Inleiding: Gisten maken al sinds ten minste het oude Egypte deel uit van de menselijke voeding, toen zij al werden gebruikt om brood te laten gisten en wijn te fermenteren. Hun uitzonderlijke fermenterende en voedende eigenschappen maken gisten ook tot waardevolle voedingsstoffen voor dieren. Al meer dan 100 jaar worden dieren gevoerd met verschillende gistsoorten en daarvan afgeleide producten. Gisten kunnen een positief effect hebben op de gezondheid en het welzijn van dieren door hun darmflora te stabiliseren en de immuunmodulatie te versterken. Het gebruik ervan heeft recent een impuls gekregen door de groeiende vraag naar natuurlijke alternatieven voor behandelingen (bv. antibiotica). Hierdoor is het gebruik van gisten als voedermiddel de laatste decennia sterk toegenomen. De markt wordt overspoeld door verschillende soorten voeringrediënten die gisten in verschillende vormen bevatten. Wat onderscheidt hen? Wat kunnen zij bijdragen tot diervoeding en diergezondheid?
Definitie: Gisten zijn eencellige, eukaryote micro-organismen die worden ingedeeld in het rijk der schimmels. Zij zijn over het algemeen ongeveer 10 μm groot, hebben een kernmembraan, een celwand en een cytoplasmatische inhoud. Gisten worden gekarakteriseerd als heterotrofen, wat betekent dat zij afhankelijk zijn van organisch materiaal als bron van energie en voedingsstoffen. Niet alle gisten zijn gelijk. Er zijn ongeveer 60 families en ongeveer 1.500 soorten gisten. Slechts enkele worden commercieel gebruikt. Dankzij zijn uitzonderlijke gistingscapaciteit en voedingseigenschappen is Saccharomyces cerevisiae de belangrijkste gist die wordt gebruikt in voeding, dranken en bakkerijen, alsook in diervoeding. Binnen deze soort bestaan duizenden verschillende stammen, elk met een unieke genetische opmaak, wat leidt tot verschillende resultaten wat betreft metabolisme en activiteiten. Elke stam bezit ook verschillende eigenschappen en oefent verschillende activiteiten uit wanneer hij aan de dieren wordt gevoerd.
Wetgeving: levende gisten van onder de diervoederadditieven (probiotica).
Soorten en toepassingen: De belangrijkste soorten gisten en gistproducten die in diervoeding worden gebruikt, zijn-
Levende gisten
Geïnactiveerde gisten met hele cel
Gist met autolyse
Gehydrolyseerde gisten
Geïnactiveerde verrijkte gisten
Gist celwanden
Gist extracten
Onder de geïnactiveerde gisten en hun producten zijn er twee soorten zuivere gistproducten, afhankelijk van de herkomst van de gist:
Primaire fermentatie: de gist wordt specifiek geproduceerd en gebruikt als voedings-/voeringrediënt.
Secundaire fermentatie: de gist is een bijproduct van een andere industrie, zoals bioethanol en bierbrouwerij.
Verwerking van gisten: figuur uit presentatie van Lallemand |Animal Nutrition
De dierlijke systemen waarop ze effect hebben: immuunsysteem, pens en darmgezondheid
Levende gisten als probiotica:
Levende gisten (ook wel actieve gedroogde gisten genoemd) worden over het algemeen aan diervoeders toegevoegd vanwege hun probiotische werking. Probiotica worden gedefinieerd als "levende micro-organismen die, wanneer zij in voldoende hoeveelheden worden toegediend, een gezondheidsvoordeel voor de gastheer opleveren. " (Wereldgezondheidsorganisatie)
Niet alle levende gisten zijn gelijk: specifieke giststammen zullen unieke effecten hebben op de beoogde diersoorten. Een van de uitdagingen bij de productie van probiotische gist is ervoor te zorgen dat de gist levend en actief blijft gedurende het hele productieproces en tijdens de verdere verwerking en opslag van het voer, totdat de gist het spijsverteringskanaal van het dier bereikt, waar de producten actief zijn.
VOORBEELDEN VAN VOORDELEN VAN GISTEN:
Van specifieke levende gisten is bekend dat zij zowel bij herkauwers (bijvoorbeeld Saccharomyces cerevisiae CNCM I-1077) als bij monogastrische soorten (bijvoorbeeld Saccharomyces cerevisiae boulardii CNCM I-1079) positieve effecten teweegbrengen, afhankelijk van de gebruikte giststam. Enkele van de belangrijkste voordelen:
Bij herkauwers, waar de pens het voornaamste doel is, zijn er bewezen voordelen van bepaalde levende giststammen bij de beheersing van de pH-waarde in de pens (vermindering van het risico van acidose), door verbeterde fermentatieomstandigheden in de pens, verbeterde vezelverteerbaarheid en verbeterde vestiging van de ruminale microbiota.
Bij varkens kunnen levende gisten het spijsverteringscomfort helpen verbeteren door een gunstige werking op de darmmicrobiota, wat resulteert in een betere voerefficiëntie en betere prestaties. Het helpt ook de darmgezondheid in stand te houden, wat de incidentie van spijsverteringsstoornissen bij biggen kan helpen verminderen.
Bij pluimvee helpen levende gisten de spijsverteringsmicrobiota in evenwicht te houden. Als zodanig bevorderen zij de ontwikkeling van nuttige micro-organismen. De aanwezigheid van ongewenste micro-organismen, die de gezondheid van pluimvee en consumenten kunnen schaden, wordt daardoor verminderd. Zij dragen ook bij tot betere prestaties.
Geïnactiveerde gisten met hele cel
Na de fermentatie kan de gistbiomassa specifiek worden behandeld zodat ze niet meer leeft, waardoor verdere celvermeerdering wordt voorkomen. In de diervoeding zijn de meeste van deze gistproducten typisch afkomstig van secundaire fermentatie, vaak verkregen uit de brouwerij-industrie en de ethanolproductie. In het algemeen worden geïnactiveerde gisten van primaire fermentatie vooral toegepast voor hoogwaardige voedingsmiddelen of biotechnologische toepassingen. Geïnactiveerde gisten worden meestal gebruikt als smaakversterkers of voor hun nutritionele voordelen als een bron van eiwitten en B-vitaminen. De meeste voedingsstoffen bevinden zich in het cytoplasma van de gistcel. Gistcellen moeten worden gelyseerd om deze voedingsstoffen vrij te maken, zodat ze door het dier kunnen worden opgenomen. Daarom is de biologische beschikbaarheid van geïnactiveerde hele gistcellen lager dan die van meer bewerkte gisten, zoals gehydrolyseerde gisten en gistextracten. De giststam en het productieproces (bv. de droogomstandigheden) kunnen de kenmerken, structuur, samenstelling en werkzaamheid van het eindproduct beïnvloeden. Naar gelang van het gebruikte inactiveringsproces (thermisch, mechanisch, chemisch, enz.) zijn er verschillende soorten geïnactiveerde gisten
Gist met autolyse
Autolyse is het proces van zelfvergisting, waarbij de cel wordt geïnactiveerd door de werking van zijn eigen verteringsenzymen, ook wel endogene enzymen genoemd. Tijdens het productieproces van geautolyseerde gisten wordt de hele gist gefragmenteerd en is er geen scheidingsstap. Het autolyseproces als zodanig is minder gericht en gecontroleerd dan een meer geavanceerd lysisproces met behulp van exogene enzymen (hydrolyse). De eiwitten en nucleotiden worden slechts gedeeltelijk gefragmenteerd.
TOEPASSINGEN
Autolyse-gisten worden op grote schaal gebruikt door de levensmiddelenindustrie omdat zij de smaak van levensmiddelen kunnen verbeteren, bijvoorbeeld in droge soepen en snacks. Zij worden ook gebruikt in diervoeding om de smakelijkheid van het voer te verbeteren en de gezondheid van het darmkanaal en de spijsvertering te helpen ondersteunen. Aangezien het productieproces van autolysegisten echter minder georiënteerd en gecontroleerd is (in vergelijking met verder verwerkte gisten), kan dit leiden tot variabele productkwaliteiten en -efficiënties.
