Importancia de la xilanasa en los alimentos balanceados para animales

Publicado el: 8/6/2021
Autor/es: Hyejin Yoo (CJ CheilJedang BIO, Head quarter); Tatiana Garcia Diaz; Ramalho Rodrigueiro; Iván Camilo Ospina-Rojas; Eliane Aparecida da Silva; Bruno Marotta (Animal Nutrition Service CJ CheilJedang Brazil)

Introducción

Los alimentos para cerdos y aves de corral se basan principalmente en granos de cereales como maíz, trigo, sorgo, además de harinas de proteínas vegetales, alimentos que son requeridos para satisfacer la mayoría de las necesidades energéticas y proteicas de los animales. Asimismo, estos granos también vienen siendo utilizados en la producción de biocombustibles durante muchos años. El desvío de estos alimentos convencionales para la producción de etanol resulta en un aumento en el precio de las materias primas a nivel internacional con el aumento de la demanda. Por lo tanto, se ha vuelto importante encontrar formas de utilizar ingredientes alternativos más económicos como los DDGS, harinas de girasol y salvado de trigo, entre otros, para hacer frente a los crecientes costos de los alimentos y desarrollar una producción animal sostenible. Sin embargo, tales ingredientes alternativos contienen altas cantidades de factores antinutricionales (FAN) que podrían afectar negativamente el crecimiento, la eficiencia alimentaria y la salud intestinal de aves y cerdos. Debido a que los FAN incluyen polisacáridos no amiláceos (PNA), el uso de estos alimentos alternativos como materias primas en alimentos balanceados es limitado (Raza et al., 2019; Teymouri et al., 2018; Al-Harthi, 2017; Waititu et al., 2018).


Contenido de PNA en los granos

Un grano entero o semilla se compone de tres partes: salvado, endospermo y germen. El salvado es la capa exterior que protege la semilla y tiene una pared celular gruesa. El endospermo contiene muchas fuentes de energía y el germen juega un papel importante en el suministro de nutrientes a la semilla. La pared celular es la capa externa protectora y semipermeable de una célula vegetal y está compuesta de celulosa, hemicelulosa (xilano, arabinoxilano, β-glucano, β-manano, etc.) y pectinas (Fig. 1). La composición de PNA puede variar según el tipo grano e ingrediente vegetal.

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Figura 1. Diagrama esquemático de las paredes celulares de las plantas y PNA. (Adaptado de Merriam-Webster Inc. 2006; Meng et al. 2016; Loix et al. 2017) 

Efectos negativos del arabinoxilano

El arabinoxilano es un polisacárido compuesto por unidades de xilosa con enlaces β-1,4 con ramas laterales de arabinosa. Entre los muchos tipos de heteroxilanos, el arabinoxilano es el más abundante en los principales ingredientes de origen vegetal. Su composición representa del 8 a 30% (base materia seca) en granos típicos, y alcanza hasta el 5,9-8,1% y el 3,1-4,8%, base materia seca, en el trigo y maíz, respectivamente (Englyst, 1989; Knudsen, 1997; Pedersen et al., 2014; Jaworski et al., 2015). Además, se ha encontrado arabinoxilano en todos los principales cereales, incluidos el trigo, el centeno, la cebada, el sorgo, así como en los DDGS y otros coproductos. El arabinoxilano actúa como FAN, provocando efectos negativos sobre el crecimiento de los animales, al aumentar la viscosidad intestinal, generando impactos perjudiciales en la salud intestinal y el efecto jaula en el trato digestivo de los monogástricos (Bach Knudsen, 2014; Anderson y Simsek, 2018).

1. Aumento de la viscosidad de la digesta
Después de la ingestión de alimentos, los PNA, incluido el arabinoxilano, absorben agua, se hinchan y, en consecuencia, se vuelven muy viscosos. Por lo tanto, el arabinoxilano atrapa partículas de alimento en el intestino delgado. Los PNA solubles causan una mayor viscosidad que los PNA insolubles y el grado de solubilidad es directamente proporcional al grado de ramificación de las moléculas de arabinoxilano (Choct y Annison, 1992; Annison, 1993; Montagne et al., 2003; Chen et al., 2020).

2. Cambio perjudicial a la microflora intestinal
Las dietas abundantes en arabinoxilano permiten a los animales retener su digesta durante mucho tiempo en el estómago y el intestino, lo que provoca la proliferación de microbiota selectiva y patógenos como Escherichia coli y Clostridium perfringens (Fig. 2), lo que es perjudicial para el crecimiento de los animales ya que toda la comunidad y la proporción de bacterias es importante para la salud intestinal, más que la presencia o ausencia de una sola especie (Sergeant et al., 2014; Yadav et al., 2014; Xiao et al., 2016; Yadav et al., 2019).

