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Uso rentable de nuevas enzimas en la producción porcina

Uso rentable de nuevas enzimas en la producción porcina

Los genotipos modernos de cerdos tienen una tremenda capacidad para ganancia magra que rara vez es notada bajo condiciones comerciales.

Los dos caprichos, el desafío a enfermedades y el aumento de los precios de las materias primas, son una amenaza particular y persistente para la rentabilidad y la competitividad de la industria porcina mundial. Por ello es imperativo que la industria se beneficie de nuevas tecnologías, bien probadas, que pueden tener un impacto positivo sobre el desempeño de los cerdos y la rentabilidad.

Las fluctuaciones de los precios en las materias primas han sido impulsadas por una creciente demanda de producción de alimentos a nivel mundial, tanto para el ser humano como para el sector pecuario, junto con la creciente desviación del grano de la cadena alimentaria a la producción de etanol.

Consecuentemente, el volumen de producción de grano a nivel mundial ha fallado en cubrir la demanda en años recientes y las reservas de grano han caído de 115 días en 1999 – 2000 a una proyección de 53 días en 2007 – 2008, lo que representa un promedio anual de reducción del 9.2% desde el cambio de siglo (Qualman).

En este contexto cambiante de las materias primas también ha habido una creciente presión sobre la industria animal a:

• Reducir su dependencia de promotores de crecimiento antibióticos sub-terapéuticos

• Minimizar su impacto sobre el medio ambiente

Ambos escenarios han requerido la adopción de estrategias alternativas involucrando cambios en la alimentación así como en las técnicas de manejo. La tecnología de enzimas alimentarias ha ganado un incremento en su aceptación a lo largo de los últimos 15 años y hoy en día se le ve como una importante arma en el arsenal requerido para alimentar la porcicultura moderna de forma costo – eficiente y responsable con el ambiente.

Un conocimiento fundamental sobre el modo de acción de las enzimas alimentarias también ha indicado el papel que juegan en un acercamiento integrado para contrarrestar ciertos desórdenes digestivos provocados por los cambios de materias primas para las dietas y las formulaciones asociadas.

Este artículo examina algunas de las principales formas en que las enzimas se utilizan actualmente para mejorar la economía y sustentabilidad de los sistemas modernos de producción porcina.

Las enzimas y sus usos

Actualmente hay tres principales clases de enzimas que se han posicionado en la industria de alimentos para animales:

• Fitasas • Carbohidrasas • Proteasas

Los méritos y el uso de cada una serán considerados de forma separada.

Fitasas

Desde la introducción de un producto de fitasa de origen fúngico de primera generación en Holanda a principios de los 90 ́s, la aceptación del uso de fitasa se ha expandido rápidamente. Hoy en día se estima que cerca de la mitad de las dietas ofrecidas a cerdos y aves a nivel mundial contienen una enzima exógena.

Factores contribuyentes a esta alza en la aplicación de enzimas incluyen el incremento en la legislación diseñada para frenar la contaminación por fósforo, menor costo por inclusión de enzimas para la alimentación animal en relación con los costos de los suplementos de fósforo inorgánico y la tendencia a la alza de eliminar las harinas de carne y hueso de las dietas para monogástricos en varios países.

En las formulaciones prácticas para alimentos para cerdos, los nutricionistas asignan una matriz de valores tanto para fósforo como para calcio de fitasa, bajo el supuesto de que tasas típicas de inclusión (por ejemplo, 500 FTU / Kg de alimento) de un producto de nueva fitasa de segunda generación puede contribuir aproximadamente con 0.12% de fósforo disponible y 0.09% de calcio al alimento final.

Estos ajustes, a los niveles dietarios de fósforo cuando se utiliza fitasa, facilitan las reducciones tanto en costos de alimento como en la cantidad de fósforo excretado.

Una investigación mecánica más reciente sobre fitasa también mostró su capacidad de mejorar la utilización de proteína y energía, ofreciendo aún mayor potencial para reducir los costos de alimento.

Los avances que se adjudican a los productos de fitasa de segunda generación (por ejemplo, de E. coli) comparados con los productos de fitasa de primera generación (por ejemplo, de A. niger y P. lycii) radican principalmente en las diferentes características enzimáticas, tales como pH óptimo y su relativa sensibilidad a proteínas endógenas (por ejemplo, pepsina y tripsina) mismas que afectan la habilidad de diferentes fitasas para romper fitato dietario en el estómago y el duodeno.

