Superior de Ensenada, Baja California
Doctorado en Ciencias
en Acuicultura
Estimación del perfil de aminoácidos óptimo para el mayor
crecimiento y eficiencia alimenticia en juveniles de Totoaba,
(Totoaba macdonaldi)
Tesis
para cubrir parcialmente los requisitos necesarios para obtener el grado de
Doctor en Ciencias
Presenta:
Jorge Madrid Hernández
Tesis defendida por
Jorge Madrid Hernández
y aprobada por el siguiente Comité
Jorge Madrid Hernández © 2019
Queda prohibida la reproducción parcial o total de esta obra sin el permiso formal y explícito del autor y director de la tesis.
Dr. Juan Pablo Lazo Corvera
Director de tesis
Miembros del comité
Dra. M. del Pilar Sánchez Saavedra
Dr. Camilo Pohlenz Castillo
Dra. Patricia Juárez Camacho
Dra. María Teresa Viana Castrillón
Dra. Fabiola Lafarga de la Cruz
Coordinador del Posgrado en Acuicultura
Dra. Rufina Hernández Martínez
Resumen en español
Resumen de la tesis que presenta Jorge Madrid Hernández como requisito parcial para la obtención del grado de Doctor en Ciencias en Acuicultura.
Estimación del perfil de aminoácidos óptimo para el mayor crecimiento y eficiencia alimenticia en juveniles de Totoaba, (Totoaba macdonaldi)
Resumen aprobado por:
__________________________________ Dr. Juan Pablo Lazo Corvera Director de tesis
harina de carne y hueso de cerdo y harina de pluma hidrolizada. Los ingredientes proteicos de origen vegetal fueron un concentrado de soya, harina de soya, gluten de maíz y gluten de trigo. Los valores más altos de coeficiente de digestibilidad aparente de la proteína y de los aminoácidos, especialmente lisina, se obtuvieron con la harina de subproducto de ave (HSA), concentrado de soya (CS) y gluten de trigo (GT). Con base en los resultados del presente estudio se recomienda una formulación de alimento de engorda para juveniles de totoaba con un 46% de proteína utilizando ingredientes como la HSA, CS y GT pero balanceando los aminoácidos esenciales respecto al requerimiento de lisina y la adición de glutamina, alanina y glicina, para un crecimiento y supervivencia adecuados en juveniles de totoaba bajo condiciones de cultivo.
Resumen en inglés
Abstract of the thesis presented by Jorge Madrid Hernández as a partial requirement to obtain the Doctor of Science degree in Aquaculture.
Estimation of the optimal amino acid profile for the highest growth and nutritional efficiency in juveniles of Totoaba, (Totoaba macdonaldi)
Abstract approved by:
__________________________________ Dr. Juan Pablo Lazo Corvera
Thesis Director
soy concentrate (SC), and wheat gluten (GT). Based on the results of the present study, formulating feeds for totoaba juveniles with 46% protein is recommended using ingredients such as HSA, CS and GT, but balancing the essential amino acids with respect to lysine requirement and the relative proportions found in totoaba whole body and the addition of non-essential amino acids such as glutamine, alanine and glycine, for an adequate growth and survival in juveniles of Totoaba under culture conditions.
Dedicatoria
Agradecimientos
A Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por la beca otorgada para mi manutención durante mi doctorado.
Al Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) y al departamento de Acuicultura por haberme aceptado en su programa de Doctorado.
A mi director el doctor Juan Pablo Lazo Corvera por aceptarme como estudiante, por sus enseñanzas y guía durante todo el doctorado, pero sobre todo por brindarme su amistad.
A los miembros de mi comité de tesis Dra. Pilar Sánchez Saavedra, Dra. Patricia Juárez Camacho, Dra. Teresa Viana Castrillón y al Dr. Camilo Pohlenz Castillo por todos su apoyo, sugerencias y enseñanzas durante doctorado.
A el M. en C. Abelardo Campos Espinoza técnico del departamento de Acuicultura por todo el apoyo brindado durante mis experimentos.
A la bióloga Uvinai Salgado técnico del Laboratorio de Peces Marinos del Departamento de Acuicultura por todo el apoyo en mis bioensayos.
A mi familia; mis padres Patricia Hernández y Gustavo Madrid muchas gracias por todo el apoyo, cariño y amor; mis hermanos Pancho, Beto y Guicho, gracias carnales.
Tabla de contenido
Página
Resumen en español ... i
Resumen en inglés ... iii
Dedicatoria ... v
Agradecimientos ... vi
Lista de Figuras ... ix
Lista de Tablas ... xii
Capítulo 1. Introducción general ...1
1.1 Estado actual de la acuicultura ...1
1.2 Totoaba macdonaldi ...2
1.3. Harina de pescado ...5
1.4 Requerimiento de proteína en dieta ...7
1.5 Requerimiento de lisina en dieta ...8
1.6 Importancia de los aminoácidos no esenciales ...9
1.7 Estrategias para la optimización de la proteína en dieta ... 12
1.8 Utilización de ingredientes alternos sostenibles ... 12
1.9 Digestibilidad ... 13
1.10 Concepto de la proteína ideal... 14
Capítulo 2. Justificación, hipótesis y objetivos ... 15
2.1. Justificación ... 15
2.2. Hipótesis ... 15
2.3. Objetivos ... 16
2.3.1. Objetivos generales ... 16
Capítulo 3. Requerimiento de lisina en dieta para juveniles de Totoaba macdonaldi ... 17
3.1. Importancia de la evaluación del requerimiento de lisina... 17
3.2. Antecedentes ... 18
3.3. Metodología... 19
3.4. Resultados ... 25
3.5. Discusión ... 28
Capítulo 4. Efecto del nivel de proteína en dieta manteniendo la proporción de aminoácidos esenciales equivalentes al cuerpo entero en juveniles de totoaba... 35
4.1. Estrategias para una proteína en dieta más eficiente ... 35
4.2. Antecedentes ... 36
Capítulo 5. Evaluación de la relación del perfil de aminoácidos esenciales (AAE) y el aporte de
aminoácidos no esenciales (AANE) en dieta para juveniles de totoaba ... 49
5.1. Importancia de los aminoácidos no esenciales ... 49
5.3. Metodología ... 52
5.3.1. Formulación de las dietas ... 52
5.4 Resultados ... 56
5.5 Discusión ... 59
Capítulo 6. Digestibilidad de diversas fuentes proteicas en juveniles de totoaba ... 63
6.1 Acuicultura sostenible ... 63
6.3 Metodología ... 71
6.3.1. Formulación de las dietas ... 71
Capítulo 7. Conclusiones ... 88
7.1. Recomendaciones ... 88
Literatura citada ... 90
Lista de Figuras
Figura Página
Figura 1. Producción mundial de pesca y de la acuicultura. (Tomado de FAO 2018). ... 1
Figura 2. Totoaba (Totoaba macdonaldi), Gilbert 1890. (Tomada de http://www.fishbase.org /Photos/ PicturesSummary.php? StartRow=2&ID=6317&what=species&TotRec=5). ... 2
Figura 3. Zona de distribución de la totoaba. (Tomado de Arvizu y Chávez 1972). ... 3
Figura 4. Curvas de crecimiento de totoaba macdonaldi en cultivo comercial (Earth Ocean Farms) en un periodo de 2 años. (Tomada de Juárez et al., 2016). ... 4
Figura 5. Producción de la harina de pescado y su proyección al 2030. (Tomado de FAO, 2018). ... 5
Figura 6. Precio a nivel mundial de la harina de pescado. (Tomado de Tacon y Metian,2008). ... 6
Figura 7. Función de los aminoácidos en el crecimiento, mantenimiento y salud de los peces. (Tomada de Li et al. 2009). ... 10
Figura 8. Aporte de los aminoácidos en la gluconeogénesis y cetogénesis y su incorporación en el ciclo del ácido cítrico. (Tomado de D’mello, 2003). ... 11
Figura 9. Origen de acetil Coa a partir del catabolismo de la lisina. (Tomado de D’mello, 2003). ... 18
Figura 10. Colección de material fecal para la evaluación del coeficiente de digestibilidad aparente. (A) tamiz de 0.2 micras para la colección de las heces por medio de un sifón. (B) lavado del material fecal con agua destilada. (C) deposición del material fecal en navecilla de aluminio para su secado. ... 22
Figura 11. Peso final (g) de los juveniles de totoaba alimentados con distintos niveles de lisina en la dieta. Líneas verticales representan la desviación estándar. Letras diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos a>b, ANOVA de una vía, α=0.05. L1.6 = lisina 1.60%, L1.7 = lisina 1.77%, L2.2 = lisina 2.20%, L2.5 = lisina 2.58% y L2.8 = lisina 2.78%. ... 25
