DrC. Manuel Castro Perdomo DrC. Yaneisy García Hernández DrC. Yanelys García Curbelo

DrC. Yaneisy García Hernández
e-mail: [email protected]
DrC. Yanelys García Curbelo
e-mail: [email protected]
DrC. Manuel Castro Perdomo
e-mail: [email protected]
Instituto de Ciencia Animal
2014
Producción animal actual
intensiva y actualmente especializada
(desequilibrio animal)
P
E
R
T
U
R
B
A
N
Equilibrio de la
biota intestinal
Fuente: Ayala, 2012
Trastornos digestivos
Aditivo:
El término aditivo suele emplearse cuando se incluyen
drogas y otros compuestos de naturaleza no nutritiva que
no aportan nutrientes necesarios (Church 1977)
Es una sustancia que se agrega al alimento básico usualmente
en pequeñas cantidades (0.5-1%) y que sin constituir nutrientes
propiamente, en algunos casos, mejoran la eficiencia de
producción de los animales, ayudan a prevenir determinadas
enfermedades y a preservar los alimentos.
Fuente: Castro 1999, Martínez 2000
Fuente: Reglamento CE No.1831/2003
Aspectos deseables de un aditivo
Apropiado para la categoría o especie animal
Palatabilidad
Mejore la productividad
No tenga residualidad
Estable bajos severos tratamientos
Estabilice la microbiota (controlen bacterias)
Proteja contra
almacenaje
la
contaminación
durante
el
PRODUCCIÓN ANIMAL
Antibióticos promotores del
crecimiento animal (APC)
Nombre
Tipo de animal
Flavofosfolipol
Conejos, aves, cerdos, terneros y
ganado de carne
Monensin sódico
Ganado de carne
Salinomicina sódica Cerdos
Avilamicina
Cerdos, pollos de ceba y pavos
Efectos
negativos
Desarrollo de cepas patógenas resistentes
Efectos residuales en los alimentos para el consumo humano
Daña el equilibrio de la microbiota gastrointestinal
Efectos inmunodepresores
permitidos
por la UE
hasta
enero
2006
Demandas Productor
Rendimiento óptimo
Salud animales
Uso de Antibióticos
Demandas consumidor
Alimento calidad
Alimento seguro
NO residuos
Bajo estas premisas...
... APCs no solo deben ser removidos de dieta.
Tienen que ser reemplazados!
... No por un aditivo aislado, sino por un nuevo concepto de
alimentación !
Cuales son las opciones…?
Fuente: Biomin 2005
Promotores Naturales del Crecimiento
Probióticos
 Estabiliza el ecosistema del tracto
gastrointestinal
 Mejora el estado de salud
Prebióticos
 Aumenta la digestibilidad de nutrientes
 Aumenta el rendimiento
 Mayores ganancias
Fitogénicos
Ácidos
Enzimas Minerales
PROBIÓTICOS
Lilley y Stillwell (1965). Sustancia producida por un protozoo
que estimula el crecimiento de otros protozoarios.
Parker (1974) y Steven y Fuller (1985). Preparación de
bacterias que a través de la producción de ácidos orgánicos y
sustancias antibacterianas, contribuye a mantener el balance
microbiano intestinal.
Gunther (1995). Aditivo alimenticio a base de microorganismos
viables, no viables o sustancias que favorecen un balance
microbiano óptimo en el intestino.
Lyons (1997) y Newman et al (1998). Productos naturales que
usados como promotores del crecimiento permiten obtener un
balance microbiano óptimo de la microflora intestinal, una
elevada resistencia inmunológica y muy bajo o ningún residuo de
antibióticos, todo los cual produce una mejora en la eficiencia
productiva.
PROBIÓTICOS
Aditivos dietéticos formados por
microorganismos vivos que tienen
un efecto beneficioso en la salud
del hospedero.
Fuente: FAO/WHO, 2002
OBTENCIÓN DE CULTIVOS
PROBIÓTICOS
Cultivos
puros o
mixtos
Bacterias ácido lácticas
Levaduras
Cepas autóctonas
aisladas del TGI y
de heces fecales
Productos fermentados
(Kalantzopoulos, 1997 y van Winsen et al., 2001)
Fuente: Modificado de Bálcazar, 2006
MUESTRA
Aislamiento
microbiano
Identificación
Microorganismos GRAS
in vitro
Evaluación
Selección de los cultivos microbianos
in vivo
Análisis económico
PROBIÓTICO
Registro y patente
PROBIÓTICO
COMERCIAL
Escalado del producto
Figura 1. Esquema para la obtención de aditivos probióticos.
