Principios del uso de ácidos orgánicos en la nutrición animal

Después de la prohibición por parte de la Unión Europea de los antibióticos promotores del crecimiento (APC), en 2006, el uso de ácidos orgánicos en la nutrición animal ha cobrado importancia significativa para la industria de alimentos balanceados. El efecto benéfico que los ácidos orgánicos ejercen sobre la calidad del alimento y el desempeño animal se conocen hace décadas y, dada la creciente atención por parte de la industria de alimentos balanceados, es necesario definir los diferentes ácidos y sus sales, así como también, distinguir sus puntos fuertes y débiles.

¿Qué son los ácidos orgánicos?

La expresión ‘ácidos orgánicos’ se refiere a todos los ácidos que poseen un esqueleto de carbono, conocidos como ácidos carboxílicos, que pueden alterar la fisiología de las bacterias, causando alteraciones metabólicas que evitan la proliferación y causan su muerte.  

Casi todos los ácidos orgánicos usados en la nutrición animal, como el ácido fórmico, el ácido propiónico, el ácido acético, el ácido sórbico o los ácidos cítricos, presentan una estructura alifática y constituyen una fuente de energía para las células. Por otro lado, el ácido benzoico presenta un anillo aromático y posee diferentes características metabólicas y de absorción.

La suplementación del alimento balanceado con ácidos orgánicos, en las dosis correctas, puede aumentar el peso corporal del animal, mejorar la conversión alimentaria y reducir la colonización del intestino por patógenos. Kirchgessner y Roth (1988) indican, específicamente, diferentes acciones, entre las cuales:

• Reducción del valor de pH y de la capacidad amortiguadora (buffering), así como también, efectos antibacterianos y antifúngicos en el alimento balanceado;
• Reducción del valor de pH por la liberación de iones de hidrógeno en el estómago, activando así pepsinógeno para formar pepsina y mejorando la digestibilidad de la proteína;
• Inhibición de la microflora autóctona Gram negativa en el tracto gastrointestinal;
• Mejora el uso de energía en el metabolismo intermediario.

La eficiencia de un ácido orgánico para inhibir el crecimiento de un microorganismo depende de su valor pKa, que describe el valor de pH en el cual el ácido está disponible en un 50% en su forma disociada y no disociada, respectivamente. El ácido orgánico solamente tiene poder antimicrobiano en su forma no disociada, ya que puede atravesar las paredes de las bacterias y de los hongos y alterar su metabolismo. Esto significa que la eficacia antimicrobiana de un ácido orgánico es mayor en medio ácido, como, por ejemplo, en el estómago, y esta eficacia está reducida en un medio con pH neutro, como el intestino. Así, los ácidos orgánicos con valor alto de pKa son ácidos más débiles y, por lo tanto, conservantes más eficaces para el alimento balanceado, ya que, estando presente en el alimento en una mayor proporción en su forma no disociada, pueden actuar frente al ataque de hongos y microorganismos (Roth and Ettle, 2005). Por lo tanto, cuanto más bajo el valor de pKa del ácido orgánico (mayor la proporción de su forma disociada), mayor será su efecto en la reducción del pH y menor será su efecto antimicrobiano, en las porciones más distales durante su paso por el tracto digestivo. Un ácido fuerte (con bajo pKa) acidifica el alimento balanceado y el estómago, pero no tiene efectos directos importantes sobre la microflora intestinal.

Es por ese motivo que los ácidos como el propiónico, con alto valor de pKa, se usan sobre todo como conservantes para granos o alimentos balanceados y, en menor grado, para ejercer impacto directo en el desempeño animal. Por otro lado, el ácido fórmico o el ácido láctico se usan, principalmente, para mejorar los procesos digestivos. Adicionalmente, cada ácido posee efectos específicos contra levaduras, mohos y bacterias, y estos efectos no pueden ser explicados por el valor de pKa. Strauss y Hayler (2001) indicaron diferencias en el efecto inhibitorio de varios ácidos orgánicos sobre las bacterias (Tabla 2).

