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Nota tecnica bio formula 100704(1) Nota tecnica bio formula 100704(1) Document Transcript

  • NOTA TÉCNICA BIOFÓRMULA TECNOLOGIA AGROPECUÁRIA LTDA GOIÂNIA - GO Roberto D. Sainz, PhD 5 de julho, 2010Rodovia GO-070, s/n, Qd. CH, Lt. 437 CNPJ 09.618.590/0001-00 Goiânia – GO 74470-260
  • Nota técnica – BioFórmula Este documento apresenta algumas bases técnico-cientificas para o uso demicroorgranismos probióticos na alimentação de bovinos, bem como argumentos para a suaproteção mediante a microencapsulação. Este produto contém microorganismos probióticose substâncias prebióticas, bem como enzimas digestivas.Conteúdo do BioFórmula: Ingrediente Bactérias probióticas microencapsuladas Lactobacillus acidophilus Enterococcus faecium Bacillus subtilis Levedura ativa Levedura inativa Mannan oligosacarídeos (MOS) Enzimas digestivas (fungais) Celulase Hemicelulase Xilanase SiO2 VeículoEficácia de bactérias probióticas na alimentação de bovinos Segundo Tannock et al. (2000), probióticos são “microorganismos vivos quetransitam o trato gastro intestinal, e ao fazê-lo beneficiam a saúde do consumidor”. Taldefinição difere daquelas mais antigas, que eram focadas na interação entre os novosmicroorganismos e aqueles nativos da flora intestinal (Fuller, 1989). Para que taismicroorganismos exerçam os benefícios desejados ao consumidor, é necessário que elespermaneçam viáveis até o momento em que ele possa ser consumidos em altas quantidades, eque sobrevivam a sua passagem pelo trato gastrointestinal (Playne 1994). De acordo, com a diretriz 70/524/EEC de 23 de novembro de 1970, da legislação daUnião Européia, vários são os microorganismos permitidos na nutrição animal. Taismicroorganismos correspondem a diversos grupos: Bacillus cereus, Bacillus cereus toyoi,Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis, Enterococcus faecium, Lactobacillus farciminis,Pediococcus acidilactici e Saccharomyces cerevisiae, entre outros (EU, 2003). Estas espéciessão reconhecidas mundialmente, e em especial na Europa e nos Estados Unidos, como sendoGRAS (Generally Recognized as Safe, ou Geralmente Reconhecidas como Seguras). Todasessas espécies têm demostrado efeitos positivos em animais domésticos, entre eles, frangos,bovinos de corte e de leite, suínos e coelhos. De modo geral, os efeitos observados na 1
  • Nota técnica – BioFórmulanutrição animal são o aumento dos parâmetros de produtividade e melhores condiçõessanitárias (Breul, 1998). O efeito da suplementação de probióticos em performance de bovinos tem sidorevisado por diversos autores (Martin e Nisbet, 1992; Jouany, 1994; Newbold, 1995; Yoon eStern, 1995; Krehbiel et al., 2003; Raeth-Knight et al., 2007). No início da década de 80,alguns trabalhos (Crawford et al., 1980; Hutcheson et al., 1980; Kiesling and Lofgreen, 1981;Davis, 1982; Kiesling et al., 1982; Hicks et al., 1986) foram conduzidos para avaliar aeficácia das culturas L. acidophilus, L. plantarum, L. casei, e S. faecium em bezerrossubmetidos a vários tipos de estresses, como desmame, transporte, vacinação, castração eretirada de chifres. Ao fazer uma avaliação média desses resultados encontrados, Fox (1988)concluiu que os animais alimentados com probióticos apresentaram valores de 13,2%, 2,5% e6,3% maiores do que o controle, para ganho médio de peso diário, consumo alimentar eeficiência alimentar, respectivamente (citado por Krehbiel et al., 2003). Em experimento maisrecente com as culturas de E. faecium, L. acidophilus, Bifidobacterium thermophilum, and B.longum, Krehbiel et al. (2001) não constatou diferença significativa no ganho médio de pesodiário entre bezerros que receberam o probiótico e o controle. No entanto, os animais quereceberam o suplemento durante o seu primeiro tratamento antimicrobial não tiveram quereceber um segundo tratamento em 96h. Em animais alimentados sob sistema de criaçãointensivo, com dietas de alto concentrado, a suplementação diária com bactérias produtoras e/ou consumidoras de lactato, resultou em um aumento do ganho médio de