Evaluación de complejos enzimáticos en la mejora del valor nutritivo de cereales y leguminosas en la alimentación de pollos en crecimiento

Abstract

El objetivo de esta tesis ha sido aportar información básica sobre el modo de acción de los enzimas carbohidrasas sobre los cereales viscosos o raciones convencionales no viscosas de maíz y soja. Partiendo de estos mecanismos, hemos valorado sus efectos sobre los parámetros productivos y digestivos en los pollos en crecimiento. <br/>En particular, en el caso de los cereales blancos (cebada y trigo) estudiamos la efectividad de b-glucanasas y arabinoxilanasas sobre los resultados de producción (consumo de alimento, ganancia media diaria) y digestibilidad de la ración en pollos en crecimiento; y los posibles mecanismos involucrados, como la cinética de tránsito y viscosidad de la digesta. Para alcanzar este objetivo se realizaron 2 ensayos experimentales. <br/>En el primero de ellos se utilizaron pollitos sexados machos que recibieron 4 raciones experimentales basadas en un 44% de cebada + trigo (2 x 2; con o sin enzimas, con o sin 2% de sepiolita) durante un periodo experimental de 36 días. Se realizaron dos balances de digestibilidad de la MO, PB y MG establecidos entre los días 21-22 y 41-42 de edad. Los resultados relativos a este experimento muestran que la suplementación de enzimas mejoró la ganancia media diaria de los animales y la eficiencia de conversión del alimento, sobre todo durante la primera fase de crecimiento (14%, P<0.001 y 10%, P<0.001; respectivamente). Las mejoras de los resultados productivos fueron fundamentalmente explicadas por una mejora significativa de la digestión y la retención de los componentes de la materia orgánica (5.6 up y 1.7 up.,), y en especial de la fracción lipídica (13 up., y 3.5 up.) en el día 22º y 42º, respectivamente. <br/>Teniendo en cuenta los resultados productivos obtenidos durante este primer ensayo, se planteó un segundo experimento en un diseño similar con el objetivo de caracterizar los posibles mecanismos determinantes de los resultados productivos. Entre los aspectos contemplados, se estudió i/ el ritmo de tránsito de la digesta (estimados a partir de la excreción fecal de un marcador indigestible o a partir de su cuantificación en el tracto digestivo de los animales en condiciones de equilibrio dinámico) y ii/ la viscosidad de la digesta del contenido del yeyuno e íleon.<br/>Los resultados productivos fueron similares a los del primer ensayo. No se observaron diferencias significativas en el consumo de alimento, aunque con la suplementación enzimática se incrementaron los ritmos de crecimiento (+5%, P<0.05), y se mejoraron los índices de conversión de la dieta (7%, P<0.01). Se observo una mejora en la digestión durante el día 21º de todas las fracciones de la MO (PB, 6 u.p., P<0.001; MG, 6 u.p., P<0.01 y carbohidratos, 2.5 up., P<0.05) y en consecuencia de la concentración energética de la ración (EMAn: 5.4% de 3110 a 3280 Kcal/ kg MS alimento). La suplementación enzimática redujo significativamente la viscosidad relativa al agua determinada en el intestino (yeyuno e íleon) y los tiempos de retención (MRT) de la digesta en el tracto digestivo.<br/>La suplementación enzimática en la alimentación de los broilers en la actualidad consiste mayoritariamente en la inclusión de b-glucanasas y arabinoxilanasas en raciones con cereales «viscosos». Sin embargo, recientemente, numerosas expectativas se están incorporando como son la búsqueda de estrategias enzimáticas dirigidas a mejorar el valor nutritivo de las leguminosas en general y la torta de soja en particular. En esta línea, nos planteamos como objetivo caracterizar «in vitro» e «in vivo» la efectividad de diferentes enzimas carbohidrasas sobre la digestión de los polisacáridos solubles e insolubles de la torta de soja.<br/>Para atender estos objetivos, se planteó un primer ensayo de caracterización de los carbohidratos de la soja (cotiledones y cascarilla). El fraccionamiento (soluble e insoluble en agua) de la cascarilla de la soja mostró la existencia de una estructura insoluble mayoritariamente constituida por celulosa (b-1,4-D-glucosa), mientras que la fracción soluble contiene una mayor proporción de manosa y galactosa (posiblemente b-mananos del tipo galacto- y glucómananos). En cuanto a los cotiledones, su fraccionamiento mostró la existencia de estructuras complejas compuestas por un entramado de pectinas, hemicelulosas y celulosa. La incubación "in vitro" con enzimas de actividad pectinasa, xilanasa y celulasa mostró un bajo porcentaje de hidrólisis de los carbohidratos, aunque se incrementó (hasta un 20% de liberación de monosacáridos) tras la extracción de diferentes componentes del entramado de pared vegetal.<br/>Puesto que es conocido el efecto del tostado de la soja sobre la solubilidad y la digestibilidad de la proteína, se planteó un segundo ensayo con el objetivo de establecer la influencia de un tostado suave o intenso sobre la eficiencia enzimática "in vitro", especialmente de la proteasa y diferentes carbohidrasas. Efectivamente, el tostado provocó un descenso gradual en la solubilidad tanto de la fracción proteica como de los carbohidratos, lo que sugiere cambios estructurales del entramado de carbohidratos en su relación con la proteína. Ambas fracciones, las solubles e insolubles en agua fueron utilizadas como sustrato susceptible de hidrólisis por los enzimas carbohidrasas (pectinasa, xilanasa, mananasa y celúlasa) en combinación o no con proteasa. La incubación de los substratos solubles con enzimas carbohidrasas (en especial, celulasa y pectinasa) redujo la proporción de rafinosa y estaquiosa. Actividad que no fue evidenciada con la mananasa en su combinación con proteasa. La incubación con carbohidrasas de las fracciones no extractables con agua liberó una baja cantidad de monosacáridos, aunque se incrementó sinérgicamente con la inclusión de proteasa. <br/>Sin embargo, la posible efectividad de los enzimas "in vivo" esta condicionada por aspectos asociados al animal, que no pueden ser simulados "in vitro". Por ello, decidimos iniciar el desarrollo de pruebas de crecimiento en broilers en las que estudiar las posibles mejoras productivas y digestivas asociadas a la inclusión de enzimas de pared vegetal. En concreto, nos planteamos probar, en un primer ensayo, el efecto de incorporar a una ración base de maíz-soja una mananasa (a dos niveles de inclusión), asociado o no con proteasa. Para ello, se planteó un experimento similar al descrito para las b-glucanasas y arabinoxilanasas. La suplementación con enzimas no provocó modificaciones significativas de los resultados productivos de los animales o de la digestibilidad de la ración. Sin embargo, la incorporación de mananasa a la dieta redujo significativamente la proliferación microbiana en íleon (medida como concentración de bases puricas) durante la primera fase de crecimiento de los pollitos. Aunque la experiencia fue realizada en jaulas, y no se observaron diferencias en productividad, nos planteamos como interesante valorar en el futuro las repercusiones productivas y sanitarias que este tipo de modificaciones microbianas pueden tener, especialmente en condiciones prácticas de producción.

The aim of this thesis is to obtain basic information on the activity of carbohydrase enzymes over viscous cereals or conventional no viscous diets based on corn and soybean meal. The effects of enzymes supplementation in broiler chickens productive and digestive parameters will be also evaluated. <br/>In particular, in the case of the white cereals (barley and wheat), we have studied initially the effectiveness of b-glucanase and arabinoxylanase on the productive performances (Feed intake, bodyweight gain) and nutrient digestion in growing chicks; and the possible mechanisms involved, like the digesta kinetics and viscosity. Two experimental trials are presented. <br/>Male chickens received 4 experimental diets based on 44% of barley + wheat (2 x 2; with or without enzymes, with or without 2% of sepiolite) during an experimental period of 36 days. Two balances of organic matter (OM), crude protein (CP) and fat (EE) were carried out on days 21-22 and 41-42 of age. The enzymes supplementation improved the daily weight gain of the animals and the food: gain ratios, mainly during the first phase (14%, P<0.001 and 10%, P<0.001; respectively). Productive results were simultaneous to significant increases of the whole-tract digestibility and retention of organic components, (5.6 and 1.7 percent units), especially the fatty fraction (13 and 3.5 percent units) on day 22 and 42, respectively.<br/>The second experiment aimed to characterise the possible mechanisms involved. They were studied i/ the digesta mean retention time (MRT estimated from the faecal excretion of an indigestible marker or from its quantification in the animal digestive tract in steady state conditions) and ii / the jejunum and ileum digesta viscosity.<br/>Productive results were similar to those of the first trial. Although, not significant differences were observed in food consumption, enzymes supplementation increased growth rates (+5%, P<0.05), and improved the FCR (7%, P<0.01). It was also observed a significant increase of the OM digestibility (CP, 6 percent units, P<0.001; EE, 6 percent units, P<0.05 and carbohydrates, 2.5 percent units, P<0.05) and metabolizable energy (EMAn: 5.4% from 3110 to 3280 Kcal / kg DM food). The enzymatic suplementación significantly reduced intestinal digesta viscosity (jejunum and ileum) and digesta MRT in the digestive tract.<br/>Enzymatic supplementation in broilers feeding has expanded mainly as the b-glucanase and arabinoxylanase inclusion in «viscous» cereal diets. However, recently numerous expectations are being incorporated in poultry feeding, addressed by the search of enzymatic strategies to improve the nutritive value of leguminous in general, and soybean meal in particular. In this line, we planed to characterise «in vitro» and «in vivo» the effectiveness of different carbohydrase enzymes on the digestion of soluble and insoluble soybean meal polysaccharides.<br/>We designed a first trial to characterise soybean meal carbohydrates (cotyledons and hulls). Fractionation (Water soluble and Water insoluble) of soybean hulls showed the existence of an insoluble structure mostly constituted by cellulose (b-1,4-D-glucose), while the soluble fraction contains a higher proportion of mannose and galactose (possibly b-manans of galacto- and gluco-manans type). Fractionation of cotyledons showed the existence of complex structures composed by a matrix of pectins, hemicellulose and cellulose. The "in vitro" incubation with pectinase, xylanase and cellulase enzymes released a low percentage of monosaccharides, but increased (until 20%) after cell wall fractionation.<br/>Knowing the effect of toasting on SBM protein solubility and digestibility, the second experiment aimed to establish relationships between toasting (low and severe) and the "in vitro" enzymatic efficiency, especially of protease and different carbohydases. Effectively, toasting soybean caused gradual decreases in protein and carbohydrate solubility, indicating structural changes of the carbohydrate matrix in their relationship with proteins. Both, water-soluble and water-insoluble fractions were incubated with carbohydrases (pectinase, xylanase, mannanasa and cellulase) in combination or not with protease. Incubation of the soluble substrates with carbohydrases (especially cellulase and pectinase) reduced raffinose and stachyose. Similar results were not observed with mannanase. Incubations of the water-insoluble fractions released a low monosaccharide quantity, but sinergycally increased with the simultaneous incubation with protease. <br/>However other aspects that cannot be simulated "in vitro" will affect efficiency of enzymes "in vivo" associated to the animal gastro-intestinal conditions. Then, we decided to check in "in vivo" trials the possibility of improving productive and digestive performances in broilers. In a first trial, we proved the effects of incorporating to a corn-soybean meal diet a mannanase enzyme (at two inclusion levels) associated or not with protease. Experimental design was similar to that described above for the b-glucanase and arabinoxylanase trial. Enzymes supplementation didn't cause significant modifications on productive or digestive results. However, mannanase incorporation significantly reduced the ileum microbial content (measured as purine bases concentration, during the first phase of chicken's growth). Although the experience was carried out in cages, and the not differences in the productivity observed, we think interesting to evaluate the productive and health impact of this effect on the microbial colonisation of small intestine digesta, especially under practical conditions.