Pontos a serem considerados no uso de Proteases para monogástricos

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    Aves

As proteases têm sido incorporadas aos alimentos das aves e suínos com o propósito de melhorar digestibilidade das fontes proteicas consequentemente a melhoria do desempenho e, com isso, sua rentabilidade. As dietas das aves e suínos, compostas principalmente de milho, soja e ingredientes de origem animal, possuem algumas características ou componentes que podem dificultar digestão e prejudicar a integridade intestinal dos animais.

A soja, por exemplo, contribui com cerca de 70% da proteína em dietas avícolas e possui fatores antinutricionais que proporcionam decréscimos da digestibilidade da proteína e da gordura e reduzem a absorção de nutrientes, principalmente de aminoácidos sulfurados. Dessa forma, enzimas com atividades de proteases estão sendo utilizadas como alternativa para melhorar a qualidade do farelo de soja e de outros ingredientes protéicos, como a farinha de penas, carnes e ossos etc. Outro ponto importante também é a proteína do milho (8%), seu conteúdo é baixo mas representativo em uma dieta, visto que o mesmo representa 70% da mesma e pode contribuir com até 25% da proteína da dieta. Contudo a solubilidade da proteína do milho, é de extrema importância, pois o mesmo encontra- se em sua maioria no endosperma encapsulando o amido, podendo interferir na digestibilidade do amido e consequentemente na contribuição energética do milho.

O que são Enzimas?

Enzimas são catalisadores biológicos que aceleram reações químicas intra ou extracelulares. As enzimas exógenas, ou seja, aquelas adicionadas à ração, atuam no lúmen intestinal, a partir do momento que encontrarem condições de pH, temperatura e umidade para ficarem ativas.

Para poder entender as limitações e as potencialidades do uso de enzimas na nutrição de aves, é importante relembrar alguns aspectos de enzimologia. São eles: as enzimas são moléculas proteicas complexas (com número e sequência de aminoácidos constante) que catalisam uma reação química; são altamente específicas para as reações que catalisam e para os substratos que estão envolvidos na reação; exigem que sua estrutura permaneça inalterada para garantir sua atividade, a qual depende de vários fatores (exemplo: tipo e quantidade de substrato, pH, temperatura, presença de inibidores enzimáticos) e, por serem proteínas, podem ser inativadas e desnaturadas por pHs extremos e calor e também podem ser degradadas por outras enzimas (proteases) (Nagashiro, 2007).

Com relação a esses aspectos, Marquardt et al. (1996) indciaram que os seguintes fatores devem ser considerados, quando se utilizam produtos enzimáticos:

  • o suplemento enzimático deve conter um espectro apropriado de atividade enzimática, de tal forma que os efeitos antinutricionaisdo substrato alvo sejam neutralizados(exemplo: beta-glucanos presentes na cevada e aveia, arabinoxilanos presentes no centeio, trigo e triticale);
  • o suplemento deve conter quantidades adequadas de substância ativa de enzimas apropriadas para neutralizar os efeitos antinutricionais da dieta;
  • cereais diferentes possuem quantidades distintas de fator antinutricional sensíveis às enzimas. Portanto, a resposta pode variar de acordo com o cereal ou a dose a ser utilizada, devendo ser de acordo com a quantidade e o tipo de substrato;
  • os resultados são afetados pela classe e pela idade das aves. As respostas em suínos, normalmente, são menores que as encontradas em aves e ainda não foram bem estudadas;
  • as enzimas exógenas não devem ser inativadas pelo processamento da ração, pelo baixo pH ou serem degradadas pelas enzimas endógenas presentes no trato gastrintestinal.

Segundo Tejedor (2000), na prática, somente um pequeno número de enzimas conhecidas pode ser utilizado em alimentação animal. As principais limitações são disponibilidade, custos e estabilidade operacional. A estrutura molecular das enzimas é bastante frágil e pode ser desnaturada pelo calor, pelos ácidos, pelas vitaminas, pelos minerais, pelos metais pesados e por outros agentes oxidantes, a maioria usualmente encontrada no premix (Graham & Inboor, 1991). Por essa razão, existe a preocupação de que as enzimas utilizadas na alimentação animal possam manter nível de atividade suficiente para se obter resposta significativa (Classen et al., 1993).

