SciELO - Scientific Electronic Library Online
 
vol.14 número2Composición química del rastrojo de tres cultivares de maíz esterilizados y colonizados por micelio de Ganoderma lucidumImportancia de Haematobia irritans en la ganadería bovina de México: Situación actual y perspectivas. Revisión índice de autoresíndice de materiabúsqueda de artículos 		Home Pagelista alfabética de revistas  

Servicios Personalizados

Revista

Articulo

Indicadores

Links relacionados

  • No hay artículos similaresSimilares en SciELO

Compartir

Revista mexicana de ciencias pecuarias

versión On-line ISSN 2448-6698versión impresa ISSN 2007-1124

Rev. mex. de cienc. pecuarias vol.14 no.2 Mérida abr./jun. 2023  Epub 26-Jun-2023

https://doi.org/10.22319/rmcp.v14i2.6188 

Artículos

Concentraciones de nutrientes, digestibilidad in vitro y fermentación ruminal de residuos agroindustriales de Cannabis sativa L. como fuente potencial de forraje para rumiantes

Elia Esther Araiza-Rosalesa 

Esperanza Herrera-Torresb 

Francisco Óscar Carrete-Carreónc 

Rafael Jiménez-Ocampod 

Daniel Gómez-Sáncheze 

Gerardo Antonio Pámanes-Carrascof  * 

a Universidad Juárez del Estado de Durango. CONACYT. Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia. Carretera Durango-Mezquital km 11.5, Durango, Dgo. México.

bTecnológico Nacional de México, Instituto Tecnológico del Valle del Guadiana. México.

cUniversidad Juárez del Estado de Durango. Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia.

dInstituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias. México.

eInstituto de Investigación del Aprovechamiento de la Cannabis sativa. México.

f Universidad Juárez del Estado de Durango. CONACYT. Instituto de Silvicultura e Industria de la Madera. México.

Resumen

Este estudio tuvo como objetivo determinar la concentración de PC, EE, CNS, fibras, CFT, TC, CBD, THC, digestibilidad in vitro de materia seca y parámetros de fermentación ruminal de residuos agroindustriales de Cannabis sativa L. de dos procesos extractivos de cannabinoides, como fuente potencial de forraje en la alimentación de rumiantes. La flor de Cannabis sativa se expuso al proceso de extracción por prensado en frío (CPF) y extracción alcohólica (CEA); los residuos vegetativos obtenidos después de las extracciones se compararon con la flor cruda como testigo (FCC) utilizando un diseño completamente al azar y la prueba de Tukey para la comparación de medias. Los procesos extractivos disminuyeron el EE, CFT y cannabinoides (CBD y THC). En contraste, las fibras, CNS y digestibilidad, aumentaron después de los procesos extractivos en CPF y CEA. Del mismo modo, la degradabilidad in vitro aumentó después de ambos procesos extractivos por encima del 120 %, así como el período de latencia. Además, los protozoos aumentaron con CPF, pero no se observaron cambios en CEA. Asimismo, no se observaron cambios en las bacterias celulolíticas en CPF y CEA. Sin embargo, las bacterias totales se redujeron después de ambas extracciones. Además, el N-amoníaco en las fermentaciones ruminales disminuyó con CPF y CEA, mientras que los ácidos grasos volátiles totales aumentaron. Además, la producción de gas aumentó por encima del 75 % en CPF y CEA; sin embargo, no se observaron cambios en el período de latencia. Además, la producción de metano y CO2 aumentó por encima del 80 y 60 %, respectivamente, para CPF y CEA; estos aumentos se asocian positivamente con mejoras en las fermentaciones ruminales. En conclusión, el residuo agroindustrial de Cannabis sativa L. obtenido después de los procesos extractivos analizados puede surgir como una fuente potencial de forraje en la alimentación de rumiantes.

Palabras clave Cáñamo; Metano; Degradabilidad; Fermentación Ruminal; Cinética de producción de gas

Abstract

This study aimed to determine the concentration of CP, EE, NSC, fibers, TPC, CT, CBD, THC, in vitro digestibility of dry matter and rumen fermentation parameters of agroindustrial residues of Cannabis sativa L. from two extractive processes of cannabinoids, as a potential source of forage in ruminants feeding. The flower of Cannabis sativa was exposed to cold-press extraction (CPC) and alcoholic extraction (AEC) process; vegetative residues obtained after extractions were compared to raw flower as a control (RFC) using a completely randomized design and Tukey’s test for means comparison. Extractive processes decreased EE, TPC and cannabinoids (CBD and THC). Otherwise, fibers, NSC and digestibility, increased after the extractive processes in CPC and AEC. Similarly, in vitro degradability increased after both extractive processes above 120 % as well as latency period. Additionally, protozoa increased with CPC but no changes were observed in AEC. Likewise, no changes were observed in cellulolytic bacteria in CPC and AEC. However, total bacteria were reduced after both extractions. Moreover, N-ammonia in ruminal fermentations decreased with CPC and AEC whereas total volatile fatty acids increased. In addition, gas production increased above 75 % in CPC and AEC; however, no changes were observed in latency period. Furthermore, methane and CO2 production increased above 80 and 60 %, respectively for CPC and AEC; these augmentations are positively associated with improvements in the ruminal fermentations. In conclusions, the agroindustrial residue of Cannabis sativa L. obtained after the analyzed extractive processes may arise as a potential forage source in ruminants feeding.

