par Roberto Acosta, Yoav Rosen et, Ra'ananAriav, Phibro Aqua, Société de santé animale Phibro, Equateur et Phibro Aqua, Société de santé animale Phibro, Israël
La production de fruits de mer n'a cessé d'augmenter depuis la fin des années 80 en raison de la contribution du secteur de l'aquaculture. De plus, la demande d'espèces aquacoles telles que les poissons, fruits de mer, et les crustacés devraient continuer de croître dans un proche avenir.
Afin de répondre à cette demande prévue de fruits de mer, le secteur de l'aquaculture doit développer des solutions innovantes et respectueuses de l'environnement qui améliorent la survie et la croissance des espèces d'élevage, tout en réduisant les coûts de production.
L'alimentation aquacole joue un rôle crucial sur les performances et la santé des espèces d'élevage, et représente une grande partie des coûts de production. Il est, donc, essentiel de continuer à développer des aliments qui augmentent l'efficacité alimentaire, améliorer la santé animale, et produire moins de déchets.
Les additifs alimentaires ont joué un rôle important dans l'amélioration des aliments aquacoles. Saponines, par exemple, sont un additif alimentaire important et établi dans l'aquaculture des fruits de mer. Dans cet article, les effets bénéfiques des saponines en tant qu'additifs alimentaires sont explorés, avec un accent particulier sur son utilisation pour l'élevage de la crevette blanche du Pacifique (Penaeus vannamei), qui représente environ la moitié de la production aquacole de crustacés (53%).
L'effet des saponines pour améliorer l'absorption des nutriments, capacité digestive, et les performances de croissance sont discutées avec les effets positifs des saponines sur le système immunitaire de la crevette et sa résistance aux agents pathogènes. De plus, l'utilisation de saponines pour réduire la charge en éléments nutritifs des effluents de l'aquaculture de crevettes est également examinée.
Aquaculture :situation mondiale et tendances
La production aquacole est le secteur de production alimentaire qui connaît la croissance la plus rapide et est responsable d'une augmentation importante de l'approvisionnement en fruits de mer pour la consommation humaine, surtout depuis la fin des années 80, lorsque la production mondiale de fruits de mer a stagné. Selon le dernier rapport publié en 2018 par l'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture, l'aquaculture représentait 47 pour cent de la production mondiale totale de fruits de mer en 2016, avec 80 millions de tonnes enregistrées dans les registres de la FAO.
De plus, 30,1 millions de tonnes de plantes aquatiques et 37, 900 tonnes de produits non alimentaires ont été cultivées. La valeur totale estimée de la première vente de la production aquacole mondiale en 2016 s'élève à 243,5 $US (FAO, 2018) et 19, 271 000 agriculteurs représentent les statistiques mondiales de l'emploi.
Parmi les principaux groupes de production de fruits de mer, les crustacés représentent 9,8 pour cent de la production aquacole mondiale, avec un total de 64 espèces cultivées. Les autres groupes comprennent les poissons et les crustacés représentant 67,6 pour cent et 21,4 pour cent des espèces d'élevage, respectivement.
Les principales espèces de crustacés d'élevage sont les crevettes, écrevisse, et des crabes, l'espèce la plus couramment produite étant la crevette blanche du Pacifique (Penaeus vannamei) qui représente plus de la moitié de la production de crustacés (53%). Les cinq autres espèces de crustacés les plus produites sont les écrevisses rouges des marais (Procambarusclarkii, 12%), le crabe chinois (Eriocheirsinensis, dix%), la crevette géante tigrée (Penaeus monodon, 9%), la crevette orientale (Macrobrachiumnipponense, 4%) et la crevette géante (Macrobrachiumrosenbergii, 3 %). La production de crevettes marines domine nettement l'aquaculture de crustacés, se déroulant principalement dans les pays d'Asie et d'Amérique latine, dont la Chine, Viêt Nam, Indonésie, Inde, Equateur et Thaïlande.
Actuellement, la demande mondiale de fruits de mer continue de croître de manière significative en raison de divers facteurs sociaux et économiques, à savoir, croissance démographique, augmentation des revenus, et une meilleure distribution de la chaîne d'approvisionnement des producteurs aux consommateurs finaux. La consommation par habitant a augmenté en moyenne de 1,5 % par an depuis 1961, passant de 9,0 kg en 1961 à environ 20,5 kg en 2017.
