Evaluación de la eficacia de un adsorbente de un amplio espectro de micotoxinas

Publicado el: 4/10/2021
Autor/es: Dra. Anne-Sophie Hascoët y Dr. Paul W. Cardozo.

Introducción

Según la FAO, las micotoxinas son metabolitos secundarios tóxicos de hongos pertenecientes en su mayor parte a los géneros Aspergillus, Penicillium y Fusarium. Se estima que el 25% de los cultivos alimentarios mundiales se ve afectado por hongos productores de micotoxinas, siendo 1/3 en los países de Asia-Oceanía (Khatoon y Abidin, 2018; FAO, 2020). Se han descrito más de 400 tipos de micotoxinas que se producen naturalmente (Khatoon y Abidin, 2018; Ogunade et al., 2018). En producción animal, se controla especialmente la presencia de aflatoxinas, ocratoxinas, zearalenona, deoxinivalenol y fumonisinas.

Las micotoxinas provocan múltiples efectos perjudiciales (ya sea por una intoxicación aguda o crónica). Estas toxinas impactan negativamente el rendimiento productivo de los animales (menor consumo de alimento, menor crecimiento, peor índice de conversión, etc.). Las micotoxinas pueden tener un efecto sinérgico entre sí (Santin, 2014; Khatoon y Abidin, 2018) y causan inmunosupresión, aumentando la susceptibilidad a otras infecciones, empeorando los resultados de los programas de vacunación, entre otros. La inmunosupresión se explica, en parte, por la inhibición enzimática que conlleva a una menor síntesis proteica (menor respuesta humoral). Por otra parte, los hongos, antes de producir toxinas, utilizan los nutrientes de los granos para crecer y generan pérdida nutricional (de energía mayoritariamente) (Santin, 2014).

Un método práctico, seguro, de elevada eficiencia, eco-friendly para reducir el efecto negativo de estas micotoxinas es el denominado “adsorción de micotoxinas”; es un proceso practicado en todo el mundo, de bajo costo y que presenta, finalmente, un balance costo-eficacia favorable (Li et al., 2018; Ogunade et al., 2018). Este proceso de adsorción puede llevarse a cabo con ciertas arcillas, compuestos orgánicos o incluso con sustancias biológicas. El objetivo es la reducción de la biodisponibilidad de estas micotoxinas en el tracto gastrointestinal limitando así la absorción y el paso hacia la sangre y a los diferentes órganos diana. Las micotoxinas desactivadas son entonces excretadas a través de las heces (Ogunade et al., 2018).

Las arcillas (aluminosilicatos que incluyen bentonitas, montmorillonitas, smectitas, caolinitas, etc.) son adsorbentes minerales. Los HSCAS (Hydrated sodium calcium aluminosilicate) y montmorillonita son los más estudiados y utilizados. Estos adsorbentes forman un complejo estable, no digerible e irreversible con, por ejemplo, las aflatoxinas y en un amplio rango de pH (2-10) y temperatura (25-37ºC). Las diferencias entre las arcillas conciernen la capacidad de intercambio iónico, área de adsorción, tamaño de partícula, forma y distribución. La arcilla tipo montmorillonita (como la bentonita compuesta esencialmente por montmorillonita) es la arcilla con mejor capacidad de intercambio iónico. Otros adsorbentes minerales son las zeolitas, sepiolitas, entre otros (Vila-Donat et al., 2018).

Dentro de los adsorbentes orgánicos, se encuentran bacterias, hongos, enzimas, entre otros. La eficacia de la degradación microbiológica y enzimática dependen del pH, temperatura, concentración de microorganismos/enzimas, nutrientes, oxígeno y otros sustratos, concentración de iones, entre otros. Se debe tener cuidado con la generación de otros metabolitos que pueden ser aún más tóxicos (procesos aún difíciles de estudiar). Como suelen estar presentes más de una micotoxina en los alimentos, una sola enzima no es suficiente, se deberá usar en combinación con otros adsorbentes. Una opción interesante es combinar compuestos biológicos con adsorbentes arcillosos (Ogunade et al., 2018).