Figura 12. Relación entre CCT y el nivel de lisina en dieta (%) basado en un análisis de regresión cuadrática “quadratic broken line”. Flecha vertical indica el nivel de lisina estimada (1.93 ± 0.8). ... 33
Figura 14. Peso final de los juveniles de totoaba alimentados al final del bioensayo. Barras verticales representan la desviación estándar. Letras diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos a>b, ANOVA de una vía, α=0.05. 51C = 51% proteína cruda, 46C = 46% proteína cruda, 46AA = 46% proteína cruda con aminoácidos esenciales y no esenciales, 37AAE = 37% proteína cruda con aminoácidos esenciales. ... 56
Figura 15. Coeficiente de digestibilidad aparente (CDA) de lisina en los ingredientes evaluados. Barras verticales representan la desviación estándar. Letras diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos a>b, ANOVA de una vía, α=0.05. HP = harina de pescado, SA = subproducto de ave, CH = harina carne y hueso, PL = harina de pluma, CS = concentrado de soya, HS = harina de soya, GM = gluten de maíz, GT = gluten de trigo. Los valores de la harina de pluma (HP) y el gluten de maíz (GM) no se pudieron determinar y se les asigno un valor de cero. ... 78
Figura 16. Coeficiente de digestibilidad aparente (CDA) de arginina en los ingredientes evaluados. Barras verticales representan la desviación estándar. HP = harina de pescado, SA = subproducto de ave, CH = harina carne y hueso, PL = harina de pluma, CS = concentrado de soya, HS = harina de soya, GM = gluten de maíz, GT = gluten de trigo. ... 79
Figura 17. . Coeficiente de digestibilidad aparente (CDA) de histidina en los ingredientes evaluados. Barras verticales representan la desviación estándar. HP = harina de pescado, SA = subproducto de ave, CH = harina carne y hueso, PL = harina de pluma, CS = concentrado de soya, HS = harina de soya, GM = gluten de maíz, GT = gluten de trigo. ... 79
Figura 18.Coeficiente de digestibilidad aparente (CDA) de leucina en los ingredientes evaluados. Barras verticales representan la desviación estándar. Letras diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos a>b, ANOVA de una vía, α=0.05. HP = harina de pescado, SA = subproducto de ave, CH = harina carne y hueso, PL = harina de pluma, CS = concentrado de soya, HS = harina de soya, GM = gluten de maíz, GT = gluten de trigo. ... 80
Figura 19. Coeficiente de digestibilidad aparente (CDA) de metionina en los ingredientes evaluados. Barras verticales representan la desviación estándar. Letras diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos a>b, ANOVA de una vía, α=0.05. HP = harina de pescado, SA = subproducto de ave, CH = harina carne y hueso, PL = harina de pluma, CS = concentrado de soya, HS = harina de soya, GM = gluten de maíz, GT = gluten de trigo. Los valores de la harina de pluma (HP), harina de soya y el gluten de maíz (GM) no se pudieron determinar y se les asigno un valor de cero. . 80
Figura 20. Coeficiente de digestibilidad aparente (CDA) de fenilalanina en los ingredientes evaluados. Barras verticales representan la desviación estándar. Letras diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos a>b>c, ANOVA de una vía, α=0.05. HP = harina de pescado, SA = subproducto de ave, CH = harina carne y hueso, PL = harina de pluma, CS = concentrado de soya, HS = harina de soya, GM = gluten de maíz, GT = gluten de trigo. El valor de la harina de pluma (HP) no se pudo determinar y se les asigno un valor de cero. ... 81
entre tratamientos a>b, ANOVA de una vía, α=0.05. HP = harina de pescado, SA = subproducto de ave, CH = harina carne y hueso, PL = harina de pluma, CS = concentrado de soya, HS = harina de soya, GM = gluten de maíz, GT = gluten de trigo. ... 81
Figura 22. Coeficiente de digestibilidad aparente (CDA) de isoleucina en los ingredientes evaluados. Barras verticales representan la desviación estándar. Letras diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos a>b, ANOVA de una vía, α=0.05. HP = harina de pescado, SA = subproducto de ave, CH = harina carne y hueso, PL = harina de pluma, CS = concentrado de soya, HS = harina de soya, GM = gluten de maíz, GT = gluten de trigo. ... 82
Lista de Tablas
Tabla Página
Tabla 1. Clasificación de los aminoácidos en peces según Wu et al., 2014. ... 8
Tabla 2. Formulación (g/100 g) y composición proximal (%) de las dietas experimentales. L1.6 = lisina 1.60%, L1.7 = lisina 1.77%, L2.2 = lisina 2.20%, L2.5 = lisina 2.58% y L2.8 = lisina 2.78%. ... 20
Tabla 3. Composición total de aminoácidos de las dietas experimentales (g/100 g)*. L1.6 = lisina 1.60%, L1.7 = lisina 1.77%, L2.2 = lisina 2.20%, L2.5 = lisina 2.58% y L2.8 = lisina 2.78%. ... 20
Tabla 4. Desempeño de juveniles de totoaba alimentados con distintos niveles de lisina en dieta (± D. E.). Letras diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos a>b, ANOVA de una vía, α=0.05. L1.6 = lisina 1.60%, L1.7 = lisina 1.77%, L2.2 = lisina 2.20%, L2.5 = lisina 2.58% y L2.8 = lisina 2.78%. ... 26
Tabla 5. Eficiencia alimenticia de juveniles de totoaba alimentados con distintos niveles de lisina en dieta (± D. E.). Letras diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos a<b, ANOVA de una vía, α=0.05. L1.6 = lisina 1.60%, L1.7 = lisina 1.77%, L2.2 = lisina 2.20%, L2.5 = lisina 2.58% y L2.8 = lisina 2.78%. ... 26
Tabla 6. Composición proximal (%) de los juveniles de totoaba al inicio y final del experimento alimentados con distinto contenido de lisina en dieta (± D. E.). L1.6 = lisina 1.60%, L1.7 = lisina 1.77%, L2.2 = lisina 2.20%, L2.5 = lisina 2.58% y L2.8 = lisina 2.78%. ... 27
Tabla 7. Valores de la lisina en la dieta, lisina digestible y coeficientes de digestibilidad aparente (%) de la materia seca, proteína y aminoácidos (± D. E.). L1.6 = lisina 1.60%, L1.7 = lisina 1.77%, L2.2 = lisina 2.20%, L2.5 = lisina 2.58% y L2.8 = lisina 2.78%. ... 27
Tabla 8. Estimación del requerimiento de lisina en dieta utilizando las variables respuesta de los juveniles de totoaba alimentados con diferente contenido de lisina en la dieta acoplados a un modelo cuadrático “quadratic broken line”. ... 31
Tabla 9. Estimación de los aminoácidos esenciales en juveniles utilizando la cuantificación del requerimiento de lisina y la concentración de los aminoácidos del cuerpo completo de la totoaba (Twibell et al., 2003). ... 34
Tabla 10. Estudios realizados evaluando requerimientos de aminoácidos bajo el concepto de proteína ideal. ... 37
Tabla 12. Perfil de aminoácidos de las dietas experimentales* (g / 100 g) y porcentaje de los aminoácidos esenciales respecto a lisina (lisina como 100%). 51CP = 51% proteína cruda, 44CP = 44% proteína cruda, 37CP = 37% proteína cruda y 30CP = 30% proteína cruda. ... 39
Tabla 13. Desempeño de juveniles de totoaba al final del experimento (± D. E.). Letras diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos a<b, ANOVA de una vía, α=0.05. 51CP = 51% proteína cruda, 44CP = 44% proteína cruda, 37CP = 37% proteína cruda y 30CP = 30% proteína cruda. . 43
Tabla 14. Eficiencia alimenticia de juveniles de totoaba al final del experimento (± D. E.). Letras diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos a<b, ANOVA de una vía, α=0.05. 51CP = 51% proteína cruda, 44CP = 44% proteína cruda, 37CP = 37% proteína cruda y 30CP = 30% proteína cruda. ... 43
Tabla 15. Composición proximal (%) de los juveniles de totoaba (± D.E.) al inicio y final del bioensayo. 51CP = 51% proteína cruda, 44CP = 44% proteína cruda, 37CP = 37% proteína cruda y 30CP = 30% proteína cruda. ... 44
Tabla 16. Coeficientes de digestibilidad aparente de la materia seca, proteína y aminoácidos esenciales (± D.E.). Letras diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos a<b, ANOVA de una vía, α=0.05. 51CP = 51% proteína cruda, 44CP = 44% proteína cruda, 37CP = 37% proteína cruda y 30CP = 30% proteína cruda. ... 44
Tabla 17. Clasificación de aminoácidos en nutrición animal para peces (Wu et al. 2014).¡Error! Marcador no definido.
