PRODUCCIÓN BOVINA DE CARNE
Director: Guillermo
Alejandro Bavera, Méd. Vet., Profesor Titular Efectivo de Producción Bovina de
Carne, Depto. Producción Animal,
Facultad de Agronomía y Veterinaria, Universidad Nacional de Río Cuarto,
Río Cuarto, provincia de Córdoba, República Argentina
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Alternativas a los antibióticos de
uso alimentario en rumiantes: probióticos, enzimas y ÁCIDOS orgánicos
G. Caja(1), E. González(1), C. Flores(1), M.D.
Carro(2) y E. Albanell(1). 2003. XIX Curso de Especialización FEDNA, Madrid.
1) Grupo de Investigación en Rumiantes, Universidad
Autónoma de Barcelona.
2) Departamento de Producción Animal,
Universidad de León.
1.- INTRODUCCIÓN
Entre las
acciones recientemente emprendidas por la Unión Europea (UE), en el marco de la
nueva política de seguridad alimentaria y de creación de la Agencia Europea de
Seguridad Alimentaria (EFSA), destaca la aprobación por el Consejo de Ministros
de Agricultura de la UE-15 en su reunión de 22/7/2003, sin debate y con pleno
consenso, de la nueva propuesta de directiva realizada por la Comisión Europea
(CE) en 2002 para la regulación del empleo de aditivos en la alimentación
animal y la prohibición del uso de antibióticos como aditivo en alimentos. Esta
propuesta COM(99)388-final, está todavía siendo debatida en la actualidad y
sustituirá a la antigua directiva del Consejo 70/524/CEE sobre aditivos
autorizados en alimentación animal, que se ha visto sometida a múltiples
revisiones.
Para los
antibióticos la nueva propuesta establece su prohibición generalizada, con un
periodo de uso restringido para 4 de ellos (hasta 1/1/2006), por tener un
principio activo no utilizado en humanos (avilamicina, flavofosfolipol,
monensina sódica y salinomicina sódica).
Estas
medidas, aunque esperadas, no por ello dejan de producir una problemática de
urgente y difícil solución en la práctica. Esto es debido a que, el empleo de
muchos aditivos y entre ellos los antibióticos, además de justificarse por
razones económicas inmediatas, tiene en muchos casos una justificación
razonable debido a la mejora de la eficacia de los procesos metabólicos y de la
salud de los animales.
El reto
actual, para el sector ganadero y la industria de piensos compuestos, es
conseguir hacer rentables sistemas de producción mas extensivos, que no hagan
necesario el uso de los antiguos aditivos que podían suponer un riesgo para la
salud del consumidor o para el medio ambiente, o conseguir unos efectos
semejantes con el uso de productos naturales, nuevos y sin riesgo. En cualquier
caso, la nueva directiva de la CE deberá ser tenida en cuenta y escrupulosamente
respetada.
En la nueva
directiva, de una manera general, las antiguas categorías de aditivos para
alimentación animal se han reagrupado en 5 nuevas según su función, y que
corresponden a:
♦
Tecnológicos
(conservantes, aglutinantes...)
♦
Sensoriales
(colorantes, aromatizantes...)
♦
Nutricionales
(vitaminas, aminoácidos...)
♦
Zootécnicos
(mejoradores de la flora intestinal, promotores de crecimiento no
microbianos...)
♦
Coccidiostáticos
Desaparecen así
la antigua categoría de ‘microorganismos’ y el término ‘probióticos’ por
demasiado generales, y se sustituye por la de ‘aditivos zootécnicos’ en la que
se incluyen los microorganismos y enzimas.
La nueva
directiva obligará a evaluar detalladamente los nuevos aditivos y a reevaluar
los antiguos (en un plazo de 7 años) para que demuestren su eficacia en
animales (P <
2.- EL ECOSISTEMA RUMINAL Y SUS
POSIBILIDADES DE MEJORA
El ecosistema
ruminal comprende una población compleja de bacterias anaeróbicas estrictas,
hongos y protozoos (Forsberg y Cheng, 1992) definidos por la intensa presión
selectiva del ambiente ruminal. Estos microorganismos en simbiosis se adaptan a
sobrevivir en condiciones de anaerobiosis no estricta, altos ritmos de
dilución, altas densidades de células y a la predación protozoaria, y han
desarrollado distintas capacidades para la utilización eficiente de los
complejos polímeros vegetales (i.e. celulosa y hemicelulosa). A pesar de su
complejidad, baja porosidad y variada capacidad de cristalización, los
compuestos fibrosos de las plantas son digeridos por la actividad simultánea de
todo el conjunto de enzimas microbianas presentes en el rumen (Chesson y
Forsberg, 1997).
Los alimentos
que llegan al rumen son fermentados hasta convertirse en productos metabólicos
comunes como son los ácidos grasos volátiles. Los ácidos grasos volátiles son
absorbidos directamente desde el rumen y pueden ser usados tanto en procesos
catabólicos (i.e. mantenimiento) como anabólicos (i.e. gluconeogénesis). Sin
embargo, el proceso de fermentación, aunque tiene muchas ventajas, también
resulta en significativas pérdidas de energía en forma de metano, hidrógeno y
calor. Así por ejemplo, cuando si la glucosa alimenticia se hiciese sobrepasar
el rumen (‘bypass’) y se absorbiese en el intestino delgado, la eficacia de
utilización de su energía aumentaría un 30%.
El rumen
degrada y fermenta eficientemente los polisacáridos estructurales por medio de
un número muy elevado de enzimas (polisacaridasas) producidas por su propia
microbiota. Por ejemplo, la degradación de los arabinoxylanos, polisacárido
estructural que se encuentra en las paredes celulares de los forrajes y en el
endospermo de los cereales, requiere una serie de enzimas trabajando
secuencialmente. Esencialmente, las enzimas que hidrolizan las cadenas de
arabinosa, el grupo acetil, el ácido ferúlico y el ácido glucurónico, actúan
primero seguidas por las xilanasas que se encargan de fraccionar las
principales cadenas de xilano. La descomposición de la celulosa necesita
también de una serie de enzimas que incluyen endo- 1,4 -D-glucanasas,
1,4 -D-glucano celobiohidrolasas y -glucosidasas.
La hidrólisis
de los polisacáridos estructurales hasta azúcares fermentables es por tanto un
sistema complejo de cooperación entre los microorganismos y sus enzimas. Estos
aspectos característicos de los procesos fermentativos ruminales en su orden
bioquímico y microbiológico, son de una importancia primordial al momento de
comprender y hacer más efectivas las tecnologías que incluyen las enzimas
exógenas como aditivos a los alimentos.
3.- PROBIÓTICOS
Aunque la CE
ha decidido no utilizar esta denominación, a efectos legales, por demasiado
general, su empleo está muy extendido y es favorablemente acogido por su
significado positivo en alimentación animal. El concepto de probióticos tiene
ya mas de un siglo de antigüedad y la introducción del término se atribuye a
Fuller (1989), aunque se ha visto sometido a múltiples definiciones, mas o
menos completas. Tal vez la definición mas adecuada sea la propuesta por
Havenaar y Huisin’t Veld (1992), según la cual los probióticos son: ‘cultivos
simples o mezclados de microorganismos vivos que, aplicados a los animales o al
hombre, benefician al hospedador mejorando las propiedades de la microflora
intestinal original’. Van Eys y den Hartog (2003) añaden que deben estar en una
dosis suficiente para modificar (por implantación o colonización) la microflora
de algún compartimiento del digestivo del hospedador. En la práctica suelen
presentarse bajo formas destinadas a ser administradas en el agua o en el
pienso.
