Observații ale lui Alfons Jansman, Universitatea Wageningen, Olanda, în timpul sesiunii de spargere a porcinelor la Forumul Mondial Nutrițional 2016 din Vancouver, Canada.

Introducere

Creșterea cererii de surse de proteine ​​pentru hrana animalelor, legată de creșterea producției de animale la nivel mondial și de creșterea concurenței de utilizare pentru hrana umană, pune accentul pe utilizarea eficientă a surselor de proteine ​​disponibile. În primul rând, sursele de proteine ​​pentru hrana animalelor sunt purtători de proteine ​​și aminoacizi (esențiali) și alți nutrienți pentru animalele de producție. În plus, constituenții specifici ai acestor ingrediente și peptidele eliberate în timpul digestiei enzimatice a proteinelor constitutive din tractul digestiv pot exercita alte efecte nutriționale nestricte asupra de ex. aportul de furaje, digestia nutrienților, microbiota intestinală, semnalizarea sistemului imunitar sau, după absorbție, asupra proceselor fiziologice și metabolice. Suntem doar la începutul înțelegerii acestor efecte „funcționale” ale surselor de proteine ​​dietetice, care ar putea genera valoare adăugată atunci când sunt incluse în hrana animalelor. Scopul prezentei lucrări este de a oferi o scurtă prezentare generală și câteva exemple privind proprietățile funcționale ale surselor de proteine ​​dietetice din dietele pentru porci.

Surse de proteine ​​pentru hrana animalelor

Producția animală crește în întreaga lume. Aceasta se referă la cererea crescândă de produse alimentare de înaltă calitate, asociată cu creșterea populației mondiale, crescând la aproximativ nouă miliarde de oameni în 2050 și cu bogăția crescândă a populației umane (FAO, 2009). Ca urmare, există o concurență crescândă pentru hrana pentru animale și ingrediente alimentare pentru a fi utilizate ca ingredient imediat pentru alimentele umane sau pentru includerea în hrana animalelor. Acești factori impun utilizarea eficientă și durabilă a acestor resurse.

Proteinele și aminoacizii sunt substanțe nutritive esențiale pentru animalele de producție, inclusiv porci. Din acest motiv, există o cerere tot mai mare de surse de proteine ​​pentru hrana animalelor în întreaga lume. Cererea poate fi satisfăcută de sursele tradiționale de proteine ​​vegetale, cum ar fi făina de soia și alte produse secundare din semințe de ulei, semințe de leguminoase, cereale și subprodusele lor bogate în proteine ​​rezultate din producția de amidon și etanol și de sursele de proteine ​​animale, cum ar fi laptele. produse derivate de ex zer. Cu toate acestea, sursele alternative de proteine, cum ar fi algele cultivate de mare, algele marine și insectele, primesc o atenție tot mai mare. Van Krimpen și colab. (2013) au luat în considerare opțiunile pentru creșterea producției de proteine ​​pentru hrana animalelor în Europa (Tabelul 1).

tabelul 1. (Nou) Surse de proteine ​​pentru creșterea producției de proteine ​​din UE pentru hrana animalelor (van Krimpen și colab., 2013).

proteine

Au ajuns la concluzia că sursele de proteine ​​identificate diferă substanțial în ceea ce privește durabilitatea mediului. Produse cu un conținut scăzut de substanță uscată, adică lucerna, frunzele, proteinele acvatice sunt considerate a fi mai puțin durabile din cauza costurilor ridicate de energie pentru uscare. În categoria semințelor oleaginoase, făina de soia produsă în Europa pare a fi cea mai promițătoare alternativă pentru făina de soia și boabele de soia importate din America de Sud. Cu toate acestea, producția de proteine ​​din făina de soia produsă în Europa ar trebui sporită și mai mult pentru a face această cultură fezabilă din punct de vedere economic pentru fermier. Pentru a realiza acest lucru, noi soiuri trebuie dezvoltate cu un sezon de creștere ultra-scurt. Printre leguminoasele din boabe, mazărea părea cea mai promițătoare alternativă pentru făina de soia. Randamentul proteic este rezonabil de mare, dar ar trebui îmbunătățit în continuare. Pe termen lung, proteinele din frunze și proteinele acvatice ar putea contribui probabil la furnizarea de proteine ​​pentru hrana animalelor. Cu toate acestea, cunoștințele privind valoarea nutrițională și efectele funcționale potențiale ale includerii unora dintre aceste surse alternative de proteine ​​în hrana animalelor sunt rare.