Quais são os pontos Críticos? Entre vários pontos a seerm abordados na ação de uma protease, sem dúvida alguns tem maio r impacto sobre as dietas de aves e suín.os

  • Elevada eficiência catalítica
  • Degrada proteínas de estoque da soja
  • Degrada fatores anti-nutricionais da soja
  • Melhora a digestão das proteínas do milho
  • Especificidade no Substrato (Vegetais vsanimal)
  • Resistência a protease endógena e interação com outras enzimas
  • pH de ação
  • Resistência térmica (peletização)

Alguns desses pontos serão discutidos abaixo, mas a interação entre os mesmo são fundamentais para garantir uma melhora atuação e consequente benefício para o animal.

Como agem?

As dietas constituem basicamente de Milho, Farelo de Soja, e Farinhas de Origem animal (carne e ossos; penas, vísceras). Neste sentido, é importante saber que todas estas acima citadas são substrato de possível ação de uma protease.

As proteases como toda enzima é especifica, sendo assim, sua ação sobre fontes de origem vegetal e animal, diferem e apresentam potenciais de melhora diferente dependente do substrato (vegetal ou animal) e consequentemente da sua afinidade pelo mesmo. Seu modo de ação consiste em degradando as proteínas complexas reduzindo- as em frações menores, consequentemente inativando fatores antinutricionais.

A descoberta dos inibidores de proteases provenientes de leguminosas, particularmente da soja, estimularam pesquisas sobre a ação em animais experimentais, devido a sua interferência na nutrição animal (Rackis, 1974). Os efeitos nocivos dos inibidores de proteases em animais alimentados com leguminosa crua são complexos. Muitos estudos com animais monogástricos têm atribuído aos efeitos deletérios, principalmente alterações metabólicas do pâncreas (aumento da secreção enzimática, hipertrofia e hiperplasia) e redução da taxa de crescimento, à presença de inibidores de tripsina na alimentação à base de leguminosas (Al-Wesali et al., 1995). Nitsan & Liener (1976) estudaram o efeito de dietas com farinha de soja crua e aquecida sobre os níveis de tripsina, quimotripsina e amilase no pâncreas de ratos. Os autores concluíram que a ingestão de soja crua, ao contrário da soja cozida, estimulou a secreção das enzimas pancreáticas.

As evidências experimentais induzem a aceitação do mecanismo de inibição retroativa do controle da secreção do pâncreas, para a explicação da hipertrofia pancreática provocada em ratos com administração de altas doses de inibidor de tripsina. No mecanismo de inibição retroativa proposta para a regulação da secreção enzimática do pâncreas, os níveis de tripsina e/ou quimotripsina livres no intestino delgado determinam a quantidade de secreção pancreática, isto é, quando o nível de tripsina abaixa a certo limiar o pâncreas é induzido através da colecistoquinina a secretar mais enzima (Rackis & Gumbmann, 1982). O inibidor de tripsina bloqueia a ação da tripsina resultando em aumento excessivo da concentração plasmática de colecistoquinina e desta forma, o pâncreas é continuamente estimulado a liberar mais enzima, provocando hipertrofia pancreática (Liddle et al., 1984). O excesso de secreção pancreática leva a excessiva perda fecal de proteína, visto que as enzimas pancreáticas são ricas em aminoácidos sulfurados e esta perda endógena não pode ser compensada pela ingestão de proteína de leguminosas (Rackis & Gumbmann, 1982).

Alguns dos fatores antinutricionais de maior impacto para nutrição animal como as Lectina e inibidores de tripsina, reduzem o aproveitamento dos farelos proteicos de origem vegetal, para aves e suínos e pode impactar significativamente no desempenho dos animais. Dentre os fatores antinutricionais que o farelo de soja contém, as lectinas, também conhecidas como hemaglutininas ou fito-hemaglutininas, são glicoproteínas que se ligam á superfície celular, especificamente com oligossacarídeos ou glicopeptídeos, e têm alta afinidade com a superfície das células do epitélio do intestino delgado. As lectinas podem produzir mudanças no epitélio do intestinal e estas mudanças podem resultar em danos na borda em escova por ulcerações continuadas dos vilos, causando aumento da perda endógena de nitrogênio (Douglas, et al., 1999), este mesmo autor, trabalhando com frangos e empregando sojas cruas, selecionadas para baixo conteúdo em lectina e fator antitripsínico (fator de kunitz), soja convencional e farelo de soja comercial, relataram que aproximadamente 15% do mau desempenho dos animais se devem á lectina.

A interação entre os fatores antinutricionais (Inibidores de tripsina e lectina), provocam decréscimo na digestibilidade da proteína da dieta (grafico1), portanto, enzimas proteolíticas que provocam a degradação destes melhoram o aproveitamento da proteína da dieta em detrimento a degradação dos mesmo.

