mejora del valor proteico para rumiantes de la harina de girasol
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UNIVERSIDAD POLITCNICA DE MADRID
ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS AGRNOMOS
MEJORA DEL VALOR PROTEICO PARA RUMIANTES DE
LA HARINA DE GIRASOL MEDIANTE TRATAMIENTOS
COMBINADOS CON CIDOS (MLICO Y FOSFRICO) Y
CALOR
IMPROVEMENT OF THE PROTEIN VALUE FOR RUMINANTS OF SUNFLOWER MEAL BY COMBINED
TREATMENTS WITH ACIDS (MALIC AND ORTHOPHOSPHORIC) AND HEAT
TESIS DOCTORAL
JOS MARA ARROYO MARTNEZ
INGENIERO AGRNOMO
2012
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DEPARTAMENTO DE PRODUCCIN ANIMAL
ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS AGRNOMOS
MEJORA DEL VALOR PROTEICO PARA RUMIANTES DE
LA HARINA DE GIRASOL MEDIANTE TRATAMIENTOS
COMBINADOS CON CIDOS (MLICO Y FOSFRICO) Y
CALOR
IMPROVEMENT OF THE PROTEIN VALUE FOR RUMINANTS OF SUNFLOWER MEAL BY COMBINED
TREATMENTS WITH ACIDS (MALIC AND ORTHOPHOSPHORIC) AND HEAT
JOS MARA ARROYO MARTNEZ
INGENIERO AGRNOMO
DIRECTOR DE TESIS
JAVIER GONZLEZ CANO
DR. INGENIERO AGRNOMO
2012
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Esta tesis ha sido realizada como uno de los requisitos para optar al grado de Doctor
por la Universidad Politcnica de Madrid
El Doctorando
Fdo.: Jos Mara Arroyo Martnez
Ingeniero Agrnomo
VB
El Director de la Tesis
Fdo.: D. Javier Gonzlez Cano
Dr. Ingeniero Agrnomo
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Este trabajo ha sido financiado con cargo a los proyectos CICYT: n AGL 2001-3662 y AGL 2006-08300.
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Dedicatoria
A Mara Luz Martnez y Elpidio Arroyo
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Agradecimientos.
Este trabajo de experimentacin no habra podido llevarse a cabo si no es por el apoyo
y participacin de muchas personas que de una u otra manera han intervenido en el.
En primer lugar mi ms sentido agradecimiento al Dr. Javier Gonzlez Cano, mi
director de tesis, ya que sin el este trabajo no hubiera sido posible.
A todos los miembros del departamento de Produccin Animal de la ETSI Agrnomos
de la Universidad Politcnica de Madrid en quien siempre he encontrado una mano
dispuesta a ayudar, los doctores Carlos Alberto Rodrguez Cortes, Mara Remedios
Alvir Morencos, Rosa M Carabao Luengo, Mara Jess Villamide Daz, Gonzalo
Gonzlez Mateos, Carlos de Blas Beorlegui, Javier Garca Alonso, Nuria Nicodemus
Martn, Paloma Garca Rebollar, M Pilar Garca Rebollar, Morris Villarroel Robinson,
David Menoyo Luque. Tambin a Miguel ngel Ibez Ruiz del departamento de
Estadstica y Mtodos de Gestin en Agricultura por su valiosa ayuda con los mtodos
estadsticos.
Del mismo modo quiero agradecer a todos los compaeros que durante esta
experiencia me estuvieron a mi lado, Mahfoud Ouarti, Javier Muoz, Ana Llorente,
Susana Chamorro, Encarna Jimnez, Juan Manuel Gonzlez, Ana de Coca, Juan
Ramn Astillero, Beatriz Vicente, Diego Garca, Martina Prez, Eugenio Lpez
esperando no olvidarme de ninguno.
No me quiero olvidar de todas esas personas annimas que en algn momento han
jugado un papel importante en el desarrollo de este trabajo, algunas de ellas
prestndome su apoyo y ayuda desinteresada sin conocerme, M Dolores del Castillo,
Jos Manuel Silvn, Juan Pablo del Monte, Jos Luis Sez, M del Mar Sanz, Ana
Isabel Jimnez, Rosa Hernndez y entre ellas quiero destacar a mis hermanas M
Luisa y M del Rosario.
A todos, mi agradecimiento
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Resumen
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Resumen
RESUMEN
El objetivo principal de esta tesis fue incrementar el valor proteico para
rumiantes de la harina de girasol mediante tratamientos combinados con cidos y
calor para proteger sus protenas frente a la degradacin ruminal.
Estos estudios comprenden dos experimentos realizados sobre ovinos
mediante tecnologas in vitro (experimento 1) o in situ e in vivo (experimento 2),
empleando siempre dos cidos: mlico u ortofosfrico. Aprovechando este ltimo
experimento, tambin se consideraron otros objetivos de carcter metodolgico con
el fin de mejorar la precisin de las estimas de i) la degradabilidad ruminal y la
digestibilidad intestinal de la protena y los aminocidos (AAs) de los alimentos y ii)
la sntesis microbiana ruminal y su contribucin al flujo post-ruminal de nutrientes al
animal.
En el experimento 1 (captulo 2) se efectuaron cuatro ensayos in vitro para
estudiar la influencia de distintos factores que puedan afectar la eficacia de estos
tratamientos. En cada ensayo se utiliz una rplica por tratamiento (dos para el
tratamiento control) y dos bolsas vacas (empleadas para corregir la contaminacin
microbiana) en cada una de las cuatro botellas del incubador (ANKOM Daisy II).
Cada botella contena 2 l de medio de incubacin, saturado con CO2 para asegurar
la anaerobiosis. Este medio consisti en una mezcla de solucin McDougall y liquido
ruminal filtrado en relacin 4:1. El liquido ruminal fue obtenido de 2 corderos
canulados en rumen, utilizndose bien solo o mezclado con el del otro cordero en
una relacin 3:1. As, cada botella de incubacin contena un inoculo ruminal
diferente. Las incubaciones se realizaron a 39 C durante 20 h, siendo las bolsas
lavadas con agua corriente y almacenadas a -20 C. Tras ser descongeladas, se
lavaron 3 veces durante 5 min en una mini-lavadora de turbina, se desecaron a 80
C durante 48 h y se destinaron ntegras al anlisis de N-Kjeldahl.
En el ensayo 1 se estudi el efecto del volumen de disolucin de dos dosis
de cido ortofosfrico (0,4 y 1,2 equivalentes gramo (eq)/kg de harina de girasol),
testando cinco volmenes de disolucin (80, 160, 240, 320 and 400 ml/kg de harina)
para cada dosis, desecndose las harinas a 60 C hasta sequedad al tacto. La
protena bruta (PB) indegradada se incremento con la dosis de cido empleada y
tambin (como tendencia, P < 0,1) con el volumen de dilucin. En base a ello en los
siguientes ensayos se utilizo el volumen de dilucin mayor (400 ml/kg). En el ensayo
2 se estudi el efecto de la dosis y del tipo de cido a cuatro dosis (1,2; 2,4; 3,6 y 4,8
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Resumen
eq/kg), secndose igualmente las muestras tratadas a 60 C. La PB indegradada
aument con la dosis de cido, siendo tambin mayor para el cido mlico, tanto en
este ensayo como en los posteriores. En el ensayo 3 se estudiaron los efectos de los
dos cidos, cuatro concentraciones (0,6; 1,2; 1,8 y 2,4 eq/kg) y tres tratamientos
trmicos para el secado de las muestras (100, 150 and 200 C durante 60, 30 y 20
minutos, respectivamente). Con los tratamientos trmicos a 100 y 150 C no hubo un
incremento de proteccin para concentraciones superiores a 0,8 eq/kg para ambos
cidos. Para incrementar la proteccin fue necesario aumentar la temperatura a 200
C y la dosis a 1,2 eq/kg, no observndose un aumento de proteccin a dosis
mayores. En el ensayo 4 se estudiaron los efectos sobre la lisina disponible, la
solubilidad de la PB en saliva artificial de McDougall y la PB indegradada in vitro de
tratar la harina solo con agua o con disoluciones de ambos cidos a dosis de 0,8
eq/kg y temperaturas de secado de 100 150 C en las mismas condiciones que en
el ensayo 3. No se apreciaron efectos sobre la lisina disponible para ninguno de los
tratamientos. El efecto especfico de los cidos quedo demostrado tanto por la fuerte
reduccin de la solubilidad de la PB como por el aumento de la PB indegradada
frente al tratamiento con agua. En conjunto, los resultados de este experimento
mostraron que la eficacia de estos tratamientos depende del tipo y dosis de cido y
de su dilucin, as como de las condiciones de secado. Como tratamiento de mayor
inters a aplicar posteriormente en el experimento 2 se consider una dosis de 0,8
eq/kg de harina, aplicada en un volumen de 400 ml/kg (correspondiente a soluciones
1 M y 0,67 M para los cidos mlico y ortofosfrico, respectivamente) y desecacin a
150 C.
El experimento 2 (captulos 3 a 7) se realiz con un diseo en cuadrado latino
3x3, empleando tres corderos canulados en rumen y duodeno y tres dietas
isoproteicas: U, M y P, que incluan harinas de girasol sin tratar (control) y tratadas
con acido mlico u ortofosfrico, respectivamente. La harina de girasol se trat en
las condiciones ya indicadas siendo necesarias 6 horas para su secado en estufa.
Las dietas incluan 40% de heno de raigrs italiano y 60% de concentrado a base de
harina de girasol (tratada y/o sin tratar), trigo y corrector vitamnico-mineral, siendo
suministradas a 75 g/kg P0.75 (equivalente a 2,3 mantenimiento). La relacin harina
de girasol sin tratar y tratada fue de 100:0 en la dieta U y entorno a 40:60 en las
dietas M y P. Tras 10 das de adaptacin a la dieta, se estudiaron sucesivamente: i)
el trnsito hasta el duodeno de las partculas del heno (solo en la dieta control) y de
la harina de girasol marcadas previamente con europio e iterbio, respectivamente; ii)
la fermentacin ruminal durante el periodo postprandial, iii) la degradacin ruminal in
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Resumen
situ de la harina de girasol especfica de cada dieta (y del trigo y el heno en la dieta
control) y iv) la magnitud y composicin del contenido ruminal mediante el vaciado
manual del rumen-retculo. Durante todo el periodo experimental se infundio de
forma continua una solucin de sulfato amnico enriquecido en 15N (98 tomos %)
para corregir la contaminacin microbiana ruminal en los estudios in situ y para
establecer las diferencias de composicin qumica entre las bacterias libres (BAL) y
adherentes (BAS) del rumen. Esta solucin incluy en los dos ltimos das Li-Cr-
EDTA para determinar la tasa de dilucin ruminal. Posteriormente, y tras un periodo
de al menos 10 das para eliminar el enriquecimiento en 15N de la digesta, se estudi
la digestibilidad intestinal de los distintos alimentos mediante la tcnica de bolsas
mviles.
