Eco-innovative biofortified fish product for sustainability: Nutritional health value and safety

Abstract

Considering the global expansion for food associated with world´s population growth, one of the major problems of the world is the supply of healthy and sustainable diets for all. The development of sustainable aquaculture, one of the fastest-growing food production in- dustry, is gaining interest, and further efforts must be implemented to reduce the dependency on wild fish stocks fishing for feed and to promote management and environmental practices (e.g., reduce waste and water usage). Globally human population has severe deficiencies in some essential health-promoting nutrients like iodine and selenium. Although, seafood is one of the most important sources of these nutrients, it has been demonstrated that, under farming conditions, aquaculture feeds can effectively modulate the nutritional profile of farmed fish. In this context, this PhD thesis aimed to: i) assess the effects of biofortified feeds, using I-rich seaweed and Se-rich yeast, to modulate the elemental composition of edible tissues (muscle) in farmed gilthead seabream ( Sparus aurata) and common carp ( Cyprinus carpio), ii) evaluate elements stability during frozen storage and after culinary processing (steaming), iii) assess elements in vitro bioacessibility and the potential benefit associated to the consumption of biofortified fish, and iv) screening the application of micro X-ray fluorescence (μ-XRF) spec- trometry method to assess elements distribution in fish muscle. Overall, the present biofortified approach resulted in increased essential elements (i.e., I, Se, Fe, Zn) in fish muscle, depending on fish species, feeds supplementation and feeding exposure period. Biofortified seabream and carp maintained their enhanced nutritional value and quality (i.e., increased I and Se con- tents) after steaming, as well as after 12-months of frozen storage, resulting in increased nu- tritional contribution (i.e., higher daily intakes of I and Se) through the consumption of fish fillets. The biofortification strategy did not negatively affect essential elements bioaccessibility, and elements bioaccessible concentration were always above 70 %, in biofortified fish fillets (except I bioaccessibility in carp). In addition, through the non-destructive μ-XRF imaging anal- ysis was possible to identified to a limited extent the distribution and elemental accumulation within biofortified fish muscle samples The present results contribute for three United Nations’ Sustainable Development Goals (SDGs), since the development of eco-innovative biofortified farmed fish with enhanced nutritional quality will contribute to achieve seafood security and improved nutrition (SDG 2), enabling consumers to address nutritional needs and overcome deficiencies, whereas the use of sustainable, natural, safe, and high-quality ingredients in aq- uafeeds formulation will promote the better use of resources, responsible consumption and production (SDG 12), as well as to achieve the betterment of life below water (SDG 14).

Considerando o aumento da procura de alimentos associado ao crescimento da popu- lação mundial, um dos principais desafios da atualidade é o acesso a regimes alimentares sau- dáveis e sustentáveis para todos. O desenvolvimento de aquacultura sustentável tem vindo a ganhar destaque, sendo necessário a promoção de estratégias para reduzir a dependência de subprodutos da pesca na formulação de rações, e implementação de boas práticas de gestão ambiental (ex. reduzir o desperdício e uso de água). A população mundial apresenta graves carências em alguns nutrientes essenciais para a saúde humana, tais como iodo e selénio, sendo o pescado uma das principais fontes destes nutrientes. No entanto, é possível modelar o perfil nutricional do pescado em aquacultura através de dietas compostas. Neste contexto, a presente tese de doutoramento pretendeu: i) avaliar o efeito de rações biofortificadas com algas ricas em I e levedura rica em Se, na composição nutricional do músculo de peixes de aquacultura, nomeadamente dourada ( Sparus aurata) e carpa ( Cyprinus carpio), ii) avaliar a estabilidade dos nutrientes durante o armazenamento em congelação e após tratamento cu- linário (a vapor), iii) avaliar a bioacessibilidade " in vitro" dos nutrientes, e o benefício associado ao consumo de peixe biofortificado, e iv) avaliar a aplicação da técnica micro fluorescência de raios X (μ-XRF) na deteção e distribuição dos nutrientes no músculo do peixe. Em geral, a presente estratégia de biofortificação resultou no aumento da retenção de nutrientes essenci- ais (ex. I, Se, Fe, Zn) no músculo do peixe, estando dependente da espécie, suplementação alimentar (fonte de algas, levedura, biomassa de microalgas) e da duração da alimentação. O elevado valor nutricional e qualidade dos peixes biofortificados manteve-se após a cozedura a vapor e durante 12 meses de armazenamento em congelado. A bioacessibilidade dos nutri- entes essenciais no músculo dos peixes biofortificados foi superior a 70 %, excluindo a redução da fração bioacessível de I na carpa. O consumo de dourada e carpa biofortificadas contribui para uma maior ingestão diária de I e Se. Através da análise de imagem μ-XRF foi possível identificar a distribuição e acumulação de cada elemento no músculo do peixe biofortificado. Estes resultados demonstram a eficácia da utilização de ingredientes sustentáveis, naturais, e de elevada qualidade nas rações para a produção de pescado biofortificado que permita aos consumidores cobrir as suas necessidades nutricionais, em concordância com três dos Objeti- vos de Desenvolvimento Sustentável (ODS), nomeadamente garantir o acesso a alimentos se- guros, nutritivos (ODS 2), reduzir o desperdício global de alimentos na produção e consumo (ODS 12) e usar de forma sustentável os oceanos e recursos marinhos (ODS 14).