QUEL NOUVEL INGREDIENT DEVRAIT ETRE CONSIDERE COMME PROMETTEUR POUR LA PRODUCTION DURABLE D’ALIMENTS D’AQUACULTURE ?

par Equipe de Rédaction Last updated Nov 12, 2024

L’expansion du secteur de l’aquaculture associée à la demande croissante de la farine et d’huile de poisson incite à recourir à de à l’utilisation de nouveaux ingrédients alimentaires font actuellement l’objet d’une évaluation en vue de leur incorporation potentielle dans les aliments pour animaux d’aquaculture, vers une production plus durable et plus économique. La présente étude vise à résumer les résultats existants concernant les effets des alternatives étudiées à la farine et à l’huile de poisson sur les espèces de poissons marins et d’eau douce. Les sources de protéines alternatives, y compris les macroalgues, le krill, les insectes, les sous-produits d’animaux terrestres et les ingrédients unicellulaires, sont examinées pour leur efficacité à promouvoir la croissance et le bien-être des alevins et des adultes des espèces de poissons d’élevage. Les stratégies de reformulation des aliments pour poissons devraient garantir les besoins nutritionnels journaliers recommandés et indiquer en outre les alternatives de la méta-analyse, telles que les microalgues, qui sont déficientes en acides aminés essentiels. L’expansion durable de l’aquaculture se profile à l’horizon, mais quels nouveaux ingrédients peuvent être considérés comme prometteurs de son établissement ?

1 Introduction

Au cours des dernières décennies, l’un des plus grands défis auxquels le secteur de l’aquaculture a été confronté est la nécessité de trouver de nouveaux ingrédients pour l’alimentation aquatique. Le principal critère d’éligibilité est l’aptitude à constituer des alternatives valables et appropriées à la farine de poisson (FP), à l’huile de poisson (HP) et aux protéines végétales (par exemple, le tourteau de soja), en termes de prix, de disponibilité, de durabilité et de qualités nutritionnelles. La FP de haute qualité est considérée comme un excellent ingrédient pour les aliments pour poissons en raison de ses nombreuses caractéristiques clés, telles que des profils optimaux d’acides aminés (AA) et de lipides, une appétence élevée et une bonne digestibilité des nutriments, une teneur équilibrée en micronutriments et l’absence d’antinutriments. D’autre part, la HP, qui est disponible dans le commerce en quantités suffisantes pour être utilisée dans les aliments pour poissons, reste la source idéale d’acide eicosapentaénoïque (EPA ; 20:5n-3) et d’acide docosahexaénoïque (DHA ; 22:6n-3), essentiels sur le plan nutritionnel. Cependant, l’expansion rapide et continue de l’aquaculture, qui découle de l’augmentation constante de la demande en produits de la mer, exige un changement vers une gestion plus durable de la production de FP et de HP. Par conséquent, il est urgent d’expérimenter de nouveaux ingrédients respectueux de l’environnement pour la production d’aliments pour animaux aquatiques.

Une multitude d’études ont été menées sur plusieurs espèces de poissons concernant le remplacement de la FP et de la HP par des produits végétaux. Parmi les protéines végétales les plus utilisées dans la production européenne d’aliments pour poissons, on trouve les graines oléagineuses (telles que le soja, le colza, le tournesol, etc.), les céréales (telles que les glutens de maïs et de blé, etc.) et les graines de légumineuses (telles que celles des pois et des haricots), ainsi que leurs sous-produits. De même, les huiles végétales couramment préférées comprennent l’huile de soja, l’huile de colza et l’huile de lin, qui se caractérisent par des niveaux élevés d’acide α-linolénique (ALA ; 18:3n-3) et un profil d’acides gras polyinsaturés (AGPI) n-3/n-6 plus équilibré. Bien que le remplacement partiel des FP et HP par des produits végétaux ait connu un succès relatif, plusieurs inconvénients limitent la pertinence de ces ingrédients, en particulier pour les espèces aquatiques de niveaux trophiques supérieurs ayant des besoins importants en protéines. Les principaux inconvénients des ingrédients d’origine végétale sont les suivants

la présence de facteurs antinutritionnels (FAN) (par ex, inhibiteurs de protéase, lectines, acide phytique, saponines, phytoestrogènes, antivitamines et allergènes) et de glucides non digestibles tels que les polysaccharides non amylacés (NPS),
(2) la faible teneur en protéines par rapport aux besoins des poissons,
(3) la faible appétence par rapport à la FP et
(4) la carence en acides aminés essentiels (AAE) tels que la lysine et la méthionine.

Diverses techniques (par exemple, traitement à haute pression, micro-ondes, extrusion, processus d’incrémentation thermique, incorporation d’enzymes et de suppléments exogènes, irradiation et fermentation) ont été employées pour augmenter la digestibilité et l’appétence des farines végétales et pour surmonter les effets négatifs des FNA. En ce qui concerne les huiles végétales, le principal goulot d’étranglement est le manque d’EPA et de DHA, compte tenu de la capacité limitée des poissons marins de niveau trophique supérieur à synthétiser de novo ces acides gras à partir de leurs précurseurs d’acides gras à chaîne carbonée inférieure. Ainsi, la réduction de l’EPA et du DHA dans l’organisme des poissons nourris avec des régimes à base d’huile végétale peut être compensée par l’utilisation de régimes à base d’huile de poisson de finition. Néanmoins, la forte demande actuelle de matières premières d’origine végétale pour la consommation humaine et le besoin conséquent de terres arables supplémentaires finiront par entraîner une augmentation considérable des prix, ce qui rendra leur utilisation dans la production d’aliments pour poissons moins opportune d’un point de vue économique. En outre, la production végétale est associée à divers impacts négatifs sur l’environnement, notamment la consommation d’eau, la déforestation et la fragmentation de l’habitat, les émissions de gaz à effet de serre, la perte de biodiversité et les intrants agrochimiques. Il est donc impératif de poursuivre la recherche de nouveaux ingrédients économiquement et écologiquement durables qui peuvent compléter ou remplacer les FP, HP et les produits végétaux dans les aliments pour poissons, en particulier pour les espèces moins tolérantes des niveaux trophiques supérieurs.