CRITERIOS DE SELECCIÓN DE
MICROORGANISMOS PROBIÓTICOS
(i)
aislamiento de hábitats adecuados;
(ii) seguridad;
(iii) caracterización in vitro;
(iv) evaluación in vivo y
(v) adaptación tecnológica o alto nivel de viabilidad de
los microorganismos, preferiblemente mezclas de
microorganismos o especies, durante el proceso
tecnológico
Fuentes: Klaenhammer y Kullen, 1999; De Angelis et al., 2006 y Del Piano et al., 2006
Microorganismos utilizados como probióticos
Lactobacillus
Lactobacillus acidophilus
L. casei
L. delbrueckii subsp. bulgaricus
L. reuteri
L. brevis
L. cellobiosus
L. curvatus
L. fermentum
L. plantarum
L. gasseri
L. rhamnosus
L. lactis
L. johnsonii
Streptococcus (y otros Coccus Gram+)
Lactococcus lactis subsp cremoris
Streptococcus salivarius subsp thermophilus
S. diaacetylactis
S. intermedius
Enterococcus faecium
E. faecalis
Levaduras
Saccharomyces cerevisiae
S. boulardii
Bacillus
Bacillus lichenieformis
B. subtilis
B. breve
Bifidobacterias
Bifidobacterium bifidum
B. animalis
B. longum
B. thermophilum
B. pseudolongum
Cepa
específica
Caracterización y selección
in vitro de candidatos
Bacterias lácticas
 Producción de ácido láctico y disminución
del pH del medio.
Levaduras
 Pre-selección basada en aglutinación y
adherencia (Pérez et al. 2005)
 Características del crecimiento.
 Características del crecimiento.
 Tolerancia a pH ácido según Prasad et al.,
(1998).
 Tolerancia a pH ácido según Prasad et al.,
(1998).
 Tolerancia a las sales biliares, según
Walker y Gilliland (1993).
 Resistencia a las sales biliares según
Walker y Gilliland (1993)).
 Hidrofobicidad de la superficie celular
Vinderola y Reinheimer (2003).
 Suceptibilidad a los antimicrobianos
(Bauer et al. 1966).
 Actividad antimicrobiana (Tagg et al.
1976) y producción de sustancias
antimicrobianas.
 Determinación de la hidrofobicidad de la
superficie celular modificado de Vinderola
y Reinheimer (2003).
PRUEBAS IN VIVO
Supervivencia
y
persistencia
en
el
tracto
gastrointestinal del hospedero;
Desafío
experimental
con
microorganismos
patógenos;
Propiedades inmunomoduladoras para el hospedero
Fuentes: Bezkorovainy, 2001 y FAO/WHO, 2002
PRODUCTOS CON
CARACTERÍSTICAS PROBIÓTICAS
Cultivo
Tipo
Nurmi
(NTCs):
contenido
gastrointestinal de pollos sanos (Nurmi y Rantala,
1973)
Bacterias lácticas del TGI de pollos (Lin et al., 2007;
Rondón, 2009)
Bacterias lácticas del TGI de cerdos (Erin, 2001);
peces (Bálcazar, 2006); ovinos (Bernaudeu, 1998) y
humanos (Gorbach, 1996)
Bacillus y sus endosporas del TGI de pollos (Milián,
2009)
Probióticos con funciones básicas
Sistema inmunitario
Infecciones intestinales
Probióticos con funciones específicas (Foods for
Specified Health Use, FOSHU)
Bioreguladores lipídicos
Protectores gástricos
Productores de vitaminas (B12)
Prevención de infecciones urogenitales y respiratorias
(vacunas)
Alergias alimentarias
Fuente: Vignolo (2011)
Mecanismos de acción propuestos para los probióticos
(García et al. 2005)
Efectos
Acción
hipocolesterolémica
Mecanismos
Generación o producción de AGCC que inhiben
la enzima hidroximetilglutaril-CoA-reductasa
Inhibición de la absorción de micelas de
colesterol
Aumento de sales biliares desconjugadas
Supresión de
microorganismos
patógenos
Producción de sustancias antimicrobianas:
ácidos orgánicos; bacteriocinas; peróxido de
hidrógeno
Competencia por nutrientes
Competencia por los sitios de adhesión
Alteración del
metabolismo microbiano
y del hospedero
Estimulación de la
respuesta inmune del
hospedero
Estimulación o producción de enzimas que
intervienen en la digestión
Reducen la producción de sustancias tóxicas
Sintetizan vitaminas y otros nutrientes
deficientes en la dieta
Activación de macrófagos
Estimulación
de
células
inmunes
o
competentes
Generan altos niveles de inmunoglobulinas
Referencias
Agerbæk et al.
