Acidificación en Avicultura
Conceptos generales, alternativas y usos.
J. I. Díaz Puerta
M.V. U.N.B.A
Objetivos de los acidificantes en avicultura
1. Reemplazar el uso de los antibióticos como promotores
de crecimiento
2. Mejorar la ganancia de peso y FCR
3. Mejorar la salud general de tracto gastrointestinal
Acidificantes disponibles
.Según composición:
Simples: ej. Butírico
Combinados: ej. Fórmico + Propiónico + Acético.
Asociados: Combinación de ácidos + MOS ;
Combinación de ácidos + aceites esenciales
.Según medio de transporte/protección:
.Sin adiciones.
.Tamponados con sales minerales.
.Transportados por carrier mineral.
.Microencapsulados:Núcleo de ácidos recubierto de grasa.
Partículas ácidas incluidas en matriz lipídica.
3 X
10 X
25 X
INCREASE OF SURFACE:
Intestinal fold 3 X
Villi 10 X Micro-Villi (brush border) 25 X
750
El manejo de la microflora intestinal es importante:
• Para mantener el nivel de productividad (las patologías clínicas y subclínicas impactan negativamente el desarrollo del ave y aumentan los costos de producción).
• Para mantener la calidad y seguridad del consumo de productos derivados de la avicultura.
Reducción del uso de los antibióticos como promotores de crecimiento
- Por reglamentación - Por elección • Búsqueda de alternativas….
• Ácidos orgánicos, entendamos su modo de
acción.
Actividad bacteriana en varios segmentos
del TGI de diferentes animales
8
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Conejo
Rata (fibra alta)
Pollo
Cerdo
Ganso
Estómago Molleja Intestino delgado Ciego Colon
(Borg Jensen, 1993 citado por Mul et al. 1994)
120
100
80
60
40
20
0
mg
ATP/
g co
nte
nid
o in
test
inal
Fórmulas, características físicas y químicas
de los ácidos orgánicos usados como
acidificantes en dietas animales
9
Ácido Fórmula MM Densida
d Forma PKal PKall PKalll
g/mol g/mL
Fórmico HCOOH 46.03 1.220 Líquido 3.75
Acético CH3COOH 60.05 1.049 Líquido 4.76
Propiónico CH3CH2COOH 74.08 0.993 Líquido 4.88
Butírico CH3CH2CH2COOH 88.12 0.958 Líquido 4.82
Láctico CH3CH(OH)COOH 90.08 1.206 Líquido 3.83
Fumárico COOHCH:CHCOOH 116.07 1.635 Sólido 3.02 4.38
Málico COOHCH2CH(OH)COOH 134.09 1.601 Líquido 3.40 5.10
Tartárico COOHCH(OH)CH(OH)COOH 150.9 1.760 Líquido 2.93 4.23
Cítrico COOHCH2C(OH)(COOH)CH2COOH 192.14 1.665 Sólido 3.13 4.76 6.40
MM, masa molecular expresada en gramos (Foegeding y Busta, 1991)
[HA] % con relación al pH
12
% [HA]
pH
Ácido cítrico
Ácido propiónico
Ácido fumárico
Ácido acético
Ácido láctico
Ácido fórmico
Ácido málico
Ácido butírico
El principio fundamental del modo de acción de
los ácidos orgánicos sobre las bacterias se basa
en que éstos en su estado no disociado, (no
ionizados y lipofílicos ) pueden penetrar la pared
celular e interrumpir la fisiología normal de
algunos tipos de bacterias .
Determinación experimental de los valores de MIC
de ácidos orgánicos disociados y sin disociar
14
MICuª, MIC de la forma sin disociar del ácido (mM). MICdb, MIC de la forma disociada del ácido (mM). (Adaptado por Presser)
Organismo Tipo de ácido MICuª MICdb
E.coli M23 Láctico 8.32 -
Y.enterocolitica Láctico 5.0-10.0 -
E.coli Propiónico 70.0 800
Staphylococcus aureus Propiónico 19.0 830
Bacillus cereus Propiónico 17.0 380
E.coli Sórbico 1.0 100
E.coli Sórbico 1.0 350
Staphylococcus aureus Sórbico 0.6 400
Bacillus cereus Sórbico 1.2 110
Listeria inocua Láctico (Lactato de Na) 4.9 1 250
15
Fisiología del tracto gastrointestinal del ave
Simons Versteeg 1989 in Vanbell M.
