Desarrollo y definición del valor nutricional de las enzimas en nutrición animal

1) Introducción:
La producción de aves sufre constantes retos con la volatilidad en los precios de ingredientes de la dieta. Por ello, la búsqueda por ingredientes alternativos o de aditivos que generen ahorros en la alimentación de los animales es cada vez mayor y puede ser empleada exitosamente para garantizar la rentabilidad del sector.

El uso de enzimas es una herramienta nutricional recientemente empleada ya que su desarrollo es constante y cada vez tenemos productos más eficientes y baratos. Sin embargo, este reciente desarrollo hace con que todavía desconocemos el efecto de muchos productos comercialmente disponibles y las metodologías para su correcta evaluación son temas presentes en las discusiones actuales de nutrición animal.

Un punto muy importante a considerar cuando hablamos del desarrollo de enzimas es necesario conocer la actividad enzimática principal presente en el producto en cuestión o a qué grupo de enzimas pertenece. Actualmente las enzimas comercialmente disponibles para nutrición animal se pueden dividir en tres grupos principales: Fitasas, Carbohidrasas y Proteasas.

Las metodologías de evaluación y desarrollo de una enzima son dependientes del propósito de la misma. Es importante contar con esta información para tener la seguridad de cuál será el nutrimento afectado. Por ejemplo, el uso de una enzima puede afectar la digestibilidad de distintos nutrimentos pero para algunos de ellos los efectos son directos. Esto es lo que se denomina efecto primario. Los efectos indirectos son resultantes del efecto primario y se conocen como efectos secundarios. Véase la Tabla 1 que muestra cómo se clasifican los efectos de cada una de las enzimas para cada nutrimento.

Tabla 1: Efectos primarios (1º) ) y secundarios (2º) de las distintas enzimas


*PNA = Polisacáridos no amiláceos

Actualmente existen muchas confusiones en el mercado de enzimas para nutrición animal porque todos los productores de enzimas quieren añadir valor de energía en la matriz nutricional propuesta por ser la parte más costosa de la ración y lo que más fácilmente justificaría su empleo. Pero se sabe también que no se pueden sumar todos valores de energía propuestos para las distintas enzimas porque resultaría una reducción del desempeño de los animales. Utilizando solamente los efectos primarios de cada una de las enzimas hay mayor garantía de que el uso combinado de distintos grupos de enzimas genere una reducción en el costo de producción de la ración sin pérdidas en el desempeño, dando como resultado un costo más bajo por kilogramo de pollo producido.

Además otros puntos básicos que los productos enzimático deben presentar: una buena estabilidad (tanto en proceso de peletización como también en distintos pH); poder hacer la prueba de recuperación del producto enzimático después de mezclado con la ración; no tener polvo; tener una buena fluidez y baja electroestaticidad; y un numero mínimo de gránulos (partículas) por dosis o gramo de producto. Para este último punto vean la Tabla 2 donde se ve las diferencias que hay en productos con la misma actividad enzimática (en este caso fitasa) con respecto a número de partículas de producto con actividad de fitasa por gramo de alimento.

Vean que los productos C y D no logran tener el mínimo de un gramo de producto por gramo de ración. O sea, considerando aunque una mezcla perfecta de alimento vamos tener algunos gramos de alimento no van tener el producto activo. Esto es especialmente importante en caso de animales jóvenes donde el consumo de alimento es muy bajo.

Tabla 2: Comparación de distintos productos comerciales con actividad enzimática de fitasa y sus características físicas.

Por lo anterior, es importante conocer con profundidad las formas y las metodologíasutilizadas por el proveedor para llegar a una propuesta nutricional para una enzima, que  garantice un ahorro económico en la formulación sin perdidas en el desempeño. Pues una formulación equivocada de las dietas controles positivo y negativo, así como un bajo numero de animales y replicas por tratamiento pueden llevar a dificultades en la mensuración y interpretación de los resultados experimentales (Brito, 2011).

Por ello, el uso de pruebas de digestibilidad junto con pruebas de desempeño es la forma más segura de determinar el valor de matriz nutricional para una enzima y, en general, la realización de pruebas de desempeño sin uno o más tratamientos testigos negativos no permiten llegar a conclusiones cuando evaluamos una enzima.
En la secuencia hablaremos de cada grupo de enzimas, puntos importantes a evaluar y ejemplos de estudios exitosamente conducidos para conocer los efectos de las enzimas. 

Recordando que las propuestas experimentales sugeridas aquí no son para que un cliente lashagas en sus condiciones, pero para tener en cuenta a la hora de evaluar y escoger correctamente un producto entre los muchos disponibles comercialmente.

2) Fitasas:
El grupo de las fitasas es el más sencillo de evaluar pues su eficacia se basan sobre un nutriente único, el fósforo (P) y ya que el fitato tiene digestibilidad próxima de cero, así que toda  ganancia en la digestibilidad fácilmente puede ser vista. Pero tenemos que conocer la fuente de fósforo en la dieta (fosfato dicálcico o monocálcico) y cual es el real nivel de exigencia de P para poder bajar a niveles subóptimos hasta generar una curva de depleción (ver figura 1) y poder calcular la equivalencia en fósforo inorgánico.

