Fuente: AVICULTURA.COM
Fecha: Enero de 2021
De hecho, 1920 marcó no sólo el comienzo de la producción industrial de aceite de soja y SBM en Estados Unidos, sino también el año de fundación de la American Soybean Association – Hymowitz, 1990 -.
El uso de SBM en el momento en que se publicó esta revisión estaba aumentando gradualmente en todo el mundo, pero todavía estaba en su infancia en muchos aspectos.
En las décadas de 1920 y 1930, la SBM era desconocida para muchas empresas y nutrólogos y apenas se utilizaba en nutrición animal. De hecho, seis Estados norteamericanos no la utilizaban en los piensos para las aves. Según Hayward, su empleo en las raciones de broilers había aumentado desde casi cero en 1930 a 2,5 millones de toneladas en 1970. Para promover su uso en la nutrición animal, Hayward y un comité especial en 1938 decidieron visitar a nutrólogos del Departamento de Agricultura de Estados Unidos – USDA – y de varias universidades y difundir las noticias sobre ella. Desde entonces no ha habido ningún otro ingrediente de alimentación que se haya estudiado más que la SBM, habiendo miles de artículos científicos tratando de aumentar nuestro conocimiento sobre este valioso ingrediente y difundir este conocimiento en todo el mundo.
Una gran cantidad de información sobre la SBM había sido adquirida durante los primeros 50 años de investigaciones de la industria, así como en universidades en muchas partes del mundo, especialmente en Estados Unidos. A pesar de lo que se había aprendido, todavía era necesario investigar mucho más para mantener esta fuente de proteína vegetal de alta calidad a la vanguardia y avanzar en la nutrición humana y animal. En el momento en que Hayward publicó su informe había tres áreas que comenzaron a surgir claramente como importantes para la correcta utilización de la SBM cuando la alimentación animal es el objetivo. Y hoy en día, estas tres áreas todavía dominan la mayoría de las preocupaciones mundiales de investigación sobre la SBM y son la digestibilidad de los aminoácidos, los factores antinutricionales y la energía metabolizable y la neta.
Teniendo en cuenta la SBM en el ámbito mundial, estos tres factores son precisamente lo que hace que sea tan atractiva.
En comparación con otras fuentes proteicas, la SBM ha demostrado consistentemente que tiene menos variabilidad de nutrientes, unas concentraciones más bajas de factores antinutricionales y una mayor digestibilidad de aminoácidos y energía metabolizable.
A pesar de que hoy en día es de conocimiento común que estas tres áreas deben ser consideradas para determinar su éxito en alimentación animal, la revisión de Hayward mencionó sólo la energía debido al trabajo que se había llevado a cabo en la Universidad de Cornell en las aves a principios de la década de 1960.
El objetivo de nuestra revisión actual es seguir los pasos de Hayward y resumir los principales aspectos nutricionales de los últimos 50 años de la SBM como ingrediente para piensos y las implicaciones de su utilización.
Producción de soja en el mundo
Aunque la soja se introdujo en Estados Unidos en 1766, fue a principios del siglo XX, que su producción – y la de su principal subproducto, la harina – cuando fuera aumentando continuamente – figura. 1 -. La producción mundial de esta última para unos 109 M t de piensos compuestos – Alltech, 2019 – se calcula actualmente en unos 240 M t y recalca su papel clave.
El aumento constante de la producción y utilización de la SBM refleja, por un lado, el aumento paralelo en la producción ganadera en particular avícola y porcina – y, por otro, el valor nutricional superior – en la relación precio/calidad – en comparación con otras fuentes proteicas.
Digestibilidad de los aminoácidos para las aves
El comienzo de un enfoque sistemático cuantitativo de nutrición animal es el trabajo emblemático de Henneberg y Stohman, en 1860, en el que entregaron por primera vez un análisis aproximado. El siguiente paso lógico fue la medición de la digestibilidad de los componentes del análisis del pienso, que comenzó alrededor del año 1900, cuando Wilbur Atwater publicó ecuaciones y procedimientos para determinar la energía digerible y metabolible de los ingredientes.
