Nutrición Animal Tropical 14(1): 13-35. Enero-Junio, 2020 ISSN: 2215-3527 / DOI 10.15517/nat.v14i1.41475 _________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ 1 Proyecto de Investigación. 739-B5-142. Vicerrectoría de Investigación. Universidad de Costa Rica. Este trabajo forma parte de la tesis de licenciatura del primer autor. Ingeniería Agronómica con énfasis en Zootecnia. Escuela de Zootecnia. Facultad de Ciencias Agroalimentarias. Universidad de Costa Rica. San José, Costa Rica. 2 Alimentos del Norte S.A. (ALIANSA). Correo electrónico: walter.arceramirez@gmail.com 3 Universidad de Costa Rica. Escuela de Zootecnia y Centro de Investigación en Nutrición Animal. San José Costa Rica. Correo electrónico: augusto.rojas@ucr.ac.cr (https://orcid.org/0000-0002-9834-2361) 4✉ Universidad de Costa Rica. Escuela de Zootecnia y Centro de Investigación en Nutrición Animal. San José Costa Rica. Autor para correspondencia: carlosmario.campos@ucr.ac.cr (https://orcid.org/0000-0002-0079-2621) Recibido: 14 agosto 2019 Aceptado: 26 marzo 2020 Esta obra está bajo licencia internacional Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObrasDerivadas 4.0. ARTÍCULO CIENTÍFICO Determinación del contenido energético de materiales forrajeros a través de la relación entre la técnica de producción de gas in vitro y la ecuación mecanicista del NRC (2001)1 Walter Arce-Ramírez2, Augusto Rojas-Bourrillon3, Carlos M. Campos-Granados4✉ RESUMEN El objetivo de este estudio fue estimar el contenido de energía metabolizable (EM) de fuentes forrajeras utilizadas en Costa Rica por medio de la ecuación del NRC (2001) y las ecuaciones utilizadas en la metodología de producción de gas in vitro a las 24 horas de incubación (PG24h). La composición química, bromatológica y la producción de gas se analizaron en el Centro de Investigación en Nutrición Animal (CINA). Se seleccionaron las dos ecuaciones de la metodología de gas con los mejores coeficientes de determinación respecto a la ecuación NRC (2001): Steingass y Menke (1980) y Menke y Steingass (1988). Mediante un análisis de correlación de Pearson y un análisis de regresión lineal se evaluó la relación entre la composición nutricional de los alimentos y ambas metodologías de estimación de energía. Los forrajes con mayor y menor EM obtenida con la ecuación NRC (2001) fueron el Ryegrass (2,59 Mcal kg/MS) y Camerún (1,79 Mcal kg/MS). De acuerdo a la ecuación del NRC (2001) se determinó que la fibra detergente neutro (FDN), fibra detergente ácido (FDA) y lignina influyen negativamente en la concentración de energía (R2= -0,56; -0,54; -0,35; p<0,05, respectivamente), mientras que la proteína cruda (PC) y el extracto etéreo (EE) tienen una correlación positiva. La ecuación con el coeficiente de determinación más alto (R2=0,72) considera las variables de PG24h, PC, FDN y lignina. La producción de gas no se ve afectada por la concentración de PC, cenizas y EE (p>0,05), pero se ve afectada negativamente por la FDN, FDA y la lignina, con coeficientes de correlación de Pearson de -0,44, -0,32 y -0,33 (p<0,05), respectivamente. El forraje con mayor PG24h fue la caña de azúcar, seguido de Festulolium y Ryegrass, mientras que el pasto Camerún y la Cratylia obtuvieron valores menores. El Ryegrass y el Camerún fueron los forrajes con mayor y menor energía respectivamente, estimados a partir de la ecuación de gas seleccionada. Las fracciones fibrosas se correlacionaron negativamente con la energía determinada mediante la ecuación de gas, mientras que la PC y EE presentan una relación positiva. La técnica de producción de gases demostró ser efectiva para estimar el contenido energético de fuentes forrajeras, a partir de una metodología que incluye menos análisis y por ende deriva en un menor costo por concepto de análisis de laboratorio. Palabras clave: alimentación, rumiantes, contenido nutricional, energía. mailto:walter.arceramirez@gmail.com mailto:augusto.rojas@ucr.ac.cr mailto:carlosmario.campos@ucr.ac.cr http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ Nutrición Animal Tropical ________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Nutrición Animal Tropical 14(1):13-35. ISSN: 2215-3527/ 2020 14 ABSTRACT Determination of the energy content of forage materials through the relationship between the in vitro gas production technique and the mechanistic equation of the NRC (2001). The objective of this study was to estimate the metabolizable energy (ME) of different forage sources used in Costa Rica through the NRC equation (2001) and the equations used in the in vitro gas production methodology at 24 hours of incubation (PG24h). The chemical, bromatological composition and gas production were analyzed at the Animal Nutrition Research Center (CINA). The two equations with the best Pearson correlation coefficients with respect to the NRC (2001) were selected : that of Steingass and Menke (1980) and that of Menke and Steingass (1988). The relationship between the nutritional composition of the feedstuffs and both energy estimation