N NUTRICIÓN. SANIDAD GASTROINTESTINAL

Ácidos Orgánicos tamponados y libres:uso como sanitizantes de materiasprimas, piensos y tracto gastro intestinal

Sígfrid López y Carmen Valverde.Departamento Técnico Novus International Inc.

Los ácidos orgánicos son compuestos químicos con una cadena de carbono y un grupo carboxilo.Muchos compuestos cumplen con estas características, pero tan sólo un número relativamentelimitado reviste interés por sus propiedades biocidas y sus efectos a nivel intestinal.

L

os principales ácidos orgánicosutilizados son el ácido fórmi-co, propiónico, butírico, lácti-co, acético, fumárico, cítrico,sórbico, HMTBa y benzoico

(Cuadro I). Los ácidos pueden ser utili-zados como tales (en forma libre) o enforma de sal (asociados a amonio, cal-cio, sodio o potasio). Los ácidos orgáni-cos son ácidos débiles. Todos los ácidos,dependiendo del pH, presentan unaparte disociada y una parte íntegra. ElpKa (constante de disociación) es el pH

de la solución donde la reacción de diso-ciación del ácido está totalmente equili-brada. El pH del medio condiciona,pues, la proporción de la disociación.Así, a pH bajo, los ácidos orgánicosposeen una elevada proporción íntegra,mientras que a pH cercanos a la neutra-lidad el equilibrio tenderá a la disocia-ción.

Dadas sus relativamente limitadascapacidades reductoras de pH (tanto enpienso como en estómago, las cantida-des de ácidos orgánicos que permitirían

tal reducción están fuera del rango habi-tual de uso de estos ingredientes), elprincipal papel de los ácidos orgánicoses microbicida. Esta función la realizanfrente a bacterias, hongos y levaduras.

Este efecto bactericida, sin embargo,no es compartido por los ácidos inorgá-nicos, los cuales poseen principalmenteuna función tamponadora del pienso ycomo acidificantes urinarios en cerdasreproductoras.

Efectos en el aparatogastrointestinalSi bien no se conoce plenamente elmecanismo por el cual los ácidos orgá-nicos poseen un efecto bactericida,parece ser que éste está relacionado a suforma no disociada, predominante en elestómago del animal monogástrico.Esta forma no disociada no se compor-ta como un ácido y es capaz de penetrarla célula bacteriana, a diferencia de laforma disociada. Dentro de la célulaserá capaz de liberar iones H -1- , lo cualalterará el equilibrio citoplasmáticobacteriano y ejercerá una toxicidadsobre el DNA, conllevando la muertecelular (Figuras 1 a 3).

Es necesario destacar, sin embargo,que si bien el pKa nos da una idea claradel estado de disociación de un ácido ytal estado de disociación influye en su

Cuadro 1. Principales ácidos orgánicos en alimentación animal

Ácido Fórmula PM pKa

Fórmico L H COOH 46 3,75

Acético L CH3 COOH 60

74

4,76

Propiónico L CH3 CH2 COOH 4,88

Butirico L CH3 CH2 CH2 COOH 88 4,82

Láctico L CH3 CH(OH) COOH 90 3,83Sórbico P CH3 CH:CH CH:CH COOH 112 4,76

Fumárico P COOH CH:CH COOH 116 3,02

Mallo° P COOH CH2 CH(OH)COOH 134 3,40

Tartárico P COOH CH(OH) CH(OH) COOH 150 2,93

HMEITa L CH3 S CH3 CH2 CH(OH) COOH 150 3,53

Cítrico P COOH CH2 C(OH)(COOH) CH2 COOH 192 3,13

LJP: Formula liquida/polvoPM: Peso molecularpKa: Constante de disociación

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10

8

6 -

4 -

2

0 o

- 2 -

-4-

- 6 -

- 8 -

-10 -

Ácido fosfórico

—4-- Ácido láctico

r Ácido fórmicoConcentración (mMol / L)

o 20 40 60 80 100

- Ca-propionatoAcido ac ético

- Acido fum árloo- Ca - farm Lato—e— Á c ido láctico

Acido citrico-"ir Acido propi ón ico

- Acido férin ico

p H

6.0

5.5

5.0

4.5 --

4.0

3.5 —

3.0

gramos /kg

N

capacidad microbicida, no es éste elúnico factor a tener en cuenta a fin devalorar las propiedades biocidas: en estesentido, ácidos orgánicos con similarpKa pueden mostrar efectos bacterici-das muy diferentes. A idéntico pKa, porejemplo, el ácido fórmico se revela conuna capacidad bactericida superiorfrente al ácido láctico, porque a igualdosis (kg/t) hay más grupos ácido en elfórmico que en el láctico (su peso mole-cular es bastante inferior).

Dada la influencia del pH sobre ladisociación del ácido orgánico y, portanto, sobre su eficacia bactericida, esen el estómago fermentativo de losmonogástricos (pH 4,5-5,5) donde esteefecto se da en principal medida,mediante una moderación de la compe-tición de la flora láctica por los nutrien-tes. Esta acción continúa en el estóma-go secretor (pH, de 2 a 3), incrementan-do la eficacia antibacteriana de la barre-ra gástrica. Esta función antibacterianade los ácidos orgánicos puede prolon-garse a tramos posteriores del tractointestinal, aunque su efecto es dosis-dependiente y precisan de técnicas queimpidan un metabolismo temprano anivel duodenal.

Técnicas de protecciónPor lo general, las principales formas depresentación de ácidos orgánicos queimpiden un rápido metabolismo de losmismos a nivel intestinal son la protec-ción en forma de matriz grasa, encapsu-lación y amoniación (generación desales amónicas) de los ácidos orgánicos.Cada una de estas técnicas permitealcanzar, en diferente grado, tramosposteriores del tracto intestinal, con suspeculiaridades (Figuras 4 y 5).

La protección mediante matriz grasaevita la corrosividad que los principiosactivos pueden ejercer sobre la maqui-naria de la fábrica de piensos, garantizala seguridad del operario y permite unaliberación gradual de los principios acti-vos tras una actuación de la lipasa pan-creática a lo largo del tracto intestinal yhasta la unión ileo-cecal. Esta forma deprotección requiere de la tecnologíaadecuada por parte del productor deácidos.

La encapsulación permite evitar elefecto corrosivo de los ácidos grasosdurante el procesado, pese a una relati-va alteración estructural en procesostérmicos. Las partículas que permane-cen encapsuladas son capaces de resistirla barrera gástrica, aunque parte del

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Figura 1. Efecto de ácido láctico, ácido fórmico y ácido fosfórico contra E. coli patógenoK88:K91:0149 (pH 5).

Figura 2. Cambio de pH de la dieta de un cerdo (prestarter con la inclusión de diferentes ácidosorgánicos).

Dadas sus relativamente limradas capacidadesreductoras del pH (tanto en pienso como enestómago), el principal papel de los ácidosorgánicos es microbicida frente a bacterias,hongos y levaduras

ANL

~Mundo Ganadero Marzo'071:

Figura 3. Efecto bactericida gástrico de los ácidos orgánicos.

Cuadro II. Puntos de fusión (mp) y ebullición (bp) (°C) de ácidosorgánicos y sus sales

Ácido mp/bp NH4 mp/bp Na mp/bp Ca mp/bp

1C Fórmico 8,3/100,7 116/180 253/- >300/-

2C Acético 16,7/118,13C Propiónico -21/141 107(45)/n.d. 285/- 400/-

4C Butfrico -7,9/163,5 n.d. 252/-n.a.

3C Láctico 53/122

6C Sórbico 135/228

4C Fumárico 153/175

6C Cítrico 300/-

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Estómago

Ácidoorgánico acteria

pH =7*

1.„.) o-

Alteraci ón delequilibriocitoplasm ático deH+

RH

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recubrimiento puede ser atacado ydegradado a nivel duodenal por la lipa-sa pancreática. Este ataque favoreceuna liberación parcial temprana del pro-ducto activo encapsulado, pese a alcan-zar tramos posteriores a los habitualesen ácidos libres (duodeno).

La amoniación (así como el uso deotras sales de ácidos orgánicos) permiteuna mejora de la manipulación delácido orgánico, que será menos corrosi-vo en su aplicación a nivel de la fábricade piensos, así como permite una libera-ción en tramos algo posteriores al duo-deno de los animales. Estas sales deamonio de los ácidos orgánicos sondisociadas en la luz intestinal y precisande una posterior reagrupación con elhidrógeno presente en la digesta parapoder ejercer su acción bactericida enforma de ácidos íntegros.