Como indicaba Ewing – 1963 -, los análisis de los piensos son de gran importancia, pero aun así la digestibilidad de los piensos por parte del animal es de mayor importancia para fines prácticos. De hecho, en 1938, Crampton y Maynard ya habían desarrollado su método para la digestibilidad de la celulosa y también habían descubierto que los conceptos de Weende de fibra bruta y extracto libre de N no encajaban muy bien para los rumiantes.
Sin embargo, en 1970, cuando Hayward publicó su artículo sobre la SBM, no se mencionó la digestibilidad de los logros que se hacían en su sección que enumeraba 12 «aspectos más destacados nutricionales». Al menos una de las razones es porque la generación de coeficientes de digestibilidad en experimentos con diferentes especies animales consume mucho tiempo y es costosa.
Sólo en los últimos 50 años se ha producido una cantidad considerable de datos de digestibilidad, específicamente para la SBM. Sibbald propuso primero su verdadero ensayo de energía metabolizable para los piensos de las aves en 1976 y más tarde – 1979 – la extensión del concepto para determinar lo que la mayoría en la industria llama aminoácidos digestibles.
En 1981 Parsons y col. estandarizaron aún más el procedimiento de trabajo con la SBM descascarillada. El procedimiento estandarizado actual – Corray y col., 2018 – se realiza con gallos convencionales para la determinación de TMEn, y con gallos cecactomizados para la digestibilidad estandarizada de aminoácidos. Y trabajos similares se han realizado en otros laboratorios el Rhône- Poulenc Animal Nutrition -1993 -, en Francia.
Debido a que los fundamentos de la metodología Sibbald son la brevedad del ensayo, la linealidad de la entrada/ salida y la aditividad de los valores, con una garantía de ser menos costosos, ésta es parcialmente responsable de los literalmente cientos de coeficientes de digestibilidad de los aminoácidos publicados y disponibles hoy en día para la SBM y para la mayoría de las materias primas relevantes para la nutrición avícola.
En los últimos 50-60 años la SBM se ha convertido en el ingrediente de referencia para la evaluación de piensos, en particular los ingredientes proteicos. Sin embargo, para maximizar el valor nutricional la SBM – más que cualquier otro ingrediente – depende en su tratamiento con el calor preciso, evitando el subprocesado y el sobreprocesado. Este último origina una disminución de la digestibilidad de la lisina, arginina y cisteína – Parsons, 2000 -.
La determinación de digestibilidad de aminoácidos en muestras de lotes representativos de la SBM sobreprocesada industrialmente es clave para su formulación en una nutrición de precisión – Sifri, 1997-.
Parsons y col – 1992 -, trabajando con un modelo de laboratorio de sobreprocesado en autoclave, demostraron el efecto negativo que éste tenía en las concentraciones analizadas de lisina, lo que sugiere que durante el mismo se forman cantidades sustanciales de productos avanzados de reacción de Maillard, a expensas de los aminoácidos intactos. Presumiblemente, un daño similar ocurre con el sobreprocesado industrial durante el proceso de extracción de disolventes, a juzgar por los resultados indicados por Lee y col. 1991 – con pavos alimentados con un pienso conteniendo una harina procedente de una extractora comercial de North Carolina.
Directamente asociado con el sobreprocesado de la SBM está el trabajo de Araba y Dale – 1990 – que demostró, en una técnica in vitro, que la solubilidad de la proteína de la SBM en KOH está correlacionada con el rendimiento in vivo de las aves, lo que permite a los nutrólogos hacer frente a la variabilidad del producto comercial. Estas observaciones, corroboradas por laboratorios independientes – Parsons y col., 1991; Lee y col., 1991 – cerraron el ciclo para la evaluación cuantitativa de la calidad de SBM: por un lado, los inhibidores de la tripsina, como veremos más adelante, se correlacionan con el subprocesado y, por otro, la solubilidad de la proteína en KOH con el sobreprocesado.
Ciertamente, la industria ha recorrido un largo camino, especialmente el procesado de la soja de Estados Unidos, en cuanto a la comprensión de la calidad de la proteína. Según Hayward – 1975 -, en el informe ya citado, en un estudio en el que se evaluaron 53 muestras – 28 de “expeller” y 25 extraídas con disolventes – de 40 marcas participantes, el 87 % de las primeras y el 28 % de las últimas estaban sobreprocesadas. En cambio, Sotak-Peper y col. – 2015 – demostraron que de 22 muestras de SBM recogidas de procesadores estadounidenses, ninguna estaba subprocesada ni sobreprocesada.
