El uso de un complejo multienzimático y la digestión de la fibra dietética

La fibra dietética derivada principalmente de la pared celular vegetal es una estructura compleja, ya que, a pesar de ser construida a partir de tan solo 10 monosacáridos comunes, cada uno de ellos, se puede unir a través de enlaces glicosídicos en cualquiera de sus disponibles grupos hidroxilo y en 2 orientaciones diferentes (alfa y beta) además de intercalarse con muchos otros componentes químicos.

Es importante tener en cuenta que la fibra dietética no es una simple suma de compuestos aislados, sino que es una unidad biológica. Según el tipo de planta o alimento, variará la presencia o proporción en que los diferentes componentes de la fibra se relacionan entre sí y sus diferentes propiedades intrínsecas influirán de manera importante en la fisiología digestiva de los animales

Dada la complejidad estructural de la fibra dietética, su definición depende del método aplicado para analizarla. De hecho, hasta el día de hoy se sigue haciendo referencia al concepto de la Fibra Bruta, método analítico que fue creado a finales del siglo IXX y sobre su idoneidad como indicador existe mucha controversia. Con la finalidad de poder formular en base a unos conocimientos más exactos acerca del contenido real de las diferentes fracciones de carbohidratos en las diferentes fuentes del balanceado, en la actualidad se usan varios métodos analíticos tales como los químicos, enzimáticos, gravimétricos, así como el NIRS.

Tradicionalmente, la fracción de fibra del alimento se ha considerado un diluyente y un factor anti nutricional en dietas de monogástricos.  Dos teorías son las aceptadas para explicar el carácter anti nutricional atribuido a la fibra. La teoría de la “encapsulación” o “efecto caja” hace referencia al hecho de que algunos nutrientes de alto valor se encuentran encapsulados dentro de la estructura fibrosa indigestible, bien protegidos del ambiente polar de los fluidos del contenido del lumen intestinal, de modo que se excretan sin poder ser absorbidos.

Por otro lado, la teoría de la “viscosidad” hace referencia a que, dada la capacidad de retención de agua de ciertas estructuras de la fibra, se da lugar a la formación de un contenido viscoso. En general, con el aumento del peso molecular y la longitud de la cadena del polisacárido incrementa la viscosidad de la solución de la fibra. La formación de la viscosidad y geles en el contenido estomacal juega un papel importante en los efectos fisiológicos y bioquímicos, puesto que, al formar una estructura tridimensional, reduce el contacto físico entre las enzimas digestivas y los nutrientes que son arrastrados por la materia fecal sin haber sido digeridos y absorbidos.

Son muchos los estudios que describen el impacto negativo de la fibra en la digestibilidad de nutrientes. De todos los componentes alimenticios la fibra es unos de los que tienen mayor efecto negativo sobre la digestibilidad ileal de la materia orgánica y de la proteína. Concretamente es bien conocido el efecto negativo en la absorción de grasa. Las fibras dietarías ricas en ácidos urónicos y compuestos fenólicos, por ejemplo, tienen la capacidad de secuestrar e incluso unirse químicamente a los ácidos biliares. Así también se han publicado estudios que hacen referencia a la reducción en la digestibilidad de minerales e incluso del propio almidón.

Por el otro lado y dependiendo de sus características físico-químicas y nivel de uso, existen indicadores que demuestran que la inclusión de fibra en la dieta podría incluso aumentar la digestibilidad de algunos nutrientes, mejorar la integridad del tracto gastro intestinal, asegurar la salud intestinal y el bienestar animal así como acentuar el desempeño animal. Son muchos los estudios que demuestran el impacto positivo en la motilidad intestinal, en el desarrollo de la molleja, en el crecimiento de las vellosidades intestinales, en el aumento de la secreción de enzimas pancreáticas, en la reducción de la incidencia de cama húmeda, en la reducción de la prevalencia de patógenos como la E. Coli y Clostridium perfringens, así como en la reducción de la incidencia de estereotipias. De hecho, la adición de un porcentaje mínimo de fibra en las dietas de la cerda gestante es obligatorio en algunos países para mejorar el bienestar animal.

Los estudios en medicina humana son amplios y avalan el concepto de la “nutrición funcional” ya que la fibra se ha relacionado con la reducción de incidencia de patologías cardiovasculares, así como la de cáncer y la regulación del mecanismo de saciedad. Se ha demostrado que la fibra puede disminuir indirectamente la síntesis de colesterol y de insulina hormonal que interviene en su síntesis. También tienen características hipocolestorémicas los ácidos grasos de cadena corta (acetato, propionato y butirato) que se producen en el colón como consecuencia de la fermentación de la fibra.

Las propiedades de solubilidad y viscosidad tienen profundos efectos en la funcionalidad de fibra tanto durante el procesamiento de alimentos como en el trayecto gastrointestinal. Si la estructura del polisacárido es la de una matriz cristalina (celulosa), es muy probable que sea energéticamente más estables, es decir insoluble; y por el contrario mientras sea mayor la ramificación (goma de acacia), con presencia de grupos iónicos (pectina metoxilada) se incrementa la solubilidad.

Por regla general es la fibra soluble la que presenta mayor inconveniente, ya que sus propiedades hidrofilicas y adsortivas retardan la digestión y absorción de los nutrientes principalmente en aves jóvenes, pues se considera que su aparato digestivo no está preparado para su digestión. En el pollo, por lo general, la inclusión de fibra soluble puede provocar un aumento del recambio celular y puede ocasionar un incremento en la secreción del nitrógeno endógeno constituido por proteína y ADN. Esto sugeriría una exfoliación de las células de la mucosa intestinal debido a una erosión mecánica. En animales de mayor edad y más aún en cerdos, el poder fermentativo de la flora del intestino grueso permite la digestión de los polisacáridos y su conversión en ácidos grasos volátiles de alto valor nutricional dado que se utilizan como fuente adicional de nutrientes para las células epiteliales, así como un combustible oxidativo para los tejidos corporales. Así también, el ácido butírico producido durante la fermentación podría ayudar a mantener el estado inmunológico del animal.