La determinacin del bypass (BP) o de la degradabilidad efectiva (DE) de la
materia seca (MS) y de la PB se realiz por el mtodo tradicional de integracin
matemtica; estos valores se obtuvieron tambin para la PB y los AAs generando
una muestra representativa del flujo post-ruminal del alimento en estudio en cada
animal. Ello se realiz mediante la mezcla de los distintos residuos de incubacin en
base a la funcin que describe el flujo de alimento indegradado que abandona el
rumen. Todos estos trabajos se realizaron considerando la tasa de salida de
partculas del rumen (kp) y, segn casos, considerando tambin la tasa de
conminucin y mezcla de las partculas en este compartimento (kc). Para este ltimo
caso se ha desarrollado tambin el modelo matemtico que describe este flujo y
permite este clculo. Los valores no corregidos por la contaminacin microbiana del
BP (o de DE) de la PB resultantes de ambos mtodos se han comparado tanto en
las harinas de girasol como en los restantes alimentos de la dieta, obtenindose
valores similares, sin apreciarse desviaciones sistemticas. Sobre las muestras
compuestas representativas de la composicin qumica del BP se determino la
digestibilidad intestinal efectiva (DIE) de la MS, PB y AAs. Todos los valores
resultantes de esta tcnica fueron corregidos para la contaminacin microbiana de
las partculas que tiene lugar en el rumen.
Los estudios de transito digestivo se realizaron tras suministrar en el
comedero a los corderos una dosis simple de los alimentos marcados, seguida de la
toma de muestras de la digesta duodenal durante 82 h. En la dieta testigo se
suministraron simultneamente el heno de raigrs y la harina de girasol, mientras
que en las otras dietas solo se suministr esta ltima. La harina de girasol mostro un
mayor valor para kc frente al heno (0,5766 v. 0,0892, /h), mientras que no hubo
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Resumen
diferencias entre los dos alimentos para kp (0,0623 v. 0,0609, /h). Para la harina de
girasol no se apreciaron diferencias entre dietas para kc, pero si se redujo de manera
moderada la tasa kp con los tratamientos, siendo sta tambin menor al utilizar cido
ortofosfrico frente al uso de cido malico (0,0577 v. 0,0600, /h).
El empleo de las harinas tratadas no modifico los parmetros de
fermentacin ruminal, la composicin de los contenidos ruminales o la tasa de
dilucin del rumen. Los valores efectivos del BP y de DIE de la MS, PB y AAs de las
harinas de girasol se obtuvieron considerando kc y kp, conjuntamente. Los
tratamientos de proteccin incrementaron el BP de MS y PB en 48,5 y 268% de
media, respectivamente. Estos incrementos se debieron principalmente al descenso
de la fraccin soluble y de la velocidad de degradacin, pero tambin al aumento de
la fraccin indegradable, especialmente usando cido ortofosfrico. Con los
tratamientos se increment tambin la DIE de la MS (108% de media) y de la PB con
gran diferencia entre los cidos mlico y ortofosfrico (20,7 v. 11,8%). Como
consecuencia de estos cambios la proteccin aument la fraccin realmente digerida
en el intestino en 211% (MS) y 325% (PB), sin efectos entre ambos cidos.
Considerando la reduccin del suministro de energa fermentable para los
microorganismos ruminales asociada a la proteccin y los parmetros indicados por
el sistema PDI francs para la sntesis de protena microbiana digestible, la eficacia
de conversin de PB en protena metabolizable aument de 0,244 a 0,559 y 0,515
con el tratamiento con acido mlico y ortofosfrico, respectivamente. El contenido en
aminocidos (AAs) fue similar en todas las harinas salvo por una disminucin de
lisina en las harinas tratadas. De forma anloga a la PB, los tratamientos de
proteccin incrementaron el BP y la DIE de la mayora de AAs. El aporte de AAs
metabolizabes de la harina se multiplico en 3,87 para los AAs azufrados y en menor
medida (2,5 veces) para la lisina, como consecuencia de las prdidas sufridas a
consecuencia del tratamiento trmico. Estos tratamientos se muestran, por tanto,
tiles para incrementar el valor proteico de la harina de girasol, si bien su empleo
junto con concentrados proteicos ricos en lisina bypass digestible mejorara el perfil
de la protena metabolizable.
La correccin de la contaminacin microbiana de las partculas que tiene
lugar en el rumen se asoci en todos los alimentos testados y, de forma general, con
reducciones del BP y de su DIE en todas las fracciones estudiadas. Estas
reducciones fueron pequeas en todos los concentrados, de forma acorde con los
muy pequeos niveles de contaminacin registrados tanto en las harinas de girasol
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Resumen
como en el grano de trigo. Por el contrario, esta contaminacin, al igual que los
efectos de su correccin, fueron muy importantes en el heno de raigrs. Esta
contaminacin aument al tener en cuenta kc. As, para la proporcin de PB de
origen microbiano existente en las muestras compuestas representativas del BP,
este aumento fue significativo para el heno de raigrs (0,463 v. 0,706) y solo
numrico para la harina de girasol (0,0170 v. 0,0208). La reduccin de las estimas
de DIE al corregir esta contaminacin fue consecuencia de la eliminacin de forma
casi completa de los microorganismos adherentes en todos los residuos testados.
As, esta biomasa se redujo en 96,1% como media de 7x3 observaciones. Como
resultado de las diferencias acumulativas a nivel del rumen e intestino, la no
correccin de la contaminacin microbiana junto con la no consideracin de kc
condujo a fuertes sobrestimaciones de la PB digerida en el intestino. sta fue de
39% en la harina de girasol (0,146 v. 0,105) y de 761% en el heno de raigrs (0,373
v. 0,0433). Estos resultados muestran que es necesario considerar tanto kc como
corregir la contaminacin microbiana para obtener estimas in situ precisas en
forrajes, mientras que en concentrados, siempre que la contaminacin microbiana
sea pequea, es ms importante considerar kc.
La elevada contaminacin microbiana observada en el heno de raigrs se
asoci tambin con importantes errores a nivel del N asociado a la fibra neutro
(FND) y cido (FAD) detergente (NDIN y ADIN, respectivamente) e incluso de estas
fracciones de fibra, evidencindose que estos mtodos no eliminan completamente
la contaminacin microbiana que sufren los alimentos en su paso por el retculo-
rumen. As, en la muestra compuesta representativa de la composicin qumica del
flujo postruminal antes descrita, la sobrevaloracin por no corregir la contaminacin
microbiana fue de 99,8; 24,2; 3,34 y 0,48% para NDIN, ADIN, FND y FAD,
respectivamente. Las subvaloraciones asociadas para su DE fueron 34,1; 8,79; 4,41
y 0,51%, respectivamente. La DE corregida del NDIN y ADIN (0,743 y 0,728,
respectivamente) mostr un aprovechamiento ruminal elevado de estos compuestos,
si bien menor al de la PB total (0,85). El estudio de este aprovechamiento sobre los
residuos de incubacin ruminal a 6 y 72 h demostr, adems, una ms rpida
degradacin del ADIN frente al NDIN, as como un mayor potencial de degradacin
de este ltimo en este alimento. Para comprobar si la digestin en el abomaso
eliminaba la contaminacin microbiana en la FND y FAD se estudio esta
contaminacin y sus posibles errores en muestras liofilizadas de contenidos
ruminales y duodenales correspondientes a una dieta mixta de similar composicin a
la utilizada en el experimento 2, comparndose, adems, las diferencias entre la
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Resumen
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extraccin secuencial o directa de la FAD. Utilizando como referencia las BAS se
apreciaron elevadas contaminaciones en la FND y FAD y su N asociado tanto en las
muestras ruminales como en las duodenales. Sin embargo, los resultados de
enriquecimiento en 15N de las partculas fueron intermedios entre los
correspondientes a BAS y BAL lo que evidencia una elevada contaminacin con BAL
en estas muestras probablemente durante el proceso de liofilizacin. Ello conlleva
una sobrevaloracin de esta estimacin. El mtodo de extraccin directa de FAD se
mostr, por otra parte, marcadamente menos eficaz en la eliminacin de la
contaminacin microbiana. Los resultados muestran la necesidad de corregir la
contaminacin microbiana para obtener estimaciones precisas de la degradabilidad
de las protenas de las paredes celulares vegetales. Estos errores deberan ser
tambin considerados para FND y FAD en estudios in situ e in vivo.
La elevada tasa fraccional de degradacin del grano de trigo (60,9 y 42,0%/h
para MS y PB, respectivamente) implico que su flujo de material indegradado
(calculado solo en base a la kp obtenida para la harina de girasol) se redujera muy
rpidamente, de forma que es casi nulo a 8 h tras la ingestin. Los valores
corregidos de PB digerida en el intestino (0,15) representan solo el 18,7% de la
protena metabolizable, lo que muestra que el valor proteico del grano de trigo est
estrechamente ligado a la sntesis de protena microbiana derivada de su
fermentacin.
En el experimento 2 se observaron menores concentraciones para materia
orgnica, lpidos y PB, as como en la proporcin N-AAs/N total en BAL que en BAS,
siendo, por el contrario, mayor su enriquecimiento en 15N. Estos ltimos resultados
se utilizaron (junto con los de otros trabajos previos de este equipo) para validar una
prediccin preexistente del enriquecimiento en 15N de las BAS a partir de este valor
en las BAL. Esta ecuacin, de muy alta precisin (R2 = 0.995), permite calcular la
subvaloracin que se comete en los aportes de nutrientes correspondientes a las
BAS al usar las BAL como muestra de referencia. Esta subvaloracin representa
aproximadamente 21, 32,5 y 60% para PB, protena verdadera y lpidos.
