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UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELAFacultad de AgronomíaDepartamento de Producción AnimalMaracay
METABOLITOS SECUNDARIOS
Importancia en la producción con especies de interés zootécnico
Dr. Álvaro Ojeda
Julio, 2011
Meta
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nd
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o
Defin
icio
nes
…Metabolismo Secundario …ó Sustancias Ecológicamente Eficaces
Agronomía-U.C.V.
Conjunto de procesos mediante los cuales se generan sustancias que no forman parte del metabolismo primario (fotosíntesis, respiración, transporte de solutos, translocación, asimilación de nutrientes y diferenciación celular; entre otros), poseen características muy variadas, así como una extrema complejidad química y en sus rutas biosintéticas de origen.
8000 polifenoles
1000 alcaloides
270 aminoácidos no-proteicos
32 cianógenos
Otros (saponinas, terpenos, etc)
Meta
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Defin
icio
nes
…Agronomía-U.C.V. Compuestos secundarios …
Defensa QuímicaDefensa Química
Metabolismo intermediarioMetabolismo intermediarioprecursores de otros precursores de otros
metabolitos metabolitos
Transporte y Transporte y almacenamiento dealmacenamiento de
NitrógenoNitrógeno
¿ Razón de ser ?¿ Razón de ser ?
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Part
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…Agronomía-U.C.V.
Protección de los depredadores
Mayor en plantas con elevada concentración de nitrógeno
Acción sobre:
Digestión y absorción de proteínas, CHO’s y minerales Biodisponibilidad de vitaminas
Su efecto depende de:
Tipo y concentración del compuesto Composición de la dieta Especie y estado fisiológico del animal Adaptabilidad del animal Procesamiento y manejo de la ración
Efecto positivo o deletéreo sobre parámetros productivos
Particularidades …
Metabolito Secundario Aplicación
Aminas En variedad de compuestos orgánicos (ej. quinolinas son
cancerígenas). Muchas veces les confieren actividad fisiológica a la célula animal (ej. histaminas)
Alcaloides Medicinal. En la fabricación de medicamentos
Esteroles Medicinal. Forman parte de hormonas animales y vitaminas
Triterpenos Medicinal e industrial. Son llamados aceites esenciales, útiles en perfumería, farmacia y agroindustria de alimentos
Glicósidos Medicinal. Estimulan la función cardíaca
Saponinas Medicinal e industrial. Precursores de hormonas esteroidales y corticosteroides. Por su actividad tensoactiva son útiles como emulgentes y hemolizantes
Fenoles simples Medicinal e industrial. Poseen actividad antifúngica, desinfectante y aromatizante
Flavonoides Medicinal e industrial. Reducen fragilidad capilar, protegen en estados tóxicos y anti-inflamatorios. Son colorantes
Taninos Medicinal e industrial. Propiedades astringentes y antisépticas. Útiles en la fabricación de tintas y otros colorantes, y en el curtido de pieles
Cumarinas Medicinal e industrial. Anticoagulante y aromatizante
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…Agronomía-U.C.V.
Fuente: Payo et al. (1996)
Diversidad de usos …
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ca …
Agronomía-U.C.V.
Naturaleza química Proteínas
Aminoácidos no proteicos Glicósidos Otros metabolitos
Modo de acción y efectos metabólicos Daño en la mucosa intestinal
Inhibición de la actividad enzimática Interferencia en retroalimentación de síntesis enzimática Reacción de alergia e intolerancia Analogía estructural con aminoácidos proteicos Reducción de disponibilidad de nutrientes
Efecto sobre respuesta animal
De acuerdo a …
Estructura Proteica Inhibidores de proteasas, Lectinas, Inhibidores de amilasa, Alérgenos y Antígenos
Aminoácidos No Proteicos Latirógenos y neurotoxinas, Antagonistas de arginina Metabolitos heterocíclicos y misceláneos
Glicósidos Oligosacáridos Polisacáridos no amiláceos Otros glicósidos
Otros Fitatos, Taninos y Alcaloides
Químicamente …
Nociones de Toxicología …
Dosis Letal (DL50 ) Es la cantidad de sustancia que se requiere para causar la muerte del
50% de un grupo de animales de experimentación, bajo condiciones controladas y administrada por una vía específica. Se expresa en miligramos (mg) de sustancia por kilogramo (kg) de peso corporal del animal.
Curva de frecuencia dosis-respuesta
Williams y Burson (1985)
DL50
Aflatoxina B1 15 µg/kg
Cafeína 4000 mg/kg (75 tazas en 30 min.)