Los
microorganismos que constituyen los probióticos son principalmente bacterias
capaces de producir ácido láctico, que son las mas conocidas, pero también se
incluyen bacterias no lácticas, levaduras y hongos (cuadro 1).
Cuadro 1.- Microorganismos utilizados como
probióticos en los animales y el hombre (R = especial interés en rumiantes).
Es importante
destacar que ésta es una primera e importante diferencia entre monogástricos y
rumiantes, en lo que se refiere a las posibilidades de utilización de los
probióticos. Esto es debido a que los rumiantes son capaces de producir
importantes cantidades de lactato y lactobacilos en el retículo-rumen en condiciones
naturales de acidez (i.e. raciones con elevado concentrado). Resulta así que
uno de los puntos de mayor interés del empleo de probióticos en rumiantes es
controlar la acumulación de lactato en el rumen, lo que se intenta conseguir
por medio de la estimulación de los microorganismos utilizadores de lactato y
estimuladores de la síntesis de propionato. En este papel, pocos probióticos
han sido todavía estudiados en el caso específico de los rumiantes. A efectos
prácticos los pre-rumiantes deberían considerarse como monogástricos, aunque
este concepto debe entenderse como temporal o funcional ocasional.
La
clasificación taxonómica de muchos de los microorganismos que constituyen los
probióticos comerciales es confusa, llena de errores y en continua evolución
por lo que su terminología de etiquetado debe ser cuidadosamente revisada
(Sanders et al., 2003). En general se trata de bacterias Gram +, mientras que
las patógenas suelen corresponder a géneros Gram (Salmonella,
Campylobacter, Escherichia coli,...). Por otro lado, a efectos prácticos, las bacterias esporuladas
resultarán mas fáciles de manejar y resistentes a las condiciones industriales
de fabricación de pienso.
El objetivo
de administrar probióticos es establecer una microbiota intestinal favorable
antes de que los microorganismos productores de enfermedades puedan colonizar
los intestinos, aunque, en el caso de las bacterias productoras de ácido
láctico, éste también inhibe la proliferación de muchas bacterias
potencialmente patógenas o no deseables en el intestino. Aunque existe
controversia sobre los mecanismos de actuación de muchos de los probióticos,
éstos trabajan fundamentalmente por ‘competencia de exclusión’ e incluyen la:
♦
Competición
por los receptores que permiten la adhesión y colonización de la mucosa
intestinal.
♦
Competición
por determinados nutrientes.
♦
Producción
de sustancias antimicrobianas.
♦
Estimulación
de la inmunidad de la mucosa y sistémica del hospedador.
Actualmente
se ha introducido el término de ‘Prebióticos’ (Gibson y Roberfroid, 1995; Snel
et al., 2002) que corresponden a ‘ingredientes no digestibles de los alimentos
que benefician al hospedador, estimulando selectivamente el crecimiento y/o la
actividad de uno o mas especies de bacterias indígenas del intestino grueso’.
Los prebióticos tienen la ventaja que estimulan a bacterias de efectos
favorables ya presentes en el intestino de un determinado individuo y adaptadas
a su ambiente. Todo parece indicar que se corresponden con los oligosacáridos
(manosa), polisacáridos no amiláceos (galactana) y almidones (Snel et al.,
2002).
3.1.- Las levaduras como probiótico
en rumiantes
Las levaduras
(Saccharomyces spp.) son sin duda uno de los probióticos mas utilizados en alimentación
animal, tanto en monogástricos como en rumiantes. Existe un relativo consenso
de que las mejores respuestas en rumiantes se han observado en el caso de vacas
lecheras, y los efectos reconocidos en rumiantes se atribuyen al aumento de la
celulolísis ruminal y del flujo de proteína microbiana al intestino (Newbold,
2003; van Vuuren, 2003).
Efectos en vacas lecheras
Los valores
medios esperados de la inclusión de levaduras vivas en la ración, normalmente
por alimentación individualizada (‘top feeding’) o en raciones completas,
corresponden a ligeros aumentos de la ingestión, la producción de leche y la
grasa en la leche, disminuyendo por lo contrario la proteína (Cuadro 2).
Cuadro 2.- Efectos relativos de la
suplementación con levaduras en vacas lecheras (van Vuuren, 2003).
La respuesta
positiva a las levaduras observada por van Vuuren (2003) ocurrió en 10 de los
12 experimentos revisados, sin que se pueda demostrar relación entre el aumento
de ingestión y el de producción, o una clara
influencia
del estado de lactación.
Estos
resultados son coherentes con la variación de los productos finales de
digestión ruminal esperados al aumentar la celulolísis y el flujo de proteína
microbiana, con un aumento del acetato y disminución del propionato. En consecuencia,
los precursores de la lactosa deben disminuir y de ahí el efecto negativo sobre
la proteína.
A las
levaduras se les atribuyen además ciertas propiedades de control del pH del
rumen, que ayuda a estabilizar, por lo que se recomiendan en raciones con mucho
concentrado y riesgo de acidez, Este es el caso al inicio de la lactación, como
consecuencia de cambio de ración, cuando es pequeñas la proporción de forraje y
cuando la ración base la constituye el ensilado de maíz. Por otro lado, las
levaduras pueden también considerarse como una fuente natural de vitaminas y
ácidos orgánicos (en especial málico) para la población microbiana del rumen,
lo que será posteriormente discutido. Van Vuuren (2003) ha analizado las
principales razones que justifican las diferencias entre experimentos,
destacando que, además de las debidas a las distintas cepas comerciales y dosis
y de levadura utilizada (media = 52× 109 cfu/d, variación =
Efectos en ovejas lecheras
Aunque muchos
de los experimentos que justifican los efectos positivos del empleo de las
levaduras en rumiantes se han realizado en ovino, en condiciones controladas de
laboratorio o en jaulas metabólicas, existe muy poca información sobre sus
efectos en condiciones prácticas en ovejas de ordeño. Los primeros resultados
publicados corresponden a Hadjipanayiotou et al. (1997), que no observaron
efectos significativos del empleo de levaduras en ovejas de ordeño alimentadas
con elevadas cantidades de concentrado.
Un reciente
experimento realizado por Caja et al. (resultados no publicados), en ovejas
lecheras de dos niveles de producción al inicio de la lactación y en
condiciones controladas de viabilidad de las levaduras después de la
granulación, no observan diferencias en la ingestión, producción y composición
de leche de las ovejas por efecto de la suplementación con levaduras (Cuadro
3). Posiblemente la elevada ingestión y rápido ritmo de paso observados en las
ovejas lecheras hayan limitado los efectos de las levaduras debido a un bajo
tiempo de actuación en el rumen.
Cuadro 3.- Efectos de la suplementación con
levaduras en ovejas lecheras (Caja et al., resultados no publicados)
Efectos en cabras lecheras
Respecto a
los efectos del empleo de levaduras en la alimentación de cabras lecheras,
aunque también existe escasa información publicada (Giger-Reverdin et al.,
1996; Hadjipanayiotou et al., 1997; Salama et al., 2002), todo parece indicar
la ausencia de diferencias entre tratamientos.
Estos
resultados podrían ser consecuencia de las menores condiciones de acidez
ruminal y mayores ingestiones de materia seca, en relación al vacuno lechero,
observadas en cabras lecheras. Otro factor a tener en cuenta es la temperatura
de fabricación de los piensos, tal como indican Salama et al. (2002a) que
utilizaron además levaduras en combinación con ácido málico, sin mostrar
efectos en la producción y composición de leche.
