La estrategia detoxificante de micotoxinas en la producción animal se enfoca primordialmente en el uso de agentes que puedan suprimir o reducir la absorción de la micotoxina, promover su excreción o modificar su mecanismo de acción. Dentro de esta gama de acciones, los adsorbentes se han utilizado extensamente como aditivos alimenticios, incluyendo en este grupo a los aluminosilicatos, bentonitas, zeolitas, sepiolitas, diatomita, polivinilpirrolidona, colestiramina y carbón activado. No obstante, la aplicación de estos elementos tiene ciertos límites y, la mayor parte de ellos, no se degradan en el ambiente cuando son evacuados. El uso de adsorbentes de origen natural es la alternativa emergente que ha demostrado ser simple, rápida, ecológica y menos costosa en comparación de los adsorbentes convencionales. Dicho esto, la biosorción es un concepto nuevo y secundario a la adsorción, donde el sorbente es una matriz de origen biológico. Varios estudios han reportado hallazgos exitosos in vitro, al utilizar biomateriales como los residuos agroindustriales para la adsorción de micotoxinas. En estudios in vivo, algunos de los residuos resultan ser eficaces para atrapar micotoxinas, reducir su biodisponibilidad y permitir su eficiente excreción a través de las heces. Acorde con lo expuesto, el uso de residuos agroindustriales parece ser una alternativa prometedora en el control de micotoxinas (Aguilar et. al, 2021).
Los residuos agroindustriales más comunes son: hojas, tubérculos, raíces, corteza, pulpa, semillas, hollejos, piedras y otros. Además de su amplio contenido nutricional, estos materiales poseen poros y estructuras multicapa con cavidades y canales que proveen de una extensa superficie para la unión con varias moléculas. Los residuos agroindustriales como las fibras, hollejos, cáscara de fruta y semilla han demostrado tener una función como secuestrantes de micotoxinas tanto in vitro como in vivo (Aguilar et. al, 2021). A continuación, se detallan algunos de los residuos agroindustriales utilizados como biosorbentes.
Tipos de residuos agroindustriales
1. Fibra dietética
La fibra dietética es la porción de las plantas compuesta por carbohidratos solubles e insolubles no digeribles y lignina, que resiste a los procesos de digestión y absorción en el intestino delgado, con una completa o parcial fermentación en el intestino grueso. La fibra intacta puede encontrarse en los alimentos, como vegetales, granos enteros, frutas, salvado de cereales, y harina.
Existen varias clasificaciones y elementos que forman parte del concepto de fibra dietética. Una de las maneras de clasificarla suele ser según su solubilidad. De acuerdo con esta característica, las fibras solubles son principalmente los polisacáridos sin celulosa, por ejemplo: galactomanano, pectina, mucílago y B-glucano. Por su parte, las fibras no solubles constituyen la pared celular vegetal, y dentro de este grupo destaca la celulosa, lignina y hemicelulosa (Aguilar et. al, 2021). Las fibras dietéticas como secuestrantes de micotoxinas en el intestino se han estudiado desde el año 1980, reportando que el consumo de estos elementos fibrosos disminuye la incidencia de micotoxicosis en animales.
En 2011, un grupo de investigadores patentó el uso de fibras vegetales de grano muy fino para reducir la biodisponibilidad de micotoxinas en animales (Tangni et. al, 2011). Se ha reportado que las fibras de trigo micronizadas, tuvieron potencial para reducir la biodisponibilidad de AFB1 y OTA. Además, los investigadores también encontraron que el utilizar fibras dietéticas incrementa la excreción fecal de un 15 a un 35%. A pesar del efecto que tienen las fibras dietéticas como biosorbentes, su efectividad se puede ver mermada por la ocurrencia de ciertos factores, como las bacterias. Modelos digestivos realizados in vivo se han implementado para mimetizar las condiciones fisiológicas del tracto gastrointestinal, incorporando enzimas digestivas, pH, concentración salina, tiempo de digestión, entre otros. Por medio de este sistema, se observó que las bacterias (sobre todo en colon) tienen la capacidad de fermentar ciertas fibras, provocando una mayor exposición del intestino a las micotoxinas e incrementando su biodisponibilidad. En contraste, las fibras de baja fermentación (como la celulosa) presentan mejores resultados ante la acción bacteriana.
