Nutrase Xyla endo-1,4-β-xilanasa

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1 Nutrase Xyla endo-1,4-β-xilanasa Una enzima, un mundo de beneficios

2 nutrase xyla una enzima, un mundo de beneficios 2 nnarabinoxilanos el factor antinutricional principal Polisacáridos No Almidonados La mayor parte de las materias primas vegetales contienen carbohidratos, haciendo su presencia en las mismas, un factor determinante en la producción animal. GRÁFICO 1: ESTRUCTURA DE LOS CARBOHIDRATOS lignina Además de los nutrientes digestibles como el almidón y el azúcar, la fracción de carbohidratos de origen vegetal incluye componentes indigestibles como celulosa, hemicelulosa, pectinas, betaglucanos y lignina. Todos estos componentes de mínima digestión, excluyendo la lignina, son clasificados en un grupo llamado Polisacáridos No Almidonados (PNA), esta fracción PNA es bien conocida por sus efectos antinutricionales. Dentro del grupo de PNA, la hemicelulosa en sí es un subgrupo heterogéneo predominantemente compuesto de arabinoxilanos, galatactanos, glucanos y mananos. fibra bruta extrato libre de N celulosa hemicelulosa arabinoxilanos galactanos mananos... beta-glucanos pectinas oligosácaridos PNA Como se muestra en la tabla 1, los arabinoxilanos son la fracción PNA más grande en la mayoría de las materias primas usadas en los piensos, incluyendo por supuesto, el maíz y el trigo. almidón & azúcares Tabla 1: Contenido de PNA de los ingredientes (Como % de materia seca) AX sol AX insol β-glucanos Celulosa Manosa Galactosa pna AX/pna Trigo T % Centeno % Maíz T % Salvado de trigo % Sorgo % DDGS de trigo T % Cebada % DDGS de maíz T % Salvado de arroz T % Arroz T T % Harina de girasol % Harina de soja % T= Cantidades traza no cuantificables GRÁFICO 2: UBICACIÓN DE LOS AX EN LA PARED CELULAR vegetal Arabinoxilanos (AX) Los AX se encuentran en asociación con la pared celular vegatal (ver gráfico 2), donde actúa como un pegamento que une la estructura de varios bloques de la pared celular vegatal y tejidos, dándole resistencia y rigidez estructurales. Lamela media Pared primaria Membrana plasmática Pectina Microfibrillas de celulosa Arabinoxilanos Proteínas solubles Su abundancia, la ubicación dentro del material vegetal y la estructura molecular hacen que los AX tengan un impacto negativo sobre la digestibilidad de los piensos; reduciendo indudablemente el valor nutricional de las materias primas en los que está presente. Esto hace a los AX el principal factor anti-nutricional, reduciendo la eficiencia de la producción animal.

3 nutrase xyla una enzima, un mundo de beneficios 3 Arabinoxilanos como el mayor factor antinutricional AX solubles en agua (AX sol ) El efecto antinutricional más conocido del alto contenido de AX en las raciones para animales monogástricos, es un considerable aumento de la viscosidad del contenido intestinal, causada por la extraordinaria capacidad de retención de agua de los AX solubles en agua. El aumento de la viscosidad afecta la digestión del alimento y el uso de nutrientes en varias formas directas e indirectas: GRÁFICO 3: EFECTOS ANTINUTRICIONALES DE LOS AX arabinoxilanos AX sol AX insol incremento de viscosidad encerramiento de nutrientes flora intestinal evita la mezcla apropiada de los alimentos con las enzimas digestivas y las sales biliares, disminuye la disponibilidad de nutrientes y la absorción, y estimula la fermentación en el intestino grueso. digestibilidad reducida menos nutrientes por el animal resultados inferiores y camada húmeda AX Insolubles en agua (AX insol ) La segunda propiedad antinutricional de los AX está vinculada a la fracción insoluble en agua de AX, lo que produce el atrapamiento de los nutrientes. Grandes cantidades de nutrientes digestibles como el almidón y la proteína permanecen bien sea atrapados en grupos de material de la pared celular o ligados a las cadenas laterales de los AX. Estos nutrientes atrapados no estarán disponibles para la digestión y absorción posterior en el intestino delgado, resultando en una pérdida de nutrientes; este efecto antinutricional sigue siendo hoy en día seriamente subestimado. GRÁFICO 4: COLUMNA DE XILANO Y CADENAS LATERALES DE ARABINOSA xilosa arabinosa nnxilanasa Un nombre- muchas enzimas y parámetros Siempre que se utilicen ingredientes ricos en AX, se puede considerar el uso de enzimas de degradación de AX - conocidas como xilanasas o enzimas xilanolíticas con el fin de reducir los efectos antinutricionales de los AX, proporcionando un aumento considerable en la eficiencia de la producción animal. El nombre xilanasa cubre una amplia gama de enzimas con propiedades diferentes. Su función y utilidad en la producción animal están determinadas por una variedad de parámetros relacionados con el sustrato y con la propia enzima. Estos incluyen los siguientes, pero no están limitados a: Modo de acción de la enzima (por ejemplo, endo-xilanasa, exo-xilanasa, o una combinación) Especificidad del sustrato de la enzima (por ejemplo, afinidad con AX soluble y/o AX insoluble) ph óptimo de trabajo (por ejemplo, ácidos, alcalinos, neutros) Sensibilidad de la enzima a los inhibidores de xilanasa La estabilidad térmica natural En las siguientes páginas se analizaran varios de estos parámetros y se destacara su importancia a la hora de elegir una xilanasa para el tipo de alimentación y de producción animal.