Cependant, quelle est la bonne stratégie à adopter pour évaluer un nouvel ingrédient ? Glencross, Booth et Allan (2007) et Glencross (2020) ont proposé une série de sept étapes que les formulateurs d’aliments pour poissons devraient prendre en considération dans l’évaluation des avantages et des contraintes potentiels associés à l’ingrédient nouveau examiné : Étape 1 caractérisation (fournisseur, matériau, origines, traitement, historique de stockage et composition chimique), Étape 2 appétence (attractif ou répulsif, incitant ou supprimant, et stimulant ou dissuasif), Étape 3 digestibilité, Étape 4 utilisation (réponse nutritionnelle, croissance et consommation alimentaire), Étape 5 immunologie (impact sur la réponse immunitaire et la santé générale de l’animal), Étape 6 effets du traitement (évaluation des caractéristiques physiques), et Étape 7 influences sur la qualité du produit (études d’évaluation sensorielle). Néanmoins, d’autres aspects importants doivent être pris en compte pour élargir nos connaissances sur les nouveaux ingrédients : l’extensibilité (augmentation de la disponibilité au fil du temps pour répondre à la demande croissante) et les implications environnementales de leur production, ainsi que la conception expérimentale (par exemple, le niveau d’inclusion, la réplication et l’âge ou la taille de l’animal). Bien que l’adoption de cette approche idéaliste soit essentielle pour éviter les erreurs lors de l’évaluation des ingrédients alternatifs, elle est rarement appliquée, principalement en raison de contraintes économiques et temporelles, ainsi que de problèmes d’accessibilité aux données. Par conséquent, les hypothèses a priori sur l’ingrédient testé aident les scientifiques à choisir l’étape la plus nécessaire pour une évaluation adéquate et fiable par rapport à l’objectif de l’étude. Les méthodes alternatives qui peuvent être intégrées pour une meilleure évaluation comprennent l’étude des effets des facteurs ANF/négatifs (par exemple, le phytate, les molécules de sucre simple et l’ARN) indépendamment des ingrédients dans lesquels ils sont contenus. Cette approche permettrait d’acquérir une autre perspective et des informations plus précises pour faire face efficacement à ces substances qui ont souvent des effets négatifs sur les espèces aquacoles.

Selon le dernier rapport de la FAO (2022), la région européenne représente près de 3% (3291,7 1000 tonnes) de la production aquacole mondiale. Des espèces de poissons et de mollusques à haute valeur économique sont élevées de manière intensive dans plusieurs pays européens, la Norvège, la Turquie, le Royaume-Uni, la Grèce et l’Espagne représentant les principaux producteurs. Les salmonidés (Salmo salar et Oncorhynchus mykiss), le bar européen (Dicentrarchus labrax) et la daurade royale (Sparus aurata) comptent parmi les espèces de poissons les plus cultivées en Europe. Actuellement, les politiques lancées par l’UE propulsent l’industrie de l’aquaculture vers un développement durable dans lequel la production et la protection de l’environnement sont équilibrées. De nouvelles sources de protéines et de lipides à inclure dans les aliments pour poissons sont essentielles pour maintenir la culture durable et rentable de ces espèces. Des efforts récents ont été faits pour explorer la valeur nutritionnelle de plusieurs sources d’ingrédients telles que les produits dérivés d’insectes, les produits animaux transformés terrestres (PATT), les ingrédients unicellulaires bactériens et fongiques (UCI), les micro-algues et les macro-algues, et la farine de krill (FK). La présente étude vise à fournir un aperçu détaillé des nouveaux ingrédients les plus examinés ces dernières années en résumant et en discutant de leur adéquation et de leur impact sur les catégories de poissons susmentionnées. L’ordre dans lequel les nouveaux ingrédients sont examinés ici reflète une organisation conceptuelle basée sur des critères tels que la classification biologique, les habitats des organismes et les méthodes de transformation utilisées pour obtenir le produit final.

