Minerales traza orgánicos: Mejorando la biodisponibilidad mediante la quelación
RESUMEN
Existe una gran variedad de formas de productos minerales para uso animal disponibles en el mercado.
Sin embargo, estos se han calificado como “minerales traza orgánicos” de forma genérica, solo por el hecho de que los MTOs en cuestión se encuentran formando un complejo o asociados de alguna manera a moléculas orgánicas.
Dada la gran cantidad de productos distintos que ofrece el mercado, no se puede subestimar la importancia de entender las diferencias físicas entre ellos.
COMPLEJOS O QUELATOS
| Los conceptos químicos del acomplejamiento o la quelación, como ya se sabe, han creado mucha confusión en la industria de la alimentación animal.
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Por lo general, los quelatos se elaboran al hacer reaccionar sales minerales inorgánicas con, por ejemplo, mezclas de aminoácidos y péptidos pequeños elaboradas por medio de procesos enzimáticos bajo condiciones controladas.
Los aminoácidos y los productos de la digestión de proteínas, como los pequeños péptidos, son excelentes ligandos debido a que presentan un mínimo de dos grupos funcionales, lo cual favorece una unión estable del mineral.
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LA ESTABILIZACIÓN DE UN QUELATO: EL EFECTO DEL LIGANDO
Es necesario considerar muchos factores distintos al momento de comparar quelatos o complejos en base a “cuál es mejor bajo ciertas condiciones determinadas”.
Comparar la fuerza del enlace entre el mineral y el ligando utilizando las denominadas constantes de estabilidad puede ser de ayuda.
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La constante de estabilidad acumulativa es el producto de todas las constantes de estabilidad escalonadas. Por ejemplo, si K1 y K2 son las constantes de estabilidad de la suma del primer y segundo ligando, respectivamente, la constante de estabilidad acumulativa (β2) es K1 x K2. |
Este valor es la medida relativa de la fuerza que tiene la interacción entre un metal y un ligando dentro de un quelato o complejo. Podemos derivar este valor al medir proporciones relativas del metal ([M]), el ligando ([L]) y el quelato ([ML]):
- Este equilibrio se ve afectado por muchos factores: El pH influye considerablemente en el equilibrio entre el ML y la suma de L+M.
- Otros aspectos también ejercen influencia sobre este equilibrio, como el tipo y composición del ligando, las proporciones relativas de [L] a [M], etc.
En última instancia, se puede definir la constante de estabilidad (β) como una medida de la relación de la concentración del quelato y las concentraciones del metal libre y el ligando bajo ciertas condiciones establecidas.
| Esto significa, básicamente, que a mayor es el valor de la constante de estabilidad β, mayor es la proporción del quelato o complejo presente en relación al ligando libre ([L]) o al metal libre ([M]) a un pH determinado. |
Es posible obtener las constantes de estabilidad para una variedad de ligandos en la base de datos de constantes de estabilidad del NIST1; incluyendo las de aminoácidos individuales, dipéptidos, tripéptidos, etc.
La constante de estabilidad se suele representar en valores logarítmicos y puede servir de guía al momento de comprar distintos grupos de enlace, como los aminoácidos, dipéptidos y tripéptidos.
| Por lo general, a mayor es el valor de la constante de estabilidad, mayor es la fuerza de quelación y, por tanto, la proporción relativa de mineral unido a mineral libre y ligando libre bajo condiciones determinadas. |
Evidentemente, se debe aclarar que habrá excepciones. Del mismo modo, la naturaleza compleja que rige la quelación hace que más factores contribuyan a la fuerza de enlace y a la estabilidad de los complejos ligando-mineral.
EL ROL DE LA FUERZA DE ENLACE EN LA ESTABILIDAD DE LOS MINERALES TRAZA
La mayoría de aminoácidos y péptidos se unen a los iones metálicos por medio de sus átomos de nitrógeno, oxígeno y sulfuro.
Los aminoácidos individuales muestran una variedad de estabilidades diferentes cuando forman parte de un complejo con minerales; estas pueden evaluarse en distintas bases de datos.
- Es razonable esperar que los péptidos que cuentan con un mayor número de átomos donantes y tienen el potencial para formar un número de anillos de quelato al unirse a un ion metálico, tengan estabilidades mayores que los aminoácidos simples como la glicina.
