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Introducción
En las regiones tropicales, los bovinos alimentados con forrajes de baja calidad pueden generar hasta 17 g de metano entérico (CH₄) por kg de materia seca consumida, lo que representa una contribución significativa a las emisiones globales de este biogás (Ku-Vera et al. 2020). Frente a esta problemática, diversas investigaciones exploran el uso de árboles y arbustos tropicales, cuyos frutos y follajes contienen compuestos bioactivos como taninos condensados, saponinas y almidones, con capacidad para reducir entre 10 y 25% las emisiones de CH4, dependiendo de la especie y el nivel de inclusión (Azevedo et al. 2021, Ruden et al. 2023, Tresia et al. 2023).
En este contexto, los árboles y arbustos forrajeros del trópico constituyen una herramienta estratégica para la alimentación de rumiantes, particularmente durante la época de estiaje. Estas especies presentan buena adaptabilidad, contenido nutritivo variable (7.9 a 20.2% de proteína cruda y 2.5 a 3.3 Mcal kg-1 de energía metabolizable), y pueden integrarse en sistemas silvopastoriles o en la suplementación estratégica (Ángeles-Mayorga et al. 2022, Yisehak y Adane 2024). Entre ellas destacan Guásimo (Guazuma ulmifolia) y Cubato (Acacia cochliacantha) ampliamente distribuidas en zonas tropicales de México.
El Cubato es una leguminosa arbustiva de hasta 4.5 m de altura, cuyo fruto es una vaina aplanada de hasta 17 cm, utilizada tradicionalmente como fuente forrajera junto con sus hojas (Muñoz-López et al. 2023). Por su parte, Guásimo es un árbol melífero de usos múltiples, cuyo fruto es reconocido por sus propiedades antifúngicas, antiinflamatorias y su aceptabilidad en rumiantes (Hernández-Morales et al. 2018). Ambas especies presentan características fermentativas deseables in vitro, por lo que su inclusión en dietas podría mejorar la fermentación ruminal, optimizar el aprovechamiento de nutrientes y reducir la dependencia de suplementos comerciales (Muñoz-López et al. 2023).
La evaluación del valor nutritivo y fermentativo de estos frutos puede realizarse mediante técnicas como la producción de gas in vitro, que permite estimar el contenido energético mediante la medición de los gases producidos en condiciones controladas. Así mismo, la técnica de digestibilidad in situ proporciona información directa y confiable sobre la velocidad digestión de la materia seca del alimento, bajo condiciones reales (Foster et al., 2023). Por lo tanto, el objetivo del presente estudio fue evaluar la producción y composición de biogás in vitro y la digestibilidad in situ de los frutos de Guásimo y Cubato como una estrategia nutricional viable para mejorar la eficiencia fermentativa en rumiantes bajo condiciones tropicales.
Materiales y métodos
Lugar de estudio
El estudio se realizó en el laboratorio de Nutrición Animal de la Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia No. 2, de la Universidad Autónoma de Guerrero; ubicado en el km 197 de la carretera Acapulco-Pinotepa Nacional, Cuajinicuilapa, Guerrero, México.
Muestras
Los frutos maduros de Guásimo y de Cubato se recolectaron en el municipio de Cuajinicuilapa, Guerrero. Se seleccionaron 2 árboles de cada especie y se recolectaron 4 kg de fruto fisiológicamente maduros del suelo, se mezclaron y de ahí se tomaron las muestras. Los frutos se depositaron en bolsas de papel y se trasladaron al Laboratorio de Nutrición Animal para su análisis.
Análisis químico
Los frutos maduros se deshidrataron para determinar materia seca (MS, método #967.03; AOAC 2005). Las muestras se molieron primero en un molino de martillos (M.A.GRO® TR-3500) y después en un molino portátil (Estrella, México) para obtener un tamaño de partícula de 1 mm. A cada muestra se determinó proteína cruda (PC; método #920.105) y cenizas (Ce; método #942.05) según AOAC (2005). La fibra detergente neutro (FDN) y fibra detergente ácido (FDA) se determinaron según la metodología de Van-Soest et al. (1991). El contenido de materia orgánica (MO) se obtuvo al restar a 100 el porcentaje de Ce (Tabla 1).
Producción de biogás in vitro
Los biodigestores se elaboraron en un vial serológico (120 mL), cinco repeticiones por cada fruto; al cual se agregó 0.5 g de fruto de Guásimo o Cubato a peso constante y 40 mL de medio de cultivo (50.9% de agua destilada, 30% de fluido ruminal clarificado, 5% de solución mineral I, 5% solución mineral II, 5% de solución buffer, 0.1% de resazurina a 0.1 y 4% de solución reductora), todo bajo flujo continuo de CO2 para mantener condiciones de anaerobiosis (Cañaveral-Martínez et al. 2020). Los viales se sellaron con un tapón de neopreno y un arillo de aluminio con centro removible. Los biodigestores se colocaron en una incubadora (Ecoshel 9082, México) a 39° C y se inocularon con 10 mL de líquido ruminal fresco. El líquido ruminal se obtuvo de un bovino provisto de una cánula ruminal, alimentado en praderas con pasto pangola. El bovino se manejó de acuerdo con el reglamento interno de bioética y bienestar de la UAGro con fundamento de las normas oficiales (NOM-062-ZOO-1999). