Utilización de Enzimas, Prebióticos y Probióticos en la Alimentación Animal

Carlos Ronchi
Gerente General Alltech Colombia,

Ricardo Tepper
Gerente de Gestión de Costos del Alimento y Soluciones de Integridad Celular para Alltech Latinoamérica,

Anderson Veiga
Gerente de Salud Intestinal e Inmunidad para Alltech Latinoamérica.

Introducción

La alta productividad actual alcanzada en la actividad avícola depende, entre otros factores, principalmente de la obtención de los nutrientes adecuados por el organismo animal: calidad intrínseca de los ingredientes, dietas específicas para cada fase de la vida, dietas en función de la línea genética, del clima y del programa de bioseguridad han sido ampliamente investigados e implantados.

Todo este aporte nutricional representa en 70% a 80% de los costos totales de producción.
Sin embargo, para que estas dietas sean procesadas correctamente (Digeridas y Absorbidas) la mucosa intestinal debe presentar características estructurales y morfo fisiológicas adecuadas.

Los procesos de absorción son dependientes de mecanismos de transporte que ocurren en la membrana de las células de la mucosa, y por lo tanto la integridad de ellas son de vital importancia, ya que ésta es la única vía de entrada de los nutrientes para el desarrollo de las aves (Mayorca, 2008).

Con el objetivo de mantener la integridad intestinal, varias técnicas de manejo y utilización de aditivos para alimentación animal han sido ampliamente utilizadas. Sus beneficios están fuertemente sustentados por los trabajos de investigación
y resultados de campo.

ADITIVOS son sustancias no digestibles por el tracto intestinal que buscan:

• Preservar el valor nutricional del alimento;
• Controlar el desarrollo de microorganismos en el alimento;
• Preservar el equilibrio de la microflora intestinal;
• Promocionar el crecimiento de bacterias benéficas en el TGI;
• Eliminar efectos anti nutricionales de polisacáridos no solubles en agua y efectos antimicrobianos;
• Recuperar y mantener la integridad de la mucosa del TGI.

PRINCIPALES ADITIVOS

• Probióticos;
• Prebióticos;
• Simbióticos;
• Enzimas;
• Ácidos Orgánicos y sus sales;
• Inmunoestimulantes;

BOTÁNICOS (hierbas, condimentos, esencias, extractos de aceites vegetales);
BACTERICIDAS, PEPTÍDOS ANTIMICROBIANOS Y BACTERIÓFAGOS;
PRECURSORES DE LA PROLIFERACIÓN CELULAR (glutamatos, nucleótideos); Zn y Cu en dosis suprafisiológicas.

Utilizacion de Enzimas en La Alimentacion Animal

Limitaciones al aprovechamiento de las materias primas

El ácido fítico, los polisacáridos no almidonosos (PNA) y los factores antinutricionales (FAN), están presentes en todos los ingredientes de origen vegetal que se emplean para alimentar monogástricos.

El Ácido Fítico

Es una molécula presente en todos los insumos vegetales. 2/3 del fósforo contenido en estos insumos se encuentran ligados al mismo, y no son disponibles para el animal, o lo son muy pobremente dada la baja capacidad de las fitasas naturales que el animal ingiere con el alimento. Adicionalmente el fitato es capaz de formar complejos como fitato-calcio o fitato-proteínas, dificultando su digestión.

Al agregar productos producidos por Fermentación en Estado Sólido (SSF- por sus siglas en inglés) al alimento se hace disponible este fósforo (entre 15 y 25% del total), disminuyendo el requerimiento de fósforo inorgánico agregado a la ración, con efecto directo sobre el costo del balanceado.

Polisacáridos No Almidonosos – PNA

Son azucares complejos, no digeribles para los monogástricos por falta de enzimas endógenas adecuadas. Algunos de los componentes de la pared celular vegetal, las porciones insolubles, ejercen el llamado “efecto jaula” con encapsulación de nutrientes que habitualmente son muy digestibles (almidón, grasas o proteínas), afectando su digestión. Las porciones solubles de la pared celular vegetal: aumentan la viscosidad en el tubo digestivo, acumulando agua, afectando la absorción e incluso la consistencia de las heces, llegando a provocar síntomas de diarrea. La microflora intestinal finalmente fermenta estos PNA, generando ácidos grasos volátiles y gases en el tracto intestinal del animal, lo que provoca alteraciones digestivas además de perder la posibilidad de aprovechar dichos azúcares como energía.

El uso de SSF modifica definitivamente las condiciones físico-químicas del contenido digestivo, rompe las pare- des celulares, acelera la hidrólisis de los polisacáridos no almidonosos y disminuye la viscosidad intestinal, favoreciendo la asimilación de estos ahora azúcares simples, en forma de energía.