Lugar TGI Tiempo de tránsito (min.) pH
Buche 50 5.5
Proventrículo y molleja 90 2.5-3.5
Duodeno 5-8 5.0-6.0
Yeyuno 20-30 6.5-7.0
Íleon 50-70 7.0-7.5
Recto 25 8.0
El pH está por encima de la constante de disociación de los ácidos libres
Tiempo de tránsito digestivo del alimento en harina y pH del TGI en pollos de 6 semanas alimentados ad-libitum
El HCl es producido en grandes cantidades en comparación a los mamíferos
16
Aditivos específicos para cada especie
Fisiología del tracto gastrointestinal del ave
(from Long, 1967 in Moran, 1982)
Parametro Unidades Pollo Rata Monos Humano
Peso kg 1.75 0.35 2.5 60.0
Volumen HCl
ml/hora 15.4 1.3 5.0 60.0
ml/kg/h 8.8 3.7 2.0 0.9
Concentración ácido m Eq/L 93 66 60 36
Producción de ácido
m Eq/h 1.36 0.09 0.30 2.16
m Eq/kg/h 0.78 0.25 0.12 0.03
Concentración de
pepsina Unid. pepsina/ml 247 600 365 1035
Producción de
pepsina
Unid. pepsina/hora 4 256 780 1 825 62 100
Unid. pepsina/kg/h 2 430 2 230 730 862
H 3 PO 4
RCOOH
H +
pH
H +
ENERGY
H +
pH
RCOO -
RCOO -
RCOO -
RCOO -
RCOOH
RCOOH
RCOOH
MODO DE ACCION DE LOS ACIDOS ORGANICOS EN
LAS BACTERIAS SENSIBLES A CAMBIOS DE PH (Coliformes, Clostridia, Salmonella, Listeria Spp)
RCOOH (Ácido orgánico no
disociado)
H+
K+
RCOO-
1. La forma no disociada es capaz de penetrar
en la célula bacteriana.
Una vez dentro, la liberación de H+ hace
bajar al pH interno.
2. La bacteria sensible al pH (coliformes,
Clostridium, Salmonella) mecanismos
activos para compensarlo: bomba de H+
ATPasa. Gasto de energía:
efecto bacteriostático (Salmond et al., 1984)
4. El anión A- es perjudicial para la cadena de
ADN alterando la síntesis de proteínas y
la replicación (Garland 1994).
3. Otros mecanismos: disolución del
potencial de membrana, alteración
de la síntesis del ATP.
H+
pH
drop
Efecto antibacteriano
Bacterial Cell
Efecto antibacteriano
pH drop
ATP ADP + P
RCOO- H+
H+
pKa
DNA
RCOOH (Organic Acid – Undissociated)
21
Cómo actúan los ácidos orgánicos sobre el pH
de las bacterias sensibles (Coliformes,
Clostridios, Salmonella, Listeria spp)
H3PO4
Adaptado de R.J. Lambert and M. Stratford, Journal of Applied Microbiology 86, 157-164, 1999
H3PO4
RCOOH
H+
pH
RCOO-
MODO DE ACCION DE LOS ACIDOS
ORGANICOS EN BACTERIAS NO SENSIBLES A
CAMBIOS DE PH
(LAB, bifidobacterias)
“ Los microrganismos son inhibidos por función del pH del ambiente y por el pka
del acido organico utilizado. La meta no es la completa inhibición microbiana. El
control exitoso de la microflora se alcanza por medio de una modulación
balanceada y no la eliminacion total de ella.”
pKa and MW affect acid concentration required to reach
MIC for E. coli
2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0
pH
Co
nc
en
tra
tio
n (
w/v
)
Fumaric acid
Malic acid
Citric acid
El menor pH del agua de bebida no modifica el pH del TGI de los pollos de engorde
Grupo pH agua de
bebida pH del buche pH cecal
1 6.04 4.61 6.13
2 6.23 5.17 6.27
3 * 3.85 4.89 7.47
4 * 3.88 4.76 7.22
*acidificación con una mezcla comercial de ácidos orgánicos libres Adaptado de Chaveerach & al. P. Science (2004) 83:330-334
Efecto de adicionar 6.8 ó 12 g/kg de una mezcla de
acido propiónico libre y ácido fórmico al alimento,
en el pH del TGI de gallinas
25
pH del TGI
Segmento TGI G/kg de mezcla de ácido 0 6.8 12
Buche 4.30 4.26 4.26
Molleja 4.44 4.35 4.16
Yeyuno 6.46 6.25 6.25
Ciego 5.77 5.71 5.74
Colon 7.15 7.41 7.57
No hay diferencias estadísticamente siginificativas. Adaptado de Thompson et al. Br. Poultry Science (1997) 38:59-55
Efectos sobre el pH cecal luego de la administración de ácidos orgánicos en alimento en parrilleros inoculados con Salmonella-
a los 41 días de edad.
