Ácidos orgânicos: estrutura química, mecanismo de ação e benefícios de seu uso

Introdução

Os ácidos orgânicos (AO) são utilizados na nutrição de suínos via água ou ração, principalmente na fase de transição, devido aos seus efeitos positivos na:

• saúde gastrointestinal
• digestibilidade dos nutrientes
• desempenho produtivo

A nível gastrointestinal, os AO podem atuar como acidificantes, bactericidas e bacteriostáticos, ações que dependem principalmente do pKa, do coeficiente de partição (LogP Kow) e do peso molecular de cada AO e do pH do meio em que se encontram. Seu efeito depende da dose e combinação de CO utilizada, da formulação da ração e da idade do suíno, fatores que dificultam a comparação entre os estudos.

Por outro lado, os AOs também são usados ​​como conservantes de rações, graças à sua capacidade de inibir o crescimento de bactérias, fungos e leveduras patogênicas indesejadas.

Estrutura química dos ácidos orgânicos

Do ponto de vista bioquímico, os AO são ácidos carboxílicos que se caracterizam por serem compostos orgânicos formados por uma cadeia de ácidos graxos de comprimento variável e um ou mais grupos carboxila (R-COOH) que são a fonte doadora de H+.

Os AOs são ácidos fracos, com diferentes graus de solubilidade em água e capacidade de reação reversível. Devemos diferenciar os CO dos ácidos inorgânicos, como, por exemplo, o ácido fosfórico ou o ácido clorídrico, pois estes últimos são ácidos fortes que se dissociam completamente ao entrar em contato com a água e com alta capacidade de acidificação, mas sem capacidade de penetrar no interior das bactérias. Além disso, sua reação é irreversível e seu manuseio complicado devido à sua alta corrosividade. A Tabela 1 resume os principais AO utilizados na nutrição de suínos com sua fórmula química, valor de pKa, peso molecular e valor de LogP Kow.

Tabela 1. Fórmula química, valor de pKa, peso molecular e LogP Kow dos principais ácidos orgânicos utilizados na nutrição de suínos (Dibner e Buttin, 2002; Zentek et al., 2011).

Ácido	Fórmula química	pKa	Peso molecular, g/mol	LogP Kow
Ácidos Graxos de Cadeia Curta (AGCC)
Ácido fórmico (1C)	HCOOH	3,83	46,03	-0,54
Ácido acético (2C)	CH3COOH	4,76	60,05	-0,17
Ácido propiônico (3C)	CH3CH2COOH	4,88	74,08	0,33
Ácido butírico (4C)	CH3CH2CH2COOH	4,82	88,12	0,80

Ácido	Fórmula química	pKa	Peso molecular, g/mol	LogP Kow
Ácidos Graxos de Cadeia Média (AGCM)
Ácido caproico (6C)	CH3(CH2)4COOH	4,88	172,26	1,92
Ácido caprílico (8C)	CH3(CH2)6COOH	4,89	144,21	3,05
Ácido cáprico (10C)	CH3(CH2)8COOH	4,89	172,26	4,09
Ácido láurico (12C)	CH3(CH2)10COOH	5,13	200,32	4,60

Ácido	Fórmula química	pKa	Peso molecular, g/mol	LogP Kow
Ácidos tricarboxílicos
Ácido fumárico	COOHCH:CHCOOH	3,02 4,76	116,07	0,46
Ácido cítrico	CH2(COOH)COH (COOH)CH2(COOH)	3,13 4,76 6,49	192,14	-1,70

Ácido	Fórmula química	pKa	Peso molecular, g/mol	LogP Kow
Outros
Ácido láctico	CH3CH(OH)COOH	3,75	90,08	-0,70
Ácido sórbico	CH3CH:CHCH:CHCOOH	4,76	112,14	1,33
Ácido benzoico	C6H5COOH	4,19	122,12	1,88

Principais benefícios do uso de ácidos orgânicos na nutrição de suínos

1. Promover a saúde gastrointestinal graças à sua atividade bacteriostática reduzindo o pH do meio através da libertação dos seus íons H+ e da sua atividade bactericida na sua forma não dissociada.
2. Aumentar a digestibilidade e absorção de nutrientes como proteínas e minerais, com alto impacto na fase de transição graças à acidificação do conteúdo estomacal e à modulação da microbiota
3. Conservante de matérias-primas e rações graças à sua capacidade de inibir o crescimento de bactérias patogênicas, fungos e leveduras indesejáveis.

Mecanismo de ação dos ácidos orgânicos a nível digestivo

Dependendo do pH do meio gastrointestinal, do pKa e do LogP Kow do AO, o AO pode estar presente na forma não dissociada (RCOOH, AO que mantém toda a sua estrutura química intacta) ou na forma dissociada (RCOO- + H+, AO que liberou pelo menos um íon H+ no meio).

Um AO não dissociado possui alta capacidade de difusão através da membrana da bactéria em direção ao seu citoplasma, onde o ácido se dissocia, alterando o equilíbrio do pH interno do citoplasma da bactéria que causará a supressão da atividade de seus sistemas enzimáticos e do transporte de nutrientes. causando lise da bactéria (Dibner e Buttin, 2002). Enquanto um AO dissociado tem capacidade de acidificação devido à liberação de íons H+ para o meio, inibindo o crescimento de bactérias sensíveis a ácidos como Salmonella spp ou E.coli e promovendo efeitos positivos na saúde gástrica e intestinal que desenvolveremos posteriormente.

