nutriFORUM 2019 - Fermentación ruminal & digestión : medida in vitro

12 ABRIL viernes

12h15

Sala Maria Rúbies Garrofé

Fermentación ruminal & digestión: medida in vitro

Pregunta al ponente a través de:

nutriforum.org

MARIA DOLORES CARRO Catedrática del Departamento de Producción Agraria de la Universidad Politécnica de Madrid Su actividad investigadora se ha centrado en diferentes aspectos relacionados con la nutrición y producción de los animales rumiantes, con el objetivo de mejorar la eficiencia productiva de estos animales y la calidad de sus productos, así como reducir el impacto ambiental de su producción.

La mayoría de esta actividad se ha enmarcado en tres líneas principales de investigación: la valoración nutritiva de alimentos, el análisis de la eficacia y mecanismos de acción de aditivos para modificar la fermentación ruminal y la mejora de los sistemas in vitro de simulación de la fermentación ruminal.

PUNTOS A TENER EN CUENTA La fermentación ruminal es un proceso complejo que implica interacciones entre los microorganismos ruminales (bacterias, protozoos, hongos y arqueas metanogénicas) y el animal hospedador, por lo que su simulación in vitro es complicada.

Los alimentos más degradables (p.e. cebada) no solo producen mayor cantidad de gas que los menos degradables (paja y orujo de aceituna), sino que también es mayor su ritmo de producción de gas (ml/h).

Los sistemas in vitro son herramientas muy útiles que aportan información valiosa sobre la degradación ruminal y la digestibilidad intestinal de los alimentos.

Pregunta al ponente a través de:

nutriforum.org Consulta los proceedings y toda la documentación del congreso en:

nutriforum.org/2019/docs

Maria Dolores Carro Fermentación ruminal & digestión: medida in vitro NutriForum 2019

170

En los animales rumiantes los productos finales de la fermentación ruminal cubren una gran parte sus necesidades energéticas y proteicas, por lo que su cuantificación es un punto clave para la valoración nutritiva de los alimentos.

La medida in vivo de la degradación ruminal de un alimento o dieta requiere disponer de animales fistulados en el rumen y el duodeno, pero la utilización de estos animales es costoso económica y laboralmente, plantea problemas éticos y está limitado por la legislación europea relativa al uso de animales en experimentación animal. Estos inconvenientes han contribuido al desarrollo de sistemas in vitro que simulan la degradación ruminal de los alimentos.

La fermentación ruminal es un proceso complejo que implica interacciones entre los microorganismos ruminales (bacterias, protozoos, hongos y arqueas metanogénicas) y el animal hospedador, por lo que su simulación in vitro es complicada.

Los sistemas in vitro más simples consisten en incubar el alimento con líquido ruminal tamponado a 39ºC durante 48 horas para simular la degradación ruminal, seguido de una segunda incubación con pepsina en medio ácido para simular la digestión gástrica. Este sistema es el utilizado para determinar la digestibilidad in vitro de los forrajes por el método de Tilley y Terry (1963).

Otro sistema in vitro que se utiliza frecuentemente es la denominada técnica de producción de gas que consiste en una incubar el alimento con líquido ruminal tamponado a 39ºC y medir la cantidad de gas producido a diferentes intervalos de tiempo (Menke et al., 1979).

Este método se basa en que la cantidad de gas generado está directamente relacionada con la cantidad de materia orgánica fermentada, por lo que a partir de los valores obtenidos puede obtenerse una estimación del aporte energético del alimento analizado. Con este método se construyen curvas de producción de gas como las que se muestran en la Figura 1.

Los alimentos más degradables (p.e. cebada) no solo producen mayor cantidad de gas que los menos degradables (paja y orujo de aceituna), sino que también es mayor su ritmo de producción de gas (ml/h).

Consulta los proceedings y toda la documentación del congreso en:

Una ventaja de la técnica de producción de gas frente

nutriforum.org/2019/docs

a otras técnicas que miden la degradabilidad in vitro a un tiempo fijo es que no solo mide la extensión de la degradación, sino también su ritmo.

171

Maria Dolores Carro Fermentación ruminal & digestión: medida in vitro NutriForum 2019

Conocer el ritmo de degradación de los alimentos permite combinarlos adecuadamente al formular las dietas, con el objetivo de maximizar el crecimiento microbiano y sincronizar la liberación de energía y proteína.

Con esta técnica también se puede calcular la degradabilidad efectiva de un alimento para un determinado tiempo de permanencia en el rumen, lo que permite obtener valores para animales en diferentes situaciones productivas, ya que en los animales con un alto nivel de producción hay un mayor ritmo de tránsito de la digesta a través del rumen y por ello se reduce la degradabilidad.

Los ritmos de tránsito que suelen utilizarse son 4, 6 y 8% por hora para animales con un nivel de ingestión bajo (p.e. mantenimiento), medio y alto (p.e. vacuno de alta producción), respectivamente.

Figura 1. Curvas de producción de gas acumulada de diferentes materias primas.

Otra técnica que puede usarse para medir la degradación ruminal de los alimentos es la técnica in situ, aunque no puede ser considerada un sistema in vitro.

Pregunta al ponente a través de:

nutriforum.org

Esta técnica consiste en pesar el alimento a valorar en bolsas de material sintético y poroso que son introducidas en el rumen y retiradas a diferentes tiempos de incubación.

Las bolsas son lavadas y pesadas para determinar la degradación del alimento y se puede analizar el residuo no degradado para medir la degradación de diferentes nutrientes o fracciones del alimento.

172

Maria Dolores Carro Fermentación ruminal & digestión: medida in vitro NutriForum 2019

Esta técnica es muy utilizada para determinar la degradabilidad de la proteína y con los resultados se obtienen las curvas de degradación (Figura 2). El ajuste de los valores obtenidos a modelos matemáticos (Mehrez y Ørskov, 1977) permite estimar el ritmo de degradación, la degradabilidad potencial y la degradabilidad efectiva de la proteína (o de otra fracción) para un tiempo determinado de permanencia en el rumen.

Figura 2. Evolución de la degradación de la proteína con el tiempo de incubación en el rumen.

La técnica in situ es utilizada por diferentes sistemas de alimentación como el NRC (2001), INRA (2007; 2018) y AFRC (1992) para elaborar sus tablas de valor proteico de los alimentos.

Por ejemplo, el NRC (2001) aporta en sus tablas la cantidad de proteína degradable en el rumen de diferentes alimentos calculada para una ingestión de materia seca equivalente al 2 y al 4% del peso vivo. Como se observa en la Tabla 1, la cantidad de proteína degradable se reduce al aumentar el nivel de ingestión y se produce simultáneamente un aumento en la proteína bypass.

El sistema INRA (2007) no tenía en cuenta la influencia del tiempo de retención en el rumen en la degradabilidad de la proteína y asumía un ritmo fijo de tránsito a través del rumen (6% por hora) para su cálculo.

Sin embargo, el INRA (2018) introdujo un ritmo de tránsito variable que se calcula a partir de los ritmos de tránsito del forraje, el concentrado y la fracción líquida, los cuales son calculados a partir del nivel de alimentación y el porcentaje de concentrado en la dieta. La técnica in situ es relativamente sencilla, pero es muy laboriosa y se necesita disponer de animales fistulados en el rumen.

173

Maria Dolores Carro Fermentación ruminal & digestión: medida in vitro NutriForum 2019

Consulta los proceedings y toda la documentación del congreso en:

nutriforum.org/2019/docs

Una alternativa para la valoración proteica es la del sistema de Cornell (Sniffen et al., 1992), que diferencia cinco fracciones en la proteína de los alimentos (cada una con diferente ritmo de degradación) y calcula la degradabilidad efectiva de la proteína en función del nivel de ingestión y el porcentaje de forraje y contenido en fibra neutro detergente físicamente efectiva en la dieta. La evaluación de las diferentes fracciones de la proteína de los alimentos en este sistema se lleva a cabo in vitro mediante la medida de la solubilidad en diferentes buffers.

Proteína degradable en el rumen (% proteína) Ingestión de materia seca (% peso vivo)

2%

4%

Proteína bypass (% proteína) 2%

4%

Cebada grano (aplastada)

81,9

76,3

18,1

23,7

Pulpa de cítricos

75.8

68.3

24.2

31.7

Maíz grano (aplastado)

67,1

57,0

32,9

43,0

Harina de gluten de maíz

36,2

25,4

63,8

74,6

Tabla 1. Efecto del nivel de ingestión de materia seca (2 y 4% del peso vivo) en el contenido en proteína degradable en el rumen y proteína bypass de diferentes alimentos (adaptado de NRC, 2001).

Las técnicas descritas anteriormente aportan información sobre la degradación ruminal de los alimentos, pero ofrecen información sobre su digestión intestinal. La medida de la digestibilidad intestinal in vivo es un proceso complejo que también requiere el uso de animales fistulados en el duodeno e íleon.

Una alternativa es la técnica de las bolsas móviles, que consiste en incubar muestras del residuo no degradado del alimento en el rumen en bolsas de material sintético poroso que se introducen en el duodeno y se recuperan en las heces. Otra posibilidad es la técnica in vitro propuesta por Calsamiglia y Stern (1995), que consiste en obtener el residuo no degradado del alimento tras 16 h de incubación en el rumen, incubarlo in vitro con pepsina y con pancreatina y finalmente precipitarlo con ácido tricloroacético.

Pregunta al ponente a través de:

nutriforum.org

Los valores obtenidos con este método mostraron una buena correlación con la digestibilidad intestinal de la proteína de 34 muestras de alimentos determinada in vivo (Calsamiglia y Stern, 1995).

Los fermentadores son sistemas in vitro que permiten una buena simulación de la fermentación ruminal durante largos períodos, aunque su funcionamiento es más complejo que el de los sistemas más simples descritos anteriormente.

174

Maria Dolores Carro Fermentación ruminal & digestión: medida in vitro NutriForum 2019

Existen diferentes tipos de fermentadores, pero los más utilizados son los de flujo continuo (Hoover et al., 1976) y flujo semicontinuo (Rusitec; Czerkawski y Breckenridge, 1977).

Los fermentadores han sido ampliamente utilizados para investigar el efecto de diferentes factores (ritmo de dilución, pH, nivel de alimentación, ritmo de paso, etc.) sobre la fermentación ruminal en condiciones estables y controladas, así como para analizar la fermentación de nuevas materias primas y estudiar el efecto de aditivos, entre otros objetivos.

En resumen, los sistemas in vitro son herramientas muy útiles que aportan información valiosa sobre la degradación ruminal y la digestibilidad intestinal de los alimentos.

Los sistemas más simples son ampliamente utilizados para la valoración nutritiva de los alimentos, mientras que los fermentadores se utilizan más en el campo de la investigación.

Las principales ventajas de los sistemas in vitro es que son: Relativamente sencillos Requieren solo una pequeña cantidad de muestra Tienen un coste relativamente bajo Posible analizar simultáneamente varias muestras, por lo que son especialmente útiles en estudios que implican numerosos tratamientos experimentales.

Sin embargo, la validación final de los resultados requiere una comparación con los resultados obtenidos in vivo.

Pregunta al ponente a través de:

nutriforum.org Consulta los proceedings y toda la documentación del congreso en:

nutriforum.org/2019/docs

175

Maria Dolores Carro Fermentación ruminal & digestión: medida in vitro NutriForum 2019