4.- ENZIMAS
Las enzimas
son proteínas que producen todos los organismos vivos, desde unicelulares al
hombre, y están presentes en prácticamente todos los procesos naturales. Actúan
como biocatalizadores que aceleran y aumentan la eficacia de los compuestos que
intervienen en las reacciones químicas, independientemente del estado
energético en que se encuentren. Las propiedades catalíticas de las enzimas se
deben a la forma tridimensional y la posición de los aminoácidos reactivos
dentro de su molécula de proteína. Sin las enzimas los alimentos no podrían ser
digeridos. Se han descubierto más de 3.000 enzimas hasta la fecha.
En el
contexto de los aditivos de alimentos para rumiantes, las enzimas tienen
interés para catalizar las reacciones degradativas que ocurren durante la
digestión tanto de los componentes de la pared celular (celulasas, xilanasas, -glucanasas, pectinasas...), como de su
contenido (amilasas, proteasas...). En el caso de los rumiantes, no se ha
considerado todavía de interés el empleo de fitasas y enzimas encargadas de
degradar toxinas presentes en algunas especies vegetales (i.e. tanasas) de la
pared celular de los alimentos.
4.1.- Actividad enzimática del rumen
La variedad
de enzimas presentes en el rumen viene dada, no sólo por la diversidad de su
comunidad microbiana, sino también por la multitud de enzimas fibrolíticas
producidas por microorganismos individuales. La digestión eficiente de
sustratos complejos en el rumen requiere de la acción combinada de muchas
enzimas.
Se han
propuesto dos modelos para describir la organización del sistema de enzimas
fibrolíticas siguiendo los mecanismos de síntesis y secreción en células
individuales. En el primer modelo, las enzimas actúan individualmente y en
sinergia para efectuar la hidrólisis de la celulosa. Este modelo tuvo su origen
en investigaciones en hongos aeróbicos representantes de algunos géneros que
incluían Trichoderma spp. Y Phanerochaete spp., y ha sido
revisado por Béguin y Aubert (1994). En el segundo modelo, las enzimas
individuales se acoplan formando un complejo multienzimático (i.e.
celulosomas). El complejo multienzimático celulosomal de la bacteria termófila Clostridium
thermocellum es el ejemplo más estudiado de este modelo. Por otra parte,
muchas celulasas contenidas en compuestos complejos de alta peso molecular, se
han identificado en bacterias ruminales (i.e Butyrivibrio fibrisolvens, Ruminococcus
albus y Fibrobacter succinogenes) y hongos ruminales (i.e. Neocallimastix
frontalis y Piromyces sp. (Forsberg et al., 1993).
Las bacterias
mas comunes con actividad enzimática sobre sustratos carbonados en el rumen
(Forsberg et al., 1993) son:
♦
Amilolíticas
y dextrinolíticas: Bacteroides amylophilus, Streptococcus bovis, Succinimonas
amylolytica y Succinivibrio dextrinosolvens.
♦
Sacarolíticas:
Bacteroides ruminicola, Butyrivibrio fibrisolvens y Selenomonas ruminantium.
♦
Celulolíticas:
Ruminococcus albu, R. flavefaciens, Fibrobacter succinogenes y Bacteroides
succinogenes.
La conversión
de celulosa en glucosa y posteriormente en piruvato es un proceso complejo y
poco conocido. La celulosa aparece en las formas amorfa y cristalina, siendo la
forma cristalina la más difícil de degradar en el rumen. La celulasa producida
por R. albus degrada solamente la celulosa amorfa, mientras que las
producidas por R. flavefaciens pueden hidrolizar también la celulosa
cristalina. Las mismas especies bacterianas que degradan la celulosa son
normalmente degradadoras de la hemicelulosa.
Las
principales bacterias celulolíticas (R. albus, R. flavefaciens y F.
succinogenes), sólo representan del 0.3-4% del total de la población
bacteriana (Krause et al., 1999). Los hongos, por otra parte, representan
aproximadamente el 8% de la biomasa microbiana, aunque sólo una porción de
éstos producen celulasas y hemicelulasas de alta actividad (Trinci et al.,
1994). Un número limitado del protozoos cuenta también con un importante papel
en la digestión de la pared celular vegetal, pudiendo digerir del 5-21% de los
materiales celulósicos en función del tipo de ración (Dijkstra y Tamminga,
1995).
En la
práctica, el factor primario limitante de la digestión de la celulosa parece
ser la disponibilidad de sitios específicos para desarrollar el proceso en el
material vegetal, más que una baja actividad celulolítica. Sin embargo, las
diferencias en las poblaciones celulolíticas individuales entre distintas vacas
son mayores que las atribuibles a la ración, sugiriendo entonces que cada
animal mantiene un conjunto único de especies celulolíticas.
Esto pude ser
resultado de diferencias en la masticación de las paredes celulares de las
plantas, si se considera que el grueso de la digestión microbiana ocurre en la
pared celular secundaria (Wilson y Mertens, 1995). En consecuencia, deben
esperarse diferencias individuales en la respuesta a las enzimas y por ello
pueden existir casos en que la producción endógena resulte insuficiente.
A partir de
los estudios realizados sobre la estructura de la pared celular de las plantas,
se ha hecho evidente que un buen número de elementos de carácter organizacional
determinan la naturaleza de los procesos de biodegradación de dichas barreras
físicas en el material vegetal. El más importante de estos factores lo
constituye la distribución del tamaño de los espacios entre los polímeros
individuales que contribuyen a la estructura de la pared y que es bastante
similar en todas las especies de cultivos usadas en los propósitos de
alimentación. La medición directa a través de una variedad de métodos de
comprobación ha demostrado que la mayoría de estos espacios o poros tienen un
diámetro entre 2 y 4 nm (Chesson y Forsberg, 1997). Estas dimensiones no son
suficientes para permitir la difusión libre dentro de la pared por simples
enzimas globulares con masas mayores de ~20 kDa. La porosidad de la pared y su
composición cambia muy poco durante el curso de su degradación, incluso cuando
mas del 70% de la materia seca ha sido descompuesta.
La selección
natural no ha producido sin embargo una solución para superar esta limitación.
En cambio, muchas de las bacterias y hongos ruminales han optimizado las
acciones de degradación de la pared celular formando un ‘celulosoma’, adaptado
a una acción erosiva superficial sobre la pared celular de las plantas. Esto
indica la reducida probabilidad de que la introducción de genes codificados
para actividades enzimáticas específicas en determinados microorganismos, tal
como se ha hecho en el pasado (Forsberg et al., 1993), mejore
significativamente el proceso de degradación de la fibra.
Mas
interesante parece ser la opción de aplicar las técnicas de ingeniería genética
al propio celulosoma.
Con la
erosión superficial como mecanismo predominante de la degradación microbiana de
la pared celular, dos factores son particularmente importantes para aumentar su
eficacia. En primer lugar, el área superficial disponible para la colonización
y, en segundo lugar, la composición química de la superficie disponible. La
superficie está determinada por el procesado del alimento y la masticación y/o
rumia que separan las células de la plantas y las exponen a la colonización. La
eliminación subsiguiente de los polisacáridos de superficie puede, en células
muy lignificadas, conducir a la aparición de una superficie en la que los
polisacáridos restantes estén protegidos por compuestos fenólicos. La cantidad
de superficie que logra no sufrir el ataque microbiano por este mecanismo es el
producto de las proporciones de lignina presentes y el grado de entrelazamiento
a otros polímeros de la estructura, todo lo cual en su conjunto define la
magnitud de la degradación (Forsberg et al., 1993).
