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XVII Seminario Internacional de Porcicultura & Expo Porcina

Arabinoxilanos: El factor antinutricional principal

Publicado el: 19/7/2016
Autor/es: Departamento Técnico, Nutrex.
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Polisacáridos No Almidonados

La mayor parte de las materias primas vegetales contienen carbohidratos, haciendo su presencia en las mismas, un factor determinante en la producción animal.

Además de los nutrientes digestibles como el almidón y el azúcar, la fracción de carbohidratos de origen vegetal incluye componentes indigestibles como celulosa, hemicelulosa, pectinas, betaglucanos y lignina. Todos estos componentes de mínima digestión, excluyendo la lignina, son clasifi cados en un grupo llamado Polisacáridos no almidonados (NSP), esta fracción NSP es bien conocida por sus efectos antinutricionales.

Dentro del grupo de NSP, la hemicelulosa en sí es un subgrupo heterogéneo predominantemente compuesto de xilanos, arabinasas, galatactanos, glucanos y mananos.

Como se muestra en la tabla 1, los arabinoxilanos son la fracción NSP más grande en la mayoría de las materias primas usadas en los piensos, incluyendo por supuesto, el maíz y el trigo.

GRÁFICO 1: ESTRUCTURA DE LOS CARBOHIDRATOS

TABLA 1: CONTENIDO DE NSP DE LOS INGREDIENTES (COMO % DE MATERIA SECA)

GRÁFICO 2: UBICACIÓN DE LOS AX EN LA PARED CELULAR DE LA PLANTA

Arabinoxilanos (AX)

Los AX se encuentran en asociación con la pared celular de la planta (ver gráfi co 2), donde actúa como un pegamento que une la estructura de varios bloques de la pared celular de plantas y tejidos, dándole resistencia y rigidez estructurales.

Su abundancia, la ubicación dentro del material vegetal y la estructura molecular hacen que los AX tengan un impacto negativo sobre la digestibilidad de los piensos; reduciendo indudablemente el valor nutricional de las materias primas en los que está presente. Esto hace a los AX el principal factor anti-nutricional, reduciendo la efi ciencia de la producción animal.

Arabinoxilanos como el mayor factor antinutricional

AX solubles en agua (AXsol)

El efecto antinutricional más conocido del alto contenido de AX en las raciones para animales monogástricos, es un considerable aumento de la viscosidad del contenido intestinal, causada por la extraordinaria capacidad de retención de agua de los AX solubles en agua.

El aumento de la viscosidad afecta la digestión del alimento y el uso de nutrientes en varias formas directas e indirectas:

  • evita la mezcla apropiada de los alimentos con las enzimas digestivas y las sales biliares,
  • disminuye la disponibilidad de nutrientes y la absorción,
  • y estimula la fermentación en el intestino grueso.

GRÁFICO 3: EFECTOS ANTINUTRICIONALES DE LOS AX

AX Insolubles en agua (AXinsol)

La segunda propiedad antinutricional de los AX está vinculada a la fracción insoluble en agua de AX, lo que produce el atrapamiento de los nutrientes.

Grandes cantidades de nutrientes digestibles como el almidón y la proteína permanecen bien sea atrapados en grupos de material de la pared celular o ligados a las cadenas laterales de los AX. Estos nutrientes atrapados no estarán disponibles para la digestión y absorción posterior en el intestino delgado, resultando en una pérdida de nutrientes; este efecto anti-nutricional sigue siendo hoy en día seriamente subestimado.

GRÁFICO 4: COLUMNA DE XILANO Y CADENAS LATERALES DE ARABINOSA

 

Xilanasa | Un nombre- muchas enzimas y parámetros

Siempre que se utilicen ingredientes ricos en AX, se puede considerar el uso de enzimas de degradación de AX - conocidas como xilanasas o enzimas xilanolíticas – con el fin de reducir los efectos antinutricionales de los AX, proporcionando un aumento considerable en la eficiencia de la producción animal.

El nombre “xilanasa” cubre una amplia gama de enzimas con propiedades diferentes. Su función y utilidad en la producción animal están determinadas por una variedad de parámetros relacionados con el sustrato y de la propia enzima.

Estos incluyen los siguientes, pero no están limitados a:

  • Modo de acción de la enzima (por ejemplo, endo-xilanasa, exo-xilanasa, o una combinación)
  • Especificidad del sustrato de la enzima (por ejemplo, afinidad con AX soluble y/o AX insoluble)
  • pH óptimo de trabajo (por ejemplo, ácidos, alcalinos, neutros)
  • Sensibilidad de la enzima a los inhibidores de xilanasa
  • La estabilidad térmica natural

En las siguientes páginas se analizaran varios de estos parámetros y se destacara su importancia a la hora de elegir una xilanasa para el tipo de alimentación y de producción animal.