Factores Anti-Nutricionales – FAN

El principal reto para los investigadores encargados del desarrollo enzimático es conseguir una preparación para dietas “maíz-soya”. La soya contiene muchos FAN como los inhi- bidores de tripsina, quimotripsina, y además los oligosacáridos y galactomananos del grupo de la rafinosa. Se ha logrado éxito con productos producidos por SSF para desdoblar esta porción de FAN, generando la liberación de valores adicionales de energía para el animal.

Uno de los grandes problemas en la producción avícola es el costo de las raciones. Cerca del 90% del balanceado está formado por maíz y soya. Las fuentes proteicas de origen vegetal contienen componentes antinutricionales que afectan la plena utilización por las aves (Adaptado de García, 1998; Tejedor et al., 2001). El agregado de SSF puede mejorar la digestibilidad y la utilización de ingredientes como la torta de soya y otros cereales que tiene importancia económica cuando reducen el costo de la ración (incluidas con reformulación). También puede observarse beneficios cuantificables (mejoras en producción) al ser empleadas como aditivo.

Uso de Fermentación en Estado Sólido en la alimentación animal

En los últimos años, la aceptación del SSF por la industria de alimentación animal ha sido cada vez mayor, debido al aumento del conocimiento sobre sus funciones y propiedades. El objetivo principal al utilizar SSF en las dietas de animales monogástricos es mejorar la disponibilidad de los ingredientes de la ración. El resultado es una mejor utilización de los nutrientes, además de un menor impacto de los factores antinutricionales. Lo que permite la reducción de los costos de los alimentos, además del papel fundamental de la digestibilidad en la reducción de la excreción de nitrógeno y fósforo, reduciendo la contaminación ambiental.

En la práctica, el SSF puede ser usado de diferentes formas, de acuerdo con el objetivo de la producción:

• Mejora la digestibilidad de los nutrientes a través de ajustes en las fórmulas, reduciendo el costo de la ración y manteniendo la productividad de los animales. Así se tiene una reducción de los costos de producción.

• En situaciones donde la calidad de la materia prima es baja, o donde el consumo de alimento es reducido debido a factores como temperatura elevada o dietas sub-óptimas, el uso de complejos enzimáticos “on top” (sobre la ración) ha demostrado excelentes resultados, mejorando los parámetros productivos y permitiendo que los animales alcancen el máximo potencial genético.

• Devegowda (2004), investigador de la Universidad de Ciencias Agrarias de Bangalore, India, realizó varios estudios que probaron los efectos positivos de la inclusión de SSF en la dieta sobre la productividad de los animales, además del impacto de la reformulación de las dietas en la manutención de la productividad y reducción significativa de los costos de producción. En esos estudios, el investigador observó también una reducción de la viscosidad intestinal cuando se incluyó SSF en la dieta, además de importantes disminuciones en los conteos de bacterias patogénicas y totales en el intestino de los animales.

Utilización de Mananos en la Alimentación Animal

Los mananos son productos derivados de la parte externa de la pared celular de una cepa específica de la levadura Saccharomyces cerevisae, estos contienen proteínas, glucanos y radicales, fosfato y manosa.

Desde el punto de vista de producción animal, podrían definirse como aditivos no digeribles que ejercen influencia benéfica sobre el animal, estimulando selectivamente el crecimiento y la actividad de una o varias especies bacterianas residentes en el tracto digestivo con la finalidad de mejorar la salud intestinal del individuo.

Es un hecho que el efecto que tienen los mananos sobre la salud del cerdo se puede apreciar en dos niveles. El primero es directamente modulando la población microbiana intestinal, al evitar la colonización del tracto por parte de las bacterias patógenas, y el segundo es sobre el sistema inmune del hospedero al modularlo positivamente. A partir de estos efectos, se pueden apreciar otras ventajas en el uso de los mananos sobre la salud de las aves, y por ende sobre su productividad y beneficio para los productores.

Mecanismo de acción de los mananos

Las bacterias generalmente reconocen azúcares en la superficie de las células del hospedero y los utilizan como receptores específicos que les permiten adherirse, colonizar y, en el caso de las bacterias patógenas, enfermar a los animales. Para esto, muchas bacterias Gram-negativas como Echerichia coli y Salmonella spp. poseen organelas superficiales conocidos como Fimbrias tipo 1, las cuales sirven como mediadores de la unión al azúcar D-Manosa de la superficie de los enterocitos (Newman, 2006). Sin embargo, la fuerza de la unión puede variar dependiendo de la composición del receptor, así la D-Manosa, los mananos de las levaduras y el α-metil- D-manosido tienen la habilidad de interferir con esta unión, mientras que otros carbohidratos comunes tienen poco efecto (Tabla 1). De hecho, los manosidos tienen mayor afinidad cuando son comparados con la D-manosa, lo cual hace suponer que el receptor se trata más bien de un oligosacárido que de un monosacárido (Jones e Isaacson, 1983).

