熱による損傷:一般的な飼料成分の栄養変動の主な要因

グエルフ大学動物生物科学部教授ドミニク P ビューロー著

動物の栄養ニーズと特定の生産目標の両方を満たす動物飼料をコスト効率よく生産するには、消化可能または生体利用可能な栄養素に基づいて最適な飼料仕様を正確に定義する必要があります。また、配合に使用される飼料リソースの栄養成分と消化率の正確な特性評価も必要です。

グエルフ大学での私たちの研究は、タンパク質とアミノ酸の消化率が、異なる原材料の種類間、さらには同じ原材料のバッチ間でも著しく異なる可能性があることを一貫して示しています。 1990 年代に、同じ飼料成分を異なるバッチで給餌した場合、ニジマスのタンパク質の消化率とアミノ酸の生物学的利用能に大きなばらつきがあることを文書化しました。魚とエビに関する最近の研究により、この変動は種や地理的起源を超えて存続することが確認されています。

APOTEC研究センター（ベトナム、ホーチミン市）、ウィタヤ・アクア、グエルフ大学魚栄養研究室との共同研究により、ナイルティラピアとパシフィックホワイトの異なる起源の大豆粕（SBM）、肉骨粉（MBM）、トウモロコシ乾燥蒸留穀物および可溶分（DDGS）の間で、粗タンパク質と必須アミノ酸の消化率に5～15％の違いがあることが明らかになった。エビ（表1）。同じ成分を使用した成長試験では、食事中の可消化アミノ酸レベルとタンパク質増加量との間の強い相関関係が示すように、見かけの消化率の違いがアミノ酸の生物学的利用能の測定可能な違いにつながることが示されました（図 1）。これらの調査結果は、さまざまな産地の SBM を使用したティラピア生産コストのシミュレーションで示されているように、原料バッチ選択の経済的重要性を強調しています (表 2)。

同じような原材料間での消化率の違いの原因はまだ不明ですが、原材料の起源と加工条件の両方が関係しています。乾燥、調理、トーストなどの熱処理は多くの飼料原料の中心であり、観察された消化率の変動は熱処理が原因である可能性があります。熱にさらされると、タンパク質の酸化、熱分解、アミノ酸のラセミ化、メイラード反応、アミノ酸の架橋など、総称して「熱損傷」と呼ばれるさまざまな化学変化が引き起こされる可能性があります。これらの反応は制御された実験室条件下で研究されていますが、市販の飼料成分におけるそれらの相対的な寄与と複合効果はよく理解されていません。

メイラード反応は高温で起こり、アミノ基と還元糖の反応が関与するため、特に注目されています。リジンは最も感受性の高いアミノ酸であり、アルギニンがそれに続きます。したがって、反応性リジンはメイラード反応強度の指標として使用され、最近のアッセイではメイラード反応生成物の定量化が可能になりました。

ただし、メイラード反応は全体像の一部にすぎません。熱はタンパク質の架橋結合を引き起こし、リシノアラニン (LAL)、ヒスチジノアラニン (HAL)、ランチオニン (LAN) などの化合物を形成することもあります。これらの架橋アミノ酸は、たとえインビトロでは可溶性のままで消化可能であるように見えても、酵素消化に耐性のあるペプチドを生成する可能性があります。ジャハンビンら。 (2021) は、加工温度が高いと必須アミノ酸濃度が低下する一方、架橋アミノ酸が増加することを示しました。これらのペプチドは動物によって吸収または利用されない可能性があるため、影響を受けたタンパク質の栄養価は減少します。したがって、アミノ酸のバイオアベイラビリティを直接評価することは不可欠ですが、通常、業界で日常的に使用するには複雑すぎ、高価で、時間がかかりすぎます。

熱による損傷の程度とその栄養への影響を評価することは依然として困難です。日常的なアミノ酸分析などの標準的な品質管理方法では、損傷または架橋された残基は検出されません。ペプシン-HCl 分解性試験を含む一般的な in-vitro アッセイでは、さまざまな熱損傷を持つ成分をほとんど区別できません。 pH スタット消化率アッセイ、ラマン分光法、熱損傷マーカーの直接測定などの新興技術は有望ですが、まだ検証されておらず、日常的な使用には実用的ではありません。