Gehydrolyseerde gisten
Gehydrolyseerde gisten worden verkregen door de vertering van gistcellen door zowel endogene als exogene enzymen. Meer specifiek, tijdens het productieproces worden geselecteerde enzymen toegevoegd om het gewenste niveau van hydrolyse te verkrijgen. Eiwitten en nucleïnezuren worden gefragmenteerd tot peptiden van kleine afmetingen via een gericht en gecontroleerd proces dat zeer verteerbare voedingsstoffen biedt. Het strikt gecontroleerde proces is van essentieel belang om de consistentie van het product qua samenstelling te waarborgen. Gehydrolyseerde gisten bevatten nog steeds de celwand en het gistextract, aangezien er tijdens het proces geen scheidingsstap plaatsvindt.
TOEPASSINGEN
Gehydrolyseerde gisten vormen interessante alternatieve eiwitbronnen voor diervoeder (tabel 1). Dergelijke alternatieven worden om verschillende redenen steeds meer gezocht op de markt:
De vermindering van de milieuvoetafdruk van dierlijke productie ondersteunen (Kim et al. , 2019)
Om het gebruik van eiwitten geschikt voor humane voeding te beperken
Ondersteuning van de vermindering van het antibioticagebruik en verbetering van het dierwelzijn (Upadhaya et al. , 2019) dankzij functionele effecten.
Gehydrolyseerde gisten bieden zowel nutritionele als functionele voordelen om de groei en de gezondheid van jonge dieren te ondersteunen. Dankzij de toevoeging van specifieke enzymen tijdens het productieproces leveren zij zeer verteerbare eiwitten en zijn zij tevens
een bron van aminozuren en nucleïnezuren. Bij jonge dieren is het immuunsysteem namelijk nog niet volledig ontwikkeld, en zij hebben deze licht verteerbare voedingsstoffen nodig om de voeropname, de darmintegriteit en de darmfunctie te verbeteren. De keuze van de enzymen en de beheersing van de procesomstandigheden zijn bepalend voor de samenstelling van het product en dus ook voor de functies. Het voeren van gehydrolyseerde gisten zorgt voor de aanvoer van vrije aminozuren en kleine peptiden om een goede darmgezondheid te handhaven tijdens moeilijke situaties door:
Voeding van de darm: aminozuren zijn nodig om de massa en de integriteit van het darmslijmvlies in stand te houden.
Het voeden van de microben: de voedingsstoffen zijn essentieel voor de ontwikkeling van de darmmicrobiota.
Voeding van het afweersysteem: de darmen bevatten 70% van de immuuncellen van het lichaam. Voedingsstoffen zijn essentieel om dit belangrijke afweersysteem in stand te houden.
Geïnactiveerde verrijkte gisten
Met mineralen of vitaminen verrijkte gisten zijn een specifiek soort geïnactiveerde gisten. Net als mensen kunnen gisten op natuurlijke wijze vitamine D produceren wanneer zij aan B-ultraviolet licht worden blootgesteld. In dit proces worden natuurlijke sterolen in gist (ergosterol) omgezet in vitamine D (ergocalciferol). Gisten hebben ook het vermogen om sporenmineralen (selenium, chroom, jodium, enz.) in hun cellen op te nemen - waardoor het ideaal is om met mineralen verrijkte gistbiomassa te produceren. Met selenium verrijkte gisten vormen bijvoorbeeld een belangrijke bron van organisch selenium dat in diervoeding wordt gebruikt. S. cerevisiae NCYC R397 kan anorganisch selenium gebruiken en het in de gistproteïnen opnemen in de vorm van organische selenoaminozuren (zoals selenomethionine en selenocysteïne). Tijdens het fermentatieproces wordt selenium aan het fermentatiemedium toegevoegd. Het produceren van geconcentreerde, met selenium verrijkte gist van hoge kwaliteit is het resultaat van de juiste selectie van giststammen en specifieke procesontwikkeling.
TOEPASSINGEN
Selenium (Se) in zijn organische vorm heeft een veel hogere biologische beschikbaarheid (met voordelen in het Se-gehalte van het resulterende vlees, de melk en de eieren), en unieke effecten op het metabolisme. Organisch selenium is dan ook de beste keuze als het gaat om hoogwaardige voedingssupplementen. In de humane voeding bijvoorbeeld bieden met vitamine D verrijkte gistproducten bakkers de mogelijkheid om van brood een dagelijkse vegetarische bron van vitamine D te maken, aangezien het aan gebakken producten kan worden toegevoegd.