Keywords Hemp; Methane; Degradability; Ruminal fermentation; Gas production kinetics

Introducción

La aceptación general y la perspectiva regulatoria con respecto a los cultivos de Cannabis spp. han cambiado en los últimos años. Esta planta ya no se trata sólo como una fuente de agentes psicotrópicos; los compuestos biológicos se han centrado en enfoques terapéuticos con éxito1. De hecho, el cannabidiol (CBD) y el tetrahidrocannabinol (THC) son los principales compuestos bioactivos contenidos en la planta; estos compuestos se sintetizan principalmente en la flor y las hojas2. Debido a esto último, la industria farmacéutica ha estado tratando de actualizar y purificar los compuestos extractivos de Cannabis spp. para su uso en medicamentos y drogas1,3. De hecho, algunos cultivos de Cannabis sp. se han utilizado como proveedores de cáñamo para la industria textil4, para la producción de biocombustibles5 y como componente en la industria automotriz6. Además, algunos ganaderos utilizan semillas como aditivos en la alimentación animal7. Sin embargo, los métodos extractivos de compuestos bioactivos de la planta generan residuos agrícolas que pueden contener concentraciones mínimas de cannabinoides pero contenidos considerables de fibra, celulosa y hemicelulosa; estos contenidos pueden surgir como una importante fuente de forraje en la alimentación animal, principalmente rumiantes. La información a nivel mundial sobre la producción y plantaciones de Cannabis sp. es limitada debido a las características legales. Sin embargo, informes del USDJ afirmaron que la producción de cáñamo alcanzó las 10,000 ton en México en 2006; a pesar de que las plantaciones de más de 31,000 ha fueron erradicadas8. En consecuencia, una creciente producción de Cannabis sp. para la extracción de cannabinoides con fines médicos puede representar una expansión sustancial de residuos agrícolas que potencialmente pueden utilizarse como fuente de forraje en la alimentación de rumiantes9. Sin embargo, la información publicada sobre el valor nutricional de los subproductos del cáñamo en la nutrición animal es limitada. Además, este estudio tuvo como objetivo determinar la concentración de proteína cruda (PC), extracto etéreo (EE), carbohidratos no estructurales (CNS), fibras, compuestos fenólicos totales (CFT), taninos condensados (TC), cannabidiol (CBD), delta-9-tetrahidrocannabinol (THC), digestibilidad in vitro de materia seca y parámetros de fermentación ruminal de residuos agroindustriales de Cannabis sativa L. de dos procesos extractivos de cannabinoides como fuente potencial de forraje en la alimentación de rumiantes.

Material y métodos

Área de estudio

Este estudio se llevó a cabo en la Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia de la Universidad Juárez del Estado de Durango, ubicada en Durango, México.

Ingredientes y material vegetativo

Todo el material vegetativo fue donado por el IIAC (Instituto de Investigación y Aprovechamiento del Cannabis) ubicado en Durango, México. La flor de Cannabis sativa L. se procesó mediante dos métodos de extracción, los cuales se realizaron por el IIAC. Brevemente, muestras de la flor de Cannabis sativa L. se prensaron en frío para la obtención de aceite; el proceso no superó los 35 ºC y no se utilizaron disolventes. Los residuos obtenidos después del prensado en frío se nombraron CPF debido a la torta de flor de Cannabis sativa L. prensada en frío obtenida. Por otro lado, otras muestras de la flor de Cannabis sativa L. se expusieron a una extracción alcohólica, que se llevó a cabo a temperatura ambiente durante 5 h. Posteriormente, el subproducto o residuo se obtuvo filtrando el disolvente; este tratamiento se denominó CEA (extracción alcohólica de torta de flor de Cannabis sativa L.). Así, utilizando flor cruda de Cannabis sativa L. (FCC) como testigo, se comparó con residuos agroindustriales obtenidos después de los procesos extractivos. Posteriormente, las muestras de residuos agroindustriales de Cannabis sativa L. se secaron en un horno de aire forzado (Felisa, Modelo FE-294AD) a 55 ºC durante 48 h y se molieron en un molino (Thomas Wiley Miller Lab, Modelo 4) a un tamaño de partícula de 1 mm. En consecuencia, las muestras se almacenaron para su posterior análisis.

Composición química

Las muestras se analizaron para materia seca (MS), extracto etéreo (EE), proteína cruda (PC) y cenizas de acuerdo con procedimientos estandarizados10. La celulosa, la hemicelulosa, la fibra detergente neutro (FDN), la fibra detergente ácido (FDA) y la lignina detergente ácido (LDA) se evaluaron de acuerdo con lo propuesto por Van Soest et al11. Los carbohidratos no estructurales (CNS) se estimaron con la siguiente ecuación:

CNS= 100 - (PC+EE+FDN+C); donde CNS= carbohidratos no estructurales (% MS); PC= proteína cruda (% MS); EE= extracto etéreo (% MS); FDN= fibra detergente neutro (% MS); C= cenizas (% MS).

La digestibilidad in vitro de la materia seca (DIVMS) se estimó utilizando el equipo DAISYII® (ANKOM Technology Corp., Macedon, NY) y de acuerdo con los procedimientos del fabricante12. La energía metabolizable se calculó de acuerdo con la siguiente ecuación13:

EM= [2.20 + 0.136(PG24) + 0.0057(PC) + 0.0029(EE)2]/4.184; donde EM= energía metabolizable (MCal/kg); PG24= producción de gas in vitro a las 24 h (ml/g); PC= proteína cruda (g/kg); EE= extracto etéreo (g/kg).

Metabolitos secundarios

Las muestras secas para cada tratamiento se expusieron a extracción alcohólica (0.5 g disueltos en 45 ml de solución etanol al 70 %-agua) durante la noche. Posteriormente, las muestras se filtraron y se evaporaron al vacío (a 40 ºC) hasta la eliminación total de la solución de etanol y se dejaron secar durante la noche. Los rendimientos de las extracciones concentradas se calcularon en base a la materia seca. Las muestras secas se almacenaron para análisis adicionales de metabolitos secundarios.

Análisis de taninos condensados (TC)

Brevemente, las muestras para cada tratamiento se diluyeron (0.5 g disueltos en 45 ml de solución de etanol al 70 %-agua) y se dejaron extraer durante la noche. Posteriormente, alícuotas de 50 μl se mezclaron con una solución al 4 % de vainillina-metanol y HCl concentrado según Heimler et al14. La absorbancia se midió a 500 nm utilizando catequina como patrón. El rendimiento de TC se estimó con la concentración final en solución y el rendimiento en materia seca.

Análisis de compuestos fenólicos totales (CFT)

Brevemente, las muestras para cada tratamiento se diluyeron (0.5 g disueltos en 45 ml de solución de etanol al 70 %-agua) y se dejaron extraer durante la noche. Los compuestos fenólicos totales se estimaron mediante el método de Folin-Cioucalteau adaptado por Dewanto et al15 utilizando ácido gálico como patrón y midiendo la absorbancia a 760 nm para cada muestra diluida. El rendimiento de CFT se estimó con la concentración final en solución y el rendimiento en materia seca.

