SciELO - Scientific Electronic Library Online

 
vol.10 número2Efecto de hidrogeles biodegradables sobre la retención de humedad y la germinación de alfalfaExtractos de plantas como bioestimulantes de crecimiento, rendimiento y calidad de fruto en pimiento morrón 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


Ecosistemas y recursos agropecuarios

versión On-line ISSN 2007-901Xversión impresa ISSN 2007-9028

Ecosistemas y recur. agropecuarios vol.10 no.2 Villahermosa may./ago. 2023  Epub 22-Sep-2023

https://doi.org/10.19136/era.a10n2.3545 

Artículos científicos

Nivel de proteína y energía en la fermentación in vitro de dietas para borregos

Level of protein and energy on the in vitro fermentation of diets for lambs

Asael Edem De la Rosa-Zariñana1 
http://orcid.org/0000-0003-3278-6725

Luis Alberto Miranda-Romero1   
http://orcid.org/0000-0003-0342-7897

Pedro Arturo Martínez-Hernández1 
http://orcid.org/0000-0003-2197-3736

Luis Manuel Vargas-Villamil2 
http://orcid.org/0000-0001-8983-149X

Amr Elmasry3 
http://orcid.org/0000-0003-1402-636X

1Posgrado en Producción Animal, Departamento de Zootecnia, Universidad Autónoma Chapingo. Km. 38.5 Carretera México - Texcoco Chapingo, CP. 56230. Texcoco, Estado de México, México.

2Posgrado en Ciencias Agrícolas en el Trópico, Colegio de Posgraduados campus Tabasco. Periférico Carlos A. Molina S/N Km. 3, Ranchería Río Seco y Montaña, CP. 86500. Heroica Cárdenas, Tabasco, México.

3Botany Department, Faculty of Agriculture, Menoufia University. Shibin El-Kom 32514, Egypt.


Resumen.

La eficiencia de utilización ruminal del alimento, entre otras razones, depende del nivel de energía y proteína contenida en el mismo. Con el objetivo de determinar el efecto del nivel de energía y proteína del alimento en la digestibilidad (DIVMS72h), el volumen (Vm), tasa (S) y fase Lag (L) de la producción de gas; las fracciones de fermentación rápida (FFR), media (FFM) y lenta (FFL); la producción de metano, el indicador del potencial de calentamiento global (IPCG) e índice de impacto ambiental (IIA), se formularon cinco dietas de acuerdo con el nivel de energía metabolizable (EM, Mcal kg-1 MS) y proteína cruda (PC, %); BB; 2.6 y 13.8, MM; 2.8 y 16, AA; 3.0 y 17.2, AB; 2.8 y 14.5, BA; 2.6 y 17.2 en EM y PC. La S fue superior (p < 0.05) en las dietas AA y AB, el Vm fue menor (p < 0.05) para la dieta BA. La dieta AA tuvo las mayores (p < 0.05) FFR y FFM. Las dietas BA y BB tuvieron la mayor (p < 0.05) FFL, pero menor DIVMS72h (p < 0.05). Respecto al impacto ambiental, la dieta BB produjo la mayor proporción (p < 0.05) de CH4, IPCG e IIA. Se concluye que las dietas con mayor contenido de carbohidratos no estructurales tienen mejor cinética fermentativa y digestibilidades, también generan menores proporciones de CH4, IPCG y IIA, estos últimos pueden usarse como indicadores del impacto ambiental ya que consideran el CO2 y CH4 producidos por los consorcios microbianos del rumen.

Palabras-clave: Digestibilidad; engorda intensiva; fracciones fermentables; impacto ambiental; técnica de producción de gas

Abstract.

The ruminal utilization efficiency of the feed, among other rea- sons, depends on the level of energy and protein it contains. To determine the effect of the energy and protein level of the feed on digestibility (IVMD72h), volume (Vm), rate (S) and Lag phase (L) of gas production; the fast (FFR), medium (MFF) and slow (SFF) fermentation fractions; methane production, the global warming potential indicator (GWPI) and environmental impact index (EII), five diets were formulated according to the level of metabolizable energy (ME, Mcal kg-1 DM) and crude protein (PC , %); BB; 2.6 and 13.8, MM; 2.8 and 16, AA; 3.0 and 17.2, AB; 2.8 and 14.5, BA; 2.6 and 17.2 on EM and PC. The S was higher (p < 0.05) in the AA and AB diets, the Vm was lower (p < 0.05) for the BA diet. The AA diet had the highest (p < 0.05) FFR and FFM. The BA and BB diets had the highest (p < 0.05) FFL, but the lowest IVMD72h (p < 0.05). Regarding the environmental impact, the BB diet produced the highest proportion (p < 0.05) of CH4, GWPI and EII. It is concluded that diets with a higher content of non-structural carbohydrates have better fermentative kinetics and digestibilities, they also generate lower proportions of CH4, IPCG and EII, the latter can be used as indicators of environmental impact since they consider the CO2 and CH4 produced by the consortia. rumen microbials.

Key words: Digestibilit; intensive fattening; fermentable fractions; environmental impact; and gas production technique

Introducción

En los sistemas de producción intensiva, el uso de concentrado en las raciones para la engorda de ovinos es cada vez mayor (Arjmand et al. 2022, Hernández-de los Santos et al. 2022) y, en consecuencia, los costos de alimentación son mayores debido al alza del precio del maíz y sorgo, el cual incrementa año con año (Mestra et al. 2020, Velázquez-Duarte et al. 2022). El problema se agudiza cuando las dietas comerciales y balanceadas son utilizadas deficientemente por el rumiante (Martínez et al. 2007, Salinas-Chavira et al. 2011, Chiriguay 2023). El nivel de energía y proteína en el alimento es determinante en la respuesta productiva y la eficiencia de utilización del alimento por los rumiantes (De Azevedo et al. 2021, Sileshi et al. 2021, Kazemi-Bonchenari et al. 2022), relacionadas con la eficiencia en la fermentación microbiana ruminal. En este sentido, es importante evaluar el efecto del nivel de energía y pro- teína de dietas formuladas para la engorda intensiva de borregos en la actividad fermentativa de los consorcios microbianos del rumen. En estos sistemas el contenido de EM y PC fluctúan entre 2.4 y 2.8 Mcal kg-1, y de 14 a 16% (NRC 2007), con lo cual se espera una ganancia diaria de peso (GDP) de 250 a 300 g día-1.