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Summary
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Summary
The main objective of this thesis was to increase the protein value for ruminants
of sunflower meal by combined acid and heat treatments to protect their proteins
against ruminal degradation.
These studies include two experiments on sheep using in vitro (experiment 1) or
in situ and in vivo (experiment 2) techniques, always using malic or orthophosphoric
acids. Taking advantage of this last experiment, other methodological objectives were
also considered to improve the accuracy of the estimates of i) the ruminal degradability
and intestinal digestibility of protein and amino acids (AAs) in feedstuffs and ii) the
ruminal microbial synthesis and its contribution to the postruminal flow of nutrients to
the ruminant.
Four in vitro trials were performed in experiment 1 (chapter 2) to study the
influence of different factors that may affect the effectiveness of these treatments. In
each trial, one replica per treatment (two for the control treatment) and two empty bags
(used to correct the microbial contamination) were included in each of the four bottles
of the incubator (ANKOM Daisy II). Each bottle contained 2 l of incubation medium,
saturated with CO2 to ensure anaerobiosis. This medium consisted of a mixture of
McDougall solution and rumen fluid in a 4:1 ratio. The rumen fluid was obtained from 2
rumen cannulated wethers and used either alone or mixed with that of the other wether
in a 3:1 ratio. Thus, each incubation bottle contained a different ruminal inoculum. The
incubations were performed at 39 C for 20 h. Afterwards, the bags were washed with
tap water and stored at -20 C. After being thawed, bags were washed 3 times for 5
min. in a mini-turbine washing machine, dried at 80 C for 48 h and destined intact to
N-Kjeldahl determination.
The effect of the volume of solution was studied in trial 1 testing five volumes
(80, 160, 240, 320 and 400 ml/kg of meal) and two doses of orthophosphoric acid (0.4
and 1.2 gram equivalents (eq)/kg of sunflower meal), drying the meals at 60 C until dry
to the touch. The undegraded crude protein (CP) increased with the applied dose of
acid, and also (as a tendency, P < 0.1) with the volume of dilution. On this basis, the
highest dilution volume (400 ml/kg) was used in the following trials. In trial 2, the effects
of four doses (1.2, 2.4, 3.6 and 4.8 eq/kg) and the type of acid were studied, drying
also the treated samples at 60 C. Undegraded CP increased with the acid dose, being
also greater for malic acid, both in this trial as in the following. In trial 3, the effects of
two acids, four concentrations (0.6, 1.2, 1.8 and 2.4 eq/kg) and three heat-drying
treatments (100, 150 and 200 C during 60, 30 and 20 min., respectively) were studied.
With heat treatments at 100 or 150 C there was not an increase in protection over the
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Summary
0.8 eq/kg concentration for both acids. To increase protection, it was necessary to
increase the temperature to 200 C and the dose to 1.2 eq/kg, but no subsequent
protection was observed at higher doses. In trial 4, the effects on available lysine, CP
solubility in McDougall solution and in vitro undegraded CP were studied in sunflower
meals treated only with water or with solutions of both acids at doses of 0.8 eq/kg and
drying temperatures of 100 or 150 C under the same conditions that in trial 3. There
were no effects on available lysine for any of the treatments. The specific effect of the
acids was demonstrated by both the sharp reduction in CP solubility and in the
increase of undegraded CP compared to the treatment with water alone. Overall, the
results of experiment 1 showed that the efficacy of these treatments depends on the
type and dose of acid and dilution as well as on the drying conditions. The most
interesting treatment to apply subsequently in experiment 2 was a dose of 0.8 eq/kg of
meal, applied at 400 ml/kg (corresponding to 1 M and 0.67 M solutions of malic and
orthophosphoric acid, respectively) and 150 C of drying temperature.
Experiment 2 (chapters 3 to 7) was conducted with a 3x3 Latin square design,
using three rumen and duodenum cannulated wethers and three isoproteic diets: U, M
and P, which included untreated sunflower meal (control) or treated with malic or
orthophosphoric acids, respectively. The sunflower meal was treated under the
conditions previously indicated and needed 6 h of oven-drying. The diets included 40%
of Italian ryegrass hay and 60% concentrate based on sunflower meal (treated and/or
untreated), wheat and a vitamin-mineral corrector. It was supplied at 75 g/kg BW0.75
(equivalent to 2.3 maintenance). The ratio of untreated to treated sunflower meal was
100:0 in the U diet and around 40:60 in M and P diets. After 10 days of adaptation to
the diet, the schedule of each experimental period included the study of: i) the transit to
the duodenum of hay (only in the control diet) and sunflower meal particles previously
labeled with europium and ytterbium, respectively, ii) the ruminal fermentation during
the postprandial period, iii) the in situ ruminal degradation of the specific sunflower
meal of each diet (and of wheat and hay in the control diet) and iv) the magnitude and
composition of rumen contents obtained by manual emptying of the rumen-reticulum.
Throughout each experimental period a solution of 15N-enriched ammonium sulfate (98
atom %) was infused continuously into the rumen to correct the microbial
contamination on in situ studies and to establish the differences in chemical
composition between liquid (LAB) and solid (SAB) associated bacteria of the rumen. In
the last two days, this solution included also Li-Cr-EDTA to determine the ruminal
dilution rate. Subsequently, after a resting period of at least 10 days to remove the 15N
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Summary
enrichment of digesta, the intestinal digestibility of the different feeds was studied by
the mobile bag technique.
The determination of the bypass (BP) or of the rumen effective degradability
(RED) of dry matter (DM) and CP was studied by the traditional method of
mathematical integration. These same values were also obtained for CP and AAs
generating in each animal a sample representative of the outflow from the rumen of the
tested feed. This was done by mixing the ruminal incubation residues based on the
function describing the flow of undegraded feed that leaves the rumen. All these works
were carried out considering the rumen outflow rate of particles (kp) and, depending on
the cases, considering also the rate of comminution and mixing of particles in this
compartment (kc). In the latter case, a mathematical model describing this flow and
allowing its calculation has been developed. Noncorrected values for microbial
contamination of BP (or RED) of CP resulting from both methods for sunflower meals
as well as for the other diet feeds led to similar values, without no systematic
deviations. The intestinal effective digestibility (IED) of DM, CP and AAs was
determined on the composite samples representative of the chemical composition of
BP. All values resulting from this technique were corrected for microbial contamination
that takes place in the rumen.
Gastrointestinal transit studies were performed pulse dosing the wethers with
the labeled feeds, followed by duodenal digesta sampling along 82 h. Ryegrass hay
and sunflower meal were supplied simultaneously in the control diet, while the latter
was only supplied in the other diets. Sunflower meal showed a higher kc value than hay
(0.5766 v. 0.0892, /h), while no differences were shown for kp between both feeds
(0.0623 v. 0.0609, /h). For sunflower meal there were not differences among diets for
kc. On the contrary, treatments decreased moderately the kp rate. Also, a moderate
decrease was shown using orthophosphoric acid than malic acid (0.0577 v. 0, 0600,
/h).
The use of treated meals did not modify the rumen fermentation pattern, the
composition of rumen contents or the ruminal dilution rate. The effective values of BP
and IED of DM, CP and AAs of sunflower meal were obtained considering kc and kp
conjointly. Protection treatments increased on average the BP of DM and CP in 48.5
and 268%, respectively. These increases were mainly due to reductions in the soluble
fraction and the degradation rate, but also to an increase in the degradable fraction,
especially using orthophosphoric acid. Treatments also increased the IED of DM
(108% on average) and CP (20.7 and 11.8% using malic acid and orthophosphoric
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Summary
acid, respectively). As a result of these changes the protective treatments increased
the corrected fraction digested in the intestine on 211% (DM) and 325% (CP), with no
differences between both acids. Taking into account the reduction of fermentable
energy for rumen microorganisms associated to the treatments and the values
indicated by the French PDI system for the synthesis of microbial digestible protein, the
efficiency of conversion of CP in metabolizable protein increased from 0.244 to 0.559
and 0.515 with treatment with malic acid and orthophosphoric acid, respectively. The
content of amino acids (AAs) was similar in all meals except for a decrease in lysine in
the treated meals. Analogously to the CP, protection treatments increased BP and IED
of most AAs. The supply of metabolizable AAs by the sunflower meal was multiplied by
3.87 for S-containing AAs and to a lesser extent (2.5 times) for lysine, as a result of
losses due to the heat treatment. Therefore, these treatments have been shown useful
to increase the protein value of sunflower meal, although its use in conjunction with
protein concentrates rich in intestinal digestible lysine would improve the profile of its
metabolizable protein.
The correction of the microbial contamination of particles taking place in the
rumen was associated in general in all foods tested with reductions of BP and its IED in
all studied fractions. These reductions were small in all concentrates accordingly with
the very low levels of contamination reported in both sunflower meal and wheat grain.
On the contrary, this contamination, as the effects of their correctness, was very
important in ryegrass hay. This contamination increased when kc was considered.
Thus, the proportion of CP of microbial origin included in the composite samples
representative of BP increased significantly in ryegrass hay (0.463 v. 0.706) and only
numerically in sunflower meal (0.0170 v. 0.0208). The reduction of IED estimates due
to correct this contamination was a consequence of the almost total elimination of
microorganisms adhered to tested residues. Thus, this biomass was reduced by 96.1%
as average of 7x3 observations. As a result of the cumulative differences at ruminal
and intestinal level, no correcting the microbial contamination together with no
considering kc led to large overestimations of the CP digested in the intestine. These
were 39% for sunflower meal (0.146 v. 0.105) and 761% for ryegrass hay (0.373 v.
0.0433). These results show the need to consider both kc and microbial contamination
to obtain accurate in situ estimates in forages, while in concentrates, where microbial
contamination is small, it is more important to consider kc.