Análisis de cannabinoides

Para la detección de cannabinoides (específicamente CBD y THC) se utilizó el método de cromatografía en capa fina (CFF), según los procedimientos propuestos por Novak et al16. Este ensayo se realizó en las instalaciones del IIAC.

Degradabilidad in vitro de la materia seca (DIVMS)

Para este análisis, se colocó 1 g (MS) de muestra de cada tratamiento experimental en bolsas de nylon (F57, ANKOM Technology, Corp., Macedon, NY) en módulos de vidrio equipados con transductores electrónicos para la medición de presión de acuerdo con los procedimientos del fabricante (ANKOM, EUA) y se incubó por triplicado con soluciones tampón (CaCl2 13.2 % p/v; MnCl2 10 % p/v; CoCl2 1 % p/v; FeCl3 8 % p/v; NaHCO3 39 % p/v) e inóculo ruminal en una proporción 2:1, de acuerdo con Theodorou et al17. El inóculo ruminal se obtuvo de dos novillos Angus fistulados alimentados con una dieta a base de heno de alfalfa antes de la alimentación de la mañana; el licor ruminal se extrajo del rumen e inmediatamente se colocó en un recipiente térmico precalentado a 39 ºC y luego se transportó al laboratorio para su posterior análisis. Las bolsas de nylon se incubaron individualmente para cada tiempo de fermentación (0, 3, 6, 12, 24, 36, 48, 72 y 96 h). Las bolsas se retiraron de los módulos y se lavaron hasta obtener agua cristalina. Se colocaron en el horno a 55 ºC durante 48 h. Se registraron cambios en la materia seca y los datos de digestibilidad se ajustaron a la función de Gompertz para la estimación de los parámetros cinéticos según Murillo et al18.

Deg=Ade-Lde-(kdt)

Donde: Deg= degradabilidad de la materia seca (% MS); Ad= degradabilidad máxima (% MS); kd= tasa constante de degradabilidad (h-1); Ld= tiempo de latencia antes de que comience la degradabilidad (h).

Producción de gas in vitro y parámetros de fermentación ruminal

Para la producción de gas in vitro, se colocó 1 g de muestra de cada tratamiento previamente secado en módulos de vidrio equipados con transductor de presión (ANKOM, USA) con 120 ml de una mezcla de soluciones tampón (CaCl2 13.2 % p/v; MnCl2 10 % p/v; CoCl2 1 % p/v; FeCl3 8 % p/v; NaHCO3 39 % p/v) e inóculo ruminal en 2:1 y se incubó a 39 ºC durante 24 h por triplicado de acuerdo con Theodorou et al17; el inóculo ruminal se obtuvo de dos novillos Angus fistulados alimentados con una dieta a base de heno de alfalfa antes de la alimentación de la mañana; el inóculo ruminal se extrajo del rumen e inmediatamente se colocó en un recipiente térmico precalentado a 39 ºC y luego se transportó al laboratorio para su posterior análisis. Así, los cambios en el volumen de gas se registraron a las 0, 3, 6, 12, 24, 36, 48, 72 y 96 h y los datos se ajustaron a la función de Gompertz para la estimación de parámetros cinéticos de acuerdo con Murillo et al18.

PG=Age-Lge-(kgt)

Donde: PG= producción de gas (ml); Ag= producción máxima de gas (ml); kg= tasa constante de producción de gas (h-1); Lg= tiempo de latencia antes de que comience la producción de gas (h). Por su parte, dos alícuotas de 10 ml de fermentación ruminal in vitro se destinaron a la determinación de parámetros ruminales in vitro después de 24 h de tiempo de fermentación, se procesaron con ácido metafosfórico (25 % p/v) y ácido sulfúrico (50 % v/v) para ácidos grasos volátiles (AGV) y nitrógeno-amoníaco (N-NH3), respectivamente, y de acuerdo con Galyean19.

Asimismo, el mismo número de tratamientos experimentales se incubaron en módulos de vidrio (ANKOM, USA) hasta 24 h de tiempo de fermentación17. Una vez transcurrido el tiempo, se abrió la válvula de liberación de presión de los módulos y se midió el gas liberado para las composiciones de metano y CO2 de acuerdo con los procedimientos propuestos por Herrera Torres et al20 utilizando el analizador de gases portátil GEM5000 (Landtec, EUA).

Determinación de bacterias ruminales y protozoos

Este ensayo se determinó pesando 1 g de muestra de cada tratamiento previamente secado y se colocó en módulos de vidrio equipados con transductor de presión (ANKOM, USA) con 120 ml de una mezcla de soluciones tampón e inóculo ruminal en una proporción 2:1, y se incubaron a 39 ºC durante 24 h por triplicado17; el inóculo ruminal se obtuvo de dos novillos Angus alimentados con una dieta a base de heno de alfalfa. Posteriormente, las concentraciones de bacterias totales y celulolíticas se determinaron según Dehority21, los protozoos se analizaron según Ogimoto e Imai22, mientras que los hongos se determinaron según Joblin23 para cada tratamiento. Brevemente, los medios de cultivo se prepararon en placas de Petri estériles con agar nutritivo (BD, Bioxon, EUA) para las determinaciones de bacterias totales y agar nutritivo (BD, Bioxon, EUA) más carboximetilcelulosa (SIGMA, EUA), como fuente de celulosa para las determinaciones de bacterias celulolíticas. El inóculo se obtuvo a partir de fermentaciones ruminales in vitro de los tratamientos y se realizaron diluciones hasta alcanzar 10-6. Después, las diluciones con inóculo se colocaron en placas de Petri previamente etiquetadas y se incubaron bajo atmósfera de CO2 a 39 ºC. Las placas de bacterias totales se incubaron durante 48 h, mientras que las placas de bacterias celulolíticas se incubaron durante 72 h. Una vez transcurrido el tiempo de incubación, se abrieron las placas de Petri y se midieron los microorganismos mediante la técnica del número más probable24. Para la determinación fúngica, el medio de cultivo se preparó con agar PDA (3 %) y se colocó en placas en condiciones estériles. Posteriormente, 10 ml de inóculo ruminal in vitro se mezclaron con solución de peptona (proporción 1:9) y se prepararon diluciones con 1 ml de solución inoculada hasta alcanzar 10-5 y se colocaron en placas previamente etiquetadas. Inmediatamente, una muestra de cada dilución se enjuaga con CO2 y se incuba bajo atmósfera de CO2 a 39 ºC durante 120 h para su identificación. Para la determinación de protozoos, el inóculo ruminal in vitro se filtró a través de cuatro capas de tela de queso y el filtrado obtenido se colocó en un embudo de separación durante 15 min aproximadamente, hasta que los protozoos se precipitaron (un anillo blanquecino apareció en el fondo del embudo). Posteriormente, 1 ml de la muestra obtenida con protozoos se mezcló con 4 ml de inóculo ruminal (previamente incubado a 39 ºC y enjuagado en condiciones de CO2) en tubos de cultivo de 18 x 150 mm y se colocó una vez más en la incubadora; este último paso se repitió cinco veces por cada dilución hasta alcanzar 10-5. En consecuencia, el número de protozoos se determinó mediante cuantificación directa en la cámara de Neubauer utilizando un microscopio de contraste (Collegiate 400) y una amplificación de 400x.