Por otro lado, la técnica de producción de gas in vitro (TPG) es un procedimiento práctico que permite estimar indirectamente la extensión y cinética de fermentación de los alimentos (Aragadvay-Yungán et al. 2022). El gas derivado de la fermentación ruminal in vitro está relacionado principalmente, pero no exclusivamente, con el contenido de carbohidratos fermentables no estructurales (azúcares solubles y almidón) y estructurales (celulosa, hemicelulosa y pectina) del alimento (Murillo et al. 2012, Tirado-González et al. 2016, Villalba et al. 2021), la producción de ácidos grasos volátiles (Huertas-Molina et al. 2020) y, por lo tanto, con el contenido de energía del alimento y la síntesis de biomasa microbiana (Opatpatanakit et al. 1994, Schofield et al. 1994, Castillo-López y Domínguez-Ordóñez 2019, Gutiérrez-Fidencio et al. 2023). Al respecto, Miranda-Romero et al. (2020), propusieron la aplicación de la TPG para estimar, no solo la extensión y cinética de fermentación del alimento, sino también las fracciones de fermentación rápida, media y lenta, asociadas a carbohidratos solubles, almidón y celulosa; así como para estimar indicadores de impacto ambiental como la producción de metano, el indicador del potencial de calentamiento global (IPCG) y el índice de impacto ambiental (IIA) (Martínez-Hernández et al. 2019). Al respecto Cui et al. (2019), hallaron que el nivel de energía y proteína de la dieta tiene efecto en la composición e interacciones de la comunidad microbiana ruminal, lo cual puede tener importancia para definir estrategias en el uso óptimo de nutrientes. Por ejemplo, Zhang et al. (2020) discuten en su experimento que una adición adecuada de Urtica cannabina a Leymus chinensis puede mejorar el balance de energía y proteína para promover la reproducción de los microorganismos del rumen. Por ende, el objetivo de la presente investigación fue evaluar el efecto del nivel de energía metabolizable y proteína cruda de dietas dentro del intervalo para la engorda intensiva de ovinos, en la digestibilidad, cinética de fermentación, fracciones fermentables e indicadores de impacto ambiental in vitro.

Materiales y métodos

Lugar y tratamientos

Esta investigación se realizó en el Laboratorio de Microbiología Pecuaria del Departamento de Enseñanza, Investigación y Servicio en Zootecnia de la Universidad Autónoma Chapingo, México. Los tratamientos consistieron en cinco dietas de acuerdo con el contenido de energía metabolizable (EM, Mcal kg-1MS) y proteína cruda (PC, %); tres balanceadas a nivel bajo (BB; 2.6 y 13.8), medio (MM; 2.8 y 16) y alto (AA; 3.0 y 17.2); y dos desbalanceadas (AB, 2.8 y 14.5; BA, 2.6 y 17.2) en EM y PC (NRC, 2007). A las dietas se les determinó el contenido de pro- teína cruda (PC), cenizas (Ce), extracto etéreo (EE) y materia seca (MS) (AOAC 1990); así como la fibra detergente neutro (FDN) y fibra detergente ácido (FDA) (Van-Soest et al. 1991). La composición de las dietas se presenta en la Tabla 1.

Tabla 1 Composición de dietas para la engorda intensiva de ovinos. 

*Dieta
Ingredientes (%) MM AA AB BA BB
Maíz rolado 25 27 25 15 20
Sorgo 28 25 32 22.6 30.8
Rastrojo de maíz 15 13 15 27 25
Pasta de soya 11.1 15.4 7.1 13.5 7.3
Cascarilla de soya 67 2 7 7 5
Gluten de maíz 4 4 4 6 3
Melaza 5 5 5 5 5
Grasa animal 1 4.8 1 0 0
Sal mineral 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
CaCO3 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4
Sal común 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
Urea 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
**Relación F:C 22:78 15:85 22:78 34:66 30:70
Nutrientes (%)
MS 87.6 88.1 87.5 86.6 86.5
Ce 6.6 7.5 7.4 8.3 8.0
EE 3.7 7.3 3.7 2.3 2.5
FDN 24.2 20.1 24.2 31.9 29.1
FDA 13.7 10.8 13.6 18.8 16.7
PC 16 17.2 14.5 17.2 13.8
EM, (Mcal kg-1 MS)1 2.8 3 2.8 2.6 2.6

PC, proteína cruda; EM, energía metabolizable; MS, materia seca; Ce; cenizas; EE, extracto etéreo; FDN, fibra detergente neutro; FDA, fibra detergente ácido. 1 valor estimado. * Tratamientos con diferente contenido de energía metabolizable (EM, Mcal kg-1 MS) y proteína cruda (PC, %); MM (2.8:16), AA (3.0:17.2), AB (2.8:14.5), BA (2.6:17.2) y BB (2.6:13.8). ** F:C, Proporción forraje:concentrado en las dietas.

Cinética de la producción de gas de fermentación, degradación de la materia seca y fracciones fermentables in vitro

La fermentación de las dietas se midió indirectamente por TPG (Menke y Steingass 1988, Theodorou et al. 1994), para lo cual en frascos de vidrio color ámbar de 125 mL de capacidad, se colocaron 500 mg de MS de cada dieta, 90 mL de inóculo ruminal y, simultáneamente, un flujo continuo de CO2. Los frascos fueron tapados herméticamente con un tapón de goma y aro de aluminio, e incubados en baño María a 39 °C.