4 nutrase xyla una enzima, un mundo de beneficios 4 Endo-xilanasa vs. exo-xilanasa Basado en el modo de acción, se pueden distinguir dos clases principales de xilanasas: endo- y exo-xilanasa. Dependiendo del tipo de enzima presente, su modo de acción produce resultados diferentes, como se muestra en el gráfico 5. Endo- xilanasas Las endo-xilanasas son capaces de atrapar en cualquier parte de la cadena de xilanos, siempre y cuando la enzima no sea físicamente impedida por cadenas laterales. Esto se traduce en menores fragmentos de AX que se forman cuando se actúa sobre el sustrato. Efectos de la actividad endo-xilanasa Sí existe un foco potencial de endo-atrapamiento a lo largo de todas las cadenas de AX, se puede descomponer de manera eficiente en polímeros de AX largos y en fragmentos más pequeños Los fragmentos pequeños de AX retienen menos agua, lo que resulta en una rápida y eficiente reducción de la viscosidad en el TGI (Tracto gastrointestinal) Hay una liberación eficiente de los nutrientes atrapados sí la xilanasa es capaz de romper la fracción de AX insoluble en agua No hay estrés metabólico de los monómeros de xilosa Hay producción de arabinoxilo-oligosacáridos prebióticos (AXOS) Exo-xilanasas Las exo-xilanasas sólo se adhieren al azúcar reductor al final de la cadena de AX. Su acción resulta en monómeros de xilosa que se separaron de una cadena mayor de AX. Efectos de la actividad exo-xilanasa El único foco potencial exo-atrapante se sitúa en el azúcar reductor al final de la cadena de AX. Esto significa que sólo una (1) molécula de xilanasa puede actuar sabre en una cadena de AX particular en cualquier momento Rompimiento ineficiente de AX Poca o ninguna reducción de la viscosidad Poca o ninguna liberación de nutrientes La producción de monómeros de xilosa lleva a un estrés metabólico ya que los monogástricos no pueden utilizar los azúcares pentosa para la producción de energía GRÁFICO 5: RESULTADO DE LA ACTIVIDAD ENDO-XILANASA Y /O ACTIVIDAD EXO-XILANASA EN UNA MOLÉCULA RAMIFICADA DE AX Endo y exo-xilanasa unidas a una cadena AX endo-xilanasa exo-xilanasa Cadena de arabinoxilanos después de la actividad endo-xilanasa Cadena de arabinoxilanos después de la actividad exo-xilanasa Cadena de arabinoxilanos después de combinarse las actividades endo y exo-xilanasa Endo-xilanasa + exo-xilanasa Una mezcla de endo y exo-xilanasas resulta en el rompimiento inicial en fragmentos más pequeños de AX, y después la exo-xilanasa recorta los monómeros de xilosa de los extremos accesibles de la cadena. Efectos de una combinación de endo y exo-xilanasa Conduce a un rompimiento más avanzado de AX, disminuyendo la viscosidad y liberando nutrientes. Sin embargo, la acción combinada produce más monómeros xilosa y por lo tanto un estrés metabólico más alto. Los fragmentos xilo-oligosacáridos se dividen y convierten en xilosa, perdiendo así el beneficio de su función prebiótica.

