Cristina Murcia García, PhD
Attualmente, l’industria dei mangimi per animali domestici è alla ricerca di nuove fonti di nutrienti, allo scopo di proporre ai nostri amici a quattro zampe diete più sane e più complete, con un occhio di riguardo alla sostenibilità. Anni di ricerca e sviluppo hanno portato oggi alla produzione di nuove fonti di proteine e nutrienti essenziali in grado di soddisfare le esigenze degli animali e dei loro proprietari. In particolare, il crescente interesse nei confronti delle diete vegetariane e vegane ha spinto la ricerca ad esplorare nuovi ingredienti alternativi come quelli di origine vegetale e marina, in grado di sostituire le tradizionali materie prime di origine animale1.
Tuttavia, le sfide da affrontare non riguardano solo gli aspetti nutrizionali, ma anche la stabilità ossidativa, fattore chiave nel garantire che tutti i nutrienti arrivino ai nostri animali in perfette condizioni, tenendo conto anche del fatto che i mangimi per animali domestici hanno una durata di conservazione molto lunga, fino a 24 mesi e oltre2.
In questo articolo analizzeremo le caratteristiche e la stabilità ossidativa degli ingredienti di origine marina e di quelli ricavati dagli insetti e il loro impatto sulla stabilità dei mangimi (come prodotti finiti) per animali domestici. Inoltre, tutte le informazioni di seguito condivise sono basate sulle nostre attuali conoscenze.
Problemi di stabilità degli insetti come ingredienti
Allo stato attuale, gli insetti principalmente utilizzati per la produzione di farine e oli sono la mosca soldato nera (BSF), la tarma della farina, il grillo e la cavalletta. Questi insetti sono considerati buone fonti alternative di proteine. In generale, e in base alle indicazioni dell’OMS, questi insetti contengono livelli di amminoacidi che soddisfano i requisiti standard, mentre i grassi rappresentano la seconda frazione più abbondante.
Esaminiamo ora alcuni dati che servono a valutare le materie prime relativamente all’ossidazione. Nella tabella 1 è riportato il profilo degli acidi grassi della larva della mosca soldato nera, da cui si deduce che è ricca di grassi saturi (la frazione preponderante è rappresenta dal 58% di acido laurico) e contiene bassi livelli di grassi polinsaturi. Tuttavia, abbiamo osservato che nei prodotti disponibili in commercio il contenuto di acidi grassi polinsaturi degli ingredienti ricavati dalla BSF può variare notevolmente, da meno dell’1% al 15%, a seconda del fornitore. A questo punto, le differenze nella composizione in acidi grassi delle farine e degli oli ricavati da una stessa specie di insetto potrebbero derivare, presumibilmente, dall’alimentazione seguita da quest’ultimo. Infatti, agendo sull’alimentazione degli insetti è possibile modulare la composizione nutrizionale delle materie prime da essi ricavate. Quindi, gli ingredienti ottenuti dagli insetti possono essere altamente polinsaturi e sensibili all’ossidazione, oppure più saturi e più stabili.
Osservando le altre specie di insetti, ad esempio i grilli, si possono notare differenze significative nel profilo degli acidi grassi rispetto alla BSF. In particolare, si nota un maggior contenuto in acidi grassi polinsaturi, che può rendere difficoltosa la stabilizzazione delle farine e degli oli ricavati dai grilli.
Problemi di stabilità dei nuovi ingredienti di origine marina
Al momento, gli ingredienti di origine marina disponibili sul mercato derivano, principalmente, da alghe e piccoli crostacei come Euphausia superba o Calanus finmarchicus. La principale funzione di questi ingredienti è sostituire le materie prime ottenute dai pesci come fonti alternative di acidi grassi essenziali ω-3 (DHA, EPA). Il loro uso potrebbe portare altri vantaggi correlati alla stabilità e alla nutrizione, tuttavia si tratta di ingredienti ancora nuovi con un costo più elevato rispetto alle tradizionali materie prime ricavate dai pesci.
Esaminiamo ora le caratteristiche di questi ingredienti e la loro composizione in acidi grassi. Nella tabella 2 sono riportati i profili degli acidi grassi di un olio di alghe e due oli di crostacei. Questi ingredienti contengono una notevole quantità di acidi grassi polinsaturi, quindi anche EPA e DHA. Ciò indica che sono sensibili all’ossidazione e che per prolungarne la durata di conservazione è necessario utilizzare degli antiossidanti. Se confrontiamo il contenuto in EPA e DHA di questi nuovi ingredienti con quello dei tradizionali oli derivati da pesci come il salmone o l’aringa, possiamo notare che si tratta in effetti di buone alternative.