Factores antinutricionales termolábiles
Aunque Osborne y Mendel – 1917- descubrieron que el tratamiento térmico era necesario para mejorar el valor nutricional de la soja para ser utilizada como alimento, la razón exacta detrás de ello no era obvia. De hecho, no lo fue hasta 1945, cuando Kunitz cristalizó por primera vez un inhibidor de la tripsina de la soja, aunque un segundo inhibidor de la proteasa, también presente en ella, fue parcialmente cristalizado por Bowman en 1944, y mejor definido en 1961 por Birk.Por lo tanto, el inhibidor Bowman-Birk fue sólidamente establecido en 1961.
Cada uno de estos inhibidores de la proteasa muestra una serie de formas o variantes electroforéticas – Hwang y col., 1977; Kim y col., 1985 -. Por lo tanto, hoy en día el término «inhibidores de la tripsina» en la soja incluye varias variantes de los inhibidores de Kunitz y Bowman-Birk con actividad antitripsina y anti-quimotripsina. Sin embargo, debido a que el mecanismo de la inhibición no se entendía claramente en los años 50, su papel real en el retraso del crecimiento de las aves y el cerdo todavía se debatió. Por ejemplo, Borchers 1958 – estuvo de acuerdo con Liener – 1958 – en que había buenas pruebas de que el efecto retardante del crecimiento de la SBM en bruto en ratas y ratones no se debía a la actividad antitríptica sino por una menor digestibilidad de los aminoácidos, particularmente la metionina en la soja cruda debido a una interferencia específica con la liberación enzimática de metionina. Pero Almquist y Merritt 1953 – tuvieron una interpretación diferente, concluyendo que los inhibidores de la tripsina eran realmente responsables, no sólo por una deficiencia en metionina a causa de un 20 % de SBM cruda a los pollitos, sino también por una acentuada deficiencia en triptófano en la dieta. Estos autores informaron sobre observaciones similares para la lisina, la arginina y la isoleucina.
Actualmente se acepta que la secreción pancreática está controlada por un mecanismo de retroalimentación negativa por el cual la actividad secretora del páncreas está regulada por el nivel de tripsina en el intestino delgado – Green y Lyman, 1972 -. Por lo tanto, como el nivel de tripsina en el duodeno se reduce debido a la formación del inhibidor de la tripsina, el páncreas se estimula para producir más enzima con el fin de compensar la pérdida. Este inhibidor de la tripsina es la razón de la depresión del crecimiento inducida porque ésta no puede hidrolizar eficazmente la proteína dietética, lo que origina una pérdida exógena de N y también una endógena de aminoácidos porque la tripsina se pierde en las excretas – Schulze, 1994; Grala y col., 1998; Liener, 2000 -.
En pollos, ratones y ratas, el exceso de ingesta de inhibidores de la trpsina origina que el páncreas produzca más tripsina, lo que a su vez conduce a la hipertrofia pancreática – Chernick y col., 1948; Miles y Featherston, 1976; Yanatori y Fujita, 1976 -. Sin embargo, esto no siempre ocurre en el cerdo – Schulze, 1994 -, aunque las altas concentraciones de inhibidores de la tripsina originan una drástica reducción de la digestibilidad de aminoácidos – Yen y col., 1974; Schulze, 1994; Goebel y Stein, 2011 -.
Las lectinas – antes llamadas hemaglutininas – son los segundos factores antinutricionales termolábiles más abundantes en la soja Liener, 2000 -. La lectina de soja fue citada por primera vez por Liener en 1953. El descubrimiento de variedades de soja libres de lectina – Pull y col., 1978 -, junto con un descubrimiento similar de una variante libre del inhibidor de Kunitz – Bernard y Hymowitz, 1986 -, brindó una oportunidad única para comparar la contribución relativa de estos dos factores antinutricionales contra la soja cruda convencional – Douglas y col., 1999 -.
Los pollitos alimentados con una dieta que contenía soja cruda libre de Kunitz tuvieron un mejor crecimiento que recibieron otra que contenía soja cruda libre de lectina cuando ambos se compararon con la soja cruda convencional. Estos resultados indican que el inhibidor de la tripsina de Kunitz es un factor antinutricional más importante que las lectinas Liener, 2000 -. Si también se tiene en cuenta el inhibidor de Bowman-Birk, siempre presente, es evidente que los inhibidores de tripsina son los factores antinutricionales más relevantes en la soja.
