Evaluation of the capacity of different mycotoxin binders to adsorb mycotoxins and nutrients among different methodologies

Abstract

L’objectiu d’aquesta tesi va ser avaluar la capacitat dels diferents aglutinants de micotoxines per adsorbir micotoxines i nutrients entre diferents metodologies. Durant la tesi es van realitzar dues revisions de la literatura per avaluar l’eficàcia d’adsorció de diferents aglutinants de micotoxines (MTB) per adsorbir micotoxines. En la primera revisió, es van incloure 68 articles d’experiments in vitro de la literatura per avaluar la capacitat de vuit MTB per adsorbir les 6 micotoxines principals. Els resultats van mostrar que la capacitat d’adsorció de micotoxines era la més alta per al carbó actiu i la més baixa pels altres aglutinants. Per les micotoxines, l’adsorció d’aflatoxina va ser la més alta i la del desoxinivalenol la més baixa. Els resultats també van mostrar que el pH va afectar la capacitat d’adsorció de la paret cel·lular del llevat entre les MTB i l’adsorció d’ocratoxina i zearalenona entre les micotoxines. La segona revisió, va consistir en una metaanàlisi de xarxa que incloïa 28 articles que avaluaven l’eficàcia de MTB per reduir els índexs d’aflatoxina M1 (AFM1) a la llet després d’un desafiament amb aflatoxina B1 (AFB1) en vaques lleteres. Els resultats van mostrar que la bentonita tenia la capacitat més alta per reduir els índexs de llet AFM1 i la paret cel·lular de llevat la més baixa. A continuació, es van realitzar tres experiments per avaluar la capacitat de la MTB per adsorbir nutrients. En els experiments 1 i 2, es van realitzar proves in vitro per avaluar la capacitat de 6 MTB per adsorbir 3 aminoàcids, 4 vitamines hidrosolubles i 3 vitamines liposolubles. Els estudis in vitro van consistir en la preparació d’un tampó d’incubació adaptat de Lemke et al. (2001) on els substrats es van incubar per separat i junts. L’adsorció mitjana d’AA quan es va incubar per separat va ser del 44% amb l’adsorció més alta per a la clinoptilolita, i l’adsorció es va reduir al 20% quan s’incubava juntament amb la més alta adsorció per a la montmorillonita. La mitjana d’adsorció de vitamines quan s’incuben per separat va ser la més alta adsorció per a la montmorillonita (35%), i l’adsorció va augmentar fins al 46% quan les vitamines es van incubar juntament amb l’adsorció més alta per a la montmorillonita. La taxa de recuperació de vitamines liposolubles va ser alta per a la vitamina D i E, però baixa per a la vitamina A, cosa que va limitar el seu ús per a la prova d’unió. Quan les vitamines liposolubles es van incubar per separat, la vitamina D només va ser adsorbida per YCW. L’adsorció de vitamina E va ser més alta per a la bentonita i la montmorillonita, i la més baixa per a la sepiolita i el carbó activat. Quan es van incubar junts, la vitamina D no va ser adsorbida per cap MTB, i l’adsorció de vitamina E va ser més alta per a la bentonita i la montmorillonita, i la més baixa per a la sepiolita. A l’experiment 3, es van utilitzar sis vaques Holstein canulades en un disseny creuat amb dos tractaments, una dieta de control amb o sense montmorillonita. Les vitamines solubles en aigua es van infondre individualment a l’abomàs a través de la cànula ruminal i es van recollir mostres de sang per estudiar la dinàmica de les seves concentracions plasmàtiques. No es van observar diferències en la concentració basal, el temps a la concentració màxima, la concentració màxima i l’àrea sota la corba de vitamina A i B6. Les concentracions plasmàtiques de vitamines D, E i B1 no van tenir pics de concentració i no es van veure afectades per la suplementació de montmorillonita.