En general, hay más de 500 especies de bacterias celulolíticas asi como hongos y protozoos en los ciegos y colon de aves, cerdos y conejos cuya actividad depende de los residuos no digestibles en esta zona, entre los que se encuentran los carbohidratos. En general, la fermentación de la fibra varía de acuerdo al grado de solubilidad desde una fermentación completa (pectina), pasando por fermentación mediana (hemicelulosa) y hasta una fermentación nula (lignina).

Para poder beneficiarnos de los efectos positivos de la fibra y a la par, prevenir posibles efectos negativos derivados de las características físico químicas de la misma, así como del contenido en factores antinutricionales, la tendencia actual es la adición de enzimas carbohidrasas. A tener en cuenta, en cuanto a la susceptibilidad a la digestión enzimática de los polisacáridos no amiláceos, esa puede variar desde la resistencia al ataque enzimático, ya sea por ser fibra altamente lignificada o hidrofóbica insoluble, a la fracción más vulnerable a la acción enzimática de las paredes celulares del endospermo. Esta última es más susceptible al ataque enzimático, en cumplimiento de su función estructural en la planta ya que, durante la germinación, la degradación del almidón, grasa y proteína, es un proceso clave que exige la destrucción de la pared celular para el acceso de las propias enzimas endógenas.

Los monogástricos, carecen de estas enzimas endógenas y por ello se procede a facilitar el acceso a esta fracción mediante la trituración física del pienso a través del molido y, una vez dentro del animal, en suplementar con enzimas Carbohidrasas potenciando el proceso de la destrucción física y con ello el de digestión.

Hay, siempre, que tener en cuenta que la acción de las enzimas es muy específica al sustrato y que para poder digerir una estructura tan compleja como es la fibra, necesitaríamos la acción de múltiples enzimas que permitan la “rotura” de varios tipos de enlaces presentes en la misma. La complejidad del perfil de polisacáridos no amiláceos del sustrato, determina la necesidad del uso de un producto enzimático que sea complejo en su composición en actividades enzimáticas. El espectro amplio de actividades asegurará un rango de actuación más amplio, sobre varios tipos de sustratos y la mejora del valor nutricional de la dieta.

Las estrategias nutricionales para apoyar la producción de alimentos para animales de alta calidad, bajo costo y seguros son una necesidad en la actualidad y las relaciones entre salud, nutrición, bienestar y medio ambiente deben ser tomadas en cuenta.

En este ámbito, las enzimas de degradación de fibra, polisacáridos no amiláceos (Carbohodrasas), como los complejos enzimáticos basados en xilanasas, son de especial interés para optimizar la producción animal, ya que su uso traerá una ventaja económica a través de un mayor rendimiento zootécnico o de menores costos de alimentación (debido a la capacidad de las enzimas para mejorar el contenido de energía metabolizable del alimento).

Junto con la reducción eficiente de la viscosidad, las carbohidrasas hidrolizarán los arabinoxilanos insolubles; esta acción desbloquea los nutrientes (principalmente almidón, proteínas y lípidos) que se encuentran atrapados en las paredes celulares de las materias primas de origen vegetal, permitiendo además la acción de otras enzimas endógenas.

Diferentes carbohidrasas tendrán diferentes tasas de eficiencia en los pasos de hidrólisis dependiendo de varios factores, como el origen microbiano de la enzima, el tipo de enzima, las propiedades de selectividad del sustrato, etc.

El uso más común de las Carbohidrasas es mediante una estrategia de reformulación del alimento: la atribución de una matriz nutricional a un producto enzimático, afectará directamente los costos del alimento sin comprometer el rendimiento del animal y puede permitir el uso de materias primas alternativas y dietas con menos densidad energética.

En un estudio diseñado para probar la eficacia de un producto comercial (Hostazym® X), que es un complejo multienzimatico producido a partir de una cepa de Trichoderma longibrachiatum y bajo un proceso de fermentación en superficie, utilizando como substrato salvado de trigo, del cual se muestra su perfil de actividades enzimáticas en la siguiente tabla. 

En este trabajo se comprobaron las diferentes actividades en la liberación de nutrientes y energía de diferentes materias primas, se asignaron 336 pollos de engorde Ross 308 a un ensayo de digestibilidad. Las dietas de tratamiento se formularon en base a una materia prima objetivo (es decir, 65% de cereal combinado con 35% de alimento complementario o subproducto de proteína base combinado con base de trigo y maíz de alimento complementario) con o sin Carbohidrasas a 1500 EPU/ kg. El estudio de digestibilidad en pollos de engorde se realizó desde los 18 a los 22 días. 

Los resultados del estudio se muestran en la Tabla 1 y la Figura 1. 

Los resultados muestran que el producto probado puede liberar eficientemente nutrientes (energía) de diferentes materias primas y respaldan su flexibilidad para ser utilizado en una amplia gama de formulaciones de dietas, siendo una herramienta nutricional confiable para optimizar los costos de alimentación y, por consiguiente, la producción animal.

Tabla 1. Efecto de la adición de Hostazym® X en la digestibilidad de nutrientes de diferentes materias primas

Figura 1. Efecto del producto comercial en la producción de heces en los pollos entre día 18 y 22 de edad.