methods was analyzed with Pearson analysis correlation and linear regression. The forages with the highest and lowest metabolizable energy obtained from the NRC methodology (2001) were Ryegrass (2.59 Mcal kg/DM) and Cameroon (1.79 Mcal kg/DM). According to the NRC equation (2001), it was determined that neutral detergent fiber (FDN), acid detergent fiber (FDA) and lignin negatively influence the energy concentration (R2 = -0.56; -0.54; - 0.35; p <0.05, respectively), while crude protein (PC) and ether extract (EE) have a positive correlation. The equation with the highest determination coefficient (R2 = 0.72) considers the variables of PG24h, PC, FDN and lignin. Gas production is not affected by the concentration of PC, ash and EE (p <0.05), but it is negatively affected by the FDN, FDA and lignin, with a Pearson correlation coefficient of -0.44, -0.32 and -0.33 (p <0.05), respectively. The forage with the highest PG24h was sugar cane, followed by Festulolium and Ryegrass, while Cameroon and Cratylia grass obtained lower values. Ryegrass and Cameroon were the forages with the highest and lowest energy, respectively, estimated from the selected gas equation. The fibrous fractions were negatively correlated with the energy determined by the selected gas equation, while the PC and EE present a positive relationship. The gas production technique proved to be effective in estimating the energy content of forage sources, based on a methodology that includes less analysis and therefore results in a lower cost for laboratory analysis. Key words: feeding, ruminants, nutritional content, energy. INTRODUCCIÓN Conocer la composición químico-bromatológica y la digestibilidad de los alimentos es imprescindible para la producción animal, ya que estos factores van a inferir en el consumo de alimentos y en el aprovechamiento por parte del animal, afectando su desempeño productivo (Oliveira et al., 2014). En alimentación animal, la energía es el nutriente más limitante para el Arce-Ramírez, et al. Contenido energético de materiales forrajeros ______________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Nutrición Animal Tropical 14(1):13-35. ISSN: 2215-3527/ 2020 15 desempeño productivo de los animales; es por esta razón que conocer su concentración y disponibilidad en los alimentos es de importancia para los nutricionistas (Rocha et al., 2003). Según el NRC (1996), la energía es definida como el potencial para realizar trabajo y solo puede ser medida con referencias definidas y condiciones estandarizadas, donde todas las unidades son definidas de igual manera. Sánchez y Soto (1999) detallan que la energía que se libera de los alimentos consumidos por los animales es utilizada para mantener la temperatura corporal, el crecimiento, la actividad, la producción y la reproducción. Cuantificar la cantidad total de energía de los alimentos (energía bruta) es relativamente simple, con el uso de una bomba calorimétrica se obtendría el valor, sin embargo, existe una variabilidad en la digestibilidad y en el metabolismo de los animales, que impide el uso de la energía bruta para la formulación de dietas o la comparación entre materias primas (Weiss, 1993). El valor energético de los alimentos puede ser expresado de diversas maneras, desde la energía bruta (EB), energía digestible (ED), energía metabolizable (EM) y energía neta (EN) (Mendoza- Martínez et al., 2008), hasta los nutrientes digestibles totales (NDT); este último es similar a la ED. Los NDT incluyen una corrección para la digestibilidad de la proteína, pero no presenta ventajas o desventajas sobre la energía digestible como unidad que describe el valor de los alimentos o para expresar los requerimientos de energía del animal (1 kg de NDT equivale a 4,4 Mcal de ED) (NRC, 1996). La mejor manera de conocer el valor energético de los alimentos en rumiantes, es mediante ensayos in vivo pues se consideran las mediciones más exactas y adecuadas para tal fin, pero su implementación es laboriosa y costosa, demanda gran cantidad de alimento, animales fistulados y disposición de instalaciones para su cuidado, de manera que se han desarrollado técnicas in situ o in vitro, para predecir la degradación ruminal (Abaş et al., 2005). Por esta razón, es importante la utilización de metodologías in vitro para las estimaciones de la calidad nutricional de los alimentos (Giraldo et al., 2006). Las técnicas in situ e in vitro son métodos alternativos para predecir la degradabilidad de los alimentos de forma rápida, permitiendo la utilización de menor cantidad de alimento, así como la evaluación de diferentes alimentos al mismo tiempo (NRC, 1996). La metodología in situ presenta el inconveniente de que existe una falta de estandarización, por lo que existen diferencias en los resultados entre laboratorios, incluso cuando se utilizan las mismas condiciones de evaluación (Oliveira et al., 2014). Nutrición Animal Tropical ________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Nutrición Animal Tropical 14(1):13-35. ISSN: 2215-3527/ 2020 