Posteriormente, se midió la presión generada por el gas de fermentación, con manómetro de 0.0 a 1.0 kg cm−2 de capacidad (METRON®, 51100) a las 0, 2, 4, 6, 8, 10, 14, 18, 24, 30, 36, 42, 48, 60 y 72 h de incubación. Los valores de presión se transformaron a volumen de gas (V; mL g-1 MS) de acuerdo con el modelo de regresión lineal V mL=Pkg cm-2+0.04950.0185 , el cual se obtuvo relacionando la presión (P) generada por volúmenes conocidos de aire inyectado a los frascos mantenidos en las mismas condiciones de manejo. Al final del periodo de in- cubación, el contenido residual de los frascos se filtró a través de papel filtro previamente pesado, se secó a 65 °C por 48 h en estufa de aire forzado y se pesó para obtener la materia seca residual del alimento por diferencia de peso. La metodología para la determinación de la producción de gas de fermentación se repitió dos veces en el tiempo.

El inóculo ruminal se obtuvo de novillos en ayuno por 12 h canulados en rumen y adaptados a una dieta de mantenimiento (70:30% de F:C), bajo la norma de cuidado animal NOM-062-ZOO (SAGARPA 2001). La muestra de contenido ruminal fue transportada inmediatamente en un termo al laboratorio y se filtró a través de cuatro capas de tela de gasa y se mezcló con una solución mineral reducida en una proporción 1:9 (v/v). Cada litro de solución mineral contenía K2HPO4 (0.45 g), KH2PO4 (0.45 g), (NH4)2SO4 (0.45 g), NaCl (0.90 g), MgSO4 (0.18 g), CaCl2 (0.12 g), Na2CO3 (4 g), la cual fue reducida con 20 mL L-1 de una solución compuesta de Na2S (0.2 g) y L-cisteína (0.2 g) disueltas en solución de NaOH (0.8 mL L-1). Como indicador de la reducción, se adicionaron dos gotas de rezarzurina al 0.1% p/v (Miranda-Romero et al. 2020).

El volumen de gas acumulado en función del tiempo de incubación se usó para estimar los parámetros de la cinética de producción de gas: volumen máximo (Vm; mL g-1 MS), tasa (S; mL h-1) y fase lag (L; h), del modelo logístico Vo=Vm/(1+e2-4kt-L) (Schofield et al. 1994) y el procedimiento NLIN (SAS 2015).

La digestibilidad in vitro de la MS a 72 h (DIVMS 72h ) se calculó con la MS inicial adicionada a cada frasco y la MS residual obtenida por filtración, usando la siguiente formula:

DIV MS72h=MSinicial-MSresidualMSinicial*100

El volumen acumulado de gas se utilizó también para calcular las fracciones fermentables de acuerdo con el siguiente procedimiento: se obtuvieron los volúmenes fraccionales (Vf) de gas acumulado para los intervalos de 0 a 8 (V f 0−8h ), 8 a 24 (V f 8−24h) y de 24 a 72 (V f24−72h ) horas de incubación Miranda-Romero et al. 2020). Con estos volúmenes fraccionales de gas se obtuvo el porcentaje de la fracción de fermentación rápida (% FFR), media (% FFM) y lenta (% FFL) en relación con el volumen total de gas a 72 h de incubación.

Indicadores de impacto ambiental

Otra muestra de MS de cada dieta se fermentó in vitro, siguiendo el mismo procedimiento descrito anteriormente, con las siguientes modificaciones: la incubación se llevó a 39 °C por 24 horas en baño María, la medición del volumen de gas (V) se realizó a 0, 6, 12, 18 y 24 h de incubación con una jeringa de vidrio de 50 mL de capacidad. En cada medición, el gas atrapado en la jeringa se transfirió cuidadosamente a otro frasco de 60 mL de capacidad cerrado herméticamente con tapón de goma y aro de aluminio, que contenía 45 mL de una solución de KOH (1 M) para capturar el dióxido de carbono (CO2) de la mezcla de gases, para después medir el volumen de gas que retornó a la jeringa, el cual correspondió a la cantidad de metano más gases menores (V CH4+GM ). Los valores de V CH4+GM se ajustaron a metano teórico (V CH4 ) con el factor de 0.77, de acuerdo con la proporción de metano determinada en la muestra de gas generado en el rumen (Zhong et al. 2016). La diferencia del V menos el V CH4+GM correspondió al volumen de CO2 (V CO2 ). Este procedimiento ser repitió dos veces en el tiempo y los valores de V, V CH4+GM , V CO2 y V CH4 se expresaron en % y mL g-1 MS en 24 horas de incubación.

Los valores de V CO2 y V CH4 se utilizaron para calcular el IPCG (mL CO2 eq g-1 MS) de acuerdo con la siguiente ecuación: IPCG = [CO2 (mL g-1MS) + CH4 (mL g-1MS) * 23] ; dónde la constante 23 corresponde a los equivalentes de CO2 para el CH4 (Berra et al. 2009, Paredes 2022). Mientras que los valores del IPCG y V se utilizaron para calcular el IIA (CO2 eq) de acuerdo con la siguiente relación: IIA=IPCGVT

Análisis estadístico

Se utilizó un diseño experimental de bloques generalizados con cinco tratamientos y seis repeticiones de tratamiento en cada bloque. El bloque correspondió a la repetición en el tiempo y los tratamientos (MM, AA, AB, BA y BB) a las dietas usadas para fermentación. Se usó el procedimiento GLM y la prueba de comparación múltiple de medias de Tukey (SAS 2015).