El fitato es un potente anti-nutriente, así como una potencial fuente de fósforo y consecuentemente la velocidad a la cual una fitasa en particular ejerce sus efectos en el intestino es crítica para su bioeficiencia.

En este respecto, investigaciones independientes han mostrado que ciertas fitasas nuevas (por ejemplo, algunas de las de E. coli) son más activas en pH ácido que otras fitasas, pero igualmente importante, es que debido a su estructura molecular son más difíciles de atacar por las proteínas de la digestión, secreciones endógenas (Figuras 1 y 2).

Figura 1. La actividad relativa (%) de fitasa de E. coli en un rango de pH de 2.0-4.5 en el tracto digestivo proximal es 50% mayor a la fitasa de A. niger (Wyss et al 1999)

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Figura 2. Actividad residual in vitro (%) de tres diferentes fuentes de fitasas de A. niger, P. lycii ó E. coli después de la incubación con niveles incrementados de pepsina (0-3000U) a un pH de 2.0 y una temperatura de 37° durante 30 minutos (Greiner y Farouk, 2007)

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Y axis : Actividad relativa (%) X axis: pH (red = fitasa de A. niger,

green = fitasa de E.coli)

Y axis: Actividad residual (%)

X axis: Niveles de pepsina

En años recientes, tanto la incrementada competitividad de la industria surtidora de fitasa, como los incrementos acumulativos del fósforo inorgánico, han creado mucho más interés en el uso costo efectivo de mayores niveles de fitasa (por ejemplo, en rangos de 500 – 1000 FTU/ Kg de alimento) para aprovechar los múltiples beneficios de una mejorada liberación de nutrientes, mayores reducciones en la excreción de fósforo y mayores ahorros en el costo del alimento.

En los años recientes los avances en tecnología de enzimas también ha llevado a tremendas mejoras en la tolerancia de los productos enzimáticos, lo que les permite sobrevivir mejor los rigores de la elaboración de los alimentos.

Varios tratamientos térmicos de los alimentos se han adoptado como contribuciones obligadas para el control de ciertos retos de enfermedades en la producción porcina y avícola, aún cuando la sabiduría de este acercamiento frecuentemente es cuestionado por los nutricionistas por sus impactos potencialmente negativos sobre los nutrientes sensibles al calor y la incrementada posibilidad de reacciones cruzadas perjudiciales entre los nutrientes de la dieta (por ejemplo, reacciones de Maillard)*.

La estabilidad de los productos enzimáticos se logra de forma convencional con varias técnicas de recubrimiento.

Una vez que la enzima es consumida en el alimento, el sistema de recubrimiento debe ser roto rápidamente para liberar la enzima al estómago del cerdo de forma que pueda ejercer sus efectos sobre el sustrato de fitato  liberando fósforo ligado y rápidamente reduciendo el efecto anti-nutricional del fitato dietario.

Los diferentes sistemas de recubrimiento pueden variar sustancialmente en su habilidad de disociar en el intestino y esto, junto con las variaciones en las características de las enzimas mencionadas, puede ser la razón de importantes diferencias en la bio- eficacia relativa (Figura 3).

Figura 3. Bio-eficacia relativa de dos fuentes de fitasas en siete pruebas de desempeño con cerdos (rango de peso 8-112 kg). Todas las dietas fueron reducidas en calcio y fósforo, y se adicionaron niveles incrementados de cada fitasa. Las tasas de bio-eficiencia fueron 1.47 y 1.73 para ganancia de peso y mejoras en la FCR, respectivamente, 25 comparaciones de tratamiento con E. coli, 14 comparaciones tratamiento con A. niger

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Y axis first picture: Ganancia de peso (%)

X axis first picture: Fitasa (FTU / Kg de alimento)

Y axis second picture: Mejoramiento de la FCR (%)

X axis second picture: Fitasa (FTU / Kg de alimento).

Otra complicación que se les presenta a los usuarios finales de los productos enzimáticos, incluyendo la fitasa, es asegurarse que las metodologías de ensayo que son utilizadas de forma rutinaria para describir los productos sean directamente comparables.

Por ejemplo, las definiciones de unidades para la fitasa son frecuentemente descritas en términos de FTU / Kg de alimento, citando un pH definido y las condiciones de temperatura para el ensayo. Sin embargo, un sistema buffer específico también puede influenciar en el número de unidades medidas, independientemente del pH y la temperatura, por lo que los valores de unidades sobre el papel pueden ser engañosos sin suficiente información de soporte.