El desarrollo
de organismos ruminales capaces de digerir la lignina eficientemente no parece
ser una opción viable actualmente debido a sus requerimientos aeróbicos
estrictos, lo que limita que el proceso se realice a un ritmo compatible con el
de paso hacia tramos posteriores del digestivo. Una estrategia más indicada
parece ser la limitación de la lignificación de las plantas por métodos de
manejo (i.e. momento óptimo de corte, pretratamiento químico, físico o mecánico
de los forrajes) o genético (i.e. regulación de la biosíntesis de la lignina y
de los precursores de los taninos).
La
modificación de la síntesis de los precursores de la lignina raramente
disminuye su cantidad, pero tiene efectos sobre su composición y propiedades
(Boudet, 1998). Así, la regulación de la enzima cinnamil CoA reductasa, que
cataliza la reducción de los ácidos fenólicos a su correspondiente aldehído,
produce a mayores cantidades de ácido ferúlico libre en la célula (Piquemal et
al., 1998).
4.2.- Empleo de enzimas en rumiantes
Interés
Las enzimas
exógenas han sido ampliamente utilizadas en los monogástricos, con objeto de
eliminar los factores antinutritivos de los alimentos, aumentar la
digestibilidad de los nutrientes, y complementar la actividad de las enzimas
endógenas principalmente en aves (Classen et al., 1991; Bedford, 1993).
En el caso de
los rumiantes, los primeros trabajos de investigación sobre el empleo de
enzimas exógenas proceden de la década de los 60 (Burroughs et al., 1960;
Rovics y Ely, 1962; Rust et al., 1965). Los variabilidad de los resultados
obtenidos, unido a las elevadas dosis y coste de producción de las enzimas,
hicieron desistir en su empleo.
En la
actualidad, la reducción en los costes industriales de fermentación y la
existencia de preparaciones enzimáticas de actividad mas alta y mejor definida,
han vuelto a plantear el interés por el estudio del papel de las enzimas
fibrolíticas en la alimentación de los rumiantes (Chen et al., 1995; Beauchemin
et al., 1997; Mc Allister et al., 1999).
Trabajos
recientes han demostrado así que la suplementación con enzimas exógenas
(celulasas y xilanasas) puede mejorar la digestibilidad ruminal y aumentar la
producción de leche o el crecimiento de los rumiantes (Yang et al., 1999).
Estos resultados resultan sorprendentes para algunos autores al considerar el
extenso potencial de las enzimas fibrolíticas endógenas de la microflora del
rumen.
Entre las
razones que justifican el empleo de enzimas en rumiantes, destacan las
señaladas por Beauchemin y Rode (1996) y Hristov et al. (1996):
La
digestibilidad de la materia orgánica en rumiantes raramente supera el 90% y
resulta con frecuencia considerablemente menor.
Se dispone
actualmente de nuevos alimentos para rumiantes, muchos de ellos subproductos de
baja calidad, en los que las enzimas pueden ser de especial utilidad para
mejorar sus posibilidades digestivas.
Una posible
justificación del posible efecto beneficioso de la adición de polisacaridasas
extracelulares sería que un ataque inmediato del material vegetal a consumir,
proporcionaría una disponibilidad adicional de carbohidratos que estimularía el
crecimiento y actividad de la población ruminal, disminuyendo por tanto el
tiempo (‘lag time’) requerido para la colonización microbiana. El efecto neto
puede llegar a equivalente a un mayor tiempo de retención dentro del rumen.
Otra posibilidad es que dieran origen a prebióticos, lo cual condicionaría el
desarrollo de población microbiana propia del animal, tal como se ha comentado
anteriormente.
En este
sentido, diversos estudios han discutido los posibles modos de acción de las
enzimas (Judkins y Stobart, 1987; Feng et al., 1996; Hristov et al., 1998ab;
Yang et al., 1999). Aunque todavía no existe acuerdo sobre sus mecanismos de
acción, se considera que las enzimas exógenas pueden provocar efectos de origen
multifactorial, actuando tanto sobre la microbiota gastrointestinal como sobre
el propio rumiante.
Fuentes de enzimas
Aunque existe
una gran variabilidad de productos enzimáticos comercializados para el ganado
(Muirhead, 1996), los mas utilizados derivan fundamentalmente de un número
limitado de bacterias (n = 4), levaduras (n = 1) y hongos (n = 2), algunos de
los cuales son también utilizados como probióticos (ver Cuadro 1):
♦
Bacterias:
Lactobacillus acidophilus (PB), L. Plantarum (PB), Bacillus subtilis (PB) y
Streptococcus faecium.
♦
Levaduras:
Saccharomyces cerevisiae (PB).
♦
Hongos:
Aspergillus oryzae (PB) y Trichoderma reesei. Otras especies de hongos,
incluyendo Humicola insolens y Thermomyces amiginosus, están siendo
comercializadas pero en una menor medida.
La digestión
completa de los alimentos complejos requiere literalmente de la intervención de
cientos de enzimas. Los preparados enzimáticos para rumiantes son comercializados
primeramente sobre la base de su capacidad para degradar la pared celular de
las plantas y, como tal, son frecuentemente referidos como celulasas o
xilanasas. Sin embargo, ninguno de estos productos comerciales constituye una
preparación exclusiva con la participación de una sola enzima aislada
(Beauchemin y Rode, 1996), presentando actividades enzimáticas secundarias como
amilasas, proteasas o pectinasas.
La
degradación de la celulosa y la hemicelulosa requiere de enzimas específicos, y
la diferencia en sus proporciones relativas y actividades individuales
determinará la eficacia para la degradación de la pared celular de las mezclas
comerciales. Incluso dentro de una especie microbiana aislada, los tipos y
actividades enzimáticas pueden variar ampliamente, dependiendo de la cepa
seleccionada, del sustrato de crecimiento y de las condiciones de cultivo
empleadas (Considine y Coughlan, 1989; Gashe, 1992).
En la
práctica, la diversidad de actividades enzimáticas presentes en los preparados
comerciales puede resultar ventajosa, en el sentido de que una amplia variedad
de sustratos puede ser cubierta por un solo producto pero, al mismo tiempo,
representa un problema en el control de calidad y la extrapolación de los
resultados obtenidos.
Resultados en ganado vacuno
Los primeros
estudios, realizados hace más de treinta años, que mostraron diferencias
significativas en la mejora de la ganancia de peso y del índice de conversión
en ganado vacuno, se basaron en suplementar las raciones con preparados
enzimáticos de actividad amilolítica, proteolítica y celulolítica (Burroughs et
al., 1960; Rovics y Ely,1962). Dichas mejoras se debieron principalmente a
aumentos en la digestibilidad de la materia seca y de la fibra (Rust et
al.,1965).
Sin embargo,
otros estudios (Burroughs et al., 1960) indicaron que las enzimas exógenas no
mejoraron de manera consistente la respuesta de los animales. Además, los
efectos de los enzimas o sus mecanismos de actuación no pudieron ser
confirmados en experimentos in vitro o de digestibilidad desarrollados en
paralelo. La falta de información sobre los productos enzimáticos usados y los
métodos de suministro, hacen además muy difícil la comparación de los estudios.
La mayor
parte de los resultados positivos proceden de estudios recientes en ganado
vacuno en crecimiento y lactación (Krause et al., 1998; Rode et al., 1999; Yang
et al., 1999). Stokes y Zheng (1995) observaron mejoras del valor nutritivo de
raciones completas a base de heno de alfalfa y ensilados de alfalfa y trigo, al
tratarlas con un preparado de enzimas fibrolíticas. El consumo de materia seca
se incrementó cerca de un 11%, mientras la producción de leche lo hizo en un
casi un 15%. Lewis et al. (1995) también observaron efectos positivos al
incluir enzimas en raciones semejantes a las anteriores en de vacas lecheras.
Las vacas suplementadas con enzimas produjeron 1.3 kg/d mas de leche que las
del control y su consumo de alimento aumentó en 2 kgMS/d.
Los
resultados inconsistentes son al parecer causados por un número de factores que
incluyen la composición de la ración, el tipo de preparado enzimático usado, el
complemento de las actividades enzimáticas, el nivel de enzima suministrado, la
estabilidad de la enzima y el método y momento de aplicación a la ración (Yang
et al., 1999).
El nivel
óptimo de adición de enzimas depende del sustrato, lo cual indica la necesidad
de determinar los ritmos de aplicación óptimos de cada preparado para sustratos
o alimentos específicos (Beauchemin et al., 1995). Algunos estudios han
demostrado una respuesta cuadrática a la suplementación con enzimas, con
respuestas reducidas o incluso negativas al aumentar la dosis.
Sin embargo,
esto por lo general ocurre cuando se suministran niveles demasiado altos y muy
por encima de lo económicamente justificable. Así, Beauchemin et al. (1995),
han observado en terneros de engorde (Cuadro 4) que la ganancia de peso con
heno de alfalfa se incrementó un 30% a niveles bajos de enzima, pero no con los
más altos (4×).
Cuadro 4.- Efecto de la dosis de enzimas fibrolíticas
en raciones a base de forrajes en vacuno de engorde
(Beauchemin et al., 1995).
Para el heno
de fleo, enzimas adicionados al nivel más alto (16×) mejoraron ganancia de peso
en un 36%, debido principalmente al incremento de la digestibilidad de la fibra
(17%).
En los
efectos sobre la producción y composición de leche en vacas, Beauchemin et al.
(1995) han señalado además tendencias lineales de mejora cuando se añadieron
enzimas hasta lo que los autores consideran niveles medios de inclusión (Cuadro
5).
Cuadro 5.- Efectos de la dosis de enzimas
fibrolíticas en la producción y composición de leche en vacas
alimentadas con raciones base de alfalfa (Beauchemin et al., 1995).
Las
tendencias divergentes, en condiciones aparentemente similares de
experimentación, evidencian la complejidad de elegir la dosis de suplementación
de las enzimas fibrolíticas en rumiantes. Como consecuencia, los resultados de
las investigaciones deben analizarse como el producto de la interacción de más
de un factor.
Además,
como se puede observar, es más difícil obtener respuestas positivas en la
suplementación enzimática del ensilado que en el heno. La carencia de respuesta
en el ensilado pudiera ser debida a la especificidad del sustrato, al método de
aplicación del enzima, al tiempo requerido para que la enzima reaccione con el
alimento o al contenido de humedad del alimento.
Importancia de la forma y dosis de
aplicación de la enzima
Por otra parte,
los efectos de enzimas exógenas se maximizan cuando se aplica una solución
enzimática acuosa sobre los forrajes secos. Se ha observado así que, en estas
condiciones, se crea un complejo enzima-alimento estable que incrementa su
efectividad. Este complejo se produce rápidamente (en horas) y una vez
estabilizado en el forraje, las enzimas son estables y efectivas durante
algunas semanas.
Aunque
resulta razonable esperar que exista un efecto de la temperatura en el
desarrollo del complejo enzima-alimento, no se han observado diferencias cuando
las enzimas son aplicadas en un rango de temperaturas entre -30 y +35 oC. Sin
embargo, McAllister et al. (1999) observaron una mejora lineal de la
digestibilidad in vitro del ensilado de cebada cuando incrementaba la
temperatura. No está claro hasta el momento si la diferencia se debe al tipo de
alimento o a su contenido de humedad.
Como los
forrajes y granos procesados son almacenados antes de su suministro a los
animales, esto proporciona una oportunidad ideal para el uso de los productos
enzimáticos (Beauchemin et al., 1995). Las enzimas pueden ser aplicadas durante
la fabricación del alimento, teniéndose la adecuada precaución para asegurar
que la temperatura empleada durante el procesamiento esté dentro de los rangos
aceptables para los preparados enzimáticos en cuestión. Las temperaturas de
procesamiento empleadas en los alimentos tratados con enzimas para el caso de
las aves pueden ser adaptables a rumiantes.
Feng et al. (
Treacher et
al. (1996) también han señalado que los efectos de la adición de enzimas al
ensilado de cebada son variables. En su estudio el preparado enzimático fue
rociado diariamente sobre la porción de ración base (ensilado de cebada y
cebada grano; 60% de la MS) de terneros de engorde y, aunque no se observaron
efectos sobre la ganancia de peso, la ingestión aumentó para el máximo nivel de
adición de la enzima.
La aplicación
directa de enzimas en el ambiente ruminal ha tenido una menor repercusión desde
el punto de vista productivo que la aplicación al alimento antes de ser
suministrado a los animales. Treacher et al. (1996) compararon los efectos de
rociar el enzima en el forraje en relación a la infusión directa en el rumen a
través de una cánula.
Las
digestibilidades de la materia seca y la fibra resultaron mayores cuando el
preparado fue aplicado sobre el alimento. De hecho, la adición directa en el
rumen pudo realmente disminuir la digestibilidad, tal como indican Treacher et
al. (1996). Esto implica que, al menos para ciertas mezclas enzimáticas, el uso
del producto de manera directa sin haberse previamente estabilizado en el
alimento, tiene pocas posibilidades de provocar beneficios.
Aunque la
aplicación de una solución acuosa directamente al alimento favorece la reacción
de la enzima con el sustrato, la posibilidad de obtener una respuesta
beneficiosa mediante el suministro directo de las enzimas con los suplementos
también ha producido efectos positivos (Burroughs et al., 1960). Sin embargo,
según la mayoría de las experiencias hasta ahora publicadas, la cantidad de
producto necesario (y su coste) es significativamente mayor cuando se usa un
preparado enzimático seco en comparación con su solución acuosa.
En este
sentido, Bowman et al. (2002) consideran que la adición del enzima puede
realizarse en el concentrado a razón de 1 g/vaca y d, no encontrando
diferencias significativas respecto a su aplicación en otras partes de la
ración. La dosis de 1 g/d parece ser la adecuada en raciones convencionales
para vacas lecheras.
En raciones
con heno de alfalfa se han comprobado resultados positivos en condiciones de
engorde (Beauchemin y Rode, 1996). En ese estudio la suplementación con enzimas
resultó en un incremento del 13% de la ganancia de peso, sin cambios
significativos en la ingestión. Cuando se incorporó actividad celulasa, además
de xilanasa, al mismo preparado enzimático, se elevó la ganancia de peso y la
ingestión sólo al menor nivel de inclusión de la mezcla de enzimas, lo que
indica la aparición de interacciones no deseables en el rumen.
Con una
preparación enzimática similar se elevó el valor nutritivo de las raciones
cuando el preparado enzimático fue rociado en el ensilado justo antes de
suministrárselas a los animales, requiriéndose en este caso altos niveles de
enzima para poder lograr una relación dosis-respuesta significativa (Cuadro 6).
Cuadro 6.- Efectos de la suplementación del
ensilado de maíz con enzimas fibrolíticas en
ganado vacuno de carne (adaptado de Beauchemin y Rode,
1996).