Tabla 18. Estudios evaluando el efecto de los aminoácidos no esenciales en distintas especies. ... 51
Tabla 19. Formulación de la dietas experimentales (g/100 g en base seca) y composición proximal de las dietas experimentales (base seca). 51C = 51% proteína cruda, 46C = 46% proteína cruda, 46AA = 46% proteína cruda con aminoácidos esenciales y no esenciales, 37AAE = 37% proteína cruda con aminoácidos esenciales. ... 52
Tabla 20. Perfil de aminoácidos de las dietas experimentales* (g / 100 g) y porcentaje de los aminoácidos esenciales respecto a lisina (lisina como 100%). 51C = 51% proteína cruda, 46C = 46% proteína cruda, 46AA = 46% proteína cruda con aminoácidos esenciales y no esenciales, 37AAE = 37% proteína cruda con aminoácidos esenciales. ... 53
Tabla 21. Desempeño biológico de los juveniles de totoaba (± D.E.). Letras diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos a>b, ANOVA de una vía, α=0.05. 51C = 51% proteína cruda, 46C = 46% proteína cruda, 46AA = 46% proteína cruda con aminoácidos esenciales y no esenciales, 37AAE = 37% proteína cruda con aminoácidos esenciales. ... 57
46C = 46% proteína cruda, 46AA = 46% proteína cruda con aminoácidos esenciales y no esenciales, 37AAE = 37% proteína cruda con aminoácidos esenciales. ... 57
Tabla 23. Composición proximal de los juveniles de totoaba (± D.E.). Letras diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos a>b, ANOVA de una vía, α=0.05. 51C = 51% proteína cruda, 46C = 46% proteína cruda, 46AA = 46% proteína cruda con aminoácidos esenciales y no esenciales, 37AAE = 37% proteína cruda con aminoácidos esenciales. ... 58
Tabla 24. Coeficientes de digestibilidad aparente de la materia seca, proteína y aminoácidos esenciales (± D.E.). Letras diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos a>b>c, ANOVA de una vía, α=0.05. 51C = 51% proteína cruda, 46C = 46% proteína cruda, 46AA = 46% proteína cruda con aminoácidos esenciales y no esenciales, 37AAE = 37% proteína cruda con aminoácidos esenciales. ... 59
Tabla 25. Coeficiente de digestibilidad aparente de la proteína (CDA) por distintas especies de peces en ingredientes selectos. NRC, 2011. ... 70
Tabla 26. Composición proximal y perfil de aminoácidos esenciales de los ingredientes proteicos. ... 72
Tabla 27. Ingredientes utilizados en la formulación de las dietas experimentales (g / 100g). HP = Harina de pescado, SA = harina subproducto de ave, CH = harina carne y hueso, PL = harina de pluma, CS = concentrado de soya, HS = harina de soya, GM = gluten de maíz, GT = gluten de trigo. ... 73
Tabla 28. Composición de aminoácidos esenciales de las dietas experimentales (g/100 g). HP = Harina de pescado, SA = harina subproducto de ave, CH = harina carne y hueso, PL = harina de pluma, CS = concentrado de soya, HS = harina de soya, GM = gluten de maíz, GT = gluten de trigo. ... 74
Tabla 29. Valores promedio (n= 3) del consuno de alimento de los juveniles de totoaba en el primer bioensayo. Letras diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos a>b, ANOVA de una vía, α=0.05. HP = harina de pescado, SA = subproducto de ave, CH = harina de carne y hueso, PL = harina de pluma. ... 77
Tabla 30. Valores promedio (n= 3) del consuno de alimento de los juveniles de totoaba en el segundo bioensayo. Letras diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos a>b, ANOVA de una vía, α=0.05. CS= concentrado de soya, HS = harina de soya, GM = gluten de maíz, GT = gluten de trigo. ... 77
Tabla 31. Coeficiente de digestibilidad aparente con diversos ingredientes proteicos en juveniles de totoaba. Letras diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos a>b>c>d, ANOVA de una vía, α=0.05. ... 78
Capítulo 1. Introducción general
1.1 Estado actual de la acuicultura
En el 2014 se logró un suceso importante para la industria de la acuicultura al sobrepasar la
contribución por pesca de las pesquerías para el consumo humano a nivel mundial, ya que desde finales
de los años 80’s, la producción de las pesquerías se ha mantenido estable pero la producción mundial ha
aumentado (Figura 1). Por su parte, la acuicultura es la responsable del incremento a la producción de
alimento para consumo humano, de tal manera, que ha ido incrementando a razón de 6-8% anual, con un
7% en 1974 y un 39% en 2004. En el 2014, la producción acuícola alcanzó las 73.8 millones de toneladas
métricas (TM), estimados en 160 mil millones de dólares (USA$), aportados por 49.8 millones de TM en
peces (USA$ 99 mil millones), 16.1 millones de TM en moluscos (USA$ 19 mil millones), 6.9 millones de
TM en crustáceos (USA$ 36.2 mil millones) y 7.3 millones de TM de otros organismos acuáticos (USA$ 3.7
mil millones). Si se considera la producción de las plantas acuáticas desde el 2014, la acuicultura aporta
más de la mitad de los productos pesqueros (i.e., 53%) (FAO, 2016).
1.2 Totoaba macdonaldi
En el 2014, la FAO registró un total de 580 especies cultivadas a nivel mundial, el cual incluían 362
especies de peces (incluyendo híbridos), 104 de moluscos, 62 de crustáceos, 6 de ranas y reptiles, 9 de
invertebrados acuáticos y 37 de plantas acuáticas (FAO, 2016). Entre las especies de peces marinos con
potencial para su cultivo se encuentra la totoaba, Totoaba macdonaldi (Figura 2).
Figura 2. Totoaba (Totoaba macdonaldi), Gilbert 1890. (Tomada de http://www.fishbase.org /Photos/
PicturesSummary.php? StartRow=2&ID=6317&what=species&TotRec=5).
La totoaba es una especie endémica del Golfo de California, México (Figura 3) y es el representante
más grande de su familia (Sciaenidae), logrando alcanzar una longitud de hasta 2 metros y un peso de 135
kilos (Flanagan and Hendrickson, 1976). Debido a las altas tasas de crecimiento de la totoaba, es
considerada una especie ideal para la acuicultura (Juarez et al., 2016). La totoaba es una especie que por
su sobreexplotación pesquera estaba considerada al borde de la extinción e incluida en el catálogo de la
CITES (Cisneros-Mata et al., 1995). Actualmente, se han desarrollado con éxito programas de reproducción
de alevines y juveniles de la totoaba para su repoblamiento, así como para el desarrollo de la acuicultura
Figura 3. Zona de distribución de la totoaba. (Tomado de Arvizu y Chávez 1972).
En el año 2013 la empresa “Earth Ocean Farms” cultivó juveniles de totoaba en jaulas en el mar
de Cortez, México comprobando su gran potencial como especie acuícola. Actualmente se ha desarrollado
la tecnología para su reproducción y engorde, y su producción comercial se está llevando a cabo con tasas
de crecimiento reportadas de 2.5 kg en un año y hasta 6 kg en 2 años (Figura 4). Además, de registrar tasas
de conversión alimenticia de 2.5 y una ganancia de peso de hasta 7.5 g/día, lo que indica que la totoaba
es una excelente especie para la acuicultura. Su cultivo a nivel comercial puede contribuir a la producción
de alimentos, el desarrollo socioeconómico y la reducción de la presión de la pesca ilegal sobre poblaciones
Figura 4. Curvas de crecimiento de Totoaba macdonaldi en cultivo comercial (Earth Ocean Farms) en un periodo de
2 años. (Tomada de Juárez et al., 2016).
