Desarrollo y definición del valor nutricional de las enzimas en

Desarrollo y definición del valor nutricional de las enzimas en nutrición
animal
José Otávio B Sorbara & Rafael G. Hermes. DSM
1) Introducción:
La producción de aves sufre constantes retos con la volatilidad en los precios
de ingredientes de la dieta. Por ello, la búsqueda por ingredientes alternativos o de
aditivos que generen ahorros en la alimentación de los animales es cada vez mayor
y puede ser empleada exitosamente para garantizar la rentabilidad del sector.
El uso de enzimas es una herramienta nutricional recientemente empleada ya que
su desarrollo es constante y cada vez tenemos productos más eficientes y baratos.
Sin embargo, este reciente desarrollo hace con que todavía desconocemos el efecto
de muchos productos comercialmente disponibles y las metodologías para su
correcta evaluación son temas presentes en las discusiones actuales de nutrición
animal.
Un punto muy importante a considerar cuando hablamos del desarrollo de enzimas
es necesario conocer la actividad enzimática principal presente en el producto en
cuestión o a qué grupo de enzimas pertenece. Actualmente las enzimas
comercialmente disponibles para nutrición animal se pueden dividir en tres grupos
principales:
Fitasas,
Carbohidrasas
y Proteasas.
Las metodologías de evaluación y desarrollo de una enzima son dependientes
del propósito de la misma. Es importante contar con esta información para tener la
seguridad de cuál será el nutrimento afectado. Por ejemplo, el uso de una enzima
puede afectar la digestibilidad de distintos nutrimentos pero para algunos de ellos
los efectos son directos. Esto es lo que se denomina efecto primario. Los efectos
indirectos son resultantes del efecto primario y se conocen como efectos
secundarios. Véase la Tabla 1 que muestra cómo se clasifican los efectos de cada
una de las enzimas para cada nutrimento.
Tabla 1: Efectos primarios (1º) ) y secundarios (2º) de las distintas enzimas
*PNA = Polisacáridos no amiláceos
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Actualmente existen muchas confusiones en el mercado de enzimas para nutrición animal
porque todos los productores de enzimas quieren añadir valor de energía en la
matriz nutricional propuesta por ser la parte más costosa de la ración y lo que más
fácilmente justificaría su empleo. Pero se sabe también que no se pueden sumar todos
valores de energía propuestos para las distintas enzimas porque resultaría una reducción del
desempeño de los animales. Utilizando solamente los efectos primarios de cada una de las
enzimas hay mayor garantía de que el uso combinado de distintos grupos de enzimas
genere una reducción en el costo de producción de la ración sin pérdidas en el desempeño,
dando como resultado un costo más bajo por kilogramo de pollo producido.
Además otros puntos básicos que los productos enzimático deben presentar: una
buena estabilidad (tanto en proceso de peletización como también en distintos pH); poder
hacer la prueba de recuperación del producto enzimático después de mezclado con la
ración; no tener polvo; tener una buena fluidez y baja electroestaticidad; y un numero
mínimo de gránulos (partículas) por dosis o gramo de producto. Para este último punto
vean la Tabla 2 donde se ve las diferencias que hay en productos con la misma actividad
enzimática (en este caso fitasa) con respecto a número de partículas de producto con
actividad
de
fitasa
por
gramo
de
alimento.
Vean que los productos C y D no logran tener el mínimo de un gramo de producto por
gramo de ración. O sea, considerando aunque una mezcla perfecta de alimento vamos tener
algunos gramos de alimento no van tener el producto activo. Esto es especialmente
importante en caso de animales jóvenes donde el consumo de alimento es muy bajo.
Tabla 2: Comparación de distintos productos comerciales con actividad enzimática
de fitasa y sus características físicas.
Por lo anterior, es importante conocer con profundidad las formas y las
metodologíasutilizadas por el proveedor para llegar a una propuesta nutricional para una
enzima, que garantice un ahorro económico en la formulación sin perdidas en el
desempeño. Pues una formulación equivocada de las dietas controles positivo y negativo,
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así como un bajo numero de animales y replicas por tratamiento pueden llevar a
dificultades en la mensuración y interpretación de los resultados experimentales (Brito,
2011).
Por ello, el uso de pruebas de digestibilidad junto con pruebas de desempeño es la
forma más segura de determinar el valor de matriz nutricional para una enzima y, en
general, la realización de pruebas de desempeño sin uno o más tratamientos testigos
negativos no permiten llegar a conclusiones cuando evaluamos una enzima.
En la secuencia hablaremos de cada grupo de enzimas, puntos importantes a evaluar
y ejemplos de estudios exitosamente conducidos para conocer los efectos de las enzimas.
Recordando que las propuestas experimentales sugeridas aquí no son para que un cliente
lashagas en sus condiciones, pero para tener en cuenta a la hora de evaluar y
escoger correctamente un producto entre los muchos disponibles comercialmente.
