Scheda Tecnica: Fitasi

Il fosforo (P) è un minerale essenziale per la mineralizzazione ossea, il metabolismo energetico e la sintesi degli acidi nucleici. Nell'alimentazione suina, è il secondo minerale più abbondante dopo il calcio e il suo costo è elevato quando incorporato tramite fonti inorganiche. Pertanto, è interessante l'impiego di strategie per massimizzare l'utilizzo del P presente nei cereali e nei legumi utilizzati nell'alimentazione suina.

Tuttavia, la biodisponibilità del P di origine vegetale è bassa, poiché si trova principalmente sotto forma di fitato, una molecola insolubile negli animali monogastrici che interferisce anche con la digeribilità di altri nutrienti, generando un effetto antinutrizionale.

Pertanto, nell'alimentazione suina, per migliorare l'utilizzo del P legato al fitato (P fitico), ridurre l'effetto antinutrizionale del fitato e ridurre l'escrezione di P nell'ambiente, poiché ha un alto potenziale inquinante, si utilizzano le fitasi, enzimi esogeni ad attività fosfomonoesterasi in grado di idrolizzare la molecola dell'acido fitico e liberare il P dal fitato.

Perché le fitasi vengono utilizzate nell'alimentazione dei suini?

In primo luogo, perché tra il 60 e l'80% del P immagazzinato nei cereali e nei legumi è sotto forma di fitato, ovvero il sale dell'acido fitico, un composto con una biodisponibilità molto bassa nei suini a causa della sua insolubilità nel tratto gastrointestinale. Forma inoltre composti insolubili con nutrienti come minerali, proteine, amminoacidi e amido, riducendone la digeribilità (Selle e Ravindran, 2008; Kumar et al., 2012).

In secondo luogo, perché il P viene fornito alle diete dei suini avviene principalmente attraverso l'inclusione di fonti inorganiche di P (Pi) come il fosfato monocalcico o il fosfato bicalcico. Entrambe sono fonti ottenute dalla roccia fosfatica, una fonte limitata di P, e il cui costo è previsto in aumento a causa della crescente domanda in settori diversi dall'alimentazione animale.

Infine, l'escrezione di P non trattenuto dai suini, oltre a causare perdite economiche, ha anche un impatto ambientale significativo a causa dei suoi effetti eutrofizzanti e acidificanti sull'ambiente (Lautrou et al., 2022).

Pertanto, l'uso di fitasi, enzimi che migliorano la biodisponibilità del P di origine vegetale, rappresenta una strategia nutrizionale per ridurre l'escrezione di P e il suo impatto ambientale, ridurre la dipendenza dalle fonti di Pi e ottimizzare le prestazioni dei suini.

Acido fitico, fitine e fitato

L'uso intercambiabile dei termini fitato, fitina, IP6 (inositolo esafosfato) e acido fitico è comune e può causare confusione. L'acido fitico (mio-inositolo, 1,2,3,4,5,6 esachifosfato, IP6, Figura 1a) è la molecola base, una molecola altamente elettronegativa formata da un anello inositolico con sei legami esterici fosfatici. La sua carica negativa dipende dal pH del mezzo, diventando più reattiva a livelli di pH più elevati. Quando l'acido fitico si lega a minerali come ferro, zinco o sodio, viene chiamato fitato. Quando l'acido fitico si lega a Ca++, Mg++ o K+, viene chiamato fitina.

Il fitato è la forma più comune di riserva di P nei cereali e nei legumi. Dal fitato, le piante possono rilasciare e utilizzare il P attraverso le proprie fitasi, impiegandolo in processi essenziali come la germinazione dei semi, la fotosintesi, la fioritura, la maturazione, la crescita delle radici, tra le altre funzioni.

Nell'alimentazione suina, la biodisponibilità dell'acido fitico per gli animali monogastrici è molto bassa. Schlemmer et al. (2001) hanno osservato che la solubilità dei diversi intermedi dell'acido fitico nell'intestino tenue (pH 6,6) era del 2% per IP-6, del 7% per IP-5, dell'8% per IP-4, del 31% per IP-3 e del 75% per IP-2, mentre nell'intestino crasso (pH 6,2) i valori erano rispettivamente del 2%, 3%, 0%, 6% e 24%.

In ambienti con pH moderato, come quello intestinale, l'acido fitico presenta una forte carica negativa che consente la chelazione di cationi come calcio e sodio, riducendone la biodisponibilità (Maenz et al., 2001). Inoltre, è stato descritto che l'acido fitico inibisce l'attività della Na+-K+-ATPasi nel tratto gastrointestinale dei suinetti, un enzima chiave per l'assorbimento dei nutrienti (Woyengo et al., 2011). È stato inoltre dimostrato che l'acido fitico si lega alle proteine ​​in un ampio intervallo di pH e inibisce l'attività enzimatica della tripsina e dell'α-amilasi, riducendo così la digeribilità delle proteine ​​e dei carboidrati alimentari (Singh et al., 1982; Deshpande et al., 1984). Infatti, a livello intestinale, può formare complessi insolubili proteina-minerale-fitato, che ne ostacolano l'idrolisi enzimatica e riducono l'efficienza dell'utilizzo delle proteine ​​alimentari (López et al., 2002). Le figure 1b-d mostrano i diversi complessi che l'acido fitico può formare legandosi a cationi o proteine.

