Fitasas y su aplicación en la nutrición animal

«La cantidad de fitasa que libera 1 mmol de fosfato inorgánico por minuto a partir de 0,0051 mol L−1 de fitato de sodio a pH 5,5 y a una temperatura de 37°c»

Adeola y Cowieson (2011) indicaron que el efecto de la fitasa microbiana sobre la liberación de P inorgánico depende de:

1. La concentración de fitato en la dieta
2. La fuente de fitato
3. La especie y la edad de los animales
4. Las concentraciones de minerales en la dieta
5. Las fuentes de fitasa y su dosis

El fitato y sus efectos anti nutricionales

Leer «¿Qué son los factores antinutricionales de los alimentos?» 

El ácido fítico es el principal compuesto de almacenamiento de fosfato en las semillas, y por lo general contribuye entre el 50 y el 80% del fosfato total en las semillas de las plantas.

Ayuda a controlar germinación, lo que permite un impulso de liberación de fósforo cuando la fitasa de la semilla lo digiere al germinar. [registrados]

El ácido fítico es poco disponible para los animales y puede reducir la digestibilidad de otros nutrientes y el rendimiento de los animales debido a su efecto anti-nutricional. Es capaz de unir minerales divalentes y trivalentes y formar complejos muy estables.

• Como el ácido fítico (y el fitato) se disocia y es soluble a pH ácido (p. ej., estómago) , la formación de minerales y complejos de ácido fítico ocurre principalmente con el pH más alto del intestino delgado.

Los ácidos fíticos forman complejos principalmente con calcio en el intestino delgado, además, puede aumentar las pérdidas endógenas de minerales como el sodio en cerdos y aves.

El fitato también se une de forma no selectiva a las proteínas en un amplio rango de pH y se ha demostrado que inhibe las enzimas, incluidas la tripsina y la α-amilasa, lo que reduce la digestibilidad de las proteínas en los animales.

Además, puede aumentar las pérdidas endógenas de aminoácidos debido al aumento de la secreción de enzimas digestivas y mucinas y a la reducción de la reabsorción de los aminoácidos secretados endógenamente en el intestino delgado.

Se ha sugerido que el fitato de Ca puede aumentar la formación de jabones en la luz intestinal, lo que resulta en una digestión reducida de grasas saturadas.

Diferentes fitasas

El primer grupo de fitasas se clasifica como fosfatasas ácidas de histidina (HAP); otras clases de fitasa son la fitasa de hélice β (BPPhy, también conocida como fitasa alcalina), la fitasa de ácido púrpura y la proteína tirosina fosfatasa.

• Actualmente, todas las fitasas comerciales pertenecen a las HAP.

La primera generación de fitasa comercializada fue una fitasa fúngica (Aspergillus niger), luego se descubrió que las fosfatasas ácidas de E. coli eran más eficaces que la fitasa fúngica.

Esto condujo al desarrollo de nuevas generaciones de fitasas bacterianas, que pueden ser superiores en varios aspectos a la primera generación de fitasas fúngicas como aditivos para alimentos balanceados.

Se ha observado que las fitasas bacterianas de nueva generación poseen una mayor resistencia a la digestión proteolítica que la fitasa fúngica, lo que puede explicar en parte su mayor eficacia reportada en estudios de ensayos.

Modo de acción de la fitasa

La fitasa cataliza la eliminación gradual de fosfato del ácido fítico o su sal fitato. La eliminación del grupo fosfato comienza con un ácido fítico completamente fosforilado (IP6), seguido de penta- (IP5), tetra- (IP4), tri- (IP3), di- y mono-ésteres de inositol en orden descendente.

Esto significa que las fitasas primero hidrolizan todo el ácido fítico completamente fosforilado disponible.

En una situación ideal, una hidrólisis completa dará como resultado un mioinositol y un fosfato (además de aminoácidos, minerales y otros nutrientes que están vinculados al ácido fítico).

• Sin embargo, en la situación in vivo, la hidrólisis será incompleta y, por lo tanto, normalmente dará como resultado una mezcla de ésteres de inositol-fosfato (p. ej., IP5, IP4, IP3).

En una publicación reciente, Yu et al. (2012) reportaron que IP6 tiene una fuerte capacidad de unión a la proteína de soja, IP5 sigue siendo activo pero en un grado mucho menor mientras que IP1–4 tiene capacidades de unión a proteínas muy bajas.

En este estudio también se observó que la capacidad de unión a Fe⁺³ disminuyó proporcionalmente de IP6 a IP3. Para el alivio máximo de la inhibición de la pepsina, IP6 debe descomponerse en IP1–2.

