ácidos orgânicos produção animal

O uso de ácidos orgânicos como aditivo conservante de alimentos e promotor de crescimento tem sido empregado há muitos anos na produção de aves e suínos. Nessa categoria de aditivos encontram-se os ácidos graxos de cadeia curta (SCFA - do inglês, Short Chain Fatty Acids) e os ácidos graxos de cadeia média (MCFA - do inglês, Median Chain Fatty Acids). No grupo dos SCFA encontram-se principalmente os ácidos propiônico, fórmico, acético, cítrico, lático, benzóico e fumárico, enquanto que no grupo dos MCFA encontram-se os ácidos cáprico, caprílico, capróico e láurico.

Ácido Propiônico:

O ácido propiônico atua principalmente em fungos e leveduras, porém também apresenta ação contra algumas bactérias e é muito utilizado para preservação de alimentos por apresentar um elevado pKa (aprox 4,9), o que o torna particularmente efetivo em faixas de pH que variam de 5,5, a 6,5, podendo manter seu poder protetor em pH superior.

Ácido Fórmico:

O ácido fórmico atua principalmente em leveduras e bactérias como Bacillus spec .E. coli e Salmonella, sendo pouco efetivo contra Lactobacillus e fungos (Dallagnol, 2009). Esse ácido atua no metabolismo microbiano intermediário e sua ação ocorre por dois processos: redução do pH do meio e ação bactericida dos íons formato. Quando ingerido pelo animal, grande parte do ácido entra no metabolismo e uma pequena parte é excretada pela urina (BASF, s.a.).

Ácido Acético:

O ácido acético tem sido utilizado juntamente com outros SCFA como promotor de crescimento desde a década de 1960, a fim de melhorar performance e controlar patógenos intestinais, muitas vezes associado com antibióticos (Mroz, 2002).
Como conservante esse ácido inibe o crescimento de muitas espécies de bactérias e, em menor extensão fungos e leveduras.

Ácido cítrico:

O ácido cítrico tem sido utilizado em dietas de leitões e de porcas, sendo que nos primeiros melhora a taxa de crescimento e eficiência alimentar (Risley ET AL, 1992 e Krause et AL., 1994), enquanto que na segunda categoria tem sido utilizado para controle de infecções urinárias, na dosagem de 70 mg/ animal/ dia (Straw ET AL., 1999)

Ácido lático:

O ácido lático é produto da fermentação microbiana no trato gastrointestinal dos animais e pode ser rapidamente absorvido no intestino delgado ou no intestino grosso por difusão passiva, porém é pobremente metabolizado (Mroz, 2002). Esse ácido possui ação antimicrobiana primária em bactérias, porém pode ser metabolizado por alguns fungos (Mroz, 2002).

Ácido benzóico:

O ácido benzóico tem sido utilizado como conservante antibacteriano ou antifúngico de alimentos e sua adição em dietas pode provocar a queda do poder tampão destas e consequentemente provocar a acidificação da urina (Mroz, 2000). Segundo Den Brock (1997) o ácido benzóico é totalmente eliminado na urina, atuando como bactericida na proliferação bacteriana na bexiga.

Ácido fumárico:

Dados da literatura têm apontado que a utilização de ácido fumárico em dietas para leitões tem efeito no desempenho dos animais, melhorando a taxa de crescimento e eficiência alimentar, porém Krause et AL (1994) observaram efeito desse ácido como promotor de crescimento nas duas primeiras semanas após o desmame. Por sua vez, Mroz (2000) observou efeito positivo desse ácido na digestibilidade ileal aparente de aminoácidos e na retenção de nitrogênio em suínos nas fases de crescimento e terminação.

MCFA:

MCFA's são ácidos carboxílicos que contém mais de 6 carbonos. Estudos têm demonstrado que a eficácia antimicrobiana de um ácido é melhorada conforme se aumenta o tamanho de sua cadeia carboxílica e seu grau de insaturação (Mroz, 2002) e que o uso de tricilglicerídeos (TGA's) contendo MCFA's em dietas para leitões resulta em ambiente fisiológico que regula e estabiliza a microbiota gastrointestinal (Dierick et al, 2002). Van Immerseel et al. (2006) sugerem que essa categoria de ácidos é muito mais efetivos contra Salmonella que os SCFA.

