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Aplicación de enzimas en alimentos balanceados y su desempeño productivo en aves

Publicado: 7 de junio de 2012
Por: Mauricio Cunha Soares, Technical Sales Manager - MercoSur de Danisco Animal Nutrition
Resumen

La formulación de alimentos balanceados para aves aplicando el concepto de uso de enzimas, es una herramienta confiable que permite optimizar el uso de las fuentes de fósforo, energía y proteína para la alimentación animal, en particular cuando los ingredientes son de baja calidad o por su precio son limitantes en las formulaciones a mínimo costo, permitiendo con esto ampliar los criterios sobre el uso de ingredientes distintos a los tradicionales. 

Palabras clave:
Enzimas, fitasa, sustrato, desempeño productivo, aves

Introducción
Las empresas comerciales, en su preocupación por el desarrollo y desempeño superior de sus productos, ha desarrollado programas de formulación de matrices con la finalidad de proporcionar a los usuarios de enzimas una herramienta confiable que se basa en la estimación nutricional que aporta la enzima utilizada y la cantidad de sustrato contenida en el alimento. Esto es especialmente importante ya que en la medida que los ingredientes cambian, también la matriz debe ser actualizada, debido a que los granos y las pastas de oleaginosas tiene variaciones en los valores nutricionales de fósforo y calcio, así como de energía y proteína por diversos factores, desde el clima hasta la calidad de la tierra en que fueron cultivados. Utilizando los programas de formulación de matrices nos permite conocer con exactitud la matriz que tendrá que utilizar el nutricionista y no dejar al azar las variaciones y/o combinaciones entre un maíz, sorgo, canola, soya, gluten, trigo, granos secos de destilería (DDG), etc. Además, durante la maduración, estas semillas acumulan una substancial cantidad de ácido fítico y esto a su vez representa el 60% del fósforo contenido en ellas, a este ácido fítico normalmente se le conoce como fitato. (5). Tabla1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabla 1. Niveles de mineral, ácido fítico y fósforo fítico en ingredientes de cosechas clave durante el 2008 (% como es de base) Información de Danisco Animal Nutrition no publicada.