Yijk=μ+τi+βj+(τβ)ij+εijk

Donde: Y ijk = variable respuesta correspondiente al tratamiento i, bloque j y observación k, µ = media general τ i = efecto fijo del i-ésimo tratamiento, i = 1, 2, ... 5, β j = efecto del j-ésimo bloque, j = 1 y 2, (τβ)ij = efecto de la interacción del bloque por tratamiento, ε ijk = error aleatorio asociado con la k-ésima observación de la variable de respuesta en el tratamiento i y bloque j. Se asume ε ijk ∼NIID (0, σ2ε).

Resultados

En la Tabla 1 se presenta la composición de ingredientes alimenticios y nutrientes de las dietas usadas en la investigación. Las dietas MM y AB tuvieron la misma proporción F:C debido a que contuvieron el mismo nivel de energía (2.8 Mcal kg-1 MS).

Los parámetros de la cinética de producción de gas: Vm, S y L se presentan en la Tabla 2. La fase L fue la misma (p > 0.05) para las dietas balanceadas (AA, MM y BB) y las desbalanceadas (AB, BA) y tuvo un valor de 4.24 h. La S de producción de gas fue mayor (p < 0.05) en las dietas balanceadas con niveles de EM y PC medios o altos (MM, AA), en comparación con las dietas bajas en energía (BA, BB). El Vm de gas, el cual indica la extensión de la fermentación, fue menor (p < 0.05) en la dieta desbalanceada con exceso de proteína y deficiencia de energía (BA), con respecto a las otras dietas (Tabla 2). El Vm y L fue igual (p > 0.05) para las tres dietas balanceadas BB, MM y AA.

Tabla 2 Parámetros de la cinética de producción de gas in vitro de las dietas para ovinos en engorda. 

Dieta Párametro
EM PC L S Vm
Mcal kg-1 MS % h mL h-1 mL g-1
MM 2.8 16.0 4.24 a 0.038 a 488.7 a
AA 3.0 17.2 4.24 a 0.038 a 477.5 ab
AB 2.8 14.5 4.24 a 0.036 ab 491.8 a
BA 2.6 17.2 4.24 a 0.034 b 462.1 b
BB 2.6 13.8 4.24 a 0.035 b 493.2 a

abc medias con literal distinta en la misma columna son diferentes (p < 0.05). L, fase lag; S, tasa de fermentación; Vm, volumen máximo de gas; PC, proteína cruda, EM, energía metabolizable. MM, AA, AB, BA, BB; dietas con niveles altos o bajos de EM o PC.

En la Tabla 3 se muestran los valores de las fracciones fermentables. La FFR y la FFM en la dieta balanceada a nivel alto de EM y PC (AA), fueron mayores (p < 0.05) en comparación a la dieta balanceada a niveles bajos de EM y PC (BB) y a las dietas desbalanceadas (AB y BA).

Tabla 3 Fracciones fermentables y digestibilidad in vitro de la materia seca (DI- VMS72h) de las dietas para ovinos de engorda a 72 h. 

Tratamiento Fracciones fermentables DIVMS 72h
EM PC FFR FFM FFL %
Mcal kg-1 MS % .--- % ----.
MM 2.8 16.0 20.8 b 51.8 a 27.4b 77.4a
AA 3.0 17.2 21.9 a 52.3 a 25.8c 75.3b
AB 2.8 14.5 20.4 b 50.4 b 29.2a 74.5b
BA 2.6 17.2 20.6 b 49.0 c 30.3a 69.4c
BB 2.6 13.8 19.9 b 49.8 bc 30.3a 70.9c

abcMedias con literales distintas en la misma columna son diferentes (p < 0.05). FFR, FFM, FFL, fracciones de fermentación rápida, media y lenta.

La FFR es igual (p > 0.05) para ambas dietas desbalanceadas (AB y BA), mientras que la FFM fue mayor (p < 0.05) para la dieta AB respecto a BA. Por otro lado, al comparar las dietas altas en energía (AB y AA), se observó que las FFR y FFM son menores para la dieta desbalanceada AB. La FFL fue mayor (p < 0.05) en las dietas bajas en energía BA y BB en comparación con las dietas MM y AA. La dieta des- balanceada con un exceso de EM y escasa cantidad de PC (AB) tuvo mayor FFL. La DIVMS72h, fue mayor (p < 0.05) para la dieta balanceada a nivel medio MM con respecto a las dietas bajas en EM (BA y BB) o con las dietas altas en energía (AA y AB).

Los indicadores de impacto ambiental se muestran en la Tabla 4. La suma de CH4 y CO2 fue en promedio de 96%. La proporción de CH4 varió (p < 0.05) entre tratamientos de 10.5 a 13.5%. Las dietas bajas en EM (BB y BA) produjeron el mayor porcentaje de CH4 (p < 0.05) en comparación con las dietas con nivel medio o alto de EM (MM, AA y AB; Tabla 4). Por otro lado, la dieta AA produjo mayor V 24h (p < 0.05) en comparación con las dietas BA y BB. La dieta baja en EM y alta el PC (BA) tuvo el menor V 24h (p < 0.05), inclusive que la dieta balanceada a bajo nivel (BB) y la desbalanceada (AB).

Tabla 4 Indicadores de impacto ambiental y producción de gas in vitro a 24 h de incubación a 39 °C de dietas para ovinos de engorda. 

Tratamiento Indicadores de impacto ambiental
EM PC *V 24h CO2 CH4 IPCG IIA
Mcal kg-1 MS % mL g-1 MS % % mL CO2 eq g-1MS CO2 eq
MM 2.8 16.0 211.8 ab 86.4 a 10.5 c 692.0 b 3.3 c
AA 3.0 17.2 218.2 a 85.3 ab 11.4 bc 754.9 ab 3.5 bc
AB 2.8 14.5 215.2 a 85.8 a 10.9 c 722.2 b 3.4 c
BA 2.6 17.2 198.1 c 83.1 bc 13.0 ab 757.3 ab 3.8 ab
BB 2.6 13.8 207.0 b 82.5 c 13.5 a 809.8 a 3.9 a

V 24h , volumen de gas a 24 h; IPCG, indicador del potencial de calentamiento global; IIA, índice de impacto ambiental. abcMedias con literales distintas en la misma columna son diferentes (p < 0.05)

Con relación al IPCG (Tabla 4), la dieta BB causó mayor (p < 0.05) IPCG que la dieta balanceada a nivel medio (MM) y la desbalanceada deficiente en proteína (AB). Por otra parte, el IIA es un valor de comparación para estimar que tanto más un alimento impacta al ambiente con respecto a otro, y este valor está en función de la cantidad de CH4 producida. Para esto se asumió que el volumen (V 24h ) equivale en su totalidad a CO2 eq. El IIA para las dietas varió entre 3.3 y 3.9 (Tabla 4). Las dietas bajas en energía (BB y BA) tienen mayor IIA (p < 0.05) en comparación con las dietas con un contenido medio y alto en EM (MM y AB).

Discusión

La extensión de la fermentación (Vm) y la fase Lag (L) no fueron afectadas por el nivel de EM y PC en la dieta dentro de intervalo investigado, siempre y cuando se encuentren balanceadas. El desbalance de EM y PC disminuyó la tasa (S) y el Vm de la producción de gas; en particular con la dieta BA (Tabla 2). Lo anterior se atribuyó, por un lado, al exceso de PC ya que por ser deficiente en EM la microbiota fermenta más activamente la proteína con el fin de generar suficiente ATP para sus funciones, sin embargo, este proceso produce escasa cantidad de gas (Makkar 2004) y, por otra parte, debido a que la energía es más determinante que la proteína en la fermentación ruminal, tal como se de- mostró in vivo para variables productivas (Cui et al. 2019) y en estudios in situ para la proporción de ácidos grasos volátiles (Beckett et al. 2021) y, por consiguiente, en la producción de gas (Karabulut et al. 2007). El Vm obtenido varió de 462 a 493 mL g-1 MS, similar a otras investigaciones en las que se fermentaron granos o dietas altas en concentrado (Bueno et al. 2005, Sánchez et al. 2019), el cual es mayor al producido por forrajes verdes y rastrojos (127 y 238 mL g-1 MO; Calabro et al. 2005). Esto es debido a que los granos y las dietas altas en concentrados contienen mayor cantidad de carbohidratos no estructurales (azúcares solubles y almidón) en contraste a los forrajes (Bernal-Barragan et al. 2022).

En esta investigación, las diferencias en las fracciones de fermentación FFR y FFM entre los tratamientos, se asocian básicamente al contenido de concentrado (carbohidratos solubles y polisacáridos de reserva, no estructurales) como se aprecia en la Tabla 1 (Ruiz et al. 2018, Ramírez-Díaz et al. 2020). El incremento de concentrado en una dieta induce mayor producción de gas (Miranda-Romero et al. 2020). De igual forma, estos autores señalan que la FFL se relaciona con carbohidratos estructurales como la celulosa, lo cual se puede observar en dietas con alta proporción de forraje. No obstante, un desbalance con menor cantidad de PC puede ocasionar una fermentación tardía de los carbohidratos no estructurales, en virtud de que causa baja biomasa microbiana.

La cantidad de forraje incluido en las dietas fue determinante en la digestibilidad, la dieta MM con menor proporción de forraje tuvo mayor digestibilidad en comparación con las dietas con altas cantidades de fibra (BA y BB), lo que concuerda con lo observado por Gurrola et al. (2014) . Sin embargo, la inclusión de un alto contenido de grasa para elevar el valor de energía y EE puede disminuir la digestibilidad (Harahap et al. 2022), aun cuando el alimento contenga alta cantidad de concentrado o carbohidratos no estructurales. De igual forma, un desbalance en el nivel de PC puede ocasionar baja digestibilidad de la dieta (Bastida-García et al. 2011). Lo anterior demuestra que la adición de grasa y/o el desbalance de EM y PC, como se observó para las dietas AA y AB en el experimento, pueden ocasionar que un alimento muestre alta digestibilidad, pero menor fermentabilidad, o viceversa. Inclusive si la dieta contiene ingredientes con compuestos secundarios antinutricionales (Jiménez-Santiago et al. 2019).

Por otro lado, el incremento de la cantidad de CH4 tuvo una concomitante disminución de la proporción de CO2, observado también por Culma et al. (2017). Los valores de CH4 hallados en este experimento son similares a los reportados para dietas altas en granos (Martínez-Hernández et al. 2019). La mayor cantidad de CH4 en las dietas con elevadas cantidades de forraje (BA y BB) se atribuye a que tales dietas fomentan la actividad y crecimiento de las bacterias fibrolíticas del rumen, las cuales son las principales productoras de H2 y CO2, moléculas pre- cursoras para la síntesis de CH4 (Vélez-Terranova et al. 2014). No obstante, una deficiencia en EM y un exceso de PC puede ocasionar un mal uso ruminal del alimento en las primeras 24 h de incubación, debido a que los microorganismos deben fermentar la proteína para fines energéticos y, por consiguiente, la producción de gas es menor (Rodríguez et al. 2007, Phesatcha et al. 2022).

