Introducción
Las empresas comerciales, en su preocupación por el desarrollo y desempeño superior de sus productos, ha desarrollado programas de formulación de matrices con la finalidad de proporcionar a los usuarios de enzimas una herramienta confiable que se basa en la estimación nutricional que aporta la enzima utilizada y la cantidad de sustrato contenida en el alimento. Esto es especialmente importante ya que en la medida que los ingredientes cambian, también la matriz debe ser actualizada, debido a que los granos y las pastas de oleaginosas tiene variaciones en los valores nutricionales de fósforo y calcio, así como de energía y proteína por diversos factores, desde el clima hasta la calidad de la tierra en que fueron cultivados. Utilizando los programas de formulación de matrices nos permite conocer con exactitud la matriz que tendrá que utilizar el nutricionista y no dejar al azar las variaciones y/o combinaciones entre un maíz, sorgo, canola, soya, gluten, trigo, granos secos de destilería (DDG), etc. Además, durante la maduración, estas semillas acumulan una substancial cantidad de ácido fítico y esto a su vez representa el 60% del fósforo contenido en ellas, a este ácido fítico normalmente se le conoce como fitato. (5). Tabla1.
Tabla 1. Niveles de mineral, ácido fítico y fósforo fítico en ingredientes de cosechas clave durante el 2008 (% como es de base) Información de Danisco Animal Nutrition no publicada.
Desarrollo
Para el productor avícola el alimento representa el costo más grande, 70% del presupuesto es el alimento, en donde encontramos que el fósforo es el tercer nutriente en importancia, sólo por debajo de la energía y la proteína, respectivamente. Si tomamos en cuenta que gran parte del fósforo contenido en los granos no se digiere, entonces el productor tendrá que añadir fósforo de fuentes inorgánicas para cubrir los requerimientos de los animales, acción que lleva a encarecer el alimento.
Una fitasa mejora la digestibilidad del fósforo contenido en los ingredientes vegetales del alimento balanceado y esto a su vez reduce la cantidad de fósforo inorgánico que debe ir añadido al alimento, permitiendo también reformular, mejorando la energía y la digestibilidad de los aminoácidos. Esto último debido a que al romper el fitato no sólo se libera fósforo y calcio, sino también son liberados carbohidratos y aminoácidos. Con ello se promueve una reducción en el costo del alimento balanceado y una mejora en la digestibilidad de los ingredientes, manteniendo óptimos parámetros productivos de las aves.
La adición de fitasa en los alimentos les ofrece a los productores avícolas la oportunidad para compensar parcialmente los aumentos recientes en los precios de fosfatos para alimentos balanceados.
Mientras que la demanda de fertilizantes fosfatados continúa incrementando para cubrir los aumentos en la producción mundial de cosechas para alimentar a las naciones en desarrollo y producir etanol, los productores de alimentos se enfrentan al reto de localizar cantidades suficientes de fosfatos alimenticios para cubrir las necesidades de sus animales.
Las fitasas pueden dividirse en dos grupos basado en el sitio de acción donde inician la hidrólisis del inositol. Las fitasa de origen fúngico generalmente trabajan en los grupos C1 - C4 (carbonos) del anillo de inositol (en configuraciones D o L) y estas fitasas son las llamadas 3-fitasa. Fitasas de las plantas que actúan preferencialmente en el C6, son llamadas 6- fitasa, sin embargo fitasas provenientes de E. coli ó Peniphora lycii son excepciones, ya que estas también son llamadas 6 - fitasa e hidrolizan el ácido fítico en dos pasos: desde la histidina que es el sitio activo de la enzima hasta el fosfoester. Otras excepciones son las fitasa provenientes de Bacillus sp. Donde los genes de estas proteínas no son homólogos con ningún otro banco de datos. (4).
Las fitasas bacterianas de nueva generación han demostrado que son más efectivas en la liberación del fósforo fítico presente en las plantas comparadas con las fitasas fúngicas tradicionales. Usando una tasa estándar de inclusión de 500 FTU/kg alimento, la fitasa bacteriana puede reemplazar 1,3 kg adicionales de fosfato dicalcico (FDC) en las formulaciones de alimentos de cerdos y aves en comparación con las fitasas fúngicas tradicionales.
Normalmente, la tasa estándar de inclusión de fitasa en los alimentos de aves y cerdos es de 500 FTUs /kg alimento y en los alimentos para gallinas de postura es de 300 FTU/ton alimento. Considerando los precios actuales del fosfato dicalcico de alrededor de 825 USD/tonelada, en la actualidad la tasa económica óptima de inclusión de fitasa es de unos 1000 FTU/kg alimento en los alimentos para pollos de engorde y lechones y 600 FTU/kg alimento en las dietas para ponedoras.
Al anterior punto debemos añadir que es necesario considerar el sustrato contenido en la dieta, no siempre una inclusión alta de enzima se considera propiamente efectiva ya que tiene como limitante el sustrato (es decir la cantidad de ácido fítico contenida en los ingredientes de la dieta) y el costo por dosis.
