1 Introducción

La vitamina A es un micronutriente importante requerido por los mamíferos para mantener una buena respuesta inmunitaria, integridad epitelial, crecimiento y desarrollo corporal, buena visión y función reproductiva saludable (1). La hipovitaminosis A conduce a la distorsión del desarrollo temprano de la descendencia, deterioro de la visión, respuestas inmunitarias celulares comprometidas y disminución de la síntesis de anticuerpos (2). Esta condición también induce mayores niveles de estrés oxidativo, lo que afecta aún más el crecimiento y el bienestar general de los animales (3). Si bien los mamíferos, incluidos los perros, poseen la capacidad inherente de convertir compuestos precursores, como los carotenoides de la dieta (por ejemplo, el β-caroteno), en vitamina A, su capacidad efectiva para dicha síntesis puede verse influenciada por varios factores. Estos factores engloban elementos como la composición de su dieta, su edad y su estado de salud (4). Comúnmente, al formular dietas, los niveles inherentes de vitamina A y carotenoides presentes en los ingredientes de los piensos a menudo se pasan por alto debido a consideraciones prácticas (2, 5). En cambio, el acetato de retinilo se complementa en la dieta para cumplir con el requerimiento general de retinol para la nutrición animal. Sin embargo, esta práctica común presenta varios desafíos en la rutina diaria de la industria. Una de las principales preocupaciones es la posible pérdida de vitamina A durante los procesos de fabricación y almacenamiento, lo que puede afectar al contenido nutricional final del pienso. Es necesario abordar esta cuestión para garantizar la eficacia y la viabilidad del uso de la vitamina A como suplemento en la alimentación animal. Las fuentes comerciales de vitamina A, específicamente el acetato de retinilo (Figura 1), enfrentan desafíos en términos de estabilidad debido a la presencia de dobles enlaces altamente conjugados en su estructura molecular. Factores como la temperatura, el pH, la humedad, la exposición a la luz, el oxígeno y otros productos químicos como los minerales durante el procesamiento y el almacenamiento pueden afectar negativamente su estabilidad (6-8).

En particular, en las premezclas de vitaminas y minerales, la alta concentración de iones metálicos en la matriz puede acelerar la degradación de la vitamina A, lo que conduce a pérdidas significativas durante la producción y el almacenamiento (9). Para abordar estos problemas y minimizar las pérdidas de vitamina A, existe una necesidad apremiante de un aditivo alimentario de vitamina A que exhiba una tolerancia significativa a estas condiciones desafiantes.

La extrusión es un proceso de fabricación vital que implica someter los materiales de alimentación a temperaturas y presiones elevadas. Este proceso induce cambios físicos y químicos en los ingredientes de los piensos, por lo que el almidón intrínseco se somete a gelatinización para aumentar la digestibilidad e inactiva los factores antinutricionales (8). Además, se ha observado que mejora la palatabilidad de la dieta, así como la vida útil del producto alimenticio final (10, 11). Sin embargo, la extrusión tiene el potencial de causar la degradación de la vitamina A debido a la utilización de condiciones adversas y la presencia de varios minerales en la matriz. A la luz de las graves consecuencias negativas potenciales derivadas de entornos adversos, hay una falta de investigación exhaustiva sobre el impacto de los procesos de fabricación de piensos en la estabilidad de los micronutrientes, especialmente en lo que respecta a la vitamina A. Por lo tanto, el objetivo principal de este estudio fue investigar a fondo y medir el alcance de la pérdida de vitamina A que se produce durante la fabricación de alimentos y premezclas para mascotas. Además, nuestro objetivo fue evaluar la estabilidad de la vitamina A durante el almacenamiento prolongado.

Al abordar estos aspectos, aspiramos a obtener información valiosa sobre los efectos del proceso de fabricación y el almacenamiento en el contenido de vitamina A, lo que contribuirá a una mejor comprensión de la calidad nutricional y la seguridad de los alimentos y premezclas para mascotas a lo largo del tiempo. En última instancia, esta investigación puede allanar el camino para mejorar las prácticas y formulaciones de producción de piensos que garanticen la entrega de nutrientes esenciales a las mascotas, promoviendo así su salud y bienestar general.

