por Roberto Acosta, Yoav Rosen e, Ra'ananAriav, Phibro Aqua, Phibro Animal Health Corporation, Equador e Phibro Aqua, Phibro Animal Health Corporation, Israel

A produção de frutos do mar tem aumentado continuamente desde o final dos anos 80 devido à contribuição do setor da aquicultura. Além disso, a demanda por espécies de aquicultura, como peixes, marisco, e espera-se que os crustáceos continuem a crescer no futuro próximo.

Para acompanhar essa demanda prevista de frutos do mar, o setor de aquicultura precisa desenvolver soluções inovadoras e ecologicamente corretas que melhorem a sobrevivência e o crescimento das espécies cultivadas, ao mesmo tempo em que reduz os custos de produção.

A alimentação da aquicultura desempenha um papel crucial no desempenho e na saúde das espécies de cultura, e é responsável por grande parte dos custos de produção. Isto é, Portanto, fundamental para continuar a desenvolver feeds que aumentam a eficiência alimentar, melhorar a saúde animal, e produzir menos resíduos.

Os aditivos para rações têm desempenhado um papel importante para melhorar os alimentos aquáticos. Saponinas, por exemplo, são um aditivo alimentar importante e estabelecido na aquicultura de frutos do mar. Neste artigo, os efeitos benéficos das saponinas como aditivos alimentares são explorados, com especial ênfase na sua utilização para a cultura do camarão branco do Pacífico (Penaeus vannamei), o que representa cerca de metade da produção de aqüicultura de crustáceos (53%).

O efeito das saponinas para melhorar a absorção de nutrientes, capacidade digestiva, e o desempenho do crescimento é discutido juntamente com os efeitos positivos das saponinas no sistema imunológico dos camarões e sua resistência a patógenos. Além disso, o uso de saponinas para reduzir a carga de nutrientes dos efluentes da aquicultura de camarão também é revisado.

Aquicultura:status e tendências globais

A produção aquícola é o setor de produção de alimentos que mais cresce e é responsável por um grande aumento na oferta de frutos do mar para consumo humano, especialmente desde o final dos anos 80, quando a produção global de captura de frutos do mar estagnou. De acordo com o último relatório publicado em 2018 pela Organização para Alimentação e Agricultura das Nações Unidas, a aquicultura representou 47 por cento da produção global de frutos do mar em 2016, com 80 milhões de toneladas registradas nos registros da FAO.

Além disso, 30,1 milhões de toneladas de plantas aquáticas e 37, 900 toneladas de produtos não alimentares foram cultivadas. O valor total estimado da primeira venda da produção de aqüicultura global em 2016 chega a US $ 243,5 (FAO, 2018) e 19, 271 mil agricultores são responsáveis ​​pelas estatísticas globais de emprego.

Entre os principais grupos de produção de frutos do mar, os crustáceos representam 9,8 por cento da produção mundial de aquicultura, com um total de 64 espécies cultivadas. Outros grupos incluem peixes finos e crustáceos, representando 67,6 por cento e 21,4 por cento das espécies cultivadas, respectivamente.

As principais espécies de crustáceos cultivados são os camarões, lagostim, e caranguejos, a espécie mais comumente produzida é o camarão branco do Pacífico (Penaeus vannamei), que representa mais da metade da produção de crustáceos (53%). As cinco espécies de crustáceos restantes são o lagostim vermelho do pântano (Procambarusclarkii, 12%), o caranguejo-luva chinês (Eriocheirsinensis, 10%), o camarão tigre gigante (Penaeus monodon, 9%), o camarão oriental do rio (Macrobrachiumnipponense, 4%) e o camarão gigante do rio (Macrobrachiumrosenbergii, 3%). A produção de camarões marinhos domina claramente a aquicultura de crustáceos, ocorrendo principalmente em países asiáticos e latino-americanos, incluindo China, Vietnã, Indonésia, Índia, Equador e Tailândia.

Atualmente, a demanda global por frutos do mar continua a crescer significativamente devido a uma variedade de fatores sociais e econômicos, nomeadamente, crescimento populacional, aumento da renda, e melhor distribuição da cadeia de suprimentos dos produtores aos consumidores finais. O consumo per capita aumentou em média 1,5 por cento ao ano desde 1961, passando de 9,0 kg em 1961 para uma estimativa de 20,5 kg em 2017.