The large microbial contamination observed in ryegrass hay was also
associated with significant errors on the N associated to neutral (NDF) and acid (ADF)
XIV
-
Summary
detergent fibres (NDIN and ADIN, respectively) and even of the NDF and ADF
fractions. These results show that extraction methods fail to eliminate the ruminal
microbial contamination of feed particles. Thus, in the above described composite
sample representative of the chemical composition of the postruminal flow the
overvaluations by not correcting microbial contamination were 99.8, 24.2, 3.34 and
0.48% for NDIN, ADIN, NDF and ADF, respectively. The undervaluations associated
for the RED of these fractions were 34.1, 8.79, 4.41 and 0.51% respectively. The
corrected RED for NDIN and ADIN (0.743 and 0.728, respectively) showed a high
ruminal use of these compounds, although less than that of CP (0.85). The study of the
ruminal utilization at 6 and 72 h of this feed also demonstrated a faster degradation of
ADIN than NDIN but a greater degradation potential of the latter. To check if digestion
in the abomasum removed the microbial contamination in NDF and ADF, this
contamination and its possible errors were studied in lyophilized samples of rumen and
duodenal contents corresponding to a mixed diet of similar composition to that used in
experiment 2. Moreover, the differences between sequential or direct extraction of ADF
were also compared. Using SAB as reference, large contaminations were observed in
NDF and ADF as well as in their associated N in both ruminal and duodenal samples.
However, the 15N enrichment of particles was intermediate between those of SAB and
LAB showing a large contamination with LAB in these samples, probably during the
lyophilization process. This contamination implies an overestimation of these
estimates. Furthermore, the direct ADF extraction resulted markedly less effective in
the elimination of the microbial contamination. These results show the need to correct
microbial contamination to obtain accurate degradability estimates of plant cell wall
proteins. These errors should also be considered in NDF and in ADF in both in situ and
in vivo studies.
The large fractional degradation rate of wheat grain (60.9 and 42.0%/h for DM
and CP, respectively) implied that the BP (calculated considering the kp obtained for
sunflower meal) were reduced very quickly, being almost zero 8 h after the ingestion.
The corrected values of CP digested in the intestine (0.15) represent only 18.7% of the
metabolizable protein, showing that the protein value of wheat grain is closely linked to
the synthesis of protein derived from its microbial fermentation.
In the experiment 2, LAB showed lower concentrations of organic matter, lipids
and CP as well as a lower ratio N-AAs/total N than SAB, On the contrary, they have a
greater enrichment in 15N. These results were used (together with those of previous
works of this team) to validate a preexisting prediction of the 15N enrichment of SAB
XV
-
Summary
XVI
from this same value in LAB. This equation, with very high precision (R2 = 0.995),
allows to calculate the undervaluation in the nutrient supply from SAB as a
consequence of using LAB as reference sample. This undervaluation represents
approximately 21, 32.5 and 60% for CP, true protein and lipids.
-
ABREVIATURAS
a fraccin soluble (soluble fraction)
AA aminocido (amino acid)
ADF acid detergent fibre
ADFs acid detergent fibre sequentially analyzed
ADFd acid detergent fibre directly analyzed
ADIN insoluble nitrogen in acid detergent fibre
ADINs insoluble nitrogen in acid detergent fibre sequentially analyzed
ADINd insoluble nitrogen in acid detergent fibre directly analyzed
ADL acid detergent lignin
AGV cidos grasos voltiles
Ala alanina (alanine)
Arg argnina (arginine)
Asp cido asprtico (aspartic acid)
b fraccin insoluble degradable (nonsoluble degradable fraction)
ATP adenosn trifosfato
BAL bacterias asociadas a la fase lquida
BAS bacterias asociadas a la fase slida
B.O.E. Boletn Oficial del Estado
BP by-pass
BW0.75 Metabolic body weight
BW body weight
Ca concentracin del nutriente en estudio en el alimento
Ci concentracin del nutriente en estudio en el residuo no digerido en
intestino
Cmc concentracin del nutriente en estudio en la muestra compuesta
CP crude protein
CPS crude protein solubility
CS composite sample
CV coeficiente de variacin (coefficient of variation)
Cys cisteina (cysteine)
DE degradabilidad efectiva
DEMS degradabilidad efectiva de la materia seca
DIE digestibilidad intestinal efectiva
DIEMS digestibilidad intestinal efectiva de la materia seca
XVII
-
DM dry matter
EE ether extract
EAA essential amino acids
EDTA ethylenediaminetetraacetic acid
eq equivalente gramo (equivalent weight)
FAD fibra cido detergente
FND fibra neutro detergente
g gramo (gram)
g fuerza gravitacional (gravitational force) Glu cido glutmico (glutamic acid)
Gly glicina (glycine)
h hora (hour)
His histidina (histidine)
i.d. internal dimensin
IDF intestinal digested fraction
IED intestinal effective digestibility
Iso, Isol, Ile isoleucina (isoleucine)
IVUCP in vitro undegraded crude protein
kd tasa de degradacin de la fraccin insoluble degradable (fraccional
degradation rate of nonsoluble degradable fraction)
kg kilogramo (kilogram)
kGy kilogray (kilogray)
kp tasa de salida de partculas del rumen (rumen particle outflow rate)
kc tasa de conminucin y mezcla de las partculas en el rumen (rate of
particle comminution and mixing in the rumen)
m micrmetro (micrometer)
L efecto lineal (lineal effect)
L litro (liter)
LAB liquid-associated bacteria
Leu leucina (leucine)
Lys lisina (lysine)
MC muestra compuesta
Met metionina (methionine)
min minuto (minute)
ml mililitro (mililiter)
MO materia orgnica
XVIII
-
MS materia seca
NDF neutral detergent fibre
OM organic matter
P probabilidad (probability)
pKa logaritmo de la constante de disociacin de un cido (acid dissociation
constant at logarithmic scale)
pH potencial hidrogeno (power of hydrogen)
M molaridad (molarity)
meq miliequivalente gramo (miliequivalent weight)
mg miligramo (miligram)
MTM malic acid treated sunflower meal
n tamao de muestra (sample size)
NDIN insoluble nitrogen in neutral detergent fibre
PB protena bruta
PDIE Protena digestible en intestino con energa fermentable limitante
(intestinal digested protein when fermentable energy is limiting)
Phe fenilalanina (phenylalanine)
Pro prolina (proline)
PTM orthophosphoric acid treated sunflower meal
Q efecto cuadrtico (quadratic effect)
r fraccin indegradable (non-degradable fraction)
R2 coeficiente de determinacin (determination coefficient)
RED ruminal effective degradability
RGM Italian ryegrass hay
RNA ribonucleic acid
RUDM ruminally undegraded dry matter
RUOM ruminally undegraded organic matter
RUCP ruminally undegraded crude protein
SAB solid-associated bacteria
s.e., SEM standard error of mean
s.e.d. standard error of the difference
SD standard deviation
SE standard error
Ser serina (serine)
SFM sunflower meal
TAA total analyzed amino acids
XIX
-
Thr treonina (threonine)
Tm tonelada
Tyr tirosina (tyrosine)
UTM untreated sunflower meal
Val valina (valine)
(v/p) volume/peso
XX
-
INDICE
CAPITULO 1. Introduccin y objetivos 1
1. Procesos de degradacin de la protena en el rumen 3
1.1. Factores de influencia 5
1.1.1. Tipo de protena 5
1.1.2. Velocidad de transito 6
a) Nivel de ingestin 6
b) Relacin forraje/concentrado 6
c) Tamao de partculas 7
1.1.3. Tipo de racin y pH ruminal 8
2. Conveniencia de la proteccin de la protena frente a la degradacin
ruminal 9
3. Produccin de girasol en Espaa y su importancia en la alimentacin de
rumiantes 11
3.1. Obtencin y valor nutritivo de los productos de girasol 12
4. Mtodos para la proteccin de protenas 14
4.1. Mtodos fsicos 14
4.1.1. Proteccin con calor 14
4.1.2. Otros tratamientos fsicos 16
4.2. Mtodos qumicos 16
4.2.1. Formaldehido 16
4.2.2. cidos 18
4.2.3. Alcoholes 20
4.2.4. Xilosa y Lignosulfato 20
4.2.5. Taninos 21
4.2.6. Tratamientos de recubrimiento 22
5. Precisin de la determinacin de la sntesis de protena microbiana 22
6. Mejora de la precisin y simplificacin de las tcnicas in situ 24
XXI
-
6.1. Degradabilidad ruminal 24
6.1.1. Modelos de transito ruminal 24
6.1.2. Correccin de la contaminacin microbiana 27
6.1.3. Otros posibles errores en la estima de la degradabilidad ruminal 29
6.2. Digestibilidad intestinal 31
7. Objetivos 35
CAPITULO 2. In vitro efficiency of combined acid-heat treatments for protecting
sunflower meal proteins against ruminal degradation 37
CAPITULO 3. Malic acid or orthophosphoric acid-heat treatments for protecting
sunflower meal (Helianthus annuus) meal against ruminal degradation and
increasing intestinal amino acid supply 47
CAPITULO 4. In situ evaluation of the protein value of wheat grain corrected for
ruminal microbial contamination 59
CAPITULO 5. Effects of the ruminal comminution rate and microbial
contamination of particles on accuracy of in situ estimates of ruminal
degradability and intestinal digestibility of feedstuffs 65
CAPITULO 6. Microbial contamination affects estimates of rumen degradation of
fibre bound nitrogen 77
CAPITULO 7. Composition of free and adherent ruminal bacteria: inaccuracy of
the microbial nutrient supply estimates obtained using free bacteria as reference
samples and 15N as the marker 99
CAPITULO 8. Discusin general 109
1. Inters de los tratamientos con cidos y calor para la proteccin de
protenas 111
2. Precisin de las estimas in situ 113
3. Precisin de los aportes de protena microbiana 117
CAPITULO 9. Conclusiones 119
REFERENCIAS CAPITULOS 1 Y 8 125
XXII
-
INDICE DE TABLAS
Captulo 2
Table 1. Effects of orthophosphoric acid dose and added volume of acid
solutions on in vitro undegraded crude protein of sunflower meal after 20 h of
incubation (Trial 1). 42
Table 2. Effects of concentrations of malic or orthophosphoric solutions
(sprayed at 400 g/kg of feed) on in vitro undegraded crude protein of sunflower
meal after 20 h of incubation (Trial 2). 42
Table 3. Effects of temperature and concentration of malic and orthophosphoric
solutions (sprayed at 400 ml/kg of feed) on in vitro undegraded crude protein of
sunflower meal after 20 h of incubation. 43
Table 4. Effect of temperature and of treatments with water, malic or
orthophosphoric solutions (sprayed at 400 ml/kg of feed) on available lisina
(g/100 of crude protein), crude protein solubility and in vitro undegraded crude
protein of sunflower meal. 43
Captulo 3
Table 1. Chemical composition (g/kg of dry matter) of untreated, malic acid or
orthophosphoric acid treated sunflower meal and wheat and Italian ryegrass
hay. 50
Table 2. Transit up to the duodenum of untreated sunflower meal particles in
tested diets. 53
Table 3. Effects of protective treatments on apparent rumen degradation
kinetics and ruminal by-pass of dry matter and crude protein of sunflower meal. 53
Table 4. Effects of protective treatments and correction of microbial
contamination on in situ estimates of by-pass, intestinal effective digestibility
and intestinal digested fraction of sunflower meal. 54
Table 5. Effects of protective treatments on by pass and intestinal effective
digestibility of sunflower meal amino acids. 55
XXIII
-
Annex 1. Ruminal fermentation and contents produced by tested diets. 58
Captulo 4
Table 1. Apparent mean values for rumen degradation kinetics and effective
degradability of dry matter and crude protein of wheat grain. 62
Table 2. Apparent and corrected mean estimates by the simplified method of
ruminal effective degradability, intestinal effective digestibility and intestinal
digested fraction of wheat grain. 63
Captulo 5
Table 1. Chemical composition (g/kg of dry matter) of tested feeds. 68
Table 2. Transit through the forestomachs of sunflower meal andItalian
ryegrass hay particles. 71
Table 3. Dry matter and crude protein degradation kinetics, effects of using the
particle comminution rate (kc) in addition to the rumen passage rate (kp) in non-
corrected estimates of the rumen undegraded fraction and comparison of
results from integration and proposed methods. 72
Table 4. Effect of the use of the particle comminution rate (kc) in addition to the
rumen passage rate (kp) on the microbial fraction included in the representative
samples of rumen undegraded outflow. 72
Table 5. Effects of the use of the particle comminution rate (kc) in addition to
the rumen passage rate (kp) and the correction of microbial contamination in in
situ feed evaluation. 73
Captulo 6
Table 1. Microbial proportions in different fibre fractions of rumen incubated
samples of Italian ryegrass hay estimated using solid adherent bacteria as
reference (Experiment 1). 92
Table 2. Concentrations (g/kg dry matter) of neutral and acid detergent fibres
and their associated N fractions (NDIN and ADIN) in rumen incubated samples
of Italian ryegrass hay (Experiment 1; values corrected by microbial 93
XXIV
-
XXV
contamination using solid adherent bacteria as reference).
Table 3. Effects of rumen residence time and microbial contamination on
rumen degradation of different fibre fractions of Italian ryegrass hay
(Experiment 1). 94
Table 4. Chemical composition (g/kg dry matter) of ruminal and duodenal
digesta samples (Experiment 2). 95
Table 5. 15N enrichment (atoms %) of ruminal and duodenal samples and their
associated fibres (Experiment 2). 96
Captulo 7
Table 1. Diet characteristics of the different experiments. 102
Table 2. Differences in chemical composition of bacteria isolated from the solid
and liquid fractions of the rumen content. 104
Table 3. Amino acid composition (% of total analysed amino acids) of bacteria
isolated from the solid and liquid fractions of rumen content. 105
-
INDICE DE FIGURAS
Captulo 1
Figura 1. Degradacin de la protena por los enzimas microbianos en el rumen. 4
Captulo 3
Figure 1. Amino acid composition (g per 100 g of analysed amino acids) of
untreated, malic acid-treated and orthophosphoric acid-treated sunflower
meals. 50
Figure 2. Weighting proportions of ruminal incubated residues to composite
representative by-pass samples of untreated, malic acid treated and
orthophosphoric acid-treated sunflower meals. 52
Figure 3. Variations of the essential amino acid plus cysteine profile of
metabolisable protein of untreated, malic acid-treated and orthophosphoric
acid-treated sunflower meals (% on the intact feed; values obtained using
particle comminution (kc) and passage (kp) ruminal rates and corrected by
microbial contamination in the rumen). 55
Captulo 4
Figure 1. Inclusion proportions of rumen incubated residues to generate
composed samples representative of the undegraded wheat dry matter outflow. 63
Captulo 5
Figure 1. Comparison of dry matter solubility and 0 hours disappearance
values in sunflower meal and Italian ryegrass hay. 71
Figure 2. Effects of considering only the rumen passage rate (kp) or this rate
together with feed particle comminution (kc) on the residue proportions needed
to composite representative samples of ruminal dry matter outflow from
sunflower meal or Italian ryegrass hay. 82
Captulo 6
Figure 1. Microbial proportion in particles, neutral and acid detergent fibres (a)
and their associated nitrogen fractions (b) in ruminal and duodenal samples 97
XXVII
-
XXVIII
estimated using solid adherent bacteria as reference (Experiment 2).
Captulo 7
Figure 1. Relationships between the enrichment (15N/N; atoms% excess) of
solid-associated bacteria and liquid-associated bacteria. 104
Figure 2. Relationship between predicted and determined values of 15N
enrichment of solid-associated bacteria. 104
-
CAPTULO 1
Introduccin general y objetivos
-
Captulo 1
1. Procesos de degradacin de la protena en el rumen
En los rumiantes una parte muy importante de los componentes de la dieta son
degradados y fermentados en el rumen, lugar en el que se desarrolla una amplia flora
microbiana. Estos microorganismos poseen un equipamiento enzimtico que les
permite degradar los carbohidratos solubles y estructurales as como la protena de la
dieta hasta sus unidades ms bsicas: pptidos y aminocidos (AAs), as como
fermentar estos ltimos.
Los productos de esta degradacin: cadenas carbonadas, amonaco, AAs,
pptidos y energa en forma de ATP son utilizados por los microorganismos ruminales
para su crecimiento. As, la fraccin digestible en el intestino delgado de la
componente proteica de esta biomasa, junto con la protena que sobrepasa el rumen
sin degradar y la protena endgena constituyen el aporte de AAs para el rumiante.
La poblacin microbiana est compuesta por bacterias, arqueas, protozoos y
hongos ficomicetos, variando la composicin en especies y sus proporciones relativas
dentro de la comunidad microbiana en funcin principalmente de la dieta que
consuman los animales (Fbel y Fekete 1996). Las bacterias ruminales comprenden
ms de 60 especies y representan la poblacin ms numerosa de la biomasa
microbiana, su densidad varia de 109 al 1010 celulas/ml (Fonty et al. 1995). En funcin
de su nicho ecolgico, se dividen en tres grandes grupos: las ms abundantes son
aquellas adheridas a las partculas de alimento, que representan mas del 70% del total
(Craig et al. 1987; Legay-Carmier y Bauchart 1989; Yang et al. 2001; Rodrguez et al.
2003; Ipharraguerre et al. 2007); le siguen las asociadas a la fase lquida del rumen y
por ltimo las que colonizan el epitelio ruminal. Los protozoos son organismos
unicelulares representados mayoritariamente por los flagelados y los ciliados. La
cantidad de N de origen protozoario que llega al intestino puede alcanzar hasta un
20% del N microbiano by-pass (Yang 1992). Al contrario que las bacterias, los
protozoos no son indispensables para la vida del rumiante (Jouany 1996). Los hongos
del rumen fueron descubiertos ms recientemente (Orpin 1975), su poblacin se
estima alrededor de 103 a 105 clulas/ml, lo que puede representar hasta un 10% de la
biomasa microbiana. La accin de los hongos se realiza principalmente a travs de la
colonizacin y degradacin de los tejidos lignificados de las plantas, favoreciendo
adems de esta forma el acceso a las enzimas bacterianas (Fonty et al. 1995).
La degradacin de la protena es el resultado de distintas actividades
microbianas que incluyen la hidrlisis de los enlaces peptdicos (protelisis), la
3
-
Introduccin general y objetivos
degradacin de los pptidos (peptidolsis) y en el caso ms extremo la desaminacin
de los AAs (Figura 1). La hidrlisis de los enlaces peptdicos se realiza mediante
proteasas, siendo la debida a la poblacin bacteriana la ms intensa. La mayor parte
de las proteasas son extracelulares estando localizadas en la superficie de la bacteria,
siendo, por tanto preciso que las protenas entren en contacto con los
microorganismos para formar el complejo enzima-sustrato (Nugent y Mangan 1981).
Este proceso se facilita con la lisis de las clulas vegetales llevada a cabo durante la
masticacin, la rumia y por la accin de los enzimas celulolticos. Las protenas, una
vez adheridas a la superficie de la bacteria, son digeridas, dando lugar a pptidos de
distinta longitud. Los pptidos al igual que los AAs pueden ser transportados al interior
de las clulas bacterianas donde son de nuevo hidrolizados por peptidasas
intracelulares para dar finalmente AAs. stos pueden ser liberados al fluido ruminal, en
cuyo caso son degradados de forma rpida -y de ah su baja concentracin en el
rumen- utilizados en la sntesis de protena microbiana o degradados por enzimas
desaminasas para dar fundamentalmente NH3 y AGV (Jouany 1994).
proteasas
PROTEINAS
METABOLISMO EXTRACELULAR
peptidasas
POLIPEPTIDOS
peptidasas
OLIGOPEPTIDOS
(DI,TRIPEPTIDOS)
desaminasas
AMINOACIDOS METABOLISMO INTRACELULAR
NH3, AGV
Factores que afectan a la degradacin de la proteina en el rumen
Figura 1. Degradacin de la protena por los enzimas microbianos en el rumen (Jouany 1994)
4
-
Captulo 1
1.1. Factores de influencia
Los factores ms importantes que afectan a la de degradacin de la protena
del alimento se dividen en dos grandes grupos: I) aquellos que condicionan la
susceptibilidad de las materias nitrogenadas frente a la degradacin microbiana, que
son inherentes al alimento y que dependen, por tanto, de los posibles tratamientos que
haya recibido ste y II) aquellos que afectan a la duracin e intensidad de las acciones
microbianas, que vienen determinadas por el alimento en estudio y las caractersticas
de la alimentacin. Dentro del primer grupo destacan el tipo de compuestos
nitrogenados y de protenas del alimento, mientras que el segundo est bsicamente
condicionado por las caractersticas de la racin (relacin forraje/concentrado, nivel de
ingestin, granulometra,) que determinan el aporte de nutrientes a los
microorganismos, el pH ruminal y la velocidad de transito de la digesta.
1.1.1. Tipo de protena
Entre las caractersticas de la protena, su solubilidad es uno de los principales
factores que determinan su degradacin por la flora microbiana ruminal. Salvo alguna
excepcin, cuanto ms solubles sean las protenas, ms accesibles sern a los
enzimas microbianos. Debido a ello, las protenas de los contenidos celulares son muy
degradables, mientras que su asociacin con otros componentes como carbohidratos
de las paredes celulares resulta en una menor y ms lenta degradacin (Van Soest
1994).
La estructura de la protena tambin es importante. La presencia de puentes
disulfuro o de enlaces dentro o entre cadenas de la protena (estructuras terciarias y
cuaternarias) condicionan la susceptibilidad a la degradacin. Adems, determinados
enlaces peptdicos como lisina-prolina y prolina-metionina son ms resistentes a la
degradacin que otros (Yang y Russell 1992). Por otro lado, cualquier tratamiento que
modifique las estructuras terciarias o cuaternarias de la protena provocando su
desnaturalizacin o aquellos que provoquen la reaccin de las protenas con otros
compuestos con formacin de complejos van a dificultar o impedir la accin proteoltica
de los enzimas microbianos; entre los primeros estn los tratamientos con calor,
cidos o bases y entre los segundos las reacciones de condensacin entre grupos
amino del radical de los AAs y azucares (reacciones de Maillard), los tratamientos con
formaldehido o con taninos.
5
-
Introduccin general y objetivos
1.1.2. Velocidad de transito
Frecuentemente se asume de forma errnea que la degradacin ruminal de la
protena esta inversamente relacionada con la velocidad de trnsito de la digesta a
travs del rumen (rskov y McDonald 1979), no teniendo en cuenta que al aumentar
esta ltima se incrementa la actividad proteoltica microbiana con el consiguiente
aumento de la tasa de degradacin de la misma. Ello implica la existencia de una
compensacin al menos parcial entre los efectos de ambas tasas (Gonzlez et al.
1987; Rodrguez et al. 2008). La velocidad de transito a su vez est relacionada con
diversos factores de la dieta entre los que destacan el nivel de ingestin, la relacin
forraje/concentrado y el tamao de partcula.
a) Nivel de ingestin
La cantidad de alimento consumido es, probablemente, la variable ms
importante asociada con el tiempo de retencin en el rumen (Colucci et al. 1990). As,
la salida del rumen de los residuos no degradados es en parte proporcional a la
entrada, de manera que al aumentar la ingestin aumentar el ritmo de paso (Hoover y
Miller 1992). No obstante, Gonzlez et al. (1987) y Rodrguez et al. (2008) sealan que
el aumento del nivel de ingestin se asocia tambin con un aumento de la tasa de
degradacin que da lugar a la compensacin parcial de los efectos de ambas tasas
anteriormente comentada. Los ltimos autores citados observaron una relacin directa
entre la tasa de evacuacin de partculas del rumen y la tasa de degradacin de la PB,
tanto en concentrados como en forrajes. En el caso de los concentrados, esta relacin
fue tambin directa para la tasa de degradacin de la MS, mientras que para la MS y
las fracciones de fibra de los forrajes fue inversa, lo que resulta indicativo de un
cambio en la poblacin microbiana o de su actividad fibroltica. Conviene sealar que
no hay razones para pensar que este efecto se debiera a un efecto del pH ruminal, ya
que incluso al nivel de ingestin superior su valor medio fue 6.09, siendo, adems,
bastante uniforme en el tiempo, ya que la racin se suministraba en 6 comidas
iguales/da.
b) Relacin forraje/concentrado
Un aumento del nivel de concentrado en la dieta supone en general una
disminucin de la tasa de evacuacin del rumen (y por ende un incremento del tiempo
medio de permanencia de los alimentos en ste) segn numerosos autores. Este
efecto es debido fundamentalmente a una disminucin de la rumiacin, salivacin,
6
-
Captulo 1
motilidad ruminal y ritmo de apertura del orificio retculo-omasal como consecuencia de
la menor proporcin de forraje (Evans 1981; Elimam y rskov 1983). Sin embargo,
este incremento del tiempo de permanencia de las partculas de alimento en el rumen
no est asociado con un incremento proporcional de la degradacin ruminal del
alimento. As, en un mismo experimento se comprob que la reduccin de la tasa de
evacuacin del rumen de diferentes alimentos que se produca al incrementar el
porcentaje de concentrado de la racin del 10 al 60% cuando sta se suministro a 1,1
x mantenimiento y del 30 al 60% cuando se suministro ad libitum (Poncet et al. 1987)
se asociaba con reducciones de la tasa de degradacin (Gonzlez et al. 1987). La
compensacin entre ambos efectos fue total con la ingestin ad libitum y parcial con la
ingestin restringida, de forma que solo se aprecio una disminucin moderada de la
degradabilidad en este ltimo caso. Adicionalmente al efecto que sobre la actividad
microbiana pueda inducir la variacin de la tasa de evacuacin del rumen, la relacin
forraje: concentrado puede condicionar la poblacin microbiana dominante en el rumen
o su actividad fibroltica, lo que tiene tambin su repercusin en la degradabilidad de
los alimentos. Por otra parte, el efecto de la relacin forraje/concentrado sobre el ritmo
fraccional de paso del rumen y la poblacin ruminal puede quedar confundido por
diversos factores (como p.e. el nivel de ingestin) que complican su interpretacin
(Huntington y Givens 1995). Algunos trabajos no han mostrado variacin en la
poblacin microbiana total o en las poblaciones celulolticas al variar la relacin forraje:
concentrado pero si en su actividad fibroltica (Martin et al. 2001; Martnez et al. 2010).
Sin embargo, la determinacin de las bacterias celulolticas se hizo sobre el liquido
ruminal en el trabajo de Martnez et al. (2010) cuando la mayora de las bacterias
celulolticas estn asociadas a las partculas de alimento; adicionalmente, estos
autores observaron un aumento de la poblacin de protozoos que predan directamente
sobre las bacterias, lo que puede contribuir a explicar la ausencia de variacin de las
poblaciones bacterianas.
c) Tamao de partculas
La reduccin en el tamao de las partculas del alimento provoca, en general,
un descenso en su tiempo de retencin en el rumen. Para un mismo rgimen, las
partculas ms finas, que presentan a su vez una mayor densidad, se sedimentan
antes en los sacos ventral y cranial del rumen pasando ms rpidamente al retculo y,
por tanto, por el tubo digestivo (Faichney 1995). Segn Ellis et al. (1979), la tasa de
salida del rumen correspondera a las partculas finas acumuladas en el retculo, de
forma que no deberan existir grandes diferencias entre las tasas de salida de forrajes
7
-
Introduccin general y objetivos
y concentrados. Sin embargo, segn los mismos autores si existen diferencias entre
partculas finas y gruesas para la tasa secundaria derivada del ajuste de las cinticas
de transito, que asociaron al proceso de conminucin y mezcla que sufren las
partculas para poder alcanzar el retculo, y que es lgicamente mayor en los forrajes.
Como consecuencia de esta ultima diferencia, la tasa de acumulacin de partculas
finas de forrajes en el retculo ser ms baja, lo que junto con la concentracin de
partculas presentes en el rumen justificara segn Gonzlez et al. (2006a) las posibles
diferencias a nivel de la tasa de salida entre las partculas de forrajes y concentrados.
De forma anloga a la disminucin del trnsito ruminal por la reduccin de la relacin
forraje: concentrado, una fuerte disminucin del tamao de partcula -como la que se
produce al moler y granular el forraje- tambin disminuye la tasa fraccional de salida
de partculas del rumen como consecuencia de una disminucin de la rumia y,
consecuentemente, de la salivacin, de la motilidad ruminal y del ritmo de apertura del
orificio retculo-omasal, provocando una disminucin de la velocidad de degradacin
de los alimentos (Rode et al. 1985; Garca 1991; Yang et al. 2002).
1.1.3. Tipo de racin y pH ruminal
El pH ptimo para la actividad de las enzimas proteolticas bacterianas se sita
en el intervalo de 5,5 a 7,0 (Kopecny y Wallace 1982), disminuyendo la degradacin
de la protena cuando el pH cae por debajo del lmite inferior de este intervalo. En este
sentido conviene indicar que la cada del pH por debajo de 5,5 tambin conlleva una
drstica disminucin de la flora microbiana al eliminarse los microorganismos lctico-
reductores. As mismo, no conviene olvidar que el pH ruminal est determinado por
mltiples factores de la dieta. As, p.e., el aumento del nivel de ingestin se asocia con
una reduccin del pH al aumentar la cantidad de cidos resultantes de la fermentacin,
pero, como ya se ha comentado, tambin conlleva un aumento de las tasas
fraccionales de transito y degradacin, influyendo todo ello sobre la degradacin
resultante.
Por otro lado, Cardozo et al. (2000, 2002) observaron en fermentadores
continuos una menor degradabilidad de la protena para las dietas con altos
contenidos en concentrados independientemente del pH. La influencia del pH ruminal
y el tipo de dieta sobre la degradabilidad de la protena se puede deber a las
interacciones entre los distintos constituyentes de sta. As, en numerosos alimentos
se ha visto que tanto el almidn (Assoumani et al. 1992) como la presencia de
amilasas (Tomnkov y Kopecny 1995) aumentan la degradacin de la protena. Por
otra parte, hay que considerar que la degradacin de la protena en el rumen es el
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Captulo 1
resultado de la accin combinada de diversas acciones enzimticas microbianas tanto
proteolticas como no proteolticas. Una parte importante de las protenas de los
alimentos vegetales estn inmersas en una matriz de fibra que ha de ser degradada
para que las enzimas proteolticas puedan tener acceso a ellas. Por tanto, es precisa
una accin previa de enzimas y bacterias celulticas cuya abundancia va a estar
condicionada por el pH del medio ruminal y por la dieta (Erfle et al. 1982; Endres y
Stern 1993).