En extremo …
Grado de diferenciación o complejidad del SNC
Nivel de evolución de los mecanismos reguladores de las funciones corporales (temperatura, respiración, etc)
Estructuración y diferenciación del sistema digestivo y respiratorio
Características y diferenciación de la piel
Sensibilidad diferencial entre especies …
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…Agronomía-U.C.V.
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Agronomía-U.C.V. Inhibidores de Proteasas ...
Sustancias presentes en tejidos de plantas (fund. leguminosas) y animales, que tienen la capacidad de inhibir la actividad de enzimas proteolíticas (ej. Tripsina y Quimiotripsina).
Efectos ...
Hipertrofia y tumores pancreáticos
Reducción en valor de PER (GDP / proteína ingerida)
Incremento en excreción fecal de AA’s azufrados
En ...
Mayoría de las leguminosasCaso clásico: Grano de soya (6% de su proteína)
Agronomía-U.C.V.
Inhibidor (Kunitz / Bowman-Birk)
Proteínadietaria
Tripsinógeno(Páncreas)
CCK (Mucosa)
Tripsina(Intestinal)
Proteolísis Tripsina - Inhibidor
Inhibidor de tripsina y actividad pancreática ...
Fuente: Liener (1990)
Control ...Tostado (195 ºC / 15 min), Hervir en agua, Autoclave (120 º C / 30 min), Radiación
de microondas e infrarrojo, Radiación gamma, Extrusión y Micro-ionización;
entre otros.
Act
ivid
ad d
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hib i
dor
Minutos a 100 º C
0 2 4 6 10 15 20
100
80
60
40
20Inhibidor
PER
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Agronomía-U.C.V.
Tratamiento térmico de Psophocarpus sp., metabolitos secundarios y valor biológico en ratas
I T Hemoaglut. Taninos Valor
Tratamiento (mg/g) (U /mg) (mg/g) Biológico
Ninguno 17,7 200 7,6 - 0,74
Microondas 17,9 196 7,4 - 0,70
Infrarrojo 0,7 10 6,7 0,70
Autoclave 0,7 nd 5,1 0,53
Hervir 0,4 nd 2,5 0,71
I T: Inhibidor de tripsina; nd: No detectado
Fuente: Kadam et al. (2002)
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Agronomía-U.C.V.
Lectinas ...(Del latín legere, que significa preferir, escoger)
Compuestos de distribución paralela a los inhibidores de proteasas, que causan aglutinación de los eritrocitos de varias especies animales, capaces de unirse a las glicoproteínas de la superficie de membrana celular y generar reacciones de incremento de tasa de recambio celular.
Efectos ... Hemoaglutinación y generación de anticuerpos
Inhibición de enzimas que hidrolizan carbohidratos (ej. soya y Phaseolus spp)
Destrucción del borde de cepillo y secreción de mucus intestinal
Promueve colonización de intestino delgado por coliformes
En ...Mayoría de las leguminosas, aunque de toxicidad variable. En soya (prácticamente inocua), ricino (muy tóxica), Canavalia, Phaseolus spp., Dolichos spp. (Jacinto)Ej. Concanavalina A y Aglutinina de germen de trigo.
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Lect
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Fuente: Kik et al. (1990)
Agronomía-U.C.V.
Su acción ...
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Lect
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…
Hipertrofia e Hiperplasia
Menor Consumo
Normal Fuerte
Hipertrofia e Hiperplasia
Menor Consumo
Dieta
Tripsina
Quimiotripsina
Epitelio IntestinalR
Pepsina
30 - 90 %Lectina HECES
Fuente: Pizzani et al (1999)
Vellosidad intestinal
Agronomía-U.C.V. Alérgenos ...Son compuestos usualmente nitrogenados, que generan reacciones clínicamente definidas como alérgicas, las cuales se caracterizan por el desarrollo de mecanismos inmunológicos, que a través de IgE inducen la liberación de mediadores responsables de las reacciones tisulares comunes en este desorden.
Efectos ...
Digestión insuficiente y diarrea
Respuesta inmune
Pobre comportamiento productivo
En ...
Mayoría de las leguminosas.Reportada en Pisium spp. y Glicine spp.
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Alé
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Agronomía-U.C.V.
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Foto
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Sustancias fotosensibilizantes ...
Filoeritrina
Animal hipersensible a la presencia de la luz solar, particularmente a los rayos U.V., provocando inflamaciones acuosas bajo la piel y eventualmente necrosis dérmica. Se reconocen Fototoxia (sólo quedan afectadas las zonas expuestas al sol) y la Fotoalergia, donde la sustancia suele ser inmunológicamente inactiva, pero al ser irradiada produce una molécula con carácter antigénico que desencadena una reacción alérgica que afecta a zonas expuestas y no expuestas al sol.
