Enzimas

Enzimas: Una nueva era para la nutrición acuícola

El uso de las enzimas exógenas en la nutrición animal es un área sumamente prometedora para el futuro de la acuicultura, que tiene ahora la oportunidad de aprovechar la experiencia acumulada para reducir costos, mejorar el valor nutricional y el aprovechamiento de los ingredientes en las dietas, disminuyendo a su vez el impacto ambiental.

Las enzimas exógenas se utilizan ampliamente en la producción animal como un aditivo nutricional que aporta innumerables beneficios a las dietas animales y al medio ambiente. Entre las enzimas más utilizadas, encabezan la lista las fitasas con un 80% del mercado, seguidas por las carbohidrasas con un 10 al 15%.

“También crece la inclusión de las proteasas, que actualmente ocupan entre 5 y 10% del mercado mundial de enzimas.”

El principal motivo de la expansión en el uso, de las enzimas exógenas, en la nutrición animal es el valor económico que dichos aditivos nutricionales representan, debido a la reducción en el costo de la formulación, la mejora en el desempeño de los animales por un aumento en la digestibilidad de los ingredientes y una menor liberación de nitrógeno y fósforo hacia el medioambiente.

El significativo crecimiento de la industria acuícola, en los últimos años, pone de relieve la necesidad de adoptar prácticas y tecnologías dirigidas a garantizar la sostenibilidad de la actividad a largo plazo, y el empleo de enzimas en las dietas es una herramienta que puede contribuir en ese sentido.

“Desde el punto de vista de la nutrición, el aumento en el uso de materias primas vegetales en las dietas de acuicultura es una realidad, centrada en la reducción de costo y la sustitución de ingredientes marinos como la harina de pescado.”

No obstante, este aumento en el uso de ingredientes vegetales potencia significativamente la cantidad de factores antinutricionales en las dietas. Así, las enzimas endógenas, o sea, enzimas metabolizadas por el propio organismo, resultan insuficientes para liberar la mayor parte de los nutrientes de los ingredientes que, por lo tanto, no son aprovechados.

En la actualidad, se observa un creciente interés por parte de la industria acuícola y de la comunidad científica por el uso de enzimas en acuicultura; lo anterior se refleja en una mayor cantidad de publicaciones técnicas y científicas, así como también, por la adopción de esta tecnología en el ámbito de las fábricas de alimentos acuícolas.

En tal sentido, se puede afirmar que se trata de un área sumamente prometedora para el futuro de la acuicultura y de una tecnología nutricional que será cada vez más utilizada, razón por la cual resulta interesante profundizar en los beneficios de las tres principales clases de enzimas para uso en organismos acuáticos con mejores perspectivas para los próximos años.

Fitasa

El requerimiento de fósforo en acuicultura ya ha sido bien establecido y resulta sencillo atender los niveles recomendados, desde el punto de vista nutricional, mediante la inclusión de fósforos inorgánicos u orgánicos.

Sin embargo, este contexto económico y sostenible está cambiando debido al aumento de los precios de los minerales fosfatados, cuyas reservas naturales son finitas, así como los aspectos ambientales vinculados al uso ineficiente de dichas fuentes.

“Las soluciones sostenibles para la acuicultura son necesarias para minimizar los costos del fósforo y reducir el impacto ambiental relacionado con el suministro de dicho nutriente, que los animales no aprovechan en su totalidad.”

El fósforo es un nutriente esencial que apoya el crecimiento de los animales y es fundamental para la metabolización de la energía, el aumento de la eficiencia alimentaria, además de la mineralización y la formación ósea.

Sin embargo, si se usa en exceso o en tal forma que no se pueda disponer de él, como en el caso del ácido fítico, se aprovecha poco y se excreta al medioambiente. La pregunta en ese caso es si se puede mejorar el aprovechamiento de los fósforos en las dietas de acuicultura.

“La respuesta es afirmativa, mediante el uso de la fitasa, que es una enzima exógena que requiere un sustrato para actuar.”