Figura 1: Ganancia de peso de pollos a los 21 días de edad.


T1) 0% de adición de P inorgánico (0,22% P disponible - deficiente en P)
T2) 0,06% de adición de P inorgánico (0,28% P disponible - deficiente en P)
T3) 0,13% de adición de P inorgánico (0,35% P disponible - deficiente en P)
T4) 0,20% de adición de P inorgánico (0,42% P disponible - niveles óptimos de P)
T5) Dieta T1 (0,22% P disponible - deficiente en P) + 20 ppm de una Fitasa comercial
T6) Dieta T1 (0,22% P disponible - deficiente en P) + 40 ppm de una Fitasa comercial

Haciendo este mismo tipo de prueba en distintas condiciones y centros de investigación el resultado es la figura 2 donde podemos sacar un resultado promedio de valorización de fósforo para la fitasa estudiada. Así es posible garantizar un nivel correcto de substitución del fosfato por una fitasa de buena calidad. Y en este caso es posible garantizar que el producto evaluado tiene un liberación próximo de 0,15% de P disponible (o nPP) con una dosis de 1000 FYT/kg de alimento.

Figura 2: Metanálisis de diferentes estudios para cuantificar la valoración de P disponible (nPP, %) con el uso de distintas dosis de una misma fitasa comercial.
 

3) Carboidrasas:
Cuando hablamos de desarrollo de carboidrasas ya tenemos un grado de dificultad un poco mayor. Primero punto tenemos que saber de cual carboidrasa estamos hablando: amilasa, xilanasa, beta glucanasa, pectinasa, hemicelulosa, entre otras, ya que muchos productos comerciales vienen con distintas mezclas de enzimas.

Entonces es la actividad principal que tenemos en el producto que va definir como debemos hacer las pruebas. Y hay que evaluar la enzima en los ingredientes que tengan los substratos para esta enzima. Por ejemplo, amilasa = maiz, sorgo; xilanasa = maiz, soya, trigo,  canola, harina de arroz; beta glucanasa, pectinasa, hemicelulasa = cebada, soya, girasol.

Para amilasa y xilanasa la recomendación es empezar las pruebas con ensayos de metabolismo evaluando la enzima en un determinado ingrediente. La metodología que debe ser utilizada debe ser la que menos afecte: el tiempo de transito intestinal, el consumo de alimento ad libitum y el pH intestinal. O sea la metodología que menos afecta el desempeño y que esté lo mas próximo posible de la ración que el pollo normalmente consume. Ejemplo de cómo distintas metodologías pueden afectar la respuesta esta en la Figura 3 y las posibles razones de porque las respuestas fueran distintas esta en la Tabla 3. En ellas se puede ver que la respuesta en pollos fue mucho mejor que en gallos. O sea, los pollos por estar en un estadio fisiológico de crecimiento y por no tener restricción de alimento antes o durante la prueba experimental posibilitaran que la enzima expresase todo su potencial en mejorar la digestibilidad del maíz, resultado en un mayor valor de EMAn.

Figura 3: Respuesta en pollos de distintas edad (A) y en gallos adultos cecectomizados (B) de distintas dosis de un complejo enzimático que tiene como actividad principal amilasa en la respuesta del energía metabolizable (EMAn) del Maíz (Carvalho, 2010).




Tabla 3: Ejemplo de cómo la metodología puede afectar la respuesta de una enzima:

Después de las pruebas de digestibilidad hay que evaluar el producto en pruebas de desempeño para confirmar los valores encontrados en los ensayos de digestibilidad. En las pruebas de desempeño hay que tener al menos un tratamiento testigo positivo y un tratamiento testigo negativo con una diferencia minima de 90 Kcal. Ver tabla 3 con los resultados de un experimento (Vieira, 2006) donde se puede ver el efecto de la amilasa en dietas con reducción de 120 kcal en los valores recomendados de energía metabolizable.

Con base en los cuatro primeros tratamientos del trabajo de Vieira (2006) se puede generar una curva de regresión para que después se pueda determinar la valorización de energía de cada una de las dosis de la enzima evaluada (Figura 4). Y haciendo la substitución del peso encontrado en tratamiento que contenía 2980 kcal/kg + 400 ppm amilasa se llega que400 ppm del producto mejora la energía del alimento en aproximadamente 75 kcal/kg alimento.
Regresando este valor solamente para Maíz (próximo de 60% de la ración utilizada en la prueba) que es el sustrato para amilasa se llega a un valor de 125 kcal/kg de maiz, un valor muy próximo de los encontrados en las pruebas de digestibilidad.

Tabla 3: Respuesta en Ganancia de Peso de distintos niveles de energía en la ración y la inclusión de dosis crecientes de una amilasa.