Desarrollo
Para el productor avícola el alimento representa el costo más grande, 70% del presupuesto es el alimento, en donde encontramos que el fósforo es el tercer nutriente en importancia, sólo por debajo de la energía y la proteína, respectivamente. Si tomamos en cuenta que gran parte del fósforo contenido en los granos no se digiere, entonces el productor tendrá que añadir fósforo de fuentes inorgánicas para cubrir los requerimientos de los animales, acción que lleva a encarecer el alimento.
Una fitasa mejora la digestibilidad del fósforo contenido en los ingredientes vegetales del alimento balanceado y esto a su vez reduce la cantidad de fósforo inorgánico que debe ir añadido al alimento, permitiendo también reformular, mejorando la energía y la digestibilidad de los aminoácidos. Esto último debido a que al romper el fitato no sólo se libera fósforo y calcio, sino también son liberados carbohidratos y aminoácidos. Con ello se promueve una reducción en el costo del alimento balanceado y una mejora en la digestibilidad de los ingredientes, manteniendo óptimos parámetros productivos de las aves. 
La adición de fitasa en los alimentos les ofrece a los productores avícolas la oportunidad para compensar parcialmente los aumentos recientes en los precios de fosfatos para alimentos balanceados. 
Mientras que la demanda de fertilizantes  fosfatados continúa incrementando para cubrir los aumentos en la producción mundial de cosechas para alimentar a las naciones en desarrollo y producir etanol, los productores de alimentos se enfrentan al reto de localizar cantidades suficientes de fosfatos alimenticios para cubrir las necesidades de sus animales. 
Las fitasas pueden dividirse en dos grupos basado en el sitio de acción donde inician la hidrólisis del inositol. Las fitasa de origen fúngico generalmente trabajan en los grupos C1 - C4 (carbonos) del anillo de inositol (en configuraciones D o L) y estas fitasas son las llamadas 3-fitasa. Fitasas de las plantas que actúan preferencialmente en el C6, son llamadas 6- fitasa, sin embargo fitasas provenientes de E. coli ó Peniphora lycii son excepciones, ya que estas también son llamadas 6 - fitasa e hidrolizan el ácido fítico en dos pasos: desde la histidina que es el sitio activo de la enzima hasta el fosfoester. Otras excepciones son las fitasa provenientes de Bacillus sp. Donde los genes de estas proteínas no son homólogos con ningún otro banco de datos. (4). 
Las fitasas bacterianas de nueva generación han demostrado que son más efectivas en la liberación del fósforo fítico presente en las plantas comparadas con las fitasas fúngicas tradicionales. Usando una tasa estándar de inclusión de 500 FTU/kg alimento, la fitasa bacteriana puede reemplazar 1,3 kg adicionales de fosfato dicalcico (FDC) en las formulaciones de alimentos de cerdos y aves en comparación con las fitasas fúngicas tradicionales. 
Normalmente, la tasa estándar de inclusión de fitasa en los alimentos de aves y cerdos es de 500 FTUs /kg alimento y en los alimentos para gallinas de postura es de 300 FTU/ton alimento. Considerando los precios actuales del fosfato dicalcico de alrededor de 825 USD/tonelada, en la actualidad la tasa económica óptima de inclusión de fitasa es de unos 1000 FTU/kg alimento en los alimentos para pollos de engorde y lechones y 600 FTU/kg alimento en las dietas para ponedoras.
Al anterior punto debemos añadir que es necesario considerar el sustrato contenido en la dieta, no siempre una inclusión alta de enzima se considera propiamente efectiva ya que tiene como limitante el sustrato (es decir la cantidad de ácido fítico contenida en los ingredientes de la dieta) y el costo por dosis. 
Cuando se usa una enzima, también es necesario tomar en cuenta la variación de ingredientes y los respectivos sustratos, es decir, un ingrediente que tenga más ácido fítico estará aportando una cantidad adicional de fósforo si se tiene la dosis adecuada de enzima en la dieta. 
Cuando se trata de elegir una fitasa para ser incluida en los alimentos, además de sus características, siempre se deben revisar y comprender varios aspectos adicionales. Usualmente las fitasas son evaluadas por su capacidad de hidrolizar el ácido fítico y por la liberación de fósforo bajo ciertos parámetros de pH y temperatura, pero la actividad de una fitasa es afectada inherentemente por otros factores que condicionan a las enzimas en su forma de actuar. Las siguientes propiedades son de mucha importancia para un buen funcionamiento enzimático: 
 
  •  Especificidad de sustrato
Existen intensivas investigaciones sobre la afinidad de sustrato de una fitasa, las fitasas microbianas tienen una alta afinidad por el ácido fítico y su capacidad de hidrolizarlo, pero depende del tipo de fitasa, ya sea fúngica, E. coli o de Bacillus sp, su habilidad de degradarlo a un monoester fosfato.
 
  • pH y Temperatura
La mayor parte de las fitasas encuentran su valor de pH óptimo para trabajar entre 4.5 y 6, pero hay fitasas que tienen pH óptimos entre 2.5 y  5.5 respectivamente, locual se considera apropiado ya que en el estómago de los animales comúnmente se encuentra ese nivel de pH (pH de 3 - 5) (1, 2). Lo que promueve una alta actividad específica en esta parte del tracto digestivo. 
En el caso de la temperatura se ha encontrado que lo óptimo está en el rango de 37- 40°C para aves y cerdos, aunque las fitasas bacterianas tienen un rango mayor de temperatura para actuar y va de los 45 a los 60°C . (3). 
 