2 Macroalgues

Les macroalgues ou algues marines représentent un ingrédient alternatif viable à prendre en considération. L’inclusion potentielle de macroalgues dans les aliments pour animaux, y compris les aliments pour animaux aquatiques, a été récemment examinée par Wan et al. (2019) et Morais et al. (2020). Les nombreuses espèces de macroalgues sont regroupées en trois divisions : Chlorophyta (vert), Rhodophyta (rouge) et Phaeophyta (brun). Outre leurs simples caractéristiques nutritionnelles, ces organismes produisent des métabolites qui peuvent avoir un impact positif sur la santé et le bien-être des poissons d’élevage. Cependant, leur composition nutritionnelle dépend fortement non seulement de la division, de l’espèce et du genre, mais aussi de la saisonnalité (température, salinité et lumière) et de la localisation géographique. De nombreuses espèces à forte teneur en protéines (jusqu’à 50 %) appartiennent à la division des Rhodophyta, comme Chondrus crispus, Gracilaria sp. et Pyropya sp, et Pyropya sp. Au contraire, les espèces appartenant à la Phaeophyta (Spatoglossum macrodontum, Dictyota acutiloba et D. sandvicensis) affichent la teneur la plus élevée en lipides (jusqu’à 20 %), y compris en acides gras oméga 3 et oméga 6 (EPA, acide stéaridonique, acide a-linolénique et acide arachidonique). La phycoérythrine, le pigment protéique responsable de la teneur élevée en protéines des algues rouges, possède des propriétés bioactives antioxydantes et anti-inflammatoires. Les parois cellulaires des algues peuvent affecter la digestibilité des protéines cytoplasmiques et, par conséquent, des traitements physiques, y compris l’hydrolyse enzymatique et chimique, l’extraction par solvant, la fermentation et la lyophilisation, peuvent être nécessaires pour résoudre ce problème. Les glucides simples et les polysaccharides jouent un rôle clé en tant que réserves d’énergie et sont essentiels à la fonction structurelle des macroalgues. Certains de ces polysaccharides, connus sous le nom de phycocolloïdes (par exemple, l’agar, les alginates et le carraghénane) ont été largement utilisés dans la formulation des aliments pour poissons afin d’en améliorer la stabilité. En outre, l’aquaculture s’intéresse de plus en plus aux bêta-glucanes, un groupe de polysaccharides qui peuvent renforcer le système immunitaire. Les algues marines sont également riches en pigments caroténoïdes, notamment en carotènes (par exemple, le β-carotène et le lycopène) et en xanthophylles (par exemple, la lutéine, l’astaxanthine et la canthaxanthine), qui non seulement jouent un rôle important dans la pigmentation de la chair des poissons, mais possèdent également des propriétés antioxydantes, anti-inflammatoires, antitumorales, antimicrobiennes, antivirales, antiseptiques et immunostimulantes. En outre, les algues marines ont une teneur exceptionnelle en vitamines hydrosolubles telles que la vitamine B2 (riboflavine), B12 (cobalamine) et C (acide ascorbique), et en vitamines liposolubles telles que la vitamine E (a, b, c, d tocophérol, et a, b, c, d tocotriénol) et en minéraux (sodium, magnésium, phosphore, calcium et potassium). Néanmoins, un inconvénient majeur à prendre en considération est la propension des macroalgues à accumuler des oligo-éléments (par exemple, le cuivre, le mercure, le plomb, le sélénium, le cadmium et l’arsenic) qui peuvent avoir des effets toxicologiques. En outre, en raison de leur forte teneur en eau, un autre obstacle associé à l’échelle commerciale des produits à base de macroalgues est le processus de séchage, qui représente l’un des coûts de production les plus élevés. De nouvelles techniques de séchage telles que les ultrasons, la lyophilisation, le séchage éclair, le séchage par micro-ondes et le champ électrique pulsé ont été évaluées afin de rendre ce processus plus rapide et plus efficace.

Dans une perspective de durabilité économique et écologique, l’intégration de la production d’algues à d’autres activités, y compris l’aquaculture multitrophique intégrée (AMTI), doit être envisagée en raison des risques et des nombreux avantages qu’elle peut apporter au secteur de l’aquaculture, notamment la réduction de l’« empreinte écologique », la diversification économique et l’amélioration de l’acceptabilité sociale des systèmes d’élevage de poissons à nageoires. Le système d’AMTI combine la co-culture d’organismes de différents niveaux trophiques, en particulier les poissons, avec des espèces aquacoles extractives inorganiques (par exemple, les algues marines) et des espèces aquacoles extractives particulaires organiques (par exemple, les bivalves). Une telle approche peut faciliter l’atténuation des risques associés à la culture des algues, notamment la sédimentation et l’émergence d’espèces envahissantes. L’AMTI pourrait donc jouer un rôle clé dans la production à grande échelle de macroalgues en raison de sa productivité élevée et de sa durabilité environnementale.

3 Espèces animales marines à faible toxicité

3.1 Le krill

Le krill est classé parmi les ingrédients les plus prometteurs et les plus attrayants dans la formulation des aliments pour animaux aquatiques en raison de ses attributs nutritionnels souhaitables. Le krill (ordre Euphausiacea) est un crustacé marin composé de plus de 80 espèces différentes, dont le krill de l’Antarctique (Euphausia superba), le krill de l’Arctique (Thysanoessa inermis), le krill de l’océan Pacifique (E. pacifica) et le krill de l’océan Atlantique (Meganyctiphanes norvegica), qui représentent ensemble l’une des catégories d’animaux les plus abondantes de la planète en termes de biomasse totale. Il s’agit d’une source de nutriments encore relativement peu exploitée et qui présente un grand potentiel de durabilité grâce à des pêcheries bien gérées et réglementées. Le krill contient environ 60 % de protéines, avec un profil d’AA similaire à celui du FP et bien équilibré, et 25 % de lipides, qui comprennent des niveaux adéquats de phospholipides et d’AG oméga-3 (EPA et DHA). En outre, il est riche en astaxanthine, vitamines, minéraux, oxyde de triméthylamine et autres composés à faible poids moléculaire, principalement des AA libres et des nucléotides, qui agissent comme des attracteurs et des stimulants alimentaires, augmentant ainsi l’appétence des aliments pour poissons et améliorant les performances de croissance. Le krill est également une source de chitine qui a été récemment étudiée pour ses propriétés immunostimulantes chez les poissons. Plusieurs produits dérivés du krill sont disponibles sur le marché, tels que la FK, la FK dégraissée, la pâte de krill à faible teneur en fluor, l’huile de krill (HK), le krill congelé et l’hydrolysat de krill. Toutefois, l’utilisation de cet ingrédient naissant dans l’aquaculture est limitée, principalement en raison de sa variabilité nutritionnelle et de son coût nettement plus élevé que celui de la FP.