16 Uno de los métodos más utilizados para estimar el contenido energético de los alimentos, es la utilización de ecuaciones de predicción basadas en la composición química y/o en evaluaciones biológicas; entre esas ecuaciones de predicción se encuentra la desarrollada por Weiss et al. (1992), que utiliza un modelo mecanístico para predecir el valor de energía (Bruni et al., 2014). El modelo desarrollado por Weiss et al. (1992) utiliza los NDT para predecir el contenido energético. También se han realizado ecuaciones empíricas tomando en cuenta la fibra detergente ácida (FDA); que presentan errores de precisión en la predicción de 2 a 8 unidades porcentuales de NDT (Lundberg et al. 2004). En Europa, utilizan ecuaciones de predicción donde se relacionan uno o más componentes químicos y/o el valor energético in vitro de los alimentos, mientras en Norte América, utilizan métodos sumativos que determinan la contribución de energía de cada componente químico para el contenido total de energía de los alimentos (Robinson et al., 2004). Muchas técnicas in vitro que se utilizan para determinar el contenido nutricional de forrajes varían en su precisión, pero las que simulan un ambiente ruminal con microorganismos ruminales son las que ofrecen los mejores resultados (Cerrillo et al. 2012). Por otra parte, la técnica de producción de gas simula de buena manera el ambiente ruminal (NRC, 1996). Evitayani et al. (2004) mencionan que esta técnica se ha expandido rápidamente, debido a la necesidad de contar con métodos de rutina y reproducibles para obtener la biodisponibilidad de los alimentos y su composición química. Al ser Costa Rica un país tropical, cuenta con gran variedad de forrajes que son utilizados en la alimentación animal, por esta razón es importante evaluar su calidad nutricional con procedimientos que sean sencillos, económicos, precisos y que den el resultado en el menor tiempo posible. En los sistemas de producción en pastoreo, el contenido de energía de los forrajes tropicales es un componente crítico del sistema, debido al bajo contenido energético del material, y el gasto energético destinado a caminar en el potrero (Villalobos y Sánchez, 2010). Debido a la importancia de estimar el contenido energético de las fuentes forrajeras utilizadas en la alimentación de rumiantes en Costa Rica, el objetivo de esta investigación fue realizar un análisis de correlación y regresión de los valores energéticos in vitro de materiales forrajeros obtenidos mediante la ecuación del NRC (2001) y la metodología de producción de gas in vitro, con la intención de utilizar una ecuación que permita predecir la energía de materiales forrajeros utilizando metodologías con menores costos económicos asociados y que tengan un grado de precisión aceptable. Arce-Ramírez, et al. Contenido energético de materiales forrajeros ______________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Nutrición Animal Tropical 14(1):13-35. ISSN: 2215-3527/ 2020 17 MATERIALES Y MÉTODOS Ubicación Este estudio se realizó en el Centro de Investigación en Nutrición Animal (CINA), de la Universidad de Costa Rica, entre los meses de julio y diciembre del año 2015. Materiales utilizados Para esta investigación se hizo uso de los siguientes forrajes: Megathyrsus maximus (Guinea), Ischaemum ciliare (Ratana), Cynodon nlemfuensis (Estrella africana), Urochloa arrecta x U mutica (Braquipará), Cratylia argentea (Cratylia), Urochloa brizantha (Brizantha), Morus alba (Morera), Pennisetum purpureum (Camerún), Urochloa brizantha var. Toledo, Kikuyuocloa clandestina (Kikuyo), Lolium perenne (Ryegrass), Tithonia diversifolia (Botón de oro), Saccharum officinarum (Caña de azúcar), Urochloa brizantha cv. Mulato, Festulolium loliaceum Huds. (Festulolium), Hemarthria altissima (Limpograss), Megathyrsus maximus (Jacq.) (Mombaza). También se utilizaron ensilajes de los siguientes materiales: pasto Maralfalfa (Pennisetum violaceum) con melaza, pasto Maralfalfa + 15% guineo cuadrado (Musa sp. ABB), 30% guineo cuadrado y 45% guineo cuadrado, Cratylia, Sorgo (Sorghum vulgare), sorgo más pulpa de piña y rastrojo de piña. Análisis químico y bromatológico Los análisis bromatológicos de fibra detergente neutro (FDN) y lignina (L) se realizaron según la metodología de Van Soest et al. (1991). La determinación de nitrógeno insoluble en fibra detergente neutro (NFDN) y en fibra detergente ácido (NFDA) se realizó con la metodología desarrollada por Licitra et al. (1996). Los análisis químicos como proteína cruda (PC), extracto etéreo (EE) y cenizas se efectuaron según el método de referencia AOAC 2001,11; 920.39 y 942.05, respectivamente (AOAC 1998). En el Cuadro 1 y 2 se muestra la composición nutricional de los diferentes alimentos utilizados en la investigación. Nutrición Animal Tropical ________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Nutrición Animal Tropical 14(1):13-35. ISSN: 2215-3527/ 2020 18 Modelo del NRC (2001) para predicción de energía El contenido de NDT de los alimentos, como porcentaje de la materia seca, se calculó a partir de la suma de las digestibilidades verdaderas (dv) de las fracciones energéticas, que incluye a la proteína cruda (PC), los carbohidratos estructurales (FDN), los carbohidratos no fibrosos (CNF) y el extracto etéreo (EE) (multiplicado por 2,25 que hace referencia a la cantidad de energía encontrada respecto a los carbohidratos), asumiendo una pérdida endógena fecal de NDT del 7%, según lo detalla la ecuación del NRC (2001): NDT %= dPC + dCNF + (dFA * 2,25) + dFDN – 7 Para el cálculo de la Energía Metabolizable (EM) en forrajes con EE menor a 3,0% se utilizó la siguiente ecuación: EM (Mcal/kg) = (1,01 * ED – 0,45). Para forrajes con EE por encima de 3,0% se utilizó la siguiente ecuación: EM (Mcal/kg) = (1,01 * ED – 0,45) + 0,0046 * (EE – 3). La ENL se deriva de dos ecuaciones, una para forrajes con menos de 3,0% de EE y otra para forrajes con más de 3,0% de EE: ENL (Mcal/kg) = (0,703 * EM – 0,19) para EE <3% ENL (Mcal/kg) = (0,703 * EM – 0,19) + (((0,097 * EM + 0,19)/97) * (EE – 3)) para EE >3% La ENm y ENg se calculó a partir de las siguientes ecuaciones: ENm (Mcal/kg) = 1,37 * EM – 1,138* EM2 + 0,0105 * EM3 – 1,12 ENg (Mcal/kg) = 1,42 * EM – 0,174 * EM2 + 0,0122* EM3 – 1,65 Arce-Ramírez, et al. Contenido energético de materiales forrajeros ______________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Nutrición Animal Tropical 14(1):13-35. ISSN: 2215-3527/ 2020 19 Cuadro 1. Promedios para las variables de composición nutricional expresada en base seca de los forrajes utilizados durante esta investigación. Forraje (n) Edad (días) MS (%) PC (%) EE (%) FDN (%) FDA (%) NFDN (%) NFDA (%) Cenizas (%) L (%) Guinea (2) 30 24,50 9,03 2,45 70,10 37,50 0,56 0,13 9,39 2,45 Ratana (4) 20-21 18,97 12,20 2,60 63,68 34,40 1,02 0,19 9,55 2,30 Estrella africana (4) 24-35 24,38 16,65 3,32 65,48 29,12 0,88 0,16 9,84 2,23 Braquipará (5) 24-33 17,22 13,29 3,56 61,86 31,72 0,89 0,16 10,40 2,20 Brizantha (2) 26 27,10 9,54 2,85 68,20 34,30 0,75 0,53 11,57 2,10 Camerún (3) 75 15,01 9,96 1,86 70,67 38,80 0,63 0,29 13,04 5,07 Morera (3) 55 25,86 11,10 2,32 54,70 35,73 0,59 0,25 6,97 5,67 Kikuyo (4) 30-33 14,15 21,96 2,79 57,28 26,62 1,02 0,17 12,86 1,33 Ryegrass (4) 34 14,79 21,66 5,66 42,13 20,32 0,84 0,17 12,28 2,08 Cratylia (3) 90 29,23 19,21 4,56 60,00 39,77 1,57 0,59 7,97 7,20 Toledo (2) 27 27,10 13,80 3,60 65,80 33,00 0,53 0,11 7,89 2,35 Guinea corte (3) 45-60 19,31 10,24 2,38 67,10 40,70 0,88 0,17 12,27 2,40 Botón de oro (1) 45 11,63 23,40 2,20 39,80 24,90 2,54 0,69 15,30 9,80 Caña de azúcar (1) 300 22,94 3,40 1,90 38,30 23,50 0,15 0,07 2,00 2,60 Mulato (3) 24-33 23,36 11,70 2,37 64,87 34,17 0,41 0,15 11,16 2,57 Festulolium (1) 30 12,17 21,10 5,70 47,80 27,40 0,73 0,13 13,6 0,70 Limpograss (1) 24 25,90 5,60 2,60 70,50 33,10 0,79 0,20 4,10 3,70 Mombaza (1) 19 16,00 8,30 2,30 66,60 37,60 0,92 0,21 10,9 2,80 MS: materia seca. PC: proteína cruda. EE: extracto etéreo. FDN: fibra detergente neutro. FDA: fibra detergente ácido. NFDN: nitrógeno insoluble en fibra detergente neutro. NFDA: nitrógeno insoluble en fibra detergente acido. L: lignina. Nutrición Animal Tropical ________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Nutrición Animal Tropical 14(1):13-35. ISSN: 2215-3527/ 2020 20 Cuadro 2. Composición nutricional expresada en base seca de los diferentes ensilajes y subproductos utilizados en la investigación. Material (n) MS (%) PC (%) EE (%) FDN (%) FDA (%) NFDN (%) NFDA (%) Cenizas (%) L (%) Cratylia (1) 26,52 21,13 3,10 45,90 33,20 0,94 0,40 8,38 11,50 Sorgo (2) 23,85 5,66 3,25 61,75 37,55 0,42 0,20 9,66 2,55 Sorgo+pulpa de piña (1) 19,20 11,14 3,85 56,40 32,10 0,40 0,20 9,38 2,60 Maralfalfa (1) 21,90 7,09 4,37 64,16 40,60 0,25 0,17 10,05 4,30 15% guineo1(5) 21,10 5,88 4,22 61,65 38,60 0,25 1,65 7,69 5,00 30% guineo1(5) 23,60 5,45 3,06 45,88 25,99 0,31 0,22 8,06 5,20 45% guineo1(5) 23,90 4,75 2,51 43,01 29,24 0,31 0,24 6,32 5,20 Subproducto de piña (1) 13,28 6,63 2,94 64,50 37,90 0,44 0,21 4,97 2,60 1Ensilaje de Maralfalfa con diferentes inclusiones de guineo cuadrado. MS: materia seca. PC: proteína cruda. EE: extracto etéreo. FDN: fibra detergente neutro. FDA: fibra detergente ácido. NFDN: nitrógeno insoluble en fibra detergente neutro. NFDA: nitrógeno insoluble en fibra detergente ácido. L: lignina. Arce-Ramírez, et al. Contenido energético de materiales forrajeros ______________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Nutrición Animal Tropical 14(1):13-35. ISSN: 2215-3527/ 2020 21 Producción de gas in vitro para determinación de energía Las muestras se incubaron por duplicado en licor ruminal junto con cuatro soluciones (buffer, reductora, macro y microminerales). Se utilizaron muestras de 500 mg durante 24 horas a una temperatura de 39°C según la metodología de ANKOMRF Gas Production System (2012). El licor ruminal fue colectado de vacas Jersey en producción, con una dieta que se componía de: pastoreo de forraje de Estrella africana, alimento balanceado comercial para ganado de leche en proporción de 3:1 (kg leche:kg