El objetivo de esta tesis fue evaluar la capacidad de diferentes adsorbentes de micotoxinas para adsorber micotoxinas y nutrientes entre diferentes metodologías. Se realizaron dos revisiones de literatura durante la tesis para evaluar la eficacia de adsorción de diferentes adsorbentes de micotoxinas (MTB) para adsorber micotoxinas. En la primera revisión, se incluyeron 68 artículos de experimentos in vitro de la literatura para evaluar la capacidad de ocho MTB para adsorber las 6 micotoxinas principales. Los resultados mostraron que la capacidad de adsorción de micotoxinas fue la más alta para el carbón activado y la más baja para los otros aglutinantes. Para las micotoxinas, la adsorción de aflatoxina fue la más alta y la de deoxinivalenona la más baja. Los resultados también mostraron que el pH afectó la capacidad de adsorción de la pared celular de levadura entre MTB y la adsorción de ocratoxina y zearalenona entre micotoxinas. La segunda revisión consistió en un metaanálisis en red que incluyó 28 artículos que evaluaron la eficacia de MTB para reducir los índices de aflatoxina M1 (AFM1) en la leche después de un desafío con aflatoxina B1 (AFB1) en vacas lecheras. Los resultados mostraron que la bentonita tenía la capacidad más alta para reducir los índices de leche de AFM1 y la pared celular de la levadura la más baja. A continuación, se realizaron tres experimentos para evaluar la capacidad de MTB para adsorber nutrientes. En el experimento 1 y 2 se realizaron pruebas in vitro para evaluar la capacidad de 6 MTB para adsorber 3 aminoácidos, 4 vitaminas hidrosolubles y 3 liposolubles. Los estudios in vitro consistieron en la preparación de un tampón de incubación adaptado de Lemke et al. (2001) donde los sustratos se incubaron juntos y por separado. La adsorción promedio de AA cuando se incubó por separado fue del 44 % con la adsorción más alta para clinoptilolita, y la adsorción se redujo al 20 % cuando se incubó junto con la adsorción más alta para montmorillonita. El promedio de adsorción de las vitaminas cuando se incubaron por separado fue la adsorción más alta para la montmorillonita (35 %), y la adsorción aumentó al 46 % cuando las vitaminas se incubaron junto con la adsorción más alta para la montmorillonita. La tasa de recuperación de las vitaminas liposolubles fue alta para la vitamina D y E, pero baja para la vitamina A, lo que limitó su uso para la prueba de unión. Cuando las vitaminas liposolubles se incubaron por separado, la vitamina D solo fue adsorbida por YCW. La adsorción de vitamina E fue más alta para bentonita y montmorillonita, y más baja para sepiolita y carbón activado. Cuando se incubaron juntas, la vitamina D no fue adsorbida por ninguna MTB, y la adsorción de vitamina E fue más alta para bentonita y montmorillonita, y más baja para sepiolita. En el experimento 3 se utilizaron seis vacas Holstein canuladas en un diseño cruzado con dos tratamientos, una dieta control con o sin montmorillonita. Las vitaminas hidrosolubles se infundieron individualmente en el abomaso a través de la cánula ruminal y se recolectaron muestras de sangre para estudiar la dinámica de sus concentraciones plasmáticas. No se observaron diferencias en la concentración basal, el tiempo de concentración máxima, la concentración máxima y el área bajo la curva de vitamina A y B6. Las concentraciones plasmáticas de vitaminas D, E y B1 no tuvieron picos de concentración y no se vieron afectadas por la suplementación con montmorillonita. Los resultados de este estudio no muestran evidencia de que la montmorillonita afectara la biodisponibilidad de las vitaminas A y B6 in vivo.

The aim of this thesis was to evaluate the capacity of different mycotoxin binders to adsorb mycotoxins and nutrients among different methodologies. Two literature reviews were conducted during the thesis to evaluate the adsorption efficacy of different mycotoxin binders (MTB) to adsorb mycotoxins. In the first review, 68 papers of in vitro experiments were included from the literature to evaluate the capacity of eight MTB to adsorb the 6 major mycotoxins. Results showed that the mycotoxin adsorption capacity was the highest for activated carbon and lowest for the other binders. For mycotoxins, the adsorption of aflatoxin was the highest and that of deoxynivalenol the lowest. Results also showed that pH affected the adsorption capacity of yeast cell wall among MTB, and the adsorption of ochratoxin and zearalenone among mycotoxins. The second review, consisted on a network meta-analysis that included 28 papers evaluating the efficacy of MTB to reduce aflatoxin M1 (AFM1) indexes in milk after an aflatoxin B1 (AFB1) challenge in dairy cows. Results showed that bentonite had the highest capacity to reduce AFM1 milk indexes and yeast cell wall the lowest. In continuation, three experiments were conducted to evaluate the capacity of MTB to adsorb nutrients. In experiment 1 and 2, in vitro tests were conducted to assess the capacity of 6 MTB to adsorb 3 amino acids, 4 water-soluble and 3 fat-soluble vitamins. The in vitro studies consisted of the preparation of an incubation buffer adapted from Lemke et al. (2001) where substrates were incubated separately and together. The average adsorption of AA when incubated separately was 44% with the highest adsorption for clinoptilolite, and the adsorption was reduced to 20% when incubated together with the highest adsorption for montmorillonite. The adsorption average of vitamins when incubated separately was the highest adsorption for montmorillonite (35%), and the adsorption increased to 46% when vitamins were incubated together with the highest adsorption for montmorillonite. The recovery rate of fat-soluble vitamins was high for vitamin D and E, but low for vitamin A which limited its use for the binding test. When fat-soluble vitamins were incubated separately, vitamin D was only adsorbed by YCW. Vitamin E adsorption was highest for bentonite and montmorillonite, and lowest for sepiolite and activated carbon. When incubated together, vitamin D was not adsorbed by any MTB, and vitamin E adsorption was highest for bentonite and montmorillonite, and lowest for sepiolite. In experiment 3, six cannulated Holstein cows were used in a crossover design with two treatments, a control diet with or without montmorillonite. Water-soluble vitamins were infused individually into the abomasum through the ruminal cannula and blood samples were collected to study the dynamics of their plasma concentrations. No differences were observed in the basal concentration, the time at maximal concentration, the maximal concentration and the area under the curve of vitamin A and B6. Plasma concentrations of vitamins D, E and B1 had no concentration peaks, and were not affected by montmorillonite supplementation. Results of this study do not show evidence that montmorillonite affected the bioavailability of vitamins A and B6 in vivo.

In contrast to in vitro studies, in vivo studies do not confirm the capacity of montmorillonite to adsorb nutrients. However, it was not clear if the plasma vitamin concentrations were an adequate marker of bioavailability, and/or the dose of vitamins or the length of treatments was sufficient to elicit a response.