O comércio de frutos do mar para consumo humano e fins não alimentares (por exemplo, ração animal, farmacêutico, nutracêutico, cosméticos, entre outros) desempenha um papel importante no desenvolvimento econômico, especialmente em países em desenvolvimento, impulsionando uma ampla gama de indústrias e atividades, como gestão de recursos, infraestrutura e construção de equipamentos, pesquisa e tecnologia, e processamento de alimentos.

A fim de acompanhar a demanda e atender a Agenda 2030 das Nações Unidas para o Desenvolvimento Sustentável, a indústria da aquicultura tem a oportunidade de melhorar sua sustentabilidade à luz de um mundo em mudança.

Como tal, as tendências futuras para a produção de aquicultura incluem (i) uma redução no uso de antibióticos, a fim de mitigar a expansão de cepas microbianas resistentes, (ii) a proliferação de sistemas de Aquicultura Multitrófica Integrada (IMTA) que reduzem a degradação ambiental e o excesso de excreção de nitrogênio e fósforo para o meio ambiente, (iii) a melhoria das formulações de rações, como o cultivo de espécies alimentadas continua a crescer em relação ao cultivo de espécies não alimentadas, (iv) e a evolução dos sistemas e equipamentos de aquicultura, melhorando a produtividade e reduzindo os potenciais impactos ambientais.

Os alimentos para a aquicultura costumam ser responsáveis ​​por metade dos custos totais de produção. Isto é, Portanto, fundamental para desenvolver formulações de rações inovadoras e novos ingredientes que melhoram a qualidade nutricional dos produtos do mar, particularmente aumentando a eficiência alimentar e a assimilação metabólica de nutrientes, além de reduzir o desperdício de ração, melhorando os sistemas de distribuição de ração e promovendo esforços de economia circular.

Estes são, na verdade, entre as principais prioridades da indústria da aquicultura. Eficiência alimentar e melhores perfis nutricionais podem ser alcançados através da inclusão de aditivos alimentares em alimentos aquáticos, contribuindo para o aumento das taxas de produção e redução da ocorrência de doenças infecciosas, como síndrome da mancha branca e síndrome da mortalidade precoce, que ainda são uma grande ameaça para a aqüicultura de camarão, pois levam a eventos de mortalidade em massa e grandes perdas econômicas.

Em última análise, aditivos para rações que melhoram o desempenho digestivo e reduzem a ocorrência de pragas e doenças contribuem para diminuir o estresse animal e, Portanto, melhorar o bem-estar animal nas instalações de aquicultura. Na próxima seção, destacamos a importância dos aditivos para rações na aquicultura.

A importância dos aditivos alimentares na aquicultura:o caso específico das saponinas

A intensificação da produção aquícola não é isenta de desafios, pois pode levar a condições de cultura abaixo do ideal, levando ao estresse dos animais e baixa qualidade da água, que limitam o desempenho de crescimento e bem-estar dos animais em cultura.

Assim, aditivos alimentares são comumente usados ​​na produção de aquicultura como um meio de reduzir o estresse, aumentar a eficiência reprodutiva, melhorar o estado de saúde individual e a resposta imunológica, e melhorar o desempenho do crescimento, melhorando a retenção de nutrientes, digestão, e assimilação.

Os aditivos para rações que promovem o bem-estar dos animais são especialmente relevantes para a aqüicultura de camarão, pois os camarões carecem de um sistema imunológico adaptativo e contam apenas com a imunidade inata para combater patógenos e doenças. Alguns exemplos de aditivos alimentares incluem glucanos, vitamina C, probióticos, prebióticos, ácidos orgânicos, nucleotídeos, carotenóides, ácidos graxos bioativos, e suplementos derivados de plantas.

Atualmente, existe um mercado crescente para incorporar compostos naturais em alimentos aquáticos devido ao fato de que os consumidores finais preferem alimentos e produtos livres de produtos químicos, ao mesmo tempo que exige processos de produção ecológicos.

Adicionalmente, o uso de substâncias sintéticas, como antibióticos e hormônios, não é mais aceito em vários países. De fato, o uso de antibióticos como promotores de crescimento na aquicultura foi proibido em 2006 pela União Europeia (Regulamento 1831/2003 / CE). Consequentemente, ingredientes naturais, como alimentos derivados de plantas, são agora comumente usados ​​na aquicultura como suplementos e também como substitutos da farinha de peixe.

No entanto, é importante ressaltar que os alimentos vegetais devem atender a características nutricionais e não nutricionais específicas para inclusão em alimentos aquáticos, como baixos níveis de fibra, alto teor de proteína, perfil de aminoácidos apropriado, alta digestibilidade de nutrientes, bem como palatabilidade adequada para maximizar a aceitação e ingestão de ração.