2 Materiales y métodos

2.1 Formulación de la dieta, procesamiento de extrusión y recolección de muestras

Se formuló un alimento comercial para cumplir con los requisitos de mantenimiento nutricional para perros adultos (12) para su uso en este ensayo (Tabla 1). La premezcla vitamínico-mineral para perros también se formuló teniendo en cuenta los requerimientos de perros adultos (Tabla 2) y se añadió al alimento a la tasa de inclusión sugerida por el fabricante. Se determinó que el contenido de vitamina A en el alimento era de 18.000 UI/kg. El ensayo del estudio se llevó a cabo en una fábrica comercial de piensos con una capacidad de producción diaria de aproximadamente 130 toneladas de piensos. Todas las muestras se recogieron de un único lote de producción. El aditivo alimentario de vitamina A utilizado en el ensayo fue un producto de perlas fabricado por BASF, que utilizó tecnología de microencapsulación (BASF SE, Ludwigshafen am Rhein, Alemania).

En la producción de la premezcla vitamínico-mineral, los ingredientes respectivos se pesaron manualmente y se cargaron en un mezclador de cinta horizontal de doble hélice con una capacidad de 900 kg (Máquinas Ferraz, Ribeirão Preto, Brasil). Los ingredientes se mezclaron bien durante 4 min. A continuación, la premezcla se embolsó (bolsas de papel cerradas) y se almacenó en una sala de temperatura controlada (a 5 °C) hasta su posterior uso o muestreo.

Los ingredientes de los piensos se molieron en un molino de martillos (Máquinas Ferraz, modelos M1000 y M700, Ribeirão Preto, Brasil) equipado con un tamiz de criba de 0,8 mm que funcionaba a un rendimiento de 6 toneladas/h. Después de que las partículas se redujeron al tamaño deseado, se recolectaron muestras de cinco puntos específicos (unidades experimentales) en la mezcla. Estas muestras se utilizaron para determinar la concentración de vitamina A presente. El proceso de producción de piensos consistió en mezclar las materias primas molidas en un mezclador horizontal de doble hélice durante 5 min. La mezcladora utilizada fue un modelo Máquinas Ferraz de Ribeirão Preto, Brasil, con una capacidad de 1,6 mt y equipado con un motor de potencia de 50 HP. Además, se instaló un mezclador para la inyección automática de aceite de soja líquido, lisina y metionina en la mezcla. Este enfoque simplificado permitió una producción de piensos eficiente y precisa.

El alimento fue tratado primero en un preacondicionador no presurizado (Máquinas Ferraz, Ribeirão Preto, Brasil) con inyección de vapor y agua. Este proceso duró 90 s y funcionó a una temperatura de 90 °C con un nivel de humedad de aproximadamente el 22%. A continuación, el alimento acondicionado se transfirió a una extrusora de un solo hilo (Máquinas Ferraz, Modelo E240, Ribeirão Preto, Brasil) diseñada para manejar 10 toneladas de alimento por hora. La temperatura de procesamiento final de la extrusora osciló entre 90 °C y 100 °C (antes del proceso de enfriamiento). El nivel de humedad se redujo a aproximadamente el 6,5% y la presión durante la extrusión se mantuvo en 250 amperios. La velocidad de la cuchilla de corte de la extrusora al final del proceso se estableció en aproximadamente 42 rpm. Después de la extrusión, el alimento se sometió a un secador horizontal de doble paso para su posterior procesamiento. Desde el secador, la alimentación se dirigía a un escape neumático con una válvula rotativa que se distribuyía uniformemente en una cinta transportadora. Esto formó una capa de 12 cm de altura en la que el alimento permaneció durante un total de 18 min: 8 min en el transportador superior, donde se produjo el primer contacto con el calor, y luego 10 min en el transportador inferior, donde se eliminó la humedad. Inicialmente, la alimentación se dirigía a una cinta transportadora, que conducía a un tamiz vibratorio, que tenía dos secciones separadas con tamices de tamaños de 4 mm y 14 mm. Después de pasar por este sistema de tamiz, el diámetro del molde de alimentación se redujo a 8,1 mm. En consecuencia, las dimensiones finales del alimento procesado fueron de aproximadamente 12-14 mm de diámetro y 5-7 mm de espesor.

