Ácido Parafórmico: una innovadora alternativa al formaldehído en la industria de la alimentación animal

Por: Dr. Kasen Zhai¹; M.Sc Richard Mudarra².

Hace más de una década que se restringió  en la Unión Europea el uso de antibióticos como promotores de crecimiento debido a las consecuencias severas en la resistencia bacteriana, fortalecida por el uso inadecuado, excesivo y continuo de antibiótico en la formulación de alimentos como principal estrategia para el control de organismo patógenos que afectaban la producción animal intensiva.  Luego de esta restricción en el año 2006, se aprobó el uso de formaldehído en los alimentos para garantizar la higiene y la seguridad de los  mismos sin repercusiones en la producción. Las primeras aplicaciones reportadas del formaldehído como mejorador de la higiene del alimento animal indica que fue con el objetivo del control de moho para la conservación de maíz con alto contenido de humedad (Spratt, 1985).

El formaldehído jugó un papel importante en lograr una reducción significativa del uso de antibióticos en la alimentación animal en la Unión Europea, garantizando la seguridad de la higiene de los alimentos y evitando la contaminación cruzada a lo largo de los diferentes ejes que componen la cadena de producción de alimento. Investigaciones han demostrado que el uso de formaldehído puede controlar eficazmente organismos patógenos tales como la Salmonella spp, contenidos en los alimentos y el agua sin afectar la eficiencia productiva (Carrique et al., 2007; Ricke, 2017).

Sin embargo, se prohibió el uso de formaldehído como un aditivo mejorador de la inocuidad del alimento en agosto de 2018 debido a factores de riesgo en la salud, humana de acuerdo al reglamento implementado por la comisión (UE)2008/183.  Adicionalmente, desde un punto de vista nutricional, el formaldehido tiene la capacidad de desnaturalizar las proteínas y generar entrecruzamiento irreversible entre proteínas,  afectando la normal digestión y aprovechamiento de la fuentes proteicas.  

Afortunadamente, mientras se restringía el uso de formaldehido, la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) recomendó el ácido fórmico como único mejorador de la inocuidad del alimento aplicable en todas las especies animales, de acuerdo al reglamento implementado por la comisión (EU)/2017/940.  

Generalidades del Ácido Fórmico

Los ácidos orgánicos, como el ácido fórmico, se caracterizan por una estructura compuesta de moléculas de hidrógenos, un carbono, y al menos otro elemento, lo que resulta en la presencia del grupo funcional carboxilo (COOH). El ácido fórmico (H2CO2 o HCOOH), es el primer miembro de la serie de ácidos monobásicos alifáticos. Es un líquido incoloro, soluble en agua y alcohol, de olor acre, con un peso molecular de 46,03 g/mol, una densidad de 1,22 g/cm3 a 20 ◦C y un pKa de 3,75  (Luise et al., 2020).

Tabla 1. Propiedades Fisicoquímicas de los Ácidos Orgánicos más Comunes.

Ácido Orgánico	Masa Molar (g/mol)	Densidad (g/mol)	pKa
Fórmico	46.03	1.220	3.75
Acético	60.04	1.049	4.76
Propiónico	74.08	0.993	4.88
Butírico	88.00	0.964	4.82
Láctico	90.08	1.206	3.86
Sórbico	112.14	1.204	4.78
Benzoico	122.12	1.27	4.20

Adaptado de (Luise et al., 2020).

El efecto acídico de los ácidos orgánicos dependen de su capacidad de donar protones en una base común, el cual es cuantificado por la constante de disociación (pKa; tabla1). El pKa es el pH al cual el 50% del ácido se encuentra presente de manera no disociada (COOH), y el otro 50% de manera disociada (COO^–), cual no es más que la separación de las moléculas de hidrógeno de su estructura original. Cuanto menor sea el  valor de pKa, mayor efecto acídico posee el ácido orgánico (Mroz, 2005).Como se observa en la tabla 1, el ácido fórmico posee el menor pKa dentro del grupo de los ácidos orgánicos más comunes, indicando su fortaleza como agente acidificante.

Modo de Acción del Ácido Fórmico.

El mecanismo de acción de los ácidos orgánicos está ligado a su especial característica de disociación. La forma no disociada de los ácidos orgánicos es de naturaleza más lipofílica y puede difundirse fácilmente en la membrana celular de bacterias y mohos.

Figura 1. Efecto Antimicrobiano del Ácido Fórmico.

El ácido fórmico atraviesa la pared celular de la bacteria. Una vez en su interior, el mismo inicia a disociarse, liberando un anión (HCOO-) y un protón (H+) en el citoplasma. La acumulación continua de moléculas de hidrógeno reduce el pH interno de la bacteria, interrumpiendo las reacciones enzimáticas (Figura 1). La bacteria activa un mecanismo específico de bomba H+-ATP con el propósito de llevar el pH interno dentro de la bacteria a un nivel normal. Este fenómeno continuo que mantiene la bacteria para neutralizar sus condiciones internas conlleva un alto consumo de energía, comprometiendo su crecimiento y como consecuencia causándole la muerte (Khan et al., 2022).  Al mismo tiempo, los aniones de carboxilato pueden inhibir la síntesis de ADN y proteínas, de modo que las bacterias no puedan reproducirse y lograr un efecto bactericida.

