Friday, 24 November del 2017


Herramienta en las manos: La Nueva Generación de Enzimas

Herramienta en las manos: La Nueva Generación de Enzimas
Octubre 17/2013
Lima-Perú
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En la última década han ocurrido cambios interesantes, dentro de las plantas de alimento balanceado a nivel mundial, es por ello, que los aditivos alimenticios pasaron a representar un papel importante en la nutrición animal. En tal sentido, una vez que el conocimiento de las ciencias básicas de la nutrición, fue dominado por los especialistas se enfocaron las metas en maximizar el desempeño animal de una forma práctica, a través del uso de aditivos que mejoraran la precisión de la nutrición siguiéndole los pasos a la evolución genética.

Dentro del grupo de los aditivos nutricionales, las enzimas exógenas se destacaron por su consistencia en los resultados científicos y su capacidad de mejorar el aprovechamiento de los nutrientes, así como también, los consecuentes y significativos beneficios económicos que genera para el productor. Claramente, las enzimas exógenas son cada vez más utilizadas en la formulación de alimento balanceado, en parte porque hoy en día se cuenta con una avalancha de evidencias científicas de su eficacia, que contribuyen a la maximización de la digestibilidad de los ingredientes y consecuentemente, el mejor aprovechamiento de los nutrientes, motivo por el cual, las enzimas exógenas disponibles en el mercado de nutrición animal, pasan a ser herramientas técnicas viables para el desarrollo de nuevas estrategias nutricionales.

 

 

DIVERSIDAD DE ENZIMAS DISPONIBLES

Las enzimas son catalizadores biológicos, que aceleran la tasa de reacciones bioquímicas que ocurren naturalmente en el organismo, estas pueden ser clasificadas como endógenas o exógenas, siendo las enzimas endógenas las producidas naturalmente, estas catalizan moléculas químicas importantes para el mantenimiento y desarrollo del animal, como por ejemplo, la hidrólisis de las moléculas de almidón a glucosa, la cual es catalizada por la amilasa, por otra parte, las enzimas exógenas, son aquellas que se incorporan en las dietas, debido a que no son producidas por el organismo o su tasa de producción es muy baja, sin embargo, se tornan de suma importancia cuando hablamos de maximizar la utilización de los ingredientes, o sea, mejorar el aprovechamiento de las moléculas químicas de los ingredientes que están indisponibles para el animal, el ejemplo más reconocido de estas enzimas es la hidrólisis del ácido fítico (usando fitasas), forma en que los vegetales almacenan el fósforo y que en condiciones naturales no es digerido por los animales.

El concepto de uso de enzimas en la industria de alimentos balanceados no es nuevo, hace más de cien años que los investigadores ya conocen la existencia de estos aditivos. En torno a esto, el famoso bioquímico Louis Pasteur reconoció que las enzimas catalizan reacciones de fermentación. Adicionalmente, Eduard Buchner (1897), logró aislar con éxito enzimas de la fermentación alcohólica a partir de levaduras. En realidad, la palabra enzima significa “levadura”. En la actualidad, más de 300 enzimas han sido reproducidas, siendo muchas de ellas de utilidad para la alimentación humana y animal. Gran parte de las enzimas exógenas adicionadas en los alimentos para animales son consideradas hidrolasas, o sea, degradan las partículas de los ingredientes en nutrientes más simples y muchas veces, pueden hasta complementar las enzimas digestivas producidas por el animal en sus funciones biológicas normales.

Por otra parte, la tecnología de producción de las enzimas exógenas se encuentra en expansión constante, hace sólo 20 años la betaglucanasa y una que otra enzima degradadora de polisacáridos no amiláceos (PNA), eran las únicas enzimas exógenas comercialmente disponibles para alimentación animal, con el transcurrir del los años las investigaciones han permitido una evolución en el ámbito de las enzimas, de hecho, en la actualidad existe un número bastante amplio de enzimas exógenas, incluyendo las fitasas que elevan la biodisponibilidad del fósforo inorgánico, galactosidasas y proteasas para la liberación de proteínas vegetales contenidas en la matriz de la soya y otras oleaginosas, así como lipasas y xilanasas para el aumento de la energía disponible en el alimento.

 

 

SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DE ENZIMAS EXÓGENAS

Aproximadamente el 90% de todas las enzimas industriales, incluyendo las utilizadas en plantas de alimento balanceado, son producidas a través de la tecnología de fermentación en estado líquido. En esta metodología, el microorganismo, hongos o bacterias de cepas seleccionadas, son genéticamente modificados para producir el máximo nivel de una determinada enzima, estos son cultivados en un sustrato líquido rico en nutrientes, dentro de fermentadores. Las condiciones dentro del fermentador como el pH, temperatura y oxígeno son rigurosamente controlados para maximizar el crecimiento microbiano.

Una vez finalizado el proceso de fermentación, el medio líquido que ahora está rico en enzimas es secado, procesado y estandarizado. La característica interesante de este sistema está solamente en el alto rendimiento de producción de masa activa, pero también en la capacidad de producir una única enzima, controlando el coeficiente de actividad de la misma. En la producción de cocktails o “blends” de enzimas, la metodología aplicada es la misma, los microorganismos son genéticamente modificados para la producción de una única enzima y después de finalizado el proceso de producción de cada una de ellas por separado, se mezclan en función de las distintas actividades enzimáticas deseadas.

Por otro lado, existe otro método de producción de enzimas. Investigaciones realizadas por universidades en todo el mundo, muestran que el proceso de producción de enzimas exógenas también puede ser realizado por fermentación en estado sólido, o más comúnmente llamado “SSF”.

