“ADSORBENTES DE MICOTOXINAS ELABORADOS DE ARCILLAS” “RAZONES POR LAS CUALES EL IMTX ES UN ADSORBENTE EFICIENTE DE AFLATOXINAS”

En la edición anterior de la Gaceta de Milwhite se presento una revisión general sobre las arcillas describiendo su origen, nomenclatura, formación y algunas de sus propiedades físicas y químicas que las hacen responsables de la eficiente entero adsorción de la AFB₁ (adsorbentes). El Improved Milbond-TX (IMTX) es una arcilla Esmectita, clasificada como un “aluminosilicato de calcio y sodio hidratado” (HSCAS, por su sigla en Inglés) con una estructura física cristalina consistente de capas que recuerdan “ láminas u hojas” agrupadas una encima de la otra. Son estos atributos junto con el hecho que las Esmectitas son arcillas que poseen un alto intercambio catiónico (CEC, por su abreviación en Inglés) que hacen del IMTX un eficiente adsorbente de AFB₁. Los aluminosilicatos a base de arcillas son formados en varios depósitos de la corteza terrestre provenientes de las cenizas de rocas volcánicas sometidas a las inclemencias del tiempo y que tienen una alta concentración de óxido de aluminio (Al2O3) y óxido de sílice (SiO2) junto con la presencia de cationes básicos como Na+, K+, Ca++, Mg++ y Fe++. Las Esmectitas también las llaman “Tierra de Fuller” las cuales, históricamente, han sido usadas por miles de años para limpieza. Fue especialmente popular su uso para la limpieza y separación de la “lanolina” componente aceitoso de la lana. Ese proceso de limpieza de la lana se llamo “fulling” y las personas encargadas de hacer la limpieza se llamaban “fullers”. En realidad el termino Esmectita viene del Griego y cuya palabra de origen “smechein” significa “limpiar”. Otros nombres usualmente utilizados para identificar los tipos de “Esmectitas” por la industria de alimentos para animales incluyen “Bentonitas” y “Montmorillonitas” y como ellas tienen propiedades físicas y químicas similares, estos nombres se utilizan de manera intercambiable. Cualquiera de estos nombres son aceptados cuando se describen los aluminosilicatos a base de arcillas que tienen una alta afinidad para ligar y adsorber la AFB₁. La cualidades del IMTX responsables por su habilidad para adsorber la AFB₁ en el tracto digestivo de los animales serán discutidas en la próxima edición de la Gaceta de Milwhite.

El IMTX es una arcilla “expandible” que se “hincha” debido a sus propiedades estructurales permitiendo a las moléculas de agua entrar entre los espacios interlaminares. Las Esmectitas pueden ligar la AFB₁ debido en parte a su capacidad de expandirse varias veces su volumen original, pero no todas las arcillas poseen esta propiedad. La cantidad de expansión del espacio interlaminar de las arcillas como la Esmectita dependerá del catión presente. Cuando el mayor componente catiónico del espacio interlaminar es el Na+ entonces ocurrirá la mayor expansión pues la ligación electrostática entre los espacios interlaminares no es muy fuerte permitiendo la entrada de mayor numero de molécula de agua. Cuando el Ca++ es el mayor componente catiónico del espacio interlaminar la expansión será menor pues la ligación electrostática entre los espacios interlaminares es muy fuerte.

Por ejemplo, la familia de los caolines son arcillas aluminosilicatos pero no son expandibles. La razón es la estructura de los caolines considerada como una arcilla 1:1 mientras que la Esmectita, como la del IMTX, son consideradas arcillas 2:1. Con el fin de entender que es lo que significa estos números debemos recordar los dos componentes básicos de las arcillas que son la Si y el Al. Como se menciono anteriormente, estos dos elementos cuando se combinan con el oxígeno forman moléculas o “grupos” con formas especificas. Cada átomo de Si está rodeado de 4 átomos de oxígeno formando la estructura básica de tetraedro mientras el Al tiene siempre una forma de octaedro. Estas moléculas especificas ( o “grupos”) se unen o enlazan juntas por miles para formar hojas larga de tetraedros u hojas largas de octaedros. Cuando se habla de la “capa de arcilla” 1:1 siempre consiste de una hoja de tetraedro enlazada con una capa de octaedro (T-O) (Nota: Una forma fácil de visualizar este concepto es pensando en la hoja de tetraedro y la hoja de octaedro como dos hojas de papel, una encima de la otra formando una capa). Por lo tanto, en una arcilla 2:1 cada capa siempre estará conformada por dos hojas de tetraedro con una hoja de octaedro metida como sándwiches en la mitad entre ellas (T-O-T). Por supuesto, las hojas en una arcilla 1:1 o en una arcilla 2:1 deben mantenerse juntas y unidas para darle la integridad estructural a cada capa. Esto se logra por la atracción electrostática de los elementos catiónicos asociados con la hoja de carga superficial negativa localizada entre las capas como también entre los bordes y superficies externas de cada capa. Una vez amontonadas las capas una encima de la otra en una arcilla 1:1 (T-O) (ejemplo, caolines) no se expanden porque su enlace atómico (especialmente cuando el enlace es de hidrogeno) que sostiene las dos capas juntas es muy fuerte y no permite la entrada de moléculas de agua. Esta es la razón por la cual los caolines tienen una baja área superficial y una bajo capacidad de intercambio catiónico (CEC por su sigla en Inglés). Por lo tanto, estas propiedades de los caolines los convierte en excelente material para hacer cerámicas, pero no son efectivos para actuar como adsorbentes de AFB₁.De hecho el nombre de esta arcilla proviene de la aldea Kao-LIng localizada en la Provincia de Jiangxi de China destacada por la alta calidad del material cerámico conocido como “caolina” utilizada para producir la porcelana altamente costosa o “china fina”.

