait au test Games-Howell, a été menée pour séparer les moyens. En cas de distribution non normale, le test de Kruskal-Wallis non paramétrique a été réalisé. Tous les tests statistiques ont été réalisés avec le logiciel SAS 9.3.
Les taux de conversion alimentaire étaient très bons
Dans l'essai de digestibilité, la composition nutritionnelle du régime de référence utilisé pour l'essai de digestibilité est présentée dans le tableau 2. Le régime contenait 44,7 % de protéines brutes et 17,8 % de matières grasses brutes qui sont typiques des régimes utilisés pour un essai de croissance dans notre laboratoire. Les coefficients de digestibilité apparente des éléments nutritifs pour les DDGS chez la truite arc-en-ciel sont présentés dans le tableau 3. Même si la digestibilité de la matière sèche (50,5 pour cent) était plus faible, la digestibilité des protéines brutes était très bonne (86,4 pour cent). L'ADC pour l'énergie était légèrement faible (59,6%). Minéraux en particulier Mg, P, K, Cu et Zn étaient hautement digestibles.
Dans l'essai de croissance, les juvéniles de truite arc-en-ciel ont été nourris avec des régimes contenant des niveaux gradués de NexPro® (NXP) et un seul niveau de levure de bière pendant 12 semaines. Les poissons acceptaient volontiers les régimes expérimentaux. Globalement, les poissons étaient robustes, sans anomalies ni déformations. Les indices de croissance et d'utilisation alimentaire des poissons sont présentés dans le tableau 6.
Le poids final moyen des poissons était significativement différent entre les groupes alimentaires (P<0,05). Les poissons nourris avec le régime 75NXP (240 g) avaient un poids final significativement plus élevé que celui nourri avec le régime BY (217 g). Cependant, il n'y avait pas de différence significative de poids final parmi les poissons nourris avec les régimes NexPro®.
Le gain de poids était le plus élevé chez les poissons nourris au régime 75NXP (224 g/poisson) que chez les poissons nourris au régime BY (202 g/poisson) et ils étaient significativement différents. Il n'y avait pas de différences significatives dans le pourcentage de gain de poids, taux de croissance spécifique, indice de croissance journalier, survie, consommation d'aliments pour poissons ou FCR parmi les groupes de traitement diététique après 12 semaines d'alimentation (P>0,05).
Le gain de poids moyen en pourcentage était le plus élevé dans le 75NXP (1421) et le plus bas dans le BY (1296). Le taux de croissance spécifique variait de 3,14 pour cent/jour (BY) à 3,24 pour cent/jour (75NXP). La survie était élevée dans tous les groupes de traitement diététique (93,3 à 100 %) à la fin des 12 semaines. La consommation alimentaire par poisson variait de 179 g (BY) à 209 g (100NXP) tandis que la consommation alimentaire quotidienne variait de 1,83 % du poids corporel/jour (75NXP et BY) à 2,02 % du poids corporel/jour (100NXP).
Les taux de conversion alimentaire étaient très bons pour tous les aliments (0,87 à 0,97). Le rapport d'efficacité protéique était significativement plus faible chez les poissons nourris avec le régime 100NXP (2,20) que chez les poissons nourris avec d'autres régimes (2,33 à 2,39). Les facteurs de condition des poissons étaient élevés dans tous les régimes (1,55 à 1,63) et n'étaient pas significativement différents entre les traitements diététiques.
La composition immédiate du corps entier et la composition minérale des poissons nourris avec les régimes expérimentaux sont présentées dans le tableau 7. Cela ne variait pas de manière significative entre les traitements diététiques (P> 0,05). Le phosphore variait de 0,365 pour cent (75NXP) à 0,40 pour cent (contrôle) et diminuait à mesure que le niveau de HP 330 augmentait dans les régimes. Le niveau de fer dans l'ensemble du corps variait de 14,5 ppm à 18,3 ppm. Le niveau de zinc variait de 21,3 ppm (25NXP) à 31,0 ppm (100NXP).
La rétention des nutriments chez les juvéniles de truite arc-en-ciel nourris avec les régimes expérimentaux pendant 12 semaines est présentée dans le tableau 8. Il n'y avait pas de différence significative entre les groupes alimentaires pour la rétention des graisses et des protéines (P>0,05). La rétention de graisse variait de 71,62 pour cent (100NXP) à 82,3 pour cent (contrôle).
La rétention de protéines chez la truite arc-en-ciel variait de 37,8 % (100NXP) à 40,8 % (50NXP). La rétention d'énergie était significativement plus élevée dans les groupes Contrôle (45,3 %) et 75NXP (46 %) que dans le groupe 100NXP (40,8 %). Les valeurs de rétention pour le calcium (18,6 à 23,1 pour cent) et le phosphore (26,4 à 29,8 pour cent) n'étaient pas significativement différentes entre les traitements diététiques (P> 0,05).