L’un des débats qui a entravé la propagation rapide de la FK en tant qu’ingrédient pour l’aquaculture était l’implication de la teneur élevée en fluorure dans les filets de poisson. Après un essai d’alimentation à la FK, Julshamn et al. (2004) n’ont détecté aucune accumulation de fluorure dans les tissus du saumon de l’Atlantique, suggérant ainsi une tolérance potentielle élevée de cette espèce au fluorure. Au contraire, Yoshitomi et al. (2006) ont observé des niveaux élevés d’accumulation de fluorure dans les os vertébraux et une réduction conséquente de la croissance des truites arc-en-ciel nourries à la FK. Cependant, dans une étude similaire, la FK avec de faibles niveaux de fluorure en tant que remplacement total de la FP était faisable sans aucun effet néfaste. Il a été signalé que la teneur en fluorure des régimes à base de krill augmentait avec le niveau d’inclusion de la FK. Par conséquent, l’élimination préalable de l’exosquelette du krill, où s’accumule la majeure partie du fluorure, peut être nécessaire pour éliminer les conséquences négatives du fluorure alimentaire. Compte tenu de la variation susmentionnée de la teneur en nutriments, il est très intéressant de souligner que la préparation de la GC peut interférer avec les résultats. Les différences entre les diverses études peuvent être dues aux méthodes de traitement employées, telles que le chauffage, l’ébullition, le pressage et le séchage, ou l’élimination mécanique de l’exosquelette. La FK décortiquée, par exemple, est caractérisée par des niveaux réduits de chitine, qui, à leur tour, devraient exercer des effets différents sur les espèces de poissons, comme l’indiquent Hansen et al. (2010). En outre, un traitement inadéquat peut permettre la dégradation des nutriments actifs et réduire leur biodisponibilité, limitant ainsi la valeur nutritionnelle et affectant négativement l’apport alimentaire. Les futures études sur l’utilisation du krill dans les aliments pour poissons devraient optimiser les protocoles de préparation afin de garantir le maintien de nutriments de haute qualité.

3.2 Tuniciers

Les tuniciers, largement répandus dans les eaux océaniques peu profondes, sont un groupe d’organismes invertébrés filtreurs (ascidies, normalement appelées ascidies). Bien que les tuniciers aient été auparavant négligés en tant que source potentielle de nutriments, ils ont suscité un intérêt considérable au cours des dernières années. Le corps des ascidies est constitué d’une tunique (45% du poids total de l’animal), une structure squelettique composée principalement de cellulose, de protéines et de cendres, tandis que la partie interne du corps (55% du poids total de l’animal) est principalement composée de protéines. La tunique a une excellente composition cellulosique, tandis que la partie interne contient des protéines et des acides gras ω-3 et peut être utilisée comme ingrédient alimentaire. Outre leur teneur en protéines de haute qualité, ces bioressources marines présentent une faible teneur en lipides et une pléthore de composés bioactifs, notamment des sphinomyélines et des tunichromes, aux propriétés antibactériennes, antifongiques, antioxydantes et anti-inflammatoires. Par exemple, des peptides de défense de l’hôte ayant des activités antimicrobiennes ont été isolés des hémocytes d’Halocynthia papillosa et de Microcosmus sabatieri. En outre, les tuniciers présentent des taux de croissance rapides avec une courte période de maturation, des caractéristiques essentielles pour une production de masse facile et efficace, qui est également avantageuse économiquement par le stade larvaire transitoire non alimentaire. Par conséquent, grâce à des techniques et des méthodes de traitement appropriées, la production de tuniciers peut constituer une source durable et évolutive de nutriments pour les aliments pour animaux aquatiques. Récemment, Kousoulaki et al (2022) ont suggéré, par le biais de l’évaluation de divers ingrédients faiblement trophiques en tant que remplacements partiels potentiels de la farine de poisson, que la farine de tuniciers (Ciona intestinalis) peut être envisagée pour être incluse dans le régime alimentaire du saumon de l’Atlantique, étant donné le taux de croissance élevé et le faible Indice de Conversion qu’elle permet d’obtenir. Cependant, les procédures de transformation requièrent une attention particulière pour l’élimination des substances toxiques, y compris les métaux lourds, qui ont tendance à s’accumuler dans les tissus de l’ascidie.

3.3 Polychètes

Parmi les animaux marins à faible niveau trophique qui sont actuellement apparus comme des ingrédients alternatifs potentiels dans l’industrie des aliments pour poissons figurent les vers polychètes, habitants communs des écosystèmes estuariens et marins. En tant que dépositaires de matière organique particulaire, les polychètes sont capables de retenir les acides gras essentiels gaspillés tels que l’EPA et le DHA, qui contribuent à leur teneur élevée en PUFA oméga-3. De plus, le profil nutritionnel des polychètes est caractérisé par des niveaux élevés de protéines, d’énergie, d’AA (par exemple, l’arginine, la glycine et la cystéine) et de minéraux (par exemple, Na, Ca, Cl et K). Pour souligner davantage l’importance inhérente à l’inclusion potentielle des polychètes dans les aliments pour poissons, des études récentes ont démontré que des espèces telles que Nereis diversicolor et Hediste diversicolor peuvent convertir efficacement les déchets organiques de l’aquaculture en protéines et lipides de haute qualité. Par conséquent, l’introduction de polychètes dans le secteur de l’aquaculture peut servir à la fois d’aliment précieux et durable sur le plan environnemental et de promoteur de l’économie circulaire.

4 Insectes

L’intérêt récent pour l’établissement de produits à base d’insectes comme alternatives viables à la farine de maïs a connu une croissance exponentielle parmi les nutritionnistes de l’aquaculture. En Europe, l’utilisation de farines à base d’insectes dans les aliments pour poissons a été approuvée en juillet 2017 conformément au règlement (UE) 2017/893 de la Commission, qui autorisait les produits dérivés des espèces d’insectes suivantes : (i) Hermetia illucens (HI, mouche soldat noire) et Musca domestica (MD, mouche domestique commune) ; (ii) Tenebrio molitor (TM, ver de farine jaune) et Alphitobius diaperinus (ver de farine mineur) ; et (iii) Acheta domesticus (grillon domestique), Gryllodes sigillatus (grillon à bandes) et Gryllus assimilis (grillon des champs).

