Daniel Molina Meza
Área de Investigación + Desarrollo + Innovación
ilender Perú S.A.
Los fitogénicos, conocidos también como fitobióticos o productos botánicos, son comúnmente definidos como compuestos de origen vegetal que son administrados en la dieta en determinados niveles con el objetivo de mejorar el rendimiento productivo animal. En una dimensión más amplia de su uso y efectos, los fitogénicos se han asociado a la mejora de la calidad de la dieta, las condiciones de higiene y mejora en la calidad de los alimentos derivados de los animales.
Los fitogénicos incluyen una amplia gama de materiales vegetales, la mayoría de los cuales tienen una larga historia en nutrición humana, donde se han utilizado como saborizantes y/o conservantes de alimentos, así como, para el tratamiento de diversas afecciones en la medicina tradicional, bajo formas sólidas, secas, molidas, extractos o aceites esenciales (Guo et al., 2003). Aunque la definición de este tipo de productos han sido impulsados por el propósito del uso, otros términos se usan comúnmente para clasificar la gran variedad de compuestos fitogénicos, principalmente con respecto a su origen y procesamiento, como hierbas, especias (plantas con un olor o sabor intenso comúnmente empleado en la comida humana), aceites esenciales (compuestos lipofílicos volátiles derivados de la extracción en frío o por destilación de vapor o alcohol) u oleorresinas (extractos derivados de disolventes no acuosos) (Lillehoj et al., 2018).
Todas las plantas producen compuestos químicos de forma natural como parte de sus actividades metabólicas normales. De ellas, un grupo de compuestos denominados primarios sirven como nutrientes principales para realizar funciones básicas y se encuentran en todas las plantas, como carbohidratos, lípidos y proteínas. Por otro lado, compuestos no esenciales denominados metabolitos secundarios, se encuentran en un rango más pequeño de plantas, algunos de los cuales se encuentran en un género o especie en particular y presentan mecanismos de acción específicos como, por ejemplo, servir como mecanismo de defensa o para el proceso reproductivo. En la elaboración de productos a base de plantas se utilizan principalmente los metabolitos secundarios.
La actividad biológica de una planta está estrechamente relacionada con los químicos o metabolitos secundarios que contiene y representan un grupo diverso de productos naturales, algunos de los cuales pueden ser nutricionalmente importantes, pero en su mayoría no tienen valor nutricional o pueden presentar efectos antinutricionales. Estos productos se pueden clasificar en grupos químicos principales como alcaloides, ácidos, esteroides, taninos, saponinas, etc.; cada uno de los cuales pueden tener un método de extracción específico (Yitbarek, 2015).
En general, con respecto al origen biológico, formulación, descripción química y pureza; los fitogénicos comprenden una gama muy amplia de sustancias y se pueden clasificar cuatro subclases en alimentación animal: 1) hierbas (producto de floración, no leñoso y plantas no persistentes), 2) productos botánicos (partes enteras o procesadas de una planta, por ejemplo, raíz, hojas, corteza), 3) aceites esenciales (extractos hidrodestilados de compuestos volátiles vegetales) y 4) oleorresinas (extractos basados en solventes no acuosos) (Windisch et al., 2008).
Se ha descrito que la mayoría de compuestos fitogénicos representan un grupo de alternativas naturales reconocidos generalmente como seguros, libres de residuos y pueden representar una alternativa eficaz en la promoción del crecimiento en animales en comparación con los antibióticos sintéticos o los productos químicos inorgánicos. Sin embargo, la composición compleja de los compuestos fitogénicos hace difícil realizar evaluaciones sistemáticas e integrales de su eficacia y seguridad. Ante ello, existen cuestionamientos en la comunidad científica sobre aspectos relacionados a su calidad, estandarización, seguridad clínica y eficacia. Además, los desafíos en el uso de compuestos fitogénicos como aditivos para dietas animales pueden incluir efectos secundarios potenciales (olor/sabor desagradable, toxicidad, residuos en tejidos) y posibles interacciones con otros ingredientes alimenticios (Yang et al., 2015).
Hace más de una década que los aditivos fitogénicos se vienen empleando como promotores del crecimiento naturales en la industria avícola. Una amplia variedad de hierbas y especias han sido evaluadas en este sector como el tomillo, orégano, romero, ajo, té verde, jengibre, comino, canela, etc.; por su potencial aplicación como alternativa de reemplazo a los antibióticos (Gadde et al., 2017). Muchos de ellos han sido aceptados y reconocidos como sustancias seguras para su uso en la alimentación de animales y humanos en Estados Unidos por la Food and Drug Administration, especialmente bajo la forma de aceites esenciales (Jang et al., 2007). Por otro lado, en Europa su uso en dietas animales ha sido autorizada por la Directiva del Consejo 70/524 / CEE Cap. III de la Comunidad Europea, agrupándolos en la categoría de materias primas como “aditivos organolépticos” que se refiere a sustancias aromáticas y saborizantes (Suzuki et al., 2008). El cuadro 1 presenta las familias y especies de plantas más utilizadas en la elaboración de aditivos fitogénicos.
Los metabolitos secundarios contenidos en productos a base de extractos de plantas se pueden clasificar en grupos principales de compuestos químicos, como: polifenoles, carotenoides, alcaloides, ácidos, polisacáridos, terpenos, etc. Esto se debe en gran medida a que los metabolitos secundarios de las plantas son un grupo enormemente variable en términos de su número, heterogeneidad estructural y distribución, teniendo además la oportunidad de interactuar entre sí (Campos-Vega y Dave, 2013). Por otro lado, cada uno de estos grupos de productos químicos puede tener un método de extracción efectivo preferido según su aplicación o uso. Otro punto a tener en cuenta es que muchos metabolitos secundarios presentan una variedad de efectos bioquímicos y fisiológicos en humanos y animales; pero, para ejercer esta actividad, pueden requerir diferentes concentraciones plasmáticas o tisulares para obtener efectos óptimos (Hashemi y Davoodi, 2011).
