Introducción al uso de enzimas en la alimentación. animal Un proceso de. innovación. Historia y valor económico

Transcripción

1 Introducción al uso de enzimas en la alimentación animal Un proceso de innovación Dr. Joaquim Brufau Dtor. Centro IRTA Desde el inicio de la historia, la humanidad ha utilizado los enzimas o fermentos Historia y valor económico Los procesos reactivos en los organismos vivos son catalizados por proteínas llamadas enzimas. Los enzimas han sido los responsables de las fermentaciones biocatalíticas en los procesos de producción del vino, queso, cerveza, pan, etc. El descubrimiento de cómo los microorganismos toman parte en la producción de los enzimas se produjo hace más de doscientos años y, finalmente, fue descrito científicamente por Luis Pasteur en el siglo XIX. 17

2 El uso industrial de los enzimas en el sector alimentario tuvo lugar en la década de 1930, en su aplicación en la producción de quesos y la producción de zumos de fruta. El gran desarrollo fue en los años 60 en la industria de los almidones; este sector pasó a ser el segundo en importancia económica tras la aplicación enzimática en el mundo de los detergentes y del textil. Los enzimas en la alimentación animal inician su uso en los años 80. Los países pioneros fueron los Escandinavos, Gran Bretaña, Canadá y, de forma muy particular, España. El primer sector alimentario que reaccionó de forma espectacular fue la avicultura En este ámbito, la aplicación de enzimas pasó a ser total en la producción de pollos de carne en los años 90. La avicultura ligada a zonas de producción de cereales con alto contenido de polisacáridos no almidón, componentes de difícil digestión por parte de los enzimas propios de los pollos, fue la más receptiva al uso de enzimas con alta capacidad de hidrólisis de estos componentes a nivel digestivo. El grupo de nutrición del IRTA fue pionero a nivel nacional e internacional en la valoración de la funcionalidad fisiológica, productiva, balance energético y determinación de la estabilidad de los enzimas en función de los procesos tecnológicos realizados en la fabricación de piensos. textil, almidón, panificación, alimentación animal y cervecería. El crecimiento de la demanda en los últimos años ha sido del 6% anual. El valor previsto del comercio de enzimas para la alimentación animal para el año 2014 es de 900 millones de dólares. En la actualidad, el volumen de aplicación enzimática en porcino ha superado a la avicultura. Existe una previsión de crecimiento de la aplicación enzimática para acuicultura con un crecimiento entre el 2014 y 2019 del 6%. En rumiantes también se espera una tendencia de crecimiento similar para el mismo periodo. Para el año 2019, el valor de mercado de enzimas para la producción animal alcanzará los 1280 millones de dólares, con una tasa de crecimiento del 7,6% para el periodo entre En 2014, el comercio de las enzimas para la alimentación animal generará 900 milliones de dolares Según datos del sector ( FeedEnzymes), el valor económico de la producción industrial de enzimas para el año 2017 alcanzará los siete mil millones de dólares, siendo los principales sectores de aplicación los detergentes, 18

3 ph Tº óptima La producción enzimática La mayoría de los enzimas son producidos por fermentación mediante cultivos industriales de microorganismos. Sin embargo, existen enzimas extraídos de tejidos animales o plantas. efectos inhibidores Estable El proceso de producción enzimática actual requiere los siguientes pasos:. Selección del enzima. Selección de la cepa productora. Construcción de una cepa productora por ingeniería genética. Optimización del medio de cultivo. Optimización de los procesos de recuperación y purificación. Formulación de un producto final estable afinidad para el substrato Los criterios selectivos de un enzima industrial deben de ser altamente específicos en función de la reacción a que se encuentra asociada. Por tanto, el ph, temperatura óptima, estabilidad, presencia de efectos inhibidores y afinidad para el substrato, son esenciales. En el caso de la alimentación animal, deben de ser termoresistentes para sobrevivir a las condiciones de fabricación de piensos y ser de máxima eficacia bajo las condiciones digestivas del animal de destino. 19

