Sobre a inibição bacteriana

Pessoas e animais vêm sendo expostos a infecções/doenças há milhares de anos.

Os cientistas já suspeitavam da existência de microrganismos há muito tempo. No entanto, foi a invenção do primeiro microscópio primitivo, em 1664, que levou à sua descoberta.

Graças a essa invenção, começamos a compreender a natureza dos microrganismos. Era preciso responder a perguntas sobre a natureza dos patógenos e a natureza das infecções/doenças. O desenvolvimento de microscópios novos e melhores, aliado a técnicas analíticas mais avançadas, levou a um maior conhecimento sobre bactérias, mofos e fungos.

Para combater esses patógenos, uma indústria emergente de antibióticos sintéticos começou a crescer. Ao longo dos anos, milhões de produtos sintéticos e microrganismos foram testados e caracterizados.

A penicilina é talvez um dos antibióticos mais famosos conhecidos para combater infecções bacterianas. Antes da descoberta desse antibiótico, doenças como tuberculose, pneumonia e gonorreia não podiam ser tratadas.

No entanto, após algumas décadas, a resistência aos antibióticos tornou-se evidente. Isso levou à proibição, pela União Europeia, do uso de antibióticos na pecuária em 2006. A indústria teve que buscar agentes antimicrobianos alternativos.

Hoje, prebióticos, probióticos, zeólitos/fitoquímicos, enzimas e ácidos orgânicos/inorgânicos são alternativas comuns.

Figura: Uma imagem dos primeiros microrganismos observados através de um microscópio simples

Primeiramente, vamos examinar o que faz com que bactérias, fungos e leveduras cresçam. Outros microrganismos, como parasitas, protozoários e vírus, também estão presentes na indústria de alimentos e rações, mas geralmente apresentam mecanismos mais complexos e não serão abordados aqui.

Existem vários fatores que afetam o crescimento microbiano:

• Amatriz da ração (uma fonte de nutrientes para o crescimento das bactérias),
• Aacidez da matéria-prima da ração — dependendo do pH, as bactérias, os fungos e as leveduras encontrarão condições favoráveis ou desfavoráveis para o crescimento
• A temperatura e os níveis de umidadetambém influenciam a magnitude do crescimento.
• O crescimento microbiano pode ocorrer tanto em condições aeróbicas quanto anaeróbicas; ou seja, com ou semoxigênio. Dependendo do microrganismo, isso afetará o crescimento de forma positiva ou negativa.
• O tempo também é relevante e afetará a colonização potencial das células bacterianas e, consequentemente, a magnitude do crescimento.

O crescimento microbiano pode ser controlado tanto por meio da prevenção quanto da inibição — utilizando um agente antimicrobiano.

Embora os microrganismos sejam muito pequenos, pequenos demais para serem vistos a olho nu, eles causam perdas econômicas substanciais a cada ano, tanto para a indústria de alimentos quanto para a de rações.

A revista Business World menciona alguns aspectos relacionados ao setor de rações e rações aquáticas:

As infecções bacterianas causadas porSalmonella,Campylobacter e Escherichia coli são talvez as mais comuns, causando prejuízos na casa dos bilhões de dólares.

Relatórios estimam que as infecções por Salmonella e Campylobacter na indústria avícola sejam responsáveis por 9 em cada 10 casos de doenças transmitidas por alimentos registrados globalmente. As infecções por coliformes (E. coli) também causam grandes preocupações relacionadas à mortalidade em frangos.

A ração aquícola é um negócio em crescimento globalmente. No entanto, o setor enfrenta grandes desafios devido às doenças microbianas que contribuem para as perdas no setor. Uma estimativa publicada na revista Business World (fevereiro de 2020) sugere que as doenças microbianas custam à indústria da aquicultura cerca de 6 bilhões de dólares por ano.

Conforme mencionado anteriormente, os antibióticos vêm sendo utilizados há décadas para combater doenças bacterianas. A resistência emergente e a proibição dos antibióticos na União Europeia a partir de 2006 afetaram enormemente esse setor multibilionário. Alternativas têm sido testadas com resultados variados.

Várias tecnologias foram desenvolvidas para controlar microrganismos indesejáveis em alimentos e rações. Podem ser aplicados métodos de esterilização tanto físicos quanto químicos.

Na produção de rações para animais, a temperatura normalmente ultrapassa 80 ℃ por vários minutos durante o condicionamento e a peletização. Esse tratamento térmico impede o crescimento de microrganismos como a Salmonella e a E. coli.