2. Conveniencia de la proteccin de la protena frente a la degradacin ruminal
El objetivo fundamental de la alimentacin nitrogenada es obtener el mximo
rendimiento en la utilizacin del N del alimento para maximizar la produccin animal
por unidad de N consumido. Los rumiantes son ineficientes a la hora de convertir el N
del alimento en N de la leche o de los tejidos (Bequette et al. 2003). As, solo entorno
al 30% del N ingerido se destina a la produccin de leche o al crecimiento mientras
que la mayor parte es excretada en heces y orina (Tamminga et al. 1992; Kalscheur et
al. 2006). Por el contrario, la eficiencia en la utilizacin del N del alimento en especies
monogstricas puede alcanzar hasta el 80% (Chung and Baker, 1992). Segn Van
Vuuren y Meijs (1987) y Hvelplund y Madsen (1995) se pueden alcanzar rendimientos
tericos del 40-45% en la produccin de vacas lecheras, por lo que todava hay
margen para la mejora en la alimentacin proteica de los rumiantes.
Esta baja eficacia es principalmente consecuencia de la elevada proporcin de
N degradable existente en la mayora de los alimentos consumidos por los rumiantes.
Ello se asocia con elevadas fugas de amoniaco del rumen, que es excretado en forma
de urea. A ello se une la transformacin de una parte representativa de las protenas
degradadas en el rumen en compuestos nitrogenados microbianos distintos de los AAs
utilizables para la sntesis proteica como los cidos nucleicos microbianos, los
aminoazcares y los D-AAs de las paredes celulares microbianas. A todo ello hay que
aadir la desaminacin de AAs para la obtencin a nivel metablico de glucosa,
proceso que puede resultar particularmente importante en ciertas situaciones
productivas (lactacin y final de gestacin con prolificidad elevada).
A la baja eficacia en la utilizacin del N hay que aadir el impacto negativo que
supone la sntesis de urea sobre el balance energtico del animal, as como las
consecuencias medioambientales de las emisiones nitrogenadas como la eutrofizacin
de las aguas superficiales o la generacin de gases de efecto invernadero como el
oxido nitroso en los procesos de nitrificacin-desnitrificacin producidos en el suelo.
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Introduccin general y objetivos
Hay diversas razones y ventajas para reducir y disminuir la degradacin de la
protena en el rumen trasladando, consecuentemente, su sitio de digestin al intestino.
As, hay condiciones de alimentacin en las cuales la dieta no contiene
suficiente cantidad de AA absorbibles en relacin con el suministro de energa
metabolizable:
1. Dieta con un insuficiente contenido en protena no degradable en el rumen.
2. Limitacin de la sntesis de protena microbiana.
3. Suplementacin con grasas o aceites, que constituyen un importante aporte de
energa metabolizable para el animal pero que son escasamente disponibles
para el crecimiento microbiano.
4. Dependencia de la movilizacin de grasa corporal como fuente de energa
metabolizable, como p. e. la primera fase de lactacin de vacas lecheras.
En ocasiones los alimentos tienen un claro exceso de protena degradable
como los pastos y henos de buena calidad, as como los ensilados de hierba. En estos
casos la suplementacin en protena debera limitarse a fuentes ricas en protena
resistente a la degradacin para mejorar el balance de la dieta en ambos tipos de
protena. Por otro lado, el uso de fuentes ricas en protena no degradable puede
permitir aumentar la proporcin de fuentes de nitrgeno no proteico para sustentar el
crecimiento microbiano reduciendo de este modo el aporte de fuentes proteicas
(Schwab 1995).
En condiciones de productividad moderada la fermentacin ruminal provee un
suministro de protena suficiente para el mantenimiento, la reproduccin y las
producciones animales. La capacidad de los microorganismos ruminales para producir
protena a partir de nitrgeno no proteico es til cuando el aporte de nitrgeno
alimentario es bajo. As, el reciclado de urea al rumen permite que se mantenga
estable la sntesis microbiana, lo cual confiere a los rumiantes una ventaja ecolgica
frente a especies monogstricas a la hora de satisfacer sus necesidades nitrogenadas
en bajas condiciones nutricionales. Sin embargo, en condiciones de productividad
elevada las necesidades de protena del rumiante se ven ampliamente incrementadas,
lo que conlleva la inclusin en las dietas de concentrados proteicos de alta calidad; sin
embargo, debido a la intensiva degradacin de la protena en el rumen, este aporte
puede llegar a ser insuficiente para cubrir las necesidades derivadas de la produccin
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Captulo 1
del animal. El uso por los microorganismos de los AAs resultantes de la protelisis
para obtener energa, junto con la transformacin ya comentada de parte de estos AAs
en productos sin apenas valor biolgico implica una prdida importante del valor
proteico de estos costosos suplementos.
La extensa degradacin de la protena en el rumen provoca adems que se
altere profundamente el perfil de AAs de la protena de origen alimentario que pasa al
intestino, de modo que se desconoce el aporte real de AAs metabolizables disponibles
para sustentar las producciones animales. As, el suministro de protena resistente a la
degradacin ruminal reduce la intensidad de esta alteracin facilitando el formular las
raciones con los AAs necesarios para cubrir las necesidades productivas de los
animales.
Por tanto, limitar la velocidad y extensin de la degradacin de la protena
alimentaria en el rumen puede tener un gran inters para i) complementar la protena
de origen microbiano y ii) evitar su utilizacin ineficiente que conlleva un exceso de
suministro de protena en la dieta, con el sobrecoste econmico resultante. Adems, la
creciente preocupacin medioambiental hace que la reduccin en las emisiones de
compuestos nitrogenados por las producciones ganaderas se est convirtiendo en una
exigencia en muchos pases desarrollados, lo que acrecienta el inters de aumentar la
eficiencia proteica de los rumiantes.
Una estrategia para aumentar la proporcin de protena no degradada en el
rumen es recurrir a alimentos ricos en protena de baja degradabilidad (gluten meal,
harinas de sangre, carne o pescado); sin embargo, algunos de stos presentan
algunas desventajas como baja disponibilidad comercial, elevada variabilidad, baja
digestibilidad intestinal, mal balance de AAs, aumento de las exigencias sanitarias o
prohibicin de empleo (harinas de origen animal como consecuencia de la aparicin de
la encefalopata espongiforme) que limitan su empleo en la prctica. Por ello, otra
estrategia es reducir artificialmente la degradabilidad ruminal de las fuentes proteicas
con buen perfil de AAs y elevada digestibilidad como son las harinas oleaginosas y
proteaginosas.
3. Produccin de girasol en Espaa y su importancia en la alimentacin de rumiantes
Los productos de girasol constituyen el principal concentrado de protena
vegetal de origen nacional. En el ao 2009 se produjeron en Espaa casi 870.000 Tm
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Introduccin general y objetivos
de semillas frente a 34.663 y 2.767 Tm de de semillas de colza y soja
respectivamente. Sin embargo, con una produccin de 456.000 Tm, no son las harinas
de girasol los principales concentrados proteicos empleados en alimentacin animal en
Espaa, sino los productos de soja los que copan este puesto (MARM 2010). Para
ilustrarlo basta un dato: las importaciones de habas y harina de soja en el ao 2009
fueron alrededor de los 5 millones de Tm, lo que da idea de su preponderancia y de la
dependencia exterior del pas respecto a concentrados proteicos para la alimentacin
animal. A nivel de la Unin Europea la dependencia de la soja es menor (63% de los
concentrados proteicos) con una mayor aportacin de productos de girasol y colza
(27%), siendo la dependencia del mercado exterior de la soja entorno al 33% (FEFAC
2010).
3.1. Obtencin y valor nutritivo de los productos de girasol
Las tortas o harinas de girasol se obtienen como subproducto de las industrias
de extraccin de aceite. El proceso ms comnmente empleado para ello comprende
la molienda y separacin parcial de la cascara de la almendra (decorticado), tras lo
cual se somete a un proceso de coccin (cocinado). Este calentamiento tiene por
objeto la desnaturalizacin de las protenas que forman las paredes celulares de la
pepita y que encierran al aceite emulsionado; de esta forma las paredes se tornan
permeables y el aceite fluye ms rpidamente como consecuencia de su menor
viscosidad; adems, este proceso inactiva enzimas como fosfolipasas y lipasas,
elimina hongos y bacterias y deseca la semilla hasta un contenido de humedad
apropiado. La primera fase de extraccin se hace por prensado, con lo que se extrae
hasta el 70% del aceite. El 30% restante se extrae mediante un disolvente (hexano);
finalmente la mezcla se destila para separar el disolvente, de forma que ste se pueda
reutilizar. Algunas extractoras no separan la cascarilla de la semilla obteniendo harina
integral de girasol. En aos de bajos precios del aceite de girasol ha cobrado inters el
empleo de la semilla sin desengrasar.
La composicin qumica de los productos de girasol puede presentar una
elevada variabilidad en funcin del proceso de extraccin (intensidad del
descascarillado y cocinado) y diferencias en la calidad de la materia prima en origen.
La proporcin de almendra y cascara en la semilla de girasol varia considerablemente
segn variedades. As, las variedades no oleaginosas contienen mas cascara (entorno
a 45%) que las dedicadas a la extraccin de aceite (10-20%).
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Captulo 1
La fraccin lipdica es el mayor componente de la semilla entera (34-55%)
estando constituida fundamentalmente por triglicridos bsicos. La protena es el otro
componente mayoritario de la semilla de girasol; as, el contenido en la semilla
decorticada vara entre 30-40% siendo mayoritariamente protena verdadera. Las
harinas de girasol se suelen clasificar en funcin de su contenido en PB en harinas de
28 (harina integral), 30, 32, 34 y 36% (FEDNA 2010). El contenido total de
carbohidratos de la semilla entera es del 18-26%, siendo glucosa, arabinosa, acido
urnico y galactosa los compuestos mayoritarios en la almendra, mientras que la
cascarilla est compuesta fundamentalmente por lignina, pentosanas y material
celulsico. El contenido en minerales tambin es apreciable (2-4%) pero
frecuentemente estn formando compuestos complejos con acido ftico por lo que su
valor biolgico es reducido (Gonzlez-Prez and Vereijken 1997).