Valoarea nutrițională și funcțională a ingredientelor furajere

În mod tradițional, ingredientele furajere, inclusiv sursele de proteine, sunt evaluate în funcție de capacitatea lor de a furniza nutrienți digerabili și energie sub formă de proteine, aminoacizi, carbohidrați, grăsimi, minerale și vitamine (valoare nutrițională). Aceste valori sunt utilizate în formularea dietei, în care aportul alimentar de nutrienți din ingrediente este echilibrat cu necesitățile cunoscute de nutrienți ai animalelor. Ingredientele pentru furaje noi sunt, de asemenea, evaluate în primul rând pe această bază.

Totuși, multe ingrediente pentru furaje sunt cunoscute și pentru alte efecte asupra consumatorului lor. Se pot raporta la constituenți cunoscuți sau neidentificați care interferează fie cu valoarea nutrițională, fie cu efecte specifice asupra, de ex. aportul de furaje, digestia nutrienților, metabolismul nutrienților sau al organelor, sănătatea animalelor sau calitatea produsului final comestibil derivat din animale (Figura 1). Astfel de efecte pot fi considerate pozitive (efecte funcționale) sau negative (efecte antinutriționale). Acesta din urmă se referă la constituenții prezenți în mod natural în ingrediente (de exemplu, factori antinutriționali) sau la substanțe concentrate sau formate în timpul procesării ingredientelor furajere (de exemplu, în timpul prelucrării termice sau enzimatice).

figura 1. Proprietățile bioactive ale peptidelor derivate din proteinele furajere în raport cu sănătatea și performanța la porci și păsări de curte (modificate după Udenigwe și Aluko, 2012).

Surse funcționale de proteine ​​pentru alimente și furaje

Ingredientele funcționale sau furajere au fost definite ca ingrediente modificate care oferă sănătate sau alte beneficii dincolo de satisfacerea cerințelor nutriționale tradiționale (Sanders, 1998; Biesalski și colab., 2009). Ingredientele funcționale conțin compuși bioactivi sau proprietăți cu presupuse efecte pozitive asupra procesului digestiv, a funcției barierei intestinale, a sănătății intestinale și sistemice.

O prezentare generală a proteinelor leguminoase și a proprietăților lor nutraceutice la om a fost oferită de Carbonara și colab. (2015). Majoritatea eforturilor din acest domeniu sunt îndreptate spre efecte asupra sănătății și bolilor umane, cu toate acestea, se poate anticipa că există efecte similare ale proteinelor dintr-o varietate de surse de proteine ​​aplicate în hrana animalelor și, odată cunoscute, pot fi aplicate pentru a se dezvolta furaje funcționale pentru animale care susțin dezvoltarea și sănătatea lor.

Cel puțin în hrana animalelor, bioactivitatea în semințele de leguminoase a fost inițial considerată dintr-o perspectivă negativă. Diverse proteine ​​și alți constituenți prezenți în mod natural au fost identificați cu proprietăți antinutriționale (factori anti-nutriționali) care limitează digestia și absorbția nutrienților și/sau funcția de barieră intestinală (Lallès și Jansman, 1998). Exemple sunt inhibitorii Protease-Kunitz și Bowman-Birk, inhibitorii α-amilazei (AAI), lectinele, proteinele de stocare (globuline 7S și 11S, prolamine, gluteline) din semințe de leguminoase (soia, lupin) și boabe de cereale (grâu). larg caracterizat. Studiile epidemiologice, cu toate acestea, au identificat o scădere a apariției cancerului de sân, colon și prostată la populațiile consumatoare de leguminoase. Acest lucru a declanșat cercetarea inhibitorilor de protează, în principal inhibitor de soia Bowman-Birk (BBI), în suprimarea promovării cancerului in vitro și in vivo (Birk, 1993). Efectele anticarcinogene, hipocolesterolemiante, de glucoză și de scădere a tensiunii arteriale, antioxidante și antimicrobiene au fost ulterior documentate pentru mai multe proteine ​​și peptide leguminoase prin studii in vitro și in vivo (Carbonara și colab., 2015).

Alimentele vegetale studiate pentru activitatea lor legată de peptidele bioactive la om includ soia, ovăzul, grâul, semințele de cânepă, canola, semințele de in și leguminoasele (Lopez-Barrios și colab., 2014). Aceștia menționează că, în special, hidrolizatele de semințe de puls și peptidele bioactive au fost descrise cu activități in vitro împotriva cancerului, a afecțiunilor cardiovasculare sau a efectelor lor fiziologice asupra leziunilor oxidative, inflamației, hipertensiunii și colesterolului ridicat.

