En respuesta a la creciente preocupación por la contaminación de micotoxinas en los piensos animales, diferentes organizaciones de protección de la seguridad alimentaria reconocidas a nivel mundial han implementado regulaciones que definen los niveles máximos permitidos en piensos y alimentos de origen animal. Las micotoxinas, producidas por distintas familias de hongos, representan una amenaza potencial tanto para la salud animal como para la seguridad de los productos alimentarios derivados. Con el objetivo mitigar estos riesgos, la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA, por sus siglas en inglés) establece un marco regulatorio para el uso de aditivos para la mitigación de las micotoxinas en nutrición animal. Una de las principales estrategias reconocidas por EFSA consiste en disminuir la biodisponibilidad de las micotoxinas en el tracto gastrointestinal mediante la aplicación de materiales adsorbentes en las formulaciones de piensos para animales. Estos materiales adsorbentes se pueden clasificar en compuestos inorgánicos principalmente de origen mineral, sustancias orgánicas o polímeros sintéticos (EFSA, 2009; Greco et al., 2022).
Adsorbentes minerales de micotoxinas
Los adsorbentes inorgánicos abarcan una amplia gama de materiales, de entre los cuales destaca la familia mineral de los aluminosilicatos por sus capacidades secuestrantes de micotoxinas. Los aluminosilicatos comparten la característica principal de formar unidades tetraédricas de silicio y oxígeno para constituir distintas estructuras cristalinas. Dentro del grupo, existen dos subclases de minerales cristalinos: los filosilicatos, como las esmectitas, y los tectosilicatos, incluyendo las zeolitas (Di Gregorio et al., 2014). Sin embargo, estos materiales cristalinos generalmente se encuentran presentes en arcillas naturales, a diferentes niveles de pureza, coexistiendo con otros tipos de minerales (EFSA, 2009). En ese contexto, las arcillas naturales y sus derivados con aplicación secuestrante de micotoxinas, han atraído creciente atención debido a su elevada eficacia, alta estabilidad química y sus ventajas de compatibilidad con otros ingredientes; además, de su importante abundancia natural, bajo impacto medioambiental y no-toxicidad (Li et al., 2018).
Arcillas bentonitas: origen y variabilidad
Las bentonitas son arcillas naturales compuestas mayoritariamente por minerales filosilicatos de la categoría esmectita que se originan a partir de la alteración de depósitos de ceniza volcánica y transformación de rocas (Li et al., 2018). La fuente geográfica de las bentonitas confiere propiedades mineralógicas y fisicoquímicas distintas, debido a las variaciones en la composición elemental y de estructuras cristalinas (Di Gregorio et al., 2014). Es esencial reconocer que no todas las bentonitas son iguales; sus diversos orígenes geológicos contribuyen a diferencias en el área superficial, composición de fases cristalinas y iones de intercambio activos y, en consecuencia, en su eficacia como agente secuestrante de micotoxinas. Explorar esta variabilidad es crucial para optimizar la selección de arcillas bentonitas de alta eficacia para la aplicación de estrategias específicas para combatir la contaminación por micotoxinas en los piensos en la producción animal (Wang et al., 2021).
Montmorillonita y esmectitas trioctaédricas
Dentro de las arcillas bentonitas, el contenido y tipología de minerales de la categoría esmectita tiene influencia directa en la acción de adsorción de micotoxinas (Greco et al., 2022). Las esmectitas son un grupo de minerales filosilicatos laminares que se caracterizan por conformar láminas de tres capas moleculares: dos capas de silicio coordinado en forma tetraédrica con oxígeno y una capa central de aluminio coordinado de forma octaédrica con oxígeno (Wang et al., 2021). Las esmectitas, dependiendo de la conformación de la capa de aluminio, pueden conformar estructuras dioctaédricas como la montmorillonita o trioctaédricas, incluyendo la saponita y la hectorita. La montmorillonita posee una estructura laminar 2:1 donde abundan cationes superficiales intercambiables, usualmente de sodio o calcio, en el espacio interlaminar (Wang et al., 2021). Además, la montmorillonita es el único aditivo reconocido por las autoridades europeas, con el código 1m558, para la detoxificación de aflatoxinas en producción animal (Greco et al., 2022). Sin embargo, la creciente investigación en la aplicación de nuevas arcillas bentonitas para la adsorción de micotoxinas en nutrición animal ha estado evaluando las esmectitas trioctaédricas como ingredientes innovadores, demostrando la potencial eficacia de adsorción frente múltiples micotoxinas (Vila Donat et al., 2019; Vila Donat et al. 2020; Greco et al. 2022). En definitiva, la disposición laminar, con una elevada área superficial junto a la carga superficial atribuida por los cationes interlaminares de las distintas esmectitas, son factores clave en el mecanismo de unión de micotoxinas, el cual debe evaluarse con estudios in vitro de eficacia (EFSA, 2009; Greco et al., 2022).
Figura 1. Estructura básica de las láminas de esmectita.
El proceso de adsorción de micotoxinas
En el proceso de adsorción en el tracto gastrointestinal, las micotoxinas presentes en la fase acuosa son secuestradas en la superficie de los materiales adsorbentes, evitando la absorción de las toxinas en el intestino y, permitiendo así, la excreción fecal del complejo arcilla-micotoxina. De esta forma, se previene o minimiza la exposición de los animales a las micotoxinas (EFSA, 2009; Di Gregorio et al., 2014). La adsorción es un mecanismo complejo que sucede principalmente en superficie de las partículas cristalinas, por lo tanto, la efectividad y selectividad de los distintos minerales viene condicionada por distintas características fisicoquímicas del material, como la porosidad, el tamaño de poro, la carga superficial y su distribución; y de las micotoxinas, incluyendo la polaridad, forma, tamaño y solubilidad (EFSA, 2009; Di Gregorio et al., 2014; Greco et al., 2022). En la actualidad, el método más aceptado para la evaluación de la potencial eficacia de adsorción de micotoxinas de las bentonitas y de otros materiales adsorbentes, es la conducción de ensayos in vitro simulando las condiciones digestivas de distintas especies animales (pH, temperatura, tiempo de incubación…) (EFSA, 2009; Vila Donat et al., 2019; Vila Donat et al. 2020; Greco et al. 2022). En ese contexto, arcillas naturales con potencial actividad anti-micotoxinas pueden someterse a distintos procesos industriales de modificación de propiedades para mejorar su eficacia en el animal (Li et al., 2018).
Procesos de modificación de bentonitas
Para maximizar la eficacia de arcillas bentonitas naturales como adsorbentes de micotoxinas, se emplean varios procesos de modificación que optimizan las propiedades fisicoquímicas del material para un mayor efecto de captura tanto en micotoxinas polares (AFB1, FB1…) como en apolares e hidrofóbicas (ZEA, OTA…) (Li et al., 2018). Entre los procesos de modificación más habituales destacan la modificación con moléculas orgánicas, el tratamiento térmico y el pillaring.
- La modificación orgánica consiste a la adición de moléculas orgánicas, habitualmente de la familia de los surfactantes catiónicos, a franja interlaminar de las esmectitas, las cuales se anclan en la superficie de las láminas por enlaces covalentes, iónicos, puentes de hidrógeno, dipolos o fuerzas de Van der Waals. Esas alteraciones resultan en una mejora de la eficacia de adsorción de las micotoxinas de baja polaridad (Li et al., 2018).
- El tratamiento térmico altera la química superficial de las bentonitas. Las altas temperaturas controladas resultan en la desorción de moléculas de agua interlaminares para lograr una mayor afinidad para moléculas orgánicas como las micotoxinas junto a un aumento de la superficie activa libre (Li et al., 2018).
- El pillaring es una técnica que implica la introducción cationes metálicos en los espacios entre láminas, que mediante un tratamiento térmico forman columnas de óxidos metálicos. Dicho tratamiento mejora los espacios interlaminares, aumentando la porosidad y por consiguiente la superficie activa, promoviendo así una mayor capacidad de adsorción de micotoxinas (Li et al., 2018).
La sinergia entre estas estrategias de modificación amplifica el rendimiento de los adsorbentes basados en bentonita, convirtiéndolos en herramientas de alta tecnología para la mitigación de contaminación por micotoxinas en los piensos animales. No obstante, es crucial considerar que los mejores resultados de optimización de eficacia por tratamientos de modificación se logran con arcillas que ya demuestran buenas propiedades adsorbentes de micotoxinas en su estado natural (Li et al., 2018)
En conclusión, las arcillas bentonitas, de elevada composición mineral en esmectitas y con propiedades modificables bajo procesos industriales, se encuentran en la vanguardia de los adsorbentes minerales para la mitigación de micotoxinas en la nutrición animal. La investigación científica creciente en nuevos materiales adsorbentes como las arcillas trioctaédricas, junto con la innovación en los procesos de optimización de propiedades para un aumento de la eficacia, coloca a las bentonitas en una posición clave para el desarrollo de nuevos agentes de alta tecnología para búsqueda de piensos seguros de alta calidad, contribuyendo significativamente a garantizar la seguridad alimentaria y el bienestar animal.
