Utilización de antioxidantes y su origen

Use of antioxidants and their origin

Existen antioxidantes de tipo sintético utilizados para la preservación de alimentos tanto para consumo humano como animal, por ejemplo, butilhidroxianisol, butilhidroxitolueno y el propil galato (PG) (Moure et al., 2001). En la actualidad, los antioxidantes sintéticos están restringidos en varios países, ya que se ha demostrado que causan efectos nocivos en quien los consume. Por tal razón, ha aumentado el uso de los antioxidantes de origen vegetal, que por ser naturales se consideran más seguros para el consumidor. Un gran número de especias y hierbas contienen compuestos que pueden ser removidos y añadidos a sistemas alimentarios para prevenir la oxidación de éstos (Lee y Shibamoto, 2002; Ahn et al., 2007; Rojas y Brewer, 2008; Sasse et al., 2009). Muchuweti et al., (2007) determinaron que el orégano (Origanum vulgare) tiene una actividad antioxidante del 58 %, superado solo por la canela (Cinnamomum zeylanicum) con un 61.8 %. Por otra parte, la albahaca (Ocimum basilicum) posee una gran capacidad para evitar la LPO debido a su alto contenido de compuestos como el ácido rosmérico, el linalol y el bergamoteno (Lee y Scagel, 2009; Hussain et al., 2008). El ajo (Allium sativum) y los echalotes (Allium ascalonicum) muestran una elevada capacidad de atrapar radicales libres, ya que contienen flavonoides y compuestos azufrados (Amagase, 2006). Las uvas (Vitis vinífera) tienen un alto contenido de flavonoides, ácidos fenólicos y estilbenoides, lo que las hace una excelente fuente natural de antioxidantes. Radovanovic et al., (2009) y Iacopini et al., (2008) reportan que las uvas tienen una actividad antioxidante entre el 66.4 % y 81.4 %. Las vitaminas C, E y A, así como los carotenoides y los compuestos fenólicos son algunos de los antioxidantes de mayor interés (Rizner et al., 2009; Avello y Suwalsky, 2006). Diversas investigaciones han llegado a la conclusión de que el α-tocoferol (vitamina E) permite mantener la estabilidad lipídica en filetes de pescado, mejor aún que otras formas de tocoferoles, ácido rosmérico y que los mismos antioxidantes sintéticos (Avello y Swalsky, 2006; Amin et al., 2012; Pinho et al., 2005; Gao et al., 2012). Estévez y Heinonen (2010) reportan que el α-tocoferol puede inhibir la oxidación de proteínas, ya que los resultados de sus investigaciones mostraron que éste disminuyó significativamente la formación de semialdehído α-glutámico y de α-aminoadipil (productos de oxidación de proteínas). Willis et al., (2007) afirman que al adicionar g-tocoferol, usando un acarreador polar, éste puede ser incorporado a la fracción fosfolipídica celular, protegiéndola del ataque de radicales libres. Yeum et al., (2009) reportaron efectos sinérgicos entre el ácido ascórbico y el α-tocoferol, así como una bioacumulación en la membrana fosfolipídica celular. Así mismo, al adicionar α-tocoferol a los alimentos para consumo animal, la evidencia muestra que hay efectos significativos sobre las actividades antioxidantes de los tejidos y que confiere estabilidad lipídica a los alimentos derivados de éstos (Formanek et al., 2001; Swigert et al., 2004; Guo et al., 2006; Boler et al., 2009; Lahuckly et al., 2010). Se han desarrollado una gran cantidad de investigaciones para verificar la aplicación y efectividad de compuestos tales como los compuestos polifenólicos, el ácido rosmérico, la quercetina, los flavonoides y otros más, como agentes antioxidantes en alimentos (Landines y Zambrano, 2009).