Clorofila
Microorganismos ruminales
Hígado BilisExcreción
Mecanismo de acción ...
Los AGI´s de membranas se alteran y los lisosomas liberan las
enzimas hidrolíticas y/o mediadores químicos de la
inflamación
Fotosensibilidad en piel no
pigmentada
Hierba de San Juan (Hypericum perforatum) Cariaquito naranja (Lantana camara) Pastos diversos (Panicum spp.) Cuernos de chivo (Tribulus terrestris) Hongos (Pithomyces chartarum)
Signos ...
En ...
Diarrea Irritación en piel despigmentada Enrojecimiento Edema e Ictericia
Lesiones ...
Agronomía-U.C.V. Aminoácidos No Proteicos ...
Ubicados en una amplia variedad de leguminosas tropicales, y a menudo varios por especie (600 identificados), existen compuestos tóxicos que mantienen analogía estructural con aminoácidos esenciales o sus neurotransmisores derivados del sistema nervioso central del animal.
Efectos ... Síntesis de proteínas anómalas
Neurotóxicos y Latirismo (AA´s análogo del glutamato)
Inhibición de enzimas, disfunción renal y depilación; entre otros.
En ...Mayoría de las leguminosas, particularmente sus semillas.Comunes en: Canavalia ensiformis, Leucaena leucocephala, Indigofera spicata, Gliricidia sepium, Mimosa spp., Acacia spp. y algunas especies de Astragalus.
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… Aminoácidos Especie g/kg MS semilla Efectos Tóxicos
Neurolatirógenos
-cianoalanina Vicia spp. 1,5 Convulsiones, espasmos tetánicos y muerte
-(N) oxalyl- Lathyrus spp. 25 Convulsiones, muerteaminoalanina
Análogos de ArgininaCanavanina Canavalia spp. 51 Reducción del crecimiento
Gliricidia spp. 40 Disfunción sistema inmuneIndigofera spp. 9 Daño en utilización de N
AromáticosMimosina Leucaena spp. 145 Caída de la lana
Daños orgánicos y muerte
Fuente: Mello (1990)
Distribución y toxicidad de aminoácidos no proteicos
Agronomía-U.C.V.
Susceptibilidad depende de ...
Especie animal
Dieta y tiempo de exposición
Diferencias geográficas
GDP DHP Tiroxina en suero
Tratamiento (6-19 sem.) (a 13 sem.) (a 13 sem)
No tratados 0,52 0,28 28
Tratados 1,03 0,00 85
Fuente: Mello (1990)
Novillos pastoreando Leucaena sp. y bacterias degradadoras de DHP
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Agronomía-U.C.V.
Glucósidos ...
Oligosacáridos...Compuestos como los -galactósidos presentes en leguminosas que inhiben la acción de galactosidasa, generando metano, hidrógeno y CO2 en intestino grueso y con ello provocando diarreas, flatulencia y nauseas
Polisacáridos no amiláceos...Comúnmente referidos como “Fibra dietaria”, son polisacáridos vegetales asociados a la lignina (celulosa, hemicelusosa, gomas, mucílagos, pectina, etc.), incompletamente digeridos en intestino delgado, pero disponibles en intestino grueso, donde su fracción soluble es rápidamente transformada en AGV’s. En pollos se reporta que modifican la viscosidad de las heces, generando efecto de “cama húmeda”, y por lo tanto problemas de manejo y disminución de la producción.M
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Glu
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Agronomía-U.C.V. Otros Glucósidos ...
SaponinasInicialmente asociadas a la Sapindus saponaria, y con gran poder espumante, son compuestos amargos que reducen la palatabilidad de los alimentos. En rumiantes se han empleado como reguladores de la flora microbial del rumen.
Efectos ... Reducción del consumo de alimento
Irritante de membrana bucal y garganta
Inhiben fermentación y síntesis bacteriana
Hemorragias
En ...Alfalfa, frijol de soya, follaje de yuca, Sapindus sp. etc.
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Saponin
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…
Sdx
Amonio (mg N-NH3/100 ml)
Protozoos
196,0
5,4a
194,9
5,0b
117,3
4,6c
9,8
0,1
Hongos 7,6a 8,1b 8,5c 0,1
Bacterias Totales 10,3a 11,3b 11,7c 0,2
Celulolíticas 7,5a 8,1 8,8c 0,1
Deg. MS (%)
% (24 h) 12,5a 18,6 25,9c 0,9
T1/2 72,9 69,7 66,6 5,7
DESFAUNACIÓN Y POBLACIONES MICROBIALES (log10/ml fluido ruminal)
Agronomía-U.C.V.