Por lo anterior, los clientes de productos enzimáticos deberían tener en cuenta que en vivo la bioeficacia, después de usar metodologías estandarizadas de ensayo, es la única manera de comparar de forma real el valor de dos productos de fitasa que compiten.

Carbohidrasas

Actualmente las principales carbohidrasas utilizadas a nivel mundial en las formulaciones para cerdos son xilanasa, β-glucanasa y amilasa. El uso de cada una de ellas depende de la formulación y hasta cierto grado, de la edad del cerdo. También se dice que otras actividades menores de carbohidrasa como la mananasa y la α-galactosidasa son benéficas para aplicaciones de materias primas específicas.

Muchas otras actividades en los productos les son atribuidas a ciertos proveedores de enzimas, pero estas otras actividades casi invariablemente carecen del control de calidad rutinario (tal como, el muestreo de cada lote de producto entregado al cliente) y su contribución a la bioeficacia del producto frecuentemente permanece sin ser comprobada y discernida por autoridades regulatorias independientes.

El primer criterio razonable para probar la bio-eficacia de un producto y las actividades de sus componentes claves, es observar, por ejemplo, la lista de productos enzimáticos aprobados en la UE y de igual importancia, revisar las actividades adjudicadas a cada producto en particular.

Bajo estas circunstancias, otras actividades adjudicadas a los productos casi invariablemente no cuentan  ilustrando que su importancia in vivo permanece sin ser probada por evaluadores científicos en la UE.

La xilanasa es una actividad fundamental en muchos productos de enzimas y su importancia es un reflejo del predominio de arabinoxilano como sustrato en la porción fibrosa de muchos granos clave y sus subproductos (Figura 4).

Figura 4. Contenido relativo de arabinoxilano (g/kg) de grano y subproductos de grano (Proveniente de varias fuentes).

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Y axis: Arabinoxilano total (g/Kg)

X axis: Maíz; Trigo; Subproductos de trigo; Subproductos de arroz; DDGS

El reciente incremento en el uso de materias primas fibrosas tales como granos secos de destilería con solubles (DDGS por sus siglas en inglés) en dietas para pollos y en mayor grado, para cerdos en crecimiento / finalización ha despertado creciente interés en el uso de productos a base de xilanasa para estas aplicaciones.

Puede esperarse que el arabinoxilano en los DDGS sea particularmente susceptible a la acción de la xilanasa de la misma forma como lo son los subproductos de la industria de la molienda de granos (por ejemplo, subproductos de trigo y arroz).

La fibra en la dieta generalmente incrementa el llenado intestinal y la tasa de pasaje, al mismo tiempo incrementa la capacidad de retención de agua del alimento por lo que restringe tanto la ingesta de nutrientes (por el reducido consumo de alimento) como también obstaculiza la liberación de nutrientes solubles en agua en el intestino (Figura 5).

Figura 5. Efecto sobre la capacidad de retención de agua del alimento (g/g), influenciado por varias inclusiones de fibra dietética, sobre consumo de alimento escalado (g/kg de peso corporal por día) en cerdos en un rango de peso de 12-36 kg (Kyriazakis y Emmans, 1995)

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Y axis: Consumo de alimento escalado (g/Kg por día)

X axis: Capacidad de retención de agua (g/g)

La xilanasa usada para esta aplicación debe haber probado ser particularmente efectiva contra el arabinoxilano insoluble, ya que este es el componente predominante en la materia prima de este tipo (>95% del total del contenido de arabinoxilano mostrado en la Figura 4).

Investigaciones hechas por Danisco en años recientes han mostrado muchos ejemplos, en los que la adición de una xilanasa fungal particular efectiva ha mejorado tanto la digestibilidad de la dieta como el desempeño de los cerdos alimentados con raciones ricas en fibra de este tipo (Tablas 1 a la 3).

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Estas aplicaciones son particularmente oportunas por el enorme incremento de la producción de bioetanol, tanto la actual como la planeada para los siguientes años, y el resultante incremento en el abasto de DDGS para la industria de alimentos para animales.

En nuestra experiencia la aplicación de xilanasa, en adición a una aplicación rutinaria de fitasa para la liberación de fósforo, parece ser la columna vertebral de un exitoso sistema enzimático para este tipo de dietas.

La amilasa, con el fin de apoyar la digestión de almidón de la dieta, parece ser especialmente importante para los lechones en los que una baja ingesta de alimento post destete está asociada con una lenta maduración de la secreción de α-amilasa por el páncreas y con una digestibilidad comprometida.

La suplementación de amilasa también permite un menor uso de grano cocido en la dieta con los resultantes beneficios de la reducción de costos de alimento sin comprometer el desempeño de los lechones después del destete.