Las principales limitaciones de la harina de girasol son su alto contenido en
fibra y lignina, que son bsicamente funcin del grado de descascarillado; ello limita su
empleo en monogstricos pero no as en la alimentacin de rumiantes. Las harinas de
girasol son altamente palatables. Contienen una pequea proporcin de factores
antinutritivos de naturaleza polifenlica, siendo el cido clorognico el mas abundante
as como de sus productos de hidrlisis el cido cafeico y cido qunico, tambin se
han hallado cantidades minoritarias de los cidos p-cumrico, isoferlico, ferlico,
sinpico y trans-cinmico (Leung et al. 1981).
El contenido en cido clorognico suele oscilar entre 1,1 y el 4,5% (Dorrel
1976) y su efecto principal es como inhibidor de la actividad enzimtica de proteasas,
amilasas y lipasas. Sin embargo, su importancia es escasa dado su bajo contenido y la
proporcin en que entra en las dietas de los animales.
La fraccin proteica de la harina de girasol tiene una alta degradabilidad (80%;
Gonzlez et al. (1999), independientemente del grado de decorticado ya que sta est
mnimamente ligada a la pared celular; en cambio si esta afectada por los tratamientos
que disminuyan la solubilidad de la protena o provoquen la desnaturalizacin de la
misma (Snchez 1989). La mayor parte de la fraccin proteica est constituida por
globulinas y albuminas. La fraccin de globulinas representa hasta el 80% del total y
est compuesta principalmente por heliantinina, mientras que las albuminas
representan entre el 10 y el 30% de la protena total. Las glutelinas y en particular las
prolaminas representan una fraccin muy minoritaria (Baudet J y Moss J 1977). Por
lo que respecta a su composicin en AAs es deficitaria en lisina pero rica en AAs
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Introduccin general y objetivos
azufrados (metionina y cisteina) y triptfano por lo que se complementa bien con las
harinas de leguminosas que son pobres en estos ltimos.
Si se excepta su elevada degradacin en el rumen, la harina de girasol
constituye una buena fuente de protena para los rumiantes. Adems, el perfil de AAs
de su protena podra verse negativamente afectado por su extensiva degradacin. Por
tanto, aumentar mediante tratamientos la fraccin de protena by-pass que se absorba
en el tracto intestinal, intentando afectar lo menos posible la sntesis microbiana,
puede tener un elevado inters econmico en la formulacin prctica de raciones.
4. Mtodos para la proteccin de protenas
Los distintos mtodos de proteccin de protenas contra la degradacin ruminal
tienen un mecanismo de actuacin bsicamente similar: crear un impedimento estrico
a las proteasas microbianas del rumen. Este impedimento se puede conseguir bien por
la modificacin de sus estructuras secundarias, terciarias o cuaternarias mediante su
desnaturalizacin o bien por formacin de compuestos complejos entre los AAs de la
protena con otros compuestos como azucares reductores o con formaldehido u otros
aldehdos. Los distintos mtodos de proteccin de la protena frente a la degradacin
ruminal se pueden clasificar en mtodos fsicos y qumicos.
4.1. Mtodos fsicos
4.1.1. Proteccin con calor
De los tratamientos fsicos el ms utilizado (y estudiado) para disminuir la
degradacin de las protenas y los AAs es el tratamiento por calor. El calor favorece
las reacciones de condensacin entre los grupos aldehdos de los azucares y los
grupos amino libres de la protena dando lugar, si son muy intensas, a las conocidas
como reacciones de Maillard que tienen como resultado una serie de compuestos
complejos (melanoidinas, pirazinas, compuestos aromticos, pirroles, diacetilos,
furanos, etc.)
Los pptidos contenidos en los compuestos condensados son ms resistentes
a la hidrlisis enzimtica de los microorganismos ruminales que los pptidos normales,
dependiendo esta resistencia y su reversibilidad de la duracin e intensidad del
tratamiento trmico. Sin embargo, un tratamiento trmico excesivo puede afectar
negativamente la digestibilidad intestinal por irreversibilidad de la disociacin de estos
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Captulo 1
compuestos (Broderick et al. 1991). A nivel prctico, existen diversos mtodos de
aplicar el tratamiento trmico: tostado, extrusin, expeler, microondas Todos ellos
han mostrado su eficacia para disminuir la degradabilidad ruminal de los principales
concentrados proteicos usados en la alimentacin de rumiantes: harina de soja (Waltz
y Stern, 1989; Gonzlez et al. 2002; Borucki et al. 2007), semilla de algodn (Pena et
al. 1986), harina de colza (McKinnon et al. 1995; Moshtaghi y Ingalls 1992) y harina de
girasol (Schroeder et al. 1996). Broderick et al. (1990) observaron en vacas lecheras
en inicio de lactacin una mayor produccin de leche corregida en grasa con harina de
soja expeller frente al uso de la misma cantidad de harina de soja obtenida por
solventizacin (32,7 v. 31,1 kg/da). Igualmente, Titgemeyer et al. (1997) observaron
un incremento del 4% en la eficiencia de produccin de vacas lecheras cuando se las
alimento con harina de soja expeller frente a soja obtenida por solventizacin. La
mayor eficacia de las harinas expeller puede atribuirse a la mayor duracin de los
efectos del calor generado durante el prensado, que se reducen con el enfriamiento
provocado con la adicin de hexano justo tras ste. En este sentido, Gonzlez et al.
(1999) observaron una degradabilidad de la PB inferior (53,7%) en una harina de
girasol obtenida por un proceso discontinuo de presin-solventizacin (en el que no se
produca el enfriamiento con la adicin de hexano) frente a las harinas obtenidas por
presin-solventizacin continua (79,4% como media). As mismo, la harina obtenida
por el proceso discontinuo presento una digestibilidad intestinal de la protena by-pass
superior. En la revisin de Santos et al. (1998) sobre trabajos de investigacin llevados
a cabo durante 12 aos para el efecto del aporte de protena no degradada sobre la
produccin de vacas lecheras constataron que la produccin aumentaba cuando las
vacas fueron alimentadas con harina de soja tratada trmicamente frente a la no
tratada (35,9 v. 34,7). Anlogamente, Socha (1991) en una revisin de estudios sobre
el empleo de harina de soja tratada con calor observ que cuando se emplearon
harinas obtenidas por medio de algn tratamiento trmico las vacas lecheras
incrementaron su produccin lctea en 0,43 kg leche/da de media frente a las vacas
que haban sido alimentadas con harinas de soja sin tratamiento. Sin embargo,
tambin son abundantes los trabajos donde no se observa un efecto positivo del
tratamiento trmico de los concentrados proteicos en las producciones. As, Kerry y
Amos (1993) y Bernard et al. (1995) no observaron diferencias en la produccin lctea
entre vacas alimentadas con harina de soja sin tratar o tratada a diferentes
temperaturas. Anlogamente, Hsu y Satter (1995) obtuvieron solo una respuesta
positiva (tendencia) en la produccin de leche cuando trataron la harina de soja a 146
C con steeping de 30 min frente al control (38,3 v. 36,4 kg leche/da). Para otros
concentrados proteicos y producciones tambin se ha apreciado falta de respuesta.
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Introduccin general y objetivos
As, Wright et al. (2005) no encontraron respuestas en vacas lecheras alimentadas con
harina de colza tratada trmicamente. Igualmente, Plegge et al. 1982 no observaron
mejoras ni en la ganancia diaria ni en el ndice de conversin en terneros en cebo
suplementados con harina de soja tostada.
4.1.2. Otros tratamientos fsicos
El tratamiento con microondas es una variante de los tratamientos trmicos que
tambin se ha mostrado eficaz como mtodo de proteccin de las harinas tanto de
soja como de colza (Sadeghi et al. 2005, 2006). En ambos casos trataron las harinas a
irradiacin de microondas a una potencia de 800 W durante 2, 4 6 min consiguiendo
reducciones de la degradabilidad ruminal del 15 al 65% para la harina de soja y del
13,6 al 35,1% para la harina de colza, aumentando la proteccin con el tiempo de
irradiacin. Sobre la digestibilidad intestinal in vitro de los residuos de degradacin
obtenidos a distintos tiempos observaron un incremento lineal de la digestin intestinal
con el tratamiento, tanto mayor cuanto menor fue el tiempo de permanencia en el
rumen. Sin embargo, el uso a escala industrial de este mtodo parece limitado.
La irradiacin con rayos gamma tambin se ha mostrado eficaz en la
proteccin frente a la degradabilidad ruminal (Shwrang et al. 2007). Sin embargo,
muchos pases limitan la irradiacin de productos alimenticios para el consumo
humano a pesar de que la Organizacin Mundial de la Salud (OMS 1981) considerara
como seguras irradiaciones inferiores a 10 kGy.
4.2. Mtodos qumicos
Los tratamientos qumicos ensayados para lograr la proteccin de la protena
frente a la degradacin ruminal son numerosos: formaldehido, cidos, alcoholes,
taninos, Todos ellos basan su mecanismo de accin bien en la desnaturalizacin de
la protena o en la formacin de compuestos que limiten o anulen la capacidad
proteoltica de las enzimas microbianas.
4.2.1. Formaldehido
El tratamiento con formaldehido ha sido el tratamiento qumico ms
ampliamente empleado para proteger la degradabilidad ruminal de la protena. Su
eficacia para disminuir la degradabilidad ruminal se ha demostrado en diversos
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Captulo 1
estudios, in vitro (Waltz y Stern 1989), in situ (Vicini et al. 1983, Spears et al. 1985,
Ceresnkov et al.1989) e in vivo (Schrder et al. 1989).
El tratamiento con formaldehido provoca una reduccin de la solubilidad y de la
degradacin de la protena en el rumen como consecuencia de su reaccin con los
grupos amino de las protenas, formndose un complejo estable de tipo insoluble en
condiciones prximas a la neutralidad (pH = 5,5-6), que son las que se dan en el
rumen. Este complejo se escinde en las condiciones acidas que se dan en el abomaso
(pH = 2-3) posibilitando la digestin enzimtica de la protena en el intestino delgad