Van Immerseel et al. (2003, 2004) observaram que 25 mM de MCFA é bacteriostático para S. enteritidis, enquanto que a mesma cepa é tolerante a 10 mM de SCFA. Dentre os MCFA, Sprong et al. (2001) sugerem ação bactericida para os ácidos caprílico e o cáprico em comparação com os demais ácidos de cadeia média. De forma geral, os ácidos orgânicos atuam como promotor de crescimento no animal promovendo:

Redução do pH estomacal:

Essa ação favorece a eficiente digestão de proteína em animais jovens que têm ineficiente produção de ácido clorídrico no estômago. Além desse efeito direto, a presença de digesta de baixo pH e pepsina no duodeno estimulam a secreção de bicarbonato e de enzimas pancreáticas, que podem auxiliar o processo de esvaziamento gástrico (Cunningham, 1992) e na absorção de nutrientes no Intestino.

Alguns estudos têm demonstrado que os SCFA, por terem pH variando de 3 a 5 possuem eficácia maior no duodeno proximal que no distal (Mroz, 2002), porém podem manter sua ação antimicrobiana em faixas de pH mais elevadas.

Melhoria do Desempenho:

A ação dos ácidos reduzindo o pH do trato gastrointestinal estimula a secreção de suco pancreático, tripsina e quimiotripsina (Thaela et. al., 1998; citados por Silva, 2002), promovendo o aumento da digestibilidade das dietas, assim como a digestibilidade ileal verdadeira dos aminoácidos (Partanen, 2001).

Eckel et al (1992; citados por Partanen, 2002) observaram que a suplementação de dietas complexas com 0,6 a 2,4% de ácido fórmico promoveu aumento significativo de 2,6 a 4,0% na digestibilidade da Proteína Bruta. Em outro teste foi observado melhoria na digestibilidade da energia quando os animais receberam 1,8 a 2,4% desse ácido. Outros trabalhos têm demonstrado o efeito da inclusão de 1,5 a 3,0% de ácido cítrico na melhor digestibilidade de cálcio em leitões.

Efeito anti-microbiano:

A inibição da proliferação de enterobactérias ocorre tanto pelo efeito do ácido na capacidade de reduzir o pH do meio quanto pelo seu poder de dissociação e efeito bactericida dos íons formados.

Blanchard (2000) observou que a atividade de microorganismos benéficos é maximizada em faixas de pH que variam de 3,5 a 4,0 enquanto que a atividade de microorganismos patogênicos como E.coli e Salmonella é reduzida nessa faixa de pH, conforme exposto na figura 1.

Figura 1: efeito dos pH no meio sobre a multiplicação microbiana

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Bolduan et al (1988b; citados por Ribeiro, 1996) observaram que o uso de ácidos orgânicos reduz a população de coliformes ao longo do trato gastro-intestinal.Dessa forma, os ácidos atuam selecionando os microorganismos da microbiota pela redução do pH gástrico (Walsh et at, 2004). Outra forma de ação dos ácidos no controle microbiano refere-se à capacidade de alterar sua forma em dissociada e não dissociada em função do seu potencial de dissociação (pKa) e do pH do meio (Partanen e Mroz, 1999). Sucintamente, o pKa representa a faixa de pH do meio em que um ácido (ou uma base) se encontra 50% dissociado (figura 2). Pesquisas tem demonstrado que os ácidos na forma não dissociada são lipofílicos e portanto melhor absorvidos pelas células, pois são transportados passivamente pela membrana citoplasmática (Clark e Cronan, 2005; Partanen, 2002).

Figura 2: pKa do ácido lático

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Dessa forma, a capacidade preservante de um ácido depende da relação entre seu pKa e o pH do meio e, portanto, ácidos com faixas de pKa mais elevados têm maior capacidade preservante. Essas informações confirmam a vantagem de se utilizar misturas de ácidos (de diferentes faixas de pKa) como aditivos conservantes de alimento e/ou promotor de crescimento por apresentar uma capacidade protetora maior que o uso de ácidos isolados. A tabela 1 apresenta valores de pKa e grau de solubilidade em água para alguns ácidos orgânicos.