Los valores de CIM indicados en la Tabla 2 representan la actividad de diferentes ácidos orgánicos contra las bacterias Gram negativas y Gram positivas, determinada in vitro.

Un estudio conducido por Strauss y Hayler (2001) sobre el ácido láctico demostró que bajas concentraciones del ácido aplicado podían llegar a estimular el crecimiento de Clostridium perfringens, cuando el ácido láctico se usó en dosis inferiores al 0,20%.

Otros autores observaron mayor desarrollo y formación de micotoxinas cuando se utilizaban ácido propiónico, ácido benzoico y ácido sórbico en concentraciones subinhibitorias (Müller et al., 1981, Uraih et al., 1977, Spicher y Westenhoff, 1985).

El ácido fórmico no es adecuado para eliminar mohos en alimentos compuestos o granos, ya que puede promover el crecimiento de especies de Aspergillus formadoras de aflatoxinas (Petterson et al., 1989). Por lo tanto, su uso para tratar granos con alta concentración de humedad y con almacenamiento aeróbico está prohibido en la UE, si el aditivo contiene más del 50% de ácido fórmico.

En general, son necesarias dosis bastante más altas en el alimento balanceado – dependiendo de la especie – para obtener efectos mensurables sobre el desempeño animal. Esto se debe a que in vivo, factores como el contenido de proteína bruta, la capacidad amortiguadora total (buffering), las condiciones medioambientales, así como también, la edad y las condiciones de salud del animal juegan un rol adicional en ese sentido.

Para maximizar el efecto directo de los ácidos orgánicos contra los patógenos, es condición previa que la molécula de ácido y el agente patógeno entren en contacto. Esto significa que el ingrediente activo del ácido orgánico debe llegar al sitio donde están localizados los patógenos, que puede ser en el alimento balanceado o en el estómago, pese a que, en la mayoría de los casos, es en el tracto intestinal. Las bacterias como E. coli y Salmonella ssp. se encuentran en el intestino delgado. Bajo condiciones in vivo y utilizando una dosis práctica de 5 kg de ácido fórmico líquido (85% ingrediente activo) por tonelada de alimento compuesto, Kirsch (2010) solamente observó el 5,5% del ingrediente activo en el intestino delgado.  

De igual forma, Maribo et al. (2000a) solamente observaron el 4,4% de ingredientes activos en el intestino delgado, con una dosis del 0,7% de ácido fórmico líquido en la dieta. La autora también testó ácido benzoico al 2% en la primera dieta de lechones (semana 4-6) y ácido benzoico al 1% en la segunda dieta de lechones (semana 6-10). Se observó un nivel mucho más alto en el intestino, ya que el 22% del ácido benzoico fue encontrado en el último tercio del intestino delgado (Maribo et al. 2000b).

¿Sal o ácido?

Todos los ácidos orgánicos líquidos puros son productos corrosivos. Inclusive si estos ácidos líquidos son pulverizados sobre un portador, el producto puede ser corrosivo, dependiendo de los ingredientes activos. Las sales de ácidos orgánicos, como el propionato de calcio, el formiato de sodio o el benzoato de sodio parecen buenas opciones para adicionar ingredientes activos en forma sólida y no corrosiva. El uso de sales de ácidos orgánicos representa una excelente herramienta, dado que la concentración de cationes (ej. Ca2+, Na+) adicionados por la sal es considerada en la formulación de la dieta, reduciendo así la capacidad amortiguadora (buffering) del alimento balanceado compuesto.

Sin embargo, el modo de acción de los ácidos orgánicos (Figura 1) depende de los iones libres de hidrógeno para activar la molécula orgánica en la forma disociada o no disociada, respectivamente. Al contrario de los ácidos orgánicos, las sales no poseen iones de hidrógeno para liberar.

El concepto químico: ‘el ácido más fuerte libera al más débil de sus sales’ sigue siendo válida y puede ser ilustrada por siguiente reacción: