Neutralización de micotoxinas por sustancias adsorbentes
De acuerdo con los datos aportados por la FAO, más del 25% de la producción agrícola se contamina por micotoxinas. Solo en EE.UU. esto supone pérdidas económicas de alrededor de mil millones de euros al año.
Asimismo, grandes cantidades de productos alimentarios básicos se echan a perder a causa de las micotoxinas:
Debido a ello muchos países han adoptado severas regulaciones para limitar la exposición a las micotoxinas, influenciando por tanto en gran medida el mercado de los cultivos de alimentos y animales. Leer también «Micotoxinas en carne y productos cárnicos»
Las micotoxinas pueden contaminar los cultivos de dos maneras:
- En las plantas vivas
- Posteriormente durante la cosecha
Entre las micotoxinas, la aflatoxina B1 y la M1, secretada en la leche, han demostrado ser las de mayor poder tóxico, con efectos carcinogénicos en animales y humanos.
Una de las aproximaciones más prometedoras para resolver el problema de las micotoxinas es la adición de materiales adsorbentes no nutritivos a los lotes alimentarios, para controlar la absorción gastrointestinal de estos metabolitos fúngicos.
Métodos de utilización de los materiales adsorbentes
Se describirán a continuación las principales características fisicoquímicas y estructurales de los materiales adsorbentes que influyen en su reactividad:
- Tamaño de partícula: Los materiales adsorbentes deben tener un pequeño tamaño de partícula, del orden de las micras o menor, para que empiecen a manifestarse efectos coloidales.
- Área específica: a mayor área superficial, mayor número de puntos de adsorción disponibles. El incremento del área superficial aumenta la reactividad de los materiales que realizan la adsorción a través de enlaces débiles.
- Tamaño de los poros: Los tamaños de los poros justifican en gran medida la reactividad y capacidades de adsorción de los materiales adsorbentes.
- Carga de los materiales adsorbentes: Las cargas, al igual que el área superficial, son resultado de la forma y tamaño de las partículas. Según el pH del entorno, los grupos funcionales superficiales se encontrarán en su forma ácida o en la correspondiente base conjugada. Hay que señalar que todos los materiales adsorbentes que se estudiarán tienen carácter de ácidos débiles, si bien este efecto se manifiesta en mayor medida en los aluminosilicatos.
Resultados y Análisis de los materiales adsorbentes
Primer grupo: adsorbentes inorgánicos silíceos
Este grupo de materiales está constituido por derivados de aluminosilicatos y arcillas.
Arcilla es un término granulométrico para designar aquellos materiales con un tamaño de partícula menor de 2 micras.
Hoy por hoy, se realiza un gran esfuerzo en estudiar minerales de arcilla tanto naturales como sintéticos, con el objeto de entender su comportamiento y desarrollar soluciones a medida en diferentes problemáticas, utilizando minerales de arcilla, dado que estos poseen excelentes posibilidades en el campo de las biociencias.
En concreto, las esmectitas se han utilizado para aplicaciones diversas. En el área de la agricultura y las aplicaciones ambientales se utilizan en los alimentos para animales para promover efectos antiaglomerantes, adyuvantes de peletización o aditivos para la consolidación de las heces (Ferrario et al., 2000).
También como adsorbente de gases gastrointestinales y micotoxinas, o hepatoxinas de cianobacterias (Huwig et al., 2001). Se investiga incluso la inactivación de virus y bacterias por adsorción (Auerbach et al., 2004).
Otros materiales silíceos: se pueden incluir materiales como la tierra de diatomeas (diatomita o Kieselgurh).
Figura 1. Esquema estructural de la Zeolita
Imágenes tomadas de la Comisión Internacional de Zeolitas Naturales.
Segundo grupo: adsorbentes de carbón activo
Bajo este término genérico, se incluye una familia de adsorbentes/adsorbentes carbonáceos de elevada superficie específica y gran número de poros internos. En la Figura 2 se muestra la ultraestructura de este material en una imagen de SEM.
Existe una amplia variedad de productos de carbón activado que muestran diferentes características, dependiendo del material de partida y la técnica de activación usada en su producción.
Figura 2. Micrografía SEM de carbón activo.
Tercer grupo: adsorbentes basados en extractos de paredes celulares de levadura
Los principales componentes de las paredes celulares de las levaduras (S. Cerevisiae) son los β-glucanos, glucomananos y manoproteínas (Figura 3) (Kogan y Kocher, 2007).
La pared celular, carcasa que se localiza en la parte exterior de la membrana celular, posee dos láminas:
La mayor parte de las manoproteínas están enlazadas a la lámina interna de glucano. Los glucomananos y manoproteínas se responsabilizan de las interacciones con el medio exterior. Los β-glucanos consisten en unidades de glucosa unidas por enlaces β-1,3 y β-1,4 según Kogan y Kocher (2007) (Figura 3).
Figura 3. Ilustración de la composición de las paredes celulares de levaduras.
Tomado de M. Osumi, 1998.
Las matrices mixtas de celulosa y β-glucano son químicamente parecidas, ya que consisten en unidades de glucosa unidas por enlaces β, pero difieren mucho en sus propiedades físico-químicas:
- Las uniones 1,4: aportan rigidez, alta cristalinidad y poca solubilidad a la matriz
- Las uniones 1,3: otorgan flexibilidad y solubilidad.
Conclusión
Se concluye que los movimientos de cargas a través de la aromaticidad de las estructuras químicas de las micotoxinas, especialmente en aquellos grupos funcionales donde la magnitud de los dipolos es mayor, como en los grupos carbonilos, son los principales responsables de la adsorción de estas biomoléculas en la superficie de los materiales adsorbentes.
- El pequeño tamaño de partícula y el aumento de la superficie específica favorecen estos mecanismos de detoxificación de los productos alimenticios.
Los importantes resultados obtenidos con los extractos de paredes celulares de levadura se deben a los tamaños de las macromoléculas de β-glucano en solución, que les permiten actuar como agentes secuestrantes de las micotoxinas.
- Estas suspensiones coloidales aseguran que las micotoxinas queden retenidas.
En cuanto a los materiales inorgánicos, la homogénea distribución de los puntos de adsorción y la baja actividad de especies iónicas favorecen la retención selectiva de las micotoxinas frente a otros nutrientes de menor peso molecular.
Entre los silicatos, la sepiolita, con elevada área específica, ofrece las mayores expectativas♦
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