Tabela 1: Valores de pKa e grau de solubilidade para alguns ácidos orgânicos

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Uma vez absorvido pela célula bacteriana, os ácidos se dissociam resultando no acúmulo de ânions polares dentro da célula (Kussel e Diez-Gonzales, 1998; citados por Partanen, 2002). Na tentativa de reestabelecer a homeostase celular o microorganismo inicia um processo de retirada dos prótons (K⁺) acumulados em seu interior pela ação da bomba de ATPase, que, por ser um processo ativo, promove o esgotamento e morte da bactéria (Gauthier, 2005). Essa teoria está esquematizada na figura 3.

Figura 3: Esquema da ação dos ácidos orgânicos em bactérias gram negativas.

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A ocorrência desse tipo de controle microbiano depende da presença do ácido no lúmen gastro-intestinal e, a maioria das pesquisas indicam que seus efeitos sobre a microbiota e pH do meio são mais evidentes na porção proximal do trato digestório, ou seja, estômago e intestino delgado. Canibe et al (2001) e Schwarzer (2005) concluíram que esses aditivos podem exercer considerável poder bactericida, mesmo quando não há redução significativa do pH do trato gastro-intestinal. Segundo dados da literatura a atividade antimicrobiana do MCFA se baseia em dois modos de ação. O primeiro, assim como os SCFA, refere-se à capacidade de se difundir através da membrana citoplasmática na forma não dissociada. Van Hees e Van Gils (2002) sugerem que por possuírem mais carbonos em sua cadeia são mais lipofílicos que os SCFA.

O segundo modo de ação refere-se a um sistema conhecido como "efeito desacoplador". Este efeito tem sido extensivamente usado em leveduras e está descrito esquematicamente na figura 4, que demonstra detalhadamente a membrana citoplasmática e o processo de desaclopamento. O MCFA interage com a membrana, inserindo-se no interior hidrofóbico, aumentando a polaridade dessa região e enfraquecendo a barreira hidrofóbica para a troca livre de íons H⁺ (Correia et al., 1989).

Figura 4: Efeito desacoplador das membranas celulares, dos MCFA´s

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Alguns autores sugerem que o processo de desacoplamento promova o refluxo passivo de prótons pelos canais de ATPase e outros sugerem que os MCFA são os carreadores de prótons para o interior celular (Stevens e Servaas Hofmeyer, 1993). De qualquer forma, isto resulta em redução na síntese de ATP, que é uma importante fonte de energia para as funções celulares (Kabara, 1993). Desaclopamento refere-se também ao desarranjo de elétrons transportados da síntese de ATP (Stratford e Anslow, 1996). Outros trabalhos sugerem ainda que os ácidos orgânicos alterem a expressão gênica dos receptores intestinais para as diferentes espécies de microorganismos patogênicos.

Morfologia Intestinal:

Estudos têm avaliado o efeito dos ácidos fórmico, propiônico, lático, cítrico e seus sais correspondentes e, em menor intensidade o butírico como fatores tróficos do epitélio intestinal (Kdnudsen et al, 2003).Mroz (2005) observou que o butirato promove o aumento na proliferação celular auxiliando na integridade do epitélio enquanto que Smith et al (1998) observaram que o uso desse ácido influencia na maturação e diferenciação celular. No entanto Namklung et al (2004) não observaram efeito na morfologia intestinal de leitões pela utilização de ácido fórmico, acético, lático e cítrico.

Uso de Sais de Ácidos Orgânicos:

Segundo Dallagnol (2009) os sais de ácidos orgânicos têm vantagens em relação aos ácidos puros por serem geralmente inodoros e mais fáceis de manejar no processo de fabricação da ração, além de terem menor efeito negativo sobre o consumo em relação aos seus ácidos puros, quando empregado em doses elevadas. De forma geral, os ácidos orgânicos são classificados como fracos, ou seja, pertencem a um grupo de ácidos que se ionizam parcialmente quando diluídos em água, estabelecendo com ela um equilíbrio químico. Da mesma maneira que os ácidos, as bases também são classificadas em "forte" e "fraca" segundo sua capacidade de dissociação em meio aquoso. Bases fortes são aquelas que se dissociam por completo em água enquanto que as bases fracas se dissociam parciamente em solução aquosa. Os hidróxidos de metais alcalinos e metais alcalinos terrosos (elementos químicos pertencentes aos grupos IA e IIA da tabela periódica, respectivamente) são classificados como bases fortes enquanto que os hidróxidos dos demais elementos da tabela periódica são classificados como bases fracas (por exemplo o hidróxido de nitrogênio, também conhecido como amônia) (figura 5).

