Optimización de un sistema gastro-intestinal in vitro para su aplicación en la formulación de dietas para acuicultura
- Autores: Mariam Hamdan
- Directores de la Tesis: Francisco Javier Moyano López (dir. tes.), Manuel Díaz López (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Almería ( España ) en 2013
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Marina Albentosa Verdú (presid.), Beatriz Cara (secret.), Silvia Martínez Llorenz (voc.)
- Materias:
- Texto completo no disponible (Saber más ...)
- Resumen
La producción animal acuática es una actividad de gran importancia económica y en fuerte expansión que en el caso de algunas especies casi ha sustituido por completo a las capturas pesqueras. Su actual desarrollo se ha sustentado en buena medida en la capacidad para diseñar y producir piensos adecuados para cubrir las necesidades nutricionales específicas de la gran variedad de organismos actualmente en cultivo. La importancia de una correcta alimentación no sólo es crucial desde un punto de vista fisiológico, sino también económico ya que este concepto representa desde un 30 % hasta el 70 % del coste total de producción según el tipo de explotación acuícola. Resulta por tanto evidente que las investigaciones en nutrición de especies acuicultivadas son del máximo interés y que el gran reto actual en este campo es encontrar un compromiso óptimo entre los dos aspectos mencionados, intentando por una parte, maximizar el rendimiento técnico de la producción mediante la formulación de los alimentos más adecuados a las necesidades fisiológicas de cada especie en sus diferentes etapas de crecimiento y de otra, optimizar el rendimiento económico, mediante la selección de los ingredientes y procesos productivos más adecuados desde una perspectiva tecnológica, considerando tanto el valor nutritivo como el coste, disponibilidad y facilidad de procesado de las diferentes materias primas.
En este contexto resulta clave desarrollar sistemas de evaluación nutricional orientados a evaluar las diferencias de calidad en distintos ingredientes a incluir en los piensos, desarrollar formulaciones de menor costo y reducir al mínimo el impacto ambiental de la producción animal. Los sistemas convencionales de evaluación nutritiva de ingredientes contemplan la realización de ensayos de crecimiento en condiciones controladas, con objeto de determinar coeficientes de retención de nutrientes o bien de digestibilidad, para estimar la fracción aprovechable de alimento tras su paso por el digestivo. Estos ensayos, que son llevados a cabo de manera sencilla en los estudios nutricionales con animales terrestres, resultan particularmente laboriosos de aplicar a los organismos acuáticos debido a distintos condicionantes tales como: a) la lentitud de su crecimiento, fuertemente condicionada por su naturaleza ectotérmica b) la práctica imposibilidad de trabajar con individuos aislados, que obliga al manejo de grupos o lotes inevitablemente heterogéneos c) las limitaciones impuestas por el medio acuático en aspectos tales como la recolección de los productos del metabolismo y la digestión d) otros factores tales como el tamaño o la conducta agresiva o temerosa, que dificultan su estabulación en condiciones que permitan una manipulación razonablemente sencilla.
Todo ello hace particularmente necesaria la búsqueda de sistemas alternativos y/o complementarios a los ensayos convencionales de evaluación nutricional in vivo que permitan obtener una información equivalente pero de manera más sencilla, con mayor rapidez y a un menor coste. Estos métodos deben ser simples, rápidos, deben mostrar una alta correlación con los resultados obtenidos in vivo y ser suficientemente sensibles para detectar los efectos que el procesamiento ejerce sobre la calidad de los nutrientes. Los ensayos in vitro presentan estas características a la vez que permiten estudiar con más detalle algunos de los factores implicados en la hidrólisis enzimática y en la liberación de productos a nivel digestivo.