Desde la década de 1990, el sector avícola – particularmente fuera de Estados Unidos – se ha enfrentado a un síndrome llamado síndrome “de paso rápido del pienso», correlacionado con el contenido residual de inhibidores de la trpsina de lotes específicos de SBM comercial – Ruiz y Belalcázar, 2005 -. El paso rápido del alimento se define como la condición en la que los excrementos del broiler pierden su forma y consistencia normales, no muestran la característica cubierta de ácido úrico blanco, contienen pienso sin digerir que es visible a simple vista, por lo general tienen un color amarillento-naranja, son con frecuencia acuosos y contienen tejido intestinal desmenuzado rojizo.
Una manada de broilers experimentando esta situación tiene el plumaje sucio, es poco uniforme en peso y muestran una pigmentación deficiente. Como consecuencia, la yacija se vuelve húmeda y resbaladiza, a menudo se desarrollan lesiones en la almohadilla plantar, la conversión del pienso se ve afectada negativamente, los pesos corporales son inferiores al estándar y ello origina considerables pérdidas económicas – Ruiz y Belalcázar, 2005; Ruiz 2012 -.
Esto origina una nueva discusión sobre el papel de los factores antinutricionales residuales en la SBM, específicamente los inhibidores de la tripsina. Porque la pregunta importante es cuál es el máximo de factores antinutricionales residuales termolábiles en la SBM comercial – y otros productos de ella, como la soja “full fat” – tolerable para los animales.
Históricamente, la cuestión de la «adecuación» se resolvió a finales de la década de 1940 con la medición de una sustancia analizada indirecta, la actividad de la ureasa – Caskey y Knapp, 1944; Bird y col, 1947 – con un margen de adecuación establecido entre 0,05- 0,20 unidades de pH o pH delta. Un valor de ureasa superior a 0,20 indicaba que la SBM estaba subprocesada -por un tratamiento térmico insuficiente -, aunque también se sugirió un valor de pH delta aceptable de 0,30 – Hayward, 1975 -, mientras que un valor inferior a 0,05 indicaba probablemente lo contrario.
A pesar de que existe una alta correlación entre los inhibidores de la tripsina y la actividad de la ureasa en la SBM extraída con disolventes – Mustakas y col., 1981; Ruiz, 2012 -, la medición real de inhibidores residuales de la tripsina en la industria no suele hacerse. En otras palabras, la actividad de la ureasa se convirtió en «la prueba». Es un absoluto, cuando en realidad era sólo una medición indirecta de factores anti-nutricionales termolábiles, específicamente para inhibidores de la tripsina.
Debido a que pueden producirse brotes de “paso rápido del alimento” en broilers de diferentes lugares con piensos que contienen 25-30 % de SBM cuya actividad de ureasa está dentro del margen de «adecuación», es imperativo reinterpretar éste y conectarlo a mediciones reales de inhibidores de tripsina. Ruiz – 2012 – ha sugerido un nuevo margen de adecuación para la actividad de ureasa de 0,000 a 0,050 delta pH, que se correlaciona con unos 1,65 a 2,35 mg de inhibidores de tripsina por gramo – de 3,0-4,.0 TIU/mg – de SBM.
Harina de soja extraída con alcohol e implicaciones nutricionales de los oligosacáridos en las aves
La harina de soja, al igual que cualquier otro ingrediente natural de alimentación, sirve sólo como un «vehículo» responsable de llevar nutrientes y energía a la dieta animal. Dado que la energía y las proteínas son los dos componentes más costosos de la dieta, es fácil entender por qué las tres áreas de investigación antes mencionadas con la SBM se han investigado intensamente a través de los años y siguen siendo el foco de los investigadores.
Se sabe que la composición química de la SBM, especialmente la composición en carbohidratos, los factores antinutritivos y la proteína y aminoácidos están influenciados por varios factores como el origen geográfico, el genotipo, el procesado y las condiciones ambientales y agronómicas en las que se cultiva. Y también se conocen los factores antinutricionales y tóxicos presentes en los productos de soja.