Dicho sustrato, conocido como ácido fítico (fitato), está presente en mayor o menor cantidad en todos los ingredientes de origen vegetal, entre los cuales se cuentan cereales, semillas oleaginosas y leguminosas (Figura 1).

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Se trata de una de las formas empleadas por los vegetales para almacenar y estabilizar el fósforo para su propio metabolismo, quedando así indisponible para los organismos.

El fitato contiene el 28.2% de fósforo, en la mayor parte de las fuentes es insoluble, lo cual representa una absorción cercana a cero en los organismos acuáticos. La fitasa actúa hidrolizando el fitato y liberando el fósforo, permitiendo aumentar su disponibilidad para los peces y camarones.

“Además de la liberación del fósforo, existen otros factores en los que la fitasa puede actuar, haciéndose necesario comprender mejor el funcionamiento esa molécula antinutricional.”

En el centro de la molécula de ácido fítico existe un núcleo, que es el anillo mioinositol, al cual están unidos los grupos fosfatos. Dichos grupos poseen cargas negativas y cuando son ingeridas a nivel intestinal con un pH bajo, ese complejo potencializa sus cargas negativas.

Esas moléculas con carga negativa atraen otros nutrientes positivos, como proteínas, aminoácidos y minerales, formando un complejo quelado y perjudicando la absorción de tales nutrientes (Figura 2).

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Un estudio científico llevado a cabo con diferentes inclusiones de fitasa, permitió comprobar que esta enzima logra hidrolizar este complejo quelado, liberando así minerales como P, Mg, Zn y Ca que se mineralizan en los huesos en truchas (Figura 3).

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Por lo tanto, el uso de fitasa en las dietas acuícolas aporta importantes beneficios para peces y camarones, entre los cuales se pueden mencionar:

1) Posibilidad de reducción de costo de la fórmula.

2) Reducción de la inclusión de fósforos inorgánicos.

3) Liberación del fósforo presente en los ácidos fíticos.

4) Reducción de hasta un 20% en la emisión de fósforo hacia el medioambiente.

5) Aumento del desempeño de los organismos.

Carbohidrasas – Xilanasas

Los carbohidratos encontrados en las materias primas de origen vegetal representan una fuente importante de energía en la dieta animal.

En los vegetales, los carbohidratos forman la estructura de las paredes celulares y normalmente reciben el nombre de fibras. Gran parte de los nutrientes se encuentra en el endospermo de la semilla y está presente en los gránulos de almidón, protegido y encapsulado por la pared celular (fibra).

“Para acceder y utilizar el almidón, la proteína o la grasa, envueltos por los diferentes carbohidratos, el organismo necesita romper dicha fibra. Sin embargo, la mayoría de los organismos monogástricos no son capaces de digerir las fibras usando solamente sus enzimas endógenas.”

Antes de entrar en el tema de las enzimas carbohidrasas, es importante comprender la composición de la pared celular de las materias primas, ya que existen diferentes especificidades. Cada ingrediente tiene en su composición diferentes polisacáridos no amiláceos (PNA), lo cual significa que diferentes tipos de carbohidrasas pueden actuar en la degradación de esas fibras para liberar los nutrientes (Figura 4).

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Inclusive después de someter granos y cereales a procesos químicos y físicos para la extracción de los nutrientes, transformando dicha materia prima en coproducto, aún existen nutrientes que permanecen encapsulados y no pueden ser aprovechados.

El rol de las carbohidrasas es romper la pared celular de esos vegetales (Figura 5), liberando el nutriente interno de la célula. El resultado, en el caso del uso de una xilanasa, es la ruptura de los arabinoxilanos, componentes de las fibras presentes en el trigo, con lo cual se libera energía en las dietas.

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Las carbohidrasas son interesantes porque permiten la hidrólisis de los almidones con una amilasa y para la hidrólisis de los PNA se recomienda una xilanasa.

Otro beneficio importante es la reducción de la viscosidad intestinal, debido a la solubilización de dichos polisacáridos. Algunos estudios señalan el efecto positivo de la xilanasa en la microbiota intestinal, mejorando la digestibilidad en los animales.