Sin embargo,
Sánchez et al. (1996) no observaron la relación dosis-respuesta en una experiencia
en la que se suplementó a una ración de heno de alfalfa con tres niveles de
mezcla enzimática en ganado vacuno lechero. Estos autores comprobaron que el
nivel intermedio de adición de enzima fue más efectivo que el mayor nivel
empleado, lo que confirmaría un tipo de respuesta cuadrática (Cuadro 7).
Cuadro 7.-Efectos del tratamiento del
forraje con diferentes dosis de enzima (adaptado de Sánchez et al., 1996)
Sorprendentemente
en este estudio se obtuvo una disminución de la producción de leche corregida
por grasa a niveles similares a los del tratamiento control en los animales
suplementados con mayor proporción de enzima, al tiempo que se elevaba el
consumo de materia seca. Los autores sugieren un fraccionamiento de la energía
hacia la mejora de la condición corporal al mayor nivel de adición de enzima,
pero se desconoce el mecanismo que pueda hacerlo posible.
Beauchemin et
al. (2000) destacaron que los efectos de la suplementación con enzimas
resultaron mayores cuando las vacas se encontraban en balance energético
negativo, lo cual ha constituido una hipótesis prácticamente constante en la
mayoría de los trabajos de estos autores, cuestionándose asimismo el mecanismo
mediante el cual la suplementación estimula el consumo y sin embargo sólo mejora
los parámetros de digestibilidad en el nivel más bajo de inclusión.
Las
deficiencias en el balance energético de los animales se han visto atenuadas
con la adición de enzimas fibrolíticas a la ración (Rode et al., 1999; Yang et
al., 2000).
Estos autores
no reportan efectos sobre el consumo y los resultados en digestibilidad
difirieron con raciones similares al probarlas en vacas lecheras o en corderos,
probablemente por un efecto de la especie animal y sus diferencias en la
fisiología digestiva. La digestibilidad obtenida en vacas manifestó una
significativa mejora con el tratamiento enzimático siendo la principal causa a
su vez para una mayor producción de leche.
Beauchemin y
Rode (1996) han resaltado algunos de los problemas con los que se enfrenta el experimentador
cuando estudia los efectos de las enzimas. Así, los preparados enzimáticos con
alta actividad xilanasa y celulasa pudieran mejorar significativamente la
calidad nutritiva de la cebada al compararse con el maíz. Esto es debido a que
aunque la cebada contiene altos niveles de xilanos hay también altos niveles de
-glucanos
que contribuyen significativamente a su fracción fibrosa. De hecho, es este
componente de la cebada el que se ha demostrado ser uno de los principales
responsables de su pobre valor nutritivo en aves. El polisacárido -glucano ha sido por ello el objetivo de las
enzimas -
glucanasa en las raciones para aves con gran éxito comercial (Annison, 1993).
Las xilanasas, por su parte, son mucho menos potentes contra la cebada y son inefectivas
en el caso del maíz, el cual contiene bajos niveles de ambos polisacáridos. En
segundo lugar, raras veces los granos de cereales contienen apreciables
cantidades de celulosa, por lo que no se debe esperar un gran efecto de enzimas
celulasas en estas raciones. Recientes resultados de Bowman et al. (2003)
indican que la adición de enzimas aumenta la producción de saliva en vacas
lecheras, lo que se atribuye al efecto del aumento de los productos de la
digestión.
Resultados en ovino lechero
La utilización
de una mezcla de enzimas fibrolíticas (celulasa y xilanasa), adicionada al
pienso granulado al 0.47% (aproximadamente 0.5 g/d), ha sido recientemente
estudiada por Flores et al. (2002, 2003ab) en un ensayo de producción con dos
razas de ovejas lecheras de diferente nivel de ingestión y producción de leche.
La comparación de ambas razas se realizó en los periodos de cría y ordeño, lo
que permite el estudio de los efectos de las enzimas en condiciones muy
diversas. Los resultados obtenidos (Cuadro 8) indican la ausencia de efectos significativos en la ingestión,
producción y composición de leche de los dos tipos de ovejas y condiciones
productivas.
Cuadro 8.- Efectos de la suplementación con
enzimas fibrolíticas en ovejas lecheras durante los
periodos de cría y ordeño (Flores et al., 2003).
Resultados en caprino lechero
La
utilización de una mezcla de enzimas fibrolíticas (celulasa y xilanasa), adicionada
al pienso granulado al 0.47% (aproximadamente 0.4 g/d), ha sido recientemente estudiada
por González et al. (2002, 2003) en un ensayo de producción con cabras lecheras
que se completó con la medida de la digestibilidad de las raciones. Los
resultados obtenidos (Cuadro 9) indicaron la ausencia de efectos en la
ingestión, producción y composición de leche también en el caso de las cabras.
Cuadro 9.- Efectos de la suplementación con
enzimas fibrolíticos en cabras lecheras
a mitad de la lactación (González et al., 2003).
Sin embargo,
la adición del enzima produjo una mejora importante de la digestibilidad de la
materia seca y de la materia orgánica (Cuadro 10). Dichas mejoras sólo se
tradujeron en mayores ganancias de peso y condición corporal en las cabras suplementadas
con enzimas (Cuadro 9). Los altos valores de ingestión observados en estas cabras
lecheras (4.7%PV), muy superior a los de vacuno, debieron limitar las
posibilidades de acción del enzima en el rumen como consecuencia del elevado
ritmo de paso.
Cuadro 10.- Efecto de enzimas fibrolíticas en
la digestibilidad de cabras lecheras (González et al., 2003).
La discusión
conjunta de los resultados en ovino y caprino pone de manifiesto que, a
diferencia de las conclusiones obtenidas en el caso de las levaduras, el uso de
enzimas fibrolíticos no aumentó la producción de leche ni la composición en
grasa, lo que parece debía haberse producido. Mas bien al contrario, se observa
un efecto de disminución del contenido en grasa de la leche, pero que no
resultó significativo en todos los casos.
En todos los
casos la ingestión resultó especialmente elevada, lo que pudo haber producido
un efecto de interacción entre la dosis y el tiempo de actuación de la enzima
en el rumen.
5.- ÁCIDOS ORGÁNICOS
5.1.- Interés y modo de acción en
rumiantes
Los ácidos
orgánicos se encuentran de forma natural en los tejidos biológicos, ya que son
productos intermedios de algunos ciclos metabólicos, y algunos de ellos se producen
también en el tracto digestivo de los animales durante los procesos de fermentación.
Estos ácidos
se utilizan frecuentemente como aditivos en la alimentación de los animales
monogástricos, pero su uso en los animales rumiantes es todavía limitado. De hecho,
la mayoría de las experiencias realizadas en estos animales se reducen a los
ácidos fumárico y málico, ácidos dicarboxílicos que intervienen en el
metabolismo del piruvato.
Cuando se
utilizan como aditivos, los ácidos orgánicos pueden ser administrados como tales,
pero su manejo es problemático, ya que son líquidos corrosivos; por ello,
resulta más conveniente la utilización de sus sales, que son sólidas y mas
fáciles de manipular.
En los rumiantes,
los hidratos de carbono de la ración se degradan en el rumen hasta convertirse
en piruvato, y éste es metabolizado por los microorganismos ruminales para
producir ácidos grasos volátiles (principalmente acético, propiónico y
butírico). Los ácidos fumárico y málico son metabolitos intermedios de una de
las vías metabólicas (la llamada ‘vía succínica’) por las cual el piruvato se
transforma en propionato, evitando la formación de lactato (Figura 1). El
propionato es absorbido en el rumen es transportado al hígado, donde se
convierte en glucosa (gluconeogénesis) que sirve como fuente energética o
precursor de la síntesis de lactosa, proteína y grasa corporal.
