Optimización en el uso de las vitaminas en alimentos para acuacultura

Optimización en la utilización de
vitaminas en organismos acuáticos
Octubre del 2012
Claudio Larrain C. M.V.
DSM NUTRITIONAL PRODUCTS CHILE S.A.
Page 1
Vitaminas
“Palabra mágica” para el consumidor
Page 2
¿Que son las vitaminas?
Sustancias de origen orgánico esenciales en pequeñas cantidades para el normal
crecimiento, salud, reproducción y sobrevivencia
14 VITAMINAS
Liposoluble
Vitamina A
Vitamina D
Vitamina E
Vitamina K
Hidrosolubles
Complejo - B
Tiamina
Riboflavina
Piridoxina
Niacina
Vitamina B12
Biotina
Acido Fólico
Acido Pantoténico
Page 3
Vitamina C
Colina
FUNCION DE LAS VITAMINAS
Vitamina A: Visión, protección de epitelios
Vitamina D: Procesos de calcificación
Vitamina E: Antioxidante celular
Vitamina K: Coagulación
Vitamina C: Antioxidante, Colágeno, Inmunidad
Vitaminas del complejo B (B1, B2, B6, B12 y Ac. Pantoténico o Vit B5)
Ac. Nicotínico (Niacina, Nicotinamida)
Ac. Fólico (Ac. Pteroilglutámico o Vit B9)
Biotina (Vitamina H)
Colina: Metabolismo intermediario, estructural, neurotransmidor
Page 4
FUNCION DE LAS VITAMINAS
Regulación
expresión génica
Componente
Estructural
Sistemas
Antioxidantes
Regulación de
vias metabolicas
(coenzimas)
Page 5
100%
Funciones
biológicas
FUNCION DE LAS VITAMINAS:
Regulación expresión génica
Vitamina A
Vitamina D3
Crecimiento, multiplicación celular, síntesis proteínas
6
Beneficios sanitarios:
Función de barrera / Inmunidad
Mucus
•
•
•
•
El epitelio mucoso normal previene
(arriba) la adherencia de bacterias
potencialmente patogénicas por
atrapamiento en el mucus.
La deficiencia de vitamina A altera la
adecuada regeneración de las barreras
epiteliales mucosas durante la infección
BacteriasNormal
epithelia
Infección
Insuficiente vitamina A
Epitelio durante
deficiencias de Vitamina A
Mayor adherencia de bacterias
potencialmente patogénicas resultando en
una enfermedad invasiva
Metaplasia escamosa
o necrosis
Inflamación
Vaso linfático
7
FUNCION DE LAS VITAMINAS:
Desarrollo óseo
BMP-4 PPAR
Osteocalcina
IGF-1 RAR
Maduración intestinal
Absorción de Ca2+ y AA
indirectamente
directamente
Regulación de:
-Diferenciación, proliferación y
mineralización de osteoblastos
-Síntesis de colageno
Regulación de
mineralización de huesos
Darias et al, 2011
•
Vitamina D3 y C: Rol clave en metabolismo del calcio.
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FUNCION DE LAS VITAMINAS:
Componente estructural
Nicotinamide
Adenine
Nicotinamida adenina dinucleotido
NAD y NADP
Coenzima involucrada en todo el metabolismo
de carbohidratos, proteínas y grasas
9
Niacina
Nicotinamida
FUNCION DE LAS VITAMINAS:
Componente estructural
ACP
Carbohidratos
pantotenato
Glicólisis
Acetilación de aminoazúcares
Acetilación de xenobioticcs
Acetilcolina
Acidos grasos
Ciclo de ácidos
tricarboxílicos
b-Oxidación
Colesterol
Sales biliares
Vitamina D
Hormonas esteroidales
, phospholipids
3NADH/H
3NAD+
+
FADH2
FAD+
Cadena respiratoria
…
nADP + Pan
10
nATP
2O2
Aminoácidos
ramificados
Debido a su
incorporación en la
CoA & ACP el ácido
pantoténico juega
rol fundamental en
todo el
metabolismo
Proteinas
Catabolismo proteico
…
4H2O
Acido pantoténico
FUNCION DE LAS VITAMINAS:
Sistemas antioxidantes
Radicales libres
Antioxidantes
Especies oxígeno reativas (ROS)
Antioxidantes endógenos
Especies cloro reativas(RCS)
Especies nitrógeno reativas(RNS
Acido ascórbico
Vitamina C
- SOD, CAT, GPX, etc
)
Antioxidantes dietarios
- Vit . C, Vit . E, Carotenoides,,
etc
DL acetato de α- tocoferol
Vitamina E
11
Beneficios sanitarios:
Vitaminas y oxidación celular
Page 12
Inmunidad innata
Mecanismos microbicidas de los fagocitos
Destrucción de
Microorganismos
extracelulares
Fagocito
oxidasa
Lisosomas
con enzimas
Fagosoma con
microorganismos
ingeridos
Destrucción de microorganismos
mediante enzimas lisosomales
en fagolisosomas
Arginina
Destrucción de
microorganismos
fagocitados por ROIs y NO
“Oxidative burst” de fagocitos:
Producción interna y externa de especies reactivas oxigenadas (ROIs y NO).
