Avances en aditivospara rumiantes:

probióticos, enzimas yácidos orgánicos

Gerardo CajaGrupo de Investigación en Rumiantes

Universitat Autonoma de Barcelona

Avances en Alimentación AnimalLaboratorio ‘Finca de Mouriscade’

Lalín (Pontevedra), 2 de octubre de 2006

Aditivos en Alimentación Animal: UE (1/4)Nuevo Reglamento CE 1831/2003 (publicadoDOCE 18/10/03)

En vigor a partir de 18/10/2004.Retirada de todos los antibióticos de usoalimentario.Autorización temporal (hasta 1/1/2006) deantibióticos con principio activo no usadoen humanos (avilamicina, flavofosfolipol,monensina, salinomicina).Informe de alternativas a coccidiostáticosantes 1/1/2008 (retirada progresiva a partir31/12/2012).

Aditivos en Alimentación Animal: UE (2/4)CE 1831/2003: Art. 5 ‘Requisitos autorización’EFSA (Autoridad Europea de SeguridadAlimentaria).Aptdo. #2: Los aditivos no deberán...

Tener efecto adverso en sanidad animal,salud humana y medio ambiente.Ser presentados de forma que induzca aerror al consumidor.Perjudicar al consumidor reduciendo lascaracterísticas distintivas de los productosanimales o inducirle a error.

Aditivos en Alimentación Animal: UE (3/4)CE 1831/2003: Art. 5 Requisitos autorizaciónAptdo. #3: Deberán cumplir al menos una delas siguientes características...- Influir positivamente en:

El piensoLos productos animalesColor de los pájaros y peces ornamentales.La producción, actividad y bienestar de losanimales, actuando en la flora intestinal o en ladigestibilidad

- Satisfacer:Las necesidades de los animales

- Tener:Efecto coccidiostático.

Aditivos en Alimentación Animal: UE (4/4)

TecnológicosOrganolépticosNutricionalesZootécnicos: ‘utilizados para influir en laproductividad de animales sanos o en el medioambiente’.

DigestivosEstabilizadores de la flora intestinalSustancias que influyen en medio ambienteOtros aditivos zootécnicos

Coccidiostáticos e histomonóstatos

CE 1831/2003 Categorías (Art. 6) y Gruposfuncionales (Anexo I):

‘Probióticos’:Concepto extendido y bien aceptado, eliminadopor el nuevo Reglamento.

Metchnikoff (1907) propone que el consumo delactobacilos vivos mejora la salud intestinal ybienestar del hospedador.Fuller (1989) introduce el concepto general de‘probiótico’Havenaar & Huis in’t Veld (1992)‘Cultivos, simples o mezclados, de micro-organismos vivos que benefician al hospedador,mejorando su microflora intestinal original’Van Eys & den Hertog (2003)Dosis suficiente o ‘efectiva’

9

8

7

6

5

4

9

8

7

6

5

4

Efectos del pH sobre el ecosistema ruminal

Alcalosis graveLimite superior alcalino

Limite inferior ácido

Acidosis grave

Zonade

normalidad

Valorescomunes

Fosf

atos

Bic

arbo

nato

s

Sale

s AG

V

Saliva (8.3)

Zona deevoluciónirreversible

Zona deelevación natural(ayunas)

Acético (4.75)Propiónico (4.87)Butírico (4.81)

D-Láctico (3.86)L-Láctico (3.79)

Amoníaco (9.26)

Carbónico (6.25)

Fórmico (3.75)

9

8

7

6

5

4

9

8

7

6

5

4

Efectos del pH sobre el ecosistema ruminal

Alcalosis graveLimite superior alcalino

Limite inferior ácido

Acidosis grave

Zonade

normalidad

Valorescomunes

Fosf

atos

Bic

arbo

nato

s

Sale

s AG

V

Saliva (8.3)

Zona deevoluciónirreversible

Zona deelevación natural(ayunas)

Acético (4.75)Propiónico (4.87)Butírico (4.81)

D-Láctico (3.86)L-Láctico (3.79)

Amoníaco (9.26)

Carbónico (6.25)

Fórmico (3.75)

Regulación natural

y

fácil control

Metabolismo de los Hidratos de Carbono (CHO)en el rumen y formación de los AGV

AlimentoCHO

-C6 -C6 -C6 --C5 -C5 -C5 -

-C6 -C6 -

-C6 -C6 -C6 -

C6

G-1P

Hidró

lisis G

Fermen

tación

G-6P F-6P

Gliceraldehido-3P

Piruvato (C3)

El Piruvato es clave en la formación de AGV en elrumen: 1 Hexosa (C6) = 2 Piruvato + 2 ATP