There are antioxidants of synthetic type used for the preservation of food for both human and animal consumption; for example: butylhydroxyanisol, butylhydroxytoluene and propyl gallate (PG) (Moure et al., 2001). Currently, synthetic antioxidants are restricted in various countries, since it has been proven that they cause harmful effects in that who consumes them. Therefore, the use of vegetal antioxidants has increased, because being natural they are considered to be safer for the consumer. A great number of herbs and spices contain compounds that can be removed and added to alimentary systems to prevent their oxidation (Lee and Shibamoto, 2002; Ahn et al., 2007; Rojas and Brewer, 2008; Sasse et al., 2009). Muchuweti et al., (2007) determined that oregano (Origanum vulgare) has an antioxidant activity of 58 %, overtaken only by cinnamon (Cinnamomum zeylanicum) with a 61.8 %. On the other hand, basil (Ocimum basilicum) possesses a great capactiy to avoid LPO due to its high content of compounds such as rosmeric acid, linalool and bergamoten (Lee y Scagel, 2009; Hussain et al., 2008). Garlic (Allium sativum) and shallots (Allium ascalonicum) show a great capacity of catching free radicals since they contain flavonoids and sulphur compounds (Amagase, 2006). Grapes (Vitis vinifera) have a high content of flavonoids, phenolic acids and stilbenoids, which makes them an excellent natural source of antioxidant. Radovanovic et al., (2009) and Lacopini et al., (2008) report that grapes have a great antioxidant activity between 66.4 and 81.4 %. Vitamins as C, E and A, as well as carotenoids and phenolic compounds are some of the major interest antioxidants (Rizner et al., 2009; Avello and Suwalsky, 2006). Diverse researches have reached the conclusion that α-tocopherol (vitamin E) allows to maintain the lipid stability in fish filets, and much better than other forms of tocopherols, romeric acid and the synthetic antioxidants themselves (Avello and Swalsky, 2006; Amin et al., 2012; Pinho et al., 2005; Gao et al., 2012). Estevez and Heinonen (2010) report that α-tocopherol can inhibit protein oxidation, since the results of their researches show that it decreased the formation of semialdehyde α-glutamic and α-aminoadipic significantly (products of protein oxidation). Willis et al., (2007) affirm that by adding g-tocopherol, by using a polar carrier, it can be incorporated to the phospholipid cellular fraction, protecting it from the attack of free radicals. Yeum et al., (2009) reported synergic effects between the ascorbic acid and the alfa-tocopherol, as well as a bioaccumulation in the phospholipid cellular membrane. Likewise,by adding alfa-tocopherol to food for animal consumption, evidence shows that there are significant effect on the antioxidant activities of tissues and it grants lipid stability to food derived from them (Formanek et al., 2001; Swigert et al., 2004; Guo et al., 2006; Boler et al., 2009; Lahuckly et al., 2010). A great amount of researches has been developed to verify application and effectiveness of compounds such as poliphenolic compounds, rosmeric acid, quercetin, flavonoids and others, as antioxidant agents in food (Landines and Zambrano, 2009).

