Acerca de la inhibición bacteriana

Las personas y los animales llevan miles de años expuestos a infecciones y enfermedades.

Los científicos llevaban mucho tiempo sospechando la existencia de microorganismos. Sin embargo, fue la invención del primer microscopio primitivo en 1664 lo que condujo a su descubrimiento.

Gracias a este invento, empezamos a comprender la naturaleza de los microorganismos. Era necesario dar respuesta a preguntas sobre la naturaleza de los patógenos y la naturaleza de las infecciones y enfermedades. El desarrollo de nuevos y mejores microscopios, junto con técnicas analíticas más precisas, condujo a un mayor conocimiento de las bacterias, los mohos y los hongos.

Para combatir estos patógenos, comenzó a crecer una industria emergente de antibióticos sintéticos. A lo largo de los años, se han analizado y caracterizado millones de productos sintéticos y microorganismos.

La penicilina es quizás uno de los antibióticos más famosos conocidos para combatir las infecciones bacterianas. Antes del descubrimiento de este antibiótico, enfermedades como la tuberculosis, la neumonía y la gonorrea no podían tratarse.

Sin embargo, tras varias décadas, la resistencia a los antibióticos se hizo evidente. Esto llevó a la prohibición por parte de la UE del uso de antibióticos en el ganado en 2006. La industria tuvo que buscar agentes antimicrobianos alternativos.

Hoy en día, los prebióticos, los probióticos, las zeolitas y los fitoquímicos, las enzimas y los ácidos orgánicos e inorgánicos son alternativas habituales.

Figura: Imagen de los primeros microorganismos observados a través de un microscopio sencillo

En primer lugar, analizaremos qué factores favorecen el crecimiento de las bacterias, los mohos y las levaduras. En la industria alimentaria y de piensos también están presentes otros microorganismos, como los parásitos, los protozoos y los virus, pero suelen tener mecanismos más complejos y no se tratan en este documento.

Hay varios factores que influyen en el crecimiento microbiano:

• Lamatriz del pienso (una fuente de nutrientes sobre la que crecen las bacterias),
• laacidez del pienso: dependiendo del pH, las bacterias, los mohos y las levaduras encontrarán condiciones favorables o desfavorables para su crecimiento
• la temperatura y los niveles de humedad, que también influyen en la magnitud del crecimiento.
• El crecimiento microbiano puede producirse tanto en condiciones aeróbicas como anaeróbicas; es decir, con o sinoxígeno. Dependiendo del microorganismo, esto afectará al crecimiento de forma positiva o negativa.
• El tiempo también es un factor relevante y afectará a la posible colonización de las células bacterianas y, por lo tanto, a la magnitud del crecimiento.

El crecimiento microbiano puede controlarse mediante la prevención o la inhibición, utilizando un agente antimicrobiano.

Aunque los microorganismos son de tamaño muy reducido, demasiado pequeños para ser vistos a simple vista, causan cada año pérdidas económicas considerables tanto a la industria alimentaria como a la de piensos.

La revista Business World menciona algunos aspectos relacionados con el sector de los piensos y los piensos acuáticos:

Las infecciones bacterianas causadas porSalmonella,Campylobacter y Escherichia coli son quizás las más comunes y provocan pérdidas de miles de millones de dólares.

Los informes estiman que las infecciones por Salmonella y Campylobacter en la industria avícola son responsables de 9 de cada 10 casos de enfermedades de origen alimentario notificados a nivel mundial. Las infecciones por coliformes (E. coli) también suscitan gran preocupación en relación con la mortalidad en los pollos.

La alimentación acuícola es un negocio en crecimiento a nivel mundial. Sin embargo, el sector se enfrenta a grandes retos debido a las enfermedades microbianas que contribuyen a las pérdidas en el sector. Una estimación publicada en la revista Business World (febrero de 2020) sugiere que las enfermedades microbianas le cuestan a la industria de la acuicultura alrededor de 6 000 millones de dólares al año.

Como se ha mencionado anteriormente, los antibióticos se han utilizado durante décadas para combatir las enfermedades bacterianas. La aparición de resistencias y la prohibición de los antibióticos en la Unión Europea a partir de 2006 han afectado enormemente a esta industria de miles de millones de dólares. Se han probado alternativas con resultados dispares.

Se han desarrollado varias tecnologías para controlar los microorganismos no deseados en los alimentos y los piensos. Se pueden aplicar métodos de esterilización tanto físicos como químicos.

En la producción de piensos para animales, la temperatura suele superar los 80 ℃ durante varios minutos en las fases de acondicionamiento y peletización. Este tratamiento térmico impide el crecimiento de microorganismos como la Salmonella y la E. coli.