Bioactivitatea proteinelor și peptidelor poate fi prezisă din secvențele cunoscute de aminoacizi proteici. Bazele de date asistate de computer sunt disponibile pentru prezicerea proteinelor și peptidelor bioactive situate într-o proteină mamă. Alte baze de date pot prezice proteina precursoră a unei peptide bioactive dintr-o secvență cunoscută de aminoacizi (Marambe și Wanasundara, 2012). Recent, Kar și colab. (2016) au elucidat proprietățile bioactive potențiale ale fracției proteice în unele surse comune și noi de proteine ​​pentru hrana animalelor utilizând o astfel de abordare in silico omică. S-a furnizat o amprentă a bioactivității pentru mai multe surse de proteine, arătând că sursele de proteine ​​au potențial inhibitor al tensiunii arteriale (inhibarea enzimei de conversie a angiotensinei (ACE) are ca efect un efect antihipertensiv), anti-oxidativ, antimicrobian, (metabolic) stimulant, efecte de inhibare și reglare. Pentru a susține efectele fiziologice, peptidele bioactive trebuie să prezinte stabilitate împotriva proteazei GI și să fie absorbite prin enterocite în sânge fără a fi degradate de peptidaze de la marginea periei și în ser. Există o excepție cu peptidele care acționează în GIT și nu trebuie absorbite pentru a-și exercita proprietățile biologice (Udenigwe și Aluko, 2012).

Efectele potențiale in vivo ale peptidelor și proteinelor formate în timpul procesului de digestie a proteinelor, în modificarea și susținerea sănătății și funcțiilor GIT și a metabolismului sistemic și a sănătății necesită o explorare suplimentară. Peptidele antimicrobiene se găsesc, de asemenea, în țesuturile mamiferelor, în lapte, ouă, plante, insecte și microbiote și pot fi izolate sau produse chimic sau prin fermentație microbiană cu potențial de aplicare în alimente și furaje ca modificator al microbiotei intestinale și a activității modulatoare imune. Datorită spectrului lor larg de activitate împotriva mai multor specii de bacterii, ciuperci, protozoare și viruși, astfel de peptide pot prezenta efecte benefice asupra performanței, digestibilității nutrienților, morfologiei intestinale, precum și microbiotei intestinale și fecale la porci (Xiao și colab., 2015 ). Peptidele cu proprietăți antioxidante au fost, de asemenea, recunoscute cu potențialul de a fi utilizate ca nutraceutice și alternative pentru suplimentarea antioxidanților din alimente și furaje.

Surse de proteine ​​și sănătatea intestinului la porci

La porci, sănătatea GIT poate fi definită ca fiind capacitatea sa de a-și exercita diferite funcții, permițând animalului să-și atingă performanțele productive potențiale într-o varietate de condiții de mediu (Jansman, 2016). Compoziția dietei și sursele de proteine ​​incluse, pot avea efecte majore asupra dezvoltării și funcționalității GIT. Efectele surselor de proteine ​​asupra sănătății intestinului se referă la prezența constituenților specifici, eliberarea peptidelor bioactive în timpul digestiei proteinelor și la sursele de proteine, partea proteică a acestuia, precum și ceilalți constituenți ai săi, de ex. în surse vegetale, glucide structurale și oligozaharide, interferând cu compoziția microbiotei intestinale și colonizarea speciilor patogene.

Una dintre principalele domenii de cercetare în legătură cu aplicarea constituenților bioactivi, fie prezenți în mod natural în hrana ingredientelor eliberate în timpul digestiei in vivo a proteinelor dietetice, se referă la sănătatea intestinală. Îmbunătățirea funcției intestinale și a sănătății la porci și păsări de curte este o provocare majoră în producția animală, sub constrângerea că presiunea este ridicată pentru a reduce utilizarea antibioticelor în producția animală în multe părți ale lumii. Funcția GIT nu este doar digerarea și absorbția nutrienților, ci are și o funcție importantă de barieră. Bariera este formată din diverse compartimente, fiind o barieră fizică, imunologică și barieră microbiană. Acesta din urmă constă dintr-o microbiotă extinsă și complexă prezentă atât în ​​lumen, cât și atașată mucoasei intestinale. Microbiota se modifică și crește în densitate de la compartimentele proximale la distale ale tractului intestinal (intestinul subțire și gros). Constituenții dietetici și proteinele și peptidele eliberate în timpul procesului digestiv pot interfera cu fiecare dintre aceste funcții într-un mod complex (Aumiller și colab., 2015).