Concentración necesaria para 50 % de inhibición (μmoles)

α-metil-D-manosido

0.5

Manano de levaduras

10

D-Manosa

50

L-manosa

> 100,000

D-fructuosa

3,000

α-metil-D-glucósido

18,750

D-glucosa

37,500

Maltosa

> 100,000

En Newman (2006), adaptado de Salit y Gotschlich (1977).

La habilidad de uno u otro manano en ligar eficientemente a la bacteria, radica en su estructura, así por ejemplo los mananos de las plantas, los cuales tienen enlaces tipo ß-1-4 son menos eficientes en ligar estas bacterias, cuando son comparados con mananos de levaduras y esto debido a sus enlaces tipo α. Esto fue comprobado por Firon et al (1983) quien demostró que el complejo oligosacárido ramificado de los mananos (α-1-3 y α-1-6) resultó 37 veces más eficiente en ligar E. coli que la manosa pura.

Los mananos y la salud intestinal

La salud intestinal juega un papel importante para obtener un desarrollo óptimo tanto en animales como en seres huma- nos. En este aspecto es necesario un adecuado balance de la microflora intestinal, la estabilidad de las barreras de defensa inespecíficas como las mucinas y las específicas como la inmunidad humoral.

Por los mecanismos expuestos anteriormente, los mananos favorecen el balance de la microflora intestinal en favor de las bacterias benéficas al aglutinar gran parte de las bacterias patógenas. Santin et al., (2006), demostraron el efecto que tenían los mananos en la ecología microbiana del tracto intestinal de aves que fueron alimentados con Manano-oligosacáridos durante todas las fases de alimento. Al terminar el ensayo ellos tomaron muestras de pars esofágica, región fúndica, yeyuno, ileon, colón próximal y colon distal, para identificar las bacterias presentes utilizaron la 16S rDNA PCRDGGE. Es así, que estos investigadores demostraron que los mananos son capaces de reducir significativamente la diversid
d de las poblaciones bacterianas (P<0.05) en gran parte de los segmentos del tracto gastrointestinal (pars esofágica, ileon, colon proximal y colon distal).

Un balance óptimo en la microflora intestinal, no sólo evitará el riesgo de problemas infecciosos sino que además trae efectos positivos como un pH gastrointestinal adecuado, estabilidad de las mucinas intestinales e inclusive el peristáltismo adecuado.

Las mucinas son la primera línea de defensa que los microorganismos encuentran cuando tratan de alcanzar el epitelio intestinal. Esta es una secreción glicoproteíca producida por las células caliciformes. Los azúcares de las mucinas, son cadenas de oligosacáridos capaces de proveer de sitios de unión a los microorganismos, de esta manera evitan el contacto con los receptores de los enterocitos y favorecen su remoción del tracto (Figura 2). Por otro lado, la capa mucosa puede participar indirectamente en la respuesta inmune innata debido a sus interacciones con Ig A y producción de citoquinas (Forder, 2009)

Figura 1. Funciones de la mucina glicoproteica en la defensa de la mucosa intestinal.

Paradójicamente, la mucina puede proveer de carbohidratos como substrato para muchas bacterias y favorecer la colonización de patógenos. En lechones, esto puede ocurrir luego del destete, en donde el cambio en la dieta parece ser el factor de predisposición. Se piensa que la carencia de galactosa en las dietas post destete (basada en almidones), puede causar un incremento en la utilización de las unidades galactosílicas por parte de algunos grupos de la microflora, lo que incrementa la tasa de degradación de estos componentes en la mucina (Mathew, 2006)

Parte de los efectos benéficos de los mananos sobre la composición y la actividad de la mucina pueden estar en función de la reducción de la población de bacterias patógenas que pudieran utilizar los carbohidratos de la mucina como substrato. Sin embargo, existen trabajos en otras especies que demostraron un incremento en la densidad de las células caliciformes en respuesta a los mananos (Baurhoo et al, 2007; Savage et al, 1996). Es claro que un incremento de este grupo celular va a estar directamente relacionado con la producción de mucina.

Figura 2. Microfotografía electrónica de dos bacterias en proceso de conjugación. Fuente: Newman y Scheuren-Portocarrero (2006).