Os AOs que podem liberar um único H+, como o ácido fórmico, são chamados de monopróticos e os AOs com capacidade de liberar mais de um H+, como o ácido cítrico, são chamados de AOs polipróticos. Na Figura 1 está representada a estrutura química da forma indissociada e dissociada do ácido fórmico, ácido lático e ácido propiônico.

Mas o que isso depende se uma maior proporção do ácido está na forma dissociada ou não dissociada no nível gastrointestinal? Depende basicamente de dois fatores: pKa do ácido e pH do ambiente gastrointestinal.

O pKa de um AO (Tabela 1) é o valor de pH no qual 50% do ácido permanece dissociado e os 50% restantes na forma não dissociado. Um AO tem tantos valores de pKa quantos grupos carboxila. No caso dos AOs polipróticos, seu valor de pKa aumenta a cada dissociação, portanto a primeira liberação (pKa1) define a força de acidificação do AO específico. Se o pH do meio for inferior ao pKa do AO, > 50% do AO estará na forma não dissociada, enquanto, se o pH do meio for superior ao pKa do AO, > 50% do AO estará na forma dissociada. Consequentemente, à medida que o pH do ambiente se move acima ou abaixo do valor de pKa do AO, a porcentagem de moléculas de AO dissociadas ou não dissociadas aumenta, respectivamente (Figura 2).

A nível fisiológico, quanto menor o valor de pKa do AO, maior será o efeito na redução do pH gástrico e menor efeito antimicrobiano nas porções distais do trato intestinal.

Por outro lado, dois AOs com pKa semelhante e administrados na mesma dose podem ter capacidades bactericidas diferentes devido ao seu peso molecular. Por exemplo, ao aplicar a mesma quantidade, o ácido fórmico tem maior efeito bactericida que o ácido lático, pois seu peso molecular é menor. A razão é que, para uma quantidade igual, haverá mais moléculas de ácido fórmico do que de ácido láctico: em 1 kg de ácido láctico existem 11,1 moles, enquanto em 1 kg de ácido fórmico existem 21,7 moles.

A ação dos AOs sobre os microrganismos também depende da complexidade de sua membrana/parede celular externa. Os ácidos graxos de cadeia média (AGCMs) têm forte ação bactericida sobre bactérias Gram-positivas, como Clostridium perfringens ou Streptococcus spp, enquanto os ácidos graxos de cadeia curta (AGCCs) têm maior atividade bactericida sobre bactérias Gram-negativas, como E. coli, Campylobacter jejuni ou Salmonela spp. Isto se deve ao coeficiente de partição octanol-água (LogP Kow, Tabela 1) de cada AO, que indica se um ácido possui caráter mais hidrofóbico ou hidrofílico. No caso dos AGCM, estes apresentam valores de LogP Kow superiores a 1,0, indicando seu caráter lipofílico que lhes permite interagir de forma mais eficaz com a membrana celular das bactérias Gram-positivas, enquanto a presença de lipopolissacarídeos na parede celular das células Gram -bactérias negativas conferem-lhes resistência aos AGCMs.

Para potencializar a ação dos AO em todo o trato gastrointestinal, é interessante trabalhar com misturas de AO com propriedades diferentes. Chaveerach et al. (2002) observaram que a combinação simultânea de ácido propiônico, ácido acético e ácido fórmico oferece maior poder bactericida em comparação ao uso destes ácidos individualmente. Por outro lado, Hanczakowska et al. (2013) concluíram que a inclusão de uma mistura de 0,5% de ácido propiônico e ácido fórmico 1:1 e 0,2% de ácido cáprico impacta positivamente o desempenho produtivo e aumenta a digestibilidade dos nutrientes das plantas pós-desmame graças à melhor saúde da mucosa intestinal. .

Alguns ácidos orgânicos são utilizados na forma de sais de sódio, cálcio ou potássio. Em comparação com os ácidos orgânicos livres, o manuseio dos sais durante a fabricação de rações é mais fácil graças à sua menor corrosividade e geralmente são inodoros graças à sua forma sólida e menor volatilidade. A nível fisiológico, o sal é libertado a nível gástrico, com o OA indissociado atingindo o nível intestinal onde pode actuar quer acidificando o meio, quer actuando como bactericida dependendo do seu valor de pKa. Alguns exemplos de sais de OA são formato de sódio (1k237), propionato de sódio (1k281) ou propionato de cálcio (1a282). A combinação de sais AO e AO com diferentes valores de pKa e LogP Kow para alcançar uma ação acidificante e bactericida em todo o trato gastrointestinal é uma boa ferramenta nutricional.

Os ácidos orgânicos e seus sais podem ser utilizados na nutrição de suínos na forma livre ou microencapsulada. A microencapsulação evita que o ácido se dissocie rapidamente no estômago, permitindo que os ácidos atuem nas partes mais distais do intestino para atuar como bacteriostático ou bactericida (Cho et al., 2014).

A próxima ficha técnica descreverá os principais CO utilizados na nutrição suína e seu mecanismo de ação, juntamente com uma breve compilação bibliográfica de estudos científicos sobre o efeito do ácido fórmico, ácido lático e ácido propiônico na saúde gastrointestinal e no desempenho produtivo de suínos. .