Inclusión de antioxidantes naturales en dietas para peces

Inclusion of natural antioxidants in fish feed

Amin and Hashem (2012) evaluated the effect of inclusión of α-tocopherol in the diets on the oxidative stress in catfish (Clarias gariepinus) caused by deltamethrin, finding that by supplementing vitamin to fishes after exposing them to deltamethrin, MDA levels and catalase activity they go back to their original basal state. Likewise, Welker and Congleton (2009) evaluated the effect of α-tocopherol combined with ascorbic acid (AA), iron and selenium on the oxidative stress of salmon (Oncorhynchus tshawytscha walbaum). The results show that tocopherols and AA diminish oxidative stress and that the minimum required of both is of 50 mg kg^-1 of feed, even though a supplementation of 350 mg kg^-1 grant a major protection against induction of LPO. Pan et al., (2011) evaluated the antioxidant response in fish Hyphessobrycon eques fed with feed added with β-carotene, astaxanthin and a mix of them. Results show that supplementation of astaxanthins and β-carotenes diminish the stress provoked by ammonium, concluding that 10mg of β-carotene or astaxanthins per kilogram of feed are enough. Nakano et al., (1999) analyzed the impact on the supplementation of red yeast (Phaffia rhodozyma), rich in this compound, on the oxidative stress in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). They evaluated the levels of malonic aldehyde (MDA) in muscle, concluding that the levels of LPO are maintained in basal levels this organisms. In this sense, Huei et al., (2004) researched the effect of diet administration of vitamin E on the LPO in muscle and liver of hybrid tilapia (Oreochromis niloticus x Oreochromis aureus), feeding these fishes with food which oils were oxidated and tried five levels of inclusion of α-tocopherol (40 IU the minor and 300 IU kg^-1 the major). They concluded that 64 IU kg^-1 of vitamin E are enough to maintain the levels of LPO close to basal state in the analyzed tissues. Gao et al., (2012) also evaluated the impact of supplementation of vitamin E on the level of LPO (in liver and muscle) and growth in Japanese snapper (Pagrus major). In this study organisms were fed with food elaborated with oxidated oils and their results showed that the level of LPO is major in organisms fed with feed in such state, but without supplementing vitamin. They concluded that supplemented fishes with α-tocopherol grow healthier and that the increase in the inclusion of this antioxidant reduced the LPO. Pinho et al., (2005) evaluated the antioxidant response in crab exposed to microcystins, pre-treated with feed added with vitamin E. They also evaluated the catalase activity (CAT) in gill, resulting major in crabs pre-treated with vitamin E, which indicates that this tissue needs major concentration of antioxidants. They observed that the administration of vitamin E increases the concentration of antioxidants in this tissue, which carries the diminishment in the CAT, activity. Prieto et al., (2008) researched the time in which the trolox is effective against oxidative damage after the exposition to microcystins (MC) in Nile tilapia (Oreochromis niloticus). The obtained results show that LPO was significantly minor (in gills, liver and kidney) in the organisms treated with trolox, with similar values to those of the control group. Regarding enzymatic activities CAT Superoxide dismutase (SOD), glutathione peroxidase (GPx) and glutathione reductase (GR), they denote that such tissues are highly susceptible to intoxication for MC, but that in organisms pre-treated with antioxidants they go back to their basal states in the 24 hours after the administration of MC. Mohebbi et al., (2012) supplemented garlic in feed for rainbow trout and evaluated the impact on the level of LPO and the enzymatic activity of CAT, SOD and GPx. Results show a diminishment in the values of LPO after the treatment. About the activity of SOD, there was a significant increase in the treatments with garlic, CAT activity reduced significantly, while the GPx activity had no significant changes. Kumar et al., (2009) researched the effect of food supplementation of AA, garlic and taurine on the stress of catfish (Ameiurus catus). The results of major activity of CAT and SOD and the diminishment on the level of LPO assure that supplementation of these antioxidants decreases the oxidative stress. On the other hand, Girao et al., (2012) included lycopene in the feed for Nile tilapia in order to evaluate its impact on the level of cortisol and the antioxidant response when being exposed to stress by overcrowding. The results show that the administration of lycopene diminishes the level of cortisol and keeps the enzymatic activities in their normal states. Yonar (2012) analyzed the impact of including lycopene in the feed of rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) stressed with oxytetracycline (OTC). In this research, the antioxidant was administered directly to the organism, not through food. The results derived of this research show that the pre- and post-treatment with lycopene mitigated the oxidative stress, diminishing significantly the levels of LPO and increasing the activities of CAT, SOD and GPx in the analyzed tissues (liver, kidney and blood). Dantagnan et al., (2013) evaluated the interaction of selenium and vitamin E included in diets for juveniles of rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) and analyzed the effects on oxidative stress. These authors found that concentration of selenium, immunity indicators and enzyme activity of the oxidative stress increased significantly. Paves et al., (2013) worked with inclusion of arachidonic acid (ARA) and natural antioxidants in the diet for Atlantic salmon fry (Salmo salar) and evaluated the oxidative stress and accumulation of ARA in liver. They found that both antioxidants increase the expression of enzymes SOD, GPx and CAT, the latter being the one that had the major expression. Carrasco et al., (2013) evaluated the antioxidant and immune-stimulant response of salmon (Salmo salar) fed with functional diets added with antioxidants. The results obtained showed that supplementary diets with antioxidants have the capacity of protecting the fish in front of oxidation of biomolecules. The results of the most relevant researches are shown in Table 1.