Le commerce des produits de la mer destinés à la consommation humaine et à des fins non alimentaires (par ex. pharmaceutique, nutraceutique, produits de beauté, entre autres) joue un rôle majeur dans le développement économique, surtout dans les pays en développement, stimuler un large éventail d'industries et d'activités telles que la gestion des ressources, construction d'infrastructures et d'équipements, recherche et technologie, et la transformation des aliments.
Afin de répondre à la demande et de répondre à l'Agenda 2030 des Nations Unies pour le développement durable, l'industrie aquacole a la possibilité d'améliorer sa durabilité à la lumière d'un monde en évolution.
En tant que tel, les tendances futures de la production aquacole comprennent (i) une réduction de l'utilisation d'antibiotiques afin d'atténuer l'expansion des souches microbiennes résistantes, (ii) la prolifération des systèmes d'aquaculture multitrophique intégrée (AMTI) qui réduisent la dégradation de l'environnement et l'excrétion excessive d'azote et de phosphore dans l'environnement, (iii) l'amélioration des formulations alimentaires, comme l'élevage d'espèces nourries continue d'augmenter par rapport à l'élevage d'espèces non nourries, (iv) et l'évolution des systèmes et équipements aquacoles, améliorer la productivité et réduire les impacts potentiels sur l'environnement.
Les aliments aquacoles représentent souvent la moitié des coûts de production totaux. Il est, donc, essentiel pour développer des formulations alimentaires innovantes et de nouveaux ingrédients qui améliorent la qualité nutritionnelle des produits de la mer, notamment en augmentant l'efficacité alimentaire et l'assimilation métabolique des nutriments, ainsi que la réduction du gaspillage d'aliments en améliorant les systèmes de distribution d'aliments et en encourageant les efforts d'économie circulaire.
Ceux-ci sont, En effet, parmi les principales priorités de l'industrie aquacole. L'efficacité alimentaire et de meilleurs profils nutritionnels peuvent être obtenus grâce à l'inclusion d'additifs alimentaires dans les aliments aquacoles, contribuer à l'augmentation des taux de production et à la réduction de l'apparition de maladies infectieuses telles que le syndrome des points blancs et le syndrome de mortalité précoce, qui constituent toujours une menace majeure pour l'aquaculture de crevettes car elles entraînent des mortalités massives et de lourdes pertes économiques.
Finalement, les additifs alimentaires qui améliorent les performances digestives et réduisent l'apparition de parasites et de maladies contribuent à diminuer le stress des animaux et, donc, l'amélioration du bien-être animal dans les installations aquacoles. Dans la section suivante, nous soulignons l'importance des additifs alimentaires en aquaculture.
L'importance des additifs alimentaires en aquaculture :le cas particulier des saponines
L'intensification de la production aquacole n'est pas sans défis, car cela peut conduire à des conditions de culture sous-optimales entraînant un stress animal et une mauvaise qualité de l'eau, qui limitent les performances de croissance et le bien-être des animaux d'élevage.
Ainsi, les additifs alimentaires sont couramment utilisés dans la production aquacole comme moyen de réduire le stress, augmenter l'efficacité de reproduction, améliorer l'état de santé individuel et la réponse immunitaire, et améliorer les performances de croissance en améliorant la rétention des nutriments, digestion, et assimilation.
Les additifs alimentaires qui favorisent le bien-être des animaux sont particulièrement pertinents pour l'aquaculture de crevettes, car les crevettes n'ont pas de système immunitaire adaptatif et dépendent uniquement de l'immunité innée pour lutter contre les agents pathogènes et les maladies. Quelques exemples d'additifs alimentaires comprennent les glucanes, vitamine C, probiotiques, prébiotiques, acides organiques, nucléotides, caroténoïdes, acides gras bioactifs, et des suppléments d'origine végétale.
Actuellement, il existe un marché croissant pour incorporer des composés naturels dans les aliments aquacoles en raison du fait que les consommateurs finaux préfèrent des aliments et des produits sans produits chimiques, tout en exigeant des processus de production respectueux de l'environnement.
En outre, l'utilisation de substances synthétiques, comme les antibiotiques et les hormones, n'est plus accepté dans plusieurs pays. En effet, l'utilisation d'antibiotiques comme stimulateurs de croissance en aquaculture a été interdite en 2006 par l'Union européenne (Règlement 1831/2003/CE). Par conséquent, ingrédients naturels, tels que les aliments pour animaux d'origine végétale, sont maintenant couramment utilisés en aquaculture comme suppléments et comme substituts de la farine de poisson.
