Proteasa Dietética y su Aplicación en Alimentos para Peces

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Muy pocas fuentes de proteínas en el mundo hoy día están bien estandarizadas, bien caracterizadas, o de calidad relativamente consistente, en comparación con las otras fuentes. Entre ellas, destacan la harina de pescado, la harina de soja, la harina de canola y algunos subproductos animales como la harina de subproductos avícolas y la harina de plumas. Para ser coherentes, estos productos se deben obtener de proveedores confiables y bien reconocidos, lo que contribuye a limitar el suministro de estos productos, además el costo podría estar fuera de alcance para la mayoría de los fabricantes de alimentos.

El limitado suministro, los altos precio y la creciente demanda de estas fuentes de proteínas bien caracterizadas han estado forzando a los fabricantes de piensos en todo el mundo a utilizar proteínas vegetales y animales menos conocidas y mal caracterizadas. Estas proteínas normalmente poseen un desequilibrado perfil de aminoácidos, pueden contener algunas toxinas o anti-nutrientes y pueden ser altos en fibra o ceniza, haciéndolos difíciles de digerir.

La alta inclusión de estas fuentes de proteínas en la dieta de peces puede traer como resultado una menor digestibilidad de nutrientes, un rendimiento de producción deficiente, ya veces, un deterioro de la salud gastrointestinal. La calidad de estas materias primas también varían de una región a otra,  de una estación a otra, de un fabricante a otro, e incluso varían entre lotes de un solo fabricante. Como resultado de estas variaciones, los nutricionistas y formuladores a menudo tienen que usar márgenes de seguridad irracionalmente altos para algunos aminoácidos y micronutrientes claves, con el fin de  satisfacer las necesidades nutricionales de los animales puntuales.

La solución

La calidad de estas fuentes alternativas de proteína puede mejorarse y las variaciones en sus perfiles de aminoácidos digeribles pueden reducirse usando enzimas,  específicamente usando proteasas. En los últimos años, los estudios han demostrado que las proteasas no sólo mejoran la digestibilidad de nutrientes o el rendimiento de crecimiento, sino que también mejoran la salud intestinal  y proporcionan mejores respuestas inmunes en condiciones de estrés.

La historia

Al principio, un puñado de fabricantes de alimentos en el mundo utilizaban regularmente proteasa dietética en su formulación;  utilizaban proteasa en una variedad de especies – desde los salmónidos hasta las carpas, el bagre a la tilapia.

Hoy día, el uso de proteasa dietética es ampliamente aceptado y se ha utilizado en la alimentación de especies tanto tropicales, como en la alimentación de especies de agua dulce y salada. Las principales especies son: carpa, tilapia, salmónidos, dorada, lubina, bagre, anguila y otros.

Desde el comienzo, ha habido un amplio escepticismo en la industria de alimentos balanceados sobre la estabilidad térmica de cualquier enzima que pueda sobrevivir a través de los duros procesos de fabricación, que sigue siendo fuerte en la actualidad. Este escepticismo deriva de la percepción de que todas las enzimas necesitan trabajar en el tracto gastrointestinal (GI),  ya sea para hidrolizar algunos nutrientes haciéndolos más digeribles y disponibles para el animal o para complementar las enzimas endógenas.

¿Qué son las proteasas?

En general, las proteasas son las enzimas responsables de la hidrolización de las proteínas y su descomposición en péptidos más pequeños y aminoácidos libres. En los animales, cientos de proteasas están implicadas en una amplia variedad de mecanismos biológicamente importantes; de estos, unos pocos son responsables de la digestión de las proteínas.

En los animales acuáticos, se conoce que más de catorce proteasas alcalinas están presentes en su tracto digestivo. Cada una de estas proteasas tiene su preferencia de sustrato específico, al igual que la temperatura y el pH óptimo.

Al igual que las proteasas digestivas, la gama de proteasas dietéticas comercialmente disponibles para su  uso en los alimentos acuícolas también son diversas. Existen proteasas mono y multi-componente, proteasa ácida, proteasa neutra, proteasa alcalina y la combinación de dos o de las tres. Las proteasas dietéticas también pueden ser fúngicas o de origen bacteriano. Las proteasas también están incluidas en algunos productos multienzimáticos junto con carbohidrasas y enzimas fitasa. Un ejemplo de serina proteasas alcalinas comercialmente disponibles se muestra en la Figura 1.

Proteasas en los alimentos acuícolas y sus desafíos

La aplicación de proteasa en los alimentos acuícolas  no es nueva y el esfuerzo de investigación se remonta a 1977, cuando se usó un nivel graduado de una tripsina bovina comercialmente disponible en dietas de carpas comunes. Hasta ahora, se han reportado estudios relacionados con la suplementación exógena de proteasa en piensos para  peces en algunas especies importantes de cultivo comercial, como el salmón del  atlántico (Salmosalar L.), la trucha arco iris (Oncorhynchus mykiss), la tilapia (Oreochromis aureus × O. niloticus), cabeza de serpiente común (Channastriatus ), Carpa gibel (Carassius auratusgibelio) y la carpa común (Cyprinus carpio).

Es cierto que la mayoría de las enzimas, incluyendo las proteasas, se destruyen por completo ante una exposición prolongada a altas temperaturas (> 120 ° C). Para evitar la destrucción, la mayoría de los proveedores de enzimas recurren a estrategias tales como las aplicaciones de revestimiento o post-peletizado, lo que aumenta el costo del producto y la complicidad de sus aplicaciones.

Desde 2005 se ha venido estudiando una gran variedad de proteasas dietéticas disponibles comercialmente. Los tipos de proteasas oscilaron entre mono-componentes, multi-componentes y multi-enzimas que contienen proteasas. Algunas de ellos están revestidas o en forma líquida, pocas están sin ninguna protección y se aplican directamente en el mezclador durante el proceso de fabricación. En la Tabla 1 se brinda una lista parcialmente completa de la aplicación de la proteasa dietética en alimentos acuícolas.

Las variaciones entre las proteasas en el rendimiento de las diferentes especies se pueden atribuir a los tipos de proteasas, composición de la materia prima, proceso de fabricación del alimento,  así como, a las condiciones de cultivo. En otra nota, aunque la evidencia de una mejor digestibilidad de nutrientes o una mayor actividad enzimática endógena es pronunciada en numerosos estudios, ya se trate de los efectos directos de las enzimas dietéticas o de un efecto secundario de algunos metabolitos producidos durante la fabricación, o en el tracto gastrointestinal mientras reacciona con las enzimas suplementarias, aún no se han determinado.

Los puntos críticos para cualquier enzima durante los procesos de fabricación de alimento (Figura 2) son los pasos de ‘cocción -acondicionamiento’ y  la ‘extrusión’,  donde la temperatura puede elevarse a 85-95ºC en un acondicionador durante tres a cuatro minutos y medio. En el caso de extrusión, aunque durante un corto período de tiempo – entre  cinco y seis segundos –  la temperatura puede elevarse a 120-125ºC.

Sin embargo, el punto más crítico para cualquier enzima es el proceso de extrusión. Ante una exposición prolongada, ninguna enzima sobrevive en tales condiciones. Por otro lado, a pesar de una exposición más prolongada, en la mayoría de las enzimas estables al calor podría sobrevivir una mejor porción de su actividad durante el proceso de cocción- acondicionamiento.

El secado podría ser un problema menor, aunque la temperatura podría aumentar a 140-160C al comienzo del proceso. Como el aire caliente y seco toma humedad, y al mismo tiempo calienta los pellets, hay un efecto de enfriamiento en las enzimas durante el proceso de secado.

