تعیین ارزش غذایی پروتئین دو گونه ریزجلبک ریزجلبک آیزوکرایسیس گالبانا(Isochrysis galbana) و نانوکلروپسیس اکولاتا Nannochloropsis oculata)) مورد استفاده در تغذیه دام

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، استادیار، استاد گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

2 دانشجوی دکتری، استادیار، استاد گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران،

3 دانشیار، گروه شیلات، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

4 دانشیار، گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

سابقه و هدف: امروزه ارزش تغذیه‌ای ریز جلبک‌ها بر کسی پوشیده نیست و تحقیقات گسترده‌ای در زمینه افزایش ظرفیت تولید آن‌ها و ارزش تغذیه‌ای آن‌ها انجام می‌گیرد. با توجه به بالا بودن هزینه بخش پروتئینی جیره دام‌ها، ریز جلبک‌ها می‌توانند ازنظر اقتصادی جایگزین‌های طبیعی برای مکمل‌های پروتئینی همچون کنجاله سویا در جیره‌هایی با قیمت رقابتی باشند. در میان تمام اسیدآمینه‌های خوراک، لیزین و متیونین اولین و دومین اسیدهای آمینه محدودکننده هستند. اغلب گونه‌های ریز جلبکی حاوی مقادیر نسبتاً بالایی از لیزین هستند، اما تا حدودی از لحاظ اسیدآمینه‌های گوگرددار مانند سیستئین و متیونین کمبود دارند. هدف از آزمایش حاضر، بررسی میزان پروتئین و ترکیبات شیمیایی دو گونه ریز جلبک آیزوکرایسیس گالبانا و نانوکلروپسیس اکولاتا میزان تجزیه‌پذیری نیتروژن در شرایط Invitro و بخش‌های مختلف پروتئین آن‌ها در سیستم کرنل (CNCPS) بود.
مواد و روش‌ها: بدین منظور، پس از کشت و برداشت دو گونه ریز جلبکی مذکور در آزمایشگاه و انجام آزمایش‌ها بررسی میزان ترکیبات ماده خشک، خاکستر، پروتئین خام و تعیین الگوی اسیدآمینه، ارزیابی تجزیه‌پذیری نیتروژن و پروتئین عبوری در ساعات 8، 12 و 24 انکوباسیون و تعیین بخش‌های مختلف پروتئین دو گونه ریز جلبک آیزوکرایسیس گالبانا و نانوکلروپسیس اکولاتا به روش سیستم کربوهیدرات و پروتئین خالص کرنل انجام گرفت. در این تحقیق برای برآورد ضرایب تجزیه‌پذیری نیتروژن از مایع شکمبه سه رأس گوساله نر اخته هلشتاین فیستولا دار با میانگین وزن 40±480 کیلوگرم و سن 2 سال استفاده شد.
یافته‌ها: نتایج به‌دست‌آمده نشان‌دهنده این بود که دو گونه ریز جلبکی ازنظر درصد پروتئین خام، چربی و NSC باهم تفاوت داشتند (P<0.05). نتایج حاصل نشان داد نانوکلروپسیس اکولاتا دارای 37 درصد و آیزوکرایسیس گالبانا نیز 32 درصد پروتئین خام بود. نسبت درصد اسیدآمینه ضروری به غیرضروری در ریز جلبک آیزوکرایسیس گالبانا 79/18 و در نانوکلروپسیس اکولاتا 8/28 درصد بود (P<0.05). درصد تجزیه‌پذیری نیتروژن در شرایط Invitro(IVDN) در ساعات 8، 12 و 24 انکوباسیون بین دو ریز جلبک آیزوکرایسیس گالبانا به ترتیب 44، 53 و 48 درصد و در نانوکلروپسیس اکولاتا 35، 40 و 38 درصد بود (P<0.05). درصد پروتئین عبوری در ساعات 8، 12 و 24 انکوباسیون در ریز جلبک آیزوکرایسیس گالبانا به ترتیب 56، 47 و 42 درصد و در ریز جلبک نانوکلروپسیس اکولاتا 65، 60 و 62 درصد بود. بخش‌های B1, A B2, و C در آیزوکرایسیس گالبانا به ترتیب 07/10، 85/8، 18/66، 56/7 و در نانوکلروپسیس اکولاتا به ترتیب 16/15، 64/16، 98/54 و 8/8 و درصد پروتئین خام بود (P<0.05).
نتیجه‌گیری: نتایج به‌دست‌آمده از تحقیق حاضر بیانگر این بود که با توجه به میزان چربی خام، پروتئین خام، درصد نیتروژن تجزیه‌شده در شرایط Invitro و پروتئین عبوری در گونه‌های ریز جلبکی نانوکلروپسیس اکولاتا و آیزوکرایسیس گالبانا به نظر می‌رسد این ریز جلبک‌ها دارای ارزش تغذیه‌ای مناسب برای استفاده در خوراک دام هستند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Determining the nutritional value of protein in two microalgae species Isochrysis galbana (I. galbana) and Nannochloropsis oculata (N. oculata) used in animal nutrition