Néanmoins, il est important de souligner que les aliments végétaux doivent répondre à des caractéristiques nutritionnelles et non nutritionnelles spécifiques pour être inclus dans les aliments aquacoles, tels que les faibles niveaux de fibres, teneur élevée en protéines, profil d'acides aminés approprié, haute digestibilité des nutriments, ainsi qu'une appétence appropriée pour maximiser l'acceptation et la consommation des aliments.
Parmi les caractéristiques non nutritionnelles, disponibilité, durabilité, le prix, facilité de traitement, et stockage et fonctionnalité (durabilité, expansion, stabilité de l'eau, absorption d'huile) sont des caractéristiques critiques à évaluer.
Plusieurs extraits de plantes et d'algues d'aloe vera, Safran des Indes, cannelle, propolis, l'échinacée, Ail, thé vert, cumin, Gingembre, arbre à savon, Yucca de Mojave, microalgue Naviculasp, Spiruline, et Ulva sp, entre autres, ont déjà été testés et démontrés pour des effets positifs sur les taux de survie, paramètres hématologiques et immunitaires, et l'amélioration des performances de croissance des poissons et des crevettes.
Parmi ces compléments alimentaires, les saponines extraites de l'arbre à savon (Quillajasaponaria) et du yucca de Mojave (Yucca schidigera) se sont avérées être des ingrédients très prometteurs pour les aliments aquacoles en tant que promoteurs de croissance naturels.
Les saponines sont classées comme substances aux multiples bienfaits, en particulier dans des paramètres clés tels que la prise alimentaire, digestibilité des nutriments, physiologie intestinale, métabolisme, croissance, et la santé. Ces composés sont des glycosides végétaux naturels qui ont une structure stéroïde ou triterpénoïde et possèdent des propriétés détergentes.
Cependant, à des concentrations élevées, il est important de noter que les saponines peuvent avoir des effets délétères sur les animaux aquatiques, tels que la diminution de la prise alimentaire, inhibition de l'absorption active des nutriments, réduction de la fertilité et diminution de la digestibilité des protéines.
Néanmoins, effets bénéfiques pour la santé, comme anti-cancérigène, anti-microbien, diminution du cholestérol, activité immunomodulatrice et anti-inflammatoire, ont été rapportés lorsque les saponines sont utilisées à des concentrations plus faibles et dans une formule de supplémentation alimentaire correctement équilibrée.
Effets bénéfiques des saponines dans l'absorption des nutriments, capacité digestive et performance de croissance des espèces aquacoles
L'un des défis majeurs de la production aquacole est le développement de formulations d'aliments qui remplacent les ingrédients rares et coûteux, comme la farine de poisson et l'huile de poisson, et qui améliorent les taux de conversion alimentaire (FCR) et les performances de croissance.
Les saponines sont des candidats établis comme compléments alimentaires car il a été démontré qu'elles augmentent la perméabilité des cellules de la muqueuse intestinale, augmentant ainsi l'absorption des nutriments, notamment des macromolécules. De plus, leur activité de type détergent améliore la digestibilité des glucides en réduisant la viscosité.
La stimulation de l'activité des enzymes digestives comme l'amylase, trypsine, protéase alcaline, leucine aminopeptidase, phosphatase alcaline, et la lipase a également été signalée, ainsi qu'une augmentation des enzymes respiratoires comme la cytochrome c-oxydase. De tels rapports mettent en évidence le potentiel des saponines pour augmenter la digestibilité des nutriments, principalement des protéines et des glucides, tout en favorisant simultanément les processus anabolisants en améliorant le métabolisme aérobie.
Plusieurs études ont démontré la capacité des saponines à augmenter les performances de croissance des poissons et crevettes d'élevage. Par exemple, les régimes nourris à la carpe commune contenant des saponines de Quillaja ont montré une efficacité métabolique et un poids corporel moyen plus élevés (augmentation significative de 37,5 à 73,2 %), taux de croissance plus rapides (taux de croissance spécifique augmenté de 0,7 à 1,18 % par jour), et des indices d'efficacité d'utilisation accrus, y compris l'efficacité de la conversion alimentaire, valeur productive des protéines, et le gain de protéines tout en maintenant simultanément les taux métaboliques de routine.
Des résultats similaires ont été observés pour le tilapia du Nil, révélant une rétention d'énergie et une conversion des lipides significativement plus élevées lorsqu'elles sont complétées par un mélange de saponines. Suppléments à base de trois pour cent de mélange de saponines, notamment à partir d'extraits de Quillaja et Yucca, ont montré des effets bénéfiques sur le gain de poids et de longueur, taux de croissance et de survie, et de meilleurs taux de conversion alimentaire des crevettes blanches du Pacifique, conduisant à un rendement de biomasse plus élevé par réservoir et à une augmentation de 15 à 26 pour cent de la production totale.
