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)

0

25

50

75

100

2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0

[HA

] % o

f to

tal a

cid

pH

undissociated acid

2 pKa del ácido fumárico

11

Fumárico (s)

Fumarato-1

Fumarato-2

[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.

¡Muchas gracias!