Díaz et al. (1993)Meta
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Saponin
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…
Sapindus saponaria en dieta (g/animal/día)
0 25 50
Agronomía-U.C.V.
Fitoestrógenos ...
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Fito
est
rógenos
…
Compuestos derivados del fenilpropano presentes en las plantas (estrona, estriol y β-sitoesterol), que son estructural o funcionalmente similares al estrógeno (14-β-Estradiol). Destacan los lignanos, isoflavones, cumestanos, lactonas (estos dos últimos en animales) y triterpenos. Se conocen actualmente 30 tipos de fitoestrógenos.
Soya, linaza, trébol, avena, Oriza spp., col, alfalfa, lentejas, algunas frutas (ej. manzana) y verduras (ej. remolacha).
En ...
Continuac…
Infertilidad temporal o permanente
Cambios anormales en los órganos reproductivos
Lactación en hembras vírgenes o no preñadas
Prolapso vaginal
Cáncer
Efectos ...
Agronomía-U.C.V.
Cianógenos ...Glicósidos cuya hidrólisis libera ácido prúsico o cianuro de hidrógeno (HCN). Esta cianogénesis ocurre durante la masticación de la planta o por acción microbiana en el rumen.
Efectos ... DL50 (2-4 mg/ kg P.V.)
Efectos goitrogénicos (inducción de bocio)
Su efecto depende de: Tamaño y tipo de animal, tasa de tránsito de digesta y capacidad de metabolizar el HCN
Tratamiento: Premarchitado o deshidratado de plantasó suministro por vía endovenosa de 125-250 ml solución (v/v) con 1,2% Nitrito de sodio + 7,4% tiosulfato de sodio
En ...Niveles no tóxicos en la mayoría de las leguminosas. De importancia en Acacia sp. y yuca
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Cia
nóg
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…
Agronomía-U.C.V. Otros Metabolitos Secundarios ...
Fitatos
El ácido fítico y sus sales, los fitatos, agrupan 2/3 del fósforo de origen vegetal de los monogástricos. Presentan gran habilidad quelatante, formando complejos insolubles con algunos cationes. Se puede reducir su presencia por germinación, uso de fitasas fúngicas y autolisis.
Efectos ...Incrementa requerimientos de minerales
Inhiben enzimas digestivas (ej. Pepsina, pancreatina y amilasa)
Quelación de calcio reduce actividad de tripsina y amilasa
Reducido por fitasas (endógenas y exógenas)
En ...Granos de cereales, semillas y aceites de leguminosas.
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Fita
tos
…
Fósforo (%) Actividad de
Total Fítico Total/Fítico fitasa (U/kg)
CEREALES
Trigo 0,33 0,18 55 1565
Maíz 0,27 0,17 73 24 Arroz Grano 0,12 0,08 65 112 Pulidura 1,57 1,13 72 134Sorgo 0,26 0,17 66 24
OLEAGINOSAS (Subprpd)Algodón (semilla) 0,64 0,49 77 51Harina de Soya 0,57 0,37 65 62Harina de Palma 0,51 0,29 57 34Harina de coco 0,43 0,24 56 37
Godoy et al. (2005)
Agronomía-U.C.V.
Taninos ...Son compuestos fenólicos, más o menos solubles en agua, y con capacidad para precipitar la gelatina y otras proteínas. Se agrupan en hidrolizables (de importancia en leguminosas) y condensados.
Efectos ... Alta afinidad por las proteínas de la digesta
Reducción del consumo voluntario
Baja absorción de hierro y otros minerales
Efecto beneficioso en rumiantes (20 mg/kg MS)
En ...Mayoría de las leguminosas: Acacia, Leucaena, Prosopies, Albizia, etc.
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Tanin
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…
Humanos
Cabras
PollosMonos
MarmotaConejos
OvinosRatones
BovinosVenado
AusentePresente
Proteínas ricas en prolina ...
Boca
Rumen( pH 5-7 )
Abomaso( pH 2.5 - 3.5 )
Duodeno( pH 8-9 )
Fuente: Mello (1990)
Taninos condensados+
Proteínas Complejo insoluble
Tanino / ProteínaMasticación
Protección del complejo
Taninos condensados libres
Fermentación de CHO”s
Disociación del complejo
Taninos Condensados
Libres
Proteínas
Digestión y absorción
Agronomía-U.C.V.