Diseño estadístico

Los datos obtenidos para todos los residuos agroindustriales se analizaron a través de un diseño completamente al azar utilizando el procedimiento GLM en SAS25. La comparación de medias se evaluó con la prueba de rango múltiple de Tukey declarando significancias en P<0.05.

Resultados y discusión

La composición química y la digestibilidad de la materia seca para los tratamientos se muestran en el Cuadro 1. El método utilizado para la extracción de cannabinoides afectó principalmente los contenidos de cenizas, EE y fibras (FDN y FDA). De hecho, los cannabinoides se separan de la flor en una fase orgánica, que se elimina dentro de la fracción EE3. Como consecuencia, hay una reducción del 95 % y 40 % en EE para los tratamientos de CEA y CPF después de la extracción, respectivamente (P<0.05). En cambio, el contenido de cenizas aumentó 17 y 8 % en CEA y CPF, respectivamente, en comparación con el control (FCC) (P<0.05). Estos aumentos se asocian positivamente con una redistribución de los componentes químicos después del proceso extractivo; los valores restantes de FDN, FDA y CNS representan fracciones más altas en la composición química, mientras que reducen la fracción de EE una vez que se extrajo. Por otro lado, el contenido de fibra en CPF sigue siendo similar al control. La extracción por prensado en frío eliminó más fracciones de fibra en comparación con la técnica de extracción alcohólica. La prensa en frío es uno de los métodos más utilizados para la extracción de aceite; este método requiere menos energía que otros y se considera un proceso ecológico26. Sin embargo, la fuerza mecánica aplicada en el proceso puede eliminar mayores fracciones de fibra que cualquier otro proceso. Además, otros autores27 presentaron contenidos similares de fibra en su estudio. Asimismo, el contenido de PC fue similar entre los tratamientos (P>0.05). Sin embargo, se asume que una pequeña fracción de proteína soluble se elimina en el proceso de extracción; la proteína restante puede ser menor en cantidad, pero similar en proporción después de la redistribución de nutrientes después de la extracción. Del mismo modo, se observó este comportamiento en colza en procesos de extracción por prensado en frío28. Adicionalmente, otra investigación27 reportó concentraciones similares de proteína en la torta de semilla de cáñamo después de la extracción por prensado en frío. En cambio, los CNS aumentaron en CEA y CPF (P<0.05); estos aumentos están vinculados con un efecto de dilución debido a una reducción en las fracciones de fibra como se explicó anteriormente. De hecho, Jarrell29 introdujo este término relacionado con los estudios de nutrición vegetal a principios de los años 80. Además, los procesos extractivos redujeron el CFT y TC (P<0.05). Los metabolitos secundarios como compuestos fenólicos y taninos condensados se extraen en soluciones alcohólicas14. Los metabolitos secundarios juegan un papel muy importante en la mitigación del metano en rumiantes. Así, se observaron diferentes mecanismos de acción directa o indirectamente en la fermentación de rumiantes o microorganismos de rumiantes dependiendo de las concentraciones de ciertos metabolitos (saponinas, taninos condensados, compuestos fenólicos, etc.)30. De ahí la importancia en la evaluación de las concentraciones de CFT y TC. Las fracciones de fibra (FDN y FDA) aumentaron después del proceso de extracción alcohólica (P<0.05). Estos cambios están conectados positivamente a una mayor extracción de grasa cruda en EE. Por lo tanto, cuanto más EE se extrae en CEA, mayores son las composiciones de fibra. Adicionalmente, la DIVMS aumentó alrededor de 142 y 97 % en CEA y CPF, respectivamente, en comparación con el control (FCC) (P<0.05). Además, los cannabinoides también fueron afectados por los procesos extractivos (P<0.05). Tanto el CBD como el THC disminuyeron sustancialmente sus concentraciones. De esta manera, las concentraciones de CBD se redujeron un 73 y un 28 % en CEA y CPF, respectivamente. Del mismo modo, las concentraciones de THC disminuyeron 99 y 88 % en CEA y CPF, respectivamente. La extracción alcohólica es más eficiente en la extracción de cannabinoides en comparación con una extracción por prensado en frío. Aparentemente, una extracción polar puede ser más efectiva y menos costosa cuando se compara con un proceso extractivo que utiliza fuerza mecánica, que puede eliminar otros nutrientes sin interés26. La información publicada sobre el consumo inofensivo de CBD y THC en animales es muy limitada. Sin embargo, Kleinhenz31 ofreció cáñamo industrial a terneros como recurso alimenticio. Estos autores administraron 1142 y 120 mg de CBD y THC a terneros que pesaban aproximadamente 215 kg de peso vivo, respectivamente; no se observaron cambios en el comportamiento, la ingesta de alimentación o la química del suero sanguíneo (glucosa, BUN, creatinina y proteína total) en los animales. Además, no se detectó THC en el plasma sanguíneo; el CBD fue totalmente metabolizado y no se detectó después de 48 h. Asimismo, Cornette32 administró 5 mg de CBD/kg de peso vivo y tampoco observó cambios en el comportamiento. Por lo tanto, según este último, el CEA presentado en este estudio, puede ofrecerse de forma inofensiva hasta 2 kg por animal por día (animales que pesan aproximadamente 215 kg de peso vivo) y no se esperarían efectos sobre ninguno de los parámetros químicos o el comportamiento. No obstante, no se dispone de información sobre la seguridad de la carne y el consumo de cáñamo en rumiantes. De acuerdo con los resultados proporcionados en el presente estudio, concentraciones más bajas de cannabinoides (CBD y THC) y concentraciones más altas de CNS condujeron a una mayor DIVMS y EM. De hecho, otro estudio16 reportó actividad antimicrobiana de los cannabinoides, lo que puede afectar directamente la digestibilidad. En consecuencia, la DIVMS aumentó aproximadamente dos veces en comparación con el control (FCC). Además, estos cambios no pudieron atribuirse a variaciones en el CFT y los TC, ya que sus concentraciones son similares entre los tratamientos de CEA y CPF; los cambios en la DIVMS en CEA y CPF no pudieron correlacionarse con las concentraciones de CFT y TC en ambos tratamientos.

Cuadro 1 Composición química y digestibilidad in vitro de residuos agroindustriales de Cannabis sativa L. 

Variable FCC CEA CPF P EEM
%, MS
Ceniza 11.5±0.25b 13.5±0.25a 12.5±0.04ab 0.001 1.33
PC 21.2±0.25a 20.9±0.29a 20.2±0.0.28a 0.10 0.12
EE 12.3±0.06a 0.5±0.04b 7.5±0.0b <0.001 0.08
FDN 27.9±0.39b 32.2±0.33a 28.0±0.86b 0.003 0.58
FDA 16.5±0.02b 18.9±0.69a 15.5±0.19b 0.015 1.47
LDA 2.2±0.15b 2.5±0.08a 2.3±0.006ab 0.002 0.07
HEM 11.5±0.31b 13.3±2.23a 12.4±0.28a <0.001 1.06
CEL 14.4±0.14a 16.4±0.36a 13.1±0.11a 0.009 1.24
CNS 26.5± 0.16b 32.7± 0.82a 31.1± 1.0a <0.001 0.77
mg/g, MS
CFT 15.7±0.10a 14.8±0.08b 15.4±0.05b <0.001 0.06
TC 6.7±0.09a 4.6±0.16c 5.4±0.05b <0.001 0.09
DIVMS, % 23.9±1.11c 57.9±1.58a 47.2±2.74b <0.001 1.58
EM, Mcal 1.4 ± 0.04c 1.9±0.07a 1.6 ±0.06b <0.001 0.05
CBD, g/kg 1.8± 0.01a 0.5± 0.003c 1.3± 0.006b <0.001 0.03
THC, g/kg 10.9± 0.07a 0.08± 0.0001c 1.4± 0.007b <0.001 0.001

FCC= flor cruda de Cannabis sativa L.; CEA= residuos de flor de Cannabis sativa L. extraídos con alcohol.; CPF= residuos de flor de Cannabis sativa L. prensados en frío; EEM= error estándar de la diferencia entre medias; PC= proteína cruda; EE= extracto etéreo; FDN= fibra detergente neutro; FDA= fibra detergente ácido; LDA= lignina detergente ácido; HEM= hemicelulosa; CEL= celulosa; CNS= carbohidratos no estructurales; CFT= compuestos fenólicos totales; TC= taninos condensados; DIVMS= digestibilidad in vitro de la materia seca; EM= energía metabolizable; CBD= cannabinol; THC= tetrahidrocannabinol.

abc Medias con letras diferentes en la misma fila indican diferencias estadísticas (P<0.05).

La degradabilidad ruminal in vitro para los tratamientos se presenta en el Cuadro 2. Los procesos extractivos afectaron la degradabilidad; CEA y CPF aumentaron la degradabilidad máxima (parámetro Ad) por encima del 120 % en ambos tratamientos en comparación con el control (P<0.05). Del mismo modo, los procesos extractivos aumentaron la tasa específica de degradabilidad (parámetro kd) alrededor del 120 % para ambos tratamientos, mientras que el período de latencia (parámetro Ld) aumentó un 140 % para ambos tratamientos (P<0.05). Los aumentos en los parámetros cinéticos pueden estar asociados positivamente con una reducción en el contenido de cannabinoides y cambios en los CNS; estos efectos se observaron anteriormente en la DIVMS. Valores más altos en Ad, kd y Ld se presentan en el tratamiento con valores más bajos de cannabinoides (CEA). De acuerdo con esto, Semwogerere et al33 informaron que la digestibilidad de la torta de semilla de cáñamo es menor que la digestibilidad de la harina de canola y la harina de soja. De hecho, se afirmó que la torta de cáñamo aumentó el tiempo de retención ruminal que es comparable con el tiempo de fermentación en ensayos in vitro27; este efecto se observó en este estudio. En realidad, CEA y CPF presentaron valores más altos en la tasa específica de degradabilidad (parámetro kd), lo que llevó a alcanzar el valor asintótico (Ad) en un tiempo más corto; la FCC necesitaría más tiempo para alcanzar Ad, lo que es consistente con estudios previos27. En cambio, se necesita más tiempo para que los microorganismos comiencen la degradación del sustrato como se observa en los valores de tiempo de latencia (parámetro Ld) para CEA y CPF. Lo último puede estar asociado con cambios en las poblaciones de microorganismos (protozoos y bacterias), lo que se discutirá más adelante.

Cuadro 2 Parámetros de degradabilidad ruminal in vitro de residuos agroindustriales de Cannabis sativa L. después de dos métodos extractivos 

Parámetro FCC CEA CPF P EEM
Ad, % 24.1±0.29c 57.6±0.01a 54.6±0.81b <0.001 0.502
Ld, h 1.9±0.01b 4.7±0.04a 4.6±0.16 a 0.004 0.096
kd, %/h 0.14±0.005b 0.31±0.005a 0.32±0.000a <0.001 0.002

FCC= Flor cruda de Cannabis sativa L.; CEA= residuos de flor de Cannabis sativa L. extraídos con alcohol; CPF= residuos de flor de Cannabis sativa L. prensados en frío; EEM= error estándar de la diferencia entre medias; Ad: degradabilidad máxima; kd= tasa específica de degradabilidad; Ld= período de latencia antes de que comience la degradación; (fase de retraso).

abc Medias con letras diferentes en la misma fila indican diferencias estadísticas (P<0.05).

La población de microorganismos después de la fermentación ruminal de diferentes residuos se muestra en el Cuadro 3. Los protozoos aumentaron después del proceso extractivo en CPF en comparación con el control (P<0.05); no se observaron cambios en CEA (P>0.05). Por el contrario, no se observaron rastros de hongos en el control (FCC); sin embargo, los hongos aumentaron después del proceso extractivo (P<0.05). En cambio, las bacterias totales se redujeron después del proceso extractivo en ambos tratamientos (P<0.05). Sin embargo, no se registraron cambios en las bacterias celulolíticas (P>0.05). Novak et al16 afirmaron que los extractos de cáñamo exhibieron actividad antimicrobiana en la mayoría de los hábitats bacterianos de humanos y animales, pero estos cambios no se observaron en hongos; por el contrario, los extractos de cáñamo mostraron actividad antifúngica en ensayos in vitro reportados anteriormente34. Además, las reducciones en las bacterias totales se asocian con un aumento en las poblaciones de protozoos. Esto está de acuerdo con otros autores35, que afirman que la depredación de bacterias es causada principalmente por la actividad de los protozoos.

Cuadro 3 Poblaciones de microorganismos en fermentación ruminal in vitro de residuos agroindustriales de Cannabis sativa L. después de dos métodos extractivos 

Microorganismos FCC CEA CPF P EEM
Protozoos, ml-1 x104 7.3±0.07b 15.8±0.30ab 26.6±0.37a 0.007 0.22
Bacterias celulolíticas, ml-1 x105 142.1±2.88a 127.6±14.77a 115.6±7.21a 0.232 7.84
Bacterias totales, ml-1 x105 187.2±20.20a 100.6±6.74b 115.2±6.92b 0.006 10.57
Hongos, UFC ND 7.2±0.57a 6.3±1.15a 0.001 0.60

FCC= flor cruda de Cannabis sativa L.; CEA= residuos de flor de Cannabis sativa L. extraídos con alcohol; CPF= residuos de flor de Cannabis sativa L. prensados en frío; UFC: unidades formadoras de colonias; ND= no detectado; EEM= error estándar de la diferencia entre medias.

abc Medias con letras diferentes en la misma fila indican diferencias estadísticas (P<0.05).

Los parámetros de fermentación ruminal y la cinética de producción de gas se muestran en el Cuadro 4. No se observaron cambios en el pH (P>0.05). Sin embargo, los procesos extractivos en CEA y CPF afectaron las concentraciones de N-amoníaco y AGVT (P<0.05). Una reducción en el N-amoníaco se asocia positivamente con una defaunación de bacterias ruminales debido a la presencia de protozoos. De hecho, Wang et al36 reportaron una reducción en las poblaciones de protozoos al usar aceite de semilla de cáñamo en fermentaciones ruminales. Por lo tanto, se espera que la FCC promueva una reducción de protozoos y un aumento en las poblaciones de bacterias; lo último fomenta un aumento del N-amoníaco. Además, se esperaría una reducción de la desaminación de proteínas como consecuencia de un aumento de bacterias, lo que daría lugar a una reducción del N-amoníaco37. Estas afirmaciones fueron observadas en este estudio. Los protozoos aumentaron con ambos tratamientos y se observa una reducción de bacterias totales (P<0.05). Además, los protozoos juegan un papel importante en la síntesis de algunos ácidos grasos volátiles. De hecho, se ha afirmado38 que la capacidad de los protozoos para digerir ácidos grasos podría desviar más carbono hacia la síntesis de ácidos grasos volátiles; estos cambios se observaron en el presente estudio en CEA y CPF con las mayores poblaciones de protozoos. En cuanto a la cinética de producción de gas, Ag aumentó por encima de 87 y 77 % en CEA y CPF, respectivamente (P<0.05). Estos cambios sugieren una mejor utilización de nutrientes de los microorganismos que condujo a un mayor proceso de fermentación y una mayor producción de gas; por lo tanto, se espera una mayor tasa de producción de gas. Sin embargo, no se observaron cambios en el período de latencia (Lg) y la tasa específica de producción de gas (kg) (P>0.05), pero se observan tendencias similares a las de degradabilidad.

Por otro lado, la producción de metano aumentó 81 y 97 % en CEA y CPF, respectivamente (P>0.05). Del mismo modo, el CO2 aumentó alrededor del 60 % en ambos tratamientos en comparación con el control (P<0.05). Aparentemente, la reducción de cannabinoides y el aumento de CNS llevaron a un aumento del proceso de fermentación, lo que aumentó la producción de metano. Mientras que, la proporción de CH4:CO2 aumentó 18 % en CPF en comparación con el control (P<0.05). Esta relación indica el volumen de metano producido dividido en el volumen de CO2 presente en el proceso; valores más altos de esta variable sugieren que se está sintetizando más metano a través de la vía de reducción de CO218. Por lo tanto, estos cambios en la proporción de CH4:CO2 pueden sugerir que se está sintetizando más metano a través de la vía CO2 y que los aumentos en la producción de metano no solo están asociados a una mejora en la fermentación ruminal y una extensión de la producción total de gas. De hecho, la presencia de cannabinoides puede resultar como inhibidores en la metanogénesis a través de la vía de reducción de CO2, ya que valores más bajos de la proporción de CH4:CO2 se presentan con valores más altos de cannabinoides. Cuanto más altos son los cannabinoides, más bajos son los protozoos; la síntesis de metano y el número de protozoos están positivamente asociados39. Por lo tanto, si hay una reducción en los protozoos, también se esperaría una reducción en el metano. Un aumento en los protozoos puede afectar a las bacterias, incluidos los metanógenos. En cuanto a este último, se reportó33 que el aceite de semilla de cáñamo es más eficiente en la inhibición de metanógenos ya que tiene más terpenos, polifenoles y lignina. Del mismo modo, Embaby et al40 encontraron una reducción del 10 % en la producción de metano cuando utilizaron aceite de semilla de cáñamo y se comparó con el aceite de maíz. Sin embargo, Patra et al41 afirmaron que las reducciones en la producción de metano se asocian a la presencia de ácidos grasos poliinsaturados (AGPI) que a la presencia de cannabinoides; estos ácidos grasos no se evaluaron en este estudio. Según los hallazgos de este estudio, la flor cruda en FCC inhibe no solo la degradabilidad, sino también la síntesis de metano y las poblaciones de protozoos. Sin embargo, estas afecciones están altamente asociadas con la utilización de nutrientes de microorganismos, lo que puede conducir a un mejor proceso de fermentación ruminal como se expuso previamente en este estudio.

Cuadro 4 Parámetros de fermentación ruminal y cinética de producción de gas de residuos agroindustriales de Cannabis sativa L. después de dos métodos extractivos 

Variable FCC CEA CPF P EEM
pH 6.8±0.11a 6.9±0.10 a 6.8±0.12a 0.251 0.13
N-NH3, mg/dl 15.2±0.08a 10.9±0.11c 13.8±0.11b <0.001 0.29
AGVT, mM 0.11±0.007b 0.16±0.003a 0.16±0.008a <0.001 0.05
Ag, ml/g MS 41.82±8.89b 78.46±5.13a 74.27±2.08a <0.009 4.93
Lg, h 2.6±0.64a 3.6±0.35a 3.24±0.37a 0.384 0.15
kg, %/h 0.09±0.05a 0.22±0.01a 0.24±0.02a 0.063 0.02
CH4, ml/g MS 3.7±0.15b 6.7±0.29a 7.3±0.20a <0.001 0.22
CO2, ml/g MS 32.5±2.470b 52.8±0.89a 52.3±1.52a <0.001 1.75
Proporción CH4/CO2 0.11±0.004b 0.12±0.003ab 0.13±0.005a 0.023 0.004

FCC= Flor cruda de Cannabis sativa L.; CEA= residuos de flor de Cannabis sativa L. extraídos con alcohol; CPF= residuos de flor de Cannabis sativa L. prensados en frío; EEM= error estándar de la diferencia entre medias; N-NH3: N-amoníaco; AGVT= ácidos grasos volátiles totales; Ag: producción máxima de gas; kg= tasa específica de producción de gas; Lg= período de latencia antes de que comience la producción de gas (fase de retraso).

abc Medias con letras diferentes en la misma fila indican diferencias estadísticas (P<0.05).

Conclusiones e implicaciones

Ambos residuos obtenidos después de los dos procesos extractivos ofrecen propiedades nutricionales aceptables en la alimentación animal. Los residuos obtenidos después de la extracción alcohólica ofrecieron una mejor utilización de nutrientes de los microorganismos presentes en la fermentación ruminal, lo que condujo a un aumento de la DIVMS y los parámetros de fermentación. Por lo tanto, el residuo agroindustrial de Cannabis sativa L. obtenido después de los procesos extractivos puede surgir como una fuente potencial de forraje en la alimentación de rumiantes. Sin embargo, se recomiendan ampliamente más ensayos in vitro e in vivo que utilicen estos residuos agroindustriales como parte de una ración, teniendo en cuenta los posibles efectos secundarios de los cannabinoides en la salud animal y la seguridad alimentaria.

Agradecimientos

Al Consejo Estatal de Ciencia y Tecnología de Durango por su apoyo a través de la beca #2020-123. Los autores desean agradecer también al Instituto de Investigación y Aprovechamiento del Cannabis por la disponibilidad de material vegetativo y las instalaciones utilizadas en algunos análisis.

REFERENCIAS

1. Jenatová A, Franková A, Tlustos P, Hamouz K, Bozik M, Kloucek P. Yield and cannabinoids contents in different cannabis (Cannabis sativa L.) genotypes for medical use. Ind Crops Prod 2018;(112):363-367. [ Links ]

2. Suero-García C, Martín-Banderas L, Holgado MA. Efecto neuroprotector de los cannabinoides en las enfermedades neurodegenerativas. Ars Pharm 2015;56(2):77-87. [ Links ]

3. León CJJ. Editorial: El aceite del cannabis. Rev Soc Quím Perú 2017;83(3):261-263. [ Links ]

4. Ebskamp MJ. Engineering flax and hemp for an alternative to cotton. Trends Biotechnol 2002;20(6):229-230. [ Links ]

5. Small E, Marcus D. Hemp: A new crop with new uses for North America. In: Janick J, Whipkey A. editors. Trends in new crops and new uses. ASHS Press, Alexandria, VA. 2002:284-326. [ Links ]

6. Hernández-Díaz D, Villar-Ribeira R, Julián F, Tarres Q, Espinach FX, Delgado-Aguilar M. Topography of the interfacial shear strength and the mean intrinsic tensile strength of hemp fibers as a reinforcement of polypropylene. Mater 2020;13(1012):1-16. [ Links ]

7. Bailoni L, Bacchin E, Trocino A, Arango S. Hemp (Cannabis sativa L.) Seed and co-products inclusion in diets for dairy ruminants: A review. Anim 2021;(11)856. [ Links ]

8. USDJ (National drug threat assessment 2008: Marijuana) United States Department of Justice. https://www.justice.gov/archive/ndic/pubs25/25921/marijuan.htm Accessed march 29, 2022. [ Links ]

9. Kleinhenz MD, Magnin G, Ensley AM, Griffin JJ, Goeser J, Lynch E, PAS, Coetzee JF. Nutrient concentrations, digestibility, and cannabinoid concentrations of industrial hemp plant components. Appl Anim Sci 2020;36(4):489-494. [ Links ]

10. AOAC (Association of Official Analytical Chemists). Official Methods of Analysis. 2019. [ Links ]

11. Van Soest PJ, Robertson JB, Lewis BA. Methods for dietary fiber, neutral detergent fiber, and non-starch polysaccharides in relation to animal nutrition. J Dairy Sci 1991;74(10): 3583-3597. [ Links ]

12. ANKOM (Gas production system operator’s manual). ANKOM Technology, USA. 2015. [ Links ]

13. Menke KH, Steingass H. Estimation of the energetic feed value obtained from chemical analysis and in vitro gas production using rumen fluid. Anim Res Dev 1988;28(1):7-55. [ Links ]

14. Heimler D, Isolani L, Vignolini P, Tombelli S, Romani A. Polyphenol content and antioxidative activity in some species of freshly consumed salads. J Agric Food Chem 2007;(55):1724-1729. [ Links ]