2.2 Toma de muestras durante el procesamiento de piensos y el almacenamiento de premezclas

Para verificar la estabilidad de la vitamina A durante el proceso de producción de piensos, se recogieron cinco muestras de piensos de 500 g en puntos críticos específicos: después de los procesos de mezcla, molienda, preacondicionador y extrusión/secado. Además, se recolectaron muestras de premezcla a intervalos regulares de 30, 60, 90, 120 y 180 días para evaluar la estabilidad de la vitamina A durante el período de almacenamiento de la premezcla utilizada para la alimentación de mascotas. Después de la recolección, todas las muestras se embolsaron cuidadosamente, se etiquetaron adecuadamente y se almacenaron a una temperatura controlada de 5 ° C. Esta condición de almacenamiento garantizaba la preservación de las muestras para su análisis y evaluación precisos.

2.3 Análisis de laboratorio

El análisis de la vitamina A en varias muestras utilizó cromatografía líquida de alta resolución (HPLC). Para lograr la uniformidad, las muestras se molieron primero hasta obtener una consistencia de 1 mm. Posteriormente, la hidrólisis se llevó a cabo utilizando una solución de hidróxido de potasio etanólico para descomponer eficazmente los compuestos. Finalmente, se realizó la extracción en petróleo ligero (BSN) para separar el alcohol trans-vitamina A de sus isómeros cis.

2.4 Análisis e interpretación estadísticos

Los datos se recolectaron en un diseño completamente aleatorizado con cinco repeticiones para cada etapa de procesamiento en estudio. Se utilizó la prueba de Grubbs para detectar eventuales valores atípicos en cada punto de muestreo, pero no se identificaron valores atípicos. Luego, los datos se sometieron a un análisis de varianza utilizando el procedimiento del Modelo Lineal General (se consideró el efecto fijo de los puntos en la fabricación de alimentos para mascotas, mientras que el tiempo de almacenamiento se consideró para la premezcla), seguido de la prueba de Tukey para detectar eventuales diferencias entre los tratamientos con un nivel de confianza del 95%. También se probó el ajuste de regresión (lineal y cuadrático) para evaluar la recuperación vitamínica en la premezcla durante el tiempo de almacenamiento. Todos los análisis se realizaron con el software Minitab 20 (Minitab Inc., State College, PA, Estados Unidos).

La interpretación de los datos implicó comparar la actividad de vitamina A observada en cada punto crítico con los niveles deseados (18.000 UI en el alimento y 1.800.000 UI en la premezcla). Además, se tuvieron en cuenta los niveles de vitamina A observados (analizados) al comienzo de cada prueba (tanto para la mezcla de piensos como para la premezcla recién producida). Además, se comparó la actividad de la vitamina A en varios puntos críticos durante el proceso de molienda de piensos y la evaluación de la vida útil de la premezcla.

3 Resultados

Los niveles de vitamina A medidos en puntos críticos a través de la fabricación de alimentos para mascotas se presentan en la Figura 2. Los resultados no difirieron entre los procesos de mezcla y molienda. Sin embargo, los niveles de vitamina A medidos en las etapas de preacondicionador y extrusión-secado fueron menores (p < 0,001) que los obtenidos en la mezcla. Los niveles observados en el preacondicionador representaron el 74% de los alcanzados en el punto de evaluación inicial (mezcla) y el 88% del nivel objetivo (18.000 UI/kg). Del mismo modo, los niveles observados durante el secado por extrusión representaron el 66% de los obtenidos en la etapa de mezcla o el 78% del nivel objetivo. Además, los valores obtenidos con el preacondicionador fueron estadísticamente comparables a los observados durante la extrusión-secado. El coeficiente de variación entre las muestras disminuyó consistentemente a lo largo del proceso de fabricación. Comenzó en un 13% durante la etapa de mezcla y disminuyó gradualmente hasta aproximadamente un 10% durante la molienda y el preacondicionamiento. Al final, alcanzó un impresionante 3,6% en la etapa de extrusión-secado. A pesar de la reducción observada en la recuperación de vitamina A durante la producción de alimento, no hubo diferencias significativas en los niveles de vitamina medidos a lo largo de la vida útil de la premezcla (p = 0,484; Figura 3). El ajuste de regresión (lineal y cuadrático) tampoco fue significativo (p > 0,05) para la recuperación vitamínica durante el almacenamiento de la premezcla (niveles de vitaminas vs. tiempo de almacenamiento). Las evaluaciones se llevaron a cabo durante un período de hasta 180 días, que es una duración estándar de la vida útil para este tipo de productos.

