Reconsiderar las carbohidrasas, efecto del desarrollo de producto en monogástricos

El progreso del DESARROLLO en la ciencia depende de la construcción y deconstrucción de hipótesis y se aplica a todos los campos científicos, incluida la ciencia animal. Una hipótesis recientemente cuestionada es qué es el responsable del efecto del rendimiento de las carbohidrasas en animales monogástricos. Esto siempre se ha explicado por tres hipótesis: 1. Reducción de la viscosidad en el tracto gastrointestinal (TGI); 2.Suministro de prebióticos, y 3.Reducción del efecto de la pared celular.

Aunque ampliamente aceptadas en la comunidad científica estas hipótesis apenas se han demostrado en la investigación. La más controvertida es que las carbohidrasas abren la pared celular de los ingredientes y permiten que las enzimas endógenas hidrolicen los nutrientes por dentro, que de otro modo quedarían atrapadas y excretadas a través de las heces.

Las dos mayores piezas de evidencia que apoyan esto son los reportes que muestran el mayor grado de apertura de la pared celular en el intestino delgado de pollos de engorda (Bedford y Audio, 1996) y en cerdos (Torrallardona, 2000) y pruebas in vitro que muestran que cuando muestras de cereal se incuban con carbohidrasas, hay un proceso de hidrólisis de la pared celular (Parkkonen, 1997; Le, 2013; Rayn, 2017).

Además, hasta donde sabemos, solo hay un reporte que evalúa el efecto de la pared celular in vivo (Khadem, 2016).

Los resultados que muestran la destrucción de la pared celular obteni-dos in vitro con la inclusión de carbohidrasas se han logrado incluyendo entre 10 y 50 veces dosis más altas que las comerciales utilizadas en la industria alimenticia (Parkkonen, 1997; Le, 2013; Rayn, 2017) y con el ensayo realizado en un ambiente óptimo para la actividad enzimática.

Lo que no se replica en el TGI de los animales, donde factores como la presencia de otros nutrientes y minerales, la variación de PH, microbiota y la fluctuación de la temperatura afectan la actividad enzimática. Aun así, el tiempo para observar cualquier efecto de la destrucción de pared celular in vitro es entre dos y tres horas, mientras que los resultados in vivo informan la destrucción de la pared celular tan pronto como en el yeyuno utilizando una xilanasa mono componente pura relativa (Bedford, 2018).

Posiblemente, el ensayo más completo que evalúa el efecto de la pared celular in vivo fue realizado por Khadem (2016). A los pollos les dieron dietas producidas con maíz regular o maíz previamente congelado en el que la pared celular se había abierto físicamente por el proceso de congelación, con o son la inclusión de un producto de xilanasa

La xilanasa mostró efectos relacionados con un producto similar a los prebióticos, como un cambio en el perfil de microbiota en los contenidos cecales, un aumento en la altura de las vellosidadesdes de yeyuno y aumentos en la glucemia y la concentración de triglicéridos a los 34 días, mientras que el maíz congelado mostró mayor glucemia.

El rendimiento de los animales solo se reportó por fase y mostraron una mejora en la conversión alimenticia entre los días 27 y 39: el índice de conversión alimenticia fue menor en el maíz congelado sin xilanasa que el normal sin xilanasa.

Cuando el rendimiento global fue calculado con base en la ingesta y la ganancia (Figura), los animales alimentados con maíz congelado y sin xilanasa tuvieron un mayor peso y una menor conversión alimenticia, mientras que los animales alimentados con maíz regular con xilanasa tuvieron el menor peso y la peor conversión alimenticia, aunque no fue posible un análisis estadístico.

Ganancia de peso corporal (top) y conversión alimenticia de pollos de engorda alimentada con maíz congelado o maíz regular con o sin inclusión de un producto de xilanasa

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Los resultados de esta prueba in vivo reforzarían el efecto de las xilanasas como prebióticos, con la falta de respuesta cuando se congela el maíz, lo que cuestiona si las xilanasas actúan directamente sobre la pared celular y si abrir la pared celular y reducir el efecto jaula es un proceso importante para el rendimiento animal. Por ejemplo:

• Si las carbohidrasas tienen un efecto en la apertura de paredes celulares como se reportó in vitro, esto significa que la pared celular estaría abierta, haciendo que los nutrientes estén disponibles para ser digeridos y absorbidos, sólo en dos o tres horas, cuando la digesta ya está al final del tracto digestivo y donde la absorción de nutrientes ya se ha reducido.