peso diário eeficiência alimentar (Swinney-Floyd et al., 1999; Rust et al., 2000; Elam et al., 2003). Em seuexperimento, Elam et al. (2003), também constatou uma diminuição na incidência deEscherichia coli O157 ( a cepa hemorrhágica) nas fezes e na pele dos animais alimentadoscom probiótico, mesmo resultado obtido por Zhao et al. (1998). Embora a suplementação com probióticos resultou em aumento na produção de leite eseus componentes, melhor eficiência alimentar e maior ganho de peso, e maior respostaimunológica, as respostas dos animais tem sido inconsistentes. Além disso, os estudosconduzidos em bovinos de leite são de difícil comparação, uma vez que foram empregadosdiferentes organismos, em diferentes quantidades e combinações (Raeth-Knight et al., 2007).Outras divergências quanto aos experimentos realizados são, os diferentes níveis desuplementação, composição da dieta, consumo alimentar, freqüência da alimentação, juntocom fatores dos animais, tais como, estágio fisiológico, e estado de estresse (Wagner et al.,1990). Vários experimentos em bovinos de leite mostram resultados favoráveis ao uso deprobióticos. Em experimento realizado com vacas de leite supplementas com Enterococcusfaecium e levedura, 20d pré-parto até 70d pós-parto, o consumo de matéria seca, a produçãode leite e a porcentagem de proteína no leite foram maiores que os obtidos pelos animaiscontrole (Nocek et al. 2003). Todavia, segundo revisão de McGilliard e Stallings (1998), aprodução de leite para vacas suplementadas com Aspergillus oryzae não produziu nenhumefeito significativo (Harris, et al., 1983; Denigan, 1992; Sievert e Shaver, 1993; Varel eKreikemeier, 1994). A incidência de diarréia em bezerras do tipo leiteira alimentados comLactobacillus e Streptococcus (Bechman et al., 1977; Maeng et al., 1987; Fox, 1988) eLactobacillus acidophilus (Abu-Tarboush et al. 1996) foi menor do que os animais que nãoreceberam algum tipo de probiótico (citado por Krehbiel, 2003). O modo de ação dos probióticos ainda não foi precisamente definido, ainda que váriosmecanismos tenham sido sugeridos (Raeth-Knight et al., 2007). Dentre eles, destacam-se, aalteração da flora microbiana no rumen, a modificação dos padrões de fermentação ruminal,aumento da taxa de passagem de nutriente no intestino, aumento da digestibilidade da dieta, e 2
  • Nota técnica – BioFórmularegulação do sistema imune (Yoon e Stern, 1995; Krehbiel et al., 2003). De modo geral,considera-se que os microorganismos probióticos fortalecem a flora microbiana natural dohospedeiro, e funcionam da mesma forma. Além da flora ruminal nos animais com esse tipode trato digestivo, todos os animais possuem uma flora ativa nos intestinos. Essa florabenéfica inclui Lactobacillus, Bifidobacterium, Enterococcus, Bacteróides e Eubacteriaceaee E. coli (Johnsson e Conway, 1992). Estas e outras bactérias encontram-se no lúmen, namucosa e aderidas às células epiteliais da parede intestinal (Tannock, 1997). Apesar de que ésabido que estas bactérias benéficas ajudam a reduzir a população de bactérias patogênicas,os mecanismos exatos não são bem conhecidos. Provavelmente, estes incluem a exclusãocompetitiva (competição por sítios de adesão), a produção de substâncias antibacterianas,como as bacteriocinas, ácidos orgânicos - ácidos graxos voláteis de cadeia curta (propiônico,acético, butírico, láctico) e peróxido de hidrogênio, que têm ação antibacteriana,especialmente, em relação às bactérias patogênicas – e a inibição da produção ou ação detoxinas (Nicoli e Vieira, 2000; Budiño, 2007; Junqueira e Duarte, 2008). A flora microbianatambém tem efeitos diretos e indiretos no sistema imune, através de interações celulares oumetabólicas. Algumas bactérias intestinais são capazes de aumentar a produção deanticorpos, ativar macrófagos, estimular a proliferação de células T e a produção deinterferon (Pollmann et al., 1980; Chesson, 1994; Menten, 2001). Os fatores que determinam a eficácia de um determinado produto probiótico incluem:  A presença de várias espécies de bactérias benéficas, porque funcionam