4 Discusión

Los factores ambientales, como la temperatura, la oxidación, la abrasión y la humedad, pueden afectar significativamente la estabilidad de las vitaminas (8). Entre estos factores, la pérdida de vitamina A está influenciada principalmente por la oxidación, la exposición a la luz, la humedad, la temperatura, los minerales (cobre, zinc y hierro) y la peroxidación lipídica (13). Por lo tanto, es crucial comprender las tasas de retención de vitaminas a lo largo de todo el proceso de fabricación de alimentos hasta la etapa de consumo final. Esta información es de suma importancia para la industria, ya que les permite compensar cualquier pérdida potencial durante el procesamiento y el almacenamiento, evitando así el suministro insuficiente y excesivo de vitaminas.

La molécula de vitamina A contiene grupos de hidrógeno libres y cinco dobles enlaces. Cuando el retinol se somete a esterificación con ácido acético durante la producción de fuentes comerciales de vitamina A, forma un éster de retinol que es menos susceptible a la oxidación. Sin embargo, no es lo suficientemente estable sin una formulación específica (8). Por lo tanto, para mejorar su estabilidad, la encapsulación es una de las alternativas, emulsionando el retinol con gelatina y azúcares e incluyendo un antioxidante en la formulación.

Baller (14) describió una pérdida del 36% de vitamina A durante el proceso de molienda. Las pérdidas de molienda podrían atribuirse al aumento de la temperatura y al flujo continuo de oxígeno durante este proceso (15). En el presente estudio, se observaron pérdidas significativas durante el preacondicionamiento, que ascendieron al 26% en comparación con el punto de evaluación inicial. Además, se produjo una pérdida adicional del 8% después de la etapa de secado/extrusión. Es probable que estas pérdidas se atribuyan a los efectos oxidativos causados por las altas temperaturas empleadas durante el proceso de secado (90 °C-100 °C). Además, varios otros factores en este proceso, como la humedad, la fricción y la presión, pueden plantear desafíos para las vitaminas, como las vitaminas A, C, D y E.

A diferencia de los resultados reportados por Baller (14), nuestro estudio no encontró diferencias significativas en la actividad de la vitamina A durante las etapas de preacondicionamiento y extrusión. Esta discrepancia podría atribuirse a la variación en las fuentes de vitamina A evaluadas en ambos estudios. Baller (14) destacó que el proceso de secado fue el principal factor responsable de la pérdida de vitamina A, representando el 42% de la pérdida total. Además, concluyeron que la retención final de vitamina A era aproximadamente un 38,5% menor que la obtenida antes de moler los ingredientes. Por el contrario, Yang et al. (8) descubrieron que los principales contribuyentes a las pérdidas de vitamina A durante el proceso de extrusión son la presión ejercida sobre la matriz y la alta temperatura. Estos factores condujeron a pérdidas superiores al 50%. Los autores sugirieron que reducir la temperatura y la presión de la extrusora podría ayudar a mitigar la degradación de las vitaminas. Sin embargo, aún se desconocen los valores óptimos específicos de presión y temperatura para evitar estas pérdidas. La aplicación de un recubrimiento de grasa que contenga vitaminas liposolubles a los piensos extruidos es una opción práctica para evitar este daño, sin embargo, no se utiliza con frecuencia en las fábricas de piensos. La pérdida de actividad vitamínica tanto en la premezcla como en el alimento durante el almacenamiento puede conducir a una reducción del crecimiento y la eficiencia nutricional en los animales, lo que aumenta el riesgo de enfermedades relacionadas con la deficiencia de vitaminas en varias especies (16).

Varios factores pueden afectar la estabilidad de las vitaminas en las premezclas y los piensos durante la granulación y el almacenamiento, como la temperatura, la humedad, el tiempo de acondicionamiento, las reacciones de oxidación-reducción (redox) y la exposición a la luz. Los diferentes métodos utilizados para el procesamiento de piensos pueden causar variaciones significativas en el calor, la presión, la humedad, la fricción y las reacciones redox (17). Además, se sabe que la presencia de cloruro de colina y altas concentraciones de cobre y zinc influyen en la estabilidad de las vitaminas en las premezclas (18). El cloruro de colina aumenta la humedad de la premezcla debido a sus propiedades higroscópicas, y el cobre y el zinc pueden catalizar la generación de radicales libres, oxidando así los antioxidantes durante el almacenamiento (18). Por lo tanto, también es crucial evaluar y cuantificar las pérdidas de vitamina A en la premezcla durante el almacenamiento.