Dos métodos físicosde uso habitual en la industria láctea son la pasteurización y la esterilización. Cuando se pasteurizala leche , se calienta a una temperatura que elimina los microorganismos sin afectar negativamente a su sabor. El tratamiento térmico suele ir seguido de un enfriamiento rápido.

La esterilización se produce cuando se alcanza una temperatura más elevada. Este método no solo elimina los microorganismos (bacterias, hongos, virus, etc.), sino que también destruye las esporas que pudieran haber sobrevivido. Es posible utilizar la esterilización en combinación con, por ejemplo, la radiación ultravioleta.

La esterilización con agentesquímicos, sola o en combinación con calor, es otro método. Entre los agentes químicos se incluyen: dióxido de cloro gaseoso, derivados del fenol, compuestos de guanidina y peróxido de hidrógeno gaseoso.

Productos alternativos como los prebióticos, los probióticos, las zeolitas/fitoquímicos, las enzimas y los acidificantes/ácidos orgánicos también ofrecen inhibición bacteriana/microbiana. Los ácidos orgánicos se utilizan ampliamente en la alimentación animal. Tienen un excelente efecto antibacteriano sobre las bacterias, el moho y las levaduras patógenas.

Se han propuesto varias definiciones, siendo una de ellas la siguiente:

«Compuestos clasificados como ácidos orgánicos o inorgánicos. Entre los ácidos orgánicos se incluyen el fórmico, el fumárico, el láctico, el benzoico, el propiónico y el cítrico. Entre los ácidos inorgánicos se incluyen el clorhídrico, el sulfúrico y el fosfórico. Las sales de los ácidos también se han utilizado como acidulantes, entre ellas el formiato de calcio, el diformiato de potasio, el diformiato de sodio y el fumarato de sodio. A menudo se comercializan mezclas de acidulantes, ya que los ácidos orgánicos e inorgánicos pueden tener un efecto sinérgico. Además, algunos acidificantes comerciales contienen ácidos protegidos que están recubiertos con ácidos grasos u otras moléculas, principalmente para permitir la liberación del ácido en una zona específica del intestino con el objetivo de mejorar su eficacia (Universidad Estatal de Kansas, Upadhaya et al., 2014).»

La industria de la alimentación animal utiliza acidificantes en diversas aplicaciones. A continuación se presentan algunos ejemplos de aplicaciones en las quelos productos SoftAcid exclusivos de Borregaard ofrecen un rendimiento excelente:

• Pienso paraanimales/alimentación húmeda
• Sistemas de agua potable
• Conservación de materias primas
• Ración mixta total (TMR)
• Conservación del ensilado de pescado

El Registro de la UE de aditivos para piensos ofrece una visión general de un número limitado de aditivos autorizados para piensos. Algunos de estos productos se encuentran actualmente en proceso de reevaluación, lo que implica que podrían producirse cambios en un futuro próximo.

Los ácidos orgánicos y sus sales figuran como aditivos tecnológicos para piensos. Además, hay compuestos clasificados en subgrupos según su funcionalidad: reguladores de acidez, aditivos zootécnicos, conservantes y aditivos para ensilado.

La lista actual se puede consultar en el anexo I aquí:

https://ec.europa.eu/food/safety/animal-feed/feed-additives/eu-register_en

Los ácidos orgánicos puros que se utilizan habitualmente en la industria de la alimentación animal en la actualidad son el ácido fórmico, el fumarico, el láctico, el benzoico, el propiónico y el cítrico.

Entre los ácidos inorgánicos se incluyen el clorhídrico, el sulfúrico y el fosfórico.

Las sales de ácidos orgánicos (ácidos tamponados) también se han utilizado como acidificantes, junto con mezclas. Las mezclas de acidificantes suelen estar disponibles en el mercado, ya que los ácidos orgánicos e inorgánicos pueden tener un efecto sinérgico.

La tecnología exclusiva SoftAcid® de Borregaard se compone de ácidos orgánicos y ácido lignosulfónico modificado. Es la presencia de este último lo que da al producto su nombre «Soft», debido a su capacidad para moderar la naturaleza agresiva de los ácidos orgánicos, sin reducir su eficacia.

Los ácidos orgánicos tienen dos funciones como agentes antimicrobianos. Su acción antimicrobiana principal se debe a la disminución del pH. Además, la capacidad de los ácidos orgánicos para pasar de la forma no disociada a la disociada, en función del pH del entorno, los convierte en agentes antimicrobianos eficaces. Un ácido en forma no disociada puede difundirse libremente a través de la pared celular semipermeable del microorganismo hasta su citoplasma (Figura 2).