Figura 5: Tabela periódica

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Um sal é formado pela reação entre um ácido e uma base, através da reação de neutralização e pode ser classificado em "neutro", "ácido" e "básico". Sais neutros são aqueles formados pela reação entre um ácido forte e uma base forte e, por assim serem, não se hidrolizam quando dissolvidos em água (figura 6). Por sua vez, um sal ácido é formado em uma reação entre um ácido forte e uma base fraca e, portanto, quando dissolvidos em água, ele hidrolisa liberando íons H⁺ reduzindo o pH da solução, tornando-a ácida (figura 6). Quando a reação ocorre entre um ácido fraco e uma base forte, o sal formado é denominado básico, pois quando dissolvido em água libera íons OH^-, tornando a solução básica (figura 6).

No entanto, quando a reação ocorre entre um ácido fraco e uma base fraca, quando o sal formado é hidrolisado resulta em equilíbrio entre íons H⁺ e OH^-. esse tipo de reação é denominada de solução tampão (figura 7). Dessa forma, entende-se que a reação não neutraliza a capacidade do ácido retornar a sua forma pura quando ingerido pelos animais, fazendo com que na forma de sal, ele fique mais adaptável ao manuseio do que na forma pura, além de protegê-lo, pela relação de pKa da base, da neutralização completa pela variação de pH ao longo do trato digestório, funcionando como um sistema tampão.

Figura 6: Reação de formação de sais e suas classificações:

Figura 7: Solução Tampão

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Assim como para os ácidos, o pKa das bases e dos sais determina sua capacidade de ionização segundo o pH do meio em que se encontra. Sais de amônia possuem elevado pKa e por isso, em meios ácidos, como o estômago, apresenta-se em sua maioria na forma não dissociada (por exemplo, o sal formiato de amônio, dissolvido no estômago apresenta-se em 40% na forma de ácido fórmico e 60% na forma de formiato de amônio) (Selko, BV, s.a.). No duodeno, o suco pancreático neutraliza o ácido clorídrico e o ácido fórmico livre presentes na digesta, porém a porção do ácido protegido na forma de sal continua ativa.

No íleo, cujo pH se encontra entre 6,5 - 8,0 o sal formato de amônio começa a se dissociar. A um pH de 7,5, 2% do sal é dissociado em NH₃⁺ e íon formato, que reage com íons H⁺ e produz ácido fórmico (Selko BV, s.a.). No caso do formato de sódio, em faixas de pH elevadas há menos íons H⁺disponível para a formação de ácido fórmico na forma não dissociada. Os benefícios da reação entre o ácido e o hidróxido de hidrogênio sobre a reação do mesmo com o hidróxido de sódio referem-se ao fato de que com a amônia, o poder ionizante permanece no intestino como doador de prótons. Na situação descrita acima há formação constante de ácido fórmico na forma não dissociada ao nível das vilosidades sendo diretamente absorvido pelas bactérias patogênicas e consequentemente resulta no estímulo do crescimento de bactérias benéficas.

Conclusão:

Assim, percebe-se a importância do uso de blends de ácidos orgânicos como aditivo, tanto na preservação de alimentos como na promoção da saúde e desempenho de aves e suínos por se entender que cada ácido tem seu espectro de ação e permanecem ativos (na forma não dissociada) em faixas de pH distintos e, que, se houver intenção de se utilizar sais de ácidos orgânicos deve-se entender como ocorrem as reações de neutralização, respeitando-se as particularidades químicas de cada composto envolvido a fim de se obter o máximo da ação do ácido como antimicrobiano e melhorador de desempenho.