Endo-xilanasa vs. exo-xilanasa

Basado en el modo de acción, se pueden distinguir dos clases principales de xilanasas: endo y exo-xilanasa. Dependiendo del tipo de enzima presente, su modo de acción produce resultados diferentes, como se muestra en el gráfico 5

Endo - xilanasas

Las endo-xilanasas son capaces de atrapar en cualquier parte de la cadena de xilanos de la cadena de AX, siempre y cuando la enzima no sea físicamente impedida por cadenas laterales. Esto se traduce en menores fragmentos de AX que se forman cuando se actúa sobre el sustrato.

Efectos de la actividad endo-xilanasa

  • Sí existe un foco potencial de endo-atrapamiento a lo largo de todas las cadenas de AX, se puede descomponer de manera eficiente en polímeros de AX largos y en fragmentos más pequeños
  • Los fragmentos pequeños de AX retienen menos agua, lo que resulta en una rápida y eficiente
  • reducción de la viscosidad en el TGI (Tracto gastrointestinal)
  • Hay una liberación eficiente de los nutrientes atrapados sí la xilanasa es capaz de romper la fracción de AX insoluble en agua
  • No hay estrés metabólico de los monómeros de xilosa
  • Hay producción de arabinoxilo-oligosacáridos prebióticos (AXOS)

Exo - xilanasas

Las exo-xilanasas sólo se adhieren a la reducción final de azúcar la cadena de AX. Su acción resulta en monómeros de xilosa que se separaron de una cadena mayor de AX.

Effects of exo-xylanase activity

  • Efectos de la actividad exo-xilanasa
  • El único foco potencial exo-atrapante se sitúa en la reducción de azúcar final de la cadena de AX.
  • Esto significa que sólo una (1) molécula de xilanasa puede “trabajar” en una cadena de AX particular en cualquier momento dado
  • Rompimiento ineficiente de AX
  • Poca o ninguna reducción de la viscosidad
  • Poca o ninguna liberación de nutrientes
  • La producción de monómeros de xilosa lleva a un estrés metabólico ya que los monogástricos no pueden utilizar los azúcares pentosa para la producción de energía

GRÁFICO 5: RESULTADO DE LA ACTIVIDAD ENDO-XILANASA Y /O ACTIVIDAD EXO-XILANASA EN UNA MOLÉCULA RAMIFICADA DE AX

Endo-xilanasa + exo-xilanasa

Una mezcla de endo y exo-xilanasas resulta en el rompimiento inicial en fragmentos más pequeños de AX, después de que la exo-xilanasa recorta los monómeros de xilosa de los extremos accesibles de la cadena.

Efectos de una combinación de endo y exo-xilanasa

Conduce a un rompimiento más avanzado de AX, disminuyendo la viscosidad y liberando nutrientes. Sin embargo, la acción combinada produce más monómeros xilosa y por lo tanto un estrés metabólico más alto. Los fragmentos xilo-oligosacáridos se dividen y convierten en xilosa, perdiendo así el beneficio de su función prebiótica.

TABLA 2: ORIGEN DE ENZIMA PARA ALIMENTACIÓN ANIMAL

Mayor actividad en AX solubles e insoluble en agua

Analizando los datos en la tabla 1 se concluye que, en los principales ingredientes vegetales usados en los piensos, la cantidad de AXinsol es significativamente más importante que la de AXsol.

Aunque el efecto anti-nutricional de los AXinsol a menudo pasa desapercibido - no causa problemas particulares de producción, como cama húmeda o problemas digestivos graves - este efecto no debe ser descuidado ni subestimado. Hay que recordar que los nutrientes atrapados no están disponibles para el animal, lo que resulta en una producción ineficiente.

Debido a esto e independientemente del cereal principal utilizado en el pienso, es de suma importancia que con el fin de obtener el máximo beneficio de una xilanasa – debe ser capaz de romper ambos tipos de AX-, se reduzca efectivamente la viscosidad y se liberen los nutrientes atrapados.

Este elemento es particularmente importante en las dietas de maíz y soya y en animales que son menos sensibles a la viscosidad en el tracto gastrointestinal.

AXsol y AXinsol en raciones maíz-soya

Como el maíz contiene sólo el 0,1% de AXsol vs. el 5.1% de AXinsol (tabla 1), el efecto anti-nutricional de AXsol (aumento de la viscosidad) es marginal en la dieta, mientras que el atrapamiento de nutrientes causado por la fracción de AXinsol es de gran importancia. Por consiguiente, sólo una xilanasa capaz de romper la fracción de AXinsol traerá un beneficio significativo en los animales alimentados con dietas de maízsoya.

Animales con baja sensibilidad a la viscosidad en el TGI

El efecto anti-nutricional de la viscosidad inducido por las materias primas que tienen un alto contenido de AXsol, como el centeno o el trigo, puede ser muy importante para algunos animales, como el pollo de engorde.

Sin embargo, este no es el caso de todos los animales de producción. Los cerdos de engorde y las ponedoras, por ejemplo, no son tan sensibles a la viscosidad. En estos animales, el efecto antinutricional de los nutrientes atrapados, causado por una gran fracción de AXinsol, será más importante que la de un aumento de la viscosidad, causado por AXsol.