La Tabella 1 presenta i valori medi delle concentrazioni di P totale e P legato all'acido fitico (P fitico) negli ingredienti comunemente utilizzati per l'alimentazione dei suini. Il contenuto di P fitico nei cereali varia dal 60 all'80% (del P totale) e quello delle farine di semi oleosi dal 60 all'85% (del P totale). È importante notare che esiste un'elevata variabilità nei contenuti di P totale e P fitico tra diversi lotti di ingredienti.

Tabella 1. Fosforo totale (P totale), fosforo sotto forma di fitato (P fitico) e percentuale di fosforo fitico (P fitico).

Fuente: FEDNA, 03/2025

Fitasi: struttura chimica e meccanismo d'azione

Le fitasi sono enzimi appartenenti alla sottofamiglia delle fosfatasi acide ad alto peso molecolare e catalizzano la scissione sequenziale del fosfato dal fitato a livello gastrointestinale, trasformandolo in esteri di inositolo fosfato di grado inferiore (IP5-IP1), fosforo inorganico e altri elementi come Ca, Fe, Zn... che si trovano legati al fitato (Figura 2). In altre parole, catalizzano l'eliminazione graduale del fosforo dall'acido fitico o dal suo sale fitato, eliminando un primo gruppo fosforico per ottenere un pentaestere di inositolo (IP5), poi il secondo gruppo fosforico per ottenere un tetraestere di inositolo (IP4), e così via correlativamente. Esiste un'ampia gamma di fitasi commerciali sul mercato con diversi poteri di rilascio del fosforo.

L'attività delle fitasi è comunemente espressa in FTU o FYT (Unità Fitasi), che indica la quantità di fitasi che rilascia 1 µmol di P inorganico al minuto da 0,0051 mol/L di fitato di sodio, a un pH di 5,5 e una temperatura di 37 ⁰C (ISO 30024).

Pertanto, maggiore è il valore delle unità di fitasi, maggiore è la capacità dell'enzima di degradare il fitato e rilasciare P disponibile per l'assorbimento.

A livello pratico, ogni produttore fornisce la matrice nutrizionale per la propria fitasi, ovvero schede tecniche che specificano la percentuale di fosforo totale e digeribile aggiunto alla dieta, nonché calcio, proteine, aminoacidi, sodio ed energia, tra gli altri nutrienti, per ciascuna concentrazione di fitasi utilizzata nel mangime finale (FTU o FYT/kg).

Ovviamente, la dieta deve contenere un substrato sufficiente (fosforo fitico) affinché la fitasi funzioni al massimo delle sue potenzialità.

Poiché il pH e la capacità digestiva dei suini variano con l'età, per la stessa fitasi è possibile stimare valori di rilascio diversi per il fosforo e altri nutrienti a seconda dell'età del suino. È interessante mostrare il seguente strumento (scaricabile in formato Excel) sviluppato dall'Università del Kansas, che consente di Calcolare il dosaggio di diverse fitasi commerciali e la quantità di P rilasciata nelle diete dei suini.

L'effetto delle fitasi sul rilascio di P inorganico dalla dieta dipende da diversi fattori, come la concentrazione e la fonte di fitato nella dieta, l'età del suino, la concentrazione e la fonte di minerali, nonché la fonte e la dose di fitasi nella dieta. A questo proposito, l'integrazione di rame (Cu) può influenzare l'attività della fitasi e la solubilità del fitato P. Studi sul pollame hanno dimostrato che alti livelli di Cu nella dieta possono ridurre la solubilità del fitato P e diminuirne l'idrolisi da parte delle fitasi a pH 4,5 e 6,5 (Hamdi et al., 2017). Inoltre, il tipo di fonte di Cu utilizzata può influenzare questi risultati, poiché il solfato di Cu (CuSO₄) ha mostrato una maggiore riduzione della solubilità del fitato P rispetto all'ossido di di rame (Cu₂O) (Hamdi et al., 2017).

Tipi di fitasi

Le fitasi possono essere classificate in base alla loro fonte di produzione (lieviti, batteri e funghi), alla posizione del fitato in cui iniziano l'idrolisi (3-fitasi e 6-fitasi) e al loro pH ottimale (alcalino e acido).