Entre as características não nutricionais, disponibilidade, sustentabilidade, preço, facilidade de processamento, e armazenamento e funcionalidade (durabilidade, expansão, estabilidade da água, absorção de óleo) são características críticas a serem avaliadas.

Vários extratos de plantas e algas de aloe vera, açafrão, canela, própolis, Echinacea, alho, Chá verde, cominho, Ruivo, árvore de casca de sabão, Mojave yucca, microalgas Naviculasp, Espirulina, e Ulva sp, entre outros, já foram testados e demonstrados para efeitos positivos nas taxas de sobrevivência, parâmetros hematológicos e imunológicos, e melhoria do desempenho de crescimento de peixes e camarões.

Entre esses suplementos dietéticos, saponinas extraídas da árvore de casca de sabão (Quillajasaponaria) e yucca Mojave (Yucca schidigera) provaram ser ingredientes muito promissores para alimentos aquáticos como promotores de crescimento natural.

As saponinas são classificadas como substâncias com múltiplos benefícios, particularmente em parâmetros-chave, como ingestão de ração, digestibilidade de nutrientes, fisiologia intestinal, metabolismo, crescimento, e saúde. Estes compostos são glicosídeos vegetais de ocorrência natural que possuem uma estrutura esteróide ou triterpenóide e possuem propriedades detergentes.

Contudo, em altas concentrações, é importante notar que as saponinas podem ter efeitos deletérios em animais aquáticos, como depressão do consumo de ração, inibição da absorção ativa de nutrientes, redução da fertilidade e diminuição da digestibilidade das proteínas.

No entanto, efeitos de promoção da saúde, como anticancerígeno, antimicrobiano, diminuindo o colesterol, atividade imunomoduladora e antiinflamatória, foram relatados quando as saponinas são usadas em concentrações mais baixas e em fórmulas de suplementação de rações adequadamente balanceadas.

Efeitos benéficos das saponinas na absorção de nutrientes, capacidade digestiva e desempenho de crescimento de espécies de aquicultura

Um dos principais desafios da produção de aqüicultura é o desenvolvimento de formulações de rações que substituam ingredientes escassos e caros, como farinha de peixe e óleo de peixe, e que melhoram as taxas de conversação de feed (FCR) e o desempenho de crescimento.

As saponinas são candidatas estabelecidas como suplementos alimentares porque foi demonstrado que aumentam a permeabilidade das células da mucosa do intestino delgado, aumentando assim a absorção de nutrientes, particularmente de macromoléculas. Além disso, sua atividade semelhante à do detergente melhora a digestibilidade dos carboidratos, reduzindo a viscosidade.

A estimulação da atividade de enzimas digestivas como amilase, tripsina, protease alcalina, leucina aminopeptidase, fosfatase alcalina, e lipase também foi relatada, junto com um aumento nas enzimas respiratórias como a citocromo c-oxidase. Esses relatórios destacam o potencial das saponinas para aumentar a digestibilidade dos nutrientes, principalmente proteínas e carboidratos, ao mesmo tempo em que favorece os processos anabólicos, aumentando o metabolismo aeróbio.

Vários estudos têm demonstrado a capacidade das saponinas em aumentar o desempenho de crescimento de peixes e camarões cultivados. Por exemplo, carpas alimentadas com dietas contendo saponinas Quillaja apresentaram maior eficiência metabólica e peso corporal médio (aumentou significativamente em 37,5 a 73,2%), taxas de crescimento mais rápidas (a taxa de crescimento específico aumentou 0,7 a 1,18% por dia), e índices de eficiência de utilização aumentados, incluindo eficiência de conversão de alimentos, valor produtivo da proteína, e ganho de proteína, mantendo simultaneamente as taxas metabólicas de rotina.

Resultados semelhantes foram observados para tilápia do Nilo, revelando retenção de energia e conversão de lipídios significativamente maiores quando complementado com uma mistura de saponina. Suplementos com base na mistura de saponina de três por cento, particularmente de extratos de Quillaja e Yucca, mostraram efeitos benéficos no ganho de peso e comprimento, taxas de crescimento e sobrevivência, e melhores taxas de conversão alimentar de camarão branco do Pacífico, levando a um maior rendimento de biomassa por tanque e um aumento de 15 a 26 por cento na produção total.