Figura 2. Las dietas ricas en NSP aumentan C. perfringens y E. coli en pollos de engorde y cerdos 

3. Efecto jaula
El arabinoxilano funciona como una "valla" para encapsular los nutrientes en la luz celular, lo que con frecuencia se denomina "efecto jaula". Las paredes celulares protegen los contenidos celulares como proteínas, fitatos, lípidos y almidón. Por lo tanto, estas valiosas fuentes de energía no se pueden utilizar por completo (Meng et al., 2005; Grundy et al., 2018). 920


Xilanasa

La xilanasa (endo-1, 4-β-xilanasa) escinde los enlaces glicosídicos en la estructura del xilano y produce xilo-oligómeros. El sitio de escisión se selecciona basándose en la longitud de la cadena, el grado de ramificación y la presencia de sustituyentes. La xilanasa puede reducir la capacidad de retención de agua y la viscosidad de la digesta del arabinoxilano al acortar el tiempo de tránsito de la digesta viscosa en la luz intestinal. Por lo tanto, la xilanasa aumenta la ingesta de alimento en monogástricos. Además, la xilanasa hidroliza el arabinoxilano en xilooligosacáridos (XOS) y arabinoxilooligosacáridos (AXOS) que actúan como prebióticos que favorecen el crecimiento de la microbiota benéfica (Fig. 3) y reducen el crecimiento de bacterias dañinas (patógenos). Por último, la xilanasa puede reducir el "efecto jaula" y liberar nutrientes, como proteínas, fitatos y almidón, facilitando su exposición ante las enzimas digestivas endógenas, lo que mejora la biodisponibilidad de los nutrientes (Dotsenko et al., 2017).

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Figura 3. Efectos prebióticos de la xilanasa

¿Por qué esta xiilanasa es tan especial?

Esta xilanasa (CJ Youtell Xylanase) es una enzima para alimentos balanceados de alta calidad en términos de estabilidad, actividad y resistencia a inhibidores. En primer lugar, las enzimas alimenticias deben ser termoestables para sobrevivir al peletizado y al acondicionamiento del pelet, donde se alcanzan temperaturas de 75 a 85 ℃ durante 1,5 a 3 min. La xilanasa producida por CJ Youtell es intrínsecamente termoestable a 85℃ sin recubrimiento, por lo que no se inactiva por las condiciones de peletización. Gracias a la forma sin recubrimiento, comienza a actuar rápidamente una vez ingerido. En segundo lugar, las enzimas alimenticias deben ser estables y muy activas en un pH fisiológico (pH 2,2 - 7,0). La xilanasa producida por CJ Youtell es estable en todo el pH del tracto gastrointestinal (pH 2.2 - 5.5) y tiene una alta eficacia en el pH intestinal (pH 5.5 - 7.0) donde típicamente aumenta la viscosidad de la digesta intestinal en dietas con alta concentración de PNA.

Por último, la xilanasa debe ser resistente a los inhibidores de la xilanasa; TAXI (Triticum aestivum - inhibidor de xilanasa), XIP (proteína inhibidora de xilanasa de trigo), TLXI (inhibidor de xilanasa de tipo taumatina) e inhibidores similares a TAXI y XIP. La presencia de inhibidores de la xilanasa en el trigo se encontró por primera vez a fines de la década de 1990 y revela gradualmente la presencia en la cebada, el centeno y el maíz. Los inhibidores de la xilanasa pueden afectar específicamente a la xilanasa microbiana, pero no tienen ningún efecto sobre las xilanasas endógenas producidas por las plantas. Por tanto, la presencia del inhibidor en cereales es una respuesta defensiva de las plantas ante el ataque de microorganismos patógenos. Dado que la mayoría de las xilanasas exógenas comerciales se derivan de hongos y bacterias, la actividad enzimática puede verse afectada por inhibidores de xilanasas endógenas en los cereales (Gusakov, 2010). La xilanasa producida por CJ Youtell ha sido desarrollada para protegerse contra los inhibidores de la xilanasa debido a un bucle adicional en su estructura. El bucle en la xilanasa evita que los inhibidores accedan al sitio activo de la xilanasa (B) de CJ Youtell, mientras que otras xilanasas (A) permiten que el inhibidor de la xilanasa bloquee el sitio activo (Fig. 4).

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Figura 4. Comparación de inhibición por inhibidor de xilanasa

La figura 5 muestra que la xilanasa de CJ Youtell no es inhibida por TAXI-IIA y conserva una alta actividad a pesar de la presencia de un inhibidor. Por otro lado, otras xilanasas, como control, se inhiben marcadamente a medida que aumenta la dosis de inhibidor (Fig. 5).

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Figura 5. Actividad de xilanasa contra inhibidor de xilanasa 

Conclusión
Los efectos negativos sobre el crecimiento animal de los xilanos, presentes en los alimentos para animales, se han demostrado de manera significativa durante décadas. Por tanto, es fundamental seleccionar una xilanasa eficaz. CJ Youtell Xylanase es termoestable y tiene una alta actividad en condiciones fisiológicas. Además, la xilanasa de CJ Youtell no es inhibida por los inhibidores de la xilanasa que se encuentran típicamente en los cereales para alimentos balanceados. CJ Youtell proporciona una nueva solución para la industria de alimentos para animales monogástricos.

Referencias bibliográficas

 
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