La fitasi microbica è la fitasi più utilizzata nell'alimentazione suina, prodotta da lieviti, batteri e funghi. Nel mercato suinicolo europeo, le fitasi sono prodotte dai funghi Aspergillus niger, Aspergillys aryzae o Trichoderma reesei, e le fitasi prodotte dai batteri E.Coli, tra gli altri. Per aumentare la resa e la produzione di fitasi, negli ultimi decenni sono state apportate modifiche specifiche ai ceppi produttori. Questi miglioramenti hanno portato a una maggiore efficienza, attività e termostabilità delle fitasi. Infatti, la maggior parte delle fitasi disponibili in commercio è termostabile alle temperature raggiunte durante il processo di pellettizzazione.

Le fitasi microbiche e fungine sono in grado di mantenere un elevato livello di attività dopo una prolungata esposizione termica e in un ampio intervallo di pH. Infatti, le fitasi batteriche sono stabili anche a valori di pH superiori a 8,0 e inferiori a 3,0 (Greiner e Konitzny, 2006). La Figura 3 mostra la differenza di attività relativa di diverse fonti di fitasi in base al pH.

D'altra parte, le fitasi possono essere distinte in base alla posizione del fitato in cui iniziano l'idrolisi in due categorie: 3-fitasi (EC 3.1.3.8) e 6-fitasi (EC 3.1.3.26). La prima rilascia il primo gruppo fosfato in posizione C3 dell'anello mio-inositolo esafosfato ed è principalmente di origine microbica, mentre la seconda rilascia il primo gruppo fosfato in posizione C6 ed è principalmente isolata dalle piante. Esistono tuttavia delle eccezioni, come le fitasi di E.Coli, che sono 6-fitasi. Nell'alimentazione suina, la maggior parte delle fitasi disponibili in Europa appartiene al gruppo delle 6-fitasi.

Risultati recenti

Effetto della riduzione del pH del mangime, dell'aggiunta di fitasi e della loro interazione sull'utilizzo dei minerali nei suini.

L'obiettivo di questo studio era valutare l'effetto della riduzione del pH del mangime mediante l'inclusione di 14 g/kg di acido formico e fitasi, e la loro interazione, su prestazioni produttive, ritenzione minerale e mineralizzazione ossea in un disegno fattoriale 2x2 in suini di peso corporeo compreso tra 20 e 30 kg.

In questo studio, non è stata osservata alcuna interazione tra l'inclusione di acido formico e fitasi su nessuno dei parametri analizzati. Tuttavia, l'inclusione di fitasi ha aumentato la crescita, la digeribilità di P e Ca e la mineralizzazione ossea. Allo stesso tempo, l'inclusione di acido formico ha migliorato la crescita e la conversione alimentare, insieme alla digeribilità di Mg, Fe e Ca.

In conclusione, lo studio ha confermato il miglioramento della digeribilità del P con la fitasi, ma non è stato osservato alcun miglioramento dell'attività fitasica con l'inclusione di acido formico.

2. La digeribilità apparente dell'energia e dei nutrienti e l'efficienza della fitasi microbica sono influenzate dal peso dei suini.

L'obiettivo di questo studio era valutare se, indipendentemente dal peso vivo del suino, l'aumento dei livelli di fitasi nella dieta si traduca in una maggiore degradazione del fitato e in una migliore digeribilità di minerali, amminoacidi ed energia. Sono stati analizzati diciotto suini con cannula a T a livello dell'ileo distale, di peso corporeo compreso tra 25 e 125 kg, assegnati a sei diete con 0, 250, 500, 1.000, 2.000 o 4.000 FTU/kg.

I risultati hanno mostrato che, indipendentemente dal peso corporeo del suino, l'aumento dell'inclusione di fitasi ha migliorato la digeribilità ileale apparente della proteina grezza e della maggior parte degli amminoacidi, nonché la digeribilità totale apparente di Ca, P, K, Mg e Na. Tuttavia, i risultati mostrano che l'efficienza della fitasi nella degradazione del fitato sembra diminuire con l'avanzare dell'età.

3. Le diete per suini in crescita con maggiore attività fitasica e minore fosforo disponibile hanno avuto prestazioni e impatti ambientali simili.

L'obiettivo di questo studio era valutare l'impatto ambientale e le prestazioni produttive di suini castrati (da 15 a 30 kg di peso vivo) alimentati con diete a ridotto contenuto di fosforo disponibile e a più elevato contenuto di fitasi (0, 250, 500, 750 e 1000 FTU/kg).

I risultati mostrano che un maggiore utilizzo di fitasi può rappresentare uno strumento nutrizionale per ridurre parzialmente l'utilizzo di fonti di fosfato, come in questo caso il fosfato bicalcico, mantenendo al contempo le prestazioni produttive degli animali e riducendo l'escrezione di azoto e fosforo nell'ambiente. Tuttavia, in termini di impatto ambientale (impronta di carbonio, acidificazione, eutrofizzazione, fabbisogno energetico, esotossicità terrestre e uso del suolo), non sono state osservate differenze tra i trattamenti valutati.