El efecto del uso de las levaduras como adsorbente es causado por la adhesión de la toxina a los mayores componentes de la pared celular, los mananos y β-glucanos. Las paredes de levadura son capaces de adsorber aflatoxinas, ocratoxinas, toxina T-2 y zearalenona. El grado de adsorción puede variar en función de la concentración presente de micotoxinas y sobre todo de la calidad y eficacia del tipo de levadura a utilizar. Se les atribuye un beneficio adicional ya que los β-glucanos y MOS (manano-oligosacáridos) mejoran también el rendimiento productivo estimulando las respuestas inmunitarias (Ogunade et al., 2018).

Eficacia de la bentonita sódica activada

Actividad adsorbente 

Actualmente, muchas bentonitas y otras arcillas adsorbentes de micotoxinas están comercialmente disponibles en todo el mundo. No obstante, su eficacia depende de 2 parámetros: (i) Capacidad de intercambio de cationes (CIC, expresada enmeq/100 g) que es la cantidad de cargas negativas que permiten atraer cargas positivas de las micotoxinas. Un alto valor de CIC de la bentonita se traduce en una mayor habilidad en la quelación de micotoxinas. Un valor reducido de CIC de la bentonita conducirá una pobre habilidad adsorbente, y (ii) Área específica o área superficial (se determina a partir de medidas de adsorción de nitrógeno (N2) y se mide en m2/g) que representa la superficie disponible para los procesos de adsorción. Así, a mayor área superficial, mayor número de puntos de adsorción útiles.

El área específica de la bentonita es muy elevada (Tabla 1). Esta arcilla presenta una mayor selectividad hacia micotoxinas versus a nutrientes esenciales como los ácidos grasos, lo que se traduce en mayores posibilidades de dosificación y mayor eficiencia. La bentonita y la clinoptilolita presentan un elevado CIC lo que significa que generan un importante campo eléctrico interior. La elevada área específica que posee el carbón activo permite una alta eficiencia de retención, pero de baja especificidad, lo que puede afectar la disponibilidad de varios tipos de nutrientes esenciales (Castañeda Sánchez et al., 2012).

Tabla 1. Características de diferentes materiales adsorbentes, elaborado a partir de Castañeda-Sánchez et al. (2012) y de un estudio interno (2018).

  Materiales

Caolinita

Bentonitas

Sepiolita

Clinoptilolita

Carbón activo

  CIC (meq/100 g)

10

100-200

20

170

-

  Área específica (m2/g)

20

100-300

350

40

500-1000

  Expansible

No

No

No

No

En el caso de las bentonitas, se producen sustituciones entre cationes de diferentes capas que cuando son de distinta valencia crean déficit de carga (presentan entonces una carga negativa). Para compensar este déficit son atraídos cationes, y en especial, cationes de las micotoxinas u otras toxinas. La entrada de agua y cationes entre las capas es muy fácil, lo que permite que las esmectitas se expandan fácilmente generando mayor capacidad de absorción (Castañeda Sánchez et al., 2012).

En un estudio llevado a cabo en la Universidad de Lleida, España (2018), la bentonita sódica de MPA fue evaluada al 0,02% en 2 jugos fisiológicos simulados, gástrico e intestinal, con 5 micotoxinas diferentes a diferentes concentraciones. Los resultados confirman que la bentonita de MPA fue la más efectiva respecto a otras bentonitas sódicas típicamente disponibles en el mercado (Figura 1). Estos resultados se pueden explicar porque la bentonita sódica seleccionada por MPA Veterinary Medicines and Additives se somete a un proceso tecnológico novedoso de modificación llamado activación tenso-modular (que incluye electrolitos, agentes tensioactivos y partículas cargadas). Este proceso permite modificar la propiedad reológica de la bentonita y aumentar la capacidad de adsorción y la especificidad evitando la captación simultánea de nutrientes.

Figura 1. Valores de adsorción de diferentes micotoxinas de la bentonita MPA respecto a otras bentonitas disponibles en el mercado en jugo gástrico (Estudio interno, 2018).

