Mediante el uso de ácidos orgánicos, como el ácido benzoico, se puede mejorar el rendimiento y el rendimiento intestinal. El efecto es aún mayor si el producto está encapsulado. En este artículo destacamos algunos de los datos del ensayo.
Los ácidos orgánicos (a menudo denominados ácidos grasos volátiles, ácidos grasos, ácidos carboxílicos o ácidos débiles; Broom, 2015) son compuestos naturales de carbono que contienen (por lo tanto, orgánicos) con propiedades ácidas. Debido a sus propiedades antimicrobianas, los ácidos orgánicos se utilizan durante mucho tiempo como un medio eficaz para reducir o controlar la contaminación microbiana de los piensos y las materias primas para piensos. El desarrollo de moho está bien controlado por el ácido propiónico, por ejemplo; los ácidos orgánicos también se utilizan para reducir los patógenos como la Salmonella en la cadena alimentaria.
Efecto del tracto gastrointestinal
El interés en el uso de los ácidos orgánicos para los animales de granja ha aumentado con la posible sustitución de los antibióticos promotores del crecimiento (AGP) y se investigó su modo de acción en el tracto digestivo de los cerdos y las aves de corral. Para poder atravesar o habitar con éxito el tracto gastrointestinal, los microorganismos deben sobrevivir al estrés ácido extremo que proporciona el bajísimo pH del entorno del estómago (Broom, 2015). Cabe señalar que en el estómago, los microorganismos se enfrentan al ácido clorhídrico que es un mineral, no un ácido orgánico. Para sobrevivir a este estrés extremo, los microorganismos tienen que mantener su pH interno y citoplasmático cerca del neutro (pH 7), ya que representa las condiciones más apropiadas para su aparato metabólico (por ejemplo, las enzimas). Los microorganismos intentan principalmente mantener el pH interno minimizando la permeabilidad de la membrana al ión hidrógeno (H+) y activando los mecanismos de bombeo de iones. Estos mecanismos de bombeo de iones son energéticamente costosos y si la exposición al estrés ácido dura demasiado tiempo se interrumpen otros metabolismos clave, se inhibe el crecimiento de las bacterias y puede producirse la muerte celular.
El valor pKa
Una característica esencial de los ácidos orgánicos es el valor pKa; los ácidos orgánicos están compuestos por una cadena de carbono que es un anión, cargado negativamente, y por un ión de hidrógeno (H+). Cuando ambos se asocian, el ácido no está cargado y es capaz de difundirse libremente a través de la membrana de la célula microbiana. El valor pKa es el pH ambiental donde la mitad del contenido de ácido orgánico se disocia y la otra mitad permanece sin disociar. Como los valores pKa de los ácidos orgánicos son generalmente inferiores a 5, cuando la forma no disociada ha entrado en una célula bacteriana, siendo el pH del citoplasma celular cercano a 7, el ácido se disocia y los iones H+ resultantes acidifican el citoplasma, acentuando los mecanismos reguladores del pH de la célula como se ha descrito anteriormente.
A diferencia de los ácidos minerales como el ácido clorhídrico, la porción aniónica del ácido orgánico se acumula en la célula causando otros daños. Cuando la pKa es más alta que el pH medio, se disocia más ácido y es menos capaz de penetrar en la membrana celular microbiana. Así pues, dentro del tracto gastrointestinal, es probable que una concentración dada de un ácido orgánico tenga un mayor efecto antimicrobiano en las regiones de pH más bajo que en las de pH más alto, y esto es una consideración importante para la aplicación de los ácidos orgánicos y el desarrollo de productos. En cualquier caso, las ligeras modificaciones del pH en diferentes partes del tracto gastrointestinal, cuando se observan, determinan la eficacia de los ácidos orgánicos (Broom, 2015). Una hipótesis es que las modificaciones del pH local podrían deberse a la producción de ácido láctico por parte de las bacterias lácticas, estimulada por el control de microorganismos patógenos más susceptibles a los ácidos.
Figura 1 – Concentraciones mínimas inhibidoras (CMI en ppm) de ácido benzoico contra microorganismos aislados de animales.
¿Qué ácido orgánico elegir?
Para la descontaminación de los alimentos, el ácido fórmico se da como el mejor ácido orgánico antimicrobiano. No es la mejor opción para un objetivo de microorganismos intestinales. El valor pKa del ácido fórmico es inferior a 4; es una molécula pequeña y se metaboliza rápidamente. El ácido benzoico tiene un valor pKa de 4,2 y la parte fenólica es un eficiente agente dañino para la célula bacteriana. El ácido benzoico es una molécula sólida y también menos corrosiva y más segura de manejar en comparación con los ácidos fórmico, propiónico o láctico que son líquidos. La figura 1 muestra las concentraciones mínimas de inhibición del ácido benzoico en diferentes bacterias (datos no publicados). Al igual que en el caso general de los ácidos orgánicos, los gram-negativos (es decir, E. coli, Salmonella) están mucho más inhibidos que las bacterias gram-positivas.