Proteasas

Tal como con la amilasa, la adición de proteasa a dietas para cerdos es particularmente benéfica en lechones después del destete.

Las proteínas anti-nutricionales en muchas proteínas vegetales (por ejemplo, inhibidores de tripsina y lecitina), así como el complejo de proteínas de almacén por sí mismas (por ejemplo, glicina y β-conglicinina en productos de soya) pueden comprometer el desempeño de los lechones por una combinación de reducida digestibilidad y una incrementada estimulación de pérdidas endógenas.

La adición de proteasa a productos de soya para su inclusión en dietas para lechones mejora el desempeño, además de ofrecer alternativas viables contra las fuentes de proteína animal cada vez más caras (por ejemplo, productos lácteos; harina de pescado, Figura 6).

Figura 6. Efecto de pre-tratamiento proteico de harina de soya (292 g/kg en una dieta a base de maíz) sobre el desempeño de lechones en los primeros 7 días postdestete. **Diferencia significativa (P<0.01) comparado contra grupo control de soya sin tratar.

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El suministro de ingredientes alimenticios especializados con valor agregado utilizando tecnología de enzimas como parte del proceso está ya bien establecido en la industria de alimentos para animales, así como lo está la adición de proteasa directamente al alimento para mejorar la digestibilidad de ciertos componentes de las materias primas.

Red: Tasa de crecimiento (g/d); purple: Consumo de materia seca (g/d); green: Alimento materia seca: ganancia.

X axis: Leche descremada/harina de pescado (197 / 99 g/Kg);

Concentrado de proteína de soya (211 g/Kg); Sin tratar; + Ácido; + Ácido + Proteasa

Puede esperarse que futuros avances en estas tecnologías a lo largo de los siguientes años tengan un impacto significativo en la economía de la producción porcina.

El desempeño de los lechones post destete será el área de producción que podrá beneficiarse en mayor forma de dichos avances, ya que este sector ha mostrado haber sido especialmente afectado por el retiro de promotores antibióticos de crecimiento y el elevado rigor en el uso de medicina de prescripción que actualmente es especialmente predominante en Europa.

El papel de las enzimas alimenticias

Estudios en años recientes han realzado las claras interacciones entre el desafío a enfermedades y la digestibilidad de la dieta.

Ciertos anti-nutrientes en el alimento (por ejemplo, fibras solubles e insolubles; almidón “resistente”) han mostrado ser provocadores en los cerdos bajo ciertos desafíos crónicos o agudos de enfermedades, de forma que la adición de las enzimas adecuadas para hacer frente a estos anti- nutrientes resulta ser muy benéfica.

En el futuro se puede esperar mayor enfoque y desarrollo en esta área, especialmente en conjunción con los cambios en formulación en los que se incorpora mayor cantidad de materia prima fibrosa.

Futuras perspectivas

Para aprovechar al máximo el potencial genético de crecimiento magro en genotipos modernos en los cerdos se requerirá un acercamiento multi-disciplinario.

En el sector nutricional, aditivos en los alimentos que pueden reducir la energía de mantenimiento y costos de proteína para los animales serán una premisa para que de forma efectiva se liberen más nutrientes para estimular un crecimiento magro y con ello mejorar la eficiencia de una producción de carne magra.

Las enzimas alimenticias bien investigadas son uno de esos productos, permitiéndole cierta flexibilidad al formulador para incorporar nuevas y más baratas fuentes de materias primas sin comprometer el desempeño de los cerdos o el medio ambiente.

Actualmente las enzimas tienen un importante papel modulador en las dinámicas de la microflora intestinal, trabajando en conjunto con algunos otros aditivos alimenticios para contrarrestar el retiro de los efectos de promotores de crecimiento antibióticos y la reducción de uso de medicina de prescripción.

*Nota del traductor:

Las reacciones de Maillard (técnicamente: glucosilación o glicación no enzimática de proteínas) se trata de un conjunto complejo de reacciones químicas que se producen entre las proteínas y los azúcares reductores que se dan al calentar (no es necesario que sea a temperaturas muy altas) los alimentos o mezclas similares. Se trata básicamente de una especie de caramelización de los alimentos.

Los productos mayoritarios de estas reacciones son moléculas cíclicas y policíclicas, que aportan sabor y aroma a los alimentos, aunque también pueden ser cancerígenas. SP

 


 

Gary Partridge , Viviana I. Schroeder R , DuPont - Danisco Animal Nutrition

 

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