Boletín N°210 - junio 2020
Programa de reinserción de investigadores del CONICIT:
Expertos plantean nuevas
estrategias nutricionales para optimizar producción animal
·
Disminución
de nitrógeno y adición de enzimas podrían optimizar el proceso de alimentación
y producción.
·
Resultados
agregan valor en salud animal, eficiencia productiva e impacto ambiental.
·
Investigación
se realiza con aves en estación experimental Alfredo Volio
Mata de la UCR.
Silvia Arias
Periodista CONICIT
sarias@conicit.go.cr
|
Mejorar la eficiencia de la utilización de nutrientes en
el alimento animales es la pasión del Dr. Sergio Salazar Villanea.
Con recursos del programa de Reinserción de Investigadores del CONICIT el
científico continúa en búsqueda de mejores opciones que impacten la
alimentación y producción de animales monogástricos.
Los sistemas de producción de animales monogástricos
en Costa Rica se caracterizan por ser altamente intensivos y tecnificados, es
por esto que requieren la utilización de una gran cantidad de alimentos
balanceados, sin embargo, gran parte de los nutrientes en el alimento no son
aprovechados por el animal para su productividady
cuando se excretan tienen que ser tratados en sistemas de remanentes,
generando desperdicios de alto costo y aumentando el impacto ambiental.
La búsqueda de soluciones a este problema ha sido el norte
del Dr. Salazar Villanea quien trabajó el tema
durante su doctorado en la Universidad de Wageningen
en Holanda y lo ha retomado nuevamente en el Centro de Investigación en
Nutrición Animal de la Universidad de Costa Rica.
|
Dr. Sergio Salazar Villanea.
|
Procesos térmicos y Reacciones de Maillard
Para la producción de alimentos de animales monogástricos se utilizan harinas como la harina de soya y
la harina de Canola (colza). Estas harinas tienen alto contenido proteico y
además un alto contenido de aceite por lo que para la producción de alimento deben
someterse a procesos térmicos de extracción de aceite. Estos procesos de calor
afectan el valor nutricional de las proteínas y por ende afectan también la
digestión del animal.
"Los procesos térmicos inducen a lo que se llama Reacciones
de Maillard, estas reacciones ocurren cuando los
aminoácidos de una proteína se pegan con un azúcar; esos aminoácidos cambian su
estructura y ya no están disponibles para el animal, ya no puede utilizarlos
para sus funciones metabólicas, esos procesos térmicos afectan el proceso de
digestión del animal", explicó el Dr. Salazar.
"Nosotros los humanos consumimos millones de productos con
Reacciones de Maillard; cada vez que uno cocina un
pollo, una chuleta en un sartén, cada vez que uno hace una tostada, toda la
parte cafecita clara, esas son reacciones de Maillard, el café por ejemplo está llenísimo de
Reacciones de Maillard y en la última publicación del
doctorado aprovechamos para publicar un experimento que habíamos hecho para
medir que tanto digerían los cerdos esos productos avanzados de glicacion", agregó el científico.
|
El trabajo de investigación se realiza con el apoyo del Programa de
Reinserción de Investigadores del CONICIT y de la Vicerrectoría de
Investigación de la UCR. En la fotografía se
muestran los animales que serán sometidos a diferentes dietas.
Tiempo: factor clave para que las enzimas hagan su trabajo
|
|
Cuadro de datos
|
|
Derivado de sus estudios, en
conjunto con la Red Iberoamericana en la temática "Los AGES y la salud",
recientemente participó en la publicación de una revisión de literatura
en la revista "Nutrition
Research Reviews"
donde se describe la absorción de estos productos denominados como
"productos finales de glicación avanzada" y los
efectos que tienen en la salud ya que han sido asociados con enfermedades
como sarcopenia, diabetes, enfermedad
cardiovascular, cáncer, enfermedades cognitivas como Alzheimer, etc.
|
|
Específicamente
las reacciones de Maillard hacen que la lisina, que
es un aminoácido componente de las proteínas sintetizadas por los seres
vivos, pierda sus características y el animal no la puede utilizar para su
crecimiento. Esta transformación de la lisina disminuye la digestibilidad de
la proteína en los animales, y producto de la fermentación de la proteína en
el intestino grueso se pueden producir compuestos como las aminas, que son
compuestos orgánicos derivados del amoníaco y que pueden dañar el epitelio,
una parte de la mucosa del tracto gastrointestinal del animal. Además, puede
favorecer el crecimiento de bacterias patógenas, generando más incidencia de
enfermedades.
|
|
|
|
Durante los estudios de doctorado del Dr. Salazar, se pudo
comprobar que entre más procesados estén los ingredientes, normalmente menor es
la digestión.