GRUPO
Taninos PEG
Consumo N (g/día) 42,4 47,6
Nitrógeno en digesta (g/kg MS)
Rumen 39,9 33,0Abomaso 48,8 43,3Ileum 33,6 20,7Heces 38,3 22,7
Digestibilidad en (%N) :
Rumen 13 26Inst. delgado 53 55Inst. grueso 1 0
Total 67 81
Metabolismo de nitrógeno ...
Menor consumo ... Menor tasa de fermentación microbial
Menor concentración de NH3 en rumen
Disminución de tasa de recambio ruminal
Menor producción de AGV´s
Fuente: Waghorn et al. (1994)
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Tanin
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…
Secado del forraje Uso de PEG Suplementación con plantas libres de taninos y urea Manipulación de microflora ruminal
Destoxificación ...
Agronomía-U.C.V.
Micotoxinas ...
Son compuestos de naturaleza no proteica, de peso molecular intermedio, que se generan del crecimiento y multiplicación de los hongos en un sustrato apropiado. El término se deriva de las palabras griegas mykes (hongos) y toksikon (veneno).
Condiciones óptimas ...
Concentración de oxígeno de 20,9%
pH entre 6,0 y 7,0
Temperatura superior a 20 ºC
Humedad de 14 a 20%
Otros (integridad de cutícula del grano, etc.)
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xin
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…
MicotoxinaMaíz
(10 muestras)Otros
ingredientesAlimento para aves
Aflatoxina 24 33 92
Vomitoxina 50 44 88
Acrotoxina 24 22 80
Zearolina 40 66 60
T-2 Toxina 0 33 36
Fremonixina 50 78 88
Países: Taiwán, Malasia, Tailandia, Singapur, Indonesia e India
Agronomía-U.C.V.
González (2005)
Localidad Micotoxinas
Oeste de EuropaEste de EuropaNorteaméricaSudaméricaAfricaAsiaAustralia
ocratoxinas, desoxinivalenol, zearalenonazearalenona, desoxinivalenolocratoxinas, desoxinivalenol, zearalenona, aflatoxinasaflatoxinas, fumonisinas, ocratoxinas, desoxinivalenol, toxina T-2 aflatoxinas, fumonisinas, zearalenonaaflatoxinasaflatoxinas, fumonisinas
Micotoxinas en el mundo ...M
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…
Contaminación por Micotoxinas (%) en alimentos para aves
Toxina Hongo DL50
(mg/kg PV)1Principales efectos
Cultivos más sensibles
AflatoxinaAspergillus sp.
3Crecimiento reducido, daños de hígado, ictericia, reducción de inmunidad
Todos los cereales, Semilla de algodón, Maní, grano de soja
Zearalenona Fusarium sp. 10
Infertilidad, anestros, mortalidad embrionaria, prolapso rectal, calidad del semen
Todos los cereales, alfalfa, yuca, maní y sorgo
Tricotecenos (T2, DAS,DON)
Fusarium sp. 10Inapetencia, vómito, reducción de inmunidad
Todos los cereales
Ocratoxina y Citrinina
Aspergillus sp. Penicillum sp.
10Crecimiento reducido, daños bazo/hígado
Cereales, maní y sorgo
Fumoninisina Fusarium sp. 19
Reduce ingesta y crecimiento, problemas respiratorios, edema pulmonar
Todos los Cereales
1= En caso de cerdosFuente: Devegowda et al (1998)
De mayor interés ...
Control de Micotoxinas ...Agronomía-U.C.V.
Uso de antimicóticos (ej. base de ácido propiónico)
Tratamiento:
Físico: Calor, luz ultravioleta y dilución del alimento contaminado,
Químico: Amoniaco, bisulfito de sodio, formaldehído, ácido ascórbico y ozono
Uso de secuestrantes
Minerales: Arcillas (bentonita), zeolitas, aluminosilicatos de Ca y Na
Biológicos: Glucomananos
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Degradación biológica (bacterias, levaduras y hongos)
Manipulación Genética (Clásica o por Ingeniería Genética)
Rotación de potreros
Formulación de las dietas Selección de ingredientes Dilución de dietas Suplementación con nutrientes (nitrógeno, vitaminas, sales
yodadas, etc.)
Tratamiento de materiales
Primarios: Tratamientos químicos, enzimáticos, físicos (fraccionamiento, aplicación de calor)
Secundarios: Extrusado, peletizado, etc.
¿ Existe control ? ...Agronomía-U.C.V.
Meta
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En
gen
era
l …
“La canción a los campos retorne
en el alba sembremos la voz,
explotar a la tierra y no al hombre
es consigna de un hombre mejor ”
Antonio EstevesHimno Facultad de Agronomía, U.C.V.
Agronomía-U.C.V.
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Imp
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anci
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la P
rod
ucc
ión
An
imal
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