De la même manière, l'utilisation d'un régime supplémenté en extraits de Quillaja riches en saponines et en vitamine C, a entraîné une amélioration de 14 pour cent de la production et une augmentation de 15 pour cent des taux de survie des crevettes blanches du Pacifique, par rapport à l'administration de régimes témoins. Les résultats d'une autre étude scientifique montrent également que le FCR a été amélioré de 23 pour cent chez les crevettes nourries avec un régime enrichi en saponine.
En résumé, les régimes enrichis en saponine présentent des avantages fonctionnels importants pour les espèces aquacoles, en particulier en tant que stimulateurs de croissance et produits de santé intestinale entraînés par une efficacité améliorée d'utilisation des aliments.
On pense que de tels résultats sont dus à une plus grande absorption des nutriments provoquée par une perméabilité intestinale plus élevée et une activité plus élevée des enzymes digestives associées à la supplémentation en saponine.
Effets bénéfiques des saponines sur le système immunitaire et résistance aux agents pathogènes
La propagation des maladies est considérée comme l'un des problèmes les plus importants de l'aquaculture de crevettes. Les maladies sont souvent causées par la mauvaise qualité de l'eau, densités élevées de crevettes, déséquilibres nutritionnels, et un manque de mesures de biosécurité appropriées associées au commerce d'animaux vivants infectés entre les installations.
Les étangs à crevettes sont sujets à l'invasion de plusieurs agents pathogènes, notamment les protozoaires, champignons, et les bactéries. Cependant, la plus grande menace vient de la propagation des infections virales, qui ont causé de lourdes pertes dans plusieurs pays producteurs de crevettes, y compris en Asie du Sud-Est (Taïwan, Chine, Indonésie et Inde) et en Amérique du Sud (Équateur, Honduras et Mexique).
Les cinq virus les plus importants affectant l'aquaculture de crevettes sont le virus de la nécrose hypodermique et hématopoïétique infectieuse (IHHNV), virus de la tête jaune (YHV), Virus du syndrome de Taura (TSV), virus du syndrome des points blancs (WSSV), et le virus de la myonécrose infectieuse (IMNV).
Les mesures préventives sont actuellement la meilleure approche pour réduire la propagation des infections virales, car il n'existe aucun traitement efficace contre les épidémies de pandémie virale dans les installations d'aquaculture de crevettes. En tant que tel, il est de la plus haute importance de maintenir une qualité d'eau optimale, mais aussi pour renforcer la réponse immunitaire des crevettes.
Composés immunostimulants, facilement administré par l'alimentation, peut être une solution pour atténuer le problème des maladies infectieuses et par conséquent améliorer les rendements de production. Les immunostimulants sont définis comme des composés qui « améliorent la réponse immunitaire innée ou non spécifique en interagissant directement avec les cellules du système, en les activant ».
Plusieurs composés ont été administrés comme immunostimulants dans les installations aquacoles pour améliorer l'état de santé des crevettes, y compris les peptidoglycanes, lipopolysaccharides, oligosaccharides, vitamines, nucléotides, peptides antibactériens, cytokines, probiotiques, et à base de plantes, extraits de plantes et d'algues.
Plusieurs modes d'action des immunostimulants ont été utilisés chez les crevettes pénéides, tels que :(i) l'amélioration de la phagocytose des agents pathogènes par l'activation de cellules phagocytaires dans l'hémolymphe, (ii) augmenter les propriétés antibactériennes et antiseptiques de l'hémolymphe, (iii) activer la transduction du signal et le système prophénoloxydase.
Plus précisement, il a été rapporté que les extraits de plantes améliorent les propriétés immunitaires non spécifiques telles que la fonction leucocytaire, agissant contre un large spectre d'agents pathogènes. Néanmoins, plusieurs facteurs doivent être pris en compte lors de l'administration d'immunostimulants car leur efficacité dépend du moment de l'administration, dosage, et mode d'action.
Les saponines font partie des extraits de plantes qui améliorent la réponse immunitaire des crevettes et leur résistance aux agents pathogènes. Immune modulation induced by saponins is apparently related to (i) the induction of cytokines like interleukins and interferons, (ii) the formation of complexes between saponins and antigens and their incorporation into cell or endosomal membranes, exposing antigens to cytosolic proteases (which would otherwise be exposed to digestive degradation), and (iii) the inhibition of non-specific processes such as inflammation and monocyte proliferation.