  • Termoestabilidad
Debido a que los alimentos comerciales son usualmente peletizados a altas temperaturas (60 - 85 °C) todas las enzimas para alimentos deben de ser estables al calor. La estabilidad de una fitasa como cualquier otra proteína, está definida por la habilidad de resistir la desnaturalización en presencia de calor, se manejan tres estrategias para dicho fin: la primera es una cubierta química que mejora la termo estabilidad, la otra es la aspersión líquida post pellet y una tercera es la mejora biotecnológica de las fitasas. El seguimiento de las plantas de alimentos con tecnologías apropiadas es muy importante para conocer el  comportamiento decada enzima. El Control de Proceso Estadístico, monitorea la estabilidad de un proceso. Las principales características de una tabla de control incluye los puntos de información, una línea central (valor medio), y los límites altos y bajos (mismos que indican dónde un proceso se considera "fuera de control").
 
  • Resistencia a las proteasas.
Una fitasa efectiva debe resistir el ataque de las enzimas proteolíticas: las fitasas fúngicas y bacterianas tienen diferentes sensibilidades a la pepsina y a la tripsina, pudiendo también observarse que las enzimas bacterianas tienen además una alta resistencia a la proteólisis (6). 


Podemos concluir que si usamos eficientemente las fitasas se promueve una mejora en el costo de elaboración de alimento balanceado y un enriquecimiento de los  valores nutricionales,logrando así, entre otras funciones, reducir la variabilidad nutricional de los ingredientes. Además se contribuye a una menor saturación de minerales excretados al suelo y por ende, una mejora ambiental.
 