Rist și colab. (2013) au analizat efectele surselor de proteine ​​dietetice asupra fermentației proteinelor intestinale la porci. Degradarea proteinelor are ca rezultat metaboliți precum acizii grași cu lanț ramificat (BCFA), dar și în produse potențial toxice, inclusiv amoniac, amine, fenoli și indoli. Deoarece fermentația crescută a proteinelor intestinale sugerează proliferarea potențialilor agenți patogeni (Hughes și colab., 2000), mai multe studii au examinat efectul sursei de proteine ​​dietetice asupra compoziției microbiotei intestinale. Ei au concluzionat că studiile disponibile cu privire la efectul sursei de proteine ​​dietetice asupra compoziției microbiotei intestinale sunt inconsistente și nu permit recomandarea unor strategii de hrănire finale din această perspectivă. Cu toate acestea, în condiții de stres crescut, cum ar fi condiții igienice și de locuință suboptime sau expunerea la infecții, acestea sugerează că sursele de proteine ​​vegetale cu o digestibilitate mai mică a proteinelor pot crește riscul apariției diareei după înțărcare, legată de creșterea fermentării intestinale a proteinelor și risc crescut de proliferare a bacteriilor patogene.

În ceea ce privește sănătatea intestinelor, peptidele anti-adezive ar putea fi, de asemenea, relevante. S-a demonstrat că peptidele anti-adezive împotriva H. pylori, care provoacă inflamații și ulcere gastrice, sunt prezente în mazărea hidrolizată cu tripsină (Niehues și colab., 2010). Potrivit lui Becker și colab. (2009), leguminoasele din cereale pot oferi locuri de aderență alternative, altele decât epiteliul, pentru agenții patogeni precum E. coli, reducând astfel numărul agenților patogeni care se atașează la mucoasa intestinală. De exemplu, corpurile de mazăre exercită o capacitate de legare in vitro mai puternică decât carenele de fasole pentru adezinele ETEC K88 (Becker și colab., 2009). S-ar putea arăta că cojile de fasole interferează mai eficient decât coca de mazăre cu entero-toxina LTp-I labilă la căldură de la ETEC care se leagă de receptorul epitelial GM1 intestinal (Becker și colab., 2012).

Ingredientele specifice furajelor, cum ar fi produsele lactate, proteinele plasmatice, algele marine, algele sunt cunoscute pentru proprietățile lor funcționale în raport cu sănătatea intestinului (Jansman et al, 2016). Acestea se referă la efectele lor specifice asupra microbiotei intestinale (de exemplu, proprietăți antimicrobiene în cazul laptelui și proteinelor plasmatice) la efectele stimulatoare asupra sistemului imunitar local în curs de dezvoltare la animalele tinere (de exemplu, alge marine și alge). De exemplu, furnizarea dietetică a unui Laminaria spp. extracte de alge derivate, care conțin laminarină (o polizaharidă cu greutate moleculară mică care conține β-glucani) și fucoidan (o polizaharidă sulfatată cu greutate moleculară mare cu proprietăți antiinflamatoare, antivirale, antitumorale) modulează mediul GIT, posedă antibacteriene puternice și imunomodulatoare proprietăți, influențează expresia genelor intestinale și îmbunătățesc performanța de creștere la porci (Deville și colab., 2007; Walsh și colab., 2013; Heim și colab. 2014a și 2014b). Se sugerează că prima este legată parțial de îmbunătățirea funcției digestive și de absorbție a intestinului.

Concluzii

Creșterea în continuare a producției de animale din lume și eforturile pentru îmbunătățirea durabilității sale necesită identificarea unor surse noi de proteine ​​și utilizarea eficientă a surselor tradiționale. Primul necesită cel puțin o înțelegere adecvată a valorii lor nutriționale. Cunoașterea îmbunătățită a „altor” efecte funcționale ale utilizării diverselor surse de proteine, cu toate acestea, asupra productivității animalului, rezistenței și intestinului și sănătății generale ar putea contribui la maximizarea valorii surselor de proteine ​​în hrana animalelor. Utilizarea de noi instrumente și abordări de cercetare bazate pe omici și dezvoltarea și aplicarea de inovații pe bază de alimente pentru a sprijini sănătatea umană vor oferi, de asemenea, noi opțiuni pentru dezvoltarea și aplicarea proprietăților funcționale ale ingredientelor din diete pentru porci și alte animale de producție.