Figura 1.- Esquema de
la formación y metabolismo de los ácidos grasos volátiles en el rumen
El modo de
acción de los ácidos orgánicos no se conoce totalmente, pero en el caso de los
monogástricos se ha observado que provocan modificaciones en la población microbiana
del tracto gastrointestinal. En el caso de los rumiantes los ácidos orgánicos
(o sus sales) ejercen su acción a nivel del rumen cuando son administrados con
el alimento (Carro y Ranilla, 2000). En diversos estudios in vitro (Russell y
Van Soest, 1984; Callaway y Martin, 1997) se ha observado que los
microorganismos ruminales son capaces de fermentar concentraciones
Si bien en
la década de los ochenta se realizó algún estudio sobre los ácidos orgánicos
como aditivos en la alimentación de los rumiantes, ha sido sólo a partir de los
años noventa cuando se han llevado a cabo diversas experiencias para investigar
sus efectos sobre la fermentación ruminal y su modo de acción. La amplia mayoría
de estas investigaciones se han llevado a cabo en condiciones in vitro, y son
todavía pocas las experiencias realizadas con animales. Por todo ello, la
información existente en la actualidad sobre los mecanismos de acción de los
ácidos orgánicos y sus efectos sobre los procesos digestivos y productivos de
los animales rumiantes es escasa.
5.2.- Efectos ruminales in vitro
Nisbet y
Martín (1990; 1991) observaron que la adición de fumarato y malato (hasta
alcanzar concentraciones
Cuando el pH
disminuye por debajo de 6.0 durante períodos de tiempo prolongados se produce
la llamada ‘acidosis ruminal’, que ocasiona una serie de alteraciones
microbianas y fisiológicas que provocan la disminución de la digestión de la
fibra, el descenso en la ingestión de alimentos, diarrea, úlceras ruminales e
incluso muerte.
Dado que en
estudios in vitro se ha observado que el fumarato y el malato favorecen
la captación y utilización del ácido láctico por S. ruminantium (Nisbet y Martin, 1990), su administración en las raciones de los animales
podría disminuir las concentraciones de este ácido en el rumen, y así evitar
los descensos acusados de pH y los problemas de acidosis. De hecho, en diversos
experimentos realizados con cultivos in vitro de microorganismos ruminales y con
fermentadores semicontinuos se ha observado una disminución de las
concentraciones de lactato (Carro et al., 1999; López et al., 1999; Carro y Ranilla,
2003a) y un aumento de los valores de pH (Callaway y Martin, 1996; López et al.,
1999; Carro y Ranilla, 2003ab) cuando se utilizaron malato o fumarato como
aditivos.
Por otra
parte, S. ruminantium metaboliza el lactato que capta hasta
propionato. Debido a este proceso, en la mayoría de los estudios realizados con
los ácidos fumárico, málico y aspártico (o con sus sales) se ha observado un
aumento en la producción y/o concentración de propionato, tanto en cultivos in vitro de microorganismos ruminales (Asanuma et al., 1999; Carro y Ranilla,
2003ab; Ranilla y Carro, 2003), en fermentadores semicontinuos (Carro et al.,
1999; López et al., 1999), como en el rumen de vacas lecheras y terneros (Kung
et al., 1982). Si el animal hospedador puede absorber una mayor cantidad de
propionato, dispondrá previsiblemente de una mayor cantidad de glucosa y, por
lo tanto, de energía.
Otro aspecto
interesante es que las cantidades de acetato y butirato producidas no se han
visto afectadas por la adición de estos ácidos orgánicos, y en ocasiones
incluso se han registrado aumentos (Kung et al., 1982; Callaway y Martin, 1997;
Carro y Ranilla, 2003ab; Ranilla y Carro, 2003). Las respuestas variables
obtenidas en diferentes estudios en lo podrían indicar que el tipo de ración
base puede determinar los efectos de los ácidos orgánicos sobre la fermentación
ruminal. De hecho, en el Cuadro 11 se puede observar como la adición de malato,
fumarato y aspartato a cultivos in vitro de microorganismos ruminales, con
maíz, cebada o trigo como sustratos, produjo distintos efectos en la fermentación
ruminal según el sustrato incubado.
Cuadro 11.- Efecto de la adición de ácidos
orgánicos (
(Carro y Ranilla, 2003ab;
Ranilla y Carro, 2003).
Otro de los
efectos que se han observado tras la administración de fumarato y malato es una
reducción de la producción de metano. El metano es uno de los productos finales
de la fermentación ruminal y constituye una pérdida energética importante para
el animal, que oscila entre el 11-13% de la energía metabolizable de la ración.
Por otra parte, el metano contribuye al efecto invernadero, y el producido por
los animales se estima que puede representar entre el 15-20 % de la producción
global (Cicerone y Oremland, 1988).
Debido a
estas razones, la búsqueda de aditivos que reduzcan la producción de metano ha
sido un objetivo importante en producción animal en los últimos años, y tanto
el ácido fumárico como el málico parecen cumplir con este objetivo. Cuando
existe hidrógeno en el medio ruminal, S.
ruminantium fermenta a ambos
ácidos y produce succinato y propionato (Figura 1). Por medio de esta vía
disminuye la concentración de hidrógeno en el rumen y se reduce la cantidad de
hidrógeno disponible para formar metano.
En diversos
experimentos in vitro realizados con cultivos de microorganismos ruminales y
con fermentadores semicontinuos se ha observado una disminución de la producción
de metano al añadir fumarato (Asanuma et al., 1999; López et al., 1999; Carro y
Ranilla, 2003b) y malato (Carro et al., 1999; Carro y Ranilla, 2003a) al medio.
Sin embargo, hay que señalar que las reducciones de metano observadas en estos
estudios son bajas (3-17%), por lo que no debe considerarse a estas sustancias
como un medio realmente eficaz para reducir las emisiones de metano de los
rumiantes.
Todo parece
indicar que la respuesta de producción de metano a los ácidos orgánicos depende
del tipo de ración que se administra a los animales, y que el efecto sobre la
producción de metano podría ser más acusado en las raciones con un alto contenido
en forraje. De hecho, en un estudio in vitro en el que se incubaron con líquido
ruminal tres raciones con diferente relación forraje:concentrado, se observó
que los efectos de la adición de fumarato o malato sobre la producción de
ácidos grasos volátiles también eran variables en función de la ración
utilizada como sustrato (Cuadro 12).
Cuadro 12.- Efecto de ácidos orgánicos (
sustrato en condiciones ruminales in vitro (García Martínez et al.,
resultados no publicados).
En resumen,
tanto el fumárico como el málico pueden producir un aumento de la cantidad de
propiónico producido en el rumen a través de un doble mecanismo: por una parte,
estimulan la captación y transformación del láctico a propiónico que lleva a
cabo S. ruminantium
(vía acrílica), y, por otra,
esta misma bacteria puede transformar a ambos ácidos en succínico y propiónico
(vía succínica).
Como
consecuencia de la disminución de los niveles de lactato en el rumen, otro efecto
beneficioso de la suplementación con ácidos orgánicos es frenar el descenso de
pH que se produce en los animales alimentados con grandes cantidades de
concentrados.
5.3.- Efectos en vacuno
Los estudios
que se han realizado hasta el momento son limitados, y la mayoría de ellos se
han centrado en la utilización de ácido málico y de malato sódico. A pesar de
que los resultados obtenido in vitro son claros, no siempre se han obtenido las
mismas respuestas en experimentos in vivo.
