El Uso de Enzimas para una Producción Económica

Dr. Aidan LeekGerente Técnico (de Nutrición), de Hy-Line International

aidan@hyline.com

Presentación General

• Desarrollo de enzimas

• Valor y riesgos de las enzimas

• Como elegir y aplicar las enzimas

• El futuro del desarrollo de enzimas

¿Qué son las Enzimas?

• Moléculas (generalmente proteínas) aceleran o catalizan la reacción química

• Enzimas digestivas : descomponen los componentes grandes no absorbibles (ejemplo; péptidos o almidones) a compuestos absorbibles más pequeños to (ejemplo; aminoácidos o azúcar)

• Endógenos – parte del sistema digestivo de las aves

• Exógenos – suplementados como parte del alimento

• La primera patente para su uso en el alimento en 1894!

• Primera publicación en 1925 (ciencia 62: 247)

• 450 Publicaciones sobre las enzimas en las aves ponedoras (Rosen 2010)

• Una de las áreas mas investigadas en la ciencia avícola

• Est. USD 750 Millones* por año en la industria, mil millones de dólares en 2017?

• Est. 5-7 % crecimiento anual* "Galactosidase enzyme" by Thomas Shafee - Own work. Licensed under CC BY-SA 4.0 via Wikimedia Commons -http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Galactosidase_enzyme.png#/media/File:Galactosidase_enzyme.png*AbVista

Tipos de Enzimas Exógenas para el Alimento

• Carbohidrato

– Arabinoxilanas - Xilanasa

– Fibra vegetal beta-glucano – Beta (1-4)-glucanasa

– Mannan-oligosaccaridos – Mannanasa

– Almidón – Amalyase

– Pectina – Pectinas

– Celulosa – Celulosas

• Proteína

– Proteasa

– Alpha-galactosidase (glicoproteinas)

• Fitato (fósforo vegetal)

– Fitasa

• Lípido

– Lipasa

– Alpha-galactosidase (glicolipido)

Historia de las Enzimas Carbohidratos• Viscosos (solubles) polisacáridos sin almidón (NSP) en dietas a base

de trigo y cebada reconocidos en las dietas mono-gástricas.– Australia, Canadá, Europa del norte, Nueva Zelanda

– Digestibilidad reducida

– salud intestinal reducida• Agrabado por la reducción/eliminación de of antibióticos

– Nuevo fenómeno de cereales de la temporada (Cambios en la estructura NSP después de la cosecha)

– En los años 1980 – a mediados del 2000 la clase de enzimas para alimento de mayor venta

• Existe el potencial de otros cereales– Maíz

– Sorgo

• Enzimas de fuentes de hongos bacterias y levaduras– Diferentes perfiles de pH para actividad

Beneficios de las Enzimas NSP • Reduce la variabilidad estacional en valor nutritivo. Por ejemplo; después de la cosecha

• Reducción de la viscosidad intestinal

– Menor relación de consumo de agua : alimento

– Mejor condición de la cama

– Huevos más limpios

– Mayor consumo de alimento debido a la disminución del llenado intestinal

• Mejora la digestión de:

– Energía Metabolizable

– Proteína (aminoácidos)

– Lípidos

– Minerales (incluyendo calcio y fósforo)

– Pigmentos para el color de la yema

• Mejora la salud del intestino

– Reduce los flujos de nutrientes al intestino delgado

– De ‘prebióticos’ por ejemplo;. xylo-oligosaccharides de arabioxylans

• Ajusta los patrones de micro-flora y fermentación

• El aumento en la fermentación cecal causa que reduzca el vaciado gástrico (freno ileal) = mejor digestión

– Baja la estimulación inmune = ahorra energía = beneficio neto de energía

• Bajan los niveles de amoniaco

• Mayor beneficio en crianza

Historia de las Enzimas Fitasas• La fitasa fue identificada por primera vez a principios de la década de 1900

• Las enzimas para alimento animal comenzaron a dominar en los años 1980

• Preocupaciones ambientales debido a la excreción de fósforo: Introducción del fósforo, ‘impuestos’ y limites en Holanda y Alemania a finales de 1980 y principios de 1990

– 1st generación de fitasas (fitasas-3) para la liberación de fósforo de fitasa

• 30-40% fitato dietético (0.1 AvP @ 500 FTU/kg)

– 2da generación de fitasas a principios del año 2000phytase (fitasas-6), mayor tasa de liberación

– 3ª generación fitasas a mediados del año 2000 con la estabilidad al calor revestido

– Actualmente la 4ta generación de fitasas con estabilidad térmica intrínseca

• 60-70% fitato dietético (0.12 – 0.17% AvP @ 500 FTU/kg)

• 2007 – aumento del precio del fosfato – Se estima que más del 85% del alimento para cerdos y aves comerciales contiene fitasa

– Se han adoptado aumentos y dosificación ‘doble’ (750-1250 FTU/kg)