O uso de proteases para quebras dos inibidores de tripsina, são fundamentais na escolha de uma protease eficiente para fontes proteicas de origem vegetal, visto que este está presente nas mesmas e seus efeitos como relatados acima, podem influeninfluenciar e muito no desempenho dos animais de diversas maneiras. A escolha da protease correta, levará ao melhor benefício em inativação e consequentemente o melhor desempenho dos animais. O Gráfico (2) demostras que dentre as 4 candidatas, apenas a protease 2 obteve níveis aceitáveis de inativação, sendo assim, será eleita para os próximos passos para definição do melhor produto a ser aplicado.

As principais proteínas de armazenamento no milho são zeína e kaferina (McDonald et al., 1990). Zeína é quantitativamente a mais importante e é deficiente em aminoácidos indispensáveis, como o triptofano e lisina. Existem quatro tipos de zeinas - alfa, beta, gama e delta, estas por sua vez tem um papel importante pois encontram-se encapsulando a superfície dos grânulos de amido do milho, sendo que alfa e beta zeinas penetram no endosperma, enquanto beta e gama formam ligações cruzadas resultando em amido “hidrofóbico” (Hoffman e Shaver, 2008). Essas proteínas são responsáveis diretas pela formação da matriz externa do amido, podendo influenciar sua digestibilidade diretamente.

A adição de proteases exógenas pode representar um potencial desejável em suplementar a atividade proteolítica em animais jovens, liberando peptídeos menores e facilitando a ação das enzimas endógenas. Além de auxiliar na inativação de fatores proteináceos anti-nutritivos, derivados de encapsulamento e retrogradação do amido, geralmente atribuídos a temperatura de secagem e processos de térmicos (peletização e expansão) podem ainda degradar proteínas como zeína e kafirina (DARI, 2006). Contribuindo de forma significativa para degradação da matriz que envolve o grânulo de amido, liberando-o para ação das enzimas endógenas.

Determinação do nível de aplicação.

É Sabido que existe um limiar de funcionamento das enzimas, a partir do qual não se observa mais efeitos benéficos sobre o substrato de ação em detrimento a melhora de digestibilidade das dietas, ou seja, a relação substrato:enzima é fundamental para verificar o melhor nível de aplicabilidade dos produtos. Desta forma, o gráfico abaixo, demostra o efeito do nível crescente de uma protease sobre a digestibilidade da dieta contendo milho e Farelo de soja. (Gráfico 4). Este estudo concluiu que 5000 u/g de protease, foi suficiente para melhorar em 3% a digestibilidade total de aminoácidos da dieta. Valores acima, não produz efeito de melhora em digestibilidade de aa e consequentemente não refletirá os efeitos no desempenho das aves, o mesmo raciocínio é valido para os níveis inferiores.

Para uma protease ser eficiente é necessário que sua atividade biológica resista aos rigores de fabricação, à estocagem da ração e ao baixo pH.

Efeito sobre outras enzimas?

A interação de protease com outras enzimas é um dos passos mais importante a serem avaliados, visto que, toda enzima é uma proteína e ao adicionar enzimas com fitase, amilase, xilanase ou outras, deve-se ter dimensionado o efeito da protease em conjunto com as demais, uma vez que ela pode degradar as demais enzimas e não trazer o efeito tão desejado com a associação das enzimas. No gráfico 3, pode-se notar que a protease 1 em conjunto com adição de amilase + xilanase, provavelmente ocasionou a destruição das demais enzimas e o não benefício do uso em conjunto das mesmas. A protease 2, mostrou-se neste caso mais efetiva em atuar no substrato e não prejudicou a ação das demais enzimas. Portanto a interação de uma protease com as demais enzimas, é fundamental e determinar sua utilização quando combinada com outras enzimas.

Conclusão.

O uso de protease em dietas para aves e suínos tem demostrado efeitos significativos e positivos, relacionados principalmente a melhoria das fontes de origem vegetal, colaborando principalmente na desativação de fatores antinutricionais. A escolha do produto tem que levar em consideração os efeitos relacionados a dose em função do substrato e a interação entre outras enzimas utilizadas na nutrição animal, afim de definir a melhor estratégia e combinação entre os produtos para o melhor benefício económico.

  • Julio Carvalho

    Julio Carvalho

    Zootecnista, Dr. em Nutrição de Monogástrico e Gerente de Produtos de Aves na Nutron Alimentos

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