A pesar del exitoso cultivo de esta especie y del crecimiento continuo de la acuicultura a nivel
mundial, hay muchas cuestiones importantes relacionadas con la producción de los peces, en particular,
los peces marinos, que deben considerarse para lograr un equilibrio en la producción de alimentos para la
humanidad y la sostenibilidad de los métodos de producción, debido a los altos costos de la producción
de alimento y a la utilización de ingredientes poco renovables. La sostenibilidad de la industria acuícola es
una preocupación ambiental, económica y social (Hixson, 2014). Los recursos clave requeridos para
enfrentar este desafío de sostenibilidad, son los alimentos acuáticos para especies carnívoras y los
ingredientes utilizados en su producción (Rana et al., 2009). Las especies de peces marinos carnívoros,
como la totoaba, dependen en gran medida del suministro de la harina de pescado, ya que es un
ingrediente importante en la formulación de las dietas para estas especies. Como resultado del rápido
crecimiento de la producción mundial acuícola en las últimas décadas, ha generado un aumento
creciente demanda por este ingrediente, no se puede satisfacer a futuro debido a la producción limitada
de harina de pescado de las pesquerías, y a que las captura se están acercando la sobreexplotación o al
límite máximo sostenible (Figura 5) (FAO, 2016).
Figura 5. Producción de la harina de pescado y su proyección al 2030. (Tomado de FAO, 2018).
1.3. Harina de pescado
La creciente y alta demanda por la harina de pescado debido al gran incremento de la producción
acuícola a nivel mundial y la producción limitada de este producto por parte de las pesquerías, asociado a
un incremento del precio del petróleo y la energía a nivel mundial, ha causado un inevitable incremento
en el precio de la harina de pescado (Tacon y Metian, 2008). Por lo anterior, el costo económico de las
dietas para los peces carnívoros llega a representar hasta un 60% de los costos de producción de una
Figura 6. Precio a nivel mundial de la harina de pescado. (Tomado de Tacon y Metian,2008).
Conjuntamente, existe una preocupación en disminuir la contaminación del medio ambiente
ocasionados por la utilización de la harina de pescado en las dietas utilizadas en la acuacultura. La mayoría
de las harinas de pescado contienen fósforo en una cantidad muy superior al requerimiento mínimo para
los peces, y este exceso de fosforo será excretado al medio ambiente causando una posible eutrofización.
Así, es necesario reducir el fósforo en las dietas para peces, reduciendo el contenido de la harina de
pescado en el alimento y reemplazándolo por ingredientes alternos que contengan menos fósforo
(Sugiura y Hardy, 2000). Las dietas para peces deben proporcionar todos los nutrientes esenciales
requeridos y la energía necesaria para satisfacer las necesidades fisiológicas de los animales en cultivo. La
proteína se requiere en la dieta para obtener aminoácidos que se utilizan para sintetizar nuevas proteínas
o mantener las proteínas existentes en los tejidos, mientras que el exceso de proteínas es utilizado como
energía. El exceso de proteína en la dieta incrementara el amonio excretado por los peces, contribuyendo
a la contaminación del agua (Hixson, 2014).
La digestibilidad de los ingredientes y la composición específica de los nutrientes en las dietas son
los principales factores que afectan la producción de desechos de los peces. La minimización de la
producción de residuos asociados a la alimentación debe comenzar por la formulación de la dieta. La
composición y digestibilidad de aminoácidos de la dieta es un factor con un efecto determinante sobre los
residuos nitrogenados excretados (Cho y Bureau, 2001). Estudios previos han demostrado que al formular
un alimento con un exceso de aminoácidos (i.e., por encima del requerimiento de la especie) resultará en
su catabolismo, que es asociado a una excreción de amonio y perdida de energía. El mejoramiento de la
aporte de energía no proteica utilizada para satisfacer el requerimiento energético, lo que resultará en
una disminución significativa del catabolismo de los aminoácidos como fuente energética (Lloyd et al.,
1978), comúnmente llamado “protein sparing” (Kaushik y Cowey, 1991). No se ha cuantificado en su
totalidad la proporción de aminoácidos destinados al catabolismo, ya que a pesar de un amplio suministro
de energía no proteica, constantemente se presentaran pérdidas asociadas a un “catabolismo inevitable”
de aminoácidos (Cho and Bureau, 2001). Sin embargo, la habilidad de los peces para utilizar la energía no
proteica es especie-especifico. Se ha observado una relación general entre los hábitos alimenticios y los
requerimientos de proteínas en la dieta entre las especies evaluadas hasta ahora bajo condiciones de
cultivo, de modo que las especies carnívoras tienen mayores requerimientos por las proteínas que las
especies omnívoras y herbívoras (NRC, 2011). Así, es de suma importancia evaluar el requerimiento de
proteína y aminoácidos y su relación con la energía requerida en la especie de interés sobre todo sin son
carnívoras debido a su alto requerimiento. La razón por la que esto es importante es que los peces muy
fácilmente utilizan los aminoácidos de la dieta como fuente de energía metabólica, en lugar de utilizarlos
para la síntesis de tejidos por lo que son catabolizados y el nitrógeno de los aminoácidos se excreta
fácilmente a través de las branquias, lo que contribuye a la contaminación del medio ambiente (Hardy y
Gatlin, 2002).
1.4 Requerimiento de proteína en dieta
La evaluación del requerimiento proteico y de aminoácidos en dieta es de gran importancia para
lograr una acuicultura sostenible, ya que la información obtenida ayudará a formular alimentos con mayor
eficiencia. La proteína es el componente más importante de la dieta de los peces debido a que la ingesta
adecuada de aminoácidos (i.e., provenientes de las proteínas) determina el crecimiento y los costos de
producción ya que se requieren altos niveles en el alimento, en particular en los peces marinos. El valor
nutricional de una fuente proteica está en función de su digestibilidad y su perfil de aminoácidos. Sin
embargo, los peces, al igual que otros organismos, no tienen un verdadero requerimiento por las
proteínas, pero tienen un requerimiento especifico de un perfil bien balanceado de aminoácidos
esenciales y no esenciales en dieta (Wilson, 2002). Los aminoácidos, que son las unidades estructurales de
la proteína, generalmente se clasifican como esenciales, no esenciales y en los últimos años algunos
investigadores han propuesto algunos aminoácidos como condicionales (Wu et al., 2014) (Tabla 2) . Una
deficiencia de aminoácidos resulta en una mala utilización de los nutrientes de la dieta y, por lo tanto, un
son aquellos cuyos esqueletos de carbono no son sintetizados por los organismos o si lo son, no en
cantidades suficientes, y por lo tanto deben proporcionarse a partir de la dieta. En contraste, los
aminoácidos no esenciales son aquellos aminoácidos que se sintetizan de novo para satisfacer sus
requerimientos y es algo especie especifico (Wu, 2010). Mucho tiempo, se ha asumido, sin mucha
evidencia, que los organismos incluyendo a los seres humanos, podían sintetizar cantidades suficientes de
todos los aminoácidos no esenciales y no los necesitaban en dietas para un crecimiento o salud óptimos.
Sin embargo, la creciente evidencia de estudios en organismos ha demostrado que algunos de los
aminoácidos tradicionalmente clasificados como no esenciales (i.e., glutamina, glutamato y arginina)
desempeñan funciones importantes en múltiples vías de señalización celular, regulando así la expresión
de genes, el recambio de proteínas intracelular, el metabolismo de nutrientes y defensa inmune oxidativa
y que al suministrarse en cantidades adecuadas en la dieta generaban un beneficio en la especie de interés
(Brasse-Lagnel et al., 2009). Tabla 0. Clasificación de los aminoácidos en peces según Wu et al., 2014.
Tabla 1. Clasificación de los aminoácidos en peces según Wu et al., 2014.