Gistcelwanden
Gistcelwanden (YCW) zijn de onoplosbare fractie van geautolyseerde of gehydrolyseerde gisten, verkregen na de afscheiding van de cytoplasmatische inhoud (gistextract). De YCW maken 30-40% van het drooggewicht van de gistcel uit. Zij bestaat uit twee lagen (figuur 2).
De buitenste laag is rijk aan mannan oligo-sacchariden (MOS) en vertegenwoordigt 20-30% van de YCW, afhankelijk van de verwerkingsomstandigheden. MOS zijn verantwoordelijk voor de binding van geflagelleerde ongewenste bacteriën, de pariëtale uitwisselingen, de porositeit/permeabiliteit en, meer in het algemeen, de bescherming van de gist tegen de omgeving.
De binnenste laag, rijk aan β-1,3-glucanen en β-1,6-glucanen (die 20-35% van de YCW uitmaken), verleent de celwand stijfheid en flexibiliteit. Zij bevat ook chitine (≈ 2% van de YCW), dat een belangrijke rol speelt in de integriteit van de celwand en de "cohesie" van de wand beïnvloedt.
De structuur en samenstelling van de YCW hebben een directe invloed op hun biologische eigenschappen en potentiële activiteit. Elk YCW-product heeft zijn eigen specifieke kenmerken die de functionaliteit en de toepassing in diervoeding beïnvloeden. YCW zijn ofwel afkomstig van primaire of secundaire fermentatie, wat ook van invloed is op hun eigenschappen en werkingsmechanisme.
Werkingsmechanismen:
YCW-producten hebben vier belangrijke werkingsmechanismen die sterk afhankelijk zijn van het productieproces en de stamachtergrond:
Dankzij hun bindend vermogen helpen zij de ontwikkeling van ongewenste bacteriën in het maagdarmkanaal te beperken en zorgen zij voor een optimale integriteit van de darmen.
Zij bevorderen de ontwikkeling van gunstige micro-organismen in de darmmicrobiota: een prebiotisch effect. Dit effect is sterk afhankelijk van de opnamesnelheid.
Zij moduleren het aangeboren immuunsysteem van dieren, waardoor hun natuurlijke afweer wordt versterkt.
Zij helpen de negatieve impact van mycotoxinen uit het voeder te verminderen dankzij specifieke interacties tussen bepaalde mycotoxinen en YCW-polysacchariden
TOEPASSINGEN
YCW zijn met name geïndiceerd bij alle diersoorten om:
De spijsvertering gezond te houden
De voerbenutting en groeiprestaties te ondersteunen
Het immuunsysteem en de natuurlijke afweer te versterken
Bepaalde mycotoxinen te adsorberen
De gezondheid van de huid/bescherming van de vis te ondersteunen
Gist extracten
Gistextracten (YE) zijn de in water oplosbare fractie van de gistcel. Zij worden hoofdzakelijk verkregen door centrifugering van gehydrolyseerde gisten, afhankelijk van het gebruikte navergistingsproces. YE worden zowel gebruikt als bron van voedingsstoffen en/of als smaakversterker. Ze zijn rijk aan eiwitten (>60%) en peptiden en bevatten ook een breed scala aan B-vitaminen. Ongeveer 50% van de stikstof van YE is in de vorm van vrije aminozuren, die met name beschikbaar zijn als substraat voor nuttige microflora in de darmen van dieren. YE bevatten nucleïnezuren (zoals adenine) en nucleotiden. Zij zijn ook rijk aan mineralen en kunnen zowel in droge als in vloeibare vorm worden gebruikt. Het soort YE dat wordt verkregen is sterk afhankelijk van de aard van de gebruikte enzymencocktail en van de procesomstandigheden (duur van de hydrolyse, temperatuur, enz.). Volgens het proces zal een grote verscheidenheid aan verschillende YE worden verkregen voor specifieke doeleinden (aroma's: vlees- of kaastype grondtoon, nucleotidenrijke fracties, enz.) Dit complexere proces maakt YE specifieker wat de toepassingen betreft. Zij worden op grote schaal gebruikt als smaakversterkers voor levensmiddelen, vooral vanwege hun glutamaateffect en hun "umami"-smaak.