Con respecto al IPCG, puede ser un valor más acorde al impacto ambiental relacionado al calentamiento global, que la sola medición de CH4, ya que para el cálculo del IPCG se consideraron la producción de los dos gases de efecto invernadero mayormente producidos en el rumen (CO2 y CH4) y su equivalencia calorífica (Sandoval-Pelcastre et al. 2020). El valor de CH4 estimado por otras metodologías, es útil para comparar el efecto de un tratamiento, pero no el impacto ambiental. El valor de metano es más bajo que el IPCG, y éste último es mayor cuanto más alto sea la producción de metano. El IPCG es un indicador del potencial de calentamiento causado por la fermentación ruminal de un gramo de MS en 24 h de incubación. Por otro lado, no hay referencias del IPCG en la literatura científica para compararlos con los encontrados en esta investigación; sin embargo, el IPCC (2006) ha calculado un indicador conocido como factor de emisión (FE) el cual se calcula con base en la energía bruta y el porcentaje de esta energía en la alimentación con- vertida en metano (Ym). El FE es mayor en animales que consumen dietas bajas en energía y altas en fibra, en contraste con aquellas altas en energía y bajas en fibra, las cuales reducen el factor de emisión (Lombardi et al. 2021), efecto que se corrobora mediante el IPCG medido en este experimento con las dietas BA, BB, MM y AA. El IPCG tiene la ventaja de poderse medir para cada tipo y manejo de alimento mediante la técnica de producción de gas, mientras que el FE es un valor fijo que estima de forma general el impacto en el calentamiento global.

El otro indicador propuesto en esta investigación es el IIA, como era de esperar este índice se relaciona fuertemente con la producción de metano y con en el contenido de forraje y FDN del alimento. Por ejemplo, las dietas BA y BB tuvieron valores de IIA mayores que las dietas MM y AB. En general, el IIA encontrados en esta investigación, son propios de dietas altas en concentrado y EM, y se espera que cuando se usan forrajes o dietas altas en forraje su valor es sustancialmente mayor.

Conclusiones

Independiente del nivel de energía metabolizable y de proteína cruda en dietas para la engorda intensiva de ovinos, es fundamental que se encuentren balanceados con el fin de eficientizar la fermentación y digestión ruminal in vitro, y reducir el impacto a ambiental relacionado al calentamiento global. El desbalance de estos nutrientes, en particular con exceso de proteína, ocasiona mayor valor de indicadores de impacto ambiental (IPCG, IIA, %CH4), menores fracciones fermentables (FFR, FFM), DIVMS y menor extensión de la fermentación (Vm) del alimento.

Agradecimientos

El primer autor agradece al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología por la beca asignada para sus estudios de posgrado, así como al Programa de Doctorado en Ciencias en Innovación Ganadera de la Universidad Autónoma Chapingo.

Literatura citada

AOAC (1990) Official Methods of Analysis. 15th Edition. Association of Official Agricultural Chemists. Washington DC, USA. 2000p. [ Links ]

Aragadvay-Yungán R, Rodríguez MB, Basantes-Basantes E, Cando ÁC (2022) Valor nutricional, producción de gas in vitro y degradación ruminal in situ de ensilaje de maíz enriquecido con Saccharomyces cerevisiae. Revista de Investigaciones Veterinarias del Perú 33: e20890-e20890. DOI: 10.15381/rivep.v33i1.20890. [ Links ]

Arjmand M, Kiani A, Azizi A, Fadayifar A, Azarfar A, Ponnampalam EN (2022) Effects of dietary concentrate level and feeding length on nutrient digestibility, rumen hydrolytic enzymes activity, intermediary metabolites, and feeding behavior in growing fat-tailed lambs: Iranian feedlot system. Small Ruminant Research 217: 106832. DOI: 10.1016/j.smallrumres.2022.106832. [ Links ]

Bastida-García J, González-Ronquillo M, Dominguez-Vara I, Romero-Bernal J, Castelan-Ortega O (2011) Effect of field pea (Pisum sativum L.) level on intake, digestion, ruminal fermentation and in vitro gas production in sheep fed maintenance diets. Animal Science Journal 82: 654-662. [ Links ]

Beckett L, Gleason CB, Bedford A, Liebe D, Yohe TT, Hall MB, White RR (2021) Rumen volatile fatty acid molar proportions, rumen epithelial gene expression, and blood metabolite concentration responses to ruminally degradable starch and fiber supplies. Journal of Dairy Science 104: 8857-8869. [ Links ]

Bernal-Barragán H, Perrusquía-Tejeida VM, Vásquez-Aguilar NC, González-Rodríguez H (2022) Determinación de la producción de gas in vitro, contenido de nutrientes y energía metabolizable de forrajes y suplementos para ovinos y caprinos. Ciencia UANL 115: 40-47. [ Links ]

Berra G, Finster L, Valtorta SE (2009) Una técnica sencilla para la medición de emisiones de metano entérico en vaca. Revista FAVE-Ciencias Veterinarias 8: 49-56. [ Links ]

Bueno IC, Cabral FSL, Gobbo SP, Louvandini H, Vitti DM, Abdalla AL (2005) Influence of inoculum source in a gas production method. Animal Feed Science and Technology 123: 95-105. [ Links ]

Calabro S, López S, Piccolo V, Dijkstra J, Dhanoa MS, France J (2005) Comparative analysis of gas production profiles obtained with buffalo and sheep ruminal fluid as the source of inoculum. Animal Feed Science and Technology 123: 51-65. [ Links ]

Castillo-López E, Domínguez-Ordóñez MG (2019) Factores que afectan la composición microbiana ruminal y métodos para determinar el rendimiento de la proteína microbiana. Revista Mexicana de Ciencias Pecuarias 10: 120-148. [ Links ]

Chiriguay BWG (2023) Modelo matemático de optimización alimenticia para la eficiencia productiva del ganado vacuno en el Ecuador. Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar 7: 9162-9177. [ Links ]

Cui K, Qi M, Wang S, Diao Q, Zhang N (2019) Dietary energy and protein levels influenced the growth performance, ruminal morphology and fermentation and microbial diversity of lambs. Scientific Reports 9: 16612. DOI: 10.1038/s41598-019-53279-y. [ Links ]

Culma NYM, de Jesús RG, Suárez NEA, Herrera FV (2017) Alternativas nutricionales para disminuir emisiones de gas metano por bovinos y su efecto en el calentamiento global. Ciencias Agropecuarias 3: 8-17. [ Links ]

