nota tecnica bio formula 100704(1)

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NOTA TÉCNICA

BIOFÓRMULA TECNOLOGIA AGROPECUÁRIA LTDA

GOIÂNIA - GO

Roberto D. Sainz, PhD

5 de julho, 2010

Nota técnica – BioFórmula

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Este documento apresenta algumas bases técnico-cientificas para o uso de microorgranismos probióticos na alimentação de bovinos, bem como argumentos para a sua proteção mediante a microencapsulação. Este produto contém microorganismos probióticos e 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

Veículo

Eficácia de bactérias probióticas na alimentação de bovinos

Segundo Tannock et al. (2000), probióticos são “microorganismos vivos que transitam o trato gastro intestinal, e ao fazê-lo beneficiam a saúde do consumidor”. Tal definição difere daquelas mais antigas, que eram focadas na interação entre os novos microorganismos e aqueles nativos da flora intestinal (Fuller, 1989). Para que tais microorganismos exerçam os benefícios desejados ao consumidor, é necessário que eles permaneçam viáveis até o momento em que ele possa ser consumidos em altas quantidades, e que 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 da União Européia, vários são os microorganismos permitidos na nutrição animal. Tais microorganismos 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 espécies são reconhecidas mundialmente, e em especial na Europa e nos Estados Unidos, como sendo GRAS (Generally Recognized as Safe, ou Geralmente Reconhecidas como Seguras). Todas essas 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


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nutrição animal são o aumento dos parâmetros de produtividade e melhores condições sanitárias (Breul, 1998).

O efeito da suplementação de probióticos em performance de bovinos tem sido revisado por diversos autores (Martin e Nisbet, 1992; Jouany, 1994; Newbold, 1995; Yoon e Stern, 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 a eficácia das culturas L. acidophilus, L. plantarum, L. casei, e S. faecium em bezerros submetidos a vários tipos de estresses, como desmame, transporte, vacinação, castração e retirada 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% e 6,3% maiores do que o controle, para ganho médio de peso diário, consumo alimentar e eficiência alimentar, respectivamente (citado por Krehbiel et al., 2003). Em experimento mais recente 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 peso diário entre bezerros que receberam o probiótico e o controle. No entanto, os animais que receberam o suplemento durante o seu primeiro tratamento antimicrobial não tiveram que receber um segundo tratamento em 96h. Em animais alimentados sob sistema de criação intensivo, 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 e eficiência alimentar (Swinney-Floyd et al., 1999; Rust et al., 2000; Elam et al., 2003). Em seu experimento, Elam et al. (2003), também constatou uma diminuição na incidência de Escherichia coli O157 ( a cepa hemorrhágica) nas fezes e na pele dos animais alimentados com probiótico, mesmo resultado obtido por Zhao et al. (1998).

Embora a suplementação com probióticos resultou em aumento na produção de leite e seus componentes, melhor eficiência alimentar e maior ganho de peso, e maior resposta imunológica, as respostas dos animais tem sido inconsistentes. Além disso, os estudos conduzidos em bovinos de leite são de difícil comparação, uma vez que foram empregados diferentes organismos, em diferentes quantidades e combinações (Raeth-Knight et al., 2007). Outras divergências quanto aos experimentos realizados são, os diferentes níveis de suplementação, composição da dieta, consumo alimentar, freqüência da alimentação, junto com 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 de probióticos. Em experimento realizado com vacas de leite supplementas com Enterococcus faecium e levedura, 20d pré-parto até 70d pós-parto, o consumo de matéria seca, a produção de leite e a porcentagem de proteína no leite foram maiores que os obtidos pelos animais controle (Nocek et al. 2003). Todavia, segundo revisão de McGilliard e Stallings (1998), a produção de leite para vacas suplementadas com Aspergillus oryzae não produziu nenhum efeito significativo (Harris, et al., 1983; Denigan, 1992; Sievert e Shaver, 1993; Varel e Kreikemeier, 1994). A incidência de diarréia em bezerras do tipo leiteira alimentados com Lactobacillus e Streptococcus (Bechman et al., 1977; Maeng et al., 1987; Fox, 1988) e Lactobacillus acidophilus (Abu-Tarboush et al. 1996) foi menor do que os animais que não receberam algum tipo de probiótico (citado por Krehbiel, 2003).

O modo de ação dos probióticos ainda não foi precisamente definido, ainda que vários mecanismos tenham sido sugeridos (Raeth-Knight et al., 2007). Dentre eles, destacam-se, a alteração 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


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regulação 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 do hospedeiro, e funcionam da mesma forma. Além da flora ruminal nos animais com esse tipo de trato digestivo, todos os animais possuem uma flora ativa nos intestinos. Essa flora benéfica inclui Lactobacillus, Bifidobacterium, Enterococcus, Bacteróides e Eubacteriaceae e E. coli (Johnsson e Conway, 1992). Estas e outras bactérias encontram-se no lúmen, na mucosa e aderidas às células epiteliais da parede intestinal (Tannock, 1997). Apesar de que é sabido que estas bactérias benéficas ajudam a reduzir a população de bactérias patogênicas, os mecanismos exatos não são bem conhecidos. Provavelmente, estes incluem a exclusão competitiva (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 de toxinas (Nicoli e Vieira, 2000; Budiño, 2007; Junqueira e Duarte, 2008). A flora microbiana também tem efeitos diretos e indiretos no sistema imune, através de interações celulares ou metabólicas. Algumas bactérias intestinais são capazes de aumentar a produção de anticorpos, ativar macrófagos, estimular a proliferação de células T e a produção de interferon (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 probióticos dentro do sistema no qual será utilizado. Ainda, o seu uso em sais minerais irá depender do desenvolvimento de tecnologias apropriadas de micro-encapsulação, conforme descrito abaixo.

