DrC. Yaneisy García Hernández e-mail: yaneisyg@ica.co.cu DrC. Yanelys García Curbelo e-mail: ygarcia@ica.co.cu DrC. Manuel Castro Perdomo e-mail: mcastro@ica.co.cu 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.