La unión del fitato a Ca también está relacionada con la composición del éster de fitato. Por lo tanto, la eliminación rápida de IP6 e IP5 en el estómago reducirá significativamente la unión de Ca en el intestino delgado.

• Morales et al. (2011) informaron que una hidrólisis temprana y completa del fitato por fitasa en el tracto digestivo superior es esencial para una mejor digestión del fósforo, los minerales (p. ej., Ca, Fe) y las proteínas.

Factores que influyen en la actividad de la fitasa

Muchos factores pueden influir en las actividades de la fitasa in vivo, incluidos los factores relacionados con la fitasa como:

1. El rango de pH óptimo
2. El tipo de fitasa
3. La resistencia a la proteasa

Los factores relacionados con los animales incluyen:

1. Especie
2. Edad de los animales
3. El tiempo de retención

Los factores relacionados con la dieta como:

1. Contenido de fitato
2. Niveles de calcio
3. Composición de los ingredientes 

Rango de pH óptimo

La eficiencia de las diferentes fitasas comerciales varía en un rango de pH de 2,5 a 4,5. Las fitasas de E. coli son más activas en un rango de pH más bajo que las fitasas fúngicas.

• Además, la curva de actividad de la fitasa a diferentes valores de pH también puede variar para diferentes fitasas de E. coli, debido a la tecnología de producción y la expresión bacteriana.

Resistencia de la fitasa a la proteasa endógena

La fitasa puede ser hidrolizada por la proteasa endógena en el tracto digestivo de los animales. Kumar et al. (2003) observaron que la fitasa derivada de E. coli tenía mayor resistencia a la proteasa que la fitasa de P. lycii y A. niger.

Se observó una mayor actividad de fitasa en la digesta de los pollos de engorde con la fitasa de E. coli en comparación con la fitasa de P. lycii (Onyango y col., 2015).

• También se informó una mayor eficacia con la fitasa de E. coli en comparación con la de P. lycii fitasa tanto en aves como en cerdos.

Tipo y niveles de fitato: relación enzima:sustrato

Debido a la diferencia en la composición, niveles y localización del fitato (IP6), así como al aporte de fitasa intrínseca en algunos cereales y oleaginosas, la tasa de hidrólisis del fitato por acción de la fitasa microbiana puede variar en gran medida en estos ingredientes.

En pollos de engorde y gallinas ponedoras, se observó que la tasa de hidrólisis de IP6 y la retención de P total diferían significativamente entre los ingredientes del alimento.

• De manera similar, Tamim et al. (2004) informaron que, en ausencia de Ca en la dieta, los pollos de engorde pudieron degradar el 69,2% del fitato P en el íleon terminal; sin embargo, esto se redujo al 25,4 % cuando el nivel de Ca en la dieta se incrementó al 0,5 %.
• Otros factores, como los ácidos orgánicos y el nivel de Na, también pueden tener algún impacto en la actividad de la fitasa in vivo.

Figura 1. Esquema de un grano de trigo

Determinación de la eficiencia

Una fitasa que es activa en el estómago y la parte superior del intestino delgado reducirá la unión del fitato a la proteína dietética y eliminará su efecto antinutricional, además de reducir las pérdidas de aminoácidos endógenos (Cowieson y col., 2008)

• Por lo tanto, para determinar la eficacia de la fitasa no solo se puede utilizar la liberación de fitato P sino también la digestibilidad de aminoácidos y la eficiencia energética (EM) como parámetros adicionales .

La determinación de la liberación de fitato P debe medirse a nivel ileal porque en el intestino posterior el fitato es degradado por la microflora intestinal, pero el fósforo liberado no se absorbe.

• Además, la ceniza de tibia, la resistencia ósea y los datos de rendimiento son parámetros útiles para la validación de los valores de la matriz (p. ej., fósforo inorgánico, Ca, energía y aminoácidos digeribles) para la fitasa.

Conclusiones

Generalmente se acepta que el uso de fitasas puede reducir los costos de alimentación y mejorar la eficiencia de la utilización de fosfato y otros nutrientes de los ingredientes de origen vegetal, lo que genera beneficios económicos y ambientales.

Sin embargo, una mejor comprensión de la actividad de la fitasa in vivo es importante para usar la fitasa de manera más económica y eficiente. Una fitasa que funcione en un amplio rango de pH y sea activa en el estómago y el intestino superior (junto con varias otras características, como ser refractario a las enzimas endógenas) sería la fitasa ideal para la alimentación animal♦

Fuente: Yueming Dersjant-Li y col., 2014

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