Amin y Hashem (2012) evaluaron el efecto de la inclusión de α-tocoferol en las dietas sobre el estrés oxidativo en bagre (Clarias gariepinus) causado por deltametrina, encontrando que al suplementar la vitamina a los peces, después de exponerlos a la deltametrina, los niveles del MDA y las actividades de catalasa regresan a su estado basal. Así mismo, Welker y Congleton (2009) evaluaron el efecto de α-tocoferol combinado con ácido ascórbico (AA), hierro y selenio sobre el estrés oxidativo en salmón (Oncorhynchus tshawytscha walbaum). Los resultados muestran que los tocoferoles y el AA disminuyen el estrés oxidativo y que el mínimo requerido de ambos es de 50 mg kg^-1 de alimento, aunque una suplementación de 350 mg kg^-1 otorga una mayor protección contra la inducción de LPO. Pan et al., (2011) evaluaron la respuesta antioxidante en pez gota de sangre (Hyphessobrycon eques) alimentados con piensos adicionados con β-caroteno, astaxantinas y mezcla de ellos. Los resultados muestran que la suplementación de astaxantinas y β-carotenos disminuyen el estrés provocado por amonio, concluyendo que 10 mg de β-caroteno o astaxantinas por kilogramo de alimento son suficientes. Nakano et al., (1999) analizaron el impacto de la suplementación de levadura roja (Phaffia rhodozyma) rica en este compuesto, sobre el estrés oxidativo en trucha arcoíris (Oncorhynchus mykiss). Evaluaron los niveles de aldehído malónico (MDA) en músculo, concluyendo que se mantienen al mínimo los niveles de LPO en estos organismos. En este sentido, Huei et al., (2004) investigaron el efecto de la administración dietaria de vitamina E sobre la LPO en músculo e hígado de tilapia híbrida (Oreochromis niloticus x Oreochromis aureus), alimentando a estos peces con piensos cuyos aceites estaban oxidados y probaron cinco niveles de inclusión de α-tocoferol (40 IU el menor y 300 IU kg^-1 el mayor). Estos investigadores concluyeron que 64 IU kg^-1 de vitamina E son suficientes para mantener los niveles de LPO cercanos al estado basal en los dos tejidos analizados. Gao et al., (2012) también evaluaron el impacto de la suplementación de vitamina E sobre el nivel de LPO (en hígado y músculo) y crecimiento en pargo japonés (Pagrus major). En este estudio alimentaron los organismos con piensos elaborados con aceites oxidados y sus resultados mostraron que el nivel de LPO es mayor en organismos alimentados con piensos en este estado, pero sin suplementar la vitamina. Estos autores concluyeron que los peces suplementados con α-tocoferol crecen de forma más saludable y que el incremento en la inclusión de este antioxidante redujo la LPO. Pinho et al., (2005) evaluaron la respuesta antioxidante en cangrejos expuestos a microcistinas, pre-tratados con alimentos adicionados con vitamina E. Evaluaron la actividad de la catalasa (CAT) en las branquias, resultando mayor en los cangrejos pre-tratados con vitamina E, lo que indica que este tejido necesita mayor concentración de antioxidantes. Ellos observaron que la administración de vitamina E aumenta la concentración de antioxidantes en este tejido, lo que conlleva a la disminución en la actividad de la CAT. Prieto et al., (2008) investigaron el tiempo en el cual el trolox es efectivo contra el daño oxidativo después de la exposición a microcistinas (MC) en tilapia nilótica (Oreochromis niloticus). Los resultados obtenidos muestran que la LPO fue significativamente menor (en branquias, hígado y riñón) en los organismos tratados con trolox, con valores similares a los del grupo control. En cuanto a las actividades enzimáticas CAT, superóxido dismutasa (SOD), glutatión peroxidasa (GPx) y glutatión reductasa (GR), éstos denotan que dichos tejidos son altamente susceptibles a la intoxicación por MC, pero que en organismos pre-tratados con antioxidantes regresan a sus estados basales a las 24 horas después de la administración de MC. Mohebbi et al., (2012) suplementaron ajo en alimentos para trucha arcoíris y evaluaron el impacto sobre el nivel de LPO y la actividad enzimática de CAT, SOD