5 nutrase xyla una enzima, un mundo de beneficios 5 Mayor actividad en AX solubles e insoluble en agua Analizando los datos en la tabla 1 se concluye que, en los principales ingredientes vegetales usados en los piensos, la cantidad de AX insol es significativamente más importante que la de AX sol. Aunque el efecto anti-nutricional de los AX insol a menudo pasa desapercibido - no causa problemas particulares de producción, como cama húmeda o problemas digestivos graves - este efecto no debe ser descuidado ni subestimado. Hay que recordar que los nutrientes atrapados no están disponibles para el animal, lo que resulta en una producción ineficiente. Debido a esto e independientemente del cereal principal utilizado en el pienso, es de suma importancia que con el fin de obtener el máximo beneficio de una xilanasa debe ser capaz de romper ambos tipos de AX-, se reduzca efectivamente la viscosidad y se liberen los nutrientes atrapados. Este elemento es particularmente importante en las dietas de maíz y soja y en animales que son menos sensibles a la viscosidad en el tracto gastrointestinal. AX sol y AX insol en raciones maíz-soya Como el maíz contiene sólo el 0,1% de AX sol vs. el 5.1% de AX insol (tabla 1), el efecto anti-nutricional de AX sol (aumento de la viscosidad) es marginal en la dieta, mientras que el atrapamiento de nutrientes causado por la fracción de AX insol es de gran importancia. Por consiguiente, sólo una xilanasa capaz de romper la fracción de AX insol traerá un beneficio significativo en los animales alimentados con dietas de maízsoja. Animales con baja sensibilidad a la viscosidad en el TGI El efecto anti-nutricional de la viscosidad inducido por las materias primas que tienen un alto contenido de AX sol, como el centeno o el trigo, puede ser muy importante para algunos animales, como el pollo de engorde. Sin embargo, este no es el caso de todos los animales de producción. Los cerdos de engorde y las ponedoras, por ejemplo, no son tan sensibles a la viscosidad. En estos animales, el efecto antinutricional de los nutrientes atrapados, causado por una gran fracción de AX insol, será más importante que la de un aumento de la viscosidad, causado por AX sol. Xilanasas de origen fúngico vs bacteriana La Tabla 2 muestra un resumen de una gran variedad de enzimas PNA - en su mayoría cocteles enzimáticos - que tienen a la xilanasa como la enzima de principal actividad. Tabla 2: origen de enzimas para alimentación animal enzima producción de la cepa tipo Nutrase Xyla Bacillus subtilis Bacteriana Allzyme Aspergillus niger Fungal Avizyme / Porzyme Trichoderma longibrachiatum Fungal Econase Trichoderma reesei Fungal Grindazym Aspergillus niger Fungal Hostazyme Trichoderma longibrachiatum Fungal Natugrain TS Aspergillus niger Fungal Ronozyme Aspergillus oryzae Fungal Rovabio Penicillium funiculosum Fungal Roxazyme Trichoderma viride Trichoderma longibrachiatum Fungal Lo que se destaca es que prácticamente, las enzimas comerciales PNA más importantes son producidas por cepas de hongos, a excepción de Nutrase Xyla. En la gráfica 6 se puede ver claramente que Nutrase Xyla es superior a las xilanasas fúngicas en lo que se refiere a la descomposición y solubilización de la fracción de AX insol. GRÁFICO 6: ACTIVIDAD ENZIMÁTICA EN AX INSOLUBLES Disolución de AX insoluble (%) Nutrase Xyla Xylanasa fungal* 10 *prueba con Aspergillus aculeatus Dosificación enzima (nkat/g harina) La xilanasa en dietas de maíz y soya La gran mayoría de productos enzimáticos PNA de origen fúngico (tabla 2) demuestran una capacidad inferior de romper AX insol, lo que ha generado que una gran cantidad de nutricionistas en todo el mundo se decepcionen por el desempeño de xilanasas añadidas en dietas de maíz-soya. La anterior es, aún hoy, una de las principales razones por las que una gran cantidad de fabricantes de piensos dudan en utilizar xilanasas y otras enzimas, excluyendo fitasas, en piensos a base de maíz-soya, independientemente del tipo de producción animal.