Una vez dentro de la célula, donde el pH se mantiene cerca de 7, el ácido se disociará: se libera el ion H+ y, como resultado, el pH disminuirá. Un cambio en el pH inhibirá las enzimas celulares y los sistemas de transporte de nutrientes (Lueck, 1980).

Figura: El ácido no disociado se difunde a través de la pared celular semipermeable del microorganismo

La eficacia de un ácido para inhibir los microbios depende de su valor pKa, que es el pH al que el 50 % del ácido se encuentra no disociado.

Los ácidos orgánicos con valores de pKa más altos son conservantes más eficaces en un rango de pH más amplio, debido a que presentan una mayor cantidad de ácido en su forma no disociada en el rango de pH relevante. Su eficacia antimicrobiana suele mejorar al aumentar la longitud de la cadena (Foegeding y Busta, 1991).

Existen diferentes tipos de acidificantes, pero se pueden identificar algunas características comunes en cuanto a su funcionamiento:

• Se puede distinguir entre un ácido fuerte y uno débil utilizando la constante de acidez, pKa.
• El pKa difiere para cada ácido y puede variar en muchos órdenes de magnitud.
• Los ácidos fuertes tienen un valor de pKa bajo.
• Los ácidos débiles tienen un valor de pKa más alto.

La tabla siguiente muestra los valores de pKa de algunos ácidos orgánicos comunes.

Fefana ha destacado varios aspectos relacionados con el uso de ácidos orgánicos en el sector de la alimentación animal:

«Entre el 50 % y el 80 % del coste total de la producción avícola y porcina en Europa corresponde a la alimentación animal. Por lo tanto, tiene sentido mejorar la eficiencia a la hora de convertir el pienso en crecimiento de los animales.

En Alemania, la mayor economía de la UE, se consumen más de 70 kg de carne de cerdo y de aves de corral per cápita al año, lo que pone de manifiesto la magnitud de la necesidad de mejorar la eficiencia alimentaria, el coste de producción y el impacto medioambiental. Controlar el equilibrio de la microbiota intestinal es la base de una explotación ganadera moderna y rentable. El mantenimiento de una microflora estable en el tracto digestivo es un aspecto clave para lograr una eficiencia alimentaria óptima; además, influye en la seguridad alimentaria y el bienestar animal. Un análisis holístico del uso de ácidos orgánicos en la nutrición porcina ha revelado que la eficiencia alimentaria (índice de conversión alimenticia, FCR) puede mejorarse en una media del 3,7 %. Suponiendo un FCR global de 2,2 desde la fase de lechón hasta la de engorde y un peso de sacrificio de 100 kg, esta mejora media de la eficiencia alimentaria del 3,7 % supondría un ahorro de 8 kg de pienso por cerdo.

Se podrían aplicar cálculos similares a la producción avícola, que se prevé que se convierta en la mayor fuente de carne a nivel mundial en los próximos años. En un ensayo con pollos de engorde en el que se utilizó una premezcla granulada que incluía ácido benzoico, una mejora del FCR de 1,89 a 1,81 supuso un ahorro de pienso de 180 g por ave.

Se esperan resultados similares con ácidos protegidos en la acuicultura, que es actualmente el sector de producción cárnica de más rápido crecimiento a nivel mundial. El uso de ácidos orgánicos para desinfectar el pienso o el agua puede reducir la mortalidad en la explotación y, por lo tanto, mejorar la eficiencia global del uso del pienso y los costes de producción.»

Varios accidentes en la industria química dieron lugar, finalmente, a la primera iniciativa de gestión de SHE (1985). Unos años más tarde, se establecieron las primeras normas y directrices del sector sobre la conducta medioambiental de las empresas.

Hoy en día, las normas ISO 14001 (Gestión medioambiental) e ISO 45001 (Gestión de la salud y la seguridad en el trabajo) son estándares habituales en las empresas. En 1998, la Corporación Financiera Internacional estableció las directrices de SHE.

La mayoría de los acidificantes son corrosivos y plantean riesgos de manipulación y para los equipos durante su uso. Tanto el entorno de trabajo (evaporación al aire) como la manipulación física de los productos ácidos por parte de los trabajadores pueden suponer un reto.

Los productos SoftAcid de Borregaard contienen ácido lignosulfónico en combinación con uno o más ácidos orgánicos. El ácido lignosulfónico se fabrica a partir de madera. La presencia de ácido lignosulfónico hace que los productos sean menos corrosivos. Los datos disponibles (Análisis del Ciclo de Vida) muestran que este biopolímero tiene una toxicidad muy baja para las especies acuáticas y terrestres. Por lo tanto, puede considerarse una alternativa respetuosa con el medio ambiente cuando se utiliza en combinación con ácido orgánico.

Quizá también le interese tener en cuenta los posibles componentes resultantes de la descomposición de los diferentes tipos de acidificantes. Es necesario evaluar la naturaleza de los posibles productos de descomposición, así como su destino final, para encontrar una alternativa sostenible. La elección de productos sostenibles ha cobrado cada vez más importancia para muchos productores.

La búsqueda de productos sin antibióticos ha dado lugar a investigaciones sobre otros productos destinados a cuidar la salud intestinal, así como a reducir las bacterias y los patógenos.

La acidificación reduce el pH y disminuye o elimina la población de bacterias indeseadas, como la Salmonella, el Campylobacter y las Clostridias, antes de que lleguen al tracto digestivo de las aves o los animales.

La acidificación se utiliza actualmente en la alimentación animal y en la alimentación húmeda, así como en los sistemas de agua potable.

A la hora de elegir un acidificante, es fundamental comprender el tipo de problema microbiano al que te enfrentas. Los productos a base de ácido fórmico suelen utilizarse cuando las bacterias son las causantes de los problemas. Si el problema lo plantean el moho y las levaduras, pueden resultar más adecuados los productos a base de ácido fórmico y propiónico. También se utilizan habitualmente mezclas de ácidos dirigidas a resolver varios problemas.

En general, es importante elegir un acidificante que reduzca el pH lo suficiente como para inhibir o prevenir el crecimiento de las bacterias que causan los problemas. La dosificación correcta recomendada por el fabricante es, por lo tanto, fundamental para obtener el tratamiento deseado.

El aspecto económico también es esencial: la eficiencia en la producción de piensos, el valor nutricional y la reducción de las pérdidas en los piensos compuestos son factores que pueden verse afectados negativamente por los microorganismos.

A la hora de seleccionar qué acidificante utilizar, también hay que tener en cuenta cómo afecta a los ecosistemas circundantes cuando, con el tiempo, se descompone.

Los acidificantes pueden presentarse en forma de polvo o de líquido. Su uso y dosificación dependen de la zona en cuestión.

Pienso/Alimentación húmeda

Los lechones son susceptibles a las bacterias patógenas y propensos a sufrir problemas como la diarrea y la mortalidad precoz. Se recomienda la acidificación del pienso con dosis de entre 6 y 9 kg por tonelada de pienso seco.

En la alimentación porcina, es conveniente mantener una flora microbiana equilibrada con dosis de 3 a 5 kg/tonelada.

Sistemas de agua potable

En los sistemas de agua de bebida, la acidificación se realiza hasta alcanzar un pH objetivo, normalmente entre 3,8 y 4,2.

Conservación de materias primas

Los ácidos propiónico y/o fórmico se utilizan a menudo para conservar cereales y granos. El moho y la levadura suelen causar problemas y provocar pérdidas nutricionales si los cereales no se tratan. La dosis dependerá de la materia prima y del contenido de humedad.

Ración total mezclada (TMR)

A la hora de alimentar a las vacas, la mezcla en la propia explotación con forraje verde —especialmente ensilado mezclado con concentrados— contribuye a conseguir una proporción equilibrada para el animal.

En ausencia de conservantes o acidificantes, puede producirse generación de calor (debido a una fermentación inadecuada). Para evitarlo, es esencial realizar la acidificación directamente en la cuba de mezcla o en la propia mezcla de la ración total mezclada (TMR). Las dosis habituales son de 2 a 4 kg por tonelada de pienso.

Conservación del ensilado de pescado

El ensilado de pescado se compone de intestinos, espinas, piel y algo de carne. Se mezcla con agentes conservantes para estabilizar el ensilado y evitar su degradación. A menudo se utilizan acidificantes como agentes conservantes, en particular ácidos orgánicos, debido a su efecto antibacteriano. Dependiendo de la cantidad de espinas de pescado presentes, se utilizan las dosis habituales para alcanzar un pH de entre 3,5 y 3,8.

Equipamiento

Existe una gran variedad de equipos que pueden utilizarse para las aplicaciones mencionadas.

Las bombas más habituales son:

Figura: Bombas Serigstad para conectar directamente al bidón (arriba), al barril (en el centro) o al IBC (abajo).

Figura: Bomba de membrana IWAKI para la dosificación de líquidos.

Los acidificantes resultan muy útiles cuando existe un desequilibrio microbiano y las condiciones son adversas. En algunos casos, su uso es incluso fundamental.

Existen diversas necesidades y, por lo tanto, una variedad correspondiente de inhibidores microbianos disponibles. El bienestar animal, la sostenibilidad y la relación coste-rendimiento en la inhibición microbiana son algunos de los factores decisivos que hay que tener en cuenta a la hora de elegir un acidificante.