Apparent availability and requirements of microminerals in salmon (APREMIA)

Å vurdere tilgjengeligheten av mikromineraler i fôr opp mot mineralernæringen hos fisk er en stor utfordring. Prosjektet tok sikte på å beskrive en systematisk tilnærming som kombinerer forskjellige metoder for å vurdere tilgjengeligheten og behovet for sink (Zn), mangan (Mn) og selen (Se) i atlantisk laks (Salmo salar). Siden flere kjemiske former av disse metallene kan være til stede i fôret ble det antatt at tilgjengeligheten av mikromineralene er påvirket av de kjemiske artene som er til stede. I dette prosjektet var det første trinnet å utvikle en metode for å isolere de forskjellige kjemiske formene av sink fra fôret. Deretter ble in vitro-metoder utviklet for å evaluere løseligheten av Zn, Se og Mn i laksefôr. Videre ble en in vitro tarmcellemodell (RTgutGC) brukt for å studere betydningen av å endre sammensetning av ulike kjemisk former av sink og mangan på tarmopptaket. Sammen ble funnene fra in vitro-metodene sammenlignet med in vivo-studier som undersøkte den tilsynelatende tilgjengeligheten og behovet for Zn, Se og Mn hos atlantisk laks, ved bruk av uorganiske og organiske kilder. Resultatene viste at flere kjemiske former ble funnet i fôr, og effektiviteten til en organisk kilde avhenger sterkt av aminosyreliganden som brukes som chelat. Funnene av in vitro-metodene samsvarte godt med resultatene fra in vivo-studiene i en kvalitativ evaluering, men ikke kvantitativt. Likevel ga de beskrevne in vitro-protokollene viktig informasjon om tilgjengelighet og behov av mikromineraler fra fiskefôr. Videre ble behovsestimat for Zn, Se og Mn i fiskefôr estimert fra spesifikke fôringsforsøk. Gjennomsnittlig estimat av Mn i fôr som kreves for å opprettholde vevsmetning av Mn varierte mellom 26 og 34 mg Mn/kg 1 fôr, mens det tilsvarende Mn-tilskuddet i form av MnSO4 varierte fra 14 til 22 mg Mn kg?1 diett. Tilskuddet kan reduseres til 4.9 til 5.7 mg Mn/kg fôr ved å bruke Mn-glysin som Mn-kilde, uten at det går ut over vekst eller Mn-status for laksen. Tilskudd av selen som kreves for et basisfôr som inneholder 0.24 mg Se kg?1 var 0.4 mg i form av selenitt, totalt 0.65 mg/kg eller 0.15 mg som selenometionin (SM), totalt 0.4 mg/kg, basert på vurdert selenhomeostase og -vevsstatus. Tilskuddet av SM på 0.4 mg/kg fôr (totalt 0.65 mg/kg) var i stand til å øke uspesifikk immunitet og dempe bakterie- eller virusinduserte pro-inflammatoriske responser in vitro. Totalt sett overskrider behovsestimatene som er nødvendig for å opprettholde kroppens Se-homeostase og forbedret helsetilstand ved bruk av plantelaterte dietter til atlantisk laks, den eksisterende EUs øvre grense på 0.5 mg Se/kg fôr. Den tilsynelatende tilgjengeligheten av Zn og Zn-status i helkropp, plasma og ryggvirvler ble betydelig påvirket av Zn-nivåer i fôret og var betydelig lavere hos smolt i sjøvannsfasen sammenlignet med parr i ferskvannsfasen. Den benyttede organiske kilden Zn-glycin hadde ingen effekt på noen av de analyserte parameterne. Ved forsøksslutt ble en Zn-konsentrasjon i helkropp på 33 mg/kg våtvekt oppnådd med det høyeste Zn-nivået i fôret (280 mg/kg), noen som tilsvarer nylige data rapportert av Åsgård et al. (2018) men lavere enn nivået rapportert av Shearer et al. (1994). Tatt i betraktning den gjeldende EU-lovgivningen om maksimalt tillatt total Zn-nivå på 180 mg kg?1 fôr for laksefisk (EC, 2016) og en EFSA (2017) vitenskapelig rapport som antyder en ytterligere nedgang til 150 mg/kg fôr, er de oppnådde resultatene av stor betydning. Fra et miljøperspektiv ble dagens belastning av Mn og Se fra norsk lakseoppdrett anslått til å være 62 og 0.8 tonn per år, noe som kan reduseres med 30 til 60% for Mn og med 50 til 75% for S) uten at det går ut over laksens vekst og helse.

The major outcomes are, (i) capacity development with one PhD and one early stage researcher with two mobility arrangements each strengthening international collaboration. (ii) Seven published peer-reviewed open-access research articles and 17 presentations. The achieved outcomes will impact (i) better production performance of farmed salmon by meeting their requirements for Zn, Mn and Se for uncompromised welfare, health and growth; (ii) quantitative information on dietary mineral levels required in plant-based feeds and the efficacy of different sources for the feed industry; (iii) regulation of trace mineral levels in salmon feeds by Mattilsynet and EFSA; (iv) the in vitro methods will strengthen 3Rs in aquaculture research; (v) reduced emissions through improved availability and retention will reduce environmental impact; (vi) the society will benefit from the improved sustainability of Atlantic salmon farming (iv) equal opportunity and gender balance in capacity development.

Due to increasing inclusion of vegetable ingredients in salmon feeds, new challenges have arisen with regards to minerals. Substitution of marine feed ingredients alters the level and total composition of minerals. Substitution of marine feed ingredients with plant ingredients will also lower the bioavailability of already supplemented minerals due to the presence of plant fibers and phytate. The lower mineral bioavailability in novel aquafeeds will both affect essential elements required for fish health and robustness, but also increase the environmental load by increased loss via the faeces.High supplementation of several minerals to fish feeds today, merely based on precautions, has further challenges in that the minerals added to the feed may interact with each other both on intestinal uptake and biological function. Furthermore, the chemical form (e.g. inorganic or organic forms)of supplemented minerals has been suggested to alter the bioavailability. The route of uptake and tissue distribution for chemical forms has, however not been demonstrated in fish. Challenges to assess mineral requirements in the Atlantic salmon relates to chemical forms in feed ingredients and complete diets, interacting factors that negatively influence digestibility, uptake, tissue distribution and functional status of the individual minerals, as well as farming conditions that may elevate the requirements. The activity in the project is divided into three work packages: 1) we aim to develop a chemical speciation method of selected minerals to predict mineral digestibility depending on mineral chemical species. 2)We will apply rapid in situ and in vitro methods to assess intestinal mineral uptake with combined factors that can affect bioavailability. 3) Based on the digestibility and availability studies, we want to establish safe lower requirement levels of Zn,Mn and Se to support growth performance and robustness in farmed Atlantic salmon fed future environmentally friendly feeds.