Les insectes, principal composant du régime alimentaire naturel de nombreuses espèces de poissons à nageoires et de crustacés, sont d’excellentes sources qualitatives et quantitatives de protéines. Les farines d’insectes (FI) sont considérées comme une représentation idéale d’un ingrédient alimentaire durable à faible impact écologique. Par exemple, la production de masse d’insectes émet moins de gaz à effet de serre et nécessite beaucoup moins d’eau et de terres que la production animale, bien que la consommation élevée d’énergie pour l’élevage des insectes soit un inconvénient. Les insectes sont également capables de revaloriser les matières organiques et les déchets, les transformant en biomasse précieuse riche en protéines et en lipides. Globalement, la composition chimique et nutritionnelle d’un produit à base d’insectes est liée à l’espèce, au stade de vie, au traitement de transformation (par exemple, dégraissage, séchage) et au substrat d’élevage. En plus de la teneur en protéines qui peut atteindre jusqu’à 70 %, de nombreuses espèces d’insectes ont un bon profil EAA proche de celui de la FM. Cependant, il convient de noter que des carences en méthionine et en lysine ont été enregistrées dans de nombreux FI. De plus, les insectes ont tendance à être de riches sources de plusieurs vitamines et minéraux, notamment le fer, le zinc, le cuivre et le manganèse. Au contraire, l’un des principaux inconvénients de l’utilisation de la FI est liée à son profil d’AG qui est riche en AG n-6 et insuffisant en AG n-3. Par conséquent, le profil final des acides gras d’un poisson nourri avec de la FI, qui reflète généralement celui du régime alimentaire consommé, est faible en PUFA, en particulier en EPA et DHA. Un filet de poisson avec de faibles niveaux d’AG n-3, qui sont bénéfiques pour la santé humaine (revu dans Hossain, 2011), est considéré comme de moindre qualité nutritionnelle pour la consommation. Plusieurs méthodes ont été développées pour résoudre ce problème, telles que les processus de dégraissage pour la production d’une FI finale à haute teneur en protéines avec les lipides restants potentiellement revalorisés en biocarburant, et l’enrichissement en nutriments du substrat d’élevage des insectes avec des produits riches en oméga-3. Une autre préoccupation concernant le débat sur l’utilisation de la FI provient de sa teneur élevée en chitine, un composant polysaccharidique dans les cuticules des insectes qui est lié aux protéines et peut ainsi affecter leur digestibilité. Les expériences sur l’inclusion de la chitine dans les aliments aquacoles sont controversées. Bien qu’elle soit considérée comme un facteur antinutritionnel en raison de son implication négative hypothétique dans la digestibilité des poissons, la chitine de crevette ou de crabe, étroitement apparentée, a été reconnue pour son rôle immunostimulant. Les effets potentiellement positifs ou négatifs de la chitine d’insecte sur la croissance ou la santé des poissons restent à étudier.

La farine d’insectes représente certainement l’un des candidats les plus prometteurs pour remplacer la farine de poisson dans un avenir proche. Cependant, pour que la farine d’insectes soit une alternative fiable à la farine de poisson, il est essentiel d’augmenter considérablement sa production de masse pour répondre à la demande en constante augmentation, ce qui pourrait à son tour faciliter la réduction de son prix actuellement non compétitif. De plus, des stratégies d’élevage doivent être mises en œuvre pour garantir la composition immédiate stable des produits à base d’insectes, qui peut souvent varier en raison de plusieurs facteurs (par exemple, le substrat).

En raison de leur richesse en chitine, en acides gras à chaîne courte et en molécules antibactériennes, les insectes peuvent non seulement être considérés comme des ingrédients précieux pour remplacer la farine de poisson, mais également comme des promoteurs potentiels de la santé des poissons lorsqu’ils sont utilisés à faible dose dans l’alimentation, bien que des études futures soient nécessaires pour vérifier cette hypothèse.

5 Protéines animales terrestres transformées (PAT)

Les protéines animales terrestres transformées (PAT) proviennent de la conversion de sous-produits animaux transformés en sources précieuses de protéines (45 à 65 % de protéines brutes [PB]), riches en la plupart des AAE à l’exception de la lysine et de la méthionine. Les PAT ont été largement adoptées en aquaculture par de nombreux pays du monde entier comme source de protéines plus rentable et plus disponible que la FP. Cependant, en Europe et au Royaume-Uni, l’inclusion des PAT dans les aliments aquacoles a été restreinte en raison des préoccupations publiques et politiques liées à la crise de l’encéphalopathie spongiforme bovine (règlements CE 999/2001 et 1234/2003). En 2013, l’Autorité européenne de sécurité des aliments [EFSA Panel on Animal Health and Welfare (AHAW) 2013] a levé certaines des interdictions pour des sources spécifiques de catégorie III, c’est-à-dire des matières premières dérivées d’animaux non ruminants spécialement traitées pour être propres à la consommation humaine, notamment la farine de sang (FS), la farine de viande et d’os (FVO) d’origine porcine, la farine de plumes hydrolysées (FPH) et d’autres sous-produits de volaille transformés (FVT). L’allègement des restrictions précédemment en vigueur représente un changement de donne pour la production d’aliments pour poissons en Europe. L’utilisation de PAP est en effet une solution valable et durable pour réduire le coût global de production des espèces à haut niveau trophique, en fournissant des ingrédients hautement digestibles riches en protéines. Néanmoins, les contraintes récemment introduites sur la transformation des sous-produits animaux (par exemple, la chaleur et la pression) peuvent affecter négativement la valeur nutritionnelle du produit final. Par conséquent, l’expérimentation de ces nouveaux ingrédients est devenue impérative avant leur inclusion dans les aliments pour poissons.