Referencias Bibliografía:
1. Choi YM, Suh HJ, Kim JM (2001) Purification and properties of extracelular phytase from Bacillus sp. KHU - 10. J. Prot. Chem. 20: 287- 292 
2. Kim Y, Kim Hk, Bae KS, Yu JH, Oh T (1998) Purification and properties of a thermoestable phytase from Bacillus sp. DS!!. Enzyme Microb. Technol. 22:2-7 
3. Mullaney EJ, Daly CB, Kim T, Porres JM, Lei XG, Sethumdhavan K, Ullah AHJ (2002) Site - directed mutagenesis of aspergillus niger NRRL 3135 phytase at residue 300 to enhance catalysis at pH 4.0. Biochem. Biophys. Res. Commun. 297: 1016-1020. 
4. Ostantin K, Van Etten RL (1993) Asp 304 of Escherichia coli acid phosphate is involved in leaving group protonation. J. Biol: Chem: 268: 20778 - 20784. 
5. Reddy NR, Sathe SK, Salunkhe DK (1982) Phytase in legumes and cereals. Adv. Food Res. 28: 1-92. 
6. Wyss M, Pasamontes L, Friedlein A, Remy R, Tessier M, Kronenberger A, Middendorf A, Lehmann A, Scnoebelen L, Rothlisberger U, Kusznir E, Wahl G. Muller F, Lahm HW, Vogel K, Van Loon APGM (1999) Biophysical characterization of fungal phytase (myoinositol hexakisphosphate photophohydrolases): molecular size, glycosylation pattern, and engineering of proteolytic resistance. Appl. Environ. Microbiol. 65:359-366. 
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Mauricio Cunha
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Jesús Antonio Zambrano Z.
6 de diciembre de 2012
Juan, buenas tardes... Debo indicarte que no se podría indicarte tentativamente cuanto de lo uno y tanto de lo otro, por varias razones: 1.- Si tienes una dieta basada en: Maiz + Soya, la concentración de la fuente de calcio y de fósforo (dependiendo de qué tipo de fosfato estás usando) serán de (a+b) + (x+y) este último factor es calcio y fósforo. 2.- Si tienes una dieta basada en: Maíz + Soya + Subproductos de molinería + Fuente de proteína de origen animal, la concentración o dosis de la fuente de calcio y de fósforo (dependiendo de cuál es la fuente inorgánica) así mismo, serán de (a+b+c+d) + (x+y) 3.- Para tu caso en particular, debes tomar en cuenta que los pollos de engorde deben ser alimentados por fases, de tal suerte que la concentración en dieta, tanto de calcio (Ca) como de fósforo (P) va disminuyendo conforme avanza la edad; entre tanto que su ingesta aumenta conforme avanza la edad del ave. 4.- Entonces, como puedes ver, la variabilidad de los componentes en la dieta (fórmula) son los que determinan la cantidad de Calcio (que puede provenir del carbonato de calcio, de la conchilla como fuentes comunes) y el nivel deseado de fósforo lo determina también la fuente inorgánica (que puede venir de: fosfato dicálcico, monocálcico, monodicálcico, tricálcico, harina de huesos, etc.). 5.- Por otra parte, si estás usando una fuente de Fitasa para aprovechar el fósforo no fítico presente en los vegetales, la concentración del fosfato como fuente de fósforo, va a disminuir en un determinado orden, que no te lo sabría precisar, porque todo depende de los ingredientes que estás usando. Te expreso las disculpas del caso, el no poder ayudarte como bien quisieras, dado que aportas muy poco con la consulta que estás haciendo, puesto que no es sencillo arrojar antojadizamente una cifra o un porcentaje de manera deliberada, cuando lo propio sería conocer con más detalles, cuáles son tus macroingredientes que estás usando, y es más, me gustaría conocer la estructura de tus costos, de tal manera que te la puedo obtener y ofrecer mediante la resolución de una formulación a través de un programa de mínimo costo, con una operación muy sencilla, obviamente a través de un trabajo técnico y científico. Puedes contactarme a mi correo de engormix, para que me puedas enviar la lista de tus ingedientes macro y micros, en la que le debes incluir el costo individual de cada ingrediente para que puedas conocer las alternativas que pueda encontrarte y por razones de costo, tu tomes la decisión qué tipo de dieta utilizar. Otra cosa muy importante, al tiro en que puedas contactarme, por favor me avisas a cuántos msnm estás y cuál es la temperatura promedio en el día. (msnm = metros de altura sobre el nivel del mar) Ojalá encuentres viable la posibilidad que te estoy planteando. Desde la provincia de Los Ríos - Quevedo - Ecuador, un fuerte abrazo. Ing. Jesús Antonio Zambrano
Jesús Antonio Zambrano Z.
27 de junio de 2012