melhor em conjunto  A presença de nutrientes para alimentar os microorganismos durante a sua passagem pelo intestino (veja os Prebióticos, abaixo)  A inclusão de espécies capazes de colonizar o epitélio intestinal, para garantir maior tempo de permanência e a interação com o sistema imune  Sobrevivência no ácido estomacal – via esporulação e/ou microencapsulação Conclui-se que há a necessidade de avaliar a eficácia de cada conjunto de probióticosdentro do sistema no qual será utilizado. Ainda, o seu uso em sais minerais irá depender dodesenvolvimento de tecnologias apropriadas de micro-encapsulação, conforme descritoabaixo.Tecnologia de microencapsulação A microencapsulação é definida como o processo pelo qual pequenas partículas deingredientes ativos, sejam eles na forma gasosa, líquida ou sólida, são envoltos por um outromaterial com o propósito de sua proteção perante ao um determinado ambiente (Hegenbart,1993; Franjione and Vasishtha, 1995). As microcápsulas, as quais podem variar desde ummicron (mil vezes menor que um milímetro) até 7 milímetros, liberam seu conteúdo após umtempo determinado, de acordo com a sua função (Shahidi and Han,1993; Franjione andVasishtha, 1995). Os ingredientes ativos podem ser liberados das cápsulas através de diversosmecanismos, tais como, o rompimento da membrana capsular, dissolução da membrana,fusão da membrana, ou difusão através da membrana. Outros mecanismos existentes são aablação (lenta erosão da membrana), e a biodegradação (Franjione and Vasishtha, 1995). Existem diversas técnicas de microencapsulação, entre as quais destacam-se a 3
  • Nota técnica – BioFórmulaextrusão, a secagem por atomização (spray drying), e a emulsão. A extrusão é um processobastante simples, que envolve a preparação de uma solução hidrocolóide, à qual se adicionamos microrganismos (ingrediente ativo). A suspensão de células é extrudida deixando cairgotas, a partir de uma agulha de seringa, para uma solução que contém o agente solidificante(normalmente o cloreto de cálcio) (Inácio at al., 2006). Tal método é bastante empregado emlaboratórios, porém sistemas de produção em alta escala, utilizando-se centrifugador comdiversas agulhas, tem sido desenvolvido (Kailasapathy, 2002). Spray drying é o método de microencapsulação mais utilizados na indústria dealimentos, devido à sua economia, flexibilidade e a produção de produtos de qualidade(Kailasapathy, 2002). O processo envolve a dispersão do ingrediente ativo em uma soluçãode polímero, acompanhado de uma homogeneização do líquido, e uma atomização da misturaatravés de uma câmara de secagem. Tal processo provoca a evaporação do solvente eformação de uma matriz do tipo microcápsulas. A desvantagem do processo é que a altatemperatura empregada pode ser prejudicial a culturas de bactérias probióticas. Todavia,ajustes adequados e o controle das condições do processo podem resultar na encapsulaçãoviável de partículas desejadas em grande escala (Kailasapathy, 2002). A técnica de emulsão é a mais utilizada na produção de cápsulas de bactériasprobióticas quando produzidas em pequena escala (Kailasapathy, 2002). Tal processoconsiste em adicionar um pequeno volume de uma solução contendo células (ingredienteativo) e polímeros (fase aquosa) à um grande volume de óleo vegetal (fase orgânica). Amistura é então homogeneizada, formando uma emulsão do tipo água-em-óleo. O polímerohidrossolúvel deve ser insolubilizado (p.ex. com cloreto de cálcio) para que forme pequenaspartículas de gel no seio da fase de óleo. O material é filtrado, recolhendo-se asmicrocápsulas. Quanto maior a fase interna das partículas da emulsão, menor será o tamanhodas microcápsulas recolhidas na filtração. O tamanho das microcápsulas também pode sercontrolado fazendo-se variar a velocidade da agitação (Kailasapathy, 2002, Inácio at al.,2006).Leveduras As leveduras também podem ser consideradas como microroganismos probióticos.Existem vários gêneros de leveduras que normalmente habitam o corpo do animal. A maioriavive em simbiose com o hospedeiro e os outros componentes da flora microbiana. Em algunscasos, podem ter um papel patogênico (ex., Candida albicans). Existem ainda outras espéciesque não se encontram normalmente no trato digestivo, nem são patogênicos, mas que têmefeitos positivos na utilização de nutrientes. Dentre estes, destaca-se o Saccharomycescerevisiae, a levedura utilizada industrialmente na fermentação alcoólica e portantoamplamente disponível. Há uma vasta literatura sobre o uso da levedura na alimentação animal. Os benefíciosda inclusão de levedura na dieta incluem uma melhoria na digestão de fibras (Beauchemin etal., 2000) e carboidratos, melhor eficiência alimentar, maior producão de leite, e uma acãodetoxificação. Na média, as publicações de pesquisa têm mostrado benefício na nutrição deruminantes (termos de ganho de peso e produção de leite) com aumentos de 7 a 8%. Essesefeitos são muito variáveis e dependentes da dosagem do aditivo e da dieta ingerida (Wallace,1994). Dawson (2000) relata aumento médio de produção leiteira de 7,3%, sendo as respostas 4
  • Nota técnica – BioFórmulavariáveis com aumentos de 2 a 30%. As respostas para ganho de peso apresentaram emmédia um aumento de 8,7%, podendo chegar a mais de 20%. O modo de ação das leveduras tem sido objeto de muitas pesquisas, mas ainda faltaminformaçoes conclusivas. Há indícios que as leveduras atruam no rúmen para estabilizar afermentação, com um aumento no número de bactérias celulolíticas, e das bactérias queutilizam o ácido lático, explicando em parte o aumento da quebra das fibras e aumento daestabilidade na fermentação Wallace (1994). Outras mudanças no padrão de fermentaçãoruminal podem incluir uma maior estabilidade no pH e uma redução na amônia, com maiordigestão de fibras, consumo de matéria seca e conseqüentemente aumento na produção deleite Simas e Nussio (2001). Além do aumento observado na produção de leite, as leveduras podem ser utilizadaspara bovinos em fase de crescimento. O fornecimento via oral de S. cerevisiae resultou emmaior ganho de peso e menor incidência de diarréia do nascimento aos 105 dias (Saha et al.,1999). Roth e Shakopee (2002) obtiveram resultados semelhantes em três experimentos combezerros e bezerras recebendo por via oral 2 x 106 UFC/dia de S. cerevisiae, com ganhosmédios diários comparados ao controle de : 0,60 x 0,51; 0,63 x 0,55; 0,55 x 0,44 kg, para osexperimentos 1, 2 e 3 respectivamente. O uso de culturas de leveduras vivas na nutrição de bovinos nem sempore apresentaresultados favoráveis – quando estes ocorrem, incluem uma melhoria na digestão denutrientes, alteração nas concentrações de amônia e AGV, na ingestão de matéria seca, naprodução (leite e ganho de peso) e na composição do leite. Mais consistentes são a reduçãode lactato, o aumento nos microrganismos ruminais, e a estabilização do pH ruminal. Para vacas em lactação, a adição de levedura à dieta mostra aumentos de produção deleite variando de 4 a 17%, ou 0,3 a 2,9 kg/vaca/dia. Para animais em crescimento a levedurafunciona mais como um probiótico no intestino delgado do que melhorando a eficiênciaalimentar (Barbosa et al., 2006). Entretanto, há uma necessidade de mais pesquisas nestaárea.Prebioticos Estes são ingredientes não digeridos pelas enzimas digestivas normais, mas que atuamestimulando e alimentando seletivamente o crescimento e/ou atividade de bactérias benéficasno intestino. Os prebióticos estimulam o crescimento e/ou ativam o metabolismo de algumgrupo de bactérias benéficas do trato intestinal; constituem o “alimento” das bactériasprobióticas. O modo de ação dos prebióticos (Figura 1) é devido a:  A adsorção de bactérias patogênicas.  A melhoria da saúde da parede intestinal.  O estímulo à modulação imunogênica. 5