Cuando se usa una enzima, también es necesario tomar en cuenta la variación de ingredientes y los respectivos sustratos, es decir, un ingrediente que tenga más ácido fítico estará aportando una cantidad adicional de fósforo si se tiene la dosis adecuada de enzima en la dieta.
Cuando se trata de elegir una fitasa para ser incluida en los alimentos, además de sus características, siempre se deben revisar y comprender varios aspectos adicionales. Usualmente las fitasas son evaluadas por su capacidad de hidrolizar el ácido fítico y por la liberación de fósforo bajo ciertos parámetros de pH y temperatura, pero la actividad de una fitasa es afectada inherentemente por otros factores que condicionan a las enzimas en su forma de actuar. Las siguientes propiedades son de mucha importancia para un buen funcionamiento enzimático:
- Especificidad de sustrato
Existen intensivas investigaciones sobre la afinidad de sustrato de una fitasa, las fitasas microbianas tienen una alta afinidad por el ácido fítico y su capacidad de hidrolizarlo, pero depende del tipo de fitasa, ya sea fúngica, E. coli o de Bacillus sp, su habilidad de degradarlo a un monoester fosfato.
La mayor parte de las fitasas encuentran su valor de pH óptimo para trabajar entre 4.5 y 6, pero hay fitasas que tienen pH óptimos entre 2.5 y 5.5 respectivamente, locual se considera apropiado ya que en el estómago de los animales comúnmente se encuentra ese nivel de pH (pH de 3 - 5) (1, 2). Lo que promueve una alta actividad específica en esta parte del tracto digestivo.
En el caso de la temperatura se ha encontrado que lo óptimo está en el rango de 37- 40°C para aves y cerdos, aunque las fitasas bacterianas tienen un rango mayor de temperatura para actuar y va de los 45 a los 60°C . (3).
Debido a que los alimentos comerciales son usualmente peletizados a altas temperaturas (60 - 85 °C) todas las enzimas para alimentos deben de ser estables al calor. La estabilidad de una fitasa como cualquier otra proteína, está definida por la habilidad de resistir la desnaturalización en presencia de calor, se manejan tres estrategias para dicho fin: la primera es una cubierta química que mejora la termo estabilidad, la otra es la aspersión líquida post pellet y una tercera es la mejora biotecnológica de las fitasas. El seguimiento de las plantas de alimentos con tecnologías apropiadas es muy importante para conocer el comportamiento decada enzima. El Control de Proceso Estadístico, monitorea la estabilidad de un proceso. Las principales características de una tabla de control incluye los puntos de información, una línea central (valor medio), y los límites altos y bajos (mismos que indican dónde un proceso se considera "fuera de control").
- Resistencia a las proteasas.
Una fitasa efectiva debe resistir el ataque de las enzimas proteolíticas: las fitasas fúngicas y bacterianas tienen diferentes sensibilidades a la pepsina y a la tripsina, pudiendo también observarse que las enzimas bacterianas tienen además una alta resistencia a la proteólisis (6).
Podemos concluir que si usamos eficientemente las fitasas se promueve una mejora en el costo de elaboración de alimento balanceado y un enriquecimiento de los valores nutricionales,logrando así, entre otras funciones, reducir la variabilidad nutricional de los ingredientes. Además se contribuye a una menor saturación de minerales excretados al suelo y por ende, una mejora ambiental.
Referencias Bibliografía:
1. Choi YM, Suh HJ, Kim JM (2001) Purification and properties of extracelular phytase from Bacillus sp. KHU - 10. J. Prot. Chem. 20: 287- 292
2. Kim Y, Kim Hk, Bae KS, Yu JH, Oh T (1998) Purification and properties of a thermoestable phytase from Bacillus sp. DS!!. Enzyme Microb. Technol. 22:2-7
3. Mullaney EJ, Daly CB, Kim T, Porres JM, Lei XG, Sethumdhavan K, Ullah AHJ (2002) Site - directed mutagenesis of aspergillus niger NRRL 3135 phytase at residue 300 to enhance catalysis at pH 4.0. Biochem. Biophys. Res. Commun. 297: 1016-1020.
4. Ostantin K, Van Etten RL (1993) Asp 304 of Escherichia coli acid phosphate is involved in leaving group protonation. J. Biol: Chem: 268: 20778 - 20784.
5. Reddy NR, Sathe SK, Salunkhe DK (1982) Phytase in legumes and cereals. Adv. Food Res. 28: 1-92.
6. Wyss M, Pasamontes L, Friedlein A, Remy R, Tessier M, Kronenberger A, Middendorf A, Lehmann A, Scnoebelen L, Rothlisberger U, Kusznir E, Wahl G. Muller F, Lahm HW, Vogel K, Van Loon APGM (1999) Biophysical characterization of fungal phytase (myoinositol hexakisphosphate photophohydrolases): molecular size, glycosylation pattern, and engineering of proteolytic resistance. Appl. Environ. Microbiol. 65:359-366.