"Esta afirmación está muy ligada a qué tan fácil las enzimas
presentes en el sistema digestivo pueden "cortar" las proteínas. Entre más
procesados están los alimentos, las proteínas se convierten en "agregados
proteicos" y es más difícil para ellas entrar y poder cortar en diferentes
puntos, entonces la digestión se convierte en un proceso mucho más lento"
explicó el experto.
"En el doctorado pudimos ver "In vitro", que, si uno deja
las enzimas suficiente tiempo, ellas funcionan, es decir, es una cuestión de
qué tan rápido hidrolizan las proteínas, esto lo vimos también in vivo después
en un experimento con cerdos. Se trata de una cuestión de velocidad, y la
velocidad de las enzimas para cortar esas proteínas es menor conforme más
procesadas están", afirmó.
|
Como el intestino de un animal tiene una longitud
determinada, las enzimas no tienen suficiente tiempo para hidrolizar las
proteínas, es por esto que los investigadores se han planteado la necesidad
de aumentar la velocidad de hidrólisis, lo que consiste en un proceso de
reacciones químicas favorecidas por enzimas que contienen los jugos
digestivos. En el experimento que se realiza en la estación experimental
Alfredo Volio Mata, se ha introducido en la mezcla
alimenticia una proteasa, una enzima exógena que existe en el mercado para
intentar aumentar la velocidad con que las enzimas cortan las proteínas.
"La harina de soya comercial la hemos dividido en tres
partes, una parte no se procesó, mientras que las otras se procesaron con
calor con una metodología que se llama autoclavado.
Se autoclavaron 30 minutos y 60 minutos con la
finalidad de inducir el daño térmico. Estamos probando cada una de esas
harinas de soya con y sin las enzimas con el fin de identificar si las
enzimas tienen el efecto de aumentar esa capacidad de hidrólisis y podemos mejorar
la digestibilidad de la proteína en los animales" explicó el Dr. Salazar.
|
En los experimentos
realizados con alimentos con menos nitrógeno en total, los animales recienten
el crecimiento, esto quiere decir que crecen más lento. Cuando se incluyó la fitasa, se le "devolvió" el crecimiento al animal, o sea,
crecieron igual que el grupo control.
|
|
|
|
Los expertos esperan, una vez con los resultados de la
investigación en mano, poder afirmar cuál es el efecto que tienen estas enzimas
en los ingredientes "que a veces vienen procesado en mayor o menor medida" con
el fin de poder asesorar al productor en el uso de las enzimas exógenas para
ayudar al animal en el aprovechamiento de los nutrientes y en su digestión.
Eliminación en desperdicio de Nitrógeno
Otra fase de
la investigación que se realiza tiene que ver con la disminución de la cantidad
de nitrógeno que proviene del alimento y se desperdicia, es decir, pasa sin
aprovecharse al intestino grueso y posteriormente a las excretas. Este
desperdicio atenta contra la eficiencia productiva del sistema y es un
potencial contaminante para el medio ambiente.
|
La infraestructura para la investigación ha sido posible gracia al
apoyo de la Vicerrectoría de Investigación de la UCR.
|
"Si
normalmente, por ejemplo, un alimento iniciador de pollo tiene un contenido
normal de 22.5% de proteína; nuestra meta es reducir esa cantidad de nitrógeno
que hay en la dieta, sin afectar el rendimiento de los animales, entonces
probamos contenidos menores de nitrógeno utilizando enzimas; utilizamos una fitasa y una proteasa, en dietas con bajo contenido de
nitrógeno para ver si con esas enzimas podríamos devolverle al animal el
mismo el rendimiento productivo" explica.
|
Cuadro de datos
|
|
La reacción de Maillard
consiste en el conjunto de reacciones químicas producidas entre las
proteínas y los azúcares de los alimentos a altas temperaturas y que
generan color, sabor y olor a tostado. Es decir, es el complejo proceso
por el que las proteínas y los azúcares de los alimentos interaccionan a
consecuencia de las altas temperaturas produciendo compuestos que
modifican las características de los alimentos.
|
|
|
|
|
|
"Hemos obtenido resultados muy interesantes, básicamente,
aun cuando todas las dietas tenían los niveles de cinco aminoácidos que son
esenciales, solamente con menos nitrógeno en total, los animales recienten el
crecimiento, esto quiere decir que crecen más lento. Cuando se incluyó la fitasa, le devolvimos el crecimiento al animal, o sea,
crecieron igual que el grupo control.