Figura 4: Curva de regresión utilizando los primeros cuatro tratamiento del trabajo de Vieira (2006).
 

 

4) Proteasas:
Las proteasas son las enzimas con mayor grado de dificultad en se evaluar y desarrollar.
Porque ya no estamos hablando de un único nutriente, pero en una gama de mas de 10 aminoácidos esenciales y otros 10 aminoácidos no esenciales que tiene un importante papel en el desarrollo del pollo.
Las metodologías para medir la digestibilidad de aminoácidos en los ingredientes son bastante variables resultando en una respuesta variable no solo para la proteasa como también la digestibilidad de aminoácido del ingrediente.

Por ello, actualmente no existe una metodología in vitro capaz de predecir la digestibilidad de AA de un ingrediente y mucho menos la respuesta de una proteasa. Debemos entonces utilizar metodologías in vivo. Una vez más, la sugerencia es empezar con pruebas de digestibilidad de AA evaluando la enzima en un determinado ingrediente (preferible uno que tenga alta concentración de proteína y AA como la soya) y después evaluar también el efecto en otros ingredientes como maíz y harinas de origen animal.

Además es importante remarcar la gran variabilidad en la digestibilidad de la proteína en ingredientes de la dieta (Tabla 4) con variaciones de mas de siete puntos porcentuales como en caso de valor de digestibilidad de lisina para harina de soya cuando comparamos los trabajos de Rostagno et al., 2005 y Ravindran et al., 2005. Leeson et al., 1993 evalúo el valor nutritivo del maíz producido en año de 1992 en Canadá y Estados Unidos en distintas fincas y concluí que aunque el valor de total de lisina en maíz sea relativamente constante el valor de digestibilidad de lisina para maíz es bien variable como se puede ver en la Figura 5 y no logro determinar ninguna correlación del valor de digestibilidad de lisina con ninguno otro nutriente evaluado.

Se puede concluir entonces que para evaluar una proteasa hay que evaluar la digestibilidad de los AA del ingrediente solo y cuando se adiciona la proteasa junto con el ingrediente, pues no hay como evaluar solo el tratamiento con ingrediente más proteasa y querer hacer un comparativo con valor de tablas (ver ejemplo en Tabla 4)

Tabla 4. Variabilidad en los coeficientes de digestibilidad para un mismo ingrediente.


Figura 5: Nivel total de lisina y sus coeficientes de digestibilidad para maíz cosechado en America del Norte en el año de 1992.
 

Por estas razones es que necesitamos hacer pruebas de digestibilidad de aminoácidos in vivo teniendo el tratamiento con y sin la proteasa. Teniendo que hacer esto en distintos centros de investigación para después poder sugerir con seguridad el efecto de esta proteasa específica (cada proteasa tiene un tipo de actuación y no se puede extrapolar el uso para otras proteasas). Como ejemplo tenemos el trabajo hecho por Angel et al., 2011; Messias et al., 2010; y Bertechini et al., 2009 donde se evalúo el efecto de una proteasa monocomponente endistintas soyas de distintos países y se obtuve resultados muy similares de mejora en la digestibilidad de la soya con en uso de la proteasa (Figura 6).

Figura 6. Mejora de la digestibilidad de los aminoácidos con el uso de una proteasa mono componente en soya en relación al testigo sin enzima hecho por distintos investigadores.
 

Conociendo el valor de la proteasa en pruebas de digestibilidad hace prueba de desempeño para comprobar el valor de la matriz. Para pruebas de desempeño es importante trabajar con un mínimo de cuatro fases de alimentación para reducir los excesos o carencia de aminoácidos trabajando con niveles formulados lo más próximo del requerimiento del animal.

En un trabajo coordinado por Iglesias et al., 2011 (Figura 7) se evalúo el uso de un proteasa monocomponente de una forma muy sencilla pero muy clara para determinar la eficacia del producto en prueba desempeño. En esta prueba se trabajó con cuatro tratamientos en esquema factorial:

T1 - Controle Positivo
T2 - Controle Negativo con una reducción de 6% en los niveles de proteína cruda y aminoácidos
T3 - igual a T1 más 200 ppm de la proteasa monocomponente
T4 - igual a T2 más 200 ppm de la proteasa monocomponente

Figura 7: Desempeño de pollo de engorda con el uso de una proteasa monocomponente de 1 a 48 días de edad.

 

 

 

 

5) Conclusiones:
Las metodologías de evaluación y desarrollo de una enzima son dependientes del propósito de la enzima. El uso de pruebas de digestibilidad junto con pruebas de desempeño es la forma mas segura para llegar a un valor de matriz nutricional para una enzima. Prueba de desempeño sin uno o más controles negativos no permiten conclusiones. Hay que conocer en  profundidad la forma y las metodologías utilizadas por el proveedor para llegar a una propuesta nutricional para el producto enzimático.

6) Literatura citada:
Bajo solicitud a los autores.