4 Cepas microbiológicas productoras de enzimas Al seleccionar las cepas productoras, se ha considerado la simplicidad en el proceso de extracción y purificación como un elemento relevante. Las cepas productoras han de tener la certificación GRAS (Generally Recognized as Safe) en USA y la QPS (Qualified Presumption of Safety) en Europa. Deben de ser seguras tanto para el animal, como para el consumidor y el medio ambiente. Los organismos seleccionados deben de ser capaces de producir un alto volumen de enzima y que éste alcance niveles de 50 gramos por litro de proteína extracelular. La mayoría de los enzimas son producidos mediante hongos como Aspergillus, Trichoderma, Penicillium o bien, mediante bacterias como Streptomyces, Bacillus Subtilis o Bacillus licheniformis. En la actualidad, los procesos de producción están basados en la utilización de microorganismos modificados genéticamente. Con esta metodología se ha incrementado la capacidad productiva de la propia unidad de fermentación y así se evitan actividades indeseables. Uso de enzimas y su regulación en Europa Los enzimas en la Unión Europea están autorizados desde 1993, mediante la directiva 93/114/EC, y más recientemente, bajo la nueva directiva sobre para piensos EC/ 1831/2003. Como clasificación funcional son considerados como zootécnicos, y en el subgrupo, mejoradores de la digestibilidad o bien mejoradores medio ambientales. Como mejoradores de la digestibilidad contamos con los enzimas con capacidad para hidrolizar los polisacáridos no almidón presentes en los cereales, como ß-glucanasas, xilanasas, arabinoxilanasas, celulasas... En el caso de las fitasas, enzimas con capacidad para hidrolizar el fósforo fítico presente en los cereales, se pueden considerar tanto dentro del grupo de mejoradores de la digestibilidad, como en el subgrupo funcional de mejoradores del medio ambiente. Hoy también contamos con proteasas mejoradoras de la disponibilidad general de la dieta. Actualmente en la Unión Europea están autorizadas más de 60 preparaciones enzimáticas bajo la regulación indicada anteriormente. La mayoría de los cultivos industriales son de origen fúngico y bacteriano En la actualidad, los procesos de producción están basados en la utilización de microorganismos modificados genéticamente 20

5 Recientes innovaciones asociadas a los enzimas en alimentación La aplicación de los enzimas en la producción avícola y porcina ha permitido mejorar la disponibilidad nutricional de los piensos de forma muy remarcable. Hoy podemos indicar que, en general, la incorporación de los enzimas puede mejorar la productividad ganadera con ratios económicos muy aceptables. Los pollos de carne pueden ser alimentados con dietas sin aporte de maíz. La inclusión de cereales que aportan alta viscosidad (cebada, centeno, trigo) son utilizados sin consecuencias negativas. Tanto cerdos como aves pueden reducir la inclusión de fósforo inorgánico en las dietas y mantener los parámetros productivos, utilizando fitasas apropiadas. La innovación actual y el futuro de la aplicación de los enzimas pasa por la valoración de los efectos de los enzimas sobre la flora intestinal. De este modo, se debe de comprobar si los efectos sinérgicos entre la composición de la dieta y la acción enzimática pueden permitir una mejora sobre el desarrollo del intestino y, con ello, una mejor integridad de los mecanismos de respuesta del sistema barrera presente en el tracto intestinal. Hay que recordar que el futuro de la producción animal intensiva pasa por una reducción del uso de antibióticos, o bien, por un uso responsable de los mismos. Esta situación provoca un reto importante o un compromiso para el bienestar animal. En consecuencia, todo beneficio aportado por la aplicación de enzimas, como es la reducción del consumo de agua en aves o el incremento de la disponibilidad de fósforo fítico por parte de la fitasa, conlleva mejoras en las condiciones del bienestar animal, como también son la reducción de pododermatitis en pollos, o bien, las mejoras en la estructura del desarrollo esquelético en animales con alta capacidad de crecimiento. Para ir más lejos Una muestra de los avances sobre el conocimiento funcional de los enzimas en la alimentación de monogástricos es la aportada por los trabajos presentados en este primer número de nutrinews. En el primero, Comparación de productos mono & multi-enzimáticos. Un desafio se plantea si la respuesta de los enzimas-nsp puede ser mejor con mono- & multi-enzimáticos. Se presentan datos muy interesantes y de gran debate sobre como la influencia del substrato (composición de la dieta) puede afectar el resultado de la aplicación enzimática, estudiando el efecto de la estructura soluble de los polisacáridos sobre la respuesta de los enzimas. En un segundo trabajo, Las carbohidrolasas mejoran el valor nutricional de la harina de soja se estudia cómo la aplicación de un multi-enzima puede mejorar el valor nutricional de la harina de soja. Los datos in vitro muestran cómo la degradación de los polisacáridos no almidón de la soja mejoran en condiciones de incubación miméticas a las del pollo. En el último trabajo, Uso de enzimas específicos para maximizar la liberación de EB de la harina de soja estudia cómo se puede incrementar el valor de la energía disponible de la soja. En este caso, la valoración se efectúa mediante la aplicación de un enzima con actividad para hidrolizar los compuestos galactósidos presentes en la harina de soja. 21