A pesar de identificar un cambio numérico del 30% en la estabilidad de la vitamina A en la premezcla durante varios períodos de almacenamiento, no se observó ninguna diferencia estadística. Yang et al. (8) descubrieron que el almacenamiento de premezclas de vitaminas durante 12 meses resultaba en una pérdida de apenas el 4% de la concentración de vitamina A. Los autores propusieron que esta pérdida mínima podría atribuirse al grupo hidroxilo de la vitamina A, que está protegido mediante la formación de un éster, lo que reduce su vulnerabilidad a la oxidación. Además, Yang et al. (19) también relacionaron el impacto limitado del tiempo de almacenamiento en la estabilidad de las vitaminas con el tratamiento de microencapsulación, que probablemente protege a las vitaminas de las reacciones químicas. La disparidad entre nuestros hallazgos y los de Yang et al. (19) con respecto a la degradación de la vitamina A podría dilucidarse considerando las variaciones en el tipo de premezcla utilizada (perro versus lechón), la preparación divergente y las condiciones de almacenamiento. Es importante reconocer la influencia potencial de las disparidades en las metodologías analíticas que no deben pasarse por alto. Además, el rango permitido para el análisis de retinol, tal y como se describe en las directrices de la VDLUFA (20), permite una variabilidad de alrededor del 20-30%. En última instancia, la disminución numérica observada en nuestro ensayo experimental no mostró diferencias estadísticamente significativas en comparación con la medición inicial de referencia.

El número de grupos de investigación que se especializan en el procesamiento de fábricas de piensos es relativamente pequeño, a pesar de que esta industria es dinámica e involucra numerosos factores que interactúan. La investigación actual evaluó el problema de la pérdida de vitamina A en un entorno industrial típico. Sin embargo, la investigación adicional, junto con un mayor volumen de datos, es crucial para obtener una comprensión más profunda de los patrones de pérdida de nutrientes. Las decisiones basadas en datos son la forma más eficaz de reducir la pérdida de vitamina A y también de mejorar otros aspectos de la fabricación de piensos.

5 Conclusión

Las pérdidas más significativas de vitamina A en los procesos de fabricación de alimentos para mascotas ocurren durante la etapa de preacondicionamiento y la etapa de secado/extrusión. Sin embargo, vale la pena señalar que no hubo pérdidas significativas de vitamina A durante el almacenamiento de la premezcla.

Declaración de disponibilidad de datos

Los datos brutos que respaldan las conclusiones de este artículo serán puestos a disposición por los autores, sin reservas indebidas.

Contribuciones de los autores

GG: Curación de datos, Análisis formal, Metodología, Administración de proyectos, Redacción – borrador original, Redacción – revisión y edición. IA: Curación de datos, Análisis formal, Obtención de fondos, Metodología, Administración de proyectos, Supervisión, Validación, Visualización, Redacción – borrador original, Redacción – revisión y edición. NM: Conceptualización, Curación de datos, Análisis formal, Obtención de fondos, Investigación, Metodología, Administración de proyectos, Supervisión, Validación, Redacción – borrador original, Redacción – revisión y edición. BW: Conceptualización, Curación de datos, Análisis formal, Obtención de fondos, Investigación, Metodología, Administración de proyectos, Supervisión, Validación, Redacción – borrador original, Redacción – revisión y edición. YS: Curación de datos, Análisis formal, Obtención de fondos, Metodología, Administración de proyectos, Supervisión, Validación, Visualización, Redacción – borrador original, Redacción – revisión y edición. AG: Curación de datos, Análisis formal, Obtención de fondos, Metodología, Administración de proyectos, Supervisión, Validación, Visualización, Redacción – borrador original, Redacción – revisión y edición. JG: Conceptualización, Análisis formal, Investigación, Metodología, Validación, Escritura – revisión y edición.

Financiación

El/los autor/es declaran/n que no se recibió apoyo financiero para la investigación, autoría y/o publicación de este artículo.

Reconocimientos

Los autores agradecen a la CAPES, al CNPq (Brasil), a BASF y a Polinutri por el apoyo técnico y el financiamiento público de la investigación en el país.

Conflicto de intereses

NM, BW, YS y AG fueron empleados de BASF. JG fue empleado de Polinutri, São Paulo, Brasil.

El resto de los autores declaran que la investigación se llevó a cabo en ausencia de relaciones comerciales o financieras que pudieran interpretarse como un potencial conflicto de intereses.

Nota del editor

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Referencias