White shrimp contaminated with Vibrio alginolyticus and immersed in saponin solutions showed increased phagocytic activity and greater clearance efficiency, having higher survival rates, proving the immunomodulatory capacity of saponins.
Immune parameters, such as hyaline cells, total haemocyte count, specific α2-macroglobulin activity, respiratory burst, and antioxidant enzyme activity have been shown to increase with saponin supplementation.
Other reports similarly showed the enhancement of bacterial clearance in rainbow trout and the enhancement of chemotactic activity of yellowtail leucocytes. De plus, another study carried out using the giant freshwater prawn also showed that saponins can modulate the immune system by increasing total haemocyte count and, finalement, increasing disease resistance.
Besides the established immunostimulant effect, saponins have also been shown to be good vaccine adjuvants, to have antifungal properties, to reduce viral replication, and to induce detrimental effects on protozoa due to their detergent effect on cell membranes. Such properties are important to reduce the load of internal parasites in cultured shrimps.
The use of saponins to reduce the nutrient load of shrimp aquaculture effluents
Shrimp aquaculture is one of major sources of pollution in tropical and subtropical coastal areas due to discharges from culture ponds, creating excessive nitrogen loads from cultured animals' excretion as an end product of protein metabolism.
Ammonia, and its intermediate product nitrite, are highly toxic to aquatic animals, including fish and crustaceans and should be kept to a minimum in order to maintain animal welfare and, Donc, maximise shrimp survival.
Water quality deterioration due to excess ammonia is a major issue in shrimp aquaculture and has been associated with collapses in production, mainly due to the rapid spread of diseases and physiological stress.
De plus, nutrient excess may lead to the eutrophication of coastal ecosystems, causing mass mortality events. Par exemple, for every ton of cultured fish, 44-to-66kg of nitrogen and 7.2-to-10.5kg of phosphorus waste are produced. Several innovative and technological solutions have been proposed, in order to mitigate the pollution induced by pond effluents, such as IMTA, improved pond design, construction of buffer ponds, and bioreactors or bio-filters, in addition to reduction agents to treat effluent water and reduce water exchange rates.
Cependant, the elevated costs of technology, poor planning, and lack of regulation may hamper the use of such innovative methods. Ainsi, a straightforward way to reduce the load of nutrients into the coastal environments might be to improve the nutrient composition of feed, given that the dietary requirements and welfare of the animals are still met.
From this point of view, the use of saponins as feed additives is of major interest as plant extracts that contain saponins and glycocomponents are able to bind to ammonia and mediate the conversion of ammonia to nitrite and to nitrate, the latter far less toxic form of nitrogen.
De plus, HCO3- may react with ammonia to form urea in the presence of saponins. Yucca extracts have been successfully used in livestock husbandry to control ammonia accumulation in the facilities as well as to reduce odour.
According to this latter study, Yucca extracts can also be used in aquaculture facilities. Bioassays using fish and shrimp in both freshwater and saltwater systems have shown that Yucca and Quillaja extracts reduce ammonia when used as feed additives or liquid extracts for water treatment.
Par exemple, a Yucca extract added at 6mg.L-1 every 15 days to fish and shrimp systems achieved a 58-60 percent reduction in ammonia as compared to a control system. Dans une autre étude, the addition of Yucca extract at 430 mg.L-1 to 30 L tanks in a recirculating water system achieved an 82 percent reduction in ammonia. Toujours, the inhibition of ammonia leaching from feces and feed waste and, donc, the reduction of ammonia levels in water was improved when Yucca or Quillaja extracts were used as feed supplement as compared to water treatment solutions.
Conclusion
Saponins are important and established feed additives in seafood aquaculture. Globalement, and taking into consideration the positive digestive and growth performance effects particularly observed for Pacific white shrimp, there is overwhelming scientific evidence that saponins can notably contribute to boost shrimp aquaculture production and profitability.
En outre, saponins have shown positive effects in the immune system of aquatic species and their resistance to pathogens. The integration of saponins in aquafeeds is, donc, a relevant step to improve animal welfare, control infectious diseases, and further advance health management strategies in aquaculture production.
Dernièrement, the use of saponins in feed formulations can help fish and shrimp farmers in ammonia management strategies, thereby contributing to the establishment of environmentally friendly production processes in order to achieve the sustainable development goals enacted by the United Nations for 2030.
En résumé, the recognised properties of saponins as growth prometers, immunostimulants, parasitic control, and ammonia reducing agents will certainly help seafood farmers to achieve not only higher production levels and profitability, but also establish effective health management strategies and eco-friendly production processes.