Hasta la fecha el grado de aplicación de los ensayos in vitro en la nutrición de organismos acuáticos es mucho menor que en animales terrestres, donde se emplean desde hace tiempo de manera rutinaria, pero en los últimos años se han desarrollado diversas técnicas, fundamentalmente orientadas a evaluar la calidad nutricional de la proteína . Aunque tales ensayos se llevan a cabo en un amplio rango de condiciones operativas, ninguno de ellos aplica el modelo general de sistemas gastro-intestinales normalmente empleado en nutrición humana o de monogástricos terrestres. La mayor parte de ellos se ha centrado en la reproducción de la digestión intestinal sin considerar la etapa gástrica, a pesar de que el papel del estómago resulta clave en la hidrólisis de nutrientes en la mayor parte de especies piscícolas debido a su naturaleza carnívora y la corta longitud de su tracto digestivo. Además, todos los sistemas, independientemente de si emplean enzimas comerciales o extractos semipurificados obtenidos a partir de los digestivos de diferentes especies, se basan en el modelo de reactores cerrados. No obstante, una aproximación más realista y práctica a lo que realmente ocurre en el digestivo de un animal vivo, en el que el epitelio intestinal absorbe continuamente los productos presentes en el lumen mediante diferentes mecanismos, debería contemplar la eliminación continuada de los productos generados durante la hidrólisis de los sustratos. Para ello, en la presente Tesis se ha considerado la hipótesis de que es posible desarrollar un sistema de simulación que permita evaluar de manera fiable y precisa la hidrólisis de nutrientes que se lleva a cabo en el digestivo de especies acuáticas empleando una celda de digestión provista de una membrana semi-permeable. Este objetivo principal se ha desarrollado mediante diferentes experimentos. En un primer paso se establecieron los principios básicos para la operación de este tipo de biorreactor como modelo gastrointestinal (MGI) es estudios de nutrición piscícola. El estudio comprendía la evaluación de algunos factores como la inclusión de una etapa de digestión gástrica, la temperatura de incubación o el efecto de las sales biliares sobre la hidrólisis de ingredientes proteicos por enzimas de peces. Los resultados demostraron que las condiciones operativas más adecuadas para similar el proceso digestivo deben incluir una predigestión ácida, así como el uso de sales biliares en la mezcla reactiva. El empleo de un sistema abierto como el descrito permite igualmente la evaluación de la hidrólisis de carbohidratos, así como la medida del residuo no digerido. Todos estos rasgos sugieren que el sistema propuesto puede resultar muy adecuado para evaluar la bioaccesibilidad de nutrientes, así como su biodisponibilidad potencial.
Una vez establecidas las condiciones operativas óptimas para el desarrollo de ensayos de biodisponibilidad de nutrientes en peces, se abordaron dos experimentos destinados a comprobar la aplicabilidad del modelo para poner de manifiesto diferencias en los valores de biodisponibilidad potencial de la fracción proteica de piensos relacionadas con su cantidad y calidad, así como la correlación con las correspondientes determinaciones de digestibilidad. Estos objetivos se abordaron en dos experimentos independientes; uno realizado con tilapia (Oreochromis niloticus) en el que los piensos utilizados diferían notablemente en la calidad de la misma debido a la utilización de diferentes ingredientes y otro, realizado con corvina (Argyrosomus regius) en el que los piensos empleados mostraban contenidos proteicos variables en un rango del 40 al 55%. Para cada uno de los experimentos se adaptaron tanto la configuración como las condiciones operativas del modelo, utilizando como base los resultados del primer experimento. En el ensayo con tilapia, dada la escasa relevancia funcional del estómago en esta especie, la hidrólisis consideró únicamente la etapa alcalina, mientras que en el ensayo con corvina se planteó una hidrólisis en dos etapas (ácida + alcalina). En cada experimento se utilizaron extractos enzimáticos obtenidos a partir del digestivo de las respectivas especies. En ambos casos, se evaluó la correlación existente entre los valores de aminoácidos liberados tras hidrólisis y los de digestibilidad de la proteína obtenidos con los correspondientes ensayos in vivo. Los resultados obtenidos pusieron de manifiesto la idoneidad del sistema de modelización para evidenciar diferencias en la hidrólisis proteica determinadas tanto por la calidad como por la cantidad de proteína presentes en la mezcla reactiva. Por otra parte, las correlaciones con los resultados de digestibilidad in vivo resultaron razonablemente buenas teniendo en cuenta la escasez de datos utilizados y considerando que los trabajos en este campo en los que se han encontrado correlaciones significativas no son demasiado abundantes.
El último trabajo de la presente Tesis planteó como objetivo intentar adaptar la configuración del modelo gastrointestinal para simular la hidrólisis proteica en el digestivo del pulpo (Octopus vulgaris). Las notables diferencias tanto estructurales como funcionales existentes entre el proceso digestivo de los moluscos y el de los vertebrados hicieron necesario caracterizar las actividades presentes en los principales órganos secretores de enzimas como paso previo al diseño de una configuración y unas condiciones adecuadas del biorreactor a utilizar para los ensayos. La determinación de los óptimos funcionales de pH y las cantidades totales de actividad por órgano confirmaron la gran complejidad del digestivo del pulpo en cuanto a órganos secretores y tipos de enzimas implicadas, particularmente en la hidrólisis de proteína. Los resultados se utilizaron como base para ajustar una configuración de hidrólisis simplificada en dos fases, que se desarrollarían en una secuencia inversa a la existente en vertebrados: alcalina + ácida y ambas etapas se realizaron a los óptimos de pH medidos para las proteasas de cada órgano implicado; glándula salivar y glándula digestiva, respectivamente. El modelo desarrollado se utilizó para testar harinas de pescado, calamar y krill, así como gelatina. Su validez se puso de manifiesto al confirmar una alta biodisponibilidad potencial para la gelatina.