Mangimi per animali domestici con nuovi ingredienti
Quando si parla della stabilità e del rischio ossidativo dei mangimi per animali domestici contenenti ingredienti nuovi, è necessario considerare alcuni aspetti.
In genere, le diete contenenti grassi saturi, materie prime ricavate dagli insetti e prive di ingredienti di origine marina sono considerate a basso rischio ossidativo. Ciò significa che per raggiungere la durata di conservazione desiderata di prodotti come le crocchette, un buon approccio da seguire potrebbe essere quello di stabilizzare il nucleo e il rivestimento esterno della crocchetta con metodi standard tradizionali.
Diete simili alle suddette, ma che percorrono lunghe distanze per raggiungere gli scaffali e/o che possono contenere uno o due ingredienti che favoriscono l’ossidazione, come i grassi o gli oli polinsaturi di origine marina, sono classificate come diete a medio rischio. Per questo tipo di diete, suggeriamo di aggiungere una maggiore quantità di antiossidanti, soprattutto se nel rivestimento esterno è utilizzato un grasso polinsaturo sensibile.
Quando parliamo di diete ad alto rischio, ovvero non impossibili da stabilizzare ma un po’ più problematiche, un esempio potrebbe essere quello delle diete con materie prime di origine marina o ad elevato contenuto in grassi polinsaturi o, di fatto, diete a basso contenuto di grassi, in cui il rivestimento della crocchetta non contiene molto grasso. Dato che stiamo considerando l’applicazione di antiossidanti sulla superficie della crocchetta, meno grassi ci sono sulla superficie, minore sarà la protezione antiossidante. In questi casi, suggeriamo di prestare particolare attenzione nella scelta dei punti di applicazione degli antiossidanti oltre che di tutte le materie prime utilizzate. Se si rileva una perdita elevata di antiossidanti nel prodotto finito, è necessario individuare i punti critici del processo produttivo ed effettuare un controllo rigoroso di tutte le materie prime.
Cristina Murcia Garcia – Technical Service Manager, Kemin Nutrisurance EMEA
La dott.ssa Cristina Murcia García ha conseguito il dottorato di ricerca in Chimica con focus sulle reazioni di ossidoriduzione presso l’Università di Bonn (Germania). Da allora si è specializzata nella gestione dell’ossidazione nei rendering e nei mangimi per animali domestici. Lavora come Technical Sales Manager per Kemin Nutrisurance Europe, dove fornisce soluzioni per migliorare la sicurezza e la vita utile delle materie prime e degli alimenti per animali domestici. Inoltre, sviluppa trials, protocolli e corsi di formazione specifici per i clienti su argomenti come l’ossidazione, la freschezza e la sicurezza alimentare.
Dr. Cristina Murcia García gained her PhD in Chemistry with focus on red-ox reactions from the University of Bonn (Germany). Since then, she has specialized in managing oxidation in rendering and pet food products. She works as Technical Service Manager for Kemin Nutrisurance Europe where she provides solutions to improve raw materials and pet food safety and shelf-life. Besides, she develops tailor-made trials and protocols for customers and holds customer specific trainings on topics like oxidation, freshness, and food safety.
Novel ingredients in pet food
Cristina Murcia García, PhD
Currently the pet food industry is looking for new nutrient sources with the goal of producing healthier and more complete diets for our four-legged friends, taking also into great account the sustainability. Years of research and development show now an outcome of novel protein and essential nutrient sources able to satisfy the necessities of pets and pet owners. Specially the rising interest in vegetarian and vegan diets has pushed the investigation towards the search of alternative ingredients such as novel vegetable and marine ingredients able to substitute traditional animal sources1.
But not only nutritional aspects are a challenge, also the stability towards oxidation is a key point to guarantee all nutrients arrive in perfect conditions to our pets. Then pet food is known for having very long shelf lives, up to 24 months or longer2.
This article is focused on characteristics and oxidative stability of insect ingredients, marine ingredients, and their impact on the stability of finished pet food diets. In this part no nutritional aspects of these ingredients will be considered; the discussion will concentrate on the oxidative stability of the different materials sharing relevant information based to the best of our knowledge.