Aminoácido esencial Aminoácido no esencial Aminoácido condicional
Lisina Alanina Glutamina
Metionina Serina Glutamato
Leucina Aspargina Glicina
Isoleucina Aspartato Taurina
Valina Cisteína
Histidina Tirosina
Arginina Prolina
Valina Fenilalanina
Triptófano
1.5 Requerimiento de lisina en dieta
Entre los aminoácidos esenciales uno de los más importantes es la lisina, ya que por lo general es
el primer aminoácido esencial que se vuelve limitante (con respecto al requerimiento de la especie), así
como el aminoácido que en menor cantidad se encuentra en diversos ingredientes alternativos (i.e., harina
de gluten de maíz, harina de plumas, etc.) y los ingredientes ricos en lisina (harina de pescado, harina de
sangre) por lo general suelen ser costosos. La evaluación precisa de los requerimientos de lisina para las
especies de peces cultivados es importante para mejorar la sustentabilidad de los alimentos (Bureau y
en distintas especies con potencial acuícola y a menudo se utiliza como un aminoácido referencia.
Comúnmente, las concentraciones para cada uno de los otros aminoácidos esenciales se expresan como
un porcentaje relativo a la lisina tomando a este último como un 100%. Adicionalmente, existen varias
razones para seleccionar a la lisina como el aminoácido de referencia. Primero, la lisina tiene funciones
importantes en el organismo principalmente en la síntesis de tejido proteico, por lo tanto, su requisito no
está muy influenciado por otras funciones metabólicas.En segundo lugar, según la especie de pez y el tipo
de ingrediente, la lisina suele ser el aminoácido limitante por lo que suele ser el primer aminoácido al cual
se le determina su requerimiento comparado con otros aminoácidos. En tercer lugar, el análisis de la lisina
en la dieta y en los organismos no presenta muchas complicaciones analíticas (Miles y Chapman, 2007).
Así, el requerimiento de lisina en dieta para distintas especies se ha evaluado con mayor frecuencia
comparado con otros aminoácidos esenciales (Wilson, 2002). Además, la lisina es un sustrato para la
síntesis de carnitina, que se requiere para el transporte de ácidos grasos de cadena larga desde el citosol
a las mitocondrias para la oxidación. La biosíntesis de la carnitina se inicia a partir de la metilación de la
lisina por medio de una metiltransferasa. La lisina mono, di y trimetiladas se encuentran en diferentes
proteínas. Sin embrago, solo la trimetilisina se puede convertir en carnitina y según estudios se convierte
solo el 36% de la trimetilisina (Labadie et al., 1976). Los beneficios potenciales de la suplementación con
carnitina en la dieta incluyen la promoción del crecimiento, la protección contra la toxicidad del amoníaco,
la aclimatación mejorada a los cambios de temperatura extremos y el estrés asociado, y el rendimiento
mejorado de la reproducción (Harpaz, 2005).
1.6 Importancia de los aminoácidos no esenciales
Una completa evaluación de la calidad nutrimental de una dieta debería de incluir a los
aminoácidos esenciales así como a los no esenciales. Aunque los aminoácidos no esenciales pueden ser
sintetizados de novo por los organismos, su inclusión en la dieta puede traer beneficios en el desempeño
de los peces. Los estudios con organismos acuáticos y terrestres muestran que muchos aminoácidos
(incluyendo esenciales y no esenciales) regulan las vías metabólicas clave que son cruciales para el
mantenimiento, el crecimiento, la reproducción y la respuesta inmune (Figura 7). Sin embargo, la
importancia de los aminoácidos no esenciales en la dieta ha recibido poca atención en la nutrición de los
peces y otros organismos. Sólo unos pocos estudios han examinado el efecto de los aminoácidos no
esenciales en la nutrición y alimentación de los peces (Abboudi et al., 2009). La formulación de alimentos
como: 1) alimentos acuícolas funcionales y 2) alimentos acuícolas orientados a tener un bajo impacto en
el medio ambiente. Los alimentos acuícolas funcionales se definen como alimentos complementados con
ingredientes o nutrientes específicos para lograr una eficiencia deseable de transformación metabólica,
rendimiento del crecimiento, salud y / o rasgos de composición de organismos acuícolas en diversas etapas
de desarrollo (Li et al., 2009).
Figura 7. Función de los aminoácidos en el crecimiento, mantenimiento y salud de los peces. (Tomada de Li et al.
2009).
Los alimentos acuícolas orientados a tener un bajo impacto en el medio ambiente se definen como
alimentos modificados para minimizar los impactos negativos en el ambiente que pueden tener un efecto
negativo sobre el crecimiento, la salud y la reproducción de los organismos cultivados (Li et al., 2009). Los
aminoácidos son nutrientes potencialmente importantes para estos dos tipos de alimentos (i.e.,
funcionales y de bajo impacto al medio ambiente) (Li et al., 2009).
Entre los aminoácidos no esenciales que se pueden incluir en las dietas para un mejor desempeño
aminoácidos libres más abundantes en plasma y músculo de pescado, mientras que el glutamato y su
producto de descarboxilación (GABA) son neurotransmisores presentes en altas concentraciones en el
cerebro. La glutamina es esencial para la síntesis de purina y nucleótidos de pirimidina en todas las células.
La glutamina también juega un papel importante regulando el equilibrio ácido-base en el cuerpo (Wu et
al., 2007). Por su parte, la glicina participa en la gluconeogénesis y la digestión de grasas (Fang et al. 2002),
y también estimula la ingesta de alimento de muchos peces (Shamushaki et al. 2007). La glicina tiene una
función regulando la expresión génica en los peces, ya que se ha observado en la trucha arcoíris
Oncorhynchus mykiss, que puede regular señales para activar funciones de la tiroides en conjunto con la
ingesta de energía y proteínas (Riley et al., 1996). La glicina desarrolla un papel crítico en las respuestas
osmorreguladoras de los peces al estrés ambiental (Li et al., 2009). Otros aminoácidos no esenciales de
gran importancia son la alanina y el aspartato, siendo los principales precursores glucogénicos e
importantes sustratos energéticos para los peces (Figura 8). Además, el aspartato es esencial para la
síntesis de nucleótidos de purina en todos los tipos de células. Por su parte, la alanina es la fuente preferida
de nitrógeno para el metabolismo de los aminoácidos entre los órganos de los peces (Mommsen et al.,
1980). Así mismo, la alanina puede estimular el comportamiento alimenticio de ciertas especies de peces.
Sin embargo, los mecanismos aún son desconocidos (Shamushaki et al. 2007).
Figura 8. Aporte de los aminoácidos en la gluconeogénesis y cetogénesis y su incorporación en el ciclo del ácido
1.7 Estrategias para la optimización de la proteína en dieta
El conocimiento sobre los requerimientos de los aminoácidos esenciales y el patrón de
aminoácidos esenciales en dieta óptimo es particularmente importante para la formulación de dietas
rentables y sostenibles, para maximizar el rendimiento de crecimiento y la condición de salud. La
optimización del perfil de los aminoácidos esenciales en la dieta, de acuerdo con los requerimientos de
una especie de interés, maximiza los aminoácidos esenciales y no esenciales en la dieta y aumenta la
síntesis proteica por los peces (Boisen et al., 2000; Kaushik and Seiliez, 2010). La estimación del
requerimiento de los aminoácidos esenciales de las especies bajo cultivo se ha realizado utilizando
métodos costosos y tardados. Por ejemplo, los bioensayos de dosis-respuesta, utilizando diferentes
criterios como el crecimiento o respuestas fisiológicas a niveles graduados del aminoácido objetivo en la
dieta como variables de respuesta (Rollin et al., 2003). Por lo complicado, costoso y tardado que implica
evaluar el requerimiento de los 10 de aminoácidos esenciales para una especie, se han utilizado nuevas
estrategias para estimar el requerimiento de los aminoácidos esenciales más fácilmente (Marammazi et
al., 2017). Una estrategia reciente en la nutrición acuícola, es el formular los aminoácidos esenciales de la
dieta asemejando la relación de los aminoácidos esenciales que se encuentre en el cuerpo entero de la
especie de interés. Sin embargo, las concentraciones de aminoácidos esenciales en todo el cuerpo
proporcionan solo las cantidades relativas de aminoácidos esenciales, no las cantidades de aminoácidos
que deben de usarse en la formulación de las dietas. Una vez evaluado el requerimiento de un solo
aminoácido (usualmente lisina) a través de un bioensayo dosis-respuesta, el requerimiento para los
aminoácidos esenciales restante podría predecirse en función de la proporción relativa de aminoácidos
esenciales en el cuerpo completo de la especie con respecto al requerimiento del aminoácido evaluado en
el bioensayo dosis-respuesta (Brown, 1995).
