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Tratamiento de las materias primas con ácido fórmico o formaldehido, puntos a considerar

Publicado el: 23/8/2021
Autor/es: Dr. Joshua Jendza y Dr. Lily Li. BASF Nutrición Animal

Para muchos clientes, cuando piensan en utilizar preservativos químicos en el alimento, su primer pensamiento es el formaldehido. Particularmente, si ellos están buscando un  material que les asista en el control de Salmonella SPP. El formaldehido ha venido siendo utilizando como agente de control de Salmonella desde 1998 y puede ser bastante efectivo. Sin embargo, en el 2017, el uso del formaldehido en alimento de pollos fue prohibido por los países miembros de la Unión Europea, lo que ha llevado a fábricas de alimento que utilizaban este producto, a mejorar la higiene en el alimento. En enero del 2018, el ácido fórmico fue clasificado como el único agente mejorador de la higiene en el alimento en la Unión Europea.  En general, el formaldehido ha sido un medio eficaz para la reducción de la contaminación por Salmonella en el alimento terminado, pero la aplicación de este viene con algunos inconvenientes que en efecto, no comparte con el ácido fórmico.


Carcinogénesis

Uno de los mayores traspiés del uso del formaldehido, ha estado relacionado con la salud y seguridad de los operarios. Pese a que tanto el ácido fórmico como el formaldehido está categorizados como sustancias peligrosas, el ácido fórmico no está considerado como carcinogénico; en cambio el formaldehido está clasificado como:

.- Probablemente carcinogénico para humanos por la US EPA, 1987
.- Carcinogénico en humanos (Grupo 1) por la IARC en 2006
.- Un “conocido carcinogénico humano” por el Departamento de Salud y Servicios humanos del programa de Toxicología Nacional, EEUU en 2011.

Ahora, dada la clasificación del formaldehído como carcinogénico, así como otras sustancias con clasificación peligrosa, no significa que no pueda ser utilizado de manera segura, pero sí indica que se deben de tomar medidas adicionales de cuidado para su aplicación y, estas medidas adicionales, vienen acompañas de costos adicionales.


Aceptación del Mercado de exportación

Además de la parte técnica hay un tema que en efecto, necesita ser considerado, al menos para aquellas compañías que exportan tanto alimento terminado como ingredientes para esta industria, tales como harinas de pescado, o harinas de carne y hueso, es la situación regulatoria. Hasta hace poco, la mayoría de las jurisdicciones aceptaban la presencia de formaldehido en estos ingredientes como parte de un control para la Salmonella spp y para las certificaciones respectivas. Sin embargo, la comisión europea, ha decidido no reautorizar el uso del formaldehido como aditivo para los alimentos animales. Este cambio es, en efecto, una prohibición directa al formaldehído, lo cual deja como única alternativa al ácido fórmico, recientemente etiquetado como “mejorador de la higiene en el alimento” en las categorías funcionales de Europa desde enero 2018.

Los productores que continúan utilizando el formaldehído están esencialmente bloqueado de uno de los mayores mercados del mundo. Así mismo es posible que muchos países, sigan el ejemplo de la Unión Europea en el futuro.


Proteína y formaldehído

Ambos, tanto el ácido propiónico como el formaldehído han mostrado repetidamente su capacidad inhibidora contra Salmonella spp. Pero, una evidencia creciente sugiere que mientras el formaldehído es efectivo para el control de Salmonella, a la vez, tiene un impacto negativo en la disponibilidad de la proteína en aquellos alimentos e ingredientes tratados con este producto. El ácido fórmico, en cambio, aparece como un mejorador de la disponibilidad de la proteína. La principal diferencia proviene de cómo los dos químicos inhiben el crecimiento bacteriano.

El mecanismo de acción del formaldehído consiste principalmente en la desnaturalización de las proteínas y la formación de enlaces cruzados entre las mismas (Figura 1). Estos enlaces, similares a los enlaces complejos que vemos en la fibra dietética, o los enlaces de puente disulfuro encontrados en materias primas altas en cisteína, tales como la harina de plumas, interfieren con la digestión enzimática normal. Esto es parte del proceso de cómo el formaldehído puede eliminar a la Salmonella y a la vez es el porqué productores de materias primas de rendering esperan una pérdida de uno o dos puntos en el valor de la proteína luego que las materias primas, sean tratadas con este aditivo.

Tratamiento de las materias primas con ácido fórmico o formaldehido, puntos a considerar - Image 1

Figura 1. Gustafsson et al., 2015.