نویسندگان [English]

  • Zahra Salehian 1
  • Hamed Khalil Vandi Behriuzyar 2
  • Rasoul Pirmohammadi 1
  • Nasrollah Ahmadifard 3
  • Hadi Almasi 4
1 Department of Animal Science, Agriculture Faculty, Urmia University
3 Aquaculture Department, Faculty of Natural Resources, Urmia University
4 Department of Food Science and Technology, Agriculture Faculty, Urmia University
چکیده [English]

Background and objectives: Today, the nutritional value of microalgae is not hidden from anyone, and extensive research is being done to increase their production capacity and nutritional value. Due to the high cost of the protein portion of livestock diets, microalgae can be economically viable natural alternatives to protein supplements such as soybean meal in competitively priced diets. In all of the dietary amino acids, lysine and methionine are the first and second limiting amino acids. Most microalgae species contain relatively high levels of lysine. But they are somewhat deficient in sulfur-containing amino acids such as cysteine and methionine. The present experiment aimed to investigate the protein content and chemical composition of two species of microalgae, Isochrysis galbana (I. galbana) and Nannochloropsis oculata (N. oculata), the degree of nitrogen degradability (IVDN), and their different parts of the protein in the Cornell Net Carbohydrate and Protein )CNCPS( system.
Materials and methods: For this purpose, after culturing and harvesting the two microalgae species in the laboratory and conducting experiments, the amount of dry matter (DM) composition, ash, crude protein (CP) and determination of amino acid pattern, evaluation of IVDN and determination of different parts of the protein of two species of microalgae I. galbana and N. oculata was made by CNCPS system. In this study, to estimate the IVDN, the ruminal fluid of three male Holeshtine castrated fistula calves with an average weight of 480 ± 40 kg and age 2 years was used.
Results: The results showed that the two microalgae species were different in terms of CP%, fat %, and NSC % (P<0.05). The N. oculata 37% and I. galbana had 32% CP. The ratio of essential to non-essential amino acids was 18.79% in I. galbana and 28.8% in N. oculata (P <0.05). The percentage (IVDN) at 8, 12, and 24 h of incubation in I. galbana was 44%, 53%, and 48%, respectively, and in N. oculata was 35%, 40%, and 38% (P <0.05). The percentage of RUP at 8, 12, and 24 h of incubation was 56%, 47%, and 42% in I. galbana and 65%, 60%, and 62% in N. oculata, respectively. Sections A, B1, B2, and C in I. galbana 10.07, 8.85, 66.18, 7.56, and in N. oculata 15.16, 16.64, 54.98, and 8.8, respectively (P <0.05).
Conclusion: The results of the present study indicated that considering the amount of fat%, CP%, IVDN, and RUP in N. oculata and I. galbana, it seems that these microalgae are suitable for use in animal feed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Amino acid profile
  • Protein degradability
  • Ammonia nitrogen
  • Microalgae
  1.  2000. Official Methods of Analysis. (17th ed.) Association of Official Analytical Chemists. Washington D.C.