(1995), Cherie y
Glenn (1998),
Bertolami et al.
(1999) y Taranto et
al. (2000)
Adams y Nicolaides
(1997), Fons et al.
(2000) y Bouzaine
et al. (2005)
Klasing (1998),
Goldin (1998) y
Nomoto (2000)
Famularo et al.
(1997), Roberfroid
(2000) y Tsai et al.
(2008)
Probióticos
PRODUCCIÓN ANIMAL
Factores:
Cepa empleada
Especie y categoría animal
Edad y estado fisiológico del
animal
Dosis, frecuencia y método de
aplicación
Condiciones de manejo
Fuente: Yang et al., 2009.
PROBIÓTICO
Lactobacillus acidophilus CN CM MA 27/6R
Lactobacillus rhamnosus CN CM MA 27/6B
O
R
I
G
E
N
Porcentaje de nacidos vivos
86%
Control
Tracto gastrointestinal
Sorbial
95%
Tamaño de la camada al nacer
Control; 7
Sorbial; 8,6
Fuente: Ayala et al. 2005
INDICADORES SANITARIOS EN LAS CRIAS PORCINAS
(Ayala et al. 2005)
Indicadores
Frecuencia de diarreas %
Mortalidad por diarreas %
Mortalidad %
Control Probiótico
8.55
2.42
±0.02
±0.02
5.98
0
±0.01
±0.01
18.52
7.41
±0.02
±0.02
Sign
P<0.05
P<0.01
P<0.01
Pollos de ceba
ACTIVIDAD IN VIVO DE L. pentosus LB-31
Truchas arco iris
Diseño completamente aleatorizado
200 pollos (Híbrido EB34)
Tratamientos experimentales
Dosis: 108 ufc·g-1 de alimento
Grupo II: Dieta + LB-31
Grupo I Control: Dieta basal
Indicadores a estudiar
Productivos y de salud
Peso vivo
Consumo de alimentos
Conversión alimenticia
Ganancia de peso vivo
Peso relativo de:
Canal
Pechuga
 Viabilidad





Hematológicos
 Hemoglobina
 Hematocrito
 Proteínas totales
Morfométricos
Peso relativo de:
 Intestino delgado
 Ciego
 Hígado
 Corazón
 Molleja
 Grasa abdominal
Inmunológicos
 Peso relativo de:
Bolsa de Fabricio
Bazo
 Títulos HI para la vacuna
de Newcastle
Condiciones experimentales y sistema de manejo de los animales.
Metodología descrita por Rondón, 2009
Fuente: García 2011
Diseño completamente aleatorizado
130 truchas arco iris (Oncorhynchus mykiss)
Tratamientos experimentales
Grupo I
Dieta Control, CN
Dosis: 107 ufc·g-1 de concentrado
Grupo II
CN+ LB-31
Indicadores a estudiar
Microbiológico
 Supervivencia en el TGI por
qPCR
Inmunológicos
Expresión de citoquinas por qRT-PCR
IL-1
IL-8
IL-10
TNF-
Condiciones experimentales y sistema de manejo de los animales.
Metodología descrita por Balcázar, 2006
Universidad de Zaragoza, España
Pollos de ceba
ACTIVIDAD IN VIVO DE L. PENTOSUS LB-31
Truchas arco iris
Efecto
morfo-fisiológico
Incremento en los
rendimientos
cárnicos
(>2% en pechuga)
Cepa
LB-31
Mejora en la salud
intestinal
Efecto
inmunomodulador
PREBIÓTICOS
Ingredientes
alimenticios
que
son
fermentados
selectivamente por la biota beneficiosa intestinal y
modifican su composición y actividad metabólica de
manera que mejoran la salud del hospedero.
(Gibson et al. 2008)
PREBIÓTICOS
No ser hidrolizado ni
absorbido en la parte superior
del tracto digestivo.
Ser sustrato selectivo para
uno o un número limitado de
bacterias benéficas como
Lactobacillus y
Bifidobacterium
Ser capaz de modificar la
microbiota hacia una
población y actividad más
benéfica
PRINCIPALES EFECTOS DE LOS PREBIÓTICOS
SELECTIVO DE BACTERIAS
COLESTEROL
AGCC
TRIGLICÉRIDOS
ABSORCIÓN DE MINERALES
DESARROLLO DEL CÁNCER
GLUCOSA
FUNCIÓN INMUNOLÓGICAS
¿CUÁLES SON LOS PRINCIPALES PREBIÓTICOS?