Een bron van nucleosiden en nucleotiden
Elk organisme moet nieuwe cellen aanmaken om te kunnen blijven leven, door celdeling. Bepaalde cellen, zoals levercellen, kunnen in hun behoefte aan nucleotide-bouwstenen voorzien door middel van de novo-synthese. Andere cellen, zoals darmslijmvliescellen, beenmergcellen, leukocyten, erytrocyten, of sommige hersencellen hebben echter nucleotiden uit de voeding nodig. Bovendien worden onder stressvolle omstandigheden - zoals gezondheidsaandoeningen, intensieve groei of fokkerij - extra eisen gesteld aan de ontwikkeling van nieuwe cellen. Dit is ook bijzonder belangrijk wanneer het immuunsysteem wordt gestimuleerd en nieuwe cellen en eiwitten (antilichamen, enz.) moeten worden aangemaakt om te reageren op een uitdaging (bv. een bacteriële infectie). Supplementatie met nucleotiden helpt deze voedingsbehoeften te ondersteunen.
TOEPASSINGEN
Laten we het voorbeeld nemen van biggen waarvoor het spenen een belangrijke bron van stress is. Deze stress kan tot uiting komen in een sterke daling van de voederopname, atrofie van de darmvlokken, een verminderd vermogen om voedingsstoffen te verteren/op te nemen en/of een slechte integriteit van het darmslijmvlies. Het is ook een fysiologische fase waarin de biggen een sterke lichaamsgroei hebben en hun spijsverteringsstelsel zich intensief ontwikkelt, met een totale celvernieuwing om de vijf à zes dagen. Tegelijk veroorzaakt de overgang van melk naar droogvoer een sterke daling van de nucleotidenopname, aangezien melk van nature rijk is aan nucleotiden. Het aanbod in YE, rijk aan nucleotiden, kan op verschillende niveaus een rol spelen door:
Ondersteuning van de voederopname door het smakelijkheidseffect van vrij glutamaat
Ondersteuning van de immuunrespons
De darmmorfologie te verbeteren door de celvermeerdering te ondersteunen
Al deze voordelen samen kunnen bijdragen tot het verminderen van het risico op spijsverteringsstoornissen en het ondersteunen van de prestaties in de fase na het spenen.
Gistculturen: Gistculturen bevatten een combinatie van gistbiomassa, metabolieten die tijdens specifieke gistingsprocessen worden geproduceerd, en het gistingsmedium. Voor de productie van gistcultures wordt een specifiek kweekmedium (bv.graan) geënt met levende gistcellen en onder specifieke omstandigheden tot gisting gebracht. Aan het einde van het gistingsproces is er geen scheiding tussen de was-stap en het drogen van de volledige gefermenteerde media. Het grootste deel van de bestanddelen van de gistcultures bestaat dus uit de kweekmedia en de onbehandelde gistcellen. Tijdens de fermentatie produceren gistcellen bepaalde metabolieten zoals peptiden, alcohol, esters en organische zuren. De samenstelling van de metabolieten kan verband houden met de samenstelling van het gebruikte substraat en de fermentatieomstandigheden; de soorten en hoeveelheden metabolieten zijn vaak niet gedefinieerd en worden niet gegarandeerd.
Literatuur:
Kim et al. 2020. Country-specific dietary shifts to mitigate climate and water crises. Global Environmental Change, 62 ‘2020) 101926.
Shurson G.C. 2018. Yeast and yeast derivatives in feed additives and ingredients: Sources, characteristics, animal responses, and quantification methods. Animal Feed Science and Technology, 235 (2018) 60-76.
Upadhaya et al. 2019. Multi-strain yeast fraction product supplementation can alleviate weaning stress and improve performance and health of piglets raised under low sanitary conditions. British Journal of Nutrition, BJN-RA-19-0030.
Producten die gisten bevatten, beoordeeld op 06.03.23 : Actigen, Actisaf Sc 47, AGRIMOS, AlkoselR397, Bactocell, Bio-Mos, Brocacel, CitriStim e.v.a.
Samengesteld door Lallemand Animal Nutrtion, geredigeerd door Maria Groot http://www.lallemandanimalnutrition.com