Basado en su capacidad de poder penetrar la pared celular de la bacteria y desestabilizar su normal funcionamiento hasta causar su muerte, los ácidos orgánicos son considerados agentes antimicrobianos. Para determinar su capacidad antimicrobiana se establece el estudio de la concentración inhibitoria mínima (MIC). El MIC define los niveles in vitro de susceptibilidad o resistencia de cepas bacterianas específicas a un antimicrobiano aplicado. La evaluación confiable de MIC tiene un impacto significativo en la elección de una estrategia terapéutica, de lo que depende la eficiencia de una terapia contra una infección (Kowalska y Dudek, 2021).

Evidencias científicas reportadas por  Strauss y Hayler, (2001), donde se determinó el MIC en diferentes ácidos orgánicos, demuestran que el ácido fórmico tiene la menor concentración inhibitoria en el control de bacterias patógenas en comparación a otros ácidos orgánicos comunes como lo son el acético y propiónico (Tabla 2). Interesantemente, el ácido fórmico tiene un valor de MIC de 0.10 y 0.15 para el control de bacterias tales como  Salmonella thymiruim y Escherichia coli, respectivamente, siendo un 200% y 166% más eficiente que el ácido propiónico en el control de las mismas bacterias, consecutivamente.

Tabla 2. Concentración Mínima Inhibitoria (MIC) de Diferentes Ácidos Orgánicos.

Bacteria	Ácido orgánico
Fórmico	Acético	Propiónico
Salmonella tyhimurium	0.10	0.15	0.30
Escherichia  coli	015	0.20	0.40
Campylobacter jejuni	0.10	0.20	0.25
Staphylococcus aureus	0.15	0.25	0.40
Clostridium botulinum	0.15	0.25	0.30
Clostridium perfringens	0.10	0.25	0.30

Adaptado de (Strauss y Hayler, 2001). 

Adicionalmente a la  actividad antimicrobiana, el ácido fórmico también ejerce funciones en mejora del aprovechamiento de los nutrientes por parte de los animales debido a su efecto reductor del pH estomacal, ayudando a la actividad enzimática responsable de la digestión en el estómago, principalmente en cerdos posterior al destete, reduciendo así la prevalencia de desórdenes digestivos.  Adicionalmente, debido a su efecto reductor del pH gástrico, colabora a mantener una baja proliferación de bacterias oportunistas en el tracto gastrointestinal.

Desventajas del Ácido Fórmico.

A pesar de que el ácido fórmico ha evidenciado tener una gran capacidad  antimicrobiana y modulador de la actividad digestiva, el mismo  posee algunas desventajas que limitan su utilización.

El ácido fórmico tiene un fuerte olor, causa irritación en la piel,  ojos, y en el tracto respiratorio si es inalado (NJDH, 2010). Adicionalmente, ejerce efecto corrosivo severo (Sekine y Momoi, 1988), lo que establece  requisitos estrictos para el equipo de transporte y el equipo de almacenamiento. La EFSA especificó en su reporte EU (EU) 2017/940 que la cantidad máxima de ácido fórmico utilizada en el alimento completo es del 1%. Por lo tanto, el uso a gran escala de ácido fórmico en la cría de animales se ha visto comprometido drásticamente.  

Debido a las desventajas que el normal ácido fórmico posee, limitando su aplicabilidad de manera segura y eficaz, la industria nutricional animal se ve en la necesidad del uso de nuevas alterativas que suplan las funciones ya mencionadas del ácido fórmico, pero que a la vez no generen efectos adversos a la salud humana. Con base en lo descrito anteriormente y con la aplicación de los avances tecnológicos,  se ha desarrollado una molécula (Ácido Parafórmico) derivada del ácido fórmico, con efectos seguros. 

Característica del Ácido Parafórmico

El ácido parafórmico es un dímero de ácido fórmico formado a través de procesos de polimerización.  Dentro de sus características, el ácido parafórmico  es un líquido marrón con olor a ácido fórmico, sin  efecto corrosivo ni irritante. El valor de pH de la solución de ácido parafórmico al 1% es de aproximadamente 2,5. El ácido parafórmico libera dos moléculas de ácido fórmico contra las bacterias y, teóricamente, tiene el mismo modo de acción que el ácido fórmico.

Como parte de estudios preliminares del ácido parafórmico, se evaluaron sus características corrosivas y de efecto irritante.