Dois métodos físicoscomumente utilizados na indústria de laticínios são a pasteurização e a esterilização. Quando o leite é pasteurizado, ele é aquecido a uma temperatura capaz de matar os microrganismos sem causar efeitos prejudiciais ao sabor do leite. O tratamento térmico é geralmente seguido por um resfriamento rápido.

A esterilização ocorre quando se atinge uma temperatura mais elevada. Esse método não apenas mata os microrganismos (bactérias, fungos, vírus etc.), mas também destrói eventuais esporos sobreviventes. É possível utilizar a esterilização em combinação com, por exemplo, radiação ultravioleta.

A esterilização com agentesquímicos, isoladamente ou em combinação com o calor, é outro método. Os agentes químicos incluem: gás de dióxido de cloro, derivados de fenol, compostos de guanidina e gás de peróxido de hidrogênio.

Produtos alternativos, como prebióticos, probióticos, zeólitos/fitoquímicos, enzimas e acidificantes/ácidos orgânicos, também oferecem inibição bacteriana/microbiana. Os ácidos orgânicos são amplamente utilizados na ração animal. Eles têm um excelente efeito antibacteriano sobre bactérias, fungos e leveduras patogênicas.

Várias definições foram propostas, sendo uma delas:

“Compostos classificados como ácidos orgânicos ou inorgânicos. Os ácidos orgânicos incluem os ácidos fórmico, fumárico, lático, benzóico, propiônico e cítrico. Os ácidos inorgânicos incluem os ácidos clorídrico, sulfúrico e fosfórico. Sais de ácidos também têm sido utilizados como acidificantes, incluindo formiato de cálcio, diformiato de potássio, diformiato de sódio e fumarato de sódio. Misturas de acidificantes costumam estar disponíveis comercialmente, pois os ácidos orgânicos e inorgânicos podem ter um efeito sinérgico. Além disso, alguns acidificantes comerciais contêm ácidos protegidos, revestidos com ácidos graxos ou outras moléculas, principalmente para permitir a liberação do ácido em um local específico do intestino, com o objetivo de melhorar a eficácia (Kansas State University, Upadhaya et al., 2014).”

A indústria de rações animais utiliza acidificantes em diversas aplicações. Aqui estão alguns exemplos de aplicações nas quaisos produtos SoftAcid exclusivos da Borregaard apresentam excelente desempenho:

• Ração animal/alimentação úmida
• Sistemas de água potável
• Conservação de matérias-primas
• Ração Total Misturada (TMR)
• Conservação de silagem de peixe

O Registro da UE de Aditivos para Ração oferece uma visão geral de um número limitado de aditivos autorizados para ração. Alguns desses produtos estão atualmente em processo de reavaliação, o que implica que podem ocorrer alterações em um futuro próximo.

Os ácidos orgânicos e seus sais estão listados como aditivos tecnológicos para rações. Além disso, há compostos divididos em subgrupos de acordo com sua funcionalidade: reguladores de acidez, aditivos zootécnicos, conservantes e aditivos para silagem.

A lista atual pode ser consultada no Anexo I aqui:

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

Os ácidos orgânicos puros frequentemente utilizados na indústria de rações atualmente são o ácido fórmico, fumárico, láctico, benzóico, propiônico e cítrico.

Os ácidos inorgânicos incluem o clorídrico, o sulfúrico e o fosfórico.

Sais de ácidos orgânicos (ácidos tamponados) também têm sido utilizados como acidificantes, juntamente com misturas. Misturas de acidificantes costumam estar disponíveis comercialmente, pois os ácidos orgânicos e inorgânicos podem apresentar um efeito sinérgico.

A tecnologia exclusiva SoftAcid® da Borregaard consiste em ácidos orgânicos e ácido lignossulfônico modificado. É a presença deste último que dá ao produto o nome “Soft”, devido à sua capacidade de moderar a natureza agressiva dos ácidos orgânicos, sem reduzir a eficiência.

Os ácidos orgânicos têm duas funções como agentes antimicrobianos. Sua principal ação antimicrobiana ocorre por meio da redução do pH. Além disso, a capacidade dos ácidos orgânicos de passar da forma não dissociada para a dissociada, dependendo do pH do ambiente, torna-os agentes antimicrobianos eficazes. Um ácido na forma não dissociada pode se difundir livremente através da parede celular semipermeável do microrganismo para o citoplasma celular (Figura 2).