Los consecuentes enlaces son ilustrados majestuosamente por Campbell, et al., (2018 a,b) en un par de estudios donde observaron la interacción entre el punto de aplicación del tratamiento de formaldehído y el desempeño de los lechones. Primero, ellos aplicaron formaldehído directamente a un plasma animal (spray-dried) antes de la formulación en la dieta. Ellos no reportaron diferencias en los análisis proximales del alimento (DM, N, cenizas) pero reportaron una reducción en 3% en el IgG en el plasma de estos animales (reducción relativa de 24%). Esto se tradujo en una reducción en 10% en la ganancia de peso diaria (ADG) y un 11% en la reducción de ingesta de alimento (ADFI). En un segundo estudio, ellos aplicaron el formaldehído a la dieta completa, en vez de a materiales individuales. En las pruebas reportaron una reducción del 3% en el peso a los 14 días, una reducción del 14% en la ADG y un 4% en el ADFI. Pese a ser magnitudes comparables, no se observaron diferencias estadísticamente significativas. Esto se debe posiblemente al uso de un diseño menos poderoso en el segundo estudio (10 reps/tratamiento en la prueba del alimento y 12 reps/tratamiento en la prueba de ingredientes) Greiner et al. (2017), reportaron que fue necesaria una sobre-formulación de aminoácidos de un 15% para superar el efecto negativo del tratamiento con el formaldehído en el alimento de los lechones y que el ADG fue maximizado solamente si los aminoácidos, la fitasa y las vitaminas eran sobreformuladas en un 15%.

Para estar claros, la interacción entre el formaldehído y la proteína dietaria no son los únicos factores que afectan la nutrición de los cerdos, pero es el resultado de la interacción química con los ingredientes como tales. Por ejemplo, Schmidt et al. Condujeron una serie de pruebas en 1970 donde reportaron un consistente efecto negativo en el tratamiento de formaldehído y la digestibilidad de la proteína de Soya en novillos, ratas y ovejas (1973 a,b;1974). Spears et al. (1980) reportó un efecto negativo linear y cuadrático del formaldehído en la ganancia total de peso, consumo de alimento y el ratio ganancia:alimento en aves alimentadas con diferentes niveles de formaldehído. Esto es posiblemente debido a la reducción de la disponibilidad de la proteína. Incluso en la data que fue utilizada para registrar el formaldehído en la Unión Europea (EC, 2002), fueron mostrados efectos negativos consistentes en el desempeño de los cerdos (Figura 2) y pollos (Figura 3). Una vez más, la explicación más plausible es que el desempeño fue reducido debido a la interacción formaldehído-proteína. 

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Figura 2. Experimento 1 (Celeste), experimento 2 (Azul) y experimento 3 (naranja) en el uso de formaldehídos en alimentación de cerdos (EC, 2002).

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Figura 3. Experimento 2 (Azul) y experimento 3 (naranja) en el uso de formaldehído en alimento de pollo de engorde (EC,2002).

Proteína y ácido fórmico

Mientras el formaldehído ejerce un control microbiano a expensas de la disponibilidad de la proteína en el alimento, el ácido fórmico ha mostrado consistentes mejoras en el desempeño, eficiencia y disponibilidad de nutrientes. Esto es debido a que el mecanismo de acción del ácido fórmico consiste principalmente en crear un ambiente hostil para las bacterias y no directamente sobre las estructuras proteicas. El ácido fórmico trabaja reduciendo el nivel de pH por debajo de los niveles a los cuales las bacterias, tales como la Salmonella pueden crecer. Reduciendo el pH en el alimento, puede generar una mejor acidificación del intestino, mayor actividad enzimática tanto endógena como exógena (Blanke et al., 2012 & 2013) y por ende una mejora general en eficiencia alimenticia y disponibilidad de nutrientes.

Una revisión sobre acidificación de alimento para cerdo por Tung y Pettigrew (2006), reporta que los acidificantes mejoran la digestibilidad de la materia seca en 0.82% y la proteína cruda en 1.33% (Tabla 1). En cuanto al desglose por tipo de ácidos, se encontró que el ácido fórmico mejora la digestibilidad de la proteína cruda en 1.64% en promedio. Jendza et al. (2016), reportó mejora en la eficiencia alimenticia de cerdas lactantes y lechones en 2.9% en respuesta a 9g/kg de Amasil NA.

Tabla 1. Resumen de los efectos de los ácidos en la digestibilidad de la materia seca (DM) y la proteína cruda (CP). Adaptado de Tung y Pettingrew (2006). 