y GPx. Los resultados muestran una disminución de los valores de LPO después del tratamiento. En cuanto a la actividad de SOD, hubo un aumento significativo en los tratamientos con ajo, la actividad de CAT se redujo significativamente, mientras que la actividad de la GPx no tuvo cambios significativos. Kumar et al., (2009) investigaron el efecto de la suplementación alimenticia de AA, ajo y taurina, sobre el estrés en bagre (Ameiurus catus). Sus resultados de mayor actividad de CAT y SOD y la disminución del nivel de LPO aseguran que la suplementación de estos antioxidantes disminuye el estrés oxidativo. Por otra parte, Girao et al., (2012) incluyeron licopeno en el alimento para tilapia nilótica para evaluar su impacto sobre el nivel de cortisol y la respuesta antioxidante al ser expuestas a estrés por hacinamiento. Sus resultados muestran que la administración de licopeno disminuye el nivel de cortisol y mantiene las actividades enzimáticas en sus estados normales. Yonar (2012), analizó el impacto de incluir licopeno en la alimentación de truchas arcoíris (Oncorhynchus mykiss) estresadas con oxitetraciclina (OTC). En esta investigación el antioxidante se administró de manera directa al organismo, no a través del alimento. Los resultados derivados de esta investigación muestran que el pre- y post-tratamiento con licopeno atenuó el estrés oxidativo, disminuyendo significativamente los niveles de LPO y aumentando las actividades de CAT, SOD y GPx en los tejidos analizados (hígado, riñón y sangre). Dantagnan et al., (2013) evaluaron la interacción de selenio y vitamina E incluida en dietas para juveniles de trucha arcoíris (Oncorhynchus mykiss) y analizaron los efectos sobre el estrés oxidativo. Estos autores encontraron que la concentración de selenio, los indicadores de inmunidad y la actividad de las enzimas del estrés oxidativo aumentaron significativamente. Paves et al., (2013) trabajaron con inclusión de ácido araquidónico (ARA) y antioxidantes naturales en la dieta para alevines de salmón del Atlántico (Salmo salar) y evaluaron el estrés oxidativo y la acumulación del ARA en el hígado. Encontraron que los dos antioxidantes aumentan la expresión de las enzimas SOD, GPx y CAT, siendo esta última la que tuvo mayor expresión. Carrasco et al., (2013) evaluaron la respuesta antioxidante e inmunoestimulante de salmón (Salmo salar) alimentado con dietas funcionales adicionadas con antioxidantes. Ellos obtuvieron que las dietas suplementadas con antioxidantes tiene la capacidad de proteger al pez frente a la oxidación de biomoléculas. Los resultados de las investigaciones más relevantes se muestran en la Tabla 1.

Conclusiones

Conclusions

La inclusión de antioxidantes naturales en los alimentos tiene un impacto positivo sobre el crecimiento y en la mitigación del estrés oxidativo. Los antioxidantes utilizados van desde algunas vitaminas (A, C y E), compuestos extraídos de plantas, como el licopeno de los tomates, la inulina, extractos de ajo y algunos microorganismos como la levadura rica en astaxantinas. Es importante continuar con la investigación sobre el impacto de estos y otros antioxidantes para propiciar en un futuro su aplicación en dietas animales y dejar de lado los que son de origen sintético, además de investigar si existe una bioacumulación de estos compuestos en el organismo, en tejidos como músculo, hígado y piel.

The inclusion of natural antioxidants in feed has a positive impact on the growth and mitigation of oxidative stress. Antioxidants used range from some vitamins (A, C and E), compounds extracted from plants, such as lycopene of tomatoes, inulin, garlic extracts and some microorganisms such as yeast rich in astaxanthins. It is important to continue with the research on the impact of these and other antioxidants in order to allow, in a short future, its application in animal diets and put-aside those from synthetic origin, apart from researching if there is bioaccumulation of these compounds in the organism, in tissues such as muscle, liver and skin.