Uma vez dentro da célula, onde o pH é mantido próximo a 7, o ácido se dissocia: o íon H+ é liberado e, como resultado, o pH diminui. Uma alteração no pH inibe as enzimas celulares e os sistemas de transporte de nutrientes (Lueck, 1980).

Figura: O ácido não dissociado se difunde através da parede celular semipermeável do microrganismo

A eficácia de um ácido na inibição de micróbios depende de seu valor de pKa, que é o pH no qual 50% do ácido se encontra na forma não dissociada.

Ácidos orgânicos com valores de pKa mais elevados são conservantes mais eficazes em uma faixa de pH mais ampla, devido à maior quantidade de ácido na forma não dissociada nessa faixa de pH. Sua eficácia antimicrobiana geralmente melhora com o aumento do comprimento da cadeia (Foegeding e Busta, 1991).

Existem diferentes tipos de acidificantes, mas reconhecemos algumas características comuns em relação ao seu funcionamento:

• É possível distinguir entre um ácido forte e um ácido fraco utilizando a constante de acidez, pKa.
• O pKa difere para cada ácido e pode variar em muitas ordens de magnitude.
• Ácidos fortes apresentam um valor baixo de pKa.
• Ácidos fracos apresentam um valor de pKa mais alto.

A tabela abaixo mostra os valores de pKa de alguns ácidos orgânicos comuns.

A Fefana destacou vários aspectos relacionados ao uso de ácidos orgânicos no setor de rações animais:

“Entre 50% e 80% do custo total da produção avícola e suína na Europa está relacionado à ração. Portanto, faz sentido melhorar a eficiência na conversão da ração em crescimento animal.

Na Alemanha, a maior economia da UE, consomem-se mais de 70 kg de carne suína e de aves por habitante por ano, o que demonstra a magnitude da necessidade de melhorar a eficiência alimentar, o custo de produção e o impacto ambiental. Controlar o equilíbrio da microbiota intestinal é a base de uma operação pecuária moderna e lucrativa. A manutenção de uma microflora estável no trato digestivo é um aspecto fundamental para alcançar a eficiência alimentar ideal; ela também afeta a segurança alimentar e o bem-estar animal. Uma análise holística do uso de ácidos orgânicos na nutrição suína revelou que a eficiência alimentar (Índice de Conversão Alimentar, ICA) pode ser melhorada em uma média de 3,7%. Supondo uma FCR geral de 2,2, desde a fase de leitão até a de engorda, e um peso de abate de 100 kg, essa melhoria média de 3,7% na eficiência alimentar resultaria em uma economia de 8 kg de ração por suíno.

Cálculos semelhantes poderiam ser aplicados à produção avícola, que deve se tornar a maior fonte de carne em todo o mundo nos próximos anos. Em um ensaio com frangos de corte utilizando uma pré-mistura granulada que incluía ácido benzóico, uma melhoria na FCR de 1,89 para 1,81 resultou em uma economia de ração de 180 g/ave.

Resultados semelhantes com ácidos protegidos são esperados na aquicultura, que atualmente é o setor de produção de carne que mais cresce no mundo. O uso de ácidos orgânicos para higienização da ração ou da água pode reduzir a mortalidade na granja e, assim, melhorar a eficiência geral do uso da ração e o custo de produção.”

Vários acidentes na indústria química acabaram levando à primeira iniciativa de gestão de SHE (1985). Alguns anos depois, surgiram as primeiras normas e diretrizes setoriais para a conduta ambiental corporativa.

Hoje, a ISO 14001 (Gestão Ambiental) e a ISO 45001 (Gestão de Saúde e Segurança Ocupacional) são normas comuns nas empresas. Em 1998, a Corporação Financeira Internacional (IFC) estabeleceu as diretrizes de SHE.

A maioria dos acidificantes é corrosiva e apresenta riscos de manuseio e para os equipamentos durante o uso. Tanto o ambiente de trabalho (evaporação para o ar) quanto o manuseio físico de produtos ácidos pelos trabalhadores podem representar um desafio.

Os produtos SoftAcid da Borregaard contêm ácido lignossulfônico em combinação com um ou mais ácidos orgânicos. O ácido lignossulfônico é fabricado a partir da madeira. A presença do ácido lignossulfônico torna os produtos menos corrosivos. Os dados disponíveis (Análise do Ciclo de Vida) mostram que esse biopolímero apresenta toxicidade muito baixa para espécies aquáticas e terrestres. Portanto, ele pode ser considerado uma alternativa ecologicamente correta quando utilizado em combinação com ácido orgânico.