Xilanasas de origen fúngico vs bacterial

La Tabla 2 muestra un resumen de una gran variedad de enzimas NSP - en su mayoría cocteles enzimáticos - que tienen a la xilanasa como la enzima de principal actividad. Lo que se destaca es que prácticamente, las enzimas comerciales NSP más importantes son producidas por cepas de hongos, a excepción de Nutrase Xyla.

En la gráfica 6 se puede ver claramente que Nutrase Xyla es superior a las xilanasas fúngicas en lo que se refiere a la descomposición y solubilización de la fracción de AXinsol.

GRÁFICO 6: ACTIVIDAD ENZIMÁTICA EN AX INSOLUBLES

La xilanasa en dietas de maíz y soya La gran mayoría de productos enzimáticos NSP de origen fúngico (tabla 2) demuestran una capacidad inferior de romper AXinsol, lo que ha generado que una gran cantidad de nutricionistas en todo el mundo se decepcionen por el desempeño de xilanasas añadidas en dietas de maíz-soya.

La anterior es, aún hoy, una de las principales razones por las que una gran cantidad de fabricantes de piensos dudan en utilizar xilanasas y otras enzimas, excluyendo fitasas, en piensos a base de maíz-soya, independientemente del tipo de producción animal.

Factores ambientales que afectan la actividad enzimática

Además de los parámetros que dependen del sustrato y del tipo de xilanasa, los factores ambientales también pueden tener un efecto importante en la eficacia y la eficiencia de la enzima.

Una enzima que puede funcionar a su máximo potencial tendrá una ventaja evidente sobre las enzimas cuyo potencial se ve limitado por condiciones desfavorables.

PH óptimo de trabajo

Xilanasas fúngicas

Las enzimas de origen fúngico tienen un pH óptimo ácido, en el rango de 4.5-5 y pierden una gran parte de su actividad bajo condiciones neutras. Teniendo en cuenta el corto tiempo que pasa el alimento en condiciones ácidas en el estómago, el buche y la molleja, las enzimas de origen fúngico tienen sólo un breve espacio de tiempo para romper las fracciones NSP. (Gráfico 7)

GRÁFICO 7: PERFILES DE pH DE LAS ENZIMAS

Nutrase Xyla

Nutrase Xyla tiene un pH óptimo de trabajo neutro, entre 6 y 7. Como el alimento pasa la mayor parte del tiempo en el intestino delgado, en condiciones neutras, Nutrase Xyla tendrá mucho más tiempo para ejercer su actividad en las fracciones solubles e insolubles de AX para liberar los nutrientes y reducir la viscosidad.

Sensibilidad a inhibidores de la xilanasa

Algunos cereales, como el centeno, la cebada y el trigo, contienen un tipo de proteínas que pueden interactuar con xilanasas e inhibir su acción.

Las xilanasas fúngicas son mucho más sensibles a estos inhibidores que las xilanasas bacteriales, estos inhibidores son llamados TAXI (Triticum aestivum xylanase inhibitors). Su actividad puede ser inhibida entre un 70 y 95% en los piensos que contienen estos cereales, mientras que la actividad de Nutrase Xyla sólo se inhibe de un 20 a 30% (Gráfica 8).

GRÁFICO 8: SENSIBILIDAD A LOS INHIBIDORES DE LA XILANASA

GRÁFICO 9: ESTABILIDAD TÉRMICA ENZIMÁTICA NATURAL

Estabilidad térmica

Al contrario de las xilanasas fúngicas, Nutrase Xyla tiene una estabilidad térmica natural, que no viene dada por recubrimientos u otros procesos adicionales. Dependiendo de condiciones precisas, la pérdida de actividad de Nutrase Xyla debido a las condiciones de peletización es mínima hasta una temperatura de 85 ° C, mientras que para las xilanasas fúngicas recubiertas la pérdida es más alta.

Nutrase xyla | una enzima, un mundo de beneficios

Las siguientes tablas dan una visión general de las diferencias entre Nutrase Xyla y otras enzimas NSP con respecto a varias propiedades, así como el rendimiento del producto durante los ensayos in vivo.

Tabla 3: DIFERENCIAS ENTRE NUTRASE XYLA Y OTRAS ENZIMAS

Rendimiento el pollo de engorde

Tabla 4: MEJORA PROMEDIO DE NUTRASE XYLA EN POLLO DE ENGORDE COMPARADA CON OTRAS ENZIMAS *

Rendimiento en cerdos

Tabla 5: MEJORA PROMEDIO DE NUTRASE XYLA EN CERDOS COMPARADA CON OTRAS ENZIMAS*

Nutrase Xyla | practical feed formulation

Nutrase xyla | matriz de valores

TABLA 6: NUTRASE XYLA - MATRIZ DE VALORES 100 PPM DE PRODUCTO

 
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