Un excellent candidat comme source de protéines dans l'alimentation des poissons
Protéine de maïs fermentée, étant une combinaison de protéines de maïs récupérées et de levure épuisée, est riche en protéines et offre un meilleur profil d'acides aminés que la farine de gluten de maïs traditionnelle, surtout la lysine. NexPro® a une teneur en glucides et en fibres brutes inférieure à celle des DDGS. De plus, niveaux de minéraux tels que le phosphore, le fer et le zinc sont sensiblement plus élevés dans NexPro® que dans DDGS. NexPro® est également différent du drêche de distillerie séché à haute teneur en protéines en ce qu'il est produit après la production d'éthanol, tandis que le HPDDG est produit via un fractionnement avant la production d'éthanol. NexPro a une teneur en protéines brutes plus élevée (50 contre 45 pour cent) que le HPDDG, mais a des niveaux de lysine légèrement inférieurs (1,93 et 2,1 pour cent) et des niveaux de méthionine similaires (0,83 et 0,89 pour cent). Toutes ces caractéristiques favorables de NexPro® en font un excellent candidat comme source de protéines dans l'alimentation des poissons.
Les valeurs d'ADC obtenues étaient similaires ou supérieures aux valeurs obtenues par Cheng et Hardy (2004) pour différentes catégories proches de DDGS et ont été utilisées pour la formulation des régimes utilisés pour l'essai de croissance plus tard. La présente étude a évalué NexPro® en remplacement du concentré de protéines de soja dans les régimes alimentaires de la truite arc-en-ciel tandis que les niveaux de farine de poisson, d'autres protéines animales, et le tourteau de soja ont été maintenus constants pour éviter tout effet de confusion des niveaux variables d'autres sources de protéines.
Les poissons ont bien grandi avec de faibles FCR (0,87 à 0,97) similaires à ce que nous observons généralement avec de bons régimes commerciaux utilisés dans notre laboratoire. Même s'il existait des différences significatives de poids final ou de gain de poids par poisson entre les traitements diététiques, le pourcentage de gain de poids ou les taux de croissance spécifiques n'étaient pas significativement différents. Aussi, il n'y avait aucune différence entre le contrôle et les régimes contenant NexPro® en termes de performance de croissance. Des résultats similaires ont également été obtenus par Cheng et Hardy (2004), lorsque 22,5 pour cent de DDGS ont été inclus dans les régimes alimentaires de la truite arc-en-ciel avec une supplémentation en lysine et en méthionine et ont remplacé 75 pour cent de la farine de poisson.
This study also corroborates with the findings of Overland et al (2013) who successfully replaced a mixture of plant proteins such as SPC, sunflower meal and rapeseed meal with 22.5 and 45 an excellent candidate as a protein source in fish feed high protein dried distiller's grain (HPDDG) in the diets of 143 g rainbow trout.
In their study, just like in the present study, fishmeal level was constant across the diets (~21 percent). In another study with 34 g rainbow trout, similar results were obtained when 10% or 20% HPDDG was included by replacing fishmeal in the diets (30-40 percent fishmeal) but supplementing essential amino acids including lysine and methionine (Barnes et al, 2012).
Rainbow trout fed the highest level of NexPro (24 percent, 100NXP) tended to consume more feed even though not significantly more than the control group. As the level of NexPro® increased (0-24 percent) in the diet, feed intake appeared to increase marginally indicating no palatability issue associated with tested levels of NexPro®. Cependant, protein efficiency ratio (weight gain per unit protein consumed) of fish was significantly lower in the 100NXP group than the other dietary groups.
Protein retention was numerically lower and energy retention was significantly lower in the 100NXP group than in the control group. The results suggested that when fish were fed the highest level of NexPro® (24%), they tended to eat more but not utilise the nutrients as efficiently as the control group. This is in contrast to the findings of Overland et al. (2013) who observed no differences in feed intake with 22.5 or 45 percent HPDDG in the diets of rainbow trout.
Aussi, they did not see significant differences in protein or energy retention among the dietary treatments despite a decrease in protein digestibility and an increase in energy digestibility. En général, protein and phosphorus retention were higher across the treatments in that study than in the present study due to lower dietary crude protein and phosphorus levels in the earlier study. Dans cette étude, HPDDG replaced a mixture of SPC, sunflower meal and rapeseed meal whereas NexPro® replaced only SPC in the present study. Soy protein concentrate is a highly digestible protein (90-95 percent crude protein digestibility).
Even though NexPro® replaced SPC in terms of digestible protein incrementally in the diets in the present investigation, the values used were actually of DDGS in the absence of digestibility values for NexPro®. Corn co-products' quality and nutrient profile vary widely due to the grain source and processing methods employed (Liu, 2011; Welker et al, 2014) but NexPro® has consistently uniform quality control and specifications.
Brewers' yeast in the diet (6.9 percent) reduced the weight but not the growth rate of fish as compared to control diet. It might have slightly reduced the palatability of the diet causing marginally lower feed intake that was not apparent during feeding of fish.
En résumé, NexPro® corn fermented protein can effectively replace SPC up to 100 percent in a rainbow trout diet without significantly affecting growth performance or feed efficiency.
An inclusion at 18 to 24 percent in the diet in the presence of other good quality protein sources was deemed to be optimal under the trial conditions. NexPro® is a viable solution for mitigating the 'protein gap' in advanced trout feeds for a sustainable trout industry. The relative prices of NexPro® and SPC and effects of NexPro® on feed conversion ratio will likely dictate decisions by feed formulators as to appropriate levels of SPC and/or NexPro® in rainbow trout diet formulations.