Hola Néstor, buenos días... Primero que nada, tratar el tema de las enzimas es realmente apasionante e interesante, y que mejor mediante este foro para hacerlo. En efecto, Danisco a través de sus presentantes en los países del mundo y Latinoamérica en particular, son fabricantes y distribuidores de algunos productos, estre estos las multienzimas, dígase los complejos enzimáticos en los que actualmente ya le incluyen la Fitasa, o como en otros casos que la comercializan por separada. Por mi relación cercana a la actividad que despliego como profesional en el área de la nutrición animal y formulación de alimentos, me permito comentarte que efectivamente, estas multienzimas en forma de cocteles o complejos enzimáticos (OJO: no es lo mismo hablar de cocteles y/o Complejos) han sido diseñadas para utilizarse en algunas especies de animales, sobretodo en las monogástricas, de las que con mucha certeza puedo decirte que pueden ser aplicables en broilers, cerdos, aves de postura, etc. Tal es así que antes de indicarte brevemente como es el tema, debo señalarte que del mismo modo como cuando aparecieron en sus inicios los aminoácidos cristalinos de síntesis (Dl-Metionina, L-Lisina, L-Triptófano, L-Treonina), no hicieron otra cosa que acomodar en un alimento determinado un perfil adecuado de éstos con la consecuente reducción de la "proteína bruta", evidentemente resultando en fórmulas mucho más económicas y por ende mucho más eficientes. Del mismo modo, con el descubrimiento, desarrollo e introducción de las Enzimas en nutrición y alimentación animal, bajo el mismo concepto de continuar haciendo o encontrando eficiencia y eficacia en las dietas o raciones, hoy en día su uso es imprescindible, dado que no solamente le confieren a los nutrientes que están presentes en los alimentos ser más digestibles, absorvibles y disponibles, se logra con éstas reducir el costo/ton o costo/kg de alimento terminado; es decir, que el efecto es cualitativo y cuantitativo a la vez. Ahora bien, mediante el uso de una Fitasa a más de optimizar el costo de la fórmula, el objetivo no solo es el de reducir la inclusión de un fosfato inorgánico en la dieta, sino que con el uso de esta enzima logramos aprovechar el fósforo fítico que está presente en las materias primas de origen vegetal, y por ende conseguimos reducir la exposición de algún exceso de fósforo al medio ambiente. Entre tanto que, los complejos enzimáticos a más de reducir el costo de la formulación, también permiten reducir en proporciones muy mínimas el % de un nutriente "costoso" como lo es el referencial de la "Proteína Cruda", del mismo modo lo hacen para las fuentes de energía metabolizable (Aceites o grasas, sobretodo) y de los componentes de la proteína (que vienen a ser los aminoácidos cristalinos de síntesis per se). Finalmente, es de conocimiento para quienes estamos inmersos en esta actividad que, todas las propuestas del mercado, relacionadas con el uso de enzimas, las ofrecen mediante la aplicación de las matrices nutricionales para cada especie en particular. Y para que su efecto sea visible y notorio, necesariamente éstas deben ser aplicadas y ejecutadas mediante una herramienta que ayude a optimizar una formula alimenticia, que no sería otra cosa que la programación lineal o un programa de formulación a mínimo costo. De otro modo no se podría conocer las ventajas que el uso de las enzimas puedan brindar. Sería imposible... Espero que mi comentario pueda de alguna manera ayudar y contribuir al desarrollo técnico y aplicado de ésta propuesta, no sin antes recordarles que ésta es únicamente mi humilde opinión. Sinceramente, Ing. Jesús Antonio Zambrano Quevedo - Los Ríos - ECUADOR
Juan
22 de noviembre de 2012
Hola soy administrador de una pequeña avicola,espero que me ayuden, mi duda es cuanto de calcio necesito por tonelada de pienso?? y cuanto fosfato por tonelada de pienso? Porfavor..agradeceria la ayuda!!!
Franklin Fuentes
28 de junio de 2012
Compñeros de investigación les felicito por la amplia y específica información acerca delas enzimas, con esto ya queda completamente explicado que el uso de las ENZIMAS reducen el costo de producción del alimento balanceado para las aves. FELICITACIONES
Nestor Garcia
27 de junio de 2012
jesus gracias e ayado las respuestas a mi inquietud sobre las enzimas e desarrollado una formulacion para ganado vacuno orientado a la produccion lactea me a dado buenos resultado por eso mi inquietud para la elaboracion de alimentos para aves pollo engorde y cerdos no para comercialisarlo sino para usarlo para criar tanto pollo como cerdo bajar costos comercialisarlos mas economicos o de mas acceso para personas de menos recursos grcias hermano estoy a sus ordenes saludos buenas tardes
Nestor Garcia
26 de junio de 2012
saludos sr mauricio en su informe muy detallado por demas pude observar que mensionas a los cerdos acaso ay similitud en el alimento o existe diferencias muy marcada yo por mi parte tengo algun tiempo usando un complejo enzimatico para el alimento del ganado vacuno como son los siguientes alfaamilasa betaglucanasa proteasa xilanasa pectinasa celulasa fitasa como puede leer uso la fitasa puedo aplicarlo a el alimento de pollo estoy tratando de fabricarlo para vajar costo y el de cerdo su asesorio seria de gran ayuda saludos gracias por este articulo es oro en polvo
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