1.8 Utilización de ingredientes alternos sostenibles
En los últimos años se ha hecho un notable esfuerzo por sustituir la harina de pescado de los
alimentos formulados para la acuicultura. Sin embargo, sustituir a la harina de pescado no es una tarea
fácil, ya que un ingrediente candidato debe de poseer ciertas características de mercado que faciliten su
uso como sustituto de la harina de pescado; como ejemplo se puede mencionar; una amplia disponibilidad,
buen precio y fácil accesibilidad. Además, es necesario cumplir características nutricionales tales como
alta digestibilidad y buena palatabilidad (Gatlin et al., 2007). Entre las distintas fuentes proteicas
asequibles para la elaboración de alimentos balanceados la harina de soya es ampliamente aceptada.
Además de tener un perfil de aminoácidos favorable comparado con otras fuentes de proteínas de origen
vegetal, la harina de soya tiene una alta disponibilidad en el mercado y es de bajo costo, y se ha reportado
que es bastante aceptable para la mayoría de las especies de peces cultivados (Watanabe, 2002). Por su
parte, las proteínas y grasas de subproductos animales se han utilizado en alimentos acuícolas por varias
décadas. Los estudios tempranos de la investigación habían sugerido que estos ingredientes eran de
calidad relativamente pobre y de mala digestibilidad (Bureau, 2006). Sin embargo, gracias a muchos
avances tecnológicos, el gran número de estudios publicados en los últimos años ha demostrado que los
subproductos animales disponibles hoy en día son de mucha mayor calidad que los producidos hace 20 o
30 años. Estos estudios han demostrado que la harina de sangre es una fuente excelente de lisina
altamente biodisponible que lleva ventaja sobre la lisina sintética añadida a dietas (Bureau,
2006). Suficientes cantidades de grasas de sub-productos (i.e., sebo, manteca de cerdo o grasa de ave)
también se puede utilizar en alimentos para la acuicultura siempre que el alimento se formule para
contener cantidades suficientes de ácidos grasos mono o poliinsaturados para promover la digestibilidad
de ácidos grasos saturados, y que contengan niveles adecuados de ácidos grasos esenciales para cumplir
con el requerimiento de la especie de interés (Bureau, 2006). Sin embargo, por lo general las fuentes
alternativas de bajo costo de proteína y lípidos (i.e., harina de soya, gluten de maíz, harina de canola,
harina de carne y hueso, harina de plumas y grasas animales) tienen sus limitaciones y no se pueden incluir
en la formulación de los alimentos en grandes cantidades (Bureau, 2006).
1.9 Digestibilidad
La primera consideración para una exitosa formulación de los alimentos acuícolas es tomar en
cuenta la calidad de los ingredientes, en particular su perfil de aminoácidos. La composición de energía,
de nutrientes, anti-nutrientes y contaminantes de los ingredientes también juegan un papel determinante
en la calidad. Sin embargo, la digestibilidad del ingrediente es sumamente importante y a menudo se pasa
desapercibido (Booth et al., 2013). La evaluación de la digestibilidad provee una buena indicación de la
disponibilidad de la energía y nutrientes (i.e., aminoácidos), y así proporcionar la información necesaria
para formular las dietas cubriendo los requerimientos nutricionales de las especies de interés (Bureau y
Cho, 1999). Muchos investigadores han realizado estudios de digestibilidad de los ingredientes, nutrientes
de la digestibilidad de los peces se han centrado en el método de recolección de heces, ya sea por sifón,
disección, extracción o uso de la columna de recolección fecal (Hardy, 1997; Storebakken et al., 1998;
Weatherup, 1998; Allan et al., 1999; Bureau et al., 1999), en el tipo de marcador interno utilizado (Kabir
et al., 1998; Weatherup, 1998; Morales et al., 1999; Austreng et al., 2000; Vandenberg and De La Noue,
2001; Oliveira et al., 2007) y la fórmula utilizada para calcular el coeficiente de la digestibilidad aparente
(Forster et al., 1999; Bureau, 2006). Los estudios sobre la digestibilidad de los nutrientes de los alimentos
han revelado diferencias importantes entre las especies para un mismo ingrediente, principalmente
debido a las diferencias en la fisiología y capacidad digestiva, debiéndose de evaluar en cada especie de
interés, así como a los distintos métodos utilizados para evaluar la digestibilidad (Yuan et al., 2010).
1.10 Concepto de la proteína ideal
El concepto de la proteína ideal fue puesto en práctica por primera vez en la industria de cerdos
(ARC, Agriculture Research Council 1981; Emmert 1997; Chung y Baker 1992; Cole, 1980; Wang y Fuller
1989). EL concepto se refiere al escenario donde todos los aminoácidos esenciales son co-limitantes para
el óptimo despeño de una especie y el suministro de los aminoácidos coincide exactamente al
requerimiento (van Milgen y Dourmad, 2015). La formulación del alimento basado en este el concepto es
un modo efectivo para la utilización de menos proteína en la dieta para alcanzar el requerimiento de los
aminoácidos. El requerimiento de los aminoácidos esenciales en este concepto generalmente se expresa
de una forma relativa al requerimiento de lisina (i.e., lisina = 100%) (van Milgen y Dourmad, 2015). La
expresión relativa a lisina es muy práctica, debido a que lisina es por lo general el primer aminoácido
limitante en el alimento, además una de sus principales roles metabólicos es la deposición de nuevo tejido
(Miles y Chapman, 2007). Una manera práctica que se ha desarrollado para estimar la relación del
requerimiento de los aminoácidos esenciales en el alimento, es evaluando la composición y proporción de
los aminoácidos esenciales en el cuerpo completo del animal (Baker, 2009; Kim y Lall, 2001).
Recientemente se ha considerado que los aminoácidos no esenciales también deben de considerarse
dentro del concepto de la proteína ideal y tomarlos en cuenta para formular dietas balanceadas para
mejorar la acreción de la proteína, eficiencia alimenticia y buena salud de los peces. Esto debido a que se
piensa que no son sintetizados a la necesidades requeridas en su totalidad, y están involucrados en
procesos fisiológicos importantes como síntesis de proteína, reproducción, integridad intestinal, respuesta
Capítulo 2. Justificación, hipótesis y objetivos
2.1.
Justificación
Uno de los principales problemas para lograr una acuicultura sustentable es la elaboración de alimentos
formulados al requerimiento nutricional del organismo en cultivo y utilizar ingredientes de buena calidad,
disponibles y económicos. Un excelente perfil de aminoácidos y su alta digestibilidad, hacen a la harina de
pescado el ingrediente proteico por excelencia en los alimentos para peces marinos. Desafortunadamente,
la harina de pescado es un recurso poco renovable con un aumento constante en su demanda, así como
un aumentando de precio sin precedentes, siendo fundamental encontrar fuentes proteicas alternas. Sin
embargo, para desarrollar dietas más eficientes se debe estimar el requerimiento exacto de aminoácidos
(sin excesos, ni deficiencia) y a partir de estos formular alimentos más eficientes y sustentables. Para
mejorar la eficiencia proteica del alimento es necesario considerar los aminoácidos no esenciales, estando
involucrados en muchos procesos metabólicos importantes, y aunque pueden ser sintetizados por los
organismos, se desconoce el beneficio exacto al incluirlos adecuadamente en los alimentos para peces.
Así, el desarrollo de alimentos más eficientes y sustentables permitirá el mejoramiento del cultivo de
especies de interés comercial, el cual incluye a la totoaba, una especie con gran potencial para la
acuicultura en nuestro país.
2.2.
Hipótesis
i. La formulación de dietas con base en la proteína utilizando una relación de aminoácidos esenciales
similar a la relación de aminoácidos esenciales encontrados en el cuerpo entero de la Totoaba
macdonaldi, permitirá incorporar un nivel de proteína menor al estimado actualmente (i.e., <52%),
sin afectar negativamente el crecimiento y la utilización del alimento en los juveniles.
ii. Incluir aminoácidos no esenciales (i.e., glutamina, alanina, glicina) en una relación óptima con
respecto a los aminoácidos esenciales en el alimento para juveniles de Totoaba macdonaldi
2.3. Objetivos
2.3.1. Objetivos generales
i. Estimar el nivel óptimo de aminoácidos esenciales en dieta para juveniles de Totoaba macdonaldi
utilizando el concepto de la proteína ideal (CPI) clásico y la relación de aminoácidos esenciales
relativo a la lisina.
ii. Evaluar el efecto de la relación de aminoácidos esenciales y los aminos ácidos no esenciales sobre
crecimiento, utilización de alimento y metabolismo del nitrógeno.