6 Ingrédient unicellulaire (IUC)

Bien que les ingrédients unicellulaires (IUC) attirent l’attention des nutritionnistes de l’aquaculture depuis de nombreuses années en tant que produits potentiels pour les aliments pour l’aquaculture, ces ingrédients n’ont récemment obtenu une position particulière parmi les alternatives viables aux HP et FP en raison de l’amélioration drastique des technologies de production. Les IUC, qui englobent les groupes taxonomiques des bactéries, des champignons et des microalgues, sont fonctionnellement divisés en protéines unicellulaires (PUC) et en huiles unicellulaires (HUC) en fonction de la teneur nutritionnelle en protéines et en lipides. Bien que les microalgues aient sans doute fait l’objet d’une pléthore d’études, un intérêt notable a également été porté, en particulier au cours des dernières années, aux applications avec des levures et des bactéries comme compléments protéiques, lipidiques et autres compléments alimentaires bioactifs pour l’aquaculture. Le principal obstacle à l’augmentation rapide de l’utilisation des UIC a été la difficulté de concurrencer économiquement d’autres ingrédients à faible coût. Par conséquent, le développement de méthodes et de stratégies de production à plus grande échelle et à moindre coût sera essentiel pour leur application en aquaculture. Pour maximiser simultanément la croissance cellulaire et atténuer le coût de production, plusieurs matières premières potentielles pour la production de UIC sont explorées, notamment les eaux usées, les résidus industriels et agricoles et les sous-produits de la bio-industrie, qui nécessitent divers processus de production, par exemple, un bioréacteur aérobie, anaérobie ou photosynthétique (revu dans Jones et al. 2020). Par exemple, une approche économiquement viable actuellement appliquée par les entreprises commerciales est l’utilisation de résidus agro-industriels biodégradables comme substrats nutritionnels pour la culture de micro-organismes.

6.1 Bactéries et champignons

Les UIC fongiques, qui sont classés en champignons filamenteux et unicellulaires (levures), ont suscité un intérêt croissant de la recherche pour la production d’aliments pour l’aquaculture, en particulier sous forme de suppléments, en raison de leur teneur relativement élevée en protéines (45 %), en énergie et en micronutriments et de leur digestibilité élevée (en moyenne 80 %). Parmi les UIC fongiques, on peut dire que les travaux sur les levures ont été prédominants. Bien que le processus d’homogénéisation ait été utilisé pour améliorer la digestibilité des levures en raison des parois cellulaires épaisses, cette procédure compromet les effets prébiotiques et immunostimulateurs bénéfiques des composants présents dans les parois tels que les mannan-oligosaccharides (MOS), les bêta-glucanes, la chitine et les nucléotides.

L’expérimentation de produits bactériens dans les aliments pour poissons a ciblé les PUC bactériens qui englobent trois genres Spirulina, Methylococcus ou Methylophilus. En plus de la digestibilité élevée (en moyenne 86 %), les SCP bactériens ont également une teneur élevée en protéines (en moyenne 60 %) et un profil adapté aux EAA et non EAA. Il est fondamental de souligner que la composition nutritionnelle des UIC fongiques, microbiennes et algaires varie considérablement en fonction des conditions de production (par exemple, la température, le temps de séchage, le substrat organique, le temps de récolte et le stockage). Une étude récente sur les sources potentielles de souches PUC et leurs processus de production respectifs a été publiée par Jones et al. (2020).

6.2 Microalgues

Les microalgues, base de la chaîne trophique des océans, sont la principale source alimentaire du zooplancton, qui à son tour nourrit les poissons. Des nutriments essentiels, tels que les acides gras oméga-3, passent des microalgues aux poissons via la chaîne trophique. Par conséquent, pourquoi ne pas contourner entièrement la chaîne alimentaire marine afin d’obtenir ces précieux nutriments pour une consommation directe grâce à la culture d’algues ? Les microalgues sont largement produites comme compléments alimentaires pour l’aquaculture et occupent une position privilégiée en tant qu’aliment potentiel en vrac caractérisé par d’excellents niveaux de protéines, de lipides (en particulier EPA, DHA et ARA), de vitamines et de minéraux. Il convient également de mentionner que plusieurs espèces ont une teneur élevée en astaxanthine, un pigment rose aux propriétés immunostimulantes et antioxydantes. Un autre motif pour encourager l’inclusion durable des microalgues dans les aliments pour l’aquaculture est leur potentiel à fournir la base d’une industrie aquacole circulaire dans le cadre d’une bioéconomie plus vaste. En effet, la production de microalgues, par le biais d’une approche de bioraffinage, peut apporter de nombreux avantages au secteur de l’aquaculture, notamment l’atténuation de son impact écologique.