Así, en unos
de los primeros experimentos realizado con vacas lecheras y con terneros, Kung
et al. (1982) no observaron ningún efecto de la adición de ácido málico sobre
el pH ruminal. Las dosis de ácido málico según se tratase de vacas (70, 105 y
140 g/d) o de terneros (100 y 200 mg/kgPV).
Por el
contrario, otros autores han observado aumentos del pH ruminal como consecuencia
de la administración de malato. En diversas pruebas realizadas con terneros que
recibían una ración con un 60% de maíz aplastado, Martin et al. (1999)
observaron que la administración de niveles crecientes de malato (0, 27, 54 y
80 g/d) producía un aumento lineal del pH ruminal, de tal forma que en los
animales que recibieron
En otras
pruebas realizadas con terneros que recibían una ración con un 77% de copos de
cebada (Montaño et al., 1999) el descenso del pH ruminal producido a las 2-3 h de
la administración de la ración era menos acusado cuando los animales recibían
80 g/d de malato (los valores medios de pH fueron 5.11 y 5.20 para el control y
malato, respectivamente).
Las
diferencias entre los resultados de las distintas pruebas experimentales pueden
deberse a las características de las raciones ingeridas por los animales. Así,
las respuestas mas positivas en el pH ruminal se han observado cuando las
raciones contenían altas proporciones de cereales y provocaban bajos valores
del pH ruminal. En el caso de las pruebas realizadas por Kung et al. (1982) los
animales consumían ensilado de maíz ad libitum y los valores de pH ruminal dos
horas después de la administración de alimento oscilaron entre 6.9-71. Según
los resultados de estos estudios el malato podría controlar el fuerte descenso
de pH ruminal que se produce tras la ingestión de raciones ricas en hidratos de
carbono rápidamente fermentables (i.e., raciones con un alto contenido en granos
de cereales). Este efecto no se manifiesta cuando, debido a las características
de la ración, no se produce una brusca disminución del pH ruminal.
En un estudio
realizado con vacas lecheras que recibían niveles de ácido málico de 70, 105 y
140 g/d, Kung et al. (1982) observaron que el índice de conversión del alimento
(kg de alimento/kg de leche) fue un 3% menor en los animales que recibían la
dosis más alta de malato que en el grupo control, si bien estas diferencias no
fueron significativas. En todas las vacas que recibieron ácido málico se
registraron concentraciones mayores de los principales ácidos grasos volátiles
respecto a las del control, lo que podría indicar que el ácido málico provocó
una mayor fermentación de la ración.
Martin et al.
(1999) realizaron varias pruebas con terneros en las últimas fases de cebo
intensivo (cuadro 13) obteniendo diversos resultados. En general, la adición de
malato a niveles crecientes (40-120 g/d) provocó un aumento lineal de la
ganancia de peso y una mejora del índice de conversión, lo que resulta de
especial interés.
Cuadro 13.- Efecto de la dosis de malato en
terneros en cebo intensivo (Martin et al., 1999).
Sin embargo,
en algunas pruebas, las mejoras en los rendimientos productivos de los animales
sólo se manifestaron en los períodos de adaptación a las raciones de cebo, por lo
que Martin et al. (1999) sugieren que podría ser más conveniente utilizar
malato sólo como aditivo durante la fase de transición entre la cría y el cebo.
Debe también tenerse en cuenta las diferencias entre los sistemas de
alimentación para el engorde de terneros americano y europeo, lo que no permite
una extrapolación directa de los resultados.
5.4.- Efectos en cabras lecheras
Salama et al.
(2002b) estudiaron los efectos de la suplementación con malato (
De una forma
general los autores concluyen que debe tenerse en cuenta los contenidos en
malato de la ración y que, en particular, todas las leguminosas contienen importantes
cantidades de ácido málico, por lo que los efectos esperados se verán minimizados
en estos casos. Por el contrario, el interés de los ácidos orgánicos es mayor
en las raciones a base de gramíneas y con elevado aporte de concentrado, lo
cual resulta frecuente en determinados sistemas de producción de caprino.
5.5.- Efectos en corderos de engorde
Algunos de
los resultados mas positivos del empleo del ácido málico se han obtenido en
corderos en cebo en las condiciones españolas. Los primeros resultados publicados
por Garín et al. (2000) indicaron una mejora del índice de conversión del pienso
al utilizar una mezcla de levaduras y malato sódico. La respuesta fue mas
elevada a dosis moderadas del producto.
A partir de
estos resultados, Flores et al. (2003abc) han estudiado mas detalladamente los
efectos específicos del malato incluido en el concentrado de cebo de corderos
al 0.2%. La suplementación con malato produjo un aumento de la velocidad de crecimiento
y una mejora del índice de conversión cuando los animales recibieron pienso granulado,
con altos contenidos en maíz o cebada, y paja ad libitum. Los efectos obtenidos
fueron más marcados para la ración basada en cebada (Cuadro 14), apreciándose
cambios significativos en el pH del rumen, que fue mas elevado, y en las
características del epitelio ruminal. De una forma especial, el malato redujo
la gravedad de la paraqueratosis ruminal y aumentó el número de las papilas
ruminales funcionales.
Cuadro 14.- Efectos del malato en corderos en
cebo intensivo
El estudio de
la digestibilidad de los piensos, en condiciones ad libitum, indicó mejoras en
la digestibilidad del pienso, y en especial de la fibra, y puso en evidencia el
bajo consumo de paja por los corderos y su incapacidad de modificarlo para
compensar los efectos de la acidosis ruminal (Flores et al., 2003a)
Por el contrario,
Cuesta et al. (2003) no han observado efectos positivos de la suplementación
con malato en corderos en cebo que recibían una ración basada en maíz y cebada.
La diferencia de respuesta obtenida puede atribuirse a las condiciones experimentales
empleadas en los estudios, como son, entre otros, el tipo de ración, la dosis de
malato y su forma de administración, que en este último caso consistió en una
única dosis diaria.
Tanto el
ácido fumárico como el ácido málico aparecen en la lista de aditivos cuyo uso está
permitido en la UE (Directiva 70/524/CEE; Nº EC E297 y E296 para el ácido fumárico
y málico, respectivamente). Ambos ácidos se encuentran en el grupo de los denominados
‘conservantes’ y se permite su uso en todos los alimentos destinados a todas las
especies de animales, sin que se indiquen dosis máximas o mínimas de uso, ni restricción
alguna en la edad de los animales a los que van destinados. Es decir, en la actualidad
no existe ningún impedimento legal que restrinja su uso, a pesar de que su utilización
como agentes promotores del crecimiento no está todavía registrada. La principal
limitación actual es el coste de fabricación, aunque en algunos países como
Japón su utilización como aditivo resulta económicamente rentable (Asanuma et
al., 1999). Una posible alternativa es combinar estos productos con otros
aditivos que presenten acciones sinérgicas en el tracto digestivo de los
animales, como pueden ser los aditivos microbianos o algunos extractos
vegetales.
En resumen,
los ácidos fumárico y málico se perfilan como aditivos de uso potencial en la
alimentación de los rumiantes. Sin embargo, los resultados de los trabajos realizados
hasta la fecha con animales parecen indicar que la respuesta animal a estos aditivos
podría depender de las características de la ración, por lo que probablemente
sólo sean sólo efectivos en determinados sistemas de producción. Por otro lado,
tampoco se conoce claramente cual es su dosis óptima en las diferentes
condiciones productivas. Es de esperar que en los próximos años se amplíe el
número de trabajos sobre estos dos ácidos, o incluso se investigue el efecto de
otros ácidos orgánicos, y que estas experiencias contribuyan a aportar nueva
información sobre el tema.
6.- REFERENCIAS
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