2.4. Objetivos particulares
i. Estimar el requerimiento de lisina en dieta para juveniles Totoaba macdonaldi.
ii. Evaluar el desempeño y eficiencia alimenticia de alimentos formulados con un perfil de los
aminoácidos esenciales con base en el CPI clásico y el requerimiento de lisina pero disminuyendo
el nivel de proteína digestible en juveniles de T. macdonaldi.
iii. Evaluar el desempeño, eficiencia alimenticia en juveniles de T. macdonaldi con distintas relaciones
de aminoácidos esenciales y aminoácidos no esenciales en el alimento.
iv. Estimar la digestibilidad de la proteína y los aminoácidos esenciales en juveniles de T. macdonaldi
Capítulo 3. Requerimiento de lisina en dieta para juveniles de Totoaba
macdonaldi
3.1.
Importancia de la evaluación del requerimiento de lisina
La lisina es un aminoácido esencial que no puede sintetizarse de novo por los organismos para
satisfacer su requerimiento para un adecuado crecimiento y supervivencia, y debe de ser provisto en la
dieta en las cantidades adecuadas (Li et al., 2009). Los peces alimentados con dietas deficientes en lisina
exhiben mayores tasas de degradación proteica, sin cambios significativos en las tasas de síntesis de
proteínas en el hígado, mientras que la deficiencia de lisina en el músculo puede causar aumentos
significativos tanto en la degradación de proteínas como un decremento en las tasas de síntesis de
proteínas (Halver y Hardy, 2002). Hay evidencia convincente que demuestra que una deficiencia en dieta
de lisina pudiera limitar la síntesis de proteínas (incluyendo las citoquinas) y la proliferación de linfocitos
y pudiera alterar la respuesta inmune, lo que resulta en un aumento de la morbilidad y mortalidad en
respuesta a una infección (Kidd et al., 1997; Konashi et al., 2000). También hay hallazgos de que una
ingesta inadecuada de lisina en dieta reduce la producción de anticuerpos y la inmunidad mediada por
células en pollos (Chen et al., 2003). Además, al compartir los mismos sistemas de transporte con la
arginina, la disponibilidad de lisina en dieta o en el lumen del intestino (extracelular) puede modular la
entrada de arginina dentro del enterocito creando un efecto de antagonismo (Li et al., 2007).
Adicionalmente, es frecuentemente usado como aminoácido referencia debido a su role en la síntesis de
tejido proteico y su interacción con otros aminoácidos (Ball et al., 2007), además de ser un aminoácido
cetogénico (Figura 9) , y que no participa en la transaminación en su catabolismo (D’mello, 2003). Así
mismo, lisina es usada como amino ácido referencia para estimar el requerimiento del resto de los
aminoácidos ácidos esenciales en especies de importancia para la acuacultura, basados en el concepto de
Figura 9. Origen de acetil Coa a partir del catabolismo de la lisina. (Tomado de D’mello, 2003).
Con el constante incremento del uso de ingredientes proteicos alternativos a la harina de pescado en
alimentos para la acuicultura, es necesario estimar el requerimiento de la lisina lo más exacto posible, ya
que lisina generalmente es el aminoácido limitante en los ingredientes proteicos alternativos (NRC, 2011).
Además, la lisina está involucrada en importantes funciones metabólicas en los organismos como lo es la
absorción del calcio, producción de anticuerpos y enzimas, y la reparación del tejido (Robinson y Li, 2007).
Así, distintos estudios que han evaluado el requerimiento de lisina en dieta utilizando la metodología de
la dosis-respuesta, reportan que el nivel de lisina en el alimento tiene un efecto importante en la
deposición de proteína en el cuerpo del organismo, supervivencia y eficiencia alimenticia en peces
(Michelato et al., 2016; Zehra y Khan, 2013; Grisdale-Helland et al., 2011; Peres y Oliva-Teles, 2008; Forster
y Ogata, 1998; Ruchimat et al., 1997; Craig y Gatlin, 1992).
3.2.
Antecedentes
Son numerosos los estudios realizados evaluando el requerimiento de lisina en dietas para distintas
especies acuáticas de interés comercial entre los que se encuentran: Corvina roja (Scienops ocellatus)
oscuro (Argyrosomus japonicas) donde los autores estimaron un valor de 3.17% de lisina en dieta (Adesola
et al., 2017) y la corvina amarilla (Pseudosciaena crocea) donde estimaron un requerimiento de 2.48% de
lisina en dieta (Zhang et al., 2006). Cabe resaltar que estos son peces pertenecientes a la familia Sciaenidae
misma a la que pertenece la totoaba. De igual forma, se ha evaluado el requerimiento de otras familias de
interés para la industria donde los valores del requerimiento de lisina en dieta varían y en los cuales se
encuentra; el Salmón del Atlántico (Salmo salar) 2.4%, carpa (Cyprinus carpio) 2.2%, bagre de canal
(Ictalurus punctatus) 1.6%, lobona rayada (Morone saxatilis) 1.6%, trucha arcoíris (Oncorhynchus mykiss)
2.4%, jurel cola amarilla (Seriola lalandi) 1.9%, y el lenguado japonés (Paralichtys olivaceus) 2.6% por
mencionar algunos (NRC, 2011). La información de los requerimientos de nutrientes en totoaba se limita
a la proteína (Minjarez-Osorio et al., 2012; Rueda-López et al., 2011) y lípidos (Perez-Velazquez et al., 2016;
Rueda-López et al., 2011) en dieta.
Objetivo del estudio
Estimar el requerimiento de lisina en dieta para juveniles Totoaba macdonaldi.
3.3.
Metodología
3.3.1. Formulación de las dietas
Se formularon 5 dietas isoproteicas e isolipídicas para contener 42% de proteína cruda y 12% de lípidos
crudos y se incrementó el porcentaje de lisina en dieta utilizando lisina cristalina, lo que resultó en
contenidos de: 1.60%, 1.77%, 2.20%, 2.58% y 2.78% del peso seco de la dieta (i.e., dietas nombradas L1.6,
L1.7, L2.2, L2.5 y L2.8 respectivamente, Tabla 2).
Se utilizaron aminoácidos ácidos cristalinos libres (EVONIK, UK) para lograr el nivel deseado de
lisina en las dietas y además de adicionar metionina, treonina y valina en una proporción 1:1:1 para
proveer el nivel mínimo requerido en dieta con base al requerimiento de la corvina roja (Scienops
ocellatus) para no comprometer el crecimiento debido a un bajo nivel de estos aminoácidos ácidos con
Tabla 2. Formulación (g/100 g) y composición proximal (%) de las dietas experimentales. L1.6 = lisina 1.60%, L1.7 =
lisina 1.77%, L2.2 = lisina 2.20%, L2.5 = lisina 2.58% y L2.8 = lisina 2.78%.
Dietas
Ingredientes L1.6 L1.7 L2.2 L2.5 L2.8
Harina de Pescado (sardina) 10 10 10 10 10
Subproducto ave 12 12 12 12 12
Gluten trigo 25 25 25 25 25
Harina trigo 15 15 15 15 15
Almidón gelatinizado 15.97 15.67 15.37 15.07 14.77
Aceite pescado 9 9 9 9 9
Vitaminas y minerales mix 5 5 5 5 5
Vitamina C 1 1 1 1 1
Lisina 0 0.3 0.6 0.9 1.2
Mezcla de aminoácidos 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7
Taurina 1 1 1 1 1
Benzoato de sodio 0.23 0.23 0.23 0.23 0.23
Cloruro colina 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09
Butilhidroxitolueno 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
Composición proximal
Proteína cruda (%) 42.8 42.8 42.2 43.4 42.9
Lípido crudo (%) 11.3 12.3 12.5 12.0 11.5
Ceniza (%) 7.6 7.9 8.1 8.2 8.3
Extracto libre nitrógeno + fibra
(%) 38.1 36.8 37.1 36.3 37.2
Tabla 3. Composición total de aminoácidos de las dietas experimentales (g/100 g)*. L1.6 = lisina 1.60%, L1.7 = lisina
1.77%, L2.2 = lisina 2.20%, L2.5 = lisina 2.58% y L2.8 = lisina 2.78%.