•
•
•
•
•
•
•
Fructanos
Galactosacáridos
Lactulosa
Lactitol
Oligosacáridos de mananos
Oligosacáridos de glucanos
Xiloglucanos
n = número de moléculas de fructosa
INULINA
OBTENCIÓN
Síntesis enzimática
• Crecimiento del microorganismo
para generar la cantidad de
enzima necesaria en el proceso de
síntesis.
• Las enzimas son extraídas y
específicas para sus sustratos.
Fuentes naturales
Alternativas más viables
• Plantas
• Levaduras
• Desechos agroindustriales
PLANTAS
Allium cepa
Cichorium intybus
Agave
Asparagus officinalis
Helianthus tuberosus
Smallanthus sonchifolius
ADITIVO PREBIÓTICO
Principales características:
Componente principal: oligofructanos
Color: blanco
Olor: inodoro
Sabor: dulce
Textura: polvo fino (≤ 1 mm)
Solubilidad: soluble en agua y etanol
Humedad: inferior al 10%
Estabilidad térmica: termoestable
Efecto del prebiótico FOS-G en el peso vivo y ganancia de los cerdos lactantes.
Indicadores
Peso inicial (kg)
Peso final (Kg)
GMD 33 días(kg)
Consumo(kg)
Conversión
(kg)
Control
Prebiótico FOS %
0,5
3.97
3,95
O,25
3.99
±0.1120
±0.1117
±0.1109
±0.1122
7.86 a
9.04b
8.24 a
7.81a
±
0.2105
0.217c
±
0.2074
0.26a
±
0.2044
0.24b
±0.1962***
8.1529
0,82 b
±
0,0182
3,46ab
±0,0175***
±0,1610
±0,1545***
±
8.3963
0.93 c
±
8.2719
0,83b
±
±
0,0187
4,28c
±
0,0185
3,15a
±
±0,1658
±0,1633
1
4,06
0.21c
7.8245***
0,76a
3,65b
a,b,c Letras distintas en la misma fila indican diferencia significativa a P<0,05 y altamente
significativa a P<0,001 (Duncan, 1955).
Fuente: Ayala y García 2007
Fitogénicos
Estimulan el apetito y la digestión
Acción antibacterial
Factor astringente
Efecto antiinflamatorio
Permiten una mejor función hepática
Antioxidantes
Especie vegetal
Parte utilizada
Principal componente
Propiedades
Nuez moscada
Semillas
Sabinene
Estimulante digestivo, antidiarreico
Canela
Corteza
Cinamaldehído
Estimulante digestivo y del apetito, antiséptico
Clavo de olor
Corteza
Eugenol
Estimulante digestivo y del apetito, antiséptico
Coriandro
Hojas, semillas
Linalol
Estimulante digestivo
Comino
Semillas
Cuminaldehído
Digestivo, carminativo, galactagogo
Anís
Frutos
Acetol
Digestivo, carminativo, galactagogo
Apio
Frutos, hojas
Phtalides
Estimulante digestivo y del apetito
Perejil
Hojas
Apiol
Estimulante digestivo y del apetito, antiséptico
Alholva
Semillas
Trigonelina
Estimulante del apetito
Pimiento
Frutos
Capsaicin
Antidiarreico, anti inflamatorio, estimulante,
tónico
Pimienta
Frutos
Peperina
Estimulante digestivo
Jengibre
Rizomas
Zingerol
Estimulante gástrico
Especies aromáticas
Especias picantes
Hierbas aromáticas y especias
Ajo
Bulbos
Alicina
Estimulante digestivo, antiséptico
Romero
Hojas
Cineol
Estimulante digestivo, antiséptico, anti oxidante
Tomillo
Planta completa
Timol
Estimulante digestivo, antiséptico, anti oxidante
Salvia
Hojas
Cineol
Estimulante digestivo, antiséptico, carminativo
Menta
Hojas
Mentol
Estimulante digestivo y del apetito, antiséptico
ACEITE DE ORÉGANO
Efecto en el comportamiento de cerditos
Indicadores
Control
250 g/t
500 g/t
Ganancia, g/día
181ª
198b
222c
Consumo, g/día
327ª
330ª
364b
Tasa de diarreas
7.08ª
433b
3.10b
Mortalidad, %
11.1b
2.7a
0a
ab Medias con letras desiguales en cada fila difieren a P<0.05.