 

 

Adollahi et al. (2018), reportaron que la acidificación de alimento de pollo de engorde con Amasil NA mejora la ganancia de peso en un 2% y la digestibilidad ileal de la materia seca, Nitrógeno, almidón, grasa y fósforo en 4.3%,2.4%,1.7%, 2.9% y 8%, respectivamente en una prueba donde se inoculó Salmonella de manera oral, Adhikari et al. (2017) reportaron reducciones en la prevalencia de Salmonella, así como una mejora en la eficiencia alimenticia debido a la acidificación del agua con Amasil NA. (Figura 4 y 5).

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Figura 4. Efectos de Amasil NA en  reto con Salmonella typhimurium, 9 días post-inoculación oral. (Adhikari et al., 2017).

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Figura 5. Ratio conversión alimenticia en broilers aditivados con Amasil NA y expuestos a reto por Salmonella typhimurium (Adhikari et al., 2017).

Inhibición de Bacterias en el alimento.

En pruebas de descontaminación del alimento, ambos productos han mostrado ser bastante efectivos. En el 2015, se condujeron pruebas de comparación de descontaminación con un cliente y se recolectaron muestras de alimento tratadas con 0.3% producto con formaldehído o con 0.3% y 0.5% de Amasil NA sin contaminación artificial con bacterias. No se detectó salmonella en esta prueba, pero se pudieron observar los niveles de reducción en ambas de E. Colil y el conteo total de coliformes en el alimento tratado (Figura 6). Al enfocarse en la interacción del tipo de alimento, se encontró que con 0.5% de Amasil NA, se alcanzaron reducciones de los coliformes totales comparables con la adición de 0.3% de formaldehído, pero en el alimento pelletizado, la reducción fue idéntica en ambos productos tratados con 0.3% y se pudo observar una mayor reducción al utilizar 0.5% de Amasil NA.

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Figura 6. Efecto principal del formaldehído y Amasil NA en la contaminación microbiana del alimento de pollos.

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Figura 7. Interacción entre los tratamientos químicos (Forlmadehído vrs. Amasil NA) en las dietas en diferentes presentaciones (harina vrs. Pellet) en el conteo total de coliformes en un alimento de pollo naturalmente contaminado.

En otra prueba realizada con un cliente, se elaboró alimento pelletizado de pollo de engorde utilizando un producto a base de formaldehído a dosis de de 0.4% y un 0.11% de Amasil NA. El alimento luego de pelletizado fue inoculado con Salmonella para comparar su habilidad o resistencia a la contaminación en el alimento. Al día uno de la inoculación no hubo diferencias en el conteo de Salmonella en ambos tratamientos, pero al día siguiente, encontramos que el formaldehído y el ácido fórmico redujeron el conteo de Salmonella en 1.7 y 0.9 cfu/g10 cfu/g, respectivamente (Figura 8) o cercana a la mitad como mucho (en una escala logarítmica) con un cuarto del nivel de inclusión.

Tratamiento de las materias primas con ácido fórmico o formaldehido, puntos a considerar - Image 1

En una prueba de sanitización de alimento, se observó la interacción entre la dosis y el tiempo (Jendza et al., 2018) y se encontró que una inclusión de 1% de Amasil NA reducía el conteo de Salmonella en más de 0.7log10 cfu/g en un día de desafío y hasta 3.7 log10 cfu/g en las primeras semanas (rendering el alimento sin Salmonella; figura 9).

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Figura 9. Recuperación de Salmonella en el tiempo de alimento en harina con dosis incrementales de Amasil NA.

Conclusiones

Ambos productos, tanto el ácido fórmico como los formaldehídos han demostrado ser altamente eficaces en la inhibición del crecimiento de bacterias, tales como la Salmonella. Sin embargo, ya que el mecanismo de acción de ambos es diferente, tienen diferentes propuestas de valor a los usuarios potenciales. El formaldehído posee algunos riesgos en la seguridad de los operarios que necesitan mayor atención para ser mitigados, adicional el incremento en las preguntas de aceptabilidad regulatoria de los materiales destinados a exportaciones y  tiene un costo adicional sobre el valor nutricional del alimento sobre el que es aplicado. El ácido fórmico, por su parte, tiene un potencial de acción más lento sobre las bacterias, pero la evidencia sugiere que, en realidad, puede mejorar el valor nutricional del alimento y materias primas donde es aplicado, entregando entonces un valor adicional que no había sido considerado en la comparación inicial.

 
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