En peces la respuesta intracelular es más pronunciada que la extracelular
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Regeneración de Vitamina E
Regeneración de Vitamina E
Acido ascórbico
Acido L-DehidroAscórbico
Reacción redox
Radical peroxilo de acido graso
Hidroperoxido de ácido graso
Vitamina E
-Tocoferol
 - Tocoferol –
hidroquinona
Radical  - Tocoferol
Vitamina C
Radical Ascorbilo
14
Acido ascórbico
FUNCION DE LAS VITAMINAS:
Regulación de vias metabólicas; coenzimas
Carbohidratos
Proteínas
Grasa
Glucosa
Aminas
B6
Conjunto de
Aminoácidos
B6
FA
AF
B2
Ácido Úrico
Page 15
B1
B6
Ácido
Pirúvico
B12
Purinas
B6
Célula
Glicógeno
PP
B1
B6
Dieta
B2
PP
Glicerol
Acetil CoA
B2
AP
Ciclo de Krebs
(del ácido cítrico)
B2
PP
B1
Ácidos Grasos
PP
B2
PP
H
B1 = Tiamina
B2 = Riboflavina
PP = Nicotinamida
B6 = Piridoxina
B12 = Cobalamina
H = Biotina
AF = Ácido Fólico
AP = Ác Pantotênico
Célula
Urea
Excreción
¿Porque suplementar Vitaminas en los
alimentos?
A
B
Minerals Vitamins
Fatty acids
C
Biosíntesis por los animales puede no ser adecuada
No existe producción propia de vitamina C en los peces
Contenido muy variable en las materias primas
Proceso de elaboración de alimentos degradan vitaminas de los ingredientes
Necesidad de adaptar peces a demanda metabólica, condiciones
Objetivo:
que los peces reciban lo que necesitan,
para un óptimo crecimiento y productividad
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¿Que niveles de vitaminas suplementar en
los alimentos acuáticos?
¿Existen diferencias entre los requerimientos estudiados
en ensayos experimentales y la realidad productiva?
?
Nutrient Requirements of Fish and Shrimps, NRC 2011
Gramos
Incremento en la productividad
L.Vannamei; mejora en tasas de crecimiento
Dias de cultivo
Clave en reducción de costo:
•
•
•
FCR  2.5 to <1 from 1995 to 2010
Tiempo a la cosecha
Sobrevivencia
Page 18
McIntosh 2010
Productividad, % (referencia 1940)
Han mejorado nuestros alimentos en la
misma proporción???
Año
Page 19
19
¿Cuanto más pueden ser incrementadas las
tasas de crecimiento?
Enfermedades y malformaciones
Crecimiento
Productividad
Salud
Page 20
Webb et al 2010; Hodges 2010; Julian 1998; Duncan 2001; Rauw 1998
¿Cuanto más pueden ser incrementadas las
tasas de crecimiento?
Los animales de cultivo, crecerán
adecuadamente (incrementaran productividad)
mientras se le entreguen las condiciones
ambientales (Alimento) adecuadas para que
puedan expresar su potencial genético.
Page 21
Requerimientos Vitamínicos:
¿Que niveles vitamínicos reales
requieren los organismos acuáticos en el
alimento?