Los extractos, tinturas y aceites esenciales de plantas están actualmente incluidos en el Registro de Aditivos para Alimentos Balanceados de la Unión Europea siguiendo el Reglamento (CE) 1831/2003. Sin embargo, el número inicial de más de 500 registros notificados como “productos naturales – botánicamente definidos”, se vio reducido significativamente a 156 ingresos en la versión actual 7/2018, siendo el resto de plantas retiradas debido a razones económicas, funcionales, de seguridad o regulatorias (Mayer et al., 2014; Franz et al., 2020). El cuadro 2 muestra los principales constituyentes y partes utilizadas de hierbas y especias frecuentemente usadas como aditivos fitogénicos.
Los factores que influencian la composición y producción de aditivos fitogénicos están relacionados a la biología de la planta, ecología, a su cultivo y procesamiento, así como, los métodos de aislamiento o extracción de sus compuestos. Estos factores, a su vez, son los que determinan la calidad y seguridad de las sustancias bioactivas que conformarán el futuro aditivo.
En relación a la biología de la planta, se ha identificado que los principios activos se sintetizan y se acumulan, con cierta frecuencia, en células, tejidos y órganos específicos de la planta. Esto hace que el contenido y composición de los compuestos varíe de acuerdo al tipo de órgano o parte analizada en la planta (raíz, tallo, hojas, flores, frutos, etc.). Las diferencias encontradas entre los compuestos activos de los diferentes órganos de la planta pueden explicarse en parte por la existencia de diferentes estructuras secretoras que se distribuyen dentro del cuerpo de la planta (Applegate et al., 2010). Por ejemplo, los aceites esenciales en las especies de la familia Lamiaceae se acumulan en la epidermis, mientras que, los alcaloides tropanos de Atropa, Datura, Hyosciamus (Solanaceae) se sintetizan en las raíces para luego ser transportados a las partes aéreas de las plantas (Mathé, 2015). Otro ejemplo, es el estudio de Pino et al. (2001) quienes compararon la composición química de los aceites esenciales de los brotes y las hojas del clavo de olor encontrando diferencias significativas en el contenido de sus componentes principales.
En relación a la biología de la planta, se ha identificado que los principios activos se sintetizan y se acumulan, con cierta frecuencia, en células, tejidos y órganos específicos de la planta.
Desde hace tiempo se ha establecido que el sitio fisiológico básico para la síntesis de metabolitos secundarios se puede encontrar en las células vegetales y que la síntesis/ acumulación de varios de estos metabolitos es específica de un órgano, es decir, se localizan en las células/tejidos específicos de órganos vegetales en uno o varios períodos de la vida de la planta. En la práctica, la utilización de la mayoría de órganos y tejidos vegetales que contienen los metabolitos secundarios deseados (calidad y cantidad óptima) se basa en estos aspectos para determinar las fechas de cosecha y recolección de las especies relevantes. Sin embargo, durante el crecimiento de la planta puede existir una variabilidad en su producción, debido a que los procesos metabólicos cambian a lo largo del ciclo de vida de una planta, lo que puede influir en la síntesis y la acumulación de principios activos en sus órganos (tiempo y variabilidad específica) (Campos-Vega y Dave, 2013).
Las plantas pertenecen a numerosas familias las cuales, con frecuencia, producen sustancias químicas activas con características similares debido a que poseen vías de biosíntesis similares. Es así, por ejemplo, que la familia de plantas Lamiaceae comprende una gran cantidad de especies que contienen aceites esenciales (lavanda, tomillo, romero, salvia, etc.), mientras que, otras familias de plantas como las Solanaceae, se caracterizan por incluir varias especies productoras de alcaloides (belladona, manzana espinoza, tabaco, etc.) (Campos-Vega y Dave, 2013).
La producción de compuestos químicos extraídos de las plantas es significativamente influenciada por factores ecológicos y condiciones climáticas. El entorno físico, incluida la luz, el agua, la temperatura y las propiedades del suelo, afectan el desarrollo de las plantas, así como, la naturaleza de los metabolitos secundarios que ésta contiene. Este principio explicaría el mayor contenido de p-cimeno en lugar de carvacrol en los aceites esenciales obtenidos en el orégano cosechado a principios de la primavera o finales del otoño (Kokkini et al., 1997). Como resultado, la calidad del producto difiere en la fecha de cosecha y los impactos ecológicos en el sitio de producción (Franz y Novak, 2016).
Figueiredo et al. (2008) mencionan que un aumento en la luz y la temperatura influye en el incremento de la producción de aceites esenciales en las plantas. Por otro lado, el suministro de agua también es un factor esencial, aunque, existen reportes que el estrés hídrico puede aumentar la producción de aceites esenciales en varias especies (p.ej. Artemisia dracunculus, Mentha piperita). El tipo y composición de suelo también son considerados como factores determinantes. Además del suministro de nutrientes, otros factores del suelo como el pH son también importantes para el desarrollo y producción de bioactivos en las plantas (Figueiredo et al., 1997).
En la segunda parte de este artículo se abordarán los factores relacionados al cultivo y procesamiento de la planta, así como, los métodos de aislamiento o extracción de los compuestos que influyen en la eficacia y seguridad de los aditivos fitogénicos.
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