Cuando incluimos la proteasa no produjo ninguna mejora y cuando
incluimos las dos enzimas (fitasa y proteasa) para
ver si tenían algún efecto aditivo, crecieron igual que el grupo de control,
pero este resultado es solamente producto del efecto de la fitasa",
explicó el experto.
Probamos que uno puede disminuir el contenido de nitrógeno
en una dieta hasta en un 10% y con la inclusión de la fitasa
devolverlos al mismo rendimiento productivo que el contenido de nitrógeno
original en el grupo control.
Existen publicaciones que han probado por ejemplo la
utilización de enzimas en dietas bajas de nitrógeno, lo que tiene interesante
esta investigación es que el reto de la reducción de nitrógeno es bastante
importante ya que es alrededor de dos y medio puntos porcentuales (un 10% del
contenido de proteína de la dieta). Otro aspecto interesante es que, aunque no
funcionó, estábamos probando si una combinación de enzimas tenía ese efecto
aditivo y finalmente, esta investigación probó el aporte de dos tipos de
enzimas distintas.
|
Cuadro de datos
|
Quién es Ph.D. Sergio Salazar Villanea
|
El Dr. Salazar Villanea es
Licenciado en Ingeniería Agronómica con énfasis en Zootecnia en la
Universidad de Costa Rica (UCR). Además, es M.Sc.
en Ciencia animal con énfasis en nutrición animal en la Universidad de Wageningen, Países Bajos y tiene un Ph.D. en nutrición animal en la misma universidad,
con especialidad en Nutrición Animal en el procesamiento de ingredientes
y dietas.
Cuenta que para ejercer la docencia y realizar
proyectos de investigación en la UCR era necesario estudiar fuera del
país, era entonces un momento de un cambio generacional en el que
ingresaron a la Universidad muchas personas jóvenes que aportaron a ese
proceso.
"Tuve la opción de realizar mi posgrado en la
Universidad de Wageningen en Holanda, una
universidad que se encuentra muy bien ubicada en los ranking
internacionales y es número uno en agricultura a nivel mundial, es una
muy buena universidad", explica el experto.
|
Dr. Sergio
Salazar Villanea
|
Pudo obtener una beca del Programa de Becas de los
Países Bajos (NFP en inglés) y así realizar su maestría y durante este
proceso realizó un curso de especialización en investigación con un
profesor que posteriormente fue su supervisor.
"En ese momento no estaba tan seguro de seguir con el
doctorado ya que tenía mi plaza en la Universidad de Costa Rica, regresé al
país un año y me di cuenta de qué básicamente lo que estaba haciendo en el
país era lo mismo que podía hacer en Holanda pero
con más recursos, con la ventaja de que podía tener más opciones de
publicación y también podía sacar el doctorado. La oportunidad de realizar
publicaciones fue muy llamativa ya que es una escalera que tenemos para
crecer en una posición dentro de la universidad", comentó.
Concursó por una beca y pudo hacer su doctorado en el
tema procesamiento de ingredientes y dietas y los efectos en el valor
nutricional de la proteína. Llegando al país en febrero del 2017 apareció
la convocatoria de reinserción de investigadores del CONICIT y a finales de
año ya era uno de los ganadores del programa.
|
|
Aporte en Salud, Eficiencia productiva y Ambiente
El Dr. Salazar ha destacado tres áreas principales de
impacto de la investigación que realizan en la Universidad de Costa Rica. En
primer lugar, tiene un valor agregado para los animales por un enfoque en
salud, si estas estrategias para mejorar la eficiencia en la utilización de
nutrientes funciona, también ayuda a los animales a crecer mejor; eso ayuda a
la vez al productor a tener mayores ingresos ya que se aprovecha y se evita el
desperdicio de los principales nutrientes del alimento, y la última vertiente
es la parte ambiental porque la idea es evitar que grandes cantidades de
nitrógeno vayan a "la cama" de las aves o a los sistemas de tratamiento de
remanentes en el caso de los cerdos.
Los sistemas de tratamiento de remanentes pueden producir
gases de efecto invernadero o resultan inadecuados para reducir la
concentración de algunos nutrientes que son potencialmente dañinos debido a que
su excesiva presencia en los sistemas ambientales afectando procesos
generadores del calentamiento global.