Otras fibras como el chitosan y los B-(1,3) glucano, también reducen el bioacceso de micotoxinas al colon y resisten la fermentación por bacterias. Cabe mencionar que algunas líneas probióticas tienen un efecto secuestrante de toxinas, por lo que, la combinación de estos organismos probióticos y las fibras no fermentables puede tener un efecto reductor en la biodisponibilidad de micotoxinas en los intestinos (Aguilar et. al, 2021).
2. Hollejos
Los hollejos son subproductos del procesamiento de frutas y vegetales. Por lo general, son residuos de paredes celulares, semillas o tallos. En la adsorción de micotoxinas, los hollejos de uva y aceituna se han utilizado ampliamente. Los hollejos de uva son el resultado del proceso de vinificación y se componen de los residuos de pulpa, semilla o corteza tras presionar o fermentar las uvas (Vázquez et. al, 2022). Estos residuos suelen contener compuestos fenólicos, carbohidratos, fibras, lípidos, proteínas, vitaminas y minerales. De los estudios realizados en micotoxinas, el hollejo de uva ha reportado resultados prometedores en la adsorción de ZEA, AFB1 y OTA, en ensayos in vitro (Greco et. al, 2019). Esta propiedad de adsorción del hollejo de uva no se atribuye a la cantidad de taninos encontrados en su composición, sino a los compuestos fenólicos y la fibra presente, teniendo mejores resultados al atrapar aflatoxinas (Vázquez et. al, 2022). En el uso de estos biomateriales, los factores a considerar son las condiciones de pH, la presencia de enzimas, sales biliares y el tiempo de contacto, por la influencia en la desorción de toxinas. Tomando como ejemplo el pH, la adsorción de micotoxinas como AFB1 y ZEA por el hollejo de uva es estable en el rango de pH establecido por el tracto gastrointestinal de los animales monogástricos; pero cuando el pH cambia, la adsorción de micotoxinas como FB1 y OTA puede verse afectada (Aguilar et. al, 2021).
Finalmente, se establece que la adsorción de micotoxinas como AFB1 y ZEA a partir del hollejo de uva, ocurre por múltiples interacciones hidrofóbicas en sitios con afinidades similares. El mecanismo de adsorción es diferente dependiendo del material utilizado y la adsorción de micotoxinas puede variar conforme a la especie de uva original de donde proviene el residuo. Tal es el caso del hollejo de uva blanca que resulta ser el material más efectivo en la adsorción de micotoxinas comparado con el hollejo de uva roja. Otros hollejos que reportan capacidad de adsorción de micotoxinas incluyen los provenientes de los arándanos y las cerezas (Aguilar et. al, 2021).
3. Cáscara de frutas
La cáscara de frutas es uno de los residuos que se generan en grandes cantidades tras el procesamiento de la industria de alimentos. De forma in vitro, estos materiales se han utilizado para adsorber metales pesados, colorantes y remover micotoxinas. Las cáscaras que exhiben actividad de adsorción de micotoxinas provienen de la naranja, banana, limón, granada y durián. El uso de la cáscara de banana tiene cierta controversia, puesto que su capacidad para eliminar aflatoxinas, varía considerablemente (Aguilar et. al, 2021). Sin embargo, varios estudios mencionan que a medida que el tiempo de contacto de la cáscara de banana con la aflatoxina incrementa, la capacidad de adsorción aumenta (Ali et. al, 2019). A su vez, el uso de este residuo reduce los efectos negativos de las micotoxinas en el hígado y riñones. El mecanismo de adsorción de la cáscara de banana tiene lugar en toda su superficie a través de la formación de una monocapa. Cabe mencionar que los residuos agroindustriales, como las cáscaras de fruta, se componen de una cierta cantidad de compuestos bioactivos que además de su capacidad de adsorción in vitro, reducen los efectos de la micotoxicosis in vivo (Aguilar et. al, 2021).
4. Lignina y fibras micronizadas
La lignina es el constituyente principal de la estructura leñosa o xilema de la mayoría de las plantas terrestres. Su uso en la adsorción de micotoxinas se ha reportado en pocos estudios, no obstante, la literatura sugiere que su aplicación podría ser prometedora. Los estudios in vivo realizados con una dieta a base de lignina, encontraron que puede aliviar los efectos adversos del deoxinivalenol y zearalenona en pollos de engorde (Grešáková et.al, 2012). Asimismo, se ha reportado que la lignina reduce el efecto negativo de la toxina T-2, pero no se han encontrado modelos in vivo donde disminuya los efectos nocivos de las aflatoxinas. Según lo expuesto, la lignina posee grupos funcionales (OH) y una estructura de poros capilares que se asocia con las diferentes moléculas (Vázquez et. al, 2022). Las fibras micronizadas, por su parte, se encuentran constituidas por celulosa, hemicelulosa y lignina. Su rol efectivo como atrapante de micotoxinas también ha sido descrito. Se ha reportado, que las fibras micronizadas de trigo tienen la capacidad de descender los niveles de ocratoxina A en el plasma, riñón e hígado de cerdos (Aoudia et. al, 2009).
5. Aloe Vera
El Aloe Vera es una planta resistente a los períodos de sequía y forma parte de la familia Liliaceae. Esta planta ha servido para propósitos medicinales durante varios años, y lo más representativo es el gel que se extrae de la pulpa de sus hojas. El gel se compone de numerosos compuestos fitoquímicos, entre estos: vitaminas, enzimas, minerales, fenoles y polisacáridos. El gel exhibe propiedades germicidas (bactericidas, virucidas y fungicidas) y a su vez, funciona como adsorbente contra contaminantes orgánicos e inorgánicos. Pocos estudios han descrito su uso en micotoxinas, sin embargo, una de las investigaciones que utilizaron gel de hojas maduras de A. barbadensis encontró que tiene un poder efectivo en remover AFB1 en laboratorio simulando las condiciones del tracto gastrointestinal de las aves. De acuerdo con la literatura, el Aloe Vera reduce la biodisponibilidad de AFB1 en el intestino en un 69% (Vázquez et. al, 2022).
6. Horticultura
En virtud de la ineficacia de algunos biosorbentes en atrapar micotoxinas, se han propuesto investigaciones in vitro con el uso de residuos provenientes de la lechuga y la cola de caballo (Equisetum arvense L.; Ramírez et. al, 2021). Los residuos de estas plantas se han empleado en la eliminación de aflatoxinas, encontrando que la AFB1 se adsorbe perfectamente en ambos biomateriales, en proporciones que van del 70 al 100%. Se argumenta que el poder de interacción de estos residuos con la AFB1 se fundamenta en los grupos funcionales presentes en estos biosorbentes, al igual que la formación de complejos AFB1-clorofila. Otros mecanismos que intervienen sobre esta unión son las interacciones no electrostáticas (interacciones hidrofóbicas, dipolo-dipolo y puentes de hidrógeno) y electrostáticas (atracciones iónicas; Vázquez et. al, 2022). A pesar de conocer las acciones y mecanismos que ofrecen los residuos de la horticultura, aún se necesita medir la afinidad y eficacia de estos biosorbentes in vivo (Ramales et. al, 2016).
7. Otros residuos agroindustriales
El potencial de adsorción de las semillas de frutas y vegetales también se ha reportado. Estos residuos contienen cantidades significativas de nutrientes esenciales, compuestos fitoquímicos y fenólicos, fibras y también antioxidantes. Son las semillas de granada y uva, algunos de los ejemplos principales, que pueden adsorber hasta un 51 y 86% de ZEA y AFB1; incluso demostrando tener cierta capacidad para adsorber OTA y FB (Aguilar et. al, 2021).