Los mananos y la resistencia a los antibióticos

En la actualidad existe una gran preocupación en salud pública en lo que respecta a la resistencia a los antibióticos que muchas bacterias han adquirido producto de su mal uso. Esto se debe a que muchas bacterias como E. coli y Salmonella spp, son portadoras de plásmidos de resistencia, los cuales son diseminados entre las poblaciones humanas, animales y sobre el medio ambiente.

Para que las bacterias puedan desarrollar la resistencia a los antibióticos, utilizan el proceso de conjugación. La conjugación es un mecanismo por el cual las bacterias Gram negativas intercambian elementos, para esto se requiere que exista un estrecho contacto entre célula-célula (Woo, et al., 2003). Los plásmidos son los primeros elementos en ser intercambiados, estos son elementos de ADN externos que se replican independientemente en la bacteria. Así, los plásmidos de resistencia contienen el material genético necesario para producir enzimas capaces de inactivar antibióticos (Madigan, 2003).

Conclusiones

Sobre las enzimas

El mundo no está en capacidad para suplir granos para alimento y para combustible. Si bien es cierto que en ésta competencia ganará el alimento/ ración, no obstante los suministros de materias primas para el alimento escasearán. El aprovechamiento de la fibra obtenida a partir de subproductos o de celulosa, será esencial tanto para los alimentos como para el combustible. Las tecnologías que permiten dicho aprovechamiento, tales como la fermentación en estado sólido (SSF), desempeñarán un papel fundamental.

El gran reto de la producción animal mundial es lograr aumentos en la producción de forma más natural. El uso de la enzima fitasa en dietas animales fue el primer paso,
al reducir los niveles de fósforo en excretas.

En los días actuales, la utilización de complejos enzimáticos producidos naturalmente está revolucionando el aprovechamiento y disponibilidad del alimento balanceado en la industria de alimentación animal. Cada vez más se puede comprobar que el uso de esos productos es fundamental para seguir el concepto de evolución de la industria, que está involucrado a la reducción de costos y mejora de los parámetros productivos de los animales.

Sobre los mananos

Las propiedades de los mananos hacen que su uso en la alimentación animal sea una alternativa interesante para mantener la salud intestinal. Su mecanismo de acción no solamente es capaz de mantener equilibrada la microflora intestinal, sino que además a partir de esta vía es capaz de ofrecer otras ventajas, como evitar infecciones intestinales y apoyar en la defensa del hospedero al fortalecer directamente las barreras inespecíficas como la mucina, e indirectamente al ayudar al desarrollo del sistema inmune del hospedero. Por otro lado, debido a su mecanismo de acción, los mananos pueden ser muy útiles en salud pública al ser capaces de eliminar grupos de bacterias portadoras de plásmidos de resistencia a antibióticos y por supuesto evitando la diseminación de estos plásmidos entre la población bacteriana

Referencias para Enzimas

1. Cheng, J., Qiugang, M., Xudong, C., Zhisheng, W. 2005. Effect of Allzyme® SSF on the performance and nutrient digestibility of layers fed a low energy and low phosphorus corn-soya diet. Poster presented at the 21st Alltech’s Feed Industry Symposium, Lexington, KY, USA.

2. Filer, K. 2001. Enzyme production using solid state fermentation. North American Bioscience Center, Alltech Inc., Lexington. KY, USA (no publicado).

3. Garcia, E. 1998. Uso de enzimas en raciones con harina de soya y soya integral extrusada para pollo de carne. Tese de Mestrado, CCA/UEM, Maringá, Paraná, Brasil.

4. Mitchell, D.A., Lonsane, B.K. 1992. Definition, characterization and economic evaluation. In: HW Doelle; DA Mitchell; CE Rolz. (Org.). Solid Substrate Cultivation. London: Elsevier Applied Science, 1992, v., p. 1-16.

Referencias para Mananos

5. Baurhoo B., Phillip L. and Ruiz-Feria C.A. 2007. Effects of Purified Lignin and Mannan-Oligosaccharides on Intestinal Integrity and Microbial Populations in the Ceca and Litter of Broiler Chickens Poult. Sci. 2007. 86:1070-1078.

6. Firon, N., Ofek, I., Sharon, N., 1983. Carbohydrate specificity of the surface lectins of Echerichia coli, Klebsiella pneumoniae, and Salmonella typhimurium. Carbohyd. Res. 120, 235–249.

7. Forder R.E.A. 2009. The role of mucin in gastrointestinal defense: A sticky situation. In Proccedings of the Alltech ́s 25th annual symposium. Lexington, USA. Pag: 49-63.

8. Jones, G.W. and Iaacson R.E. 1983. Proteinaceus bacterial adhesions and their receptors. Crit Rev. Microb. 10(3):229-260.

Artículo publicado en los Avicultores y su Entorno Abril-Mayo 2014

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