Depende
Page 22
Requerimientos Vitamínicos según Woodward,
NRC 1981 y NRC 1993 en Trucha Arco Iris
Page 23
Signos más importantes y visibles de deficiencias
vitamínicas
24
Signos de deficiencia
Signos de deficiencia
A
Exoftalmia, decoloración de piel, ascitis,
aleta/piel hemorragicas
Niacina
Lesiones de aleta/piel, exoftalmia,
anemia, coloración oscura
D
Crecimiento reducido, tetania de músculo
blanco, hígado graso
Acido
Pantoténico
Laminillas branquiales con exudado,
anorexia
E
Distrofia muscular, hemorragias y edema
Biotina
Atrofia muscular, hígado palido
Acido fólico
Coloración oscura, branquias pálidas,
exoftalmia
K3
Anemia, branquias hemorragicas
Vitamina C
Escoliosis, espina dorsal deformada /
Acortamiento opérculo / hemorragias
externas
B1
Signología nerviosa
Colina
Hígado graso, intestino hemorragico
Inositol
Abdomen distendido, erosión de aleta,
coloración oscura, producción de mucus
reducida
B2
Cataratas, decoloración de piel, aletas
hemorragicas
B6
Natación errática, Signología nerviosa, tetania al
manipular, boqueo
B12
Anemia, coloración oscura
Page 24
Factores que Influencian
los Requerimientos Vitamínicos
•
•
•
•
•
•
•
•
Sistema de producción (producción intensiva, stress)
Régimen de alimentación (ad libitum, comida, restricción)
Uso de antibióticos
Condiciones ambientales (tºC, humedad, nivel de amonio,
CO2, calidad del agua; desafíos imunológicos, molestias)
Especie y cepa de los organismos
Calidad, variabilidad y biodisponibilidad de los alimentos
Antagonistas vitamínicos y efectos de otros ingredientes de
la dieta (grasas, minerales)
Formas vitamínicas
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Requerimientos Vitamínicos:
¿Que queremos obtener?
Req. determinados experimentalmente para evitar deficiencia
Suplemento de corrección pérdidas proceso
Suplemento de seguridad
Efectos adicionales (calidad de
carne, respuesta immune)
Aporte recomendado
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Aporte opcional
tasa de crecimiento
% Máxima tasa de
crecimiento
Requerimientos Vitamínicos:
Calidad del Agua: O2 y CO2
Saturación O2 (%)
O2 y/o
CO2 =
Concentración CO2 (mg/L)
Estrés + inmunosupresión
Thorarensen & Farrell 2011; Fivelstad et al. 2003; Burt et al. 2012
Requerimientos Vitamínicos:
Cambios en utilización de materias primas
Almidón
Aceites vegetales
Aceite de pescado
Proteinas vegetales
Harina de pescado
Fuente: Fish Farming Expert, 2012. «Future feed»
IFFO update Julio, 2012
Page 28
28
Retención, % de adicionado
Estabilidad de diferentes formas de
Vitamina C en alimento extruído para peces
100
93
91
95
88
88 86 85
80 83
80
60
45
40
26
22
20
4
2
0
Tiempo 0
AAMP-1
Gadient et al., 1997
Page 29
3 mts, TA
AAMP-2
AAMP-3
3 mts, 35 °C
AA Rec
FCAA
Estabilidad de fuentes de vitamina C
monofosfato en alimento extruido de
salmonídeos
Retención, % de mezcla
Influencia de la temperatura de secado post extrusión
en la retención de
Vitamina C monofosfato (tiempo secado: 5 min)
120
100
97.3 97.8
86
100 94.4
96.7 92.9
84.6
80
60
40
20
0
Pellet hundible
Pellet lento hundimiento
100 °C
Page 30
Gabaudan et al., 1997
120 °C
Pellet flotante
150 °C
analisis: HPLC directo
Productos vitamínicos utilizados:
Factores de conversión de fuentes vitamínicas
Page 31
Requerimientos Vitamínicos:
¿Podemos ayudar a hacer peces más Stress
robustos?
Inflamación
Resistencia
a enfermedades
Stress
Capacidad
antioxidante
Comportamiento
Capacidad
circulatoria
Crecimiento
Consumo O2
Utilización
alimento
Calidad ósea
Osmorregulación
Composición
corporal
Calidad producto
Calidad producto
¿Cómo mejorar la robustez del los peces?