CH3-CO-COOH

Metabolismo de los Hidratos de Carbono (CHO)en el rumen y formación de los AGV

AlimentoCHO

-C6 -C6 -C6 --C5 -C5 -C5 -

-C6 -C6 -Hid

rólis

is

-C6 -C6 -C6 -

C6

G

Fermen

tación

G-1P

G-6P F-6P

Gliceraldehido-3P

Acetil-CoA

CO2

CH4

Formiato

Acetato

Piruvato (C3)

Piruvato =Acetato (C2) + CO2 + H2 + ATPCO2 + 4 H2 = CH4 + 2 H2O + ATP

Metabolismo de los Hidratos de Carbono (CHO)en el rumen y formación de los AGV

AlimentoCHO

-C6 -C6 -C6 --C5 -C5 -C5 -

-C6 -C6 -Hid

rólis

is

-C6 -C6 -C6 -

C6

G

Fermen

tación

G-1P

G-6P F-6P

Gliceraldehido-3P

Piruvato (C3)

Acetil-CoA

CO2

Malonil-CoA

Aceto-acetil-CoA

Butirato2 Piruvato =Butirato (C4) + 2 CO2 ++ 2 H2 + ATP

Metabolismo de los Hidratos de Carbono (CHO)en el rumen y formación de los AGV

AlimentoCHO

-C6 -C6 -C6 --C5 -C5 -C5 -

-C6 -C6 -Hid

rólis

is

C6

G

Fermen

tación

G-1P

G-6P F-6P

Gliceraldehido-3P

Piruvato (C3)CO2

Oxalacetato (C4)

Succinil-CoA PropionatoSuccinato (C3)

Fumarato (C4)

Malato (C4)

Piruvato = Propionato (C3) + ATP == Lactato (C3)

COOH-CHOH-CH2-COOH

COOH-CO-CH2-COOH

Lactato

Acrilil-CoA

Propionil-CoA

LDH

0102030405060708090

7,4 7,2 7 6,8 6,6 6,4 6,2 6 5,8 5,6 5,4 5,2 5 4,8 4,6

pH ruminal

AG

V (%

Mol

ar)

AcetatoPropionatoLactato

Efectos del pH sobre la orientación de lasfermentaciones ruminales (Kaufman et al., 1980)

Floracelulolítica

activa

Zona de normalidad

Acidosis

Floraamilolítica

activa

Lact

obac

ilos

0102030405060708090

7,4 7,2 7 6,8 6,6 6,4 6,2 6 5,8 5,6 5,4 5,2 5 4,8 4,6

pH ruminal

AG

V (%

Mol

ar)

AcetatoPropionatoLactato

Efectos del pH sobre la orientación de lasfermentaciones ruminales y la flora dominante

Selenomonas

Zona de normalidad

Lactobacilos

Megasfera

Metanógenas

Streptococos

Microorganismos usados en alimentaciónanimal como ‘probióticos’: 1/4Microorganismo Género EspeciesBacterias lácticas Lactobacillus L. Acidophillus(Gram +) L. caseiNo esporuladas L. GG

L. bulgaricusL. plantarum

Bifido- B. bifidumbacterium B. brevi

B. longumB. termophilusB. animalis

Streptococcus S. termophilusS. lactisS. leuconostoc

Lactobacilos: L. acidophilus (Kunkel, 2001)

Lactobacilos: L. plantarum (Kunkel, 2001)

Bifidobacterias: B. bifidum (MAGPIE project)(http://magpie.ucalgary.ca/)

L. acidophilus

Microorganismos usados en alimentaciónanimal como ‘probióticos’: 2/4Microorganismo Género EspeciesBacterias lácticas Enterococcus E. faecali(Gram +) E. faeciumNo esporuladas

Lactococcus L. lactisPedicoccus P. acidilacticiLeuconostoc L. mesenteroides

Bacterias lácticas Sporolacto- S. inulinus (Gram +) bacillusEsporuladas

Enterococos: E. faecium (Kunkel, 2001)

Microorganismos usados en alimentaciónanimal como ‘probióticos’: 3/4Microorganismo Género EspeciesBacterias no lácticas Bacillus B. subtilis(Gram +) B. cereus (toyoi)Esporuladas B. coagulans

Propioni- P. freudenreichiibacterium

Bacilos: B. cereus (Kunkel, 2001)

Microorganismos usados en alimentaciónanimal como ‘probióticos’: 4/4Microorganismo Género EspeciesLevaduras Saccharomyces S. cerevisiae

S. boulardiiHongos Aspergillus A. niger

A. oryzae

Levaduras: Saccharomyces cerevisiae(Kunkel, 2001)

Aspergilos: A. niger (Kunkel, 2001)

Levaduras:

Efectos consistentes en vacas lecheras yterneros en transición.Regulación de pH ruminal y mejora de lainmunidadEfectos positivos sobre la digestión de lafibra:

Aumento acetato y grasa lecheReducción del propionato y proteínaleche?