De Azevedo EB, Savian JV, do Amaral GA, de David DB, Gere JI, Kohmann MM, de Faccio CPC (2021) Feed intake, methane yield, and efficiency of utilization of energy and nitrogen by sheep fed tropical grasses. Tropical Animal Health and Production 53(5): 452. DOI: 10.1007/s11250-021-02928-4. [ Links ]

Gurrola AG, Hernández MP, Duran RR, Ramírez JCR, Gurrola JAG, Mormita MG, García LS (2014) Efecto de la inclusión del fruto de Guazuma ulmifolia como sustituto de maíz en la dieta sobre el comportamiento productivo y rendimiento en canal de ovinos Pelibuey. Tropical and Subtropical Agroecosystems 17: 215- 222. [ Links ]

Gutiérrez-Fidencio M, Crosby-Galván MM, Ramírez-Bribiesca JE, Sánchez-Villarreal A, Hérnandez-Rodríguez M, López-Rosas I, Ramírez-Mella M (2023) Efecto del rizoma de Zingiber officinale sobre la fermentación ruminal y producción de metano in vitro. Ecosistemas y Recursos Agropecuarios, 10(1): e3570. DOI: 10.19136/era.a10n1.3570. [ Links ]

Harahap RP, Suharti S, Ridla M, Laconi EB, Nahrowi N, Irawan A, Jayanegara A (2022) Meta-analysis of dietary chitosan effects on performance, nutrient utilization, and product characteristics of ruminants. Animal Science Journal 93(1): e13676. DOI: 10.1111/asj.13676. [ Links ]

Hernández-de los Santos AD, Duran-Zamora EM, Luna-Palomera C, López-Durán S, Vázquez-Martínez IM, Muñoz-Osorio GA, Chay-Canul AJ (2022) Crecimiento post-destete y rentabilidad de corderos Pelibuey suplementados con tres diferentes concentrados comerciales en Tabasco, México. Ecosistemas y Recursos Agropecuarios 9(2): e3148. DOI: 10.19136/era.a9n2.3148. [ Links ]

Huertas-Molina OF, Londoño-Vásquez D, Olivera-Angel M (2020) Hipercetonemia: bioquímica de la producción de ácidos grasos volátiles y su metabolismo hepático, Revista UDCA Actualidad & Divulgación Científica 23(1): e1304. DOI: 10.31910/rudca.v23.n1.2020.1304. [ Links ]

IPCC (2006) Guidelines for national greenhouse gas inventories. Agriculture, forestry and other land use. Intergovernmental Panel on Climate Change. 87p. https://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/2006gl/spanish/vol4.html . Fecha de consulta: 31 de julio de 2022. [ Links ]

Jiménez-Santiago A, Jiménez-Ferrer G, Alayón-Gamboa A, Pérez-Luna EDJ, Piñeiro-Vázquez AT, Albores-Moreno S, Castro-Chan R (2019) Fermentación ruminal y producción de metano usando la técnica de gas in vitro en forrajes de un sistema silvopastoril de ovinos de Chiapas, México. Revista Mexicana de Ciencias Pecuarias 10: 298-314. [ Links ]

Karabulut A, Canbolat O, Kalkan H, Gurbuzol F, Sucu E, Filya I (2007) Comparison of in vitro gas production, metabolizable energy, organic matter digestibility and microbial protein production of some legume hays. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences 20: 517-522. [ Links ]

Kazemi-Bonchenari M, Khanaki H, Jafari A, Eghbali M, Poorhamdollah M, Ghaffari MH (2022) Milk feeding level and starter protein content: Effects on growth performance, blood metabolites, and urinary purine derivatives of Holstein dairy calves. Journal of Dairy Science 105: 1115-1130. [ Links ]

Lombardi B, Alvarado PI, Ricci P, Guzmán SA, Gonda HL, Juliarena MP (2021) Methane and nitrous oxide emissions from dung patches deposited by grazing cattle supplemented with maize grain. Animal Feed Science and Technology 279: e115029. DOI: 10.1016/j.anifeedsci.2021.115029. [ Links ]

Mestra LI, Santana M O, Mejia L ., Ortiz CR, Paternina SE (2020) Caracterización de sistemas de alimentación de ovinos en el departamento de Córdoba, Colombia. Archivos de zootecnia 69: 432-443. [ Links ]

Makkar HP (2004) Recent advances in the in vitro gas method for evaluation of nutritional quality of feed resources. Assessing quality and safety of animal feeds 160: 55-88. [ Links ]

Martínez GDM, Pérez FXP, Mella MR, Delgadillo MAM, Rangel HL, Barcena GRB (2007) Evaluación de alimentos integrales para el engorde intensivo de ovinos. Revista Científica 17: 72-82. [ Links ]

Martínez-Hernández BE, Salvador-Flores O, Miranda-Romero LA (2019) Indicador de calentamiento global a partir de la fermentación ruminal de alimentos con diferentes niveles de energía y proteína. Pastos y Forrajes 42: 285-289. [ Links ]

Menke KE, Steingass H (1988) Estimation of the energetic feed value obtained from chemical analysis and in vitro gas production using rumen fluid. Animal Research and Development 27: 7-55. [ Links ]

Miranda-Romero LA, Tirado-González DN, Tirado-Estrada G, Améndola-Massiotti R, Sandoval-González L, Ramírez-Valverde R, Salem AZ (2020) Quantifying non-fibrous carbohydrates, acid detergent fiber and cellulose of forage through an in vitro gas production technique. Journal of the Science of Food and Agriculture 100: 3099-3110. [ Links ]

Murillo M, Herrera E, Carrete FO, Ruiz O, Serrato JS (2012) Chemical composition, in vitro gas production, ruminal fermentation and degradation patterns of diets by grazing steers in native range of North Mexico. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences 25: 1395-1403. [ Links ]

NRC (2007) Nutrient Requirements of Small Ruminants: Sheep, Goats, Cervids, and New World Camelids, 1st Edition. National Research Council. National Academy Press, Washington, DC, USA. 352p. [ Links ]

Opatpatanakit Y, Kellaway RC, Lean IJ, Annison G, Kirby A (1994) Microbial fermentation of cereal grains in vitro. Journal of Agricultural Research 45: 1247-1263. [ Links ]

Paredes KPT (2022) Contribución de las emisiones de gas metano producidas por el ganado bovino al cambio climático. Revista Iberoamericana Ambiente & Sustentabilidad. 5: 215. DOI: 10.46380/rias.v5.e215. [ Links ]

Phesatcha B, Phesatcha K, Viennaxay B, Matra M, Totakul P, Wanapat M (2022) Cricket Meal (Gryllus bimaculatus) as a Protein Supplement on In Vitro Fermentation Characteristics and Methane Mitigation. Insects 13: 129. DOI: 10.3390/insects13020129. [ Links ]

Ramírez-Díaz R, Pinto-Ruiz R, Medina-Jonapá F, Guevara-Hernández F (2020) Effect of inoculants and additives on fractions of ruminal fermentation and in vitro degradation in sorghum silage (Sorghum sp). CienciaUAT 15: 172-179. [ Links ]

Rodríguez R, Sosa A, Rodríguez Y (2007) La síntesis de proteína microbiana en el rumen y su importancia para los rumiantes. Revista Cubana de Ciencia Agrícola 41: 303-311. [ Links ]

Ruiz RP, Díaz AAP, de Coss AL, Díaz RR, Paniagua LFM, Hernández FG, Vengas JAV (2018) Estimación de la producción de metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2) de la cerdaza. Avances en Investigación Agropecuaria 22: 35-46. [ Links ]

SAGARPA (2001) Norma Oficial Mexicana NOM-062-ZOO-1999 Especificaciones técnicas para la producción, cuidado y uso de los animales de laboratorio. Secretaria de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación. Diario Oficial de la Federación, México. 22 de agosto de 2001. [ Links ]

Salinas-Chavira J, Gutiérrez-González JC, García-Castillo R, López-Trujillo R, Duarte-Ortuño A (2011) Digestibilidad in situ de la materia seca de tres dietas para ovinos de engorda. Agronomía Mesoamericana 22: 379-385. [ Links ]

Sánchez N, Mendoza G, Martínez J, Hernández P, Miranda L, Villarreal EBO (2019) Efecto de bloques con propionato de calcio sobre respuestas productivas en corderos y GEI in vitro. Revista MVZ Córdoba 24: 7188-7192. [ Links ]

Sandoval-Pelcastre AA, Ramírez-Mella M, Rodríguez-Ávila NL, Candelaria-Martínez B (2020) Trees and shrubs with potential to reduce the production of methane in ruminants. Tropical and Subtropical Agroecosystems 23: 1-16. [ Links ]

SAS (2015) Base SAS 9.4 procedures guide. SAS Institute. https://go.documentation.sas.com/doc/en/pgmsascdc/9.4_3.5/procstat/titlepage.htm . Fecha consultada: 18 marzo de 2022. [ Links ]

Schofield P, Pitt RE, Pell AN (1994) Kinetics of fiber digestion from in vitro gas production. Journal of Animal Science 72: 2980-2991. [ Links ]

Sileshi G, Mitiku E, Mengistu U, Adugna T, Fekede F (2021) Effects of dietary energy and protein levels on nutrient intake, digestibility, and body weight change in Hararghe highland and Afar sheep breeds of Ethiopia. Journal of Advanced Veterinary and Animal Research 8: 185-194. [ Links ]

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

Tirado-González DN, Jáuregui-Rincón J, Tirado-Estrada GG, Martínez-Hernández PA, Guevara-Lara F, Miranda-Romero LA (2016) Production of cellulases and xylanases by white-rot fungi cultured in corn stover media for ruminant feed applications. Animal Feed Science and Technology 221: 147-156. [ Links ]

Van-Soest PJB, Robertson JA, Lewis B (1991) Methods for dietary fiber, neutral detergent fiber, and non-starch polysaccharides in relation to animal nutrition. Journal of Dairy Science 74: 3583-3597. [ Links ]

Velázquez-Duarte JA, Vega-Britez GD, Lesmo-Duarte ND, Ferreira-Agüero AMA, Giménez MA, Barreto-Pérez WS, Acosta-Resquin MF (2022) Uso de glicerina bruta en la reducción de pérdidas fermentativas de ensilaje de Pennisetum purpureum. Temas Agrarios 27: 378-384. [ Links ]

Vélez-Terranova M, Gaona RC, Sánchez-Guerrero H (2014) Uso de metabolitos secundarios de las plantas para reducir la metanogénesis ruminal. Tropical and Subtropical Agroecosystems 17: 489-499. [ Links ]

Villalba JJ, Ates S, MacAdam JW (2021) Non-fiber Carbohydrates in Forages and Their Influence on Beef Production Systems. Frontiers in Sustainable Food Systems 5: e566338. DOI: 10.3389/fsufs.2021.566338. [ Links ]

Zhang Z, Wang S, Wang M, Shahzad K, Zhang X, Qi R, Shi L (2020) Effects of Urtica cannabina to Leymus chinensis ratios on ruminal microorganisms and fiber degradation in vitro. Animals 10: 335. DOI: 10.3390/ani10020335. [ Links ]

Zhong RZ, Fang Y, Sun HX, Wang M, Zhou DW (2016) Rumen methane output and fermentation characteristics of gramineous forage and leguminous forage at differing harvest dates determined using an in vitro gas production technique. Journal of Integrative Agriculture 15: 414-42. [ Links ]

Recibido: 24 de Noviembre de 2022; Aprobado: 01 de Mayo de 2023

Autor de correspondencia: microbiologia.pecuaria08@gmail.com

Creative Commons License Este es un artículo publicado en acceso abierto bajo una licencia Creative Commons