Calidad del agua
Temperatura
Densidad de cultivo
Velocidad del agua
Estrategias de esmoltificación
Fotoperíodo
Nutrición
Genética
Vacunación
Transporte
etc…
Enfoque
preventivo
Requerimientos nutricionales:
Curva respuesta productiva vs nivel
dietario del nutriente
Exceso
No óptimo
Sobre
dosificación
Nivel óptimo
No óptimo
Marginal
Déficit
Rendimiento productivo
Requerimiento
dietario
Concentración en la dieta
Page 34
34
Requerimientos nutricionales:
Curva respuesta productiva vs nivel
dietario del nutriente
Ineficiencia
económica
OVN
No óptimo
Marginal
Déficit
Rendimiento productivo
Requerimiento
Dietario NRC
Concentración en la dieta
Page 35
35
Factores humorales producidos por células inmunes:
Vitamina C y producción de anticuerpos en relación al stress
por oxígeno en Trucha Arco iris
1
0.9
O.D. 405 nm
0.8
0.7
vit C 10 ppm
Vit C 100 ppm
Vit C 1000 ppm
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
Hypoxia
Normoxia
Hyperoxia
Dabrowski et al, 2004
Vitamina C: Efecto sobre el número de leucocitos
en trucha arco iris en condiciones normales y de
stress por confinamiento
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
a
a’
b’
b
0
24
Control
dias 29
Estresados
31
10^7 células/ml
10^7 células/ml
Acido Ascórbico monofosfato
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
24 dias 29
Control
31
Estresados
Verlhac et al.2007
Stay C 0 ppm
Page 37
Stay C 1000 ppm
Vitamina C y reparación de heridas
Diseño experimental
Ensayo (CRNA, Village-Neuf)
• Fish: rainbow trout of IBW: 56 g
• Tanques: duplicado/ tratamiento,
Temperatura del agua: 15 C
• Período de adaptación: 6 semanas
con dieta libre de AA
• Período de alimentación
experimental: 4 semanas antes de
la realización de incisión, hasta el
fin del ensayo
• Tratamientos: dietas extruídas
prácticas con ROVIMIX STAY-C
como fuente de AA a niveles de:
20, 150 and 1000 mg AA /kg
alimento
Histología
Inmediatamente post incisión
10 dias post incisión
3 dias post incisión
7 dias post incisión
21 dias post incisión
Vitamina C en la dieta y reparación de tejidos
Indice de reparación de tejidos
c
Indice promedio
2
b
a
1.6
20 ppm
150 ppm
1000 ppm
1.2
0.8
0.4
0
0
3
6
9
12
15
Tiempo de muestreo (dias)
18
21
Índice para
estructura
normal=3
(Wahli et al, 2003)
ROVIMIX® E : Vitamina E
Vitamina E y funciones fagocitarias
Trucha arco iris suplementada por 4 meses con dietas con 50, 150 y 600 ppm de Vit E
100
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
90
phagocytic index
AUC (mV x 10^5 x sec)
substrate: luminol
80
70
vit E 50 ppm
vit E 600 ppm
ab
60
50
40
a
vit E 150 ppm
b
30
20
10
0
vit E 50 ppm vit E 150 ppm vit E 600 ppm
Oxidative burst: Producción total de
especies reactivas de oxígeno
vit E 50 ppm
vit E 150 ppm vit E 600 ppm
Fagocitosis
La vitamina E dietaria influencia las funciones macrofágicas
Page 41
Efecto de suplementación de Riboflavina, sobre
contenido de lípidos hepático, en dietas con diferente
nivel de lípidos, Salmón del Atlántico
c
contenido lípidos (grs/kg tejido)
35
30
25
d
a
b
20
15
10
Page 42
5
0
Base 15%
Suplemento 15%
Base 28%
Suplemento 28%
Bronstad, Bjerkas y Waagbo, 2002
Requerimientos nutricionales:
Curva respuesta OVN
Incubabilidad en huevos de Camarón Kuruma Marsupenaeus japonicus,
en dietas con distintos niveles de Vita mina E y Vitamina C
90
80
Incubabilidad %
70
0 ppm Vit E
60
300 mg Vit E
600 mg Vit E
50
40
30
20
0 ppm Vit C
500 ppm Vit C
1000 ppm Vit C
Nguyen et al, 2012
Page 43
43
OVN: Niveles vitamínicos sugerido
Page 44
Sinergia entre distintos productos puede modular
diferentes funciones inmunes
Fuente de nucleótidos
para incrementar
proliferación y
cooperación celular
Nucleótidos libres
Antioxidante
RESPUESTA
SISTEMICA
Antioxidantes
Proliferación
celular
Vitamina E en la
membrana de los
leucocitos
Activación
celular
Modulación
de
Microflora
intestinal
Aceite esenciales
45
Vitamina C en el
citoplasma de los
leucocitos
RESPUESTA
MUCOSA
Activación de actividad
antibacteriana de los
fagocitos
Beta 1,3/1,6 glucanos
Enfoque multi componente para una mejor sanidad
Optimización utilización vitaminas:
Resumen:
- Las vitaminas son absolutamente esenciales para el desarrollo,
crecimiento, reproducción
- Nuestro objetivo es garantizar que los requerimientos
vitamínicos sean cubiertos en el organismo y no en el alimento.
(Se debe considerar contenido real, estabilidad real,
biodisponibilidad, materias primas, etc)
- Las vitaminas han demostrado ser factores limitantes para la
expresión de caracterísicas productivas deseadas.
(dosis:respuesta positiva)
- Las vitaminas presentan actividad sinérgica junto a otros
componentes, para potenciar aspectos productivos,
particularmente sanitarios.
Page 46
46
Muchas Gracias!
Claudio.larrain@dsm.com
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