El azufre y el sulfato en la dieta: ¿son un problema?

De acuerdo con la base de datos francesa de alimentos balanceados, el contenido de azufre total de las materias primas de alimentos varía de menos de 0.5 g a más de 10 g por kg. Tales valores de azufre diferentes dependen de la composición de la materia prima misma, pero también de su origen y/o procesamiento. El contenido de azufre del grano integral (trigo o maíz) es relativamente bajo, por lo regular cercano a 1.3 g/kg. No obstante, el azufre en las materias primas derivadas de granos de cereales, como la harina de gluten de maíz alta en proteína, aumenta a más de 10 g/kg.

El contenido de azufre en la dieta está directamente vinculado a los aminoácidos azufrados, los ingredientes con sulfatos (por ejemplo, los minerales traza) y los coproductos de la industria de la molienda previamente tratados con ácido sulfúrico con la finalidad de mejorar la extracción de almidón. La gran variación del contenido de azufre total de los ingredientes en la dieta puede afectar el consumo total de este elemento y su posterior excreción por parte de los animales (55% del consumo en la orina), además de tener impacto en las consiguientes emisiones gaseosas de azufre del estiércol líquido porcino durante el almacenamiento anaeróbico.

A diferencia del amplio conocimiento del metabolismo de los aminoácidos azufrados, los requerimientos de azufre inorgánico han captado poca atención. Dado que diversas materias primas de alimentos y minerales tienen niveles elevados de azufre total, su consumo excede los límites tolerables en cerdos y afectan la salud intestinal. Además, como la absorción del azufre total en la dieta es cercana al 65% en cerdos, la excreción puede tener impacto en ambiente del suelo, el agua y el aire.

Las bacterias reductoras de sulfato lo pueden reducir a H₂S (véase la figura 1). Dichas bacterias se encuentran presentes en el tracto gastrointestinal (TGI) de los animales, las cuales influyen de forma importante en el ambiente intestinal, gracias a la producción de H₂S y a la competencia por los nutrientes. El sulfuro de hidrógeno interfiere en el metabolismo de los colonocitos y daña la mucosa intestinal Se le considera el tercer gasotransmisor, además del óxido nítrico y monóxido de carbono, el cual participa en la inflamación, motilidad intestinal, estrés oxidativo, curación de úlceras, tono vascular y apoptosis celular.

Dos experimentos llevados a cabo en Iowa State University con cerdos de 13 kg alimentados con azufre inorgánico, mostraron una reducción lineal de la ganancia diaria, además de que el mayor nivel de azufre en la dieta modificó los mediadores inflamatorios y las bacterias intestinales. Un tercer experimento realizado en Quincy, IL, Estados Unidos, con cerdos de 9 kg a los que también se alimentó con azufre inorgánico, demostró de la misma forma una reducción lineal de la ganancia diaria. En ambos estudios la reducción en la tasa de crecimiento se debió principalmente al efecto de la dieta en el consumo del alimento (véase la figura 2).

Figura 2. Ganancia diaria promedio de lechones alimentados con diferentes niveles de azufre (S) durante 35 días (Iowa: 0,29% 0,50% y 1,21% S Illinois: 0% 0,20% y 0,60 S)
Bajo S
Intermedio S
Alto S

En las cerdas primíparas, las cantidades graduales de azufre resultaron en un incremento de la acidez, del contenido de nitrógeno y azufre en el estiércol, así como de los compuestos relacionados con el olor, como el H₂S. Los efectos tóxicos de las sales de azufre inorgánico en las especies de monogástricos normalmente están relacionados con anormalidades del equilibrio hídrico en el TGI, que por lo general se manifiestan como diarrea, lo que resulta de la atracción osmótica del agua hacia el lumen intestinal.

La mayor parte del azufre consumido se recupera en la orina como sulfato. La mezcla de orina y heces bajo condiciones anaeróbicas conlleva al consumo de sulfatos en pocos días con una gran producción de sulfuro. Este agotamiento de sulfato y la acumulación de sulfuros indican una vía de reducción disimilatoria del sulfato involucrada por los microorganismos reductores de sulfato. El agotamiento se junta con el incremento aparente de ácidos grasos volátiles, en especial propionato y butirato, que las bacterias reductoras de sulfato necesitan para producir sulfuro. La presencia de dicho gas en las instalaciones afecta el tracto respiratorio y el bienestar animal, ya que el H₂S es sumamente tóxico.

Después de inhalado, el H₂S se disuelve en la sangre y se distribuye por todo el cuerpo (gracias a su naturaleza de alta liposolubilidad) e interactúa con algunas enzimas. El azufre inhibe la actividad de la citocromo C oxidasa, lo cual impacta en la cadena respiratoria mitocondrial y, por ende, el uso del oxígeno por parte de los colonocitos. Es también sabido que el H₂S limita la oxidación del butirato (responsable de casi el 70% de la energía de los colonocitos). A menudo, esta deficiencia de energía se relaciona con la prevalencia de colitis ulcerosa y el deterioro de la permeabilidad del intestino.

El contenido atmosférico mortal de H₂S en las instalaciones de producción es cercano a las 500 ppm, pero la legislación obliga a limitar la exposición de los empleados a menos de 10 ppm. Es importante mantener este límite para la seguridad de los empleados, ya que la literatura informa que el 33% de los accidentes está vinculado con la intoxicación con H₂S que provoca la muerte de empleados. En la mayoría de los casos, la exposición máxima de H₂S se da cuando las aguas residuales se mezclan antes de dispersarse en la tierra, bien conocido como "liberación repentina de H₂S", que es el aumento súbito (del 100% o más) de la tasa de liberación de H₂S medida durante cualquier período comparado con los anteriores.

En el estiércol líquido porcino, el H₂S se produce en condiciones anaeróbicas (como se mencionó anteriormente, el sulfato de la orina y heces se reduce a sulfito y después a sulfuro por las bacterias reductoras de sulfatos) o como resultado de la mineralización de los compuestos orgánicos azufrados de la dieta. En última instancia, el alimento es la principal fuente de azufre del estiércol, lo que significa que es posible reducir la producción y emisión de H₂S al elegir materias primas bajas en azufre.

El H₂S producido puede contribuir a las emisiones de olor y presentan riesgo de intoxicación tanto para porcicultores como para cerdos. Además, el H₂S es también un gas altamente corrosivo. Esto implica que, al almacenar el estiércol para producir biogás, debe eliminarse el H₂S para reducir los costos de mantenimiento del motor y generador en conjunto. Los costos asociados (que incluyen capital, transporte y gastos de operación) varían entre $3.70 y $6.43 dólares por kg de H₂S eliminado, dependiendo del método de eliminación. Parece ser que los métodos químicos secos son los más competitivos, con un costo capital estimado de alrededor de $10,000 a $50,000 dólares al año.

La elección de ingredientes de alimentos balanceados bajos en azufre influye en los daños que ocasiona a la mucosa intestinal, al tiempo que reduce el riesgo de toxicidad humana y porcina en las instalaciones.

Dado que las dietas bajas en azufre generan una menor excreción de azufre, debe considerarse un contenido máximo de azufre total en la dieta para reducir la producción de sulfuro durante el almacenamiento del estiércol de cerdos. Una estrategia clave del manejo del azufre es la selección adecuada de cada ingrediente (incluidos los minerales sin sulfato) para la formulación del alimento.