Por otro lado, IMTX es un adsorbente de AFB₁ excelente, pero no es la arcilla de selección para ser utilizada en la industria de la cerámica. En la arcilla 2:1 el enlace atómico (oxígeno-oxígeno y catión-oxígeno) que mantiene juntas las capas es débil y se rompe fácilmente permitiendo la entrada de moléculas de agua entre los espacios interlaminares. Ha sido estimado que promedio del espacio interlaminar de la Esmectita no expandida está entre 1 a 2 nanómetros, mientras en una arcilla 1:1 ese tamaño es de 0.7 nanómetros.

Una vez expandido, los espacios interlaminares llenos de agua proporcional al IMTX una enorme cantidad de área superficial para ligar y atrapar las moléculas de AFB₁ que entren a esos espacios. También, las cargas negativas asociadas con las superficies interlaminares están balanceadas con los varios cationes dentro de los espacios interlaminares. Debido a esto, el IMTX es conocido por poseer un alto CEC responsable de atraer y ligar las moléculas de AFB₁. Por otro lado, las arcillas 1:1 no tienen una gran área superficial y la ligación de los cationes y AFB₁ está limitada únicamente a las cargas negativas localizadas en los bordes y en las áreas externas de cada capa. Ha sido estimado que la área superficial efectiva de un gramo de la arcilla 1:1 es tan sólo de 1—20 metros cuadrados, mientras las arcillas 2:1 como la del IMTX, el área efectiva superficial es de 650 – 800 metros cuadrados/gramo de arcilla. Las arcillas Esmectitas, cuando se expanden, proveen suficiente espacio para que las moléculas de AFB₁ entren a los espacios interlaminares. Una molécula de AFB₁ tiene una configuración planahorizontal con tamaño estimado de 12.8 X 10.4 angstroms por lo cual es pequeñas comparadas con muchas otra micotoxinas. Las arcillas de esta misma estructura cristalina pero que contienen espacios interlaminares más pequeños que estas dimensiones están limitando la efectividad para adsorber AFB₁ pues solamente tendría una reducida capacidad de ligar la AFB₁ en la superficie externa y no en los espacios interlaminares. La ligación entre los cationes bivalentes con la AFB₁ ocurre con los grupos carbonilos (C=O) de la molécula de AFB1 (ver la figura). El CEC y el área de superficie asociados a las Esmectitas representan las dos fuerzas mayores que influyen en la habilidad para atraer y ligar AFB₁ y otras micotoxinas y contaminantes.

Si ponemos todo lo anterior en perspectiva, cuando la concentración del IMTX es suficiente en el medio líquido dentro del tracto digestivo animal, en presencia de AFB₁, las propiedades físicas y químicas de la estructura cristalina del IMTX permitirá la expansión de sus espacios interlaminares facilitando la entrada de las moléculas de AFB₁ con suficiente amplitud para su ligación. Una vez esta AFB₁ entra a los espacios interlaminares llenos de agua, la adsorción ocurrirá con los átomos específicos de su estructura cristalina y luego la ligación de AFB₁ se presentará en las superficies externas y en los bordes del IMTX. Una vez la micotoxina este adsorbida en las superficies externas y atrapada entre los espacios interlaminares, la molécula de AFB₁ eventualmente será excretada con las materias fecales y como resultado no afectará los parámetros productivos del animal comúnmente asociados con aflatoxicosis.

Nota: La información presentada en esta edición de la Gaceta de Milwhite fue recopilada por el Dr. Orlando Osuna, Director de la División Ciencias de la Salud de Milwhite, Inc. y por el Dr. Richard Miles, Profesor Emérito, Universidad de Florida, FL, USA.