La eficacia del producto MycoActive Plus no sólo se basa en el mejoramiento tecnológico de la bentonita, sino también en la combinación sinérgica con un extracto de paredes celulares de levadura ampliando su espectro de acción sobre otras micotoxinas. 

El producto actúa por adsorción y desactivación de las micotoxinas, manteniendo la integridad de los órganos diana y estimulando el sistema inmunitario de los animales. Además, como indican Lei et al. (2013), tanto la bentonita (montmorillonita) como las paredes celulares de levadura son capaces de reducir las concentraciones de lipopolisacáridos (LPS o endotoxina) en diferentes tramos del tracto gastrointestinal. En consecuencia, se reducen los niveles de proteínas de fase aguda en plasma, proteínas producidas cuando se activa la inmunidad innata y mejora el rendimiento de animales de producción (Lei et al., 2013).

Valoración in vitro de la capacidad adsorbente de mycoactive plus sobre diferentes micotoxinas 

La prueba fue llevada a cabo en 2021 en la Universidad de Lleida bajo la supervisión del Dr. Antonio Ramos Girona.


METODOLOGÍA

El estudio se realizó teniendo en cuenta los siguientes parámetros:

  • Compuesto adsorbente a ensayar: MycoActive Plus (MPA Veterinary Medicines and Additives, España).
  • Dos medios de ensayo: jugo gástrico simulado (pH aprox. 3.0) y jugo intestinal simulado (pH aprox. 6.8).
  • Concentración de adsorbente: 0.4% p/v, con respecto al jugo ensayado.
  • Temperatura del ensayo: 37 ºC.
  • Toxinas que ensayar por cada muestra: 100 ppb de aflatoxina B1 (AFB1), aflatoxinas totales (AFT: AFB1+AFB2+AFG1+AFG2), 100 ppm de fumonisina B1 (FB1), 200 ppb de ocratoxina A (OTA), 5 ppm de toxina T-2 (T-2) y 1 ppm de zearalenona (ZEA).
  • Se realizó un control positivo (con toxina y sin adsorbente) por triplicado, y un control negativo (sin toxina y con adsorbente) por duplicado.
  • Determinación de las toxinas: se aplicó un análisis por triplicado mediante HPLC con determinación por fluorescencia o absorbancia según micotoxina. En el caso de la toxina T-2 el análisis se efectuó mediante la técnica ELISA. Todo el ensayo se repitió 3 veces.

Simulación de los jugos fisiológicos:

  • Jugo gástrico simulado (para 1 litro): 2.0 g de NaCl y 3.2 g de pepsina porcina purificada. Se ajustó el pH a 3.0.
  • Jugo intestinal simulado (para 1 litro): 6.8 g de fosfato potásico monobásico, 77 mL de NaOH 0.2N, 1.25 g de pancreatina purificada (de máximo 25 unidades USP de actividad amilasa, 25 unidades USP de actividad proteasa y 2.0 unidades USP de actividad lipasa por gramo), 8.75 g de lactosa (para ajustar la actividad enzimática de la pancreatina). Se ajustó el pH a 6.8.


RESULTADOS

Los resultados obtenidos en ambos jugos fisiológicos se presentan en la Figura 2. El porcentaje de adsorción se obtiene midiendo las concentraciones de micotoxinas obtenidas en el tratamiento y comparando con el grupo control positivo (con toxina y sin adsorbente).

A la vista de los resultados obtenidos en jugo gástrico, representados en rosa en la Figura 2, MycoActive Plus añadido al 0.4% (p/v) ha resultado ser, como era de esperar, muy eficaz (porcentajes de adsorción >95%) en la adsorción tanto de la aflatoxina B1 (AFB1) como de la combinación de aflatoxinas (AFT). Asimismo, ha resultado ser eficaz (porcentajes de adsorción entre el 50-90%) para el caso de la ocratoxina A, zearalenona y fumonisina B1. Para la toxina T-2 la capacidad de adsorción fue sólo del 16,6%.