Esto significa que el tamaño del grupo de enlace no es el factor más importante que influye sobre la fuerza del enlace y en última instancia, sobre la estabilidad de un quelato.
| Es claro que las afirmaciones de superioridad que se basan en el tamaño no tienen fundamento. Sin embargo, el solo incrementar el número de aminoácidos en un ligando podría no incrementar la estabilidad del complejo metálico y, por tanto, podría no incrementar necesariamente la proporción relativa de mineral unido a este. |
A fin de cuentas, el tipo de aminoácido influye sobre la estabilidad de un quelato determinado; pero además, la posición de los aminoácidos en un péptido también puede influir de manera considerable sobre la interacción entre el ligando y el mineral.
En esencia, tanto el tipo de aminoácido como la configuración de aminoácidos en la secuencia de un péptido pueden influir sobre la estabilidad de un quelato mineral.
Un estudio reciente (Byrne et al., 2021) analizó una variedad de minerales traza orgánicos comerciales utilizando técnicas a base de potenciometría.
Para ello utilizó un electrodo selectivo de iones de cobre para determinar sus estabilidades in vitro dentro de un rango de pH que refleja las condiciones fisiológicas (Figura 1).
Figura 1: Estabilidades dependientes del pH de los quelatos de cobre (Byrne et al., 2021)
Además, los datos indican que algunos minerales traza orgánicos comerciales tienen una capacidad baja o nula de establecer enlaces estables con los minerales bajo condiciones de pH ácido, lo cual, obviamente, genera un impacto sobre la bioeficiencia de los productos.
Estas diferencias se pueden atribuir tanto al tipo de grupo de enlace que se utiliza como al proceso productivo mediante el cual se genera el mismo.
 Esto puede producir la disociación del complejo del mineral unido y la liberación de iones minerales libres. |
Dicha disociación de los minerales traza orgánicos inducida por el pH tiene varias consecuencias negativas. Por ejemplo, el ion mineral cargado libre puede reaccionar con los componentes de las plantas de carga negativa, como el ácido fítico, que puede encontrarse presente en el tracto gastrointestinal; o aún peor, al llegar al ambiente más alcalino del intestino puede formar los denominados hidróxidos.
Esto puede desencadenar el fenómeno de hidroxipolimerización inducida por el pH, provocar la precipitación del mineral y, por tanto, una considerable reducción de la biodisponibilidad.
Básicamente, los minerales que forman parte de complejos de quelatos que presentan bajas estabilidades no llegarán a los sitios de absorción en el intestino y la efectividad del producto se verá reducida a la de sus contrapartes de sales inorgánicas.
Maximizar la estabilidad dependiente del pH de los MTOs incrementa la biodisponibilidad del mineral y su absorción en el intestino.
ANÁLISIS CUANTITATIVO DE LA QUELACIÓN
Muchos análisis de distinta naturaleza científica y nivel de credibilidad afirman ser capaces de diferenciar entre los MTOs buenos y los malos.
Los parámetros básicos que se pueden analizar incluyen los siguientes:
- Porcentaje del mineral Relación nitrógeno/mineral
- Porcentaje de mineral unido
- Peso molecular
- Biodisponibilidad
- Estabilidad
Algunos de estos análisis pueden proporcionar información valiosa y significativa sobre productos definidos o individuales; sin embargo, es importante entender las limitaciones de estas pruebas si vamos a aplicarlas en la evaluación de MTOs de forma correcta.
| Tradicionalmente, se utilizaba la filtración por medio de una membrana de bajo peso molecular para determinar el porcentaje de mineral unido. Se asumía que el mineral que retenía el filtro estaba unido y que el mineral en el filtrado (solución) no lo estaba. |
Sin embargo, este tipo de métodos están sujetos a manipulación, en la cual el pH puede cambiar, produciendo una precipitación que lleva a una estimación falsa del nivel real de mineral unido.
Estos fueron desarrollados y validados por investigadores del Centro Europeo de Biociencia de Alltech.
El primer ensayo utiliza una forma de espectroscopía infrarroja para medir la cantidad de mineral unido, y el segundo utiliza una forma de cristalografía para medir el mineral no unido.
Ambas se complementan y ambas han sido sometidas a revisión científica y publicadas (Cantwell et al., 2017).