• Fuente de Fosfato – menos de 100 años de saber sobre las reservas de fosfato

• La enzima más utilizada en la producción mundial de alimentos

Diferencias en las Fitasas• Las diferentes fuentes de fitasa tienen

diferentes pH óptimos

DuPont, 2014

fitasa-3 contra fitasa-6

From: van der Klis 2013

Teoricamente la fitasa-6 puede sacar-fosforo totalmente del anillo inositol en condiciones ideales Intestino, clasificación bioquímica menos ‘ideal’ en lugar de una bio-eficienciaFitasa-3 máximo 50% eficiente en vivo (Selle et al 2006)

Aplicación de la matriz de fitasa

• Aplicar valores de liberación "típicos" de la tasa de la dosis aplicable o delproducto (consulte con su proveedor)

• 'Factor' el nivel de sustrato (fitato-P) en el alimento según el uso de materias primas

• Aplicar las contribuciones no lineales y las dosis flexibles

DuPont, 2014

Enzimas multi-componentes• La mayoría de las enzimas NSP comerciales son de la fermentación de inmersión

de un líquido específico modificado genéticamente dando una alta tasa de actividad específica, por ejemplo xilanasa, beta-glucanasa, fitasa etc. – Producción altamente eficiente – Actividad dirigida– Costo económico

• Cocteles comerciales de enzimas GM– Xilanasa + Beta Glucanasa + proteasa + fitasa

• Algunos enzimas de tipo Natural disponibles– Fermentaciones de origen natural con una mezcla natural de la actividad enzimática– No se encontraron actividades colaterales en mezclas comerciales (por ejemplo celulasa,

pectinasa) – Más adecuado para la mezcla compleja de material o para cambiar las formulaciones– Hasta 19 actividades enzimáticas

• Productos de Fermentación en Estado Sólido (SSF) – Técnicamente no etas registrado como "enzimas" en la legislación de la Unión Europea,

pero como un material de alimentación que contiene la actividad enzimática.– Beneficios de una amplia gama de actividades colaterales y no GM – La fermentación de sustrato debe coincidir para la meta de la dieta por ejemplo, maíz para

el maíz, el trigo para el trigo.

Valor de las enzimas NSP ….

• El Beneficio de la producción cubre el costo de la inclusión• El costo de la inclusión suele estar cubierto por el valor de la matriz

(por ejemplo, la contribución de la energía "valor" 1.2%) • El valor verdadero podría ser mayor si hay un retorno adicional de una

mejor productividad• El valor real depende de:

– El producto utilizado– Cereales utilizados (Tipo, variedad, temporada, almacenaje, tiempo /

condiciones, procesamiento)– Salud intestinal y desafío del medio ambiente– Proveedor “optimización de la dosis” basada en el análisis de las enzimas NSP.

• Como elegir– El nutriólogo hace una evaluación basada en las variables conocidas– Hacer pruebas de su propia situación– Requiere una prueba a largo plazo para apreciar plenamente el impacto del

estado de energía del ave por ejemplo almacenamiento de grasa en el panículo.

Riesgos de las enzimas NSP• Selección incorrecta de la actividad para el ingrediente base• Dieta adecuada o dos sustratos de ingredientes • Sobre valoración del valor matriz• Recuperación baja en el alimento

¿Cuando fue la ultima vez que usted verifico la actividad de las enzimas en su alimento?

– Recuperación baja en el producto aplicado (Calidad del Producto, Almacenamiento)

– Precisión al añadir y mezclar• Sistemas para pesar contra medidores para líquidos contra medidor del flujo coriolis

– Separación de alimento (fino y aceite en harinas) – Tiempo para comer en los comederos– Harinas y pellets dañadas por el tratamiento con calor – Adherencia de aerosol líquido a las migajas y pellets – Muestras y variación analítica (método utilizado)

• Algunos cereales contienen inhibidores de xilanasa– El impacto es mayor en algunas xilanasas que en otras

Valor de la fitasa

• Costos del suplemento

• Valor de liberación (matriz)

• Costo del fósforo

• Beneficio ambiental (si se limita la salida del fósforo)

• Mejora la producción por encima del valor de liberación de fósforo (por ejemplo, el efecto de la dosificación en ácido fítico)

• Mayor disponibilidad de liberación de calcio, zinc, hierro, manganeso en fitato

• Beneficios sinérgicos con minerales traza orgánicos

Riesgos de las Fitasas• Aplicación de la matriz incorrecta

• El elevado nivel de calcio en las dietas de postura puede reducir la actividad

• Sobre estimación de beneficios en la mezcla de materiales

– Difícil de superar el 75% de liberación de fitato-P disponible

– Riesgo al utilizar materiales bajos en fitato (por ejemplo DDGS de carne y harina de hueso)

• Reconocer la diferencia en el sistema de fósforo

(¿Qué esta utilizando su Nutriólogo / matriz?)

– Fósforo disponible (Internacional / EUA)

– Fósforo digestible (Europa)

– Fósforo retenible (Europa)

– Fósforo no fitato (NPP) (Internacional / EUA)

– Estudio WPSA intenta 'normalizar' sistema de fósforo

• Recuperación baja en el alimento

¿Cuando fue la ultima vez que usted verifico la actividad de las enzimas en su alimento?