    1. Becker, E.W. 2007. Microalgae as a source of protein. Biotechnology Advances. 25: 207-210.
    2. Becker, W. 2004. Microalgae in human and animal nutrition. In Handbook of Microalgal Culture. Edited by Richmond A. Oxford, UK: Blackwell Publishing 312–351.
    3. Ben Hafsa, M. Ben Ismail, M. Garrab, M. Aly, R. Gagnon, J. and Naghmouchi, K. 2017. Antimicrobial, antioxidant, cytotoxic and anticholinesterase activities of water-soluble polysaccharides extracted from microalgae Isochrysis galbana and Nannochloropsis oculata. Journal of the Serbian Chemical Society. 82: 509-522.
    4. Bligh, E. and Dyer, W.J. 1959. A rapid method of total lipid extraction and purification. Canadian Journal of Biochemistry and Physiology. 37: 911-917.
    5. Bos’hagh, F. Rostami, Kh. And Moazemi N. 2019. Biofuel Production from Microalgae. Modares Journal of Biotechnology. 10: 109-123.
    6. Broderick, G. A. and Kang, J. H. 1980. Automated simultaneous determination of ammonia and total amino acids in ruminal fluid and in vitro Journal of Dairy Science. 63: 64-75.
    7. Chase, L.E., Pell, A.N., Overton, T.R. and Russel, J.B. 2003. The net carbohydrate and protein system for evaluation herd nutrition and nutrient excretion, Cornel University. USA. 236 pp.
    8. Combs, G.F. 1952. Algae (chlorella) as a source of nutrients for the chick. Science. 116: 453–454.
    9. Devendra, C. and Lewis, D. 1974. The interaction between dietary lipids and fiber in the sheep. Animal Production. 19: 67-76.
    10. Fatahnia, F., Mosavi, S. Gh., Abdi, E. and Shokri, A. 2014. Effect of Roasting and Extruding on Nitrogen Fractions and Ruminal Degradability of Soybean Seed Protein. Research on Animal Production. 5: 84-97.
    11. Fink, H. Herold, E. 1956. Biological value of the protein of unicellular algae. On the protein value of unicellular algae and of young green leaves of higher plants/A contribution on alimentary liver necrosis of the rat and the treatment of protein deficiency in the tropics. Naturewissenschaften. 42: 516–517.
    12. Ghasemi Naghdi, F. Thomas-Hall, S. R. Durairatnam, R. Pratt, S. and Schenk, P.M. 2012. Comparative effects of biomass pre-treatments for direct and indirect transesterification to enhance microalgal lipid recovery. Energy Research. 2: 1-10.
    13. Ghoorchi,T. and Arbabi, S. 2010. Study of protein characteristic of five feeds by CNCPS model. Asian Journal of Animal and Veterinary Advances. 5: 584-591.
    14. Hafezieh, M. 2015. Fatty acids nutritional value of two microalgae Nannochloropsis oculata and Isochrysis galbana. Iranian Scientific Fisheries Journal. 24: 135-142.
    15. Hafezieh, M. 2017. Utilization of algae in the production of biofuels. Journal of Caspian Sea Aquatic. 2: 11-19. (Translated in Persian).
    16. Huesgen, A.G. 1999. Sensitive and reliable amino acid analysis in protein hydrolysates using the HP 1100 Series HPLC, Hewlett-Packard, Technical Note.
    17. Isaacs, R. Roneker, K.R, Huntley, M. and Lei, X.G. 2011. A partial replacement of soybean meal by whole or defatted algal meal in diet for weanling pigs does not affect their plasma biochemical indicators [abstract]. Journal of Animal Science. 89: 723-729.
    18. Jahani Moghadam, M. and Amanlou, H. 2013. Rumen degradability of xylose-treated soybean meal determined with nylon bag Technique (in situ). Animal Production Research. 1: 53- 61.
    19. A. Canbolat, O. Gurbuz, Y. and Ozay, O. 2005. In situ ruminal dry matter and crude protein degradability of plant- and animal- derived protein sources in Southern Turkey. Small Ruminant Research. 58: 135-141.
    20. Klemesrud, M.J. Klopfenstein, T.J. and Lewis, A.J. 1998. Complementary responses between feather meal and poultry by-product meal with or without ruminally protected methionine and lysine in growing calves. Journal of Animal Science. 76: 1970-1975.
    21. Krishnamoorthy, U., Muscato,V., Sniffen, C. and Van Soest, P. 1982. Nitrogen fractions in selected feedstuffs. Journal of Dairy Science. 65: 217-225.
    22. Licitra, C. Hernandez, T.N. and Van Soest, P.J. 1996. Standardization of procedures for nitrogen fractionation of ruminant feeds. Animal Feed Science and Technology. 57: 347-358.
    23. Lum, K.K. Kim, J. and Lei, X.G. 2013. Dual potential of microalgae as a sustainable biofuel feedstock and animal feed. Journal of Animal Science and Biotechnology. 4: 1-7.
    24. Lum, K.K. Roneker, K.R. and Lei, X.G.2012. Effects of various replacements of corn and soy by defatted microalgal meal on growth performance and biochemical status of weanling pigs [abatract]. Journal of Animal Science. 90: 701.
    25. Lupatsch, I. Quantifying Nutritional Require­ments in Aquaculture – The Factorial Approach. In: Bur­nell, G. Allan, G. (eds.): New Technologies in Aqua­culture: Improving Production Efficiency, Quality and Environmental Management. Cambridge, pp. 417–439.