15. Dewanto V, Wu X, Adom KK, Liu RA. Thermal processing enhances the nutritional value of tomatoes by increasing total antioxidant activity. J Agric Food Chem 2002; (42):3010-301. [ Links ]

16. Novak J, Zitterl-Eglseer K, Deans SG, Franz CM. Essential oils of different cultivars of Cannabis sativa L. and their antimicrobial activity. Flavour Fragr J 2001;(16):259-262. [ Links ]

17. Theodorou MK, Williams BA, Dhanoa MS, McAllan AB, France J. A simple gas production method using a pressure transducer to determine the fermentation kinetics of ruminant feeds. Anim Feed Sci Technol 1994;(48):185-197. [ Links ]

18. Murillo OM, Herrera TE, Corral LA, Pámanes CG. Effect of inclusion of graded level of water hyacinth on in vitro gas production kinetics and chemical composition of alfalfa hay based beef cattle diets. Indian J Animal Res 2018;52(8):1298-1303. [ Links ]

19. Galyean ML. Laboratory Procedures in Animal Nutrition Research. 13th ed. Lubbock: USA; 2010. [ Links ]

0 2. Herrera-Torres E, Murillo-Ortiz M, Méndez J, Araiza-Rosales E, Reyes Jáquez D, Pámanes-Carrasco G. In vitro methane production and in situ degradability of prickly pear pretreated with yeast cultures. Trop Subtrop Agroecosystems 2021;(24):100. [ Links ]

21. Dehority BA. Rumen microbiology. Nottingham: Nottingham University Press; 2003:372. [ Links ]

22. Ogimoto K, Imai S. Atlas of Rumen Microbiology. Japan Sci Soc Press. Tokyo 1981:231. [ Links ]

23. Joblin KN. Isolation, enumeration and maintenance of rumen anaerobic fungi in roll tubes. Appl Environ Microbiol 1981(30):27-37. [ Links ]

24. Harrigan WF, McCance EM. Métodos de laboratorio en microbiología de los alimentos y productos lácteos. España: Ed. Academia. León, 1979;(32-35):361-366. [ Links ]

25. SAS. SAS User´s Guide (Release 9.1.3). Cary NY, USA. SAS Inst.Inc. 2003. [ Links ]

26. Çakaloğlu B, Özyurt VH, Ötles S. Cold press in oil extraction: A review. Ukr J Food 2018;7(4):640-654. [ Links ]

27. Hessle A, Eriksson M, Nadeau E, Turner T, Johansson B. Cold-pressed hempseed cake as a protein feed for growing cattle. Acta Agric Scand Anim Sci 2008;(58):136-145. [ Links ]

28. Östbring K, Malmqvist E, Nilsson K, Rosenlind I, Rayner M. The effects of oil extraction methods on recovery yield and emulsifying properties of proteins from rapeseed meal and press cake. Foods 2020;9(19):2-14. [ Links ]

29. Jarrell WM, Beverly RB. The dilution effect in plant nutrition studies. Adv Agron 1981;(34):197-224. [ Links ]

30. Ku-Vera JC, Jiménez-Ocampo R, Valencia-Salazar Sara S, Montoya-Flores MD, Molina-Botero IC, et al. Role of secondary plant metabolites on enteric methane mitigation in ruminants. Front Vet Sci 2020;7:1-14. [ Links ]

31. Kleinhenz MD. Plasma concentrations of eleven cannabinods in cattle following oral administration of industrial hemp. Appl Anim Sci 2020;36(4):489-494. [ Links ]

32. Cornette HE. Pharmacokinetics of single feeding of cannabidiol in cattle: A pilot study. Honors College Thesis, Murray State University Honors College, 2022. [ Links ]

33. Semwogerere F, Chenaimoyo LF, Katiyatiya1 OC, Chikwanhal MC, Cletos M. Bioavailability and bioefficacy of hemp by-Products in ruminant meat production and preservation: A Review. Front Vet Sci 2020;(7). [ Links ]

34. Ali EMM, Almagboul AZI, Khogali SME, Gergeir UMA. Antimicrobial activity of Cannabis sativa L. J Chinese Med 2012;3(6):1-4. [ Links ]

35. Belanche A, de la Fuente G, Pinloche E, Newbold CJ, Balcells J. Effect of diet and absence of protozoa on the rumen microbial community and on the representativeness of bacterial fractions used in the determination of microbial protein synthesis. J Anim Sci 2012;(90):3924-3936. [ Links ]

36. Wang S, Kreuzer M, Braun U, Schwarm A. Effect of unconventional oilseeds (safflower, poppy, hemp, camelina) on in vitro ruminal methane production and fermentation. J Sci Food Agric 2017;(97):3864-3870. [ Links ]

37. Getahun D, Alemneh T, Akeberegn D, Getabalew M, Sewdie D. Urea metabolism and recycling in ruminants. Biomed J Sci Tech Res 2019;20(1):14790-14796. [ Links ]

38. Karnati SKR, Sylvester JT, Ribiero DM, Gilligan LE, Firkins JL. Investigating unsaturated fat, monensin, or bromoethanesulfonate in continuous cultures retaining ruminal protozoa. I. Fermentation, biohydrogenation, and microbial protein synthesis. J Dairy Sci 2009;(92):3849-3860. [ Links ]

39. Guyader J, Eugéne M, Noziére P, Morgavi DP, Doreau M, Martin C. Influence of rumen protozoa on methane emission in ruminants: a meta-analysis approach. Animal 2014;8(11):1816-1825. [ Links ]

40. Embaby MG, Günal M, Abughazaleh A. Effect of unconventional oils on in vitro rumen methane production and fermentation. Cienc Investig Agrar 2019(46):276-285. [ Links ]

41. Patra A, Park T, Kim M, Yu Z. Rumen methanogens and mitigation of methane emission by anti-methanogenic compounds and substances. J Anim Sci Biotechnol 2017;(8):13. [ Links ]

Recibido: 06 de Abril de 2022; Aprobado: 04 de Noviembre de 2022

Creative Commons License This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License

 
CENID-Microbiología Animal, Km. 15.5 Carretera México-Toluca, Colonia Palo Alto, D.F., D.F., MX, 05110, 01 (55) 38 71 87 00