Ácidos Orgánicos

Los ácidos orgánicos e inorgánicos son ampliamente utilizados tanto en materias primas como en los alimentos terminados para animales para inhibir patógenos entéricos. El principio básico clave sobre el modo de acción sobre las bacterias es que los ácidos orgánicos no disociados (no ionizados, más lipofílicos) pueden penetrar en la pared celular bacteriana e interrumpir la fisiología normal de ciertos tipos de bacterias (Dahiya et al, 2006; Namkung et al, 2011). Los ácidos más comúnmente usados en la suplementación de las dietas para el control de microorganismos son: ácido fórmico, ácido benzoico, ácido cítrico, ácidos carboxílicos (ácidos grasos de cadena corta (AGCCs) y sus sales y ácidos grasos de cadena media (AGCM)). (Dibner and Buttin, 2002, Kovanda et al, 2019).

Los ácidos orgánicos son una de las medidas de control para tratamientos de Salmonella spp en alimentos o ingredientes para animales contaminados, el uso de ácido fórmico y diferentes mezclas, ácido propiónico y formato de sodio han sido eficaces para la reducción de 0,5 Log₁₀ hasta 3 Log1₀ de Salmonella en estos. El uso de los ácidos orgánicos puede ejecutarse antes de los tratamientos térmicos y durante el proceso de empaque del alimento, dado que los ácidos orgánicos proveen un control residual, es decir que durante el almacenamiento del alimento continúan controlando el crecimiento microbiológico, se ha demostrado reducción a las 24 horas de contacto del ácido orgánico con el alimento en harina y después de 7 días control hasta 3 reducciones logarítmicas (Koyuncu, et al 2013)

Aunque se han identificado importantes beneficios para la salud de los AGCC de manera in vitro, la adición directa de ellos en la alimentación animal es limitada debido a su olor pungente y sabor desagradable. Por lo tanto, los AGCC se han procesado adicionalmente como formas de sal en combinación con calcio o sodio, o formas esterificadas antes de la adición a la alimentación animal, una ventaja adicional al estar esterificados es que pueden escapar de la digestión gástrica antes de llegar al intestino delgado de los animales. (Kovanda et al, 2019).

Estos pueden clasificarse según su estructura molecular y de acuerdo con su efecto en tres grupos:

Tabla 1: Clasificación de ácidos carboxílicos. Adaptado de nutricionanimal.info, 2017.

Para eliminar los patógenos y reducir la presión de infección es importante tener en cuenta el valor pKa, que es el pH en el que el 50% del ácido aparece en su forma no disociada (molécula hidrosoluble) y el 50% en su forma disociada (molécula liposoluble). Este equilibrio cambia dependiendo del pH del medio. El valor pKa determina la capacidad de un ácido de acercarse a las bacterias, además de determinar si es un ácido reductor de pH o antimicrobiano (Tabla 2). (Dibner and Buttin, 2002, Vanneste, 2017, Nguyen, et al 2020).Tabla 1: Clasificación de ácidos carboxílicos. Adaptado de nutricionanimal.info, 2017.

Tabla 2: Valor pKa de ácidos grasos. Adaptado de nutricionanimal.info, 2017.

Los ácidos grasos de cadena media (AGCM) tienen el mayor valor de pKa, por lo que tendrán mejor efecto antimicrobiano. Cuanto sea mayor la diferencia entre el pKa y el pH en el intestino delgado, más se desplazará el equilibrio hacia la forma no disociada y mayor será el efecto antimicrobiano. (Vanneste, 2017).Tabla 2: Valor pKa de ácidos grasos. Adaptado de nutricionanimal.info, 2017.


Actividad antimicrobiana de los ácidos grasos de cadena corta o media.

La efectividad antimicrobiana de los ácidos orgánicos cuando están libres o en forma de sales con cationes metálicos depende de su grado de disociación, y esta depende del pH del contenido intestinal. La combinación con ácidos fuertes (pKa 2-3) como el ácido fosfórico (H₂PO₄) puede favorecer la reducción del pH intestinal y favorecer que una mayor proporción de los ácidos débiles que los acompañen estén en su forma activa no disociada (Vanneste, 2017).

Los ácidos no disociados y apolares atraviesan de forma más eficaz la membrana liposoluble de la bacteria. Una vez dentro de la misma, el ácido se disocia, liberando protones de hidrógeno y reduciendo drásticamente el pH intracelular, lo que provoca que la bacteria se proteja invirtiendo energía en expulsar esos protones. Este gasto de energía conduce a la muerte de la bacteria. Por otro lado, el ácido disociado también tiene actividad antimicrobiana interfiriendo en la transcripción de genes y la posterior síntesis de proteínas, lo que afecta a la multiplicación bacteriana y su capacidad de infección sobre la mucosa intestinal (Dibner and Buttin, 2002, Dahiya et al, 2006; Namkung et al, 2011; Vanneste, 2017, Nguyen, et al 2020).

Además de la necesidad de presentarse en su forma no disociada, otra característica de los ácidos grasos, tanto libres como en forma de sal, es su rápida absorción intestinal, que está estrechamente relacionada con su solubilidad en el contenido intestinal acuoso. Así los ácidos de cadena media y corta son bastante solubles y como resultado tienden a difundirse directamente al interior de los enterocitos, mostrando poca dependencia de las sales biliares u otras sustancias emulsificantes (M`Sadeq et al, 2015).

Esta rápida absorción reduce drásticamente la presencia de los ácidos en el intestino, especialmente en sus porciones finales. Es por esto por lo que frecuentemente son necesarios niveles de inclusión en el alimento superiores 0,5-1% para asegurar una actividad antimicrobiana prolongada y así mismo revertir posibles efectos tampón de otros componentes de la dieta. Una alternativa para la rápida absorción intestinal es su encapsulación en una matriz de lípidos hidrogenados (M`Sadeq et al, 2015). Esta matriz es degradada en el intestino por acción de las lipasas pancreáticas endógenas con el fin de permitir una liberación lenta de los ácidos contenidos en su interior. Sin embargo, una óptima eficacia en el control de la degradación de esta matriz, así como los niveles de lipasa secretada por el animal. Con el objetivo de evitar que se produzca una degradación demasiado rápida de la matriz, lo que limitaría la presencia del ácido orgánico en el tramo posterior del intestino y que la degradación lipídica sea incompleta y se eliminen parte de estos ácidos en las heces. (Bedford et al, 2018, Nguyen, et al 2020)

Se han probado 1-α-monoglicéridos, los cuales por su carácter mixto hidro-liposoluble favorecen la entrada a través de la membrana bacteriana. El modo de acción específico está relacionado con la presencia de acuagliceroporinas en la pared bacteriana. Estas son estructuras proteicas que actúan como canales que permiten la entrada del glicerol, el cual es utilizado por la bacteria como fuente de energía. Este mismo mecanismo permite el ingreso de 1-α-monoglicéridos y una vez dentro de la célula actúan sobre la isla de patogenicidad-fracción de ADN genómico implicado en la capacidad infectiva de la bacteria y la inhabilitan. Esta actividad antimicrobiana ha sido confirmada para distintos monoglicéridos de ácidos de cadena media y corta como 1-monobutirin y 1-monoalurin para patógenos intestinales como Salmonella typhimurium, E.coli, Campylobacter jejuni, o Clostridium sp (Carné, 2015; Bedford et al, 2018; Kovanda et al, 2019)

Los ácidos grasos de cadena media (AGCM) muestran concentraciones mínimas inhibitorias (CMI) inferiores comparadas con otros ácidos grasos, y proporcionan una barrera inicial, ya en el estómago, frente a los triglicéridos de cadena media, que sólo liberan AGCM libres en el tracto intestinal tras la acción de las lipasas, en un medio en que el pH es demasiado alto para conseguir un efecto antibacteriano potente.

Kovanda et al (2019), realizaron evaluación in vitro de la actividad antimicrobiana de ácidos orgánicos y sus derivados contra varias bacterias gram negativas y gram positivas incluyendo CP. Las CMI (mg/L) (+SD) de los ácidos orgánicos y sus derivados en CP cepa ATCC 12915 mostrados en la tabla 3 demuestran el efecto antimicrobiano del ácido butírico, ácido valérico y de los AGCC monobutirin y monolaruin contra CP. Los resultados sugirieron que el ácido valérico tiene actividad antimicrobiana similar al ácido butírico contra bacterias gram negativas y gram positivas. El modo de acción de estos ácidos es debido a la habilidad de penetrar la membrana celular bacteriana y acidificar el citoplasma celular inhibiendo el crecimiento bacteriano

Tabla 3: CMI (mg/L) (+SD) de varios ácidos orgánicos y sus derivados con cepa ATCC 12915 (cepa control recomendada por British Society for Antimicrobial Chemotherapy (BSAC)) de Clostridium perfringens

McKnight et al (2019), demostraron que los ácidos grasos alteran la microestructura del duodeno y afectan la expresión de genes proinflamatorios en el jejuno. Así mismo, el ácido succínico mejora el desempeño en pollos de engorde posiblemente debido a sus propiedades bactericidas y en conjunto con otros ácidos grasos de cadena corta (AGCC) muestra efectos inmunomodulatorios; se ha reportado que el sucinato o ácido succínico incrementa las citoquinas proinflamatorias tales como Interleuquina (IL) 8 e IL1-β,  los cuales juegan un papel importante en la transducción de señales celulares como la activación de la inflamación (Stamilla, et al 2020).Tabla 3: CMI (mg/L) (+SD) de varios ácidos orgánicos y sus derivados con cepa ATCC 12915 (cepa control recomendada por British Society for Antimicrobial Chemotherapy (BSAC)) de Clostridium perfringens.

A través de un modelo experimental se evalúo si los AGCC producto de la fermentación del Bacteroides fragilis (bacteria propia del tracto gastrointestinal) inhiben la esporulación de CP. Se evidenció que la esporulación disminuyó en presencia de acetato, isobutirato, isovalerato y succinato. El número de células vegetativas de CP disminuyo en cultivos con isobutirato y el propionato no afectó la esporulación y el número de células vegetativas del patógeno. Los datos de este estudio indican que la presencia de ácidos grasos favorece la microbiota normal y previene la esporulación y liberación de enterotoxina de CP. (Wrigley, 2004).