2)Fitasas:
El grupo de las fitasas es el más sencillo de evaluar pues su eficacia se basan sobre
un nutriente único, el fósforo (P) y ya que el fitato tiene digestibilidad próxima de cero, así
que toda ganancia en la digestibilidad fácilmente puede ser vista. Pero tenemos que
conocer la fuente de fósforo en la dieta (fosfato dicálcico o monocálcico) y cual es el real
nivel de exigencia de P para poder bajar a niveles subóptimos hasta generar una curva de
depleción (ver figura 1) y poder calcular la equivalencia en fósforo inorgánico.
Figura 1: Ganancia de peso de pollos a los 21 días de edad.
T1) 0% de adición de P inorgánico (0,22% P disponible - deficiente en P)
T2) 0,06% de adición de P inorgánico (0,28% P disponible - deficiente en P)
T3) 0,13% de adición de P inorgánico (0,35% P disponible - deficiente en P)
T4) 0,20% de adición de P inorgánico (0,42% P disponible - niveles óptimos de P)
T5) Dieta T1 (0,22% P disponible - deficiente en P) + 20 ppm de una Fitasa comercial
T6) Dieta T1 (0,22% P disponible - deficiente en P) + 40 ppm de una Fitasa comercial
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Haciendo este mismo tipo de prueba en distintas condiciones y centros de investigación el
resultado es la figura 2 donde podemos sacar un resultado promedio de valorización
de fósforo para la fitasa estudiada. Así es posible garantizar un nivel correcto de
substitución del fosfato por una fitasa de buena calidad. Y en este caso es posible garantizar
que el producto evaluado tiene un liberación próximo de 0,15% de P disponible (o nPP)
con una dosis de 1000 FYT/kg de alimento.
Figura 2: Metanálisis de diferentes estudios para cuantificar la valoración de P
disponible (nPP, %) con el uso de distintas dosis de una misma fitasa comercial.
3)Carboidrasas:
Cuando hablamos de desarrollo de carboidrasas ya tenemos un grado de dificultad un poco
mayor. Primero punto tenemos que saber de cual carboidrasa estamos hablando:
amilasa, xilanasa, beta glucanasa, pectinasa, hemicelulosa, entre otras, ya que muchos
productos comerciales
vienen
con
distintas
mezclas
de
enzimas.
Entonces es la actividad principal que tenemos en el producto que va definir como debemos
hacer las pruebas. Y hay que evaluar la enzima en los ingredientes que tengan los substratos
para esta enzima. Por ejemplo, amilasa = maiz, sorgo; xilanasa = maiz, soya, trigo, canola,
harina de arroz; beta glucanasa, pectinasa, hemicelulasa = cebada, soya, girasol.
Para amilasa y xilanasa la recomendación es empezar las pruebas con ensayos
de metabolismo evaluando la enzima en un determinado ingrediente. La metodología que
debe ser utilizada debe ser la que menos afecte: el tiempo de transito intestinal, el consumo
de alimento ad libitum y el pH intestinal. O sea la metodología que menos afecta el
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desempeño y que esté lo mas próximo posible de la ración que el pollo normalmente
consume. Ejemplo de cómo distintas metodologías pueden afectar la respuesta esta en la
Figura 3 y las posibles razones de porque las respuestas fueran distintas esta en la Tabla 3.
En ellas se puede ver que la respuesta en pollos fue mucho mejor que en gallos. O sea, los
pollos por estar en un estadio fisiológico de crecimiento y por no tener restricción de
alimento antes o durante la prueba experimental posibilitaran que la enzima expresase todo
su potencial en mejorar la digestibilidad del maíz, resultado en un mayor valor de EMAn.
Figura 3: Respuesta en pollos de distintas edad (A) y en gallos adultos cecectomizados (B)
de distintas dosis de un complejo enzimático que tiene como actividad principal amilasa
en la respuesta del energía metabolizable (EMAn) del Maíz (Carvalho, 2010).
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Tabla 3: Ejemplo de cómo la metodología puede afectar la respuesta de una enzima:
Después de las pruebas de digestibilidad hay que evaluar el producto en pruebas
de desempeño para confirmar los valores encontrados en los ensayos de digestibilidad. En
las pruebas de desempeño hay que tener al menos un tratamiento testigo positivo y un
tratamiento testigo negativo con una diferencia minima de 90 Kcal. Ver tabla 3 con los
resultados de un experimento (Vieira, 2006) donde se puede ver el efecto de la amilasa en
dietas con reducción de 120 kcal en los valores recomendados de energía metabolizable.
Con base en los cuatro primeros tratamientos del trabajo de Vieira (2006) se puede generar
una curva de regresión para que después se pueda determinar la valorización de energía de
cada una de las dosis de la enzima evaluada (Figura 4). Y haciendo la substitución del peso
encontrado en tratamiento que contenía 2980 kcal/kg + 400 ppm amilasa se llega que400
ppm del producto mejora la energía del alimento en aproximadamente 75 kcal/kg alimento.
Regresando este valor solamente para Maíz (próximo de 60% de la ración utilizada en
la prueba) que es el sustrato para amilasa se llega a un valor de 125 kcal/kg de maiz, un
valor muy próximo de los encontrados en las pruebas de digestibilidad.