Adsorción de micotoxinas a base de residuos agroindustriales modificados
La capacidad biosorbente de los residuos puede ser modificada o potenciada, de manera que, si la biosorción tiene lugar en la superficie, la modificación puede mejorar la afinidad del sorbente por un elemento en particular. La modificación puede ser física o química. La forma física incluye proceso de secado térmico, cortes con vapor o el esmerilado. Por otro lado, la modificación química puede cambiar las características de la superficie del biomaterial, exponiendo los puntos de unión, modificando la carga superficial o ambas. Muchos de los residuos agroindustriales se componen de polímeros biológicos como celulosa, lignina y hemicelulosa, ricos en grupos hidroxilo y fenoles que pueden ser químicamente modificados para producir agentes con distinta capacidad de adsorción. Los agentes químicos utilizados para dicho propósito son: el bromuro de centrinomio, ácido sulfúrico y el ácido hidroclorhídrico. A pesar de que el propósito de modificar la superficie de los residuos agroindustriales es mejorar la capacidad de adsorción, en varias ocasiones, las modificaciones químicas no han sido favorables, en especial para el proceso de adsorción de AFB1 (por ejemplo, el tratamiento de la piel del durazno y los huesos de cereza con ácido hidroclorhídrico). Dicho esto, para que la modificación de los residuos resulte en una mejor capacidad de adsorción, es necesario que se determinen los componentes y la metodología adecuada a aplicarse en el proceso de modificación (Aguilar et. al, 2021).
Factores que influyen sobre la adsorción de los biosorbentes
1. Propiedades del adsorbente
Los residuos agroindustriales presentan un potencial de adsorción que yace determinado por sus características químicas, morfológicas, estructurales y de carga. La superficie de los residuos cuenta con grupos funcionales que tienen una afinidad distinta ante ciertas partículas o moléculas, de modo que estas interacciones definen el poder de adsorción. De acuerdo con la estructura y morfología de la superficie, esta puede variar en base a la condiciones físicas o químicas que se le presenten. Por ejemplo, el método de secado puede afectar el área de biosorción (Aguilar et. al, 2021).
2. Tamaño del biosorbente
La modificación del tamaño de la partícula del biosorbente influye en su capacidad para retener micotoxinas. Al micronizar la biomasa de los residuos, la capacidad de absorción se incrementa. No obstante, el utilizar partículas muy finas en el alimento, limita su aplicación en animales, pues conlleva al desarrollo de otros problemas como la ulceración gástrica (Aguilar et. al, 2021).
3. Dosis del adsorbente
Según los reportes de adsorción de AFB1, ZEA y OTA, el incremento de la dosis del biosorbente o residuo potencia la adsorción de micotoxinas. Esto se debe a que el aumentar el sorbente, se encontraran varios sitios o lugares de adsorción de toxinas (Aguilar et. al, 2021).
4. Influencia del pH
El pH del entorno es un factor fundamental que altera directamente la adsorción de micotoxinas. El parámetro de pH modifica la distribución de carga sobre la superficie adsorbente, interfiriendo con el equilibrio y las reacciones cinéticas del proceso de adsorción. A consecuencia de los constantes cambios de pH que tienen lugar en todo el trayecto del tracto gastrointestinal de animales y humanos, el biosorbente debe ser efectivo en retener micotoxinas en varios de los compartimentos durante el tránsito del bolo alimenticio. Por las características o condiciones de pH, además del tiempo de contacto, el intestino es el lugar donde mayoritariamente ocurre la adsorción de micotoxinas (Aguilar et. al, 2021).
5. Tiempo de contacto
La adsorción de toxinas por la acción de los biosorbentes incrementa con un tiempo de contacto más extenso. No obstante, los biosorbentes tienen una rápida y balanceada adsorción de micotoxinas en un corto período de tiempo, lo cual indica el potencial de uso de los residuos agroindustriales para reducir la biodisponibilidad de toxinas en el tracto gastrointestinal (Aguilar et. al, 2021). Un estudio realizado en la cáscara de banana encontró que el proceso de adsorción ocurrió en un tiempo menor a los 10 minutos, siendo la adsorción máxima a los 15-30 minutos, sin embargo, no hubo cambios en la adsorción tras los 30 minutos de interacción (Shar et. al, 2016).
En conclusión, el uso de residuos agroindustriales como adsorbentes naturales presenta resultados prometedores en el control de micotoxinas en la producción animal. Sin embargo, es importante considerar los factores que pueden influir sobre la capacidad de adsorción, como por ejemplo el tamaño de partícula, la dosis, el pH y el tiempo de contacto. Además, la capacidad de adsorción de estos materiales se puede mejorar mediante procesos físicos o químicos, ofreciendo soluciones potenciales para mitigar los efectos nocivos de las micotoxinas.