Figura 2. Evaluación del Efecto Corrosivo e Irritante del Ácido Fórmico Vs Ácido Parafórmico.

luego de la inclusión de clips de metal en soluciones de ácido fórmico y ácido parafórmico por 30 minutos (Figura 2), se encontró efecto corrosivo en  clips sumergido en ácido fórmico mientras que los clips en ácido parafórmico mantuvieron su apariencia física intacta, sin efecto corrosivo. Adicionalmente, se evaluó el efecto irritante, donde se utilizaron conejos Nueva Zelandeses. Se aplicaron tres tratamientos,  a los cuales se le aplicaron agua, ácido fórmico y ácido parafórmico en la piel. Se evaluó el nivel de irritación en escala de 0-9, encontrándose niveles elevados de irritación en aquellos conejos con ácido fórmico normal (score 7), mientras que no hubo presencia de irritación en aquellos conejos  que tuvieron contacto con ácido parafórmico o agua. Dichas evidencias ubican al ácido parafórmico como un aditivo innovador, seguro y sin riesgos a la salud de los trabajadores.

El ácido parafórmico tiene aplicabilidad en alimento para diferentes especies animales, en el agua como también puede ser utilizado como  desinfectante (tabla 3).

Tabla 3. Recomendaciones de Uso del Ácido Parafórmico (Megacid-F).

Especie	Dosis (Kg/Ton)	Observaciones
Lechones	3-10
Cerdos en crecimiento	2-3
Cerdas adultas	2-5	Lactancia: 5Kg
Pollos	1-3
Peces	4-6
Desinfectante	2L/1000L agua
Rumiantes (TRM) o ensilado	5-6	4L /Ton ensilado
Sistema de agua de consumo animal	1L/1000L agua	5-6 hora/día

Conclusión

El ácido parafórmico ha demostrado ser un eficiente bactericida, pudiendo reemplazar fácilmente al formaldehído y ampliando su aplicabilidad en la industria sin riesgo potencial para la salud y al mismo tiempo ofreciendo cualidades adicionales como acidificante y estimulador de la actividad enzimática gástrica.

Ante el continuo incremento demográfico y su respectiva demanda de alimentos, el ácido parafórmico se posiciona como una herramienta para mantener la seguridad alimentaria, contribuyendo a mejorar la eficiencia de los sistemas de producción animal.

Referencias consultadas:

Carrique, J., Bedford, S., y Davies, R. (2007). Organic acid and formaldehyde treatment of animal feeds to control Salmonella: efficacy and masking during culture. J Applied Microbiol. 103, 88–96. doi: 10.1111/j.1365-2672.2006. 03233.x

Khan, R., Naz, S., Raziq, F., Qudratullah, Q., Khan, N., Laudadio, V., Tufarelli, V., y Ragni, M. (2022). Prospects of organic acids as safe alternative to antibiotics in broiler chickens diet. Environmental Science and Pollution Research, 29(22), 32594–32604. https://doi.org/10.1007/ s11356- 022-19241-8

Kowalska, B., y Dudek-Wicher, R. (2021). The minimum inhibitory concentration of antibiotics: Methods, interpretation, clinical relevance. Pathogens, 10(2), 1–21. https://doi.org/10.3390/pathogens10020165

Luise, D., Correa, F., Bosi, P., y Trevisi, P. (2020). A review of the effect of formic acid and its salts on the gastrointestinal microbiota and performance of pigs. Animals, 10(5). https://doi.org/10.3390/ani10050887

Mroz, Z. (2005). Organic Acids as Potential Alternatives to Antibiotic Growth Promoters for Pigs. Adv. Pork Prod, 162, 169–182.

NJDH. (2010). Hazardous substances fact sheet. Formic Acid. Technical Report. Available in: https://nj.gov/health/eoh/rtkweb/documents/fs/0948.pdf

Ricke, S. (2017). Feed Hygiene. In: Dewulf J, Van Immerseel F, editors. Biosecurity in Animal Production and Veterinary Medicine. Leuven: ACCO (2017). p. 144–76.

Sekine, I., y Momoi, K. (1988). Corrosion Behavior of Sus 329J1 Stainless Steel in Formic Acid Solution. Corrosion, 44(3), 136–142. https://doi.org/10.5006/1.3583915

Spratt, C. (1985). Effect of Mold Inhibitor Treated High Moisture Corn on Performance of Poultry. M.Sc. Thesis, University of Guelph. 

 Strauss, G., y Hayler, R. (2001). Effects of organic acids on microorganisms. Kraftfutter. 4. 147-151.

Autores:

¹Doctor en Nutrición Porcina. Numega Nutrition Pte. Ltd, Singapur. Contacto:Kasen@numega.com.cn

² Ingeniero Agrónomo Zootecnista. Magíster en Manejo y Nutrición Porcina. Docente de la Facultad de Ciencias Agropecuarias/Universidad de Panamá. Contacto: richard.mudarra@up.ac.pa o ramh9327@gmail.com