• Los ingredientes comúnmente usados en la formulación de alimentos para monogástricos con células intactas para ser rotas son cereales (maíz y trigo). Los ingredientes ricos en proteínas, como la harina de soya, ya tienen las paredes celulares rotas durante la extracción de petróleo o la producción de biodiésel y los subproductos animales no tienen esa estructura.

Si el efecto de la pared celular fuera real, el efecto de mejora en los nutrientes estaría asociado con la composición de los cereales. El contenido intracelular de los cereales se compone de altas concentraciones de almidón, que ya es altamente digerible y la mejora en la absorción de nutrientes cuando las carbohidrasas se añaden a las dietas se correlaciona con la concentración de nutrientes de la dieta en su conjunto (Cowieson y Bedford, 2009), apoyando la idea de que el efecto de la pared celular no es un efecto primario en la actividad de la carbohidrasa.

• Si el efecto de la carbohidrasa proviene de la apertura de la pared celular y una mejora en la digestibilidad, uno esperaría ver los efectos de su uso de manera más prominente en animales donde el tracto gastrointestinal está menos desarrollado, con el efecto disminuyendo con el paso del tiempo a medida que el animal mejora naturalmente su habilidad para digerir nutrientes.

Sin embargo, esto no es lo que generalmente se ve en la investigación de carbohidrasa, excepto donde la viscosidad juega un papel importante en la respuesta. El efecto del uso de carbohidrasa se vuelve más pronunciado a medida que el animal crece e incrementa naturalmente su habilidad para digerir nutrientes (Rosen, 2002).

La falta de datos que respalden que las carbohidrasas actúan al abrir las paredes celulares presentes en la digesta no representa que ese efecto no ha sido observado in vivo, solo que las carbohidrasas no se hidrolizan y abren la pared celular, reduciendo el efecto de caja.

Investigadores han demostrado que la mejora en la fermentación de fibra en el TGI inferior afecta la producción de hormonas intestinales que modulan el tránsito de la digesta en el TGI (Singh, 2012; Lee, 2017)

El aumento en la apertura de la pared celular observado en los ensayos puede no ser una consecuencia de la acción directa de las carbohidrasas en la pared celular pero más de las enzimas estimulando la fermentación en el intestino inferior. (Cowieson y Masey O’Neil, 2013). Esto estimula la retención de digesta en el intestino superior, por lo tanto, aumenta la apertura de la pared celular y la digestibilidad general de toda la dieta (Masey O’Neill, 2014).

Esto apoya la idea de que los efectos encontrados in vivo se relacionan no sólo con el número de células abiertas encontradas en el intestino inferior, pero también a la mejora de la digestibilidad estando más en línea con la digestibilidad de la dieta completa (no sólo de la concentración de nutrientes dentro de la pared celular) y el efecto tardío a medida que el desarrollo de la fermentación de fibra en el intestino inferior está asociado con la maduración del microbioma en el intestino delgado.

El entendimiento de que las carbohidrasas no abren directamente paredes celulares en el tracto GI tiene un impacto en cómo se usan estos productos. Esto pone en tela de juicio la lógica de que un producto de carbohidrasa necesita tener una gran cantidad de actividades enzimáticas diferentes para hidrolizar por completo la matriz compleja de la pared celular y reducir el “efecto jaula”.

En cambio, esto resalta la necesidad de un producto para dirigir la capacidad del intestino ciego para fermentar la fibra presente en la dieta, simultáneamente cuestionando la necesidad de monitorear y evaluar el efecto de las carbohidrasas a través de la mejora de la digestibilidad de la fibra, que se realiza rutinariamente al final del intestino delgado.

El efecto de las carbohidrasas en las dietas para animales monogástricos estaría más relacionado con la estimulación de un microbioma en el intestino delgado (Tapingkae, 2008) que podría usar y fermentar fibra como una fuente de energía, aportando beneficios positivos para la salud intestinal y el rendimiento animal.

Referencias
La lista de referencias puede obtenerse en el siguiente contacto nam@abvista.com

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