Nutrición Animal

Péptidos bioactivos y proteínas ​​animales hidrolizadas en la acuicultura

Bioactive peptides and animal hydrolysate proteins in aquaculture

Según la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO), se espera que el suministro mundial de pescado alcance los 201 millones de toneladas en 2030. Se prevé que la producción acuícola alcance los 109 millones de toneladas, lo que representa un aumento del 36% con respecto a la producción de 80 millones de toneladas en 2016.

La producción acuícola sigue dependiendo en gran medida de la harina de pescado y su cadena de suministro se enfrenta a muchos desafíos. En primer lugar, sabemos que la demanda de harina de pescado está creciendo más rápidamente que la oferta disponible, lo que conduce a precios más altos.

En cuanto a los costos, en 1983 el precio medio de la harina de pescado era de unos 400 dólares/tonelada, pero en los últimos años ha subido a 1.600 dólares/tonelada. A modo de comparación, el precio de la harina de soja aumentó ocho veces menos en el mismo período.

Además del aumento de los precios, también existe el problema de comprar harina de pescado de alta calidad, producida con pescado entero y con menor contenido de cenizas.

El suministro de esta harina de pescado (~ 68% de proteína cruda) está disminuyendo. Esto se debe a la disminución de las capturas de peces utilizados para este fin, lo que a su vez limita el suministro de harina de pescado a la acuicultura. Además, el uso de esta materia prima se considera insostenible a medio y largo plazo.

A medida que nuestra fuente de proteína de pescado pasa de la pesca de captura a la acuicultura, esto también significa que necesitamos proporcionar al pescado de piscifactoría todos los nutrientes necesarios en una dieta completa y equilibrada.

Además, cada vez que avanzamos hacia una producción más intensiva, hay menos dependencia de los alimentos naturales. La calidad de los ingredientes utilizados en las formulaciones de los alimentos y el tipo de procesamiento de los mismos tienen un impacto directo en la productividad de la acuicultura.

Diferentes procesos de producción de ingredientes y sus características

Para entender estas diferencias, este artículo explicará los tres tipos de procesamiento de ingredientes; el más común es el procesamiento térmico o cocción. Esto sucede cuando la materia prima es sometida a altas temperaturas en un digestor. Este proceso tiene el beneficio de ser simple y barato, pero puede ser dañino para las proteínas y afectar la digestibilidad y disponibilidad de los aminoácidos. Para este proceso, los estudios indican que cuanto más tiempo se exponga la materia prima a altas temperaturas, menor será su digestibilidad y valor nutricional.

El segundo proceso es la hidrólisis química, que puede ser ácida o alcalina. Esto es cuando la materia prima sufre severos cambios de pH. Este tipo de hidrólisis también se considera un proceso de bajo costo. La hidrólisis ácida se utiliza a menudo para mejorar el sabor, pero un punto negativo es que con este proceso habrá una destrucción parcial de algunos aminoácidos, como el triptófano.

Cuando tratamos la hidrólisis alcalina, el impacto en los aminoácidos es incluso peor que en el tratamiento ácido. Otra cuestión es que la hidrólisis química aumentará el contenido de cenizas en el ingrediente porque se añadirán otros componentes durante el proceso.

Figura 1. Esquema de hidrólisis enzimática de enlace peptídico.

Por último, existe la hidrólisis enzimática, que suele producirse a  bajas temperatura y presión y no da lugar a la pérdida de aminoácidos. Además, mejora la digestibilidad de las proteínas y la disponibilidad de aminoácidos para el animal.

Las enzimas también son más precisas en el control del grado de hidrólisis del enlace peptídico, lo que permite una mayor consistencia del producto final. Otra ventaja es que en este proceso utilizamos menos energía y vapor en comparación con el proceso de cocción.

Hidrólisis enzimática y péptidos bioactivos

Para entender más sobre cómo la hidrólisis enzimática genera ingredientes de alta calidad con beneficios funcionales, revisaremos algunos conceptos. Por definición, una proteína es una macromolécula que normalmente contiene 20 aminoácidos (AAs) diferentes que están unidos a través de enlaces peptídicos.

El aminoácido contiene grupos amino y caboxilo. El enlace peptídico es el vínculo entre el nitrógeno del grupo de las aminas y el carbono del grupo de los ácidos. La secuencia de AA es lo que define las diferentes proteínas y su valor biológico.

Cuando tenemos una proteína con una masa molecular baja y un número bajo de aminoácidos, esto se llama péptido. Otro punto importante es que los péptidos pueden tener diferentes actividades biológicas, como tener una acción antimicrobiana, antioxidante, antihipertensiva y también inmunomoduladora. Estos se llaman péptidos bioactivos y se definen como secuencias específicas de aminoácidos, con baja masa molecular, y una actividad biológica específica en el organismo.

Una forma de producir péptidos bioactivos es a través de la hidrólisis enzimática de toda la proteína. La palabra “hidrólisis” significa descomponer el agua. La hidrólisis enzimática es una reacción química acelerada por una enzima que utiliza el agua para romper una molécula en otras dos. En el caso de las proteínas, la hidrólisis forma cadenas más pequeñas de aminoácidos (péptidos). Estos pequeños péptidos son absorbidos más fácilmente por los órganos del animal que una proteína entera.

Además, el animal necesita menos energía para absorberlos. Esta energía extra puede ser usada para crecer, ganar peso y enfrentar desafíos. La capacidad digestiva de la proteína depende de varios factores, entre ellos la edad del animal (es decir, el estado larvario o el estado adulto) y la forma de la proteína (ya sea un péptido pequeño, un aminoácido libre o una proteína intacta).

Generalmente, los animales más maduros absorben el alimento de manera más eficiente que los animales en las primeras etapas; por lo tanto, las proteínas hidrolizadas se absorberán más fácilmente que las proteínas intactas. Además del beneficio de la absorción de proteínas in vivo, la hidrólisis enzimática también genera péptidos bioactivos.

Existen amplios estudios experimentales que implican conocimientos de ingeniería enzimática para determinar qué enzima es la mejor para las diferentes materias primas y qué condiciones de procesamiento son necesarias para lograr las bioactividades deseadas. Esta bioactividad puede variar dependiendo del tipo de enzima utilizada, y cada enzima puede crear un péptido con una secuencia de AA diferente.

Los diferentes tipos de materias primas tienen diferentes péptidos y bioactividades, tales como inmunomoduladores y antimicrobianos. Los péptidos bioactivos identificados pueden ser explorados en el futuro para obtener beneficios en la nutrición animal, abriendo una amplia variedad de aplicaciones para las proteínas hidrolizadas.

Proteínas hidrolizadas ​como ingredientes funcionales

Existe una clara relación entre la forma en que se procesan los ingredientes (y por lo tanto su valor nutritivo) y el rendimiento del animal. Con esto en mente, BRF Ingredients ha diseñado un nuevo método de procesamiento de ingredientes basado en la hidrólisis enzimática; este proceso ha generado mejores resultados para el desempeño de los animales.

Figura 2. Distribución de la masa molecular del producto hidrolizado de BRFi.

Después de la hidrólisis enzimática de la materia prima, casi todos los sólidos se eliminan por filtración, reduciendo el contenido final de cenizas a aproximadamente un 4% y concentrando el contenido de proteínas en más del 75%, con una digestibilidad de más del 90%.

La estabilidad de estos parámetros es otra característica presente en el proceso. Además, con la selección de las enzimas y gracias a las condiciones del proceso, la mayor parte del contenido proteico se encuentra en forma de pequeños péptidos con menos de 3000Da de masa molecular, lo que se considera la banda de mayor bioactividad.

Además de las ventajas del propio proceso y de las características de los ingredientes finales, BRF, como empresa 100% integrada, puede garantizar fácilmente la trazabilidad y la frescura de la materia prima utilizada.

Impacto en el rendimiento de los animales

En los ensayos in vivo con tilapia, la digestibilidad de la proteína fue del 93.61% y la inclusión del 2.5% de proteína hidrolizada de pollo en las formulaciones de tilapia en las etapas iniciales aumentó el peso final en un 23%, en comparación con el grupo de control con 10% de harina de pescado.