6 nutrase xyla una enzima, un mundo de beneficios 6 nnfactores ambientales que afectan la actividad enzimática Además de los parámetros que dependen del sustrato y del tipo de xilanasa, los factores ambientales también pueden tener un efecto importante en la eficacia y la eficiencia de la enzima. Una enzima que puede funcionar a su máximo potencial tendrá una ventaja evidente sobre las enzimas cuyo potencial se ve limitado por condiciones desfavorables. ph óptimo de trabajo Xilanasas fúngicas Las enzimas de origen fúngico tienen un ph óptimo ácido, entre 4.5 y 5, y pierden una gran parte de su actividad bajo condiciones neutras. Teniendo en cuenta el corto tiempo que pasa el alimento en condiciones ácidas en el estómago, el buche y la molleja, las enzimas de origen fúngico tienen sólo un breve espacio de tiempo para romper las fracciones PNA. (Gráfico 7) Nutrase Xyla Nutrase Xyla tiene un ph óptimo de trabajo neutro, entre 6 y 7. Como el alimento pasa la mayor parte del tiempo en el intestino delgado, en condiciones neutras, Nutrase Xyla tendrá mucho más tiempo para ejercer su actividad en las fracciones solubles e insolubles de AX para liberar los nutrientes y reducir la viscosidad. Sensibilidad a inhibidores de la xilanasa Algunos cereales, como el centeno, la cebada y el trigo, contienen un tipo de proteínas que pueden interactuar con xilanasas e inhibir su acción. Las xilanasas fúngicas son mucho más sensibles a estos inhibidores que las xilanasas bacteriales, estos inhibidores son llamados TAXI (Triticum aestivum xylanase inhibitors). Su actividad puede ser inhibida entre un 70 y 95% en los piensos que contienen estos cereales, mientras que la actividad de Nutrase Xyla sólo se inhibe de un 20 a 30% (Gráfica 8). Estabilidad térmica Al contrario de las xilanasas fúngicas, Nutrase Xyla tiene una estabilidad térmica natural, que no viene dada por recubrimientos u otros procesos adicionales. Dependiendo de condiciones precisas, la pérdida de actividad de Nutrase Xyla debido a las condiciones de peletización es mínima hasta una temperatura de 85 C, mientras que para las xilanasas fúngicas no recubiertas la pérdida es más alta. Actividad xilanasa (%) después adición de extracto de cereales GRÁFICO 7: PERFILES DE ph DE LAS ENZIMAS GRÁFICO 8: SENSIBILIDAD A LOS INHIBIDORES DE LA XILANASA Trichoderma reesei trigo centeno cebada Aspergillus niger Bacillus subtilis Source: Debyser, 1999 GRÁFICO 9: ESTABILIDAD TÉRMICA ENZIMÁTICA NATURAL Actividad (%) ph buche 4 3 boca molleja intestino NUTRASE otras enzimas Tiempo después ingestión (h) fungal Temperatura ( C) Actividad óptima de Nutrase Actividad óptima de otras enzimas bacteriano Source: Himmelstein, 1985

7 nutrase xyla una enzima, un mundo de beneficios 7 nnnutrase xyla una enzima, un mundo de beneficios Las siguientes tablas dan una visión general de las diferencias entre Nutrase Xyla y otras enzimas PNA con respecto a varias propiedades, así como el rendimiento del producto durante los ensayos in vivo. Tabla 3: DIFERENCIAS ENTRE NUTRASE XYLA Y OTRAS ENZIMAS OTRAS ENZIMAS NUTRASE XYLA Registro en la Unión Europea Diferente para cada producto Pollo de engorde Patos Ponedoras Pavos Lechones Cerdo de engorde Tasa de inclusión Diferente para cada producto 100 ppm (productos diluidos disponibles Actividad de la endo-xilanasa Diferente para cada producto 9000 U endo-xilanasa/g (Δ A590 - método XylaZyme a ph 6) Estabilidad térmica * 75 C* hasta 85 C Temperatura de almacenamiento de enzima liquida** 8 C 25 C Inhibición de la actividad enzimática por TAXI*** % % Efecto en los arabinoxilanos insolubles en agua % % ph Optimo * endo-xilanasas fúngicas no recubiertas ** Para garantizar la estabilidad de al menos 6 meses *** TAXI significa Triticum aestivum inhibidores de xilanasa, presentes en los cereales (Debyser, 1999) Rendimiento el pollo de engorde Tabla 4: MEJORA PROMEDIO DE NUTRASE XYLA EN POLLO DE ENGORDE COMPARADA CON OTRAS ENZIMAS * Otras Nutrase Xyla Otras Nutrase Xyla enzimas enzimas Ganancia de peso 1.9 % 3.7 % 1.1 % 3.3 % Conversión alimenticia 2.7 % 3.8 % 0.5 % 2.2 % Utilidad extra por animal comparada con un grupo control negativo** 18 % 30 % 3 % 20 % Contribución de energía al alimento (kcal/kg) ME avicultura * Basado en la elaboración de estudios zootécnicos comparando dosis comerciales con un control negativo, documentado en el folleto Nutrase. ** Basado en un precio del pienso de 0,22 euros / kg, precio de pollito 0,25 euros/unidad; precio de la carne de 0,7 euros/kg, costo de producción (pienso y mano de obra excluidos) de 0,30 euros / animal y la mejora promedio de resultados zootécnicos mediante la adición de enzimas TRIGO Maíz Rendimiento en cerdos Tabla 5: MEJORA PROMEDIO DE NUTRASE XYLA EN CERDOS* Especie animal Lechones Cerdo de engorde Dietas Cebada/Maíz y trigo Trigo Maíz Ganancia diaria de peso 6.2 % 2.6 % 4.4 % Conversión alimenticia 5.8 % 2.3 % 2.1 % Utilidad extra por animal comparada con un grupo control negativo** % % % Contribución de energía al alimento (kcal/kg) ME porcicultura * Basado en la elaboración de estudios zootécnicos, comparando 100 ppm de Nutrase Xyla con un control negativo, documentado en el folleto Nutrase. ** Cerdo de engorde: Basado en un precio de pienso de 0,20 euros/kg, precio de los lechones de 43 euros/unidad, precio de la carne de 1,10 euros/kg, el costo de producción (piensos y mano de obra excluidos) de 14,6 euros/animal y promedio de mejora de resultados zootécnicos añadiendo enzimas. Lechones: Con base en un precio de pienso de 0,30 euros/kg, el precio de un lechón de 7,5 kg de 31 euros/unidad, el precio de un lechón de 22,5 kg de 43 euros/unidad, el costo de producción (piensos y mano de obra excluidos) de 2,75 euros/ animal y la mejora promedio de resultados zootécnicos mediante la adición de enzimas.

8 nutrase xyla one enzyme - a world of difference 8 nnnutrase Xyla Formulación de la alimentación en la práctica Nutrase Rendimiento Nutrase Xyla endo-1,4-β-xilanasa Fórmula Estándar On top Fórmula Estándar Precio del alimento Calculando menor costo Nutrase: Valor de nutriente Fórmula menos densa Reemplazando 2% de grasa/aceite por maíz, o, reemplazar cereal/aceite por subproductos Nutrase los ingredientes ricos en AX augmentan el valor de nutriente Rendimiento = Precio del alimento nnnutrase Xyla Matriz de valores Tabla 6: NUTRASE XYLA - MATRIZ DE VALORES 100 PPM DE PRODUCTO % % Humedad 10.0 Calcio Proteina cruda 13.5 Fosforo Grasa cruda 1.5 Sodio Almidón 65.5 Potasio Azúcares 1.5 Cloro Almidón + azúcares 67.0 Magnesio Minerales crudos 0.7 Sal Fibra cruda 0.5 Extracto libre de nitrogeno 70.8 Aminoácidos % Energía kcal/kg MJ/kg Lisina dig. 220 ME avicultura-trigo Metionina dig. 105 Pollo de ME avicultura-maíz Metionina dig. + cys 160 engorde ME PDE-trigo Treonina dig. 128 ME PDE-maíz Triptófano dig. 40 ME avicultura Ponedoras ME ponedoras Pavos ME avicultura-trigo ME avicultura-maíz Aminoácidos % Energía kcal/kg MJ/kg Lisina ileal dig. 168 ME cerdos Lechones Metionina ileal dig. 54 NE cerdos Metionina ileal dig. + cys 100 ME cerdos-trigo Treonina ileal dig. 100 Cerdos de ME cerdos-maíz Triptofano ileal dig. 30 engorde NE cerdos-trigo NE cerdos-maíz Nutrex NV Achterstenhoek Lille Belgium Tel info@nutrex.be NXGEN SP - V2