– Recuperación baja en el producto aplicado (Calidad del Producto, Almacenamiento)

– Precisión al añadir y mezclar

– Separación de alimento (fino y aceite en harinas)

– Tiempo para comer en los comederos

– Harinas y pellets dañadas por el tratamiento con calor

– Muestras y variación analítica (método utilizado)

15% -20%

Actividades de las enzimas a utilizar

• Todas las dietas a base de cereales se beneficiarán de la fitasa• Dosis única o doble de fitasa-6 o fitatasa-3 o dependiendo de la unidad de fósforo costo

unitario /costo adicional

– 2-4ta generación dependiendo del tratamiento con calor

• Dietas a base de maíz-soya1 xilanasa2 amilasa3 pectinas4 celulosa5 mananasa6 Alpha-galactosidasa7 proteasa

• Dietas ricas en subproductos (por ejemplo, girasol, harina de canola, harina de guar, DDGS, salvado de arroz, cascarilla de soya)– Mezcle la actividad de los productos como se menciona arriba– Celulosa, pectinas, lipasa

Mezclas

Enzimas Proteasas • Nueva clase para uso en el alimento• Aumenta el suministro de aminoácidos de los materiales con menor

digestibilidad de la proteína– Sub- Productos – No es un sustituto para el abastecimiento de materiales de buena calidad (por ejemplo, bajo TIA harina

de soya, harina de pescado dañada por calor )– Siempre optimice la formulación de aminoácidos según el sistema de aminoácidos digestibles,

balanceado para cada aminoácido esencial de acuerdo con el concepto de proteína ideal y evitar el exceso de proteína cruda en la formulación

– Analice niveles de aminoácidos del alimento final y compárelos con las metas

• Los beneficios serán económicos, en la salud intestinal, en el rendimiento, y en el medio ambiente

• No puede mezclarse en un líquido multi-componente (destruye las otras actividades de la enzima)

• Necesita estabilidad al calor si es procesado • Las primeras matrices publicadas fueron muy generales por ejemplo;+x%

aumento en la digestibilidad de aminoácidos• Necesidad específica de matrices específicas para beneficio de las materias

primas• Complejidad en la formulación• Se necesita evaluar el beneficio del costo

Recuerde la ley de la disminución del rendimiento

• La adición de múltiples enzimas a la dieta generalmente no es aditivo

• Presenta dificultades en la predicción de la matriz al mezclar los productos de más de un proveedor

• Enfoque práctico común– Aplicar la matriz energética en los NSP (polisacáridos sin almidón)

– Aplicar calcio y fósforo (y sodio) matriz para fitasa

• Interacciones con otros aditivos para alimento– Reduce o mejora el valor– Cowieson et al. (2012) Cada nuevo aditivo en la dieta reduce la eficacia de los aditivos hasta

un 30%

• Compruebe con qué productos se probó la enzima de interés– Poe ejemplo proteasa en presencia de fitasa o NSP-ase

– Con o sin antibióticos, ácidos, etc.

¿En el futuro….?

• Cooperación entre las compañías genéticas de plantas y de producción animal

• Variedades de cereales de baja viscosidad– Proyecto ‘Buster wheat’ en el Reino Unido en la década de 1990.

• Variedades de maíz, trigo y cebada bajos en fitato

• Maíz Transgénico Fitasa (Gao et al. 2013)

• 5ta generación de fitasa puede producir recuperación del 90% de fitato-P

• Dosis de fitasa con ácido fosfatasa

• Dosis optimizada basada en el análisis de la concentración del substrato (por ejemplo, NSP o fitato)

• Genética de aves: Pollitos produciendo fitasa (!?)

Lecitina (No es una enzima)

• Comúnmente con frecuencia en la formulación de dietas de lipasa

• Mejora la digestión de grasas

• Emulsificación de ácido graso y formación de micelas

• Valor adicional de energía a partir de aceites

• Útil para aumentar el consumo de calorías en tiempo de calor (bajo aumento de calor de la grasa en la dieta)

• Han et al., 2010 – 0, 0.05, 0.1, 0.15% Lisolecitina

– Aumento Linear en el peso del huevo

– Disminución Linear en el consumo de alimento y de FCR• Mayor suministro de energía en la dieta

– Más clara de huevo• (grasa estimula la síntesis de proteínas del oviducto según Whitehead et al., 1993)

– Más colesterol en la yema y mayor transferencia de Vitamina A y E • Potencial benéfico para los reproductores?

En conclusión….• Las enzimas son un componente clave de las dietas modernas

– Enzimas NSP • Una sola actividad

• Actividad múltiple

– Fitasa• Una sola dosis

• Dosis doble

• Dosis optimizada

• “Dosis Súper”

– Otras enzimas • Amilasa

• Celulosa

• Mannanase

• Glactosidasa

• Pectinas

• Proteasa

– Recuerde que a menudo 2 + 2 ≠ 4 debido a la ley de disminución de rendimiento

– Debido a la ley de disminución de rendimiento o incluso de sinergias positivas de hecho. Pruebe su 'valor' en su propio sistema.

– Prueba de la recuperación de enzimas

Gracias por su atención ¿Preguntas?