Les scientifiques se sont efforcés d’améliorer la technologie de production à grande échelle de microalgues et une myriade d’études ont été publiées concernant l’inclusion réussie de plusieurs espèces de microalgues dans les aliments aquacoles pour les poissons herbivores, omnivores et carnivores. Les principaux obstacles limitant l’expansion de la biotechnologie des microalgues sont les coûts de production élevés et le nombre limité de systèmes de production à grande échelle actuels. Ces problèmes pourraient être résolus dans un avenir proche par une augmentation de plusieurs ordres de grandeur de la capacité de production, améliorant ainsi l’efficacité des systèmes de production (par exemple, les photobioréacteurs et les systèmes de fermentation) avec une réduction des coûts subséquente. Un autre problème de la production de microalgues qui a reçu une attention particulière ces dernières années est lié à leurs parois cellulaires récalcitrantes indigestes qui empêchent l’absorption du contenu nutritionnel des cellules. Des traitements mécaniques (broyage à billes, ultrasons, micro-ondes, champ électrique pulsé, homogénéisation à grande vitesse et homogénéisation à haute pression) et non mécaniques (enzymatiques et chimiques) pour la rupture des parois cellulaires ont été développés pour surmonter cet obstacle. Cependant, ces pratiques restent peu pratiques sur le plan économique par rapport à leurs avantages.

La plupart des espèces de microalgues étudiées en aquaculture appartiennent aux genres Chlorella, Tetraselmis, Tisochrysis, Nanofrustulum, Scenedesmus, Isochrysis, Arthrospira, Phaeodactylum, Haematococcus, Pavlova, Haematococcus, Nannochloropsis et Desmodesmus. Une multitude d’études ont été menées au cours des dernières années pour estimer les niveaux d’inclusion optimaux de microalgues pour plusieurs espèces de poissons.

Les nouveaux ingrédients à base de microalgues ont le potentiel de compléter ou de remplacer entièrement les FP et les HP dans les aliments pour poissons. Cependant, des avancées majeures sont nécessaires pour réduire considérablement les coûts de production. La découverte de nouvelles technologies rentables et de souches nutritives hautement digestibles et le développement d’approches de bioraffinage pour extraire de multiples coproduits de la biomasse de microalgues permettront une diffusion exponentielle de l’utilisation des microalgues en aquaculture.

6.3 Thraustochytrides hétérotrophes marins

Bien qu’ils soient souvent confondus avec des microalgues dans la littérature publiée, les Thraustochytrides sont des protistes unicellulaires hétérotrophes obligatoires marins. En raison de l’absence de plaste ou de vestiges d’appareil photosynthétique, les Thraustochytrides sont incapables de réaliser la photosynthèse et dépendent de la présence de matière organique pour croître et se développer. Ils sont classés en cinq genres Thraustochytrium, Aplanochytrium, Japonochytrium, Ulkenia et Schizochytrium, tandis que dans le groupe de Shizochytrium sensu lato trois autres genres ont été proposés : Aurantiochytrium, Oblongichytrium et Schizochytrium sensu stricto. Français L’intérêt pour la culture de masse de ces micro-organismes a augmenté de manière exponentielle en raison de leur teneur élevée en LC-PUFAs, principalement en DHA, en pigments caroténoïdes, en squalène et en exopolysaccharide.

Parmi tous les genres, Schizochytrium sp. contient des niveaux élevés de lipides (55 à 75 % de la matière sèche), dont jusqu’à 49 % des lipides totaux de DHA. De nombreuses études sur le saumon de l’Atlantique et la truite arc-en-ciel ont été menées pour évaluer l’inclusion potentielle de Schizochytrium (huile de cellules entières sèches et extraite) comme substitut de l’huile essentielle. Des études récentes ont démontré que l’huile de Schizochytrium sp. (T18) est adéquate pour remplacer entièrement l’huile essentielle sans compromettre les performances de croissance du saumon de l’Atlantique et la digestibilité des nutriments alimentaires, de l’énergie ou des acides gras, tout en contribuant simultanément à l’élévation des niveaux de DHA dans les muscles. Ce dernier était également évident dans le foie et les muscles des truites arc-en-ciel nourries avec des régimes contenant de l’huile de Schizochytrium sp. Français en tant que substitut de FO à 20 % a amélioré le WG, le SGR, l’efficacité alimentaire et la réponse immunitaire chez la truite arc-en-ciel. De plus, la supplémentation en Schizochytrium sp. dans un régime alimentaire à base de plantes a soutenu les performances de reproduction et la qualité des œufs chez les géniteurs de truites arc-en-ciel femelles et a provoqué des processus de programmation métabolique chez la progéniture. L’inclusion des espèces de Thraustochytrides mentionnées ci-dessus a également été testée avec succès chez les espèces de poissons marins. Cependant, les problèmes liés à la nature ingérable des parois récalcitrantes de ces organismes, à la présence de NSP et au faible niveau d’EPA doivent être davantage abordés pour augmenter l’inclusion de ces micro-organismes dans les aliments aquatiques. Quant à ce dernier, un mélange alimentaire de Schizochytrium sp. avec des espèces de microalgues riches en EPA a été suggéré comme stratégie de formulation alimentaire efficace pour le remplacement de FO chez la dorade royale [308]. De plus, l’utilisation d’huile de Schizochytrium provenant d’une souche qui produit à la fois de l’EPA et du DHA s’est avérée être une source efficace d’acides gras oméga-3 pour les saumoneaux de l’Atlantique post-smolts.