    26. Ma, X-N. Chen, T-P. Yang, B. Liu, J. and Chen, F. 2016. Lipid Production from Nannochloropsis: A Review. Marine Drugs. 14: 1-18.
    27. Menke, K.H. and Steingass, H. 1988. Estimation of the energetic feed value obtained from chemical analysis and in vitro gas production using rumen fluid. Animal Research Development. 28: 7-55.
    28. Menke, K.H. Rabb, L. Saleweski, A. Steingass, H. Fritz, D. and Schnider, W. 1979. The estimation of the digestibility and metabolizable energy content of ruminant feed stuffs from the gas production when they are incubated with rumen liquor In vitro. Journal of Agriculture Science (Cambridge). 93: 217-222.
    29. Mishra, N. and Mishra, N. 2018. Exploring biologically active metabolites of Isochrysis galbana in pharmaceutical interest: An overview. International Journal of Pharmaceutical Sciences and Research. 9: 2162-2174.
    30. Pareek, R. 2016. Algae: The future food supplement: Review. International Journal of Food Agriculture and Veterinary Sciences. 6: 74-77.
    31. Patil, V. Ka¨llqvist, T. Olsen, E. Vogt, G. and Gislerød, H.R. 2007. Fatty acid composition of 12 microalgae for possible use in aquaculture feed. Aquaculture International. 15: 1-9.
    32. Patterson, P.H. Acar, N. and Coleman, W.C. 1994. Feeding value of poultry by-products extruded with cassava, barley, and wheat middlings for broiler chicks: the effect of ensiling poultry byproducts as a preservation method prior to extrusion. Poultry Science. 73: 1107-1115.
    33. Raab, L. Cafantaris, B. Jilg, T. and Menke, K.H. 1983. Rumen protein degradation and biosynthesis. 1. A new method for determination of protein degradation in rumen fluid in vitro. British Journal of Nutrition. 50: 569-582.
    34. Renaud, S.M. Parry, D.L. Luong-Van, T. 1994. Microalgae for use in tropical aquaculture I: Gross chemical and fatty acid composition of twelve species of microalgae from the Northern Territory, Australia. Journal of Applied Phycology. 6: 337–345.
    35. Reynal, S,M. 2004. Nitrogen utilization by dairy cows. Ph.D. Dissertation. University of Wisconsin, Madison.
    36. Roffler, R.E. and Satter, L.D. 1975. Relationship between ruminal ammonia and nonprotein nitrogen utilization by ruminants. II. Application of published evidence to the development of a theoretical model for predicting non protein nitrogen utilization. Journal of Dairy Science. 58:1889-1898.
    37. Ryckebosch, E. Muylaert, K. and Foubert, I. 2012. Optimization of an analytical procedure for extraction of lipids from microalgae. Journal of the American Oil Chemists’ Society. 89:189-198.
    38. SAS Institute Inc. 2002. Statistical Analysis System (SAS) User's Guide. SAS Institute. Cary. N.C. USA.
    39. Sharma, K.K. Schuhmann, H. and Schenk, P.M. 2012. High Lipid Induction in Microalgae for Biodiesel Production. Energies. 5: 1532-1553.
    40. Shields, R.J. and Lupatsch, I. 2012. Algae for Aquaculture andAnimal Feeds.In book: Microalgal Biotechnology: Integration and Economy. Chapter: Algae for aquaculture and animal feeds. Publisher: De Gruyter. Editors: Posten C, Walter C. Swansea University, UK.
    41. Sonawane, S.K. Bagul, M.B. LeBlanc, J.G. and Arya, S.S. 2015. Nutritional, functional, thermal and structural characteristics of Citrullus lanatus and Limonia acidissima seed flours. Journal of Food Measurement and Characterization. 10: 72-79.
    42. Theodorou, M.K. Williams, B.A. Dhanoa, M.S. McAllan, A.B. and France, J. 1994. A simple gas production method using a pressure transducer to determine the fermentation kinetics of ruminant feeds. Animal Feed Science and Technology. 48: 185-197.
    43. Van Soest, P.J. 1994. Nutritional Ecology of the Ruminant. 2nd Edition, Cornell University Press, Ithaca, 476.
    44. Van Soest, P.J. Robertson, J.B. and Lewis, B.A. 1991. Methods for dietary fiber, neutral detergent fiber, and nonstarch polysaccharides in relation to animal nutrition. Journal of Dairy Science. 74: 3583-3597.
    45. Wild, K.J., Steingass, H. and Rodehutscord, M. 2018. Variability of in vitro ruminal fermentation and nutritional value of cell‐disrupted and nondisrupted microalgae for ruminants. Global Change Biol Bioenergy. 00:1–15.
    46. World health report (WHO). 2002. Reducing risks, promoting healthy life. Geneva, World Health Organization, 2002.
    47. Zarrinmehr, M.J., Farhadian, O., Paykan Heyrati, F. and Keramat, J. 2019. Effect of different phosphorus concentrations on the growth rate and biochemical composition of golden-brown alga Isochrysis galbana. Plant Process and Function. 9: 413-424.
    48. Zarrinmehr, M.J., Farhadian, O., Paykan Heyrati, F. Keramat, J. Koutra, E. Kornaros, M. and Daneshvar, E. 2020. Effect of nitrogen concentration on the growth rate and biochemical composition of the microalga, Isochrysis galbana. Egyptian Journal of Aquatic Research. 46: 153–158.