Tecnologia de microencapsulação

A microencapsulação é definida como o processo pelo qual pequenas partículas de ingredientes ativos, sejam eles na forma gasosa, líquida ou sólida, são envoltos por um outro material com o propósito de sua proteção perante ao um determinado ambiente (Hegenbart, 1993; Franjione and Vasishtha, 1995). As microcápsulas, as quais podem variar desde um micron (mil vezes menor que um milímetro) até 7 milímetros, liberam seu conteúdo após um tempo determinado, de acordo com a sua função (Shahidi and Han,1993; Franjione and Vasishtha, 1995). Os ingredientes ativos podem ser liberados das cápsulas através de diversos mecanismos, tais como, o rompimento da membrana capsular, dissolução da membrana, fusão da membrana, ou difusão através da membrana. Outros mecanismos existentes são a ablação (lenta erosão da membrana), e a biodegradação (Franjione and Vasishtha, 1995).

Existem diversas técnicas de microencapsulação, entre as quais destacam-se a


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extrusão, a secagem por atomização (spray drying), e a emulsão. A extrusão é um processo bastante simples, que envolve a preparação de uma solução hidrocolóide, à qual se adicionam os microrganismos (ingrediente ativo). A suspensão de células é extrudida deixando cair gotas, 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 em laboratórios, porém sistemas de produção em alta escala, utilizando-se centrifugador com diversas agulhas, tem sido desenvolvido (Kailasapathy, 2002).

Spray drying é o método de microencapsulação mais utilizados na indústria de alimentos, devido à sua economia, flexibilidade e a produção de produtos de qualidade (Kailasapathy, 2002). O processo envolve a dispersão do ingrediente ativo em uma solução de polímero, acompanhado de uma homogeneização do líquido, e uma atomização da mistura através de uma câmara de secagem. Tal processo provoca a evaporação do solvente e formação de uma matriz do tipo microcápsulas. A desvantagem do processo é que a alta temperatura empregada pode ser prejudicial a culturas de bactérias probióticas. Todavia, ajustes adequados e o controle das condições do processo podem resultar na encapsulação viável de partículas desejadas em grande escala (Kailasapathy, 2002).

A técnica de emulsão é a mais utilizada na produção de cápsulas de bactérias probióticas quando produzidas em pequena escala (Kailasapathy, 2002). Tal processo consiste em adicionar um pequeno volume de uma solução contendo células (ingrediente ativo) e polímeros (fase aquosa) à um grande volume de óleo vegetal (fase orgânica). A mistura é então homogeneizada, formando uma emulsão do tipo água-em-óleo. O polímero hidrossolúvel deve ser insolubilizado (p.ex. com cloreto de cálcio) para que forme pequenas partículas de gel no seio da fase de óleo. O material é filtrado, recolhendo-se as microcápsulas. Quanto maior a fase interna das partículas da emulsão, menor será o tamanho das microcápsulas recolhidas na filtração. O tamanho das microcápsulas também pode ser controlado 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 maioria vive em simbiose com o hospedeiro e os outros componentes da flora microbiana. Em alguns casos, podem ter um papel patogênico (ex., Candida albicans). Existem ainda outras espécies que não se encontram normalmente no trato digestivo, nem são patogênicos, mas que têm efeitos positivos na utilização de nutrientes. Dentre estes, destaca-se o Saccharomyces cerevisiae, a levedura utilizada industrialmente na fermentação alcoólica e portanto amplamente disponível.

Há uma vasta literatura sobre o uso da levedura na alimentação animal. Os benefícios da inclusão de levedura na dieta incluem uma melhoria na digestão de fibras (Beauchemin et al., 2000) e carboidratos, melhor eficiência alimentar, maior producão de leite, e uma acão detoxificação. Na média, as publicações de pesquisa têm mostrado benefício na nutrição de ruminantes (termos de ganho de peso e produção de leite) com aumentos de 7 a 8%. Esses efeitos 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


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variáveis com aumentos de 2 a 30%. As respostas para ganho de peso apresentaram em média 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 faltam informaçoes conclusivas. Há indícios que as leveduras atruam no rúmen para estabilizar a fermentação, com um aumento no número de bactérias celulolíticas, e das bactérias que utilizam o ácido lático, explicando em parte o aumento da quebra das fibras e aumento da estabilidade na fermentação Wallace (1994). Outras mudanças no padrão de fermentação ruminal podem incluir uma maior estabilidade no pH e uma redução na amônia, com maior digestão de fibras, consumo de matéria seca e conseqüentemente aumento na produção de leite Simas e Nussio (2001).

Além do aumento observado na produção de leite, as leveduras podem ser utilizadas para bovinos em fase de crescimento. O fornecimento via oral de S. cerevisiae resultou em maior 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 com bezerros e bezerras recebendo por via oral 2 x 106 UFC/dia de S. cerevisiae, com ganhos médios diários comparados ao controle de : 0,60 x 0,51; 0,63 x 0,55; 0,55 x 0,44 kg, para os experimentos 1, 2 e 3 respectivamente.

O uso de culturas de leveduras vivas na nutrição de bovinos nem sempore apresenta resultados favoráveis – quando estes ocorrem, incluem uma melhoria na digestão de nutrientes, alteração nas concentrações de amônia e AGV, na ingestão de matéria seca, na produção (leite e ganho de peso) e na composição do leite. Mais consistentes são a redução de 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 de leite variando de 4 a 17%, ou 0,3 a 2,9 kg/vaca/dia. Para animais em crescimento a levedura funciona mais como um probiótico no intestino delgado do que melhorando a eficiência alimentar (Barbosa et al., 2006). Entretanto, há uma necessidade de mais pesquisas nesta área.

Prebioticos

Estes são ingredientes não digeridos pelas enzimas digestivas normais, mas que atuam estimulando e alimentando seletivamente o crescimento e/ou atividade de bactérias benéficas no intestino. Os prebióticos estimulam o crescimento e/ou ativam o metabolismo de algum grupo de bactérias benéficas do trato intestinal; constituem o “alimento” das bactérias probióticas. 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.


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Figura 1. Modo de ação dos prebióticos. Fonte: Junqueira e Duarte, 2008

Um componente prebiótico que está sendo amplamente utilizado na nutrição animal é o MOS (mannan oligossacarídeo). Estas macromoléculas geralmente são derivadas das paredes celulares das leveduras (Figura 2), o qual leva a crer que ao menos parte dos efeitos benéficos 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 como substratos para a alimentação das bactérias benéficas do trato digestivo, potencializando assim a ação dos probioticos.

O BioFórmula contém substâncias prebióticas na forma de levedura inativa, bem como na forma mais purificada de MOS.


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Figura 2. Estrutura da parede celular de Saccharomyces cerevisiae. Fonte: Junqueira e Duarte, 2008

Enzimas digestivas

Um fator limitante na produção de leite e carne de ruminantes é a degradação das paredes celulares fibrosas das plantas forrageiras. Este material seria indigestível para um não ruminante, porque o animal não possui as enzimas necessárias para digerir seus componentes principais (celulose, hemicelulose, β-glucanos). Já o ruminante, através dos microorganismos ruminais, é capaz de quebrar estes polímeros e utilizar seus monômeros. Mesmo assim, a atividade enzimática do rúmen pode estar aquém das necessidades para otimizar o nível de produção. Os aditivos enzimáticos são geralmente oriundos de fermentações bacterianas ou fungais. O aumento na produção em animais que recebem estes aditivos é devido ao aumento na digestão da fibra alimentar, com o consequente aumento na ingestão de energia digestível.


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Alguns aditivos enzimáticos e suas funções

Enzimas Funções

Celulase 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 xilanase

Quebram as ligações entre xilanos da hemicelulose, liberando os 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 uma limitação na digestão de fibra, e portanto a energia se torna o nutriente mais escasso. Em sua revisão, Beauchemin et al. (2003) mostra melhorias variando de +1% a +9% no ganho de peso, e de -6% a -12% na conversão alimentar. Para vacas leiteiras, a inclusão de aditivos enzimáticos na dieta provocou aumentos na produção de leite entre +6% e +16%. Em todos os casos, houve aumentos nas digestibilidades da matéria seca e da fibra em detergente neutro da dieta (Beauchemin et al., 2003).

Em um trabalho realizado recentemente no México, Gomez et al. (2002) avaliaram os efeitos da suplementação de novilhas a pasto com cana picada + uréia, com ou sem a adição de enzimas fibrolíticas. A suplementação aumento o ganho de peso em 41% (de 482 a 682 g/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 a eficácia 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 vários aspectos da fisiologia do animal. As bactérias probióticas servem para estimular o sistema imune, competir com as bactérias patogênicas do trato digestivo e deslocá-las dali. Para maximizar a sua sobrevivência até chegar ao intestino delgado, as bactérias probióticas foram microencapsuladas de forma a protegê-las do sal mineral e da ação do ácido no estômago. A levedura viva tem efeitos benéficos na fermentação ruminal. Estes microorganismos estão acompanhados por um complexo de substâncias prebióticas, na forma de levedura inativa e de MOS, as quais servem para adsorver bactérias patogênicas, melhorar a saúde da parede intestinal, e estimular o sistema imune. Finalmente, o BioFórmula conta com três enzimas para 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 do rebanho produtivo.


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nota tecnica bio formula 100704(1)

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