% de ácido en la dieta
Fórmico/propiónico 0.000 0.125 0.250 0.500 1.000
pH cecal 6.58B 7.05A 7.00A 6.95A 6.54B
Cítrico 0.00 0.25 0.50 1.00 2.00
pH cecal 6.86B 7.62A 7.16B 6.95B 6.84B
Adaptado de Waldroup & al. (1995) J. Food Protection 58:482-489
27
Fisiología del tracto gastrointestinal del ave
Evolución del pH en el TGI de pollitos a los días de edad 2 7 y 15 .
TGI/pH/edad Día 2 Día 7 Día 15
Buche 5.01 6.13 6.02
Proventrículo 5.20 4.85 3.37
Molleja 3.49 3.48 3.27
Duodeno 6.57 6.45 6.40
Yeyuno 6.82 6.50 6.50
Íleon 7.74 7.08 8.15
Rynsburger M., H.L. Classer (2007). Effect of age on intestinal pH of broiler chickens. International Poultry Scientific Forum, Georgia World Congress Center, Atlanta, Georgia.
PATRON DE LIBERACION DE LOS ACIDOS ORGANICOS
MICROENCAPSULADOS EN EL TGI DEL AVE
Patrón de liberación de ácidos orgánicos microencapsulados a lo
largo del TGI del ave.
Anatomía del tracto gastrointestinal del ave
29
CROP :ILEUM :
CAECA :
JEJUNUM :
PROVENTRICULUS
GIZZARD:
DUODENUM :
CIEGO
BUCHE
YEYUNO
PROVENTRÍCULO
MOLLEJA
DUODENO
ÍLEON pH 6.5 -8.0
(5.8 ; 7)
pH 6.5 -7.5 (6.3 ; 6.9)
pH 6.5 -7.5
(5.8 - 6.0 ; 7)
pH 6.0 -7.0
(6.7 ; 4-6)
pH 1.0 -2.0
(4.5 ; 2)
pH 1.5 -2.5
(1.4 - 4.8 ; 2)
pH 6.0 -7.0 (4.7 ; 6.4)
Herpol, 1961 / Sturkie, 1954 / Sauzeat, 2001
El destino de los ácidos orgánicos no protegidos
en el TGI de las aves, según su disociación
30
Adaptado de Gerbol Van Grembergen. 1967. en Moran 1982
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Ácido fumárico
Ácido fórmico
Ácido propionico
Ácido sórbico
Buche
Proventrículo/molleja
Duodeno
Yeyuno
Íleon
Cloaca
pka
p
H
Objetivos de la acidificación: En avicultura, los acidificantes son utilizados para
modular la microflora intestinal. La acidificación controla las bacterias patógenas y otros
microorganismos involucrados en la sanidad del ave.
Los ácidos orgánicos también poseen efectos
metabólicos.
32
Nuestra industria se enfrenta a la presión de los clientes y
tenemos que estar listos a tiempo.
Hoy Europa y los países proveedores, tiene un claro patrón de
producción : Sin antibióticos promotores de crecimiento (Los tratamientos sólo se permiten durante la producción, con prescripción veterinaria).
Canadá y los EE.UU. están buscando seriamente a la tendencia
y hoy en día el 10% del mercado de USA es totalmente LIBRE
de antibióticos promotores del crecimiento.
Resumen ejecutivo
Composición de la flora bacteriana del íleon y ciego
en pollos de engorde
33
(Environ Microbiol. 2003 Noviembre; 69(11): 6816-6824) Composición determinada por secuenciación de 1230 clones de una colección DNA de la comunidad 16S rDNA
Variación de la microflora de íleon Control vs anticoccidial
34
Lu et al. (2006)
J.Appl.Poult.Res.15:145–153
3d 7d 14d 21d 28d 49d
Microflora del íleon durante 49 días Control vs anticoccidial
35
Lu et al. (2006)
J.Appl.Poult.Res.15:145–153
Roles positivos y negativos de la
microflora del TGI
36
Acciones metabólicas
Exclusión competitiva
Desarrollo y homeostasis del intestino
Utilización de nutrientes
Bajo rendimiento: Disminución ADWG; FCR mayor
Patología
Estimulación inmunitaria
Microflora
En general los ácidos orgánicos:
– Son naturales, una defensa segura y no invasiva contra las bacterias
– Inhiben las bacterias potencialmente patógenas sensibles al pH como E. coli, salmonella spp y campylobacter spp
– Mantienen la salud general del TGI, aumentan la utilización de nutrientes, mejoran la tasas de crecimiento y la eficiencia alimenticia
37
Resumen de la toxicidad un ácido orgánico en E.
coli
38
Source:Warnecke T. & al.