7 Relation entre les nouveaux ingrédients et les besoins nutritionnels des espèces de poissons

Les besoins en Acides Aminés Essentiels (AAE) sont quantitativement différenciés selon les espèces de poissons ainsi que selon le stade de développement et la taille du corps (par exemple, les alevins et les géniteurs). Dans une large mesure, les alevins ont tendance à nécessiter des niveaux plus élevés de la plupart des AAE par rapport aux géniteurs. Malgré les différences spécifiques aux espèces, les poissons, comme la plupart des vertébrés terrestres, présentent un noyau commun en termes des 10 AAE requis dans l’alimentation : arginine (Arg), histidine (His), isoleucine (Ile), leucine (Leu), lysine (Lys), méthionine (Met), phénylalanine (Phe), thréonine (Thr), tryptophane (Try) et valine (Val). Parmi les ingrédients alternatifs examinés ici, la farine d’insectes (HI et TM), la farine de microalgues (Chlorella vulgaris), la PMM (farine de viande de volaille) et la SDHM (farine d’hémoglobine séchée par pulvérisation) présentent la teneur en AAE la plus optimale, similaire à celle de la FP, et semblent répondre à la plupart des besoins des poissons à nageoires. Par exemple, le profil AAE de la farine d’insecte (FI) est adéquat à la fois pour les salmonidés et les poissons marins malgré la teneur plus faible en arginine et en lysine par rapport à la FP. Cependant, des carences en AAE devraient se produire en particulier dans les niveaux de substitution FP plus élevés. Des carences élevées en histidine et en méthionine sont apparentes dans la farine de microalgues, tandis que la SDHM est déficiente en isoleucine, phénylalanine et valine.

De même, selon les besoins en acides gras des poissons à nageoires, l’huile de krill (HK) est un ingrédient optimal pour l’alimentation aquatique avec des niveaux plus élevés d’EPA, de DHA, d’acide linoléique et d’acide arachidonique par rapport à l’huile de poisson (HP). De plus, la biomasse d’Isochrysis répond aux besoins en acides gras des salmonidés et des poissons marins et pourrait également être considérée comme une alternative à l’HP malgré les niveaux inférieurs d’EPA. Au contraire, l’applicabilité de l’huile de Schizochytrium sp. (T18) peut être limitée par la faible teneur en acide linoléique et arachidonique et ne devrait donc être utilisée que comme substitut de l’HP dans l’alimentation de la dorade royale. Parmi les ingrédients alternatifs, les microalgues et les macroalgues ne semblent pas répondre pleinement à l’exigence susmentionnée, tandis que le PAP, le KM et les bactéries ont une teneur en CP suffisante.

Avec une méta-analyse de la littérature scientifique pour identifier de nouveaux ingrédients qui répondent efficacement aux besoins en protéines (acides aminés) et en lipides des poissons (EPA et DHA). L’étude souligne l’importance de stratégies de reformulation minutieuses dans les aliments destinés à l’aquaculture, bien que les microalgues soient prometteuses, elles peuvent nécessiter des sources supplémentaires d’acides aminés essentiels pour obtenir une nutrition optimale.

8 Conclusions

L’expansion rapide de l’industrie de l’aquaculture entraîne une demande accrue d’aliments pour poissons, qui doivent être conformes à la fois aux exigences nutritionnelles des espèces cultivées et aux dernières stratégies de développement durable. Les pratiques et stratégies actuelles de l’industrie pourraient indiquer ou soutenir des recommandations plus imminentes et immédiates, voire refléter une transition vers la situation idéale. Les recommandations à plus long terme pourraient mettre l’accent sur la durabilité dans un monde en mutation, la décarbonisation, la biotechnologie et la nécessité de séparer les ingrédients des aliments pour animaux et des aliments pour humains. La recommandation reposerait sur le profil nutritionnel et l’adéquation aux espèces aquacoles. Les nouveaux ingrédients alimentaires examinés ici acquièrent plusieurs caractéristiques nutritionnelles et de promotion de la santé souhaitables, tout en servant simultanément le virage du secteur vers la durabilité. Un certain nombre des nouveaux ingrédients discutés sont déjà utilisés dans la production commerciale d’aliments pour poissons, tandis que d’autres peuvent potentiellement remplacer les FP dans les régimes alimentaires des salmonidés et des espèces de poissons marins. Cependant, de nombreux goulots d’étranglement et inconvénients empêchent le remplacement total efficace des FP et des HP par des ingrédients alternatifs sans implications négatives sur les caractéristiques des aliments, la santé et la croissance des poissons ou le coût de production. Les ingrédients monocellulaires et les solutions issues de la biotechnologie, ainsi que le potentiel inexploré de modification des produits et le rôle dans la décarbonisation peuvent être considérés comme une recommandation solide. Bien qu’il s’agisse d’une proposition intrinsèquement attrayante en raison de son profil nutritionnel essentiel et de la réduction des déchets grâce à l’économie circulaire, les insectes ne sont peut-être pas aussi avancés qu’il le faudrait à l’heure actuelle. Collectivement, les nouveaux ingrédients doivent être testés de manière plus intégrative, holistique et multifactorielle en évaluant leur consistance, leur prix, leur disponibilité, leurs qualités nutritionnelles et l’absence de contaminants ou de facteurs antinutritionnels. Les besoins nutritionnels ne sont pas monolithiques mais présentent plutôt une diversification en fonction de divers facteurs tels que la spécificité de l’espèce, le stade de développement, les adaptations digestives et métaboliques, le génotype et l’environnement. Ainsi, les approches nutritionnelles concernant les ingrédients et additifs alimentaires doivent être guidées par des connaissances précises. De plus, les nutritionnistes ne devraient pas concentrer leurs efforts sur la recherche d’un ingrédient « magique » doté de qualités nutritionnelles extraordinaires, mais sur la production d’une combinaison appropriée de produits complémentaires, notamment des FP et HP produits de manière durable, qui, associés aux technologies et stratégies de production à l’échelle commerciale améliorées, peuvent générer un régime alimentaire hautement nutritif à bas prix.

Source : Panteli, N., Kousoulaki, K., Antonopoulou, E., Carter, C., Nengas, I., Henry, M., Karapanagiotidis, I. and Mente, E. (2024), Which Novel Ingredient Should be Considered the “Holy Grail” for Sustainable Production of Finfish Aquafeeds?. Rev Aquac. https://doi.org/10.1111/raq.12969

Magazine Aliment d’Aquaculture Afrique. Volume 1, Numéro 3, 2024.