Entre las bacterias gram-positivas, la «bacteria beneficiosa» (es decir, Lactobacillus spp.) es menos sensible a los efectos antibacterianos del ácido benzoico. Ya se ha informado de que el ácido benzoico desempeña un papel importante en la reducción del número de muchas bacterias patógenas como Campylobacter jejuni, Escherichia coli, Listeria monocytogenes y Salmonella enterica (Giannenas y otros, 2010).
Giannenas et al (2014) informaron de que el 0,03 y el 0,1% (300 y 1000 ppm) de ácido benzoico en el pavo (+5% de aumento de peso y menos del 6,5% para la FCR en las aves de corral que reciben 300 ppm de ácido benzoico a los 56 días de edad) y las dietas para pollos de engorde mejoraron el rendimiento de las aves en comparación con las aves de control no suplementarias. Las poblaciones de coliformes se redujeron en el ceca de las aves mientras que las bacterias del ácido láctico aumentaron. Olukosi y Dono (2014) observaron una mejora significativa de la altura de las vellosidades, el ancho de las vellosidades, la profundidad de las criptas y el ancho de las criptas en el yeyuno de los pollos de engorde que recibían 2000 ppm de ácido benzoico en su alimentación.
En las aves de corral se observaron claros efectos negativos de las altas dosis de ácidos orgánicos. En cuanto al ácido benzoico, Giannenas et al (2014) informaron de que las aves que recibieron la dieta suplementada con la dosis más baja (300 ppm) de ácido benzoico tuvieron mejores resultados que las aves que recibieron 1000 ppm. Josefiak et al (2010) informaron de que el 0,2% del ácido benzoico redujo el rendimiento en los pollos de engorde, mientras que el 0,1% mejoró el rendimiento de las aves. Se puede concluir que no es necesario utilizar altas dosis de ácidos para mejorar el rendimiento de las aves.
A pesar de los beneficios de los ácidos orgánicos, una limitación importante asociada a los ácidos orgánicos es su rápido metabolismo y absorción en las partes proximales del tracto gastrointestinal, lo que da lugar a una baja concentración, sin efecto, en las partes distales. Yousaf y otros (2016) midieron las concentraciones de ácidos en el cultivo, yeyuno, íleon y ceca de pollos de engorde que recibieron desde el día de su nacimiento hasta los 35 días de edad, un alimento complementado con 821,6 mmol/kg de ácido benzoico. En comparación con las aves de control negativo, las concentraciones de ácido benzoico fueron mayores (multiplicadas por 2 a 10 veces) en las aves tratadas, pero el ácido se liberó esencialmente en el cultivo.
Liberación del objetivo por encapsulación
Para alcanzar las concentraciones de antimicrobianos en el intestino distal de las aves de corral, sería necesario aumentar drásticamente el nivel de ácidos orgánicos en el alimento, lo que provocaría una disminución de la ingesta de alimentos. Por lo tanto, se han hecho diferentes intentos de proteger los ácidos orgánicos de la disociación y absorción en el intestino proximal mediante la microencapsulación de los compuestos activos en una matriz que llevaría a la liberación de los compuestos activos en las partes distales del intestino (Yousaf y otros, 2016). Generalmente la encapsulación se realiza con aceites vegetales hidrogenados y la digestión progresiva por lipasas liberadas lentamente por el ácido. Yousaf y otros (2016) demostraron que el ácido benzoico encapsulado era capaz de aumentar significativamente las bacterias del ácido láctico en el ceca y reducir los coliformes.
Figura 2 – Cinética de liberación de ácido benzoico.
La figura 2 muestra los efectos protectores de la liberación de ácido benzoico microencapsulado en condiciones simuladas de digestión gástrica e intestinal en un modelo in vitro de aves de corral (resultados internos de MiXscience, datos no publicados). La vectorización mediante la microencapsulación de ingredientes activos en una encapsulación de ácidos grasos aparece como una solución eficaz para proteger los ácidos orgánicos de la disociación y la absorción en el intestino proximal. La vectorización es un proceso que consiste en elegir los mejores ingredientes -teniendo en cuenta las posibles sinergias entre ellos- y asociarlos a portadores y, si es necesario, a agentes de encapsulación. El objetivo es asegurar una eficiencia óptima de los ingredientes seleccionados, llevándolos al lugar y momento adecuados. Como se muestra en la figura 2, la encapsulación del aBcid permite limitar la liberación «gástrica» al 35% y luego una liberación progresiva a lo largo de todo el intestino. Este bypass gástrico observado es particularmente interesante en comparación con otro ácido benzoico encapsulado en el mercado (64% del ácido liberado). Los efectos positivos sobre el rendimiento de las aves de corral ya han sido claramente demostrados y podemos esperar que las nuevas tecnologías futuras de vectorización puedan contribuir a mejorar aún más los rendimientos.
