Home > Theses > In vitro study of the effect of the source of carbohydrates and the inclusion of additives in diets for adaptation to intensive fattening of ruminants
Abstract: En los sistemas de alimentación intensiva de rumiantes, los carbohidratos son la principal fuente de energía tanto para los animales como para los microorganismos ruminales. A diferencia de los carbohidratos fibrosos, que actúan como tampón del ambiente ruminal, los carbohidratos no fibrosos se usan eficientemente como fuente de energía, ya que son fermentados rápida y extensamente. Sin embargo, este hecho aumenta el riesgo de acidosis ruminal, especialmente en el caso de rumiantes jóvenes que no están bien adaptados a dietas altamente concentradas. El objetivo principal de esta Tesis fue investigar in vitro el impacto de la transición de una dieta a base de forraje a otra dieta con alta inclusión de concentrado durante el engorde temprano de rumiantes, mediante la evaluación del efecto de la fuente de carbohidratos y la suplementación de aditivos sobre el pH y la fermentación microbiana. En la primera sección de la Tesis, se llevaron a cabo dos experimentos sujetos a las mismas condiciones de incubación, para estudiar el patrón de fermentación de varias fuentes de carbohidratos (Experimento I.1) y mezclas de carbohidratos (Experimento I.2), así como su interacción con la fuente de inóculo microbiano. En ambos experimentos se utilizó un sistema de cultivo semicontinuo in vitro para mantener un tamponamiento reducido de 0 a 6 h de incubación, aumentando gradualmente a 6,5 de 8 h y hasta 24 h para simular el patrón de pH del rumen. El inóculo ruminal se obtuvo de corderos (n = 3) alimentados con concentrado y paja de cebada (inóculo concentrado, IC) o heno de alfalfa (inóculo forrajero, IF). En el Experimento I.1, se probaron tres granos de cereal (cebada, C; maíz, M; y sorgo marrón, S) y tres subproductos agroindustriales (pulpa de remolacha azucarera, PR; pulpa de cítricos, PC; y salvado de trigo, ST). De 2 a 12 h de incubación, la fuente del inóculo influenció el pH del medio, registrando con IC valores inferiores a IF (P <0,05). El pH de incubación más bajo se registró a las 6 h con IC (5,96 ± 0,2) y a las 8 h con IF (6,22 ± 0,2), aumentando posteriormente a las 24 h hasta 6,64 ± 0,02 y 6,63 ± 0,04, respectivamente. El volumen de gas producido y la concentración total de ácidos grasos volátiles (AGV) fueron mayores con IC que con IF durante toda la incubación (P <0,05), pero el origen del inóculo no afectó la desaparición de la materia seca (dMS). Las proporciones molares de acetato, propionato y butirato no mostraron diferencias debidas al inóculo (P >0,05), mientras que el valerato aumentó y los ácidos grasos volátiles ramificados (AGVR) disminuyeron con IC a las 6 y 10 h. Entre los sustratos incubados, S, PR y M mantuvieron un mayor pH a las 4 y 8 h (P <0,05), mientras que con PC se registró el pH más bajo, de 2 a 12 h con IC y de 4 a 10 h con IF (valores mínimos de 5,60 y 5,90), recuperándose a las 24 h (6,63). Con IC, el mayor volumen de gas durante toda la incubación se registró con PC, seguido por ST y C, luego PR y M, y finalmente el volumen más bajo se registró con S (P <0,05). Se observaron tendencias similares con IF excepto a las 4 h, cuando la mayor producción de gas se registró con ST (P <0,05). A las 6 y 10 h, la concentración total de AGV fue superior para PC que M, S y ST (P <0,05) con ambos inóculos, mientras que a las 6 h se observó el pico de mayor producción de ácido láctico con PC resultó para ambos inóculos (P <0,05). En cuanto a la estructura microbiana, ésta se vio afectada en mayor medida por las diferencias entre incubaciones (animal donante) que por el sustrato. En el Experimento I.2 se evaluaron tres mezclas de carbohidratos (1:1 M:C, MC, y M:PR a 1:1, MP, o M:PR a 3:1, 3MP). La fuente de inóculo afectó notablemente el pH del medio, menor con IC (P <0,05) que con IF durante las primeras 8 h de incubación. Sin embargo, el volumen de gas registrado con IC siempre superó al de IF (P <0,05), y a su vez, con IC la dMS tendió a ser mayor que con IF (0,38 vs. 0,34; P = 0.077). En todos los tiempos de muestreo, la concentración total de AGV fue mayor (P <0,05) con IC que con IF, aunque la mezcla de carbohidratos no incidió en este parámetro (P >0,05). A las 24 h, MP registró la mayor proporción de acetato, mientras que MC y 3MP registraron la mayor proporción de butirato y valerato (P <0,05). A las 6 h, las concentraciones más altas y bajas de ácido láctico se observaron con las mezclas de 3MP y MP (P <0,05), respectivamente. Como en el Experimento I.1, la diversidad bacteriana se vio notablemente afectada por el tipo de inóculo. Del mismo modo, el efecto del inóculo se detectó en el índice de Shannon (P = 0,004) y tendó a ser significativo en el índice de riqueza (P = 0,074). Con IC, el mínimo pH de incubación se alcanzó después de 6 h (6,06, 5,97 y 5,95 a las 6 h con MP, MC y MP), siendo posteriormente más alto (P <0,05) con MP que con MC y 3MP a 20 h (6,78, 6,67 y 6,67, respectivamente). La producción de gas fue mayor con MC a las 2 h y de 6 a 16 h, e inferior con 3MP de 2 a 8 h y con MP a partir de las 20 h (P <0,05). La dMS fue mayor con MC y 3MP en comparación con MP (0,440 y 0,396 vs. 0,305, respectivamente; P <0,05). Con respecto a la diversidad microbiana, MC y MP se agruparon cuando se incubaron con inóculo de los corderos 1 y 2; sin embargo, con el líquido ruminal del cordero 3 las dos mezclas que incluyeron PR se agruparon. Con el uso de IF, a las 6 h se observó un pH más bajo con MC que con 3MP (6,33 vs. 6,39, P <0,05), manteniéndose posteriormente esa diferencia (P <0,05). El volumen de gas producido con 3MP fue el más bajo (P <0,05) hasta las 4 h, y fue menor que con MC a partir de las 6 h (P <0,05), mientras que las diferencias entre MC y MP solo se registraron a las 24 h. Con respecto a la diversidad microbiana, las mezclas con PR se agruparon cuando se usó el inóculo del cordero 6. No se encontraron diferencias entre mezclas en el índice de Shannon (P = 0,753); sin embargo, sí influenciaron el índice de riqueza (P = 0,041), clasificándose de la siguiente manera: 3MP (107,17) seguido de MP (102,33) y finalmente de MC (96,67; P <0,05, EEM = 2,378). Tanto en los ambientes generados por una dieta concentrada como forrajera, la mezcla MP mantuvo un patrón de pH más estable, mientras que la fermentación microbiana no se redujo de forma notable en comparación con las mezclas con mayores proporciones de almidón (MC y 3MP). En la sección II, se realizó un primer experimento metodológico in vitro (Experimento II.3) para evaluar el efecto potencial de los extractos de taninos de quebracho (TQC), uva (TUC), castaño (THC) y roble (THR) en la reducción de la fermentación ruminal de la cebada bajo una alimentación alta en concentrados. Las cuatro fuentes de taninos se incluyeron en tres niveles (10, 20 y 30 mg/g de sustrato), en tres series de incubación de 24 h. Las condiciones de alimentación intensiva se simularon ajustando el pH de incubación a 6,2 y mediante el uso del inóculo de terneros con una proporción de concentrado ad libitum de 0,91. El pH de incubación a las 8 y 24 h osciló entre 6,14 y 6,18 y entre 5,94 y 6,00, respectivamente. Con la adición gradual de extractos de taninos se redujo linealmente la producción de gas comparado con la cebada sola (CTL): con THC hasta las 6 h (P <0,05) y de 8 a 18 h (P <0,10), con THR de 2 a 12 h (P <0,05) y de 18 a 24 h (P < 0,10), con TUC de 2 a 24 h (P <0,05) y con TQC de 2 a 6 h (P <0,10). Sin embargo, también se detectó una tendencia cuadrática (P <0,10) con TUC hasta las 4 h y a partir de las 10 h en adelante. Entre los extractos, el mayor efecto se obtuvo con TUC mientras que el menor se obervó con THC, y el efecto biológico (EB) a las 24 h tendió a diferir entre las fuentes de taninos (P = 0.069), mostrando valores más altos con TUC que THC, independientemente de su nivel de inclusión (P >0,10). Resultados similares se observaron sobre la dMS a las 24 h, mostrándose una disminución lineal con todas las fuentes de taninos (P <0,05), aunque fue menor con TUC que con TQC y THC (P <0,05). Todas las fuentes de taninos aumentaron linealmente (P <0,05) la proporción molar de butirato de la cebada sola, a expensas de una reducción lineal en la proporción de propionato en TUC (P <0.01) y THC (P <0,10). Las cuatro fuentes de taninos analizadas redujeron la fermentación ruminal de la cebada, registrándose una respuesta máxima con los extractos de uva y de castaño. A excepción del castaño, todas las fuentes alcanzaron su nivel máximo de respuesta con su nivel de inclusión más bajo (10 mg/g). La inclusión de taninos en las dietas para engorde de rumiantes jóvenes no afectó negativamente la fermentación microbiana. En otro experimento de esta sección (Experimento II.4), se estudió el efecto del aumento de los niveles de ácidos grasos o de aceites esenciales en la fermentación del grano de cebada en dos experimentos in vitro (Experimento II.4.1 y Experimento II.4.2) bajo las mismas condiciones de incubación que en el Experimento 3. Los tratamientos fueron: cebada sola (CTL), ácidos grasos de cadena media (AGCM; 2, 4 y 6 mg/g), y ácidos palmítico (PAL) y linoleico (LIN), ambos incluidos a 15, 30 y 45 mg/g. En comparación con la cebada no suplementada (CTL), la inclusión de LIN redujo la producción de gas de manera cuadrática hasta las 24 h (P <0,05), mientras que dicha reducción tendió a ser lineal entre las 12 y 24 h con PAL (P <0,10), y a una evolución cuadrática con AGCM a las 24 h (P <0,10). La dMS y la masa microbiana estimada en el medio líquido de CTL se redujeron cuadráticamente con AGCM y LIN (P <0,05). La concentración total de AGV y la proporción de acetato tendieron a aumentar linealmente con LIN (P <0,10), mientras que la proporción de propionato tendió a disminuir (P = 0,051). En el Experimento 4.2, se valoraron cinamaldehído (CIN; 30, 60 y 90 mg/g), eugenol (EUG; 60, 120 y 180 mg/g) y una mezcla comercial de aceites esenciales (CBC; 30, 60 y 90 mg/g) frente la cebada sola (CTL). Con ésta, la producción de gas disminuyó linealmente con CIN durante toda la incubación (P <0,001 hasta 24 h) y cuadráticamente con EUG (P = 0.047 a las 24 h), mientras que aumentó linealmente con CBC (P <0,05 a las 12 h, y P <10 entre las 8 y 24 h). La masa microbiana disminuyó cuadráticamente con EUG (P <0.001). La concentración total de AGV disminuyó tanto linealmente (P <0,05) como cuadráticamente (P <0,001) al suplementar la cebada con CIN y EUG, respectivamente. La proporción de acetato aumentó cuadráticamente con la inclusión de EUG (P <0,05) a expensas del propionato (P <0,001), y también se observó una reducción lineal en la proporción de propionato con la adición de CIN (P <0,05). Este estudio mostró que, en diferente grado, tanto los ácidos grasos como los aceites esenciales pueden reducir el potencial de acidificación de la cebada. Entre los diferentes aditivos probados aquí, el aceite esencial CBC puede mejorar la fermentación microbiana ruminal de la cebada. El último experimento (Experimento II.5) fue diseñado para comparar el efecto de cinco aditivos de diferente naturaleza incluidos a dosis única (taninos condensados de uva, TUC 20 mg/g; una mezcla de ácidos grasos de cadena media, AGCM 4 mg/g; ácido linoleico, LIN 30 mg/g; eugenol, EUG 120 mg/g; y cinamaldehído, CIN 60 mg/g) sobre la fermentación de la cebada in vitro simulando condiciones de alimentación intensiva para dietas de vacuno de carne. Como inóculo se empleó contenido ruminal de terneros alimentados ad libitum con un concentrado y paja (relación concentrado:forraje; 0,91:0,09). Contrariamente a los Experimentos 3 y 4, esta prueba se llevó a cabo utilizando el sistema semicontinuo, bajo un medio con un sistema tampón reducido de 0 a 6 h, y aumentado el pH hasta alrededor de 6,5 de 8 a 24 h. El pH de incubación alcanzó su mínimo después de las 6 h (6,89 ± 0,07), y aumentó posteriormente hasta alcanzar el máximo al final de la incubación (6,41 ± 0,03). A partir de las 6 h en adelante, el pH más alto se registró con TUC, mientras que con CIN los valores fueron más bajos (P <0,05). Durante todo el período de incubación, con EUG y CIN se produjo un volumen de gas inferior al de CTR (P <0,05); sin embargo, con TUC el volumen producido fue menor que el CTR después de 8 h (P <0,05). De manera similar, la inclusión de diferentes aditivos redujo la dMS de la cebada, siendo la mayor con CTR (P <0,05) y la menor con TUC (P <0,05). Se registró una alta concentración de AGV totales a las 8 h (P <0,05), con proporciones de acetato y propionato elevadas (P <0,05). Entre tratamientos, en del medio, con los AGCM se registró la concentración más alta de AGV, mientras que con EUG y CIN se registraron las concentraciones más bajas de AGV totales y de proporción de propionato. En este aspecto, la mayor proporción de propionato se asoció con LIN (P <0,05), respaldado por la diversidad bacteriana. A diferencia del cinamaldehído, los taninos condensados de uva y los ácidos grasos pueden afectar positivamente el potencial de acidificación de la cebada. Metodológicamente, el sistema semicontinuo utilizado en este experimento permitió detectar diferencias importantes en el efecto de los diferentes aditivos sobre la cinética de fermentación de la cebada. Ello proporciona una herramienta útil para realizar una comparación relativa en condiciones de fermentación no convencionales.