Las completas revisiones de Kar-Lilienthal y col. – 2005 -, Choct y col. – 2010 y 2015 – proporcionan un buen detalle de la composición y las estructuras químicas de los carbohidratos antinutricionales.
A pesar de los conocimientos adquiridos desde que se publicó la ya citada revisión de los años 50 sobre el uso de la SBM en alimentación animal, su composición en carbohidratos sigue siendo el componente menos entendido – Choct y col., 2010 – y se necesita más investigación en esta área. Como indican Choct y col., después de la extracción por disolventes, la soja contiene alrededor de un 48 % de proteína bruta, un 35-40 % de carbohidratos, 10-12 % de agua, 5-6 % de minerales y 1-1.5 % de lípidos. De los carbohidratos, la mayoría consiste en polisacáridos no amiláceos – NSP – y azúcares libres, como mono, di y oligosacáridos con almidón presente en menos del 1 % – Choct, 1997; Cervantes- Pahm y Stein, 2010 -.
Los NSP solubles y los oligosacáridos – principalmente rafinosa y estaquiosa – se han estudiado extensamente porque contribuyen al componente de energía bruta de la SBM, pero no pueden ser utilizados directamente como fuente de ésta por los monogástricos. Ello es debido a que no hay una enzima endógena alfa-galactosidasa – que pueda hidrolizar los enlaces glucosídicos entre los monosacáridos en oligosacáridos y los NSP permanecen en el contenido digestivo que entra en el intestino grueso en el que, eventualmente, pueden ser fermentados por los microbios.
Como señalan Barzegar y col., 2019 -, una razón importante por la que la SBM tiene un menor contenido aparente de energía metabolizable en las aves que el maíz y el trigo es por la presencia de NSP mal digeridos y los oligosacáridos. El valor en energía metabolizable de la SBM está considerado más alto para los cerdos que para las aves – NRC, 1994 y 2012; McGinnis, 1983; Perryman y Dozier, 2012. Coon y col 1988, 1990 – ofrecieron una explicación del porque la energía metabolizable de una SBM descascarillada con disolventes, del 48,5 % de proteína, era 1.045 Kcal/ Kg más alta para los cerdos que para las aves: por las diferencias anatómicas en el tracto digestivo inferior, ya que aquellos, un más largo tiempo de tránsito, tienen más capacidad de digestión para fermentar los NSP y oligosacáridos.
Los oligosacáridos de la SBM han sido ampliamente estudiados con respecto a sus implicaciones nutricionales y se ha divulgado que tienen efectos positivos y negativos. Los positivos se han relacionado con la promoción y el mantenimiento de las poblaciones bacterianas beneficiosas, como un prebiótico. Son estas bacterias y sus productos de fermentación que están relacionados con la promoción del desarrollo intestinal y la función inmunitaria y un tracto digestivo saludable en general. Como han indicado Choct y col. – 2010 -, no hay que olvidar que, en las dietas de las aves, unos niveles elevados de oligosacáridos hacen aumentar la retención de líquidos, la producción de hidrógeno y la diarrea, originando un deterioro en la utilización de nutrientes, deyecciones húmedas y trastornos locomotores. Además, el efecto general de los oligosacáridos se relaciona con las fuentes, el tipo y las concentraciones en el pienso.
Durante el procesado térmico de la SBM sólo se desactivan los componentes antinutricionales termolábiles. Por lo tanto, la SBM contiene antígenos de soja, fitato, pequeñas cantidades de fibra insoluble, NSP solubles y oligosacáridos – Liener, 2000; Choct y col., 2010 -. Esto limita su empleo en las dietas para aves jóvenes y cerdos, como se ha indicado por Stein y col., 2008 – y Nahashon y Kilonzo- Nthenge – 2011 -. La mejora de la utilización del fósforo fítico en la SBM mediante la adición de fitasa suplementaria se ha estudiado extensamente en las aves – Denbow y col., 1995 -. Dado que los oligosacáridos no pueden ser atacados enzimáticamente en las aves y cerdos debido a la falta de una alfa- galactosidasa endógena, su presencia produce un efecto de dilución y minimiza la cantidad de energía metabolizable del pienso. Por lo tanto, la eliminación de los oligosacáridos originaría una SBM de más proteína que también tendría un mayor valor de energía metabolizable.