Gran variación de respuesta según la dosisefectiva, especie y cepa de Saccharomyces

Efectos relativos de la suplementación conlevaduras en 10 experimentos en vacas lecheras

(van Vuuren, 2003)

Control(min.-máx.)

Ingestión, kg MS/d Producción leche, kg/d Composición leche: Proteína, % “ kg/d Grasa, % “ kg/d

15.7 – 24.122.5 – 40.5

2.87 – 3.570.70 – 1.271.14 – 4.050.74 – 1.46

Levaduras (% control)

103 (94-113)1

103 (96-118)

99 (94-105)102 (92-123)102 (94-115)105 (91-116)

1: Media (min-máx)

Efectos de la suplementación con levaduras enen ovejas lecheras de dos razas (Caja et al., 2003)

Efecto(P <)Control Control

Ingestión, kgMS/dProducción leche, l/d Real Corregida energíaComposición, % Grasa Proteína total Proteína verdadera Caseína

Eficacia, l leche/kgMS

2.84

1.471.51

7.716.055.364.58

0.53

ManchegaLevadura

2.95

1.541.52

7.196.065.444.59

0.51

3.59

2.632.55

7.105.704.924.32

0.71

LacauneLevadura

3.30

2.592.49

6.925.784.914.39

0.75

0.344

0.9440.887

0.0090.5270.7740.465

-

Efectos de la suplementación con levaduras en elconcentrado (SC) y en la leche (SB) en terneros

lactantes (Galvao et al., 2005)

Efectos de la suplementación con levaduras en elconcentrado en corderos Awassi en cebo

(Haddad y Goussous, 2005)

+25% +7%

Enzimas:Fundamentalmente Celulasas y Xilanasas.Procedentes de microorganismos ‘probióticos’Resultados poco consistentes.Efectos esperados sobre la digestión de lafibra:

Aumento de la ingestiónAumento acetato y grasa lecheReducción del propionato y proteína leche?

Gran variación de respuesta según enzima,dosis, especie, condiciones de aplicación yración.

Efectos de la suplementación con enzimas enen vacuno de engorde a base de forraje

(Beauchemin et al., 1995) Dosis de enzima

Control 1× 2× 4× 8× 16×Heno de alfalfa: ADP, kg/d

1.03a

10.2a

9.9

1.27bc

10.8a

9.0

1.28bc

10.5a

8.7

1.34c

11.7b

8.5

1.19abc

10.9a

9.6

1.12ab

10.3a

9.5 MSI, kg/d IC, kg MS/kgHeno de fleo: ADP, kg/d

1.21a

8.8bc

7.3b

1.32a

8.3ab

6.5ab

1.13a

7.5a

7.5b

1.24a

9.2bc

6.3ab

1.27a

8.6bc

6.8ab

1.64b

9.3c

5.9a MSI, kg/d IC, kg MS/kg

Ensilado de cebada: ADP, kg/d

1.127.5ab

7.1

1.158.1b

7.0

0.996.8a

7.2

1.027.8b

7.6

1.127.3ab

6.9

1.117.3ab

7.0 MSI, kg/d IC, kg MS/kg

Efectos de la suplementación con enzimas enen vacuno de leche (Beauchemin et al., 1995)

Ingestión, kgMS/d

Producción de leche, kg/d

Leche corregida 4%, kg/d

Grasa, %

Proteína, %

Eficacia (kg leche/kgMSI)

Control

20.4

23.7b

22.7b

3.79

3.4

1.20

Dosis enzima

Baja Media

20.7 20.7

24.6ab 25.6a

23.3ab 24.6a

3.70 3.78

3.4 3.4

1.22 1.29

Ácidos orgánicos:Fundamentalmente Málico y Fumárico.Estimuladores de microorganismos(‘prebióticos’?)Resultados muy prometedores en condicionesintensivas.Producto natural contenido en algunosforrajes (leguminosas)Variación de respuesta según condiciones deaplicación y ración.

Producción de AGV en el rumen: Resumen

GCHO

Gliceraldehido 3P

Lactato

Formiato

Acetil-CoA

Acetato

CH4

Butirato

Glucosa 6P

MalatoPiruvato

Propionato

CH2-CO-COOH

COOH-CH2-CH2OH-COOH

COOH-CO-COOHCH3-CH2-COOH CH3-COOH CH3-CH2-CH2-COOH

LDH

Producción de Propionato a partir de Piruvato

Piruvato

LactatoOxalacetato

Succinato

Propionato

Malato

Acrilil-CoA

Succinil-CoA

Propionato

Propionil-CoA

Selenomonas ruminantium

Megasphera elsdenii

pH < 6

pH > 6

Fumarato

6,00

6,10

6,20

6,30

6,40

Maíz Cebada Trigo Sorgo

0mM4mM7mM10mM

pH

******

******

Efecto de la dosis de Malato sobre el pH in vitro(Carro y Ranilla, 2002)

Efecto lineal de la dosis de malato *** P < 0.001)

0

50

100

150

200

Maíz Cebada Trigo Sorgo

0mM4mM7mM10mM

mg/l

** *

**

Efecto de la dosis de Malato sobre el lactato invitro (Carro y Ranilla, 2002)

Efecto lineal de la dosis de malato (*P < 0.05, **P < 0.01)

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

Maíz Cebada Trigo Sorgo

0mM4mM7mM10mM

*** *** ******

Efecto de la dosis de Malato sobre elpropionato in vitro (Carro y Ranilla, 2002)

Efecto lineal de la dosis de malato (*** P < 0.001)

Cebada (C)

Efectos Malato (m) en corderos (Flores et al., 2003)

No. corderosPV final, kgADP, g/dPienso, gDM/dICDias a 25 kgPVpH rumen (matad.)

Papilas rumen1

Color

C C+mMaiz (M)

16 1625.2 25.9259b 330a

948a 923a

3.80a 2.87b

34d 28e

6.87b 7.05ab

29c 34b

Gris Pálido

16 1625.2 26.1 0.167299ab 307ab 0.013913a 844b 0.0073.25b 2.90b 0.00231de 29e 0.1206.93ab 7.13a 0.01726c 38a 0.001Gris Pálido

M M+mEfecto(P<)

1 : No. por 2 cm tejido; a,b : P < 0.01; d,e : P < 0.12.

Cebada Cebada + Malato

Cebada + MalatoCebada

Maiz + MalatoMaíz

1 cm

Cebada+MalatoCebada Maíz + Malato Maíz

Cebada (C)

Malato y digestibilidad corderos (Flores et al., 2003)

Ingestión, kgMS/dDigestibilidad, %: MS MO PB FND FAD EBHecespH rumen (vivo)

C C+mMaíz (M)

1.09 1.07

78.1b 82.1a

81.0b 84.5a

78.3b 82.2a

39.8b 49.7a

47.4b 55.9a

80.6b 83.4a

Blanda Dura5.88b 6.44a

1.03 0.97 0.131

79.3b 83.1a 0.00182.2b 85.6a 0.00176.1b 81.2a 0.00142.1b 48.6a 0.00254.9a 59.2a 0.01781.4b 84.5a 0.003Blanda Dura -5.90b 6.02a 0.001

M M+mEfecto(P<)

a,b : P < 0.01

Efectos de la suplementación con enzimasfibrolíticas (A y B) y malato en vacuno lechero

(Vicini et al., 2003)Exp. 1 en USA (n = 233 vacas)

Enzimas fibrolíticos de Trichoderma longibrachiatum: A (Finnfeeds, Helsinki,Finland; 1.25 L/t de MS forraje) y B (Biovance Technologies, Omaha, USA; 2L/t de MS forraje)SSMA = Aditivo de azúcares solubles y ác. málico (Milk Specialties, Dundee,USA).

1) Ningún efecto significativo (P > 0.10)

Efectos de la suplementación con enzimasfibrolíticas (A y B) y malato en vacuno lechero

(Vicini et al., 2003)Exp. 2 en UK (n = 116 vacas)

Enzimas fibrolíticos de Trichoderma longibrachiatum: A (Finnfeeds, Helsinki,Finland; 1.25 L/t de MS forraje) y B (Biovance Technologies, Omaha, USA; 2L/t de MS forraje)SSMA = Aditivo de azúcares solubles y ác. málico (Milk Specialties, Dundee,USA).

2) Ningún efecto significativo (P > 0.10)

Conclusiones:Problemática de la acidez irreversibleEl Piruvato como clave de la síntesis AGVSíntesis del Lactato: vía acrílica y succínica (si!)Interés y especificidad de los utilizadores dellactato:

Megasfera (pH < 6)Selenomona (pH > 6)

Estimulación de la vía succínica por el MalatoPosibilidad de favorecer a Propiónico y digestiónde la Fibra simultáneamenteNecesidad de profundizar la investigación deprobióticos y de estas nuevas vías.

... Gracias por su atención.