Dietas
L1.6 L1.7 L2.2 L2.5 L2.8
Proteína cruda (%) 42.8 42.8 42.2 43.4 42.9
Aminoácidos esenciales
Lisina 16.0 17.7 22.0 25.1 27.8
Metionina 14.4 15.6 15.4 14.0 13.2
Arginina 14.8 14.2 14.0 14.4 14.8
Leucina 23.7 22.6 22.2 26.2 22.8
Isoleucina 13.1 12.7 12.5 12.8 12.8
Histidina 4.70 4.60 5.80 6.00 5.20
Treonina 17.7 16.5 14.8 17.3 16.5
Fenilalanina 14.4 14.0 13.8 16.2 14.2
Valina 29.4 28.8 26.1 26.7 26.0
Triptófano ND2 ND ND ND ND
Aminoácidos no esenciales
Aspartato + Asparagina 18.0 17.0 16.7 17.0 17.0 Glutamato + Glutamina 108.5 104.9 103.3 106.6 107.4
Serina 7.7 6.1 5.6 8.9 7.8
Glicina 18.4 17.4 18.3 18.1 18.5
Alanina 14.4 13.6 13.7 13.7 14.0
Tirosina 6.7 6.4 5.9 5.7 7.0
Cisteína 2.2 2.9 1.6 2.3 2.3
Prolina 25.5 25.7 24.3 23.5 24.5
3.3.2. Elaboración de las dietas
Las dietas fueron elaboradas en el laboratorio de alimentos del Instituto de Investigaciones
Oceanológicas (IIO) en la Universidad Autónoma de Baja California (UABC). Los ingredientes fueron
molidos (i.e., 0.5 mm) y mezclados utilizando una moledora comercial con capacidad de 20 kg
(Robot-Coupe, USA, model R10) de acuerdo al siguiente protocolo: los macro ingredientes fueron mezclados
durante 5 minutos, seguido de la mezcla de los micro ingredientes por 5 minutos adicionales para después
agregar el aceite de pescado y se mezclar por 5 minutos. El almidón previamente gelatinizado y se agregó
y mezcló durante 3 minutos y por último se agregó agua y se mezcló durante 2 minutos hasta alcanzar la
consistencia deseada. La masa obtenida se pasó por un moledor de carne (model M32-5, Tor. Rey, México)
con un dado con orificios de 1/16 de diámetro para moldear los pellets. Los pellets fueron secados usando
un horno de aire forzado de 10 pies cúbicos (VWR 1600 HAFO series, USA) durante 24 horas, una vez que
las dietas estuvieran secas se colocaron en bolsas de plástico selladas y se almacenaron a 4 °C hasta su
utilización.
3.3.3. Condiciones experimentales
Se obtuvieron larvas de totoaba que fueron donadas por el Centro Reproductor de Especies
Marinas del Estado de Sonora (CREMES), se transportaron por aire desde Hermosillo, Sonora a Tijuana,
Baja California. A su llegada se transportaron vía terrestre al Laboratorio de Cultivos de Peces Marinos
(LCPM) en el departamento de Acuicultura en CICESE. Las larvas fueron cultivadas en el LCPM hasta que
alcanzaron el estadio juvenil. Se distribuyeron 150 juveniles de totoaba (peso inicial 38.9 ± 9.2)
aleatoriamente en 15 tanques (n = 10 peces por tanque). Cada tratamiento fue evaluado por triplicado.
Los peces fueron alimentados a mano con las dietas experimentales a saciedad aparente 3 veces al día
cada 4 horas aproximadamente durante 84 días. La unidad experimental consistió en 15 tanques de 250
litros de fibra de vidrio con fondo azul adaptados a un sistema de recirculación de agua de mar compuesto
por un biofiltro de micro cuentas plásticas con capacidad de 3 pies cúbicos (PolyGeyser Model DF #, USA)
una lámpara de luz ultra violeta (Model QL – 25, Pentairaquatics, USA) y bomba de agua (Wave II 2 speed
pump ¾ hp, USA). La temperatura del agua del sistema se mantuvo a 25 °C con una bomba de calor
(Aqualogic model 2TWB0018A1000AB, USA). Los niveles de amonio, nitritos y nitratos del agua del sistema
se midieron cada semana con un kit para acuario (APA®; USA). La temperatura del agua y el oxígeno
3.3.4. Colección de muestras
Al inicio del experimento se colectaron 3 peces como muestra inicial. Al final del experimento se
colectaron 3 peces por tanque y se sacrificaron por sobredosis (200 mg/l) de tricaina (MS-222) de acuerdo
con el comité de bioética de la institución. Después, los peces se congelaron a -20 °C para su posterior
análisis de composición proximal del inicio del bioensayo y del final del bioensayo. El crecimiento de los
peces se evaluó utilizando un ictiómetro (Aquatic Eco – Sistems, Inc. FL, USA) para su longitud (cm) y
pesándolos con una balanza (Model AND SK – 2000WP) para estimar el peso inicial (PI) y final (PF). EL
consumo de alimento se estimó diariamente tomando el peso inicial del recipiente de alimento del tanque
antes de alimentar y posteriormente se restó el alimento después de haber alimentado, la diferencia de
pesos (g) se tomó como alimento no consumido. En el caso de que hubiera remanentes de alimento no
consumido en el fondo del tanque, este se recuperó por medio de un sifón, se secó en una mufla a 60 °C
durante 24 horas, se obtuvo su peso (g) y se restó de la cuantificación del alimento consumido para ajustar
el valor del alimento consumido (g). A su vez, para la evaluación del coeficiente de digestibilidad se
colectaron heces del fondo del tanque con un sifón de vidrio de 40 cm de largo y 2 mm de ancho,
inmediatamente después de que los peces liberaron heces (aproximadamente 45 minutos después de
ofrecer el alimento) para evitar posible lixiviación (Figura 10). Las muestras colectadas se secaron a 60 °C
utilizando una mufla por 24 horas, después se almacenaron a -4 °C en tubos (capacidad de 50 ml) de fondo
cónico de polipropileno para su análisis posterior.
Figura 10. Colección de material fecal para la evaluación del coeficiente de digestibilidad aparente. (A) tamiz de 0.2
3.3.5. Cálculos para medir el desempeño de los juveniles
Los índices de desempeño de los organismos y las dietas se estimaron utilizando las siguientes fórmulas:
Ganancia en peso (G) = peso final (g) – peso inicial (g) (1)
Ganancia en peso% (GP%) = [(peso final (g) – peso inicial (g)) / peso inicial (g)] x 100 (2)
Coeficiente de crecimiento térmico (CCT) = 1000 x [(peso final)1/3 – (peso inicial)1/3] x (°C días). (3)
Supervivencia (S) = número de peces restante en cada grupo en día 82 /
número de peces inicial) x 100 (4)
Consumo de alimento (CA) = peso (g) total de alimento consumido / número de peces tota (5)
Tasa de conversión alimenticia (TCA) = alimento consumido / peso ganado (g) (6)
Tasa de eficiencia proteica (TEP) = [peso final (g) – peso inicial (g)] /
peso de la proteína consumida (g) (7)
Valor productivo de la proteína (VPP) = proteína retenida (g) / peso proteína consumida (g) (8)
3.3.6. Composición proximal
La evaluación de la composición proximal de las dietas y de los peces (al inicio y al final del
experimento) se realizó utilizando métodos bien establecidos. La proteína cruda se determinó por el
método de micro-Kjeldahl, donde el total de nitrógeno determinado se multiplico por un factor de 6.5 (de
acuerdo a lo establecido para ingredientes de animales por AOAC, 2005). Los lípidos crudos se
cuantificaron por extracto etéreo utilizando éter de petróleo por medio de un extractor Soxhlet (AOAC,
1990). La estimación de las cenizas fue mediante incineración de la muestra por medio de una mufla
manteniendo una temperatura de 550 °C durante 8 horas. La estimación del extracto libre de nitrógeno +
fibra fue calculada substrayendo del 100% el acumulado en porcentaje de la proteína, los lípidos y la ceniza
(AOAC, 1990).
3.3.7. Análisis de aminoácidos ácidos
El perfil de aminoácidos de las dietas y de la heces se cuantificaron por cromatografía liquida de alto
rendimiento (HPLC, Agilent technology, 1260 series, Tokyo, Japan) de acuerdo al protocolo descrito por
Schuster et al. (1988). Se utilizaron 20 miligramos de cada muestra fueron hidrolizados con una solución