Hoy en día, la eliminación de oligosacáridos es una práctica corriente mediante la extracción de alcohol – etanol – gracias a la investigación inicial realizada por el Dr. Craig Coon y su equipo de la Universidad d Minnesota, en 1988. Tras ell otras investigaciones con u SBM libre de oligosacárido ampliaron el efecto de la extracción por alcohol sobre el rendimiento de las aves Leske y col., 1991, 1993 y 199 Leske y Coon, 1999 -.
La investigación discutida por el grupo de Minnesota proporcionó algunos de los primeros datos que indican que:
- La eliminación de oligosacáridos de la SBM por alcohol ralentiza el ritmo de tránsito digestivo, dejando más tiempo para la digestión, lo que origina una mejora en la digestión de la hemicelulosa y la digestibilidad de los nutrientes.
- Los oligosacáridos no se utilizan en el intestino delgado, pero sí ampliamente en el área posterior al íleon.
- La adición de oligosacáridos puros, originalmente retirados de la SBM convencional, mediante el alcohol extraído da lugar a unos valores TMEn y PER (*) que se redujeron de nuevo a los de la SBM convencional.
- La disponibilidad de los aminoácidos de la SBM libre de oligosacáridos se mejora en 3 puntos porcentuales sobre la SBM convencional y es una razón plausible que explica el mayor valor de PER.
- Un gradiente a la dosis de respuesta a los efectos de la rafinosa y la estaquiosa en TMEn evidencia que esta última, con sus 2 unidades de la primera es más perjudicial que la rafinosa, que contiene sólo una unidad de galactosa y si se espera una mejora sustancial en la utilización de nutrientes, se debe eliminar al menos entre el 80 y el 90 % de los oligosacáridos de la SBM convencional.
La extracción por alcohol de la SBM convencional da como resultado un producto conocido como concentrado de proteína de soja que contiene al menos un 65 % de proteína bruta – sobre materia seca -, pero todavía contiene cantidades sustanciales de fibra insoluble. A través de un procesado posterior, la porción de fibra insoluble se puede eliminar, dando como resultado un producto conocido como aislado de proteína de soja, que contiene al menos un 90 % de proteína bruta – sobre materia seca -.
El concentrado y el aislado de proteína de soja se han alimentado a aves y cerdos con buenos resultados – Cervantes-Pahm y Stein, 2008; Oliveira y Stein, 2016; Batal y Parsons, 2003 -, pero este último suele ser demasiado caro para ser utilizado en la práctica. Por el contrario, hay una serie de concentrados de proteína de soja en el mercado y muchos de estos se incluyen en dietas para cerdos jóvenes.
Otros medios de eliminación de los factores de dilución de energía metabolizable y los nutrientes de la SBM son a través de un tratamiento utilizando una mezcla de enzimas con el fin de reducir las concentraciones de oligosacáridos y proteínas alergénicas – Stein y col., 2013 -. El producir una SBM fermentada mediante un tratamiento convencional con un moho – por ejemplo, Aspergillus oryzae – o bacterias – lactobacillus, Bacillus, etc.- es también otro método eficaz para eliminar los oligosacáridos y antígenos los Cervantes-Pahm y Stein, 2010 -.
Como han señalado Waldroup y Smith – 2018 -, los genetistas vegetales han hecho progresos excepcionales en la mejora del rendimiento y la resistencia a las enfermedades en la soja y en el futuro se prestará más atención a aumentar el valor nutritivo de la misma.
Dado que estos autores indican que es poco probable que las industrias del procesado de la soja hagan grandes cambios extremos en las próximas décadas en sus procedimientos, los programas de genética centrados en reducir las concentraciones de oligosacáridos del producto serían lo más deseable. Por supuesto, en el futuro, el uso por las industrias de piensos de estos productos derivados de la la SBM convencional dependerá de su composición, su disponibilidad y su coste.
(*) PER: Protein Efficiency Ratio : Factor de Eficiencia de la Proteína = Aumento de peso corporal / Ingesta de proteína
N. del Editor: El artículo continúa con un casi tan extenso resumen sobre el valor nutricional de la soja en la alimentación de los cerdos y de los rumiantes, que no hemos reproducido.
N. RUIZ Y COL.
Feedstuffs, 24-1-2020