alimento), ensilaje de sorgo y pulpa de cítricos peletizada. Dicho licor ruminal presentaba un pH entre 6,14 y 6,67. La agitación de los frascos se hizo de forma manual, con una agitación a las 2, 4, 6, 21 y 23 horas de haber iniciado la incubación, esto debido al horario del Centro de Investigación donde se llevó a cabo el experimento. La incubación anaeróbica se realizó en el equipo automatizado Sistema de Producción de Gas, modelo ANKOMRF Gas Production System que cuenta con una calibración interna de fábrica. La producción de gas se expresó en ml, y para ello se transformó de psi a ml como lo detalla el manual de ANKOMRF Gas Production System (2012). Energía metabolizable de los diferentes materiales con las ecuaciones de producción de gas Para el cálculo de energía metabolizable se utilizaron las ecuaciones que se detallan en el Cuadro 3. Se obtuvo la ecuación que presenta la mejor aproximación utilizando un análisis de correlación lineal entre la metodología del NRC (2001) y las ecuaciones de producción de gas, hasta obtener el coeficiente de determinación (R2) más alto. Relación entre composición nutricional de los diferentes alimentos y la energía metabolizable obtenida por NRC (2001) y producción de gas. Mediante un análisis de correlación de Pearson y un análisis de regresión lineal se evaluó la relación entre la composición nutricional de los alimentos utilizados en el experimento y la energía metabolizable obtenida por medio de la ecuación del NRC (2001) y las ecuaciones de la metodología de producción de gas. Nutrición Animal Tropical ________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Nutrición Animal Tropical 14(1):13-35. ISSN: 2215-3527/ 2020 22 Cuadro 3. Ecuaciones de estimación de energía a partir del modelo de producción de gas in vitro utilizadas en la investigación. Ecuación EM (Mcal/kg MS) Referencia EM = 2,2 + (0,136*PG24h) + (0,057*PC) / 4,184 Kamalak y Canbolat (2010); Boga et al. (2014) EM = 2,2 + (0,136*PG24h) + (0,057*PC) + (0,0029*EE2) / 4,184 Cerrillo et al. (2012); Karabulut et al. (2007) EM = 1,54 + (0,145*PG24h) + (0,00412*PC) + (0,0065*PC2) + (0,0206*EE)/ 4,184 Menke et al. (1979) EM = 1,2 + (0,1456*PG24h) + (0,007675*PC) + (0,01642*EE) / 4,184 Steingass y Menke (1980) EM = 2,2 + (0,136*PG24h) + (0,0057*PC) + (0,0002859*EE2) / 4,184 Krishnamoorthy et al. (1995) EM = 1,24 + (0,1457*PG24h) + (0,007*PC) + (0,0224*EE) / 4,184 Menke y Steingass (1988) EM = 0,72 + (0,1559 * (4,7+0,89*PG24h) + (0,0068*PC) + (0,0249*EE) / 4,184 Menke y Steingass (1988) EM = 2,2 + (0,1136*PG24h) + (0,0057*PC) + (0,00029*EE) / 4,184 Menke y Steingass (1988) EM = 0,728 + (0,0219*PG24h) + (0,0203*PC) + (0,124*EE) Seker (2002) EM: Energía Metabolizable PG24h: Producción de gas a 24 h expresado en ml/500mg de muestra. PC: proteína cruda. EE: extracto etéreo. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Contenido energético de pastos y ensilajes con la metodología de NRC (2001) De los forrajes analizados en esta investigación, el pasto Ryegrass fue el que presentó mayor concentración de EM (2,59 Mcal/kg de MS), y el de menor contenido de energía fue el pasto Camerún (1,79 Mcal/kg de MS). En el Cuadro 4 se puede encontrar la concentración promedio de la energía encontrada en los forrajes de esta investigación. Arce-Ramírez, et al. Contenido energético de materiales forrajeros ______________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Nutrición Animal Tropical 14(1):13-35. ISSN: 2215-3527/ 2020 23 Cuadro 4. Contenido de energía metabolizable (EM) determinada mediante la ecuación del NRC (2001) de los diferentes materiales forrajeros utilizados en la investigación. Material (n) Energía metabolizable (Mcal/kg MS) Ryegrass (4) 2,59 Guinea (5) 2,11 Ratana (4) 2,29 Estrella africana (4) 2,34 Braquipará (5) 2,30 Toledo (2) 2,33 Kikuyo (4) 2,41 Brizantha (2) 2,07 Limpograss (1) 2,16 Festulolium (1) 2,58 Mulato (3) 2,17 Botón de oro (1) 2,15 Caña de azúcar (1) 2,46 Morera (3) 2,18 Camerún (3) 1,79 Cratylia (3) 2,24 Mombaza (1) 2,09 Cratylia 2,17 Sorgo (2) 2,15 Sorgo+pulpa de piña (1) 2,29 Silo Maralfalfa + 0% guineo (1) 2,10 Silo Maralfalfa + 15% guineo (1) 2,11 Silo Maralfalfa + 30% guineo (1) 2,17 Silo Maralfalfa + 45% guineo (1) 2,20 El contenido energético de los forrajes obtenidos en este experimento, fue más alto que los presentados en varios forrajes de otros estudios (Salazar, 2007; Villalobos y Arce, 2014; Azevedo et al., 2011; Sánchez y Soto, 1997); entre ellos el pasto Ratana, Estrella africana, Braquipará, Toledo, Morera, Cratylia y Mombaza. Este comportamiento se puede deber a factores que afectan el valor nutritivo de los pastos, Pirela (2005) indica que los factores morfológicos, fisiológicos, climáticos o de manejo afectan el valor nutritivo de los forrajes, además de la metodología para obtener la concentración energética. Forrajes como el Ryegrass, Kikuyo, Limpograss, Mulato, Caña de azúcar y Camerún presentaron valores similares a los informados por otros investigadores (Andrade, 2006; Boga et al., 2014; Boschini-Figueroa, 2006; Campos et al., 2010; Ferro et al., 2013; Giraldo et al., 2006; Villalobos, 2006). Nutrición Animal Tropical ________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Nutrición Animal Tropical 14(1):13-35. ISSN: 2215-3527/ 2020 24 De acuerdo a la ecuación del NRC (2001) se determinó que la fibra detergente neutro (FDN), fibra detergente ácido (FDA) y lignina influyen negativamente en la concentración de energía (R2= -0,56; -0,54; -0,35; p<0,05, respectivamente), mientras que la proteína cruda (PC) y el extracto etéreo (EE) tienen una correlación positiva. Se dice que la determinación de la fibra del forraje es importante para conocer el valor nutritivo de los alimentos, ya que ocupa un lugar central en la evaluación de la disponibilidad de la energía, aportando una cantidad significativa de energía a bajo costo y siendo el componente químico con mayor variabilidad natural (Detmann et al. 2004). Por su parte, Weiss (1993) explica que la fibra es la variable más común para predecir el contenido de energía en los alimentos, debido a la relación negativa que existe entre el contenido de fibra (principalmente por el contenido de celulosa) y la energía disponible, causado por la baja digestibilidad de este compuesto. Uno de los factores que impactan negativamente en el contenido energético de los forrajes es el componente estado fisiológico de la planta, ya que a medida que avanza el estado de madurez, aumenta la formación de componentes estructurales como la fibra detergente neutra y ácida (Pirela, 2005). Producción de gas (ml/500 mg MS) de los diferentes alimentos El forraje que presentó mayor producción de gas a las 12 y a las 24 h fue la caña de azúcar, con 52,51 y 61,64 ml, respectivamente. Mientras que, forrajes como el Festulolium y el Ryegrass presentaron igualmente una alta producción de gas (Cuadro 5). El pasto Camerún fue el pasto que tuvo la menor producción de gas acumulada a las 12 horas (10,13 ml) y a las 24 horas (23,30 ml). Así mismo, el pasto guinea utilizado para corte fue el segundo material en producir menos gas a las 12 h (15,46 ml). El forraje Cratylia tuvo menor producción de gas entre las 12 y 24 h, siendo el segundo pasto con menor producción a las 24 h (25,55 ml). La variable que más influyó sobre la producción de gas a las 24h fue la FDN, tuvo una un coeficiente de correlación de Pearson negativo de 0,44, reflejando un efecto inversamente proporcional de la FDN sobre la producción de gas, lo cual indica que forrajes con un mayor contenido de FDN presentan una menor PG 24h. Éste efecto también fue encontrado por Krishnamoorthy et al. (1995), en el que determinaron un coeficiente de correlación de Pearson negativo de 0,60. Arce-Ramírez, et al. Contenido energético de materiales forrajeros ______________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Nutrición Animal Tropical 14(1):13-35. ISSN: 2215-3527/ 2020 25 Cuadro 5. Producción de gas acumulada de diferentes forrajes frescos incubados a 12 y 24 h con licor ruminal. n Producción de gas acumulada (ml/500 mg MS) 12 h* 24 h* Guinea 2 14,75-23,25 (19,00) 30,07-32,76 (31,42) Ratana 4 19,75-30,51 (25,26) 31,38-45,76 (38,98) Estrella africana 4 22,00-25,88 (23,69) 32,13-42,13 (37,06) Braquipará 5 15,88-28,88 (23,83) 28,44-44,13 (38,68) Cratylia 3 14,13-18,25 (15,88) 18,88-25,76 (23,07) Brizantha 2 15,50-24,38 (19,94) 27,57-43,45 (35,51) Camerún 3 7,50-12,00 (10,13) 16,82-27,07 (23,30) Morera 3 22,50-30,76 (26,71) 36,19-39,38 (37,46) Toledo 2 23,88-23,88 (23,88) 32,32-37,51 (34,92) Kikuyo 4 17,25-30,26 (22,79) 29,76-44,57 (35,82) Ryegrass 4 27,76-42,51 (37,26) 40,45-53,45 (48,39) Guinea corte 3 13,63-18,00 (15,46) 26,38-33,01 (29,90) Botón de oro 1 18,63 28,01 Caña de azúcar 1 52,51 61,64 Mulato 3 14,75-32,76 (24,26) 27,26-48,95 (40,72) Festulolium 1 37,51 51,39 Limpograss 1 30,76 45,26 Mombaza 1 25,76 42,07 *Primer y segundo valor hace referencia al mínimo y máximo, respectivamente. El valor en paréntesis es el promedio del forraje. Cerrillo y Juárez (2004) encontraron un coeficiente de correlación de Pearson negativo entre la producción de gas y las fracciones químicas relacionadas con el contenido de la pared celular de los forrajes (FDN -0,73 y FDA -0,90). La producción de gas involucra tanto la fermentación del almidón como los componentes fibrosos del material, por lo que la adición o presencia en la planta de carbohidratos no estructurales de rápida degradación disminuiría el componente de FDN, incrementando la producción de gas (Lara et al., 2009). A partir de este análisis entre las variables, se determinó que el porcentaje de proteína cruda, de cenizas y extracto etéreo en los forrajes no tuvieron un efecto significativo en la producción de gas a las 24h (p>0,05), así ninguna de las variables aumentó o disminuyó de forma Nutrición Animal Tropical ________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Nutrición Animal Tropical 14(1):13-35. ISSN: 2215-3527/ 2020 26 considerable la PG. Aunque el coeficiente de correlación es bajo, los componentes lignina, fibra detergente ácido y neutro presentan un efecto negativo en la PG (0,33, 0,32 y 0,44 (p<0,05), respectivamente). Una limitante en la degradación de ciertos materiales, es el alto contenido de nitrógeno degradable, que puede disminuir la producción de gas por la unión del dióxido de carbono con amoníaco. Aunado a esto, la degradabilidad de la FDN en el licor ruminal depende de las poblaciones de organismos presentes y al tiempo en el equipo. Ya que la fibra no será degradada y su efecto máximo sobre la producción de gas no se observará hasta 40 horas después y no a 24 horas cómo se observa en esta investigación (Krishnamoorthy et al. 1995). En la presente investigación, el ensilaje que produjo mayor gas a las 12 y 24 h fue la mezcla de Maralfalfa con 45% de guineo (55,26 y 64,14 ml, respectivamente), debido a la disminución del valor de FDN producto de la fermentación en el ensilaje, además del aporte de carbohidratos de alta fermentación en rumen (almidones) que hace el guineo cuadrado (Lazo-Salas et al., 2018). El ensilaje de pasto Maralfalfa fue el de menor producción de gas acumulada a las mismas horas (12,00 y 22,07 ml), debido al mayor valor de FDN y menor aporte de carbohidratos de alta fermentación. El subproducto de piña presentó una buena producción de gas, acumulando 41,63 ml a las 12 h, y 67,33 ml a las 24 h (Cuadro 6), considerando que el aporte primordial de estos subproductos es pectina, la cual se degrada a una tasa media a alta en el rumen (Rojas-Bourrillon, 2011). Cuando ocurre la fermentación de los alimentos se da la liberación de gas, lo cual genera una curva de degradación con forma sigmoidal. La curva generada está dividida en tres fases: una fase inicial (producción de gas lenta), una exponencial (producción de gas rápida) y una asintótica (producción de gas disminuye llegando a cero) (Oliveira et al. 2014). Como se puede observar en la Figura 1, la curva de producción de gas sigue en constante crecimiento desde las 0 hasta las 24 h, por lo que se podría interpretar que se encuentra en la fase exponencial; si se aumenta el tiempo de incubación aumentaría la PG. Arce-Ramírez, et al. Contenido energético de materiales forrajeros ______________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Nutrición Animal Tropical 14(1):13-35. ISSN: 2215-3527/ 2020 27 Figura 1. Producción acumulada de gas a las 24 h. a) Nueve forrajes con mayor producción de gas. b) Nueve forrajes con menor producción de gas. c) Ensilajes y subproducto de piña. 1,0 11,0 21,0 31,0 41,0 51,0 61,0 0 6 12 18 24 P ro d u c c ió n d e g a s ( m l/ 5 0 0 m g M S ) Tiempo de incubación (horas) Braquipará Ratana Mulato II Mombaza Morera Limpograss Ryegrass Caña de azúcar Festulolium 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 0 6 12 18 24 P ro d u c c ió n d e g a s ( m l/ 5 0 0 m g M S ) Tiempo de incubación (horas) Camerún Kikuyo Guinea corte Cratylia Botón de oro Guinea Brizantha Estrella Toledo 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 0 6 12 18 24 P ro d u c c ió n d e g a s ( m l/ 5 0 0 m g M S ) Tiempo de incubación (horas) 0% guineo 15% guineo Ensilaje de cratylia 45% guineo 30% guineo c a b Nutrición Animal Tropical ________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Nutrición Animal Tropical 14(1):13-35. ISSN: 2215-3527/ 2020 28 Cuadro 6. Producción de gas acumulada de diferentes ensilajes y subproductos incubados a las 12 y 24 h con licor ruminal. n Producción de gas acumulada (ml/ 500mg) Ensilajes 12 h* 24 h* Cratylia 1 22,50 26,82 Sorgo 2 22,50-24,13 (23,32) 39,13-44,38 (41,76) Sorgo + pulpa de piña 1 33,01 48,88 Maralfalfa 1 12,00 22,07 15% guineo1 1 24,63 41,13 30% guineo1 1 41,63 49,32 45% guineo1 1 55,26 64,14 Subproducto Piña 1 41,63 67,33 *Primer y segundo valor hace referencia al mínimo y máximo, respectivamente. El valor en paréntesis es el promedio del forraje. 1 Ensilaje de maralfalfa con diferentes inclusiones de guineo cuadrado. Selección de una ecuación para estimar el valor energético a partir de la técnica de producción de gas Para la selección de la ecuación de predicción de la EM a partir de la producción de gas, se utilizó una regresión lineal múltiple. Al analizar todas las ecuaciones que se mencionan en la metodología en el Cuadro 3, se obtuvieron dos ecuaciones con mejores coeficientes de correlación. Se decide utilizar una para todos los alimentos (Steingass y Menke (1980): forrajes, ensilajes y subproducto) y otra solamente para los forrajes (Menke y Steingass (1988)) (Cuadro 7). Cuadro 7. Ecuaciones seleccionadas para estimar el valor energético de forrajes, ensilajes y subproductos a partir de diferentes variables. Ecuación Ecuación R2 N Steingass y Menke (1980) EM=2,36+(0,0048*PG24h)+(0,02*PC)+(-0,01*FDN)+(-0,02*L) 0,72 56 Menke y Steingass (1988) EM=2,31+(0,01*PG24h)+(0,01*PC)+(-0,01*FDN)+(-0,02*L) 0,73 47 Steingass y Menke (1980)= Todos los alimentos (forrajes, ensilajes y subproducto); Menke y Steingass (1988)= Forrajes. EM: Mcal/kg MS, PG24h: ml/500 mg MS en 24 h, PC: Proteína cruda, FDN: Fibra detergente neutro. L: Lignina, EE: Extracto etéreo (todas en % MS) Arce-Ramírez, et al. Contenido energético de materiales forrajeros ______________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Nutrición Animal Tropical 14(1):13-35. ISSN: 2215-3527/ 2020 29 La ecuación de Steingass y Menke (1980) presentó un coeficiente de correlación alto (0,72; p<0,05) comparado con el modelo sumativo del NRC (2001). Esta ecuación considera como variables la FDN, la lignina, PG24h y PC como variables para predecir la energía. Ferro et al. (2013) hacen énfasis en que, de los diferentes componentes de los alimentos, la fracción fibrosa es importante en los sistemas de producción tropicales, debido a que representa una cantidad significativa de energía a bajo costo y presenta una variabilidad mayor que otros componentes, por lo que debe de contemplarse para la predicción de la energía. La proteína cruda fue una de las variables de predicción de la energía, Weiss (1993) indica que a pesar de que la PC es una fracción uniforme en la composición de los alimentos, no es un indicador preciso de la disponibilidad de la energía ya que constituye una fracción muy pequeña (de 5 a 25%) del forraje total, y además la variabilidad de la digestibilidad de la fracción no proteica puede ser alta. Según Ferro et al. (2013), de los componentes químicos de un forraje, la proteína cruda y el extracto etéreo se correlacionan positivamente con la concentración energética del alimento. Dichos componentes presentan una correlación moderada y muy baja con la energía metabolizable obtenida con la ecuación de Steingass y Menke (1980) (PC, 0,76; EE, 0,34; p<0,05), respectivamente. Así mismo, las fracciones fibrosas como la FDN y FDA presentan una correlación negativa con la disponibilidad energética, lo cual coincide con este experimento (- 0,75, FDN; -0,63, FDA; p<0,05). La lignina, por su parte, tuvo un coeficiente de correlación de - 0,24; por lo que al aumentar la lignina disminuye la concentración energética en el forraje, por su efecto negativo sobre la degradabilidad de la fibra. En un estudio realizado en Brasil, se comparó varias metodologías in vitro para estimar la energía metabolizable de alimentos voluminosos utilizados en el trópico. Se utilizaron metodologías in vivo por medio de la recolección de excretas, las metodologías in vitro del NRC (2001) y la técnica de producción de gas de Menke y Steingass (1988). Los investigadores concluyeron que los métodos in vitro subestiman la EM de los forrajes tropicales, pero el sistema sumativo del NRC (2001) estuvo entre las metodologías que presentó una estimación más precisa de la EM (Magalhães et al. 2010). Campos et al. (2010) evaluaron la digestibilidad de los carbohidratos no fibrosos de alimentos voluminosos como caña de azúcar (Saccharum officinarum L.), ensilaje de pasto elefante (Pennisetum purpureum, Schum), ensilaje de maíz y ensilaje de sorgo (Sorghum bicolor (L.) Moench) con la ecuación del NRC (2001) y encontraron que la ecuación sobreestimó los valores observados que se obtuvieron por medio de la recolección de heces. Nutrición Animal Tropical ________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Nutrición Animal Tropical 14(1):13-35. ISSN: 2215-3527/ 2020 30 Azevêdo et al. (2011) utilizaron el modelo del NRC (2001) y observaron que la metodología no era exacta ni precisa para estimar los valores de la digestibilidad de la FDN de subproductos agrícolas, lo que indica una limitación en su uso por la alta concentración de los compontes fibrosos en productos tropicales. De igual forma, Rocha et al. (2003) realizaron un estudio para validar el método del NRC (2001), y encontraron que no hubo diferencias significativas entre los valores obtenidos a partir de la ecuación del NRC y los valores de energía, proteína curda, fibra detergente extracto etéreo y carbohidratos no fibrosos de varios alimentos utilizados en condiciones brasileñas, pero que para los alimentos voluminosos la ecuación subestimaba la energía disponible de la FDN y la digestibilidad del EE, por lo que otras ecuaciones son necesarias para estimar la energía disponible de estas fracciones. A pesar de que el uso de la ecuación del NRC (2001) en condiciones tropicales tiene discrepancias entre autores, es una ecuación que tiene una alta correlación con los valores que se encuentran en análisis in vivo de la disponibilidad energética. En esta investigación se seleccionaron dos ecuaciones (Steingass y Menke (1980) y Menke y Steingass (1988) que pueden predecir la EM a partir de la producción de gas que presentan una correlación de 0,83 y 0,84 con la ecuación del NRC (2001), respectivamente. De acuerdo con la técnica de producción de gas, varios autores comentan que la principal ventaja es ser aplicable a cualquier alimento, incluyendo a alimentos tropicales. En Brasil el modelo subestimó la EM de los forrajes in vivo, no obstante, cuando se aumentó el período de incubación fue más precisa la predicción que con tiempos de incubación menor (EM, 24h