Efectos antibacterianos yantifúngicos en el piensoEl pienso (con alrededor de un 12% dehumedad y una relativamente limitadaactividad de agua -agua disponible anivel microbiano-) no es el substratomás adecuado para el crecimiento bac-teriano. Sin embargo, sí que puede sig-nificar una fuente importante de conta-minación de patógenos para el circuitocompleto de producción de una planta yafectar, en definitiva, al propio animal.Pese a que la carga bacteriana tiende adisminuir en el tiempo, la adición deácidos orgánicos (especialmente ácidofórmico, el ácido orgánico consideradomayoritariamente de referencia para elcontrol bacteriano) permite acelerareste proceso. En un producto seco comoel pienso, los ácidos permanecerán ensu forma no disociada (en parte, volá-til), permitiendo una fácil difusión en lamasa global.

Por otro lado, los hongos son micro-organismos menos exigentes (a nivel derequerimientos de humedad) que lasbacterias, por lo que un relativamentepequeño exceso de humedad puede des-encadenar un crecimiento exponencial yla producción de micotoxinas. Por logeneral, se considera un límite de segu-ridad en cuanto a humedad total en elpienso, cercano al 13%. El ácido pro-piónico es considerado, de forma gene-ral, como la mejor opción para el con-trol del crecimiento fúngico.

Sales de ácidos orgánicosUno de los principales inconvenientesdel uso de ácidos orgánicos en el pienso

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ciego

pH 5_5-6

Intestino grueso

pH 7.5

Agua y pienso

Yacija, polvo,heces...

rh•dr,r›,,,,,,11«,,k• e e,

pH 4.5

phi 2-3

11(21

ci Penen..

Secreción debicarbonato

pH neutro

Intestinodelgado

pH 6.5-7

Tracto digestivo proximal

Agua y pienso

.27Yacija, polvo,

heces estánattamente

contaminados

meggi"3„)1-1 -

Páncrea

Small intestM

p 6.5-7

= pH bajopnakerir kültk

2-3

buche

pH 4.5

Figura 4. Aparato gastrointestinal porcino.

Figura 5. Aparato gastrointestinal de aves.

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Las principales formas de presentación deácidos orgánicos que impiden un rápidometabolismo de los mismos a nivel intestinalson la protección en forma de matriz grasa,encapsulación y amoniación

es su propio manejo. Pese a ser conside-rados ácidos débiles, los ácidos orgáni-cos no dejan de ser ácidos y presentan

propiedades irritantes y corrosivas quedeben ser parcialmente compensadas.Las técnicas previamente comentadas

permiten paliar estos problemas, aun-que también limitan su efectividadmicrobicida en el pienso o animal. Dehecho, la encapsulación y la protecciónen matriz grasa invalidan prácticamentesu uso como microbicida en materiasprimas y pienso final, pues su formula-ción es concebida para un efecto pura-mente intestinal. No sucede lo mismocon las formulaciones amoniadas y eluso de sales de los ácidos orgánicos.Estas sales (de amonio, sodio y calcioprincipalmente) disminuyen hasta diezveces el efecto corrosivo de los ácidos(aunque permaneciendo categorizadoscomo irritantes), limitando su efectivi-dad microbicida, aunque mejorando elmanejo para el operario. Por lo general,las sales de ácidos orgánicos ejerceránun efecto protector a largo plazo, trasuna liberación gradual del principioactivo (formiato, propionato) en eltiempo, pese a no realizar un efecto bac-tericida de choque.

Por otro lado, no todas las sales deácidos orgánicos poseen efectos bacte-ricidas similares (de idéntica manera alo que sucede en los ácidos orgánicoslibres) ni poseen idénticas propiedadesfísico-químicas. De hecho, estas propie-dades (Cuadro II) condicionan su com-portamiento durante el procesado y,por tanto, su efectividad microbicida.Así, tal y como se puede apreciar, lassales de los ácidos orgánicos poseenuna superior estabilidad ante procesostérmicos frente a los ácidos libres. Hayque recordar también, que estas salesposeen una limitada capacidad de libe-ración del catión al que están ligados,en pienso. La capacidad bactericida delos ácidos orgánicos integros es mayorque la de las sales de ácidos orgánicosya que éstas deben reasociarse a unátomo de hidrógeno, tras perder sucatión metal, a fin de poder efectuar sufunción microbicida. Todo este procesorequiere tiempo y un relativo nivel dehumedad.

Así, la estabilidad de la sal (determi-nada por la capacidad de liberación delcatión metal) también condiciona suefecto bactericida: aquellas sales menosestables (amónicas) permiten una libera-ción más temprana del anión orgánico, ala vez que se aseguran sus propiedadesmenos corrosivas. En este sentido, elprincipal efecto bactericida de las salesmás estables (calcio, potasio) se da trasun período de almacenaje, en aquellosingredientes o piensos más húmedos. •

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