De forma similar, o uso de uma dieta suplementada com extratos de Quillaja ricos em saponina e vitamina C, levou a uma melhoria de 14 por cento na produção e um aumento de 15 por cento nas taxas de sobrevivência do camarão branco do Pacífico, em comparação com a administração de dietas de controle. Os resultados de outro estudo científico também mostram que o FCR foi melhorado em 23 por cento em camarões alimentados com dieta suplementada com saponina.

Resumindo, dietas suplementadas com saponina têm benefícios funcionais importantes para espécies de aquicultura, particularmente como promotores de crescimento e produtos para a saúde intestinal impulsionados por uma maior eficiência de utilização de ração.

Acredita-se que tais resultados sejam devidos a uma maior absorção de nutrientes ocasionada pela permeabilidade intestinal superior e maior atividade de enzimas digestivas associadas à suplementação de saponina.

Efeitos benéficos das saponinas no sistema imunológico e resistência a patógenos

A disseminação de doenças é considerada um dos problemas mais consideráveis ​​da carcinicultura. As doenças são frequentemente causadas pela má qualidade da água, altas densidades de camarão, desequilíbrios nutricionais, e a falta de medições de biossegurança adequadas associadas ao comércio de animais vivos infectados entre as instalações.

Os tanques de camarão são propensos à invasão de vários patógenos, incluindo protozoários, fungos, e bactérias. Contudo, a maior ameaça vem da disseminação de infecções virais, que causaram grandes perdas em vários países produtores de camarão, incluindo no sudeste da Ásia (Taiwan, China, Indonésia e Índia) e América do Sul (Equador, Honduras e México).

Os cinco principais vírus que afetam a aquicultura de camarão são o vírus infeccioso da necrose hipodérmica e hematopoiética (IHHNV), vírus da cabeça amarela (YHV), Vírus da síndrome de Taura (TSV), vírus da síndrome da mancha branca (WSSV), e vírus de mionecrose infecciosa (IMNV).

As medidas preventivas são atualmente a melhor abordagem para reduzir a propagação de infecções virais, visto que não existem tratamentos eficazes para surtos de pandemia viral em instalações de aquicultura de camarão. Como tal, é de extrema importância manter a qualidade ideal da água, mas também para aumentar a resposta imunológica dos camarões.

Compostos imunoestimulantes, facilmente administrado através da alimentação, pode ser uma solução para atenuar o problema das doenças infecciosas e, consequentemente, melhorar o rendimento da produção. Os imunoestimulantes são definidos como compostos que 'aumentam a resposta imune inata ou não específica, interagindo diretamente com as células do sistema, ativando-os '.

Vários compostos têm sido administrados como imunoestimulantes em instalações de aquicultura para melhorar o estado de saúde dos camarões, incluindo peptidoglicanos, lipopolissacarídeos, oligossacarídeos, vitaminas, nucleotídeos, peptídeos antibacterianos, citocinas, probióticos, e ervas, extratos de plantas e algas.

Vários modos de ação de imunoestimulantes têm sido usados ​​em camarões peneídeos, tais como:(i) aumentar a fagocitose de patógenos por meio da ativação de células fagocíticas na hemolinfa, (ii) aumentando as propriedades antibacterianas e anti-sépticas da hemolinfa, (iii) ativar a transdução de sinal e o sistema de profenoloxidase.

Mais especificamente, extratos de plantas foram relatados para melhorar as propriedades imunes não específicas, como a função leucocitária, agindo contra um amplo espectro de patógenos. No entanto, several factors should be accounted for when administering immunostimulants as their efficiency depends on the timing of administration, dosage, and mode of action.

Saponins are among the plant extracts that have been shown to improve the immune response of shrimps and their resistance to pathogens. 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, explosão respiratória, 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. Além disso, another study carried out using the giant freshwater prawn also showed that saponins can modulate the immune system by increasing total haemocyte count and, ultimately, 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, portanto, 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.

Além disso, nutrient excess may lead to the eutrophication of coastal ecosystems, causing mass mortality events. As an example, 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.

Contudo, the elevated costs of technology, poor planning, and lack of regulation may hamper the use of such innovative methods. Assim, 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.

Além disso, 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.

Por exemplo, 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. In another study, 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. Ainda, the inhibition of ammonia leaching from feces and feed waste and, Portanto, 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.

Conclusão

Saponins are important and established feed additives in seafood aquaculture. Geral, 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.

Adicionalmente, saponins have shown positive effects in the immune system of aquatic species and their resistance to pathogens. The integration of saponins in aquafeeds is, Portanto, a relevant step to improve animal welfare, control infectious diseases, and further advance health management strategies in aquaculture production.

Por último, 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.

Resumindo, 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.