近赤外分光法 (NIRS) は、飼料業界で最も広く導入されている QC ツールですが、熱で損傷した原材料の栄養価を予測する能力は、原材料固有の堅牢な校正がなければ限られています。このような校正を開発するには、熱損傷に伴う複雑な化学変化を考慮するために多大な労力が必要になります。その結果、飼料業界には現在、原材料の品質に対する熱損傷の影響を評価するための、迅速で信頼性の高い実用的なツールが不足しています。このようなツールにより、メーカーはさまざまなバッチの消化可能アミノ酸および生体利用可能なアミノ酸含有量をより正確に推定できるようになり、配合精度と費用対効果が向上します。

Wittaya Aqua、APOTEC、およびグエルフ大学魚栄養研究所は、米国大豆輸出評議会 (USSEC) およびその他のパートナーの支援を受けて、このテーマに関する研究を積極的に推進しています。私たちは今後数か月間で大きな進展が見込まれるため、この研究活動の推進に関心のある業界関係者からのフィードバックや協力を歓迎します。

表 1:APOTEC 研究センター（ベトナム）、ウィタヤ アクア、グエルフ大学の魚栄養研究室が共同で実施した最近の消化率試験の結果の概要

見かけの消化係数 (ADC)   粗タンパク質、総エネルギー、アルギニン、リジン、スレオニン、ナイルティラピア (トライアル 1)  % % % % % アルゼンチン産 SBM 88 79 94 96 77 ブラジル産 SBM 85 83 94 98 74 米国産 SBM 91 86 95 98 84 ナイルティラピア (トライアル 2)       アルゼンチン産SBM 85 79 93 94 84 米国産MBMバッチ1 91 80 90 93 86 米国産MBMバッチ2 87 81 91 91 77 ハンガリー産MBMバッチ 80 69 77 78 72 パシフィックホワイトシュリンプ       米国からの DDGS バッチ 1 86 77 66 60 86 米国からの DDGS バッチ 2 80 82 74 67 87

図 1:56 日間の成長試験中の太平洋白エビのタンパク質増加量と、実験食の総アルギニンおよび可消化アルギニンの関数。

表 2:さまざまな消化率の大豆粕源を配合した飼料の費用対効果を評価するナイル川ティラピア生産シナリオの生物経済学的比較* (ベトナムで実施された実験室試験に基づいた Wittaya Aqua によるシミュレーション)

     米国 SBM によるダイエット  アルゼンチンの SBM を使ったダイエット  ブラジル産 SBM を使ったダイエット  在庫の仕入れ   35,000 35,000 35,000 ストッキングの重量  g/魚 30 30 30 養殖日数 (DOC)  162 167 173 日収穫重量  g/魚 1,000 1,000 1,000 eFCR   1.49 1.54 1.56 生存  % 70 70 70 年間の生産サイクル   2.3 2.2 2.1      制作費          餌代  米ドル/トン 756 757 758 ワクチン接種済みの仔魚  USD/フィンガリング 0.175 0.175 0.175 投資減価償却  米ドル/年 30,000 30,000 30,000 エネルギー  USD/日 20 20 20 労働力  USD/日 30 30 30 収穫と加工  USD/kg 0.4 0.4 0.4 ティラピア丸ごとの市場価格  USD/kg 2.25 2.25 2.25 ティラピアの切り身の市場価格  米ドル/kg 7.50 7.50 7.50      年ごとの収穫時の概要          収穫在庫   55,200 53,547 51,690 収穫バイオマス  kg 55,200 53,547 51,690 バイオマス値（魚全体として）  USD 124,200 120,481 116,303 一匹あたりの切り身収量  % 34 34 34 フィレ重量  kg 18,768 18,206 17,575 フィレ価格の合計 (収入)  米ドル/年140,760  136,546  131,810        累積フィード要件  kg 82,800 82,249 82,497 累計飼料コスト  USD 62,597 62,262 62,533 放流時の仔魚のコスト  USD 13,800 13,387 12,923 収穫と加工のコスト  USD/年 22,080 21,419 20,676 エネルギー、人件費、投資の減価償却費  米ドル/年 25,750 25,750 25,750      総生産コスト  米ドル/年124,227  122,818  121,882  利益 / 損失  USD/年 16,533 13,728 9,928 利益 / 損失  USD/kg 0.30 0.26 0.19 マージン  % 13  11  8         

*生物経済モデリング は、典型的な IPRS 生産シナリオを考慮して実施されました。水温 29 度でナイル ティラピアを 30 g から 1,000 g に成長させ、放流在庫は 35,000 匹（140 匹/m 3 ）、生存率は 70% でした。コスト構成要素は、 コロンビアの推定値に基づいています。