  • Nota técnica – BioFórmula Figura 1. Modo de ação dos prebióticos. Fonte: Junqueira e Duarte, 2008 Um componente prebiótico que está sendo amplamente utilizado na nutrição animal éo MOS (mannan oligossacarídeo). Estas macromoléculas geralmente são derivadas dasparedes celulares das leveduras (Figura 2), o qual leva a crer que ao menos parte dos efeitosbenéficos das leveduras podem ser devida à presença destas moléculas no detrito celular,após a morte das mesmas. Além das ações apresentadas na Figura 1, os prebioticos podem servir também comosubstratos para a alimentação das bactérias benéficas do trato digestivo, potencializandoassim a ação dos probioticos. O BioFórmula contém substâncias prebióticas na forma de levedura inativa, bemcomo na forma mais purificada de MOS. 6
  • Nota técnica – BioFórmulaFigura 2. Estrutura da parede celular de Saccharomyces cerevisiae. Fonte: Junqueira e Duarte, 2008Enzimas digestivas Um fator limitante na produção de leite e carne de ruminantes é a degradação dasparedes celulares fibrosas das plantas forrageiras. Este material seria indigestível para um nãoruminante, porque o animal não possui as enzimas necessárias para digerir seus componentesprincipais (celulose, hemicelulose, β-glucanos). Já o ruminante, através dos microorganismosruminais, é capaz de quebrar estes polímeros e utilizar seus monômeros. Mesmo assim, aatividade enzimática do rúmen pode estar aquém das necessidades para otimizar o nível deprodução. Os aditivos enzimáticos são geralmente oriundos de fermentações bacterianas oufungais. O aumento na produção em animais que recebem estes aditivos é devido ao aumentona digestão da fibra alimentar, com o consequente aumento na ingestão de energia digestível. 7
  • Nota técnica – BioFórmulaAlguns aditivos enzimáticos e suas funçõesEnzimas FunçõesCelulase Quebra a ligação β-glicosídica da celulose, liberando glicose e diglicerídeos. A celulose é o carboidrato mais abundante no planeta, e forma uma grande parte da parede celular vegetal; porém, os animais não possuem a capacidade de digeri-la.Hemicelulase e Quebram as ligações entre xilanos da hemicelulose, liberando osxilanase açúcares e diglicerídeos. A hemicelulose também faz parte da parede celular vegetal, principalmente em gramíneas tropicais. A resposta animal à inclusão de enzimas fibrolíticas na dieta é maior quando há umalimitação na digestão de fibra, e portanto a energia se torna o nutriente mais escasso. Em suarevisão, Beauchemin et al. (2003) mostra melhorias variando de +1% a +9% no ganho depeso, e de -6% a -12% na conversão alimentar. Para vacas leiteiras, a inclusão de aditivosenzimáticos na dieta provocou aumentos na produção de leite entre +6% e +16%. Em todosos casos, houve aumentos nas digestibilidades da matéria seca e da fibra em detergente neutroda dieta (Beauchemin et al., 2003). Em um trabalho realizado recentemente no México, Gomez et al. (2002) avaliaram osefeitos da suplementação de novilhas a pasto com cana picada + uréia, com ou sem a adiçãode enzimas fibrolíticas. A suplementação aumento o ganho de peso em 41% (de 482 a 682g/dia). O nível maior de aditivos enzimáticos produziu um aumento maior ainda, de +105%(992 g/dia). Os autores concluíram que as enzimas fibrolíticas são capazes de melhorar aeficácia da suplementação de pastagens tropicais com cana picada + uréia e minerais,melhorando o ganho diário dos animais.Resumo O produto BioFórmula foi projetado para interferir de forma positiva em váriosaspectos da fisiologia do animal. As bactérias probióticas servem para estimular o sistemaimune, competir com as bactérias patogênicas do trato digestivo e deslocá-las dali. Paramaximizar a sua sobrevivência até chegar ao intestino delgado, as bactérias probióticas forammicroencapsuladas de forma a protegê-las do sal mineral e da ação do ácido no estômago. Alevedura viva tem efeitos benéficos na fermentação ruminal. Estes microorganismos estãoacompanhados por um complexo de substâncias prebióticas, na forma de levedura inativa ede MOS, as quais servem para adsorver bactérias patogênicas, melhorar a saúde da paredeintestinal, e estimular o sistema imune. Finalmente, o BioFórmula conta com três enzimaspara auxiliar o processo digestivo de fibras (celulase, hemicelulase e xilanase. Em conjunto,estes componentes e suas ações têm o potencial de melhorar a saúde e o desempenho dorebanho produtivo. 8
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