Você também pode considerar os possíveis produtos de decomposição dos diferentes tipos de acidificantes. A natureza dos possíveis produtos de decomposição, bem como o destino final deles, deve ser avaliada para encontrar uma alternativa sustentável. A escolha de produtos sustentáveis tem se tornado cada vez mais importante para muitos produtores.

A busca por produtos livres de antibióticos levou a pesquisas sobre outros produtos que promovem a saúde intestinal, bem como à redução de bactérias e patógenos.

A acidificação reduz o pH e diminui ou elimina a população de bactérias indesejadas, como Salmonella, Campylobacter e Clostridia, antes que elas cheguem ao trato digestivo da ave ou do animal.

A acidificação é atualmente utilizada na ração animal e na alimentação úmida, bem como em sistemas de água potável.

Ao escolher um acidificante, é essencial compreender o tipo de desafio microbiano que você pode enfrentar. Produtos à base de ácido fórmico são frequentemente utilizados quando as bactérias estão causando problemas. Se o problema for mofo e leveduras, produtos à base de ácido fórmico e propiônico podem ser mais adequados. Misturas de ácidos que atuam em vários problemas também são comumente utilizadas.

De modo geral, é importante escolher um acidificante que reduza o pH o suficiente para inibir ou impedir o crescimento das bactérias causadoras dos problemas. A dosagem correta recomendada pelo fabricante é, portanto, fundamental para obter o tratamento desejado.

O aspecto econômico também é essencial: a eficiência na produção de ração animal, o valor nutricional e a redução das perdas de ração composta são fatores que podem ser afetados negativamente por microrganismos.

Ao selecionar qual acidificante utilizar, deve-se também considerar como ele afeta os ecossistemas ao redor quando eventualmente se decompõe.

Os acidificantes podem ser produtos em pó ou líquidos. O uso e a dosagem dependem da área em questão.

Ração/Alimentação úmida

Os leitões são suscetíveis a bactérias patogênicas e estão propensos a problemas como diarreia e morte precoce. Recomenda-se a acidificação da ração com dosagens de 6 a 9 kg/tonelada de ração seca.

Na ração para suínos, é importante manter uma flora microbiana equilibrada com dosagens de 3 a 5 kg/tonelada.

Sistemas de água potável

Nos sistemas de água potável, a acidificação é realizada para atingir um pH alvo – geralmente entre 3,8 e 4,2.

Conservação de matérias-primas

Ácidos propiônicos e/ou fórmicos são frequentemente utilizados para preservar cereais e grãos. Mofo e leveduras podem causar problemas e resultar em perda nutricional se os cereais não forem tratados. A dosagem dependerá da matéria-prima e do teor de umidade.

Ração Total Misturada (RTM)

Na alimentação de vacas, a mistura caseira com forragem verde — especialmente silagem misturada com concentrados — contribui para obter uma proporção equilibrada para a vaca.

Na ausência de conservantes/acidificantes, pode ocorrer geração de calor (devido à fermentação inadequada). Para evitar isso, é essencial realizar a acidificação diretamente no silo de mistura ou na própria mistura da RTM. As dosagens típicas são de 2 a 4 kg/tonelada de ração.

Conservação da silagem de peixe

A silagem de peixe consiste em intestinos, espinhas, pele e um pouco de carne. Ela é misturada com agentes conservantes para estabilizar a silagem contra a degradação. Acidificantes são frequentemente utilizados como agentes conservantes, particularmente ácidos orgânicos, devido ao seu efeito antibacteriano. Dependendo da quantidade de espinhas de peixe presentes, utilizam-se dosagens típicas para atingir um pH entre 3,5 e 3,8.

Equipamentos

Há uma variedade de equipamentos que podem ser utilizados para as aplicações mencionadas.

As bombas típicas são:

Figura: Bombas Serigstad para conexão direta com a lata (parte superior), o barril (parte central) ou o IBC (parte inferior).

Figura: Bomba de membrana IWAKI para dosagem de líquidos.

Os acidificantes são muito úteis quando há um desequilíbrio microbiano e as condições são adversas. Em alguns casos, seu uso é até mesmo essencial.

Há uma diversidade de necessidades e, portanto, uma variedade correspondente de inibidores microbianos disponíveis. O bem-estar animal, a sustentabilidade e a relação custo-desempenho na inibição microbiana são alguns dos fatores decisivos a serem considerados na escolha de um acidificante.