Los experimentos también mostraron un efecto beneficioso en la salud intestinal con la inclusión de un 3% de proteína hidrolizada, que aumentó el número de vellosidades en un 49% en comparación con el grupo de control de la harina de pescado.

En la tilapia adulta, la inclusión de hidrolizado de proteína al 2,7% en el alimento aumentó el rendimiento de los filetes en un 6% en comparación con el grupo de control de la harina de pescado. Además, el análisis del perfil lipídico plasmático de la tilapia mostró que, con la inclusión de la proteína hidrolizada, los niveles de triglicéridos y VLDL (lipoproteínas de baja densidad) disminuyeron, mientras que los niveles de HDL (lipoproteínas de alta densidad) aumentaron significativamente (Figura 3).

Figura 3. Perfil lipídico plasmático de las tilapias alimentadas con dietas que contienen diferentes niveles de inclusión de proteína hidrolizada de pollo (experimento realizado en la Universidad Estatal del Oeste de Paraná – Unioeste, Brasil).

 

Este resultado es una indicación de la presencia de péptidos bioactivos antiadipogénicos, que mejoraron el metabolismo energético y promovieron un uso proporcional de los nutrientes en la degradación de la proteína.

En un estudio realizado en Vietnam, el 2% de proteína hidrolizada de pollo demostró ser capaz de reemplazar el 5% de la harina de pescado y mantuvo el rendimiento de crecimiento de la tilapia.

En este caso, además del beneficio de las funcionalidades bioactivas, el cambio de harina de pescado a hidrolizado de proteína presenta como ventajas la posibilidad de restaurar los ingredientes, la estabilidad de los precios y los parámetros de calidad, sin un efecto significativo en el costo de la formulación.

En cuanto a los resultados de la aplicación de proteínas hidrolizadas en el alimento para camarones, los ingredientes formados a partir de la hidrólisis enzimática produjeron el 94% del coeficiente de digestibilidad de la proteína para esta especie.

Figura 4. Mortalidad acumulada de Litopenaeus vannamei alimentado con dietas que contienen diferentes niveles de proteína hidrolizada en 48h postinfección (hpi) con Vibrio parahaemolyticus a una concentración de 9 x 107 UFC/mL (experimento realizado en la Universidad Federal de Santa Catarina, Brasil (UFSC).

En los experimentos de crecimiento, la inclusión de un 5% de proteínas hidrolizadas en la formulación mejoró el peso final en un 7% y la tasa de conversión alimenticia en un 14,3% en comparación con el grupo de control de la harina de salmón.

En una prueba de desafío para evaluar la resistencia de los camarones infectados intencionalmente con una bacteria Vibrio, todos los tratamientos que incluían ingredientes de proteínas hidrolizadas en la formulación mostraron una reducción de entre el 20% y el 50% de la mortalidad acumulada en comparación con el grupo de control que sólo conservaba harina de pescado (Figura 4).

Este es un fuerte indicador del efecto inmunomodulador y/o antimicrobiano de los péptidos bioactivos.

En la acuicultura, la escasez de algunos ingredientes importantes puede actuar como un catalizador para el desarrollo de alternativas más inteligentes, añadiendo un mejor valor al negocio.

Todavía hay muchos misterios con respecto a las proteínas hidrolizadas y los péptidos bioactivos, pero ya hay muchos estudios que reportan beneficios en medicamentos, cosméticos, nutrición humana y también en nutrición animal. En la nutrición animal, específicamente, los resultados de la aplicación de péptidos y proteínas hidrolizadas a las dietas de diferentes especies han demostrado beneficios, incluyendo la mejora de la salud intestinal, el sistema inmunológico, el crecimiento y el rendimiento de la producción. En un mercado cada vez más competitivo, estos beneficios no deben ser pasados por alto.

El mundo entero está cambiando y evolucionando rápidamente y en el área de los ingredientes para la nutrición animal no es diferente. Nuevas tecnologías y procesos más inteligentes están surgiendo todo el tiempo y depende de nosotros disfrutar de los beneficios y contribuir a una cadena y negocio más eficiente y productivo.

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Autores: Thaís Costa Andrade es especialista en I&D y Wilson Rogério Boscolo es consultor de I&D en BRF Ingredients Brasil.

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