Tabla 3: Respuesta en Ganancia de Peso de distintos niveles de energía en la ración y
la inclusión de dosis crecientes de una amilasa.
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Figura 4: Curva de regresión utilizando los primeros cuatro tratamiento del trabajo
de Vieira (2006).
4)Proteasas:
Las proteasas son las enzimas con mayor grado de dificultad en se evaluar y desarrollar.
Porque ya no estamos hablando de un único nutriente, pero en una gama de mas de
10 aminoácidos esenciales y otros 10 aminoácidos no esenciales que tiene un importante
papel
en el
desarrollo
del
pollo.
Las metodologías para medir la digestibilidad de aminoácidos en los ingredientes
son bastante variables resultando en una respuesta variable no solo para la proteasa como
también la
digestibilidad
de
aminoácido
del
ingrediente.
Por ello, actualmente no existe una metodología in vitro capaz de predecir la digestibilidad
de AA de un ingrediente y mucho menos la respuesta de una proteasa. Debemos entonces
utilizar metodologías in vivo. Una vez más, la sugerencia es empezar con pruebas
de digestibilidad de AA evaluando la enzima en un determinado ingrediente (preferible uno
que tenga alta concentración de proteína y AA como la soya) y después evaluar también el
efecto en otros ingredientes como maíz y harinas de origen animal.
Además es importante remarcar la gran variabilidad en la digestibilidad de la proteína
en ingredientes de la dieta (Tabla 4) con variaciones de mas de siete puntos porcentuales
como en caso de valor de digestibilidad de lisina para harina de soya cuando comparamos
los trabajos de Rostagno et al., 2005 y Ravindran et al., 2005. Leeson et al., 1993 evalúo el
valor nutritivo del maíz producido en año de 1992 en Canadá y Estados Unidos en distintas
fincas y concluí que aunque el valor de total de lisina en maíz sea relativamente constante
el valor de digestibilidad de lisina para maíz es bien variable como se puede ver en la
Figura 5 y no logro determinar ninguna correlación del valor de digestibilidad de lisina con
ninguno
otro
nutriente evaluado.
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Se puede concluir entonces que para evaluar una proteasa hay que evaluar la digestibilidad
de los AA del ingrediente solo y cuando se adiciona la proteasa junto con el ingrediente,
pues no hay como evaluar solo el tratamiento con ingrediente más proteasa y querer hacer
un comparativo con valor de tablas (ver ejemplo en Tabla 4)
Tabla 4. Variabilidad en los coeficientes de digestibilidad para un mismo ingrediente.
Figura 5: Nivel total de lisina y sus coeficientes de digestibilidad para maíz cosechado
en America del Norte en el año de 1992.
Por estas razones es que necesitamos hacer pruebas de digestibilidad de aminoácidos
in vivo teniendo el tratamiento con y sin la proteasa. Teniendo que hacer esto en distintos
centros de investigación para después poder sugerir con seguridad el efecto de esta
proteasa específica (cada proteasa tiene un tipo de actuación y no se puede extrapolar el uso
para otras proteasas). Como ejemplo tenemos el trabajo hecho por Angel et al., 2011;
Messias et al., 2010; y Bertechini et al., 2009 donde se evalúo el efecto de una proteasa
monocomponente endistintas soyas de distintos países y se obtuve resultados muy similares
de mejora en la digestibilidad de la soya con en uso de la proteasa (Figura 6).
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Figura 6. Mejora de la digestibilidad de los aminoácidos con el uso de una proteasa
mono componente en soya en relación al testigo sin enzima hecho por distintos
investigadores.
Conociendo el valor de la proteasa en pruebas de digestibilidad hace prueba de desempeño
para comprobar el valor de la matriz. Para pruebas de desempeño es importante trabajar con
un mínimo de cuatro fases de alimentación para reducir los excesos o carencia
de aminoácidos trabajando con niveles formulados lo más próximo del requerimiento del
animal.
En un trabajo coordinado por Iglesias et al., 2011 (Figura 7) se evalúo el uso de un proteasa
monocomponente de una forma muy sencilla pero muy clara para determinar la eficacia del
producto en prueba desempeño. En esta prueba se trabajó con cuatro tratamientos en
esquema factorial:
T1 - Controle Positivo
T2 - Controle Negativo con una reducción de 6% en los niveles de proteína cruda
y aminoácidos
T3 - igual a T1 más 200 ppm de la proteasa monocomponente
T4 - igual a T2 más 200 ppm de la proteasa monocomponente
Figura 7: Desempeño de pollo de engorda con el uso de una proteasa monocomponente de
1 a 48 días de edad.
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5)Conclusiones:
Las metodologías de evaluación y desarrollo de una enzima son dependientes
del propósito de la enzima. El uso de pruebas de digestibilidad junto con pruebas de
desempeño es la forma mas segura para llegar a un valor de matriz nutricional para
una enzima. Prueba de desempeño sin uno o más controles negativos no permiten
conclusiones. Hay que conocer en profundidad la forma y las metodologías utilizadas
por el proveedor para llegar a una propuesta nutricional para el producto enzimático.
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