Stability concerns of insect ingredients
Nowadays the main sources of insect oils and meals are the black soldier fly (BSF), the mealworm, the grasshopper and the cricket. They are considered as good alternative protein sources. In general, and according to WHO they have amino acid levels meeting the standard requirements and fat is the second largest fraction.
Let’s see now some key data that are needed to evaluate the materials towards oxidation. Table 1 shows the fatty acid profile of black soldier fly larvae, showing that it is rich in saturated fat (58 % lauric acid being the largest fraction) and contains low levels of polyunsaturated fat. However, we can find in the market that the polyunsaturated fat content of BSF ingredients may have big variations among suppliers, from less than 1 to 15 %. At this point, it is known that these differences on the fatty acid composition of insect meals and oils from the same insect species may be due to the feeding. Indeed, it is possible to modulate the nutritional composition with the feeding the insects get. Thus, being possible to find insect ingredients which are high polyunsaturated and sensitive to oxidation, or which are more saturated and more stable.
By checking another insect species, for instance, cricket, we can see some significant differences in the fatty acid profile in comparison with the BSF. Especially higher amount of poly unsaturated fat which may make the stabilization of meal and oil from crickets challenging.
Stability concerns of novel marine ingredients
For the moment the sources available in the market are mainly from algae and small crustacean like Euphausia superba or Calanus fin. The main function of these ingredients is to substitute fish materials as alternative sources of ω-3 essential fatty acids (DHA, EPA). They may also bring extra advantages related to stability and nutrition but are still a very novel and higher cost ingredient than traditional fish materials. Again, let’s see the identity card of these ingredients, their fatty acid composition. Table 2 presents the fatty acid profiles of one algae oil and two crustacean oils. They contain a considerable amount of polyunsaturated fatty acids thus EPA and DHA. This indicates that they are sensitive to oxidation and that antioxidants are needed to prolong their shelf life. If we compare the content of DHA and EPA of these novel ingredients with traditional fish oils like salmon and herring, we can see that indeed they are good alternatives.
Pet food diets containing novel ingredients
When speaking about stability and oxidation risk of Pet Food Diets containing novel ingredients there are some aspects that we need to consider. Usually, diets containing saturated fat, insect materials and no marine ingredients are, in general, considered as low risk for oxidation. This means that a traditional/standard stabilisation of the core and the coating of the kibble might be a good approach to reach the targeted shelf life. Diets like the ones above but that are exported far away or/and that may contain one or two ingredients promoting oxidation like polyunsaturated fats or oils coming from marine materials will be classified as medium risk diets. For this type of diets, we would suggest adding a higher amount of antioxidants. Especially if a sensitive polyunsaturated fat is used in the coating. When we talk about high-risk diets, not impossible to stabilise but a bit more challenging, these would be diets with marine materials or containing high amounts of polyunsaturated fat or in fact low fat diets. Low fat diets, where not a lot of fat is applied on the coating of the kibble. Because we are relying on the antioxidants application on the surface and, the less fat on the surface, the less antioxidant protection. In such cases it is advisable to take a look into antioxidants application points very carefully and into all raw materials. If a high antioxidant sacrifice is detected, critical points need to be found and a strict control of all raw materials is needed.
1) K. S. Swanson et al. “Nutritional sustainability of pet foods” (Bethesda, Md.) 2013, vol. 4,2 141-50.
2) M. Hu, C. Jacobsen, Oxidative Stability and Shelf Life of Foods Containing Fats and Oils, AOCS Press, 2016
3) R. H. Janssen et al. Nature Scientific Reports (2019) 9:2967; A. A. Mariod, Springer Nature Switzerland AG 2020 (ISBN 978-3-030-32952-5)
4) EFSA Journal 2020;18(10):6242
5) K.B. Hadly, Prostaglandins, Leukotrienes and Essential Fatty Acids 118, 10–1812, 2017
6) Typical fatty acid compositions of krill oil and some fish oils (Standard for fish oils Codex Stan 329–2017, 2017)
7) Pikova, J., Fish Oils, 2009; 515–526 : Howe, R.C., Bryden, W.L.., Lipids 2002; 11 : 1067–1076; Kasmiran, B. Fisheries Training; Program, United Nations University, 2016 ; https://spo.nmfs.noaa.gov/sites/default/files/legacy-pdfs/CIRC276.pdf