Esta tecnología, es una alternativa a la fermentación líquida para la producción de enzimas, tampoco es un concepto nuevo y sus orígenes datan desde la panificación en el Egipto antiguo. Ejemplos modernos de la tecnología SSF son utilizados en los procesos de compostaje, ensilaje, maduración de quesos y cultivo de hongos. El proceso de SSF viene siendo utilizado en Asia a gran escala para la producción de ciertos alimentos y bebidas, como el Sake y salsa de soya.

El establecimiento de un sistema SSF empieza con la selección, aislamiento y propagación de un microorganismo natural que produce grandes cantidades de enzimas, en algunos casos más de 400 veces la cantidad normal de la enzima deseada. Estos cultivos, en pequeña escala, son utilizados para inocular el sistema SSF. Las bacterias, levaduras y hongos que son capaces de desarrollarse en sustratos sólidos, son candidatos viables para este sistema. Así mismo, muchas investigaciones demuestran que los hongos filamentosos como el Aspergillus niger, poseen las características y ventajas más completas para producir enzimas de calidad para aplicación en la industria alimenticia humana y animal.

El próximo paso es la selección del sustrato, los sistemas SSF pueden usar subproductos mínimamente procesados, como por ejemplo el salvado de arroz o trigo, así como sustratos con porciones fibrosas fácilmente disponibles, como el afrecho de soya. Generalmente, la relación entre el contenido de proteínas y carbohidratos en estos sustratos es un factor determinante para la selección del sustrato ideal para la producción de enzimas.

Una vez seleccionado el sustrato, debe ser esterilizado en condiciones de calor y presión, para destruir cualquier microorganismo presente en la materia, con especial atención a las levaduras. El bajo contenido de humedad libre en el sustrato es otra característica importante para la producción de enzimas en el sistema SSF. El agua agregada al sistema debe ligarse al sustrato, formando un medio de máxima exposición del microorganismo al aire, lo que resulta en la estimulación de la actividad microbiana y consecuentemente la producción de las enzimas.

El cultivo microbiano seleccionado es sembrado en este sustrato esterilizado a través de un mezclado, formando entonces lo que se llama material “Koji”, que es una definición japonesa para la masa sustrato + microorganismo. El “Koji” es cargado en el reactor para entonces empezar el proceso de fermentación.

El reactor tipo bandeja es lo más utilizado en fermentaciones en sustratos sólidos. Consiste en una serie de bandejas de acero inoxidable esterilizado, aplicándose una delgada capa (entre 5 a 7 cm) de “Koji” en las bandejas, posteriormente son cubiertas y colocadas en un rack también de acero inoxidable y acondicionados en una sala incubadora de ambiente controlado.

Los operadores durante el proceso de incubación del microorganismo siguen las reglas prácticas de asepsia rigurosa para evitar la contaminación del sistema. Finalmente, posterior a la fermentación, el material es secado, molido, estandarizado y ensacado.

 

ENZIMAS DE CALIDAD SUPERIOR

Un número cada vez más grande de evidencias científicas, demuestran que las enzimas producidas por el sistema de fermentación en sustrato sólido (SSF) son cualitativamente diferentes de las obtenidas con la fermentación microbiana líquida. Los sistemas SSF donde se utilizan solamente microorganismos no genéticamente modificados producen alta actividad de la enzima deseada, además de actividades significativas de otras enzimas, denominadas en este sistema como “actividades enzimáticas laterales”.

Las enzimas producidas secundariamente son consideradas un beneficio adicional del sistema SSF, ya que el microorganismo es capaz de generar un mejor balance entre las enzimas producidas, resultando en un complejo de enzimas. Este complejo está balanceado tan naturalmente que las enzimas pasan a trabajar de manera sinérgica dentro del tracto gastrointestinal, potencializando más su acción en el sustrato no digerido y evitando el canibalismo que posiblemente se encuentre entre las enzimas exógenas que se mezclan en cocktails.

De esta manera natural, las publicaciones demuestran que una glucosidasa producida por el sistema SSF es termo tolerante cuando es comparada a las producidas por el sistema de fermentación líquida, estas últimas deben ser sometidas a recubrimiento para que no se vean afectadas por el calor. La fitasa microbiana para uso en alimentos balanceados de animales producida por SSF, puede presentar una mayor estabilidad de su actividad durante el almacenamiento cuando se compara con otra que es producida en fermentación líquida.

LOS COMPLEJOS ENZIMÁTICOS NATURALES: LA NUEVA GENERACIÓN DE ENZIMAS

Sin lugar a dudas, en el futuro los sistemas SSF, también serán incluidos en la producción de más y nuevas enzimas antes no utilizadas en la nutrición animal, buscando garantizar mejor actividad y estabilidad de las enzimas.

Procesos cada vez más específicos están siendo desarrollados por la biotecnología, llevando al campo beneficios prácticos en la búsqueda por alimentos más adaptados a los cambios constantes de la genética animal, y al final, administrando la eficiencia y el futuro de la producción a través de la sustentabilidad.

Finalmente, es importante mantener presente que la optimización de los nutrientes es una de las llaves que abren las puertas al futuro y mantienen la producción animal en franco crecimiento, y de hecho, el uso de fibras para generar energía al animal es una de las ventajas de este sistema.

Lo indisponible pasa a tener un valor real en la cadena, es por ello que la nueva generación de enzimas está disponible para todos los que buscan constantemente el equilibrio entre la eficiencia zootécnica y la eficiencia económica en la producción animal.

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