 Sus efectos beneficiosos en la eficiencia de uso de los alimentos y la biota
beneficiosa del intestino pueden producir rendimientos más uniformes y
rentables.
 Los extractos vegetales pueden contribuir con el color y la jugosidad de la carne
y cambios en la cantidad y tipo de ácidos grasos en la grasa de las canales.
Acidificantes
ÁCIDOS ORGÁNICOS
Incrementan la digestibilidad
Disminuyen el pH
Controlan la microbiota patógena
Mejoran la palatabilidad
Fuente: Roth (1999)
Vinaza
Líquido marrón oscuro, de naturaleza
ácida, que se obtiene de la destilación
del alcohol a una temperatura entre 80
y 100 ºC y olor desagradable.
Características:
• Principal efluente de las destilerías de
aguardiente y alcohol (10-15 L de vinaza/L de
alcohol destilado).
• Rica en materia orgánica y sales minerales.
• Posee elevada DQO y DBO.
• Altamente corrosivo.
• Bajo pH.
Vinaza concentrada
Lactantes (1 a 33 días de edad)
• 5 mL de vinaza/cerdito al tercer día de edad
por vía oral en dosis única o 200 mL en el
pienso a partir de los 14 días de edad.
Ventajas:
• Mayor unifiormidad de la camada (85%) y
peso vivo al destete.
• Disminución de enfermedades
gastrointestinales (colibacilosis y
salmonelosis).
Vinaza concentrada
Preceba (33 a 89 días de edad)
- Suministrar 10 mL de vinaza/animal/día
mezclado con la ración diaria durante las tres
primeras semanas de la preceba.
Ventajas:
• Incremento del peso vivo (19 %)
• Reducción de la mortalidad (21 %) y la
incidencia de heces líquidas (diarreas) desde
72.91 % hasta 25 %
• Mejora la salud en general
Vinaza concentrada
Crecimiento-ceba (20 a 100kg)
- 0,5 kg de vinaza/cerdo/día
- 1 kg de vinaza/cerdo/día
Ventajas:
- No afecta el consumo de alimento
- Disminución de enfermedades respiratorias
- Empleo de vinaza de destilería como sustituto
parcial de la fuente proteica en cerdos en
crecimiento-ceba (comportamiento y fisiología)
Comportamiento productivo de cerditos con inclusión en la dieta
del VIOCAN (Ayala et al. 2004)
Indicadores Control
Viocan
(2 mL)
Viocan
(3 mL)
EE
Sign
Peso inicio,
kg
1.42
1.43
1.48
0.02
Peso final, kg
4.00a
4.47b
c
5.25
0.045
P<0.001
GMD, g
183a
207b
257c
2
P<0.001
E. coli
(x106 ufc/g)
+700
42.69
30.51
Potencial de las enzimas en la
alimentación de aves y cerdos
•
Suplementan o complementan las enzimas endógenas
producidas por los animales.
•
Incrementan la digestibilidad de los componentes.
•
Hacen más disponible los nutrientes para la digestión.
•
Reducen los efectos de los FANs.
•
Permiten una mayor flexibilidad y precisión en la
formulación de dietas, al reducir los costos y mantener el
comportamiento del animal.
Algunas enzimas utilizadas en la
alimentación de animales monogástricos
Enzima
Sustrato
Efecto
Xylanasas
(arabino-)Xylanos
Reducción de la viscocidad de la digesta.
Glucanasas
-Glucanos
Reducción de la viscocidad de la digesta.
Mejoramiento de las características del litter.
Pectinasas
Pectinas
Reducción de la viscocidad de la digesta.
Celulasas
Celulosa y derivados
Liberación de nutrientes.
Mejora de la digestibilidad
Proteasas
Proteínas
Mejorar la degradación de los comp. proteícos.
Amilasas
Almidón
Mejorar la degradación de los comp. amilásicos.
Fitasa
Ácido fítico
Eliminar los efectos antinutricionales.
Mejorar el consumo del fósforo vegetal.
Consideraciones finales
• Los aditivos pudieran convertirse en una
herramienta para la manipulación exitosa del
tracto digestivo, a la vez, flexibilizar la
incorporación de ingredientes alternativos de
menor valor nutritivo y lograr que sea de una
forma eficiente.
• A su eficiencia técnica y productiva debe añadirse,
que garantice al consumidor que el producto final
sea de más calidad, natural, seguro, sin residuos,
ni riesgos.