Microbial Cell Factories,
(2005) 4:25
Cada especie tiene su rango de tiempo de
tránsito digestivo
39
20 - 36 horas 4 - 6 horas
Tiempo de tránsito digestivo
Ingredientes activos de liberación lenta a nivel intestinal para protección específica en aves.
Ingredientes activos de liberación lenta a nivel intestinal para protección específica en cerdos.
Ingredientes activos de liberación lenta a nivel ruminal o intestinal para protección específica en rumiantes.
12-36 horas
• En la práctica de la crianza intensiva, el uso de antibióticos
orales ayudan al control/tratamiento frente a la proliferación
de algunos patógenos, pero como efecto secundario, afecta al
epitelio intestinal, reduciendo la longitud de la vellosidad
intestinal.
•De esta forma podemos incluso obtener el efecto contrario ya
que al intentar controlar problemas específicos, se puede
provocar el desarrollo de algunos desórdenes intestinales que
podrían haber sido prevenidos. (Hentges, 1992; Nurmi, 1985;
Hinton, 1993).
• Este efecto en la vellosidad intestinal también alterará la
absorción de los nutrientes.
Efectos metabólicos Los ácidos grasos volátiles, y particularmente el ácido butírico, son capaces
de estimular la secreción pancreática, tanto la exocrina (Harada & Kato 1983,
Katoh & Tsuda 1984 & 1985) como la endocrina (Manns & Boda 1967, Ambo &
al 1973, Sasaki & al 1982, Bloom & Edwards 1985):
Ácidos orgánicos
Secreciones exócrinas Secreciones endócrinas
Amilasa Insulina
Lipasa Glucagon
Proteasa Somatostatina
El mecanismo de acción es:
- Por estimulación directa del páncreas
- Por estimulación vía trasmisores.
En animales jóvenes, el páncreas no comienza a trabajar inmediatamente
después del nacimiento.
El ácido butírico incrementa la secreción de
enzimas exocrinas digestivas
En intestino:
Lactasa, Maltasa, Sacarasa
En páncreas :
Amilasa, Lipasa, Proteasa
Permite que ante un aumento de ingesta, el alimento pueda ser
degradado y asimilado en la mejor forma posible.
Se evita así el riesgo de que parte del alimento no pueda ser
digerido, lo que daría lugar a la fermentación, diarrea e incluso
aumento de mortandad.
Estimulación de secreción de insulina
El incremento en la secreción de insulina estimula el paso de la glucosa desde la
circulación sanguínea hasta el interior de la célula.
Esto conlleva un descenso en el nivel de glucosa en sangre y también un
incremento en la sensación de apetito.
De esta forma se estimula un mayor consumo.
• En su forma no disociada, el ácido butírico es un lipofílico fuerte y puede
cruzar fácilmente la membrana bacteriana.
• La disociación de la sal está determinada por su valor de pKa y el pH del
intestino medio.
• Comparado con otros ácidos orgánicos con buena actividad antibacteriana,
el ácido butírico tiene mayor pKa, así en el pH fisiológico del intestino (entre
5,5 – 6,5) se encontrará más en su forma no disociada
ÁCIDO
FÓRMICO
pKa = 3.75
ÁCIDO LÁCTICO pKa = 3.79
ÁCIDO
BUTÍRICO
pKa = 4.82
Ácido Butírico
Propiedades Fisicoquímicas de AGV
Fórmula
Química
Nombre
genérico
Peso
molec.
Punto de
ebullic.
(°C)
Punto de
fusión
(°C)
pK Kp*
CH3- COOH Ácido acético 60.05 118.1 16.7 4.76 0.02
CH3CH2- COOH Ácido
Propiónico
74.08 141.1 -22 4.87 0.15
CH3(CH2)2COOH Ácido Butírico 88.11 163.5 -4.7 4.82 0.44
*Distribución en cloroformo/agua. Mayor valor indica mayor solubilidad en lípidos
Solubles en
agua
Soluble en agua y lípidos
Efecto Antibacteriano: G- vs. G+
G- G+
Ácido Butírico
X Ácidos Orgánicos
Se necesita una dosis x10
Membrana más compleja ( > GRASA!! )
RECORDAR LA ACCIÓN FAVORABLE SOBRE LACTOBACILLUS
Acidificantes disponibles
.Según composición:
Simples: ej. Butírico
Combinados: ej. Fórmico + Propiónico + Sórbico.
Asociados: Combinación de ácidos + MOS ;
Combinación de ácidos + aceites esenciales
.Según medio de transporte/protección:
.Sin adiciones.
.Tamponados con sales minerales.
.Transportados por carrier mineral.
.Microencapsulados:Núcleo de ácidos recubierto de grasa.
Partículas ácidas incluidas en matriz lipídica.