La aplicación de enzimas carbohidrasas ha demostrado resultados muy consistentes en lo que se refiere a la mejora del crecimiento y desempeño, la reducción del costo de las dietas a través de la disminución de la energía digestible y el aumento de la eficiencia alimentaria.

Todos estos factores aportan mucha flexibilidad a las estrategias de formulación de alimentos balanceados para la acuicultura.

Proteasa

La composición nutricional de las fórmulas empleadas en acuicultura presenta niveles proteicos superiores a los que se utilizan para la mayoría de las demás especies de producción. La proteína es fundamental para los animales acuáticos, siendo uno de los nutrientes más importantes y costosos.

“La industria acuícola requiere soluciones inteligentes para usar las fuentes de proteína de forma más eficaz, reducir costos, mejorar la rentabilidad y disminuir la excreción de nitrógeno al medioambiente.”

En el caso de los animales terrestres, se han desarrollado diferentes estrategias para utilizar la proteína de la dieta de forma más eficiente, entre las cuales se pueden mencionar: alimentación por fases, búsqueda de proteínas más digestibles, balance de aminoácidos sintéticos, fuentes de proteína nuevas o alternativas y, recientemente, aplicación de enzimas proteasas.

La acuicultura tiene la oportunidad de emplear el aprendizaje sobre la optimización de proteína en las dietas de los animales terrestres para el uso de proteasa en sus dietas.

“El uso de proteasas exógenas ejerce una acción complementaria a las endógenas, actuando de forma sinérgica en los animales, aumentando la capacidad de degradación de las proteínas y la liberación de los aminoácidos.”

Las proteasas forman una clase de enzimas que hidroliza cadenas de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos en fracciones menores, dejándolos más disponibles para la absorción. Sin dicha enzima, estas estructuras no se pueden romper fácilmente y, por lo tanto, no pueden ser digeridas por peces y crustáceos.

Considerando lo anterior, ciertamente su uso representa nuevas oportunidades para mejorar la digestibilidad de la proteína presente en los ingredientes típicos de alimentos balanceados para peces.

Las proteasas endógenas se clasifican como endopeptidasas, que rompen el interior de la cadena de proteína, y exopeptidasas, que actúan rompiendo las extremidades de la cadena proteica.

“Así, el uso de proteasas exógenas ejerce una acción complementaria a las endógenas, actuando de forma sinérgica en los animales, aumentando la capacidad de degradación de las proteínas y liberación de los aminoácidos.”

Otro beneficio ya comprobado de la proteasa es su capacidad para reducir el efecto de los factores antinutricionales de las materias primas proteicas como la soja. Algunos estudios in vitro indican la acción de la proteasa sobre los inhibidores de tripsina Kunitz y Bowman Birk de la soja, entre otros.

Dichos factores impiden la acción de las tripsinas endógenas de los animales, mientras que la proteasa exógena es capaz de degradar dichos inhibidores (Figura 6), transformándolos en fracciones menores y aumentando el potencial digestivo de los nutrientes.

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Conclusión: Una nueva era de las enzimas en acuicultura

La ciencia ha avanzado rápidamente en la última década y ha tenido éxito con el desarrollo de enzimas como la fitasa, las carbohidrasas y la proteasa para uso en alimentos de acuicultura. Pese a que aún existen desafíos, la industria tiene ahora la oportunidad de apalancar la experiencia acumulada con las enzimas, para reducir costos, mejorar el valor nutricional y el aprovechamiento de los ingredientes en las dietas, disminuyendo a su vez el impacto ambiental.

La nueva era de uso de enzimas en acuicultura ha llegado y es una realidad.

Autores: EDUARDO YAMASHITA | Regional Technical Manager Aqua – DSM | eduardo.yamashita@dsm.com DIOGO FILIPE ROSSO | Sr. Technical Service Research Associate – Novozymes | DIFR@novozymes.com THIAGO SOLIGO | Regional Marketing Manager Aqua – DSM | thiago.soligo@dsm.com SUSANA CAJAS | Account Manager – DSM | susana.cajas@dsm.com
Más información: www.dsm.com/animal-nutrition-health

 

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