En condiciones del jugo intestinal simulado (en verde en la Figura 2), podemos observar que el producto añadido al 0.4% (p/v) también ha resultado ser muy eficaz (porcentajes de adsorción superiores al 99%) en la adsorción tanto de la aflatoxina B1 (AFB1) como de la combinación de aflatoxinas (AFT). Asimismo, ha resultado ser también eficaz, entre 60-90% de adsorción para el caso de la ocratoxina A, zearalenona y fumonisina B1. Para la toxina T-2, la capacidad de adsorción observada fue del 20%, comparado con el control. 

Figura 2. Porcentajes de adsorción de MycoActive Plus obtenidos a partir de los jugos simulados gástrico e intestinal.

Evaluación de la eficacia de un adsorbente de un amplio espectro de micotoxinas - Image 3
AFB1: aflatoxina B1; AFT: aflatoxinas totales; FB1: fumonisina B1; ZEA: zearalenona; T-2: toxina T-2; OTA: ocratoxina A.

A la luz de los resultados, podemos observar que el producto tiene una gran eficacia inactivando las aflatoxinas en el estómago (99%) y el intestino (99%). Para el caso de la fumonisina (FB1), la eficacia a nivel estomacal fue de un 49%, lo que un 51% de FB1 pasaría al intestino. Sin embargo, el producto secuestra un 98% de FB1 en intestino. Esto indicaría que el grado de protección de el producto frente a la fumonisina supera el 99,1% a nivel general (Figura 3).

Para el caso de la ZEA, como muestra la Figura 3, podemos observar que el producto la desactiva en el estómago en un 85% lo que un 15% de ZEA pasaría al intestino. A este nivel, el producto retiene un 57% en intestino. Es decir, de ese 15% que llega al intestino 8,5% (57%) es retenido por el producto dando una protección frente a la ZEA a nivel general del 93,5%.

Para la ocratoxina A, se puede ver que la adsorción en jugo gástrico es de 57,2%. Considerando que a nivel intestinal se adsorbe 90,1%, logrando una protección total del 95,8% (Figura 3).

Para el caso de la T2, observamos una afinidad sólo del 16% a nivel gástrico, pasando un 84% al intestino. En esas condiciones, el producto mejora su eficacia a un 20%. Esto quiere decir que del 84% de toxina T2 libre, sólo un 16,8% es retenido por el producto dando como resultado un 33,8% de protección frente a T2 a nivel global (Figura 3).

Figura 3. Interpretación general de los resultados obtenidos.

Evaluación de la eficacia de un adsorbente de un amplio espectro de micotoxinas - Image 4

Como se mencionaba anteriormente, la eficacia de el producto no sólo se basa en el mejoramiento tecnológico de la bentonita, sino también en la combinación sinérgica con los β-glucanos purificados del extracto de paredes celulares de levadura, ampliando su espectro de acción por la afinidad iónica con algunas micotoxinas, especialmente, ZEA y OTA asegurando que estas micotoxinas queden retenidas para su eliminación en las heces. Asimismo, el pequeño tamaño de partícula mejora la superficie específica de contacto de la bentonita de MPA. Comparado con otras bentonitas disponibles en el mercado, esta característica favorece una mayor atracción de las cargas de las micotoxinas, quedando retenidas entre sus láminas y sin perder su fuerza de atracción hasta la salida del cuerpo del animal.


CONCLUSIONES

El producto (MycoActive Plus) actúa mediante adsorción y posterior eliminación de las micotoxinas y otras toxinas bacterianas, manteniendo la integridad de los órganos diana y estimulando el sistema inmunitario de los animales. el  producto permite un amplio espectro de acción reduciendo los efectos dañinos que pueden ocasionar las micotoxinas generalmente encontradas en América Latina (aflatoxina B1 y otras aflatoxinas, zearalenona, fumonisinas). Los resultados indican que, tanto en el medio gástrico como en el jugo intestinal, el producto es una estrategia eficaz para la adsorción irreversible de un amplio espectro de micotoxinas.

 Referencias disponibles bajo petición.

 
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