La mayoría de las proteasas comerciales actualmente están diseñadas para funcionar en el tracto gastrointestinal (GI) de los animales. Los pasos como el recubrimiento, la quelación o la  aplicación como líquido después del peletizado, se utilizan para reducir o prevenir la desnaturalización durante los procesos de fabricación de pellets. Debido a su muy breve exposición a temperaturas por encima de los120ºC, se informa que algunas proteasas (libres de polvo) sobreviven al  40 – 70 %  de la desnaturalización durante el proceso de fabricación de piensos.

Se ha observado que la calidad de la proteína (es decir, la distribución del tamaños de los péptidos, solubilidad) del alimento con proteasa (libre de polvo) que se añade  al mezclador, es relativamente mejor que el mismo alimento  sin proteasa. Posteriormente a sus formas libres, estas proteasas pueden reaccionar con algunos de los sustratos disponibles durante la etapa de cocción -acondicionamiento; el proceso modifica los perfiles proteicos del alimento,  dando como resultado más nutrientes disponibles para los animales.

Efectos de la suplementación

En condiciones apropiadas como dietas con bajos antinutrientes – fitato o toxinas, y disponibilidad de sustratos objetivos, las proteasas específicas han demostrado mejorar el rendimiento de los animales ya sea en forma de crecimiento o conversión alimenticia. La digestibilidad de nutrientes también mejora cuando se agrega proteasa a una dieta.

Además, en algunos estudios recientes, las proteasas dietéticas también han demostrado mejorar la salud intestinal y la respuesta inmune no específica en algunos animales acuáticos. Por lo general, los efectos observados son un aumento en la altura de las vellosidades, aumento del número y mejor organización de las vellosidades, lo que trae como  resultado una mayor capacidad de absorción de nutrientes (Figura 3).

Respuestas similares ocurren en otras especies con otras enzimas o aditivos para piensos. Uno podría cuestionar si la mejora en el intestino es debido a la proteasa específica, o debido a la mayor disponibilidad de nutrientes de mejor calidad. Cuando hay menos toxinas y nutrientes de mejor calidad disponibles en la dieta ¿los animales tienden a aumentar su capacidad de absorción de nutrientes? Por el contrario, cuando hay un alto nivel de toxinas en una dieta, los animales tienden a reducir su consumo y reducir su capacidad de absorción de nutrientes.

El futuro

Con la escasez de fuentes de proteínas de calidad, la alta demanda de alimentos más digeribles, la presión para reducir el precio de los piensos y la producción de residuos nutricionales al medio ambiente, los fabricantes tienen muy poca opción y utilizan las enzimas. Sin embargo, el uso arbitrario de cualquier enzima, sin el conocimiento de su tipo, los sustratos adecuados, la tolerancia térmica o la estabilidad y su forma, podría ser un desperdicio de costosos recursos financieros con poco o ningún retorno.

Los proveedores de enzimas deben proporcionar a la industria información relevante basada en la ciencia, con el fin de elegir el producto apropiado para cada especie. Deben mostrar la composición de la materia prima y las condiciones de fabricación.

Se entiende que la generación de dicha información es prohibitiva para la mayoría de los proveedores; por lo tanto, podrían formarse asociaciones público-privadas o una alianza de todo el sector para generar información disponible en el dominio público, para que las partes interesadas las utilicen. Esto ya ha comenzado a suceder con algunas iniciativas como la Base de Datos Internacional de Formulación de Alimentos para la Acuicultura (IAFFD). A pesar de algunos inconvenientes y detalles que corregir, estas novedosas iniciativas son extremadamente útiles para la industria.

“Necesitamos desarrollar programas más colaborativos que abarquen los aditivos para piensos, con el fin de  ayudar a que la industria crezca de una manera ambientalmente sostenible”.

Autor: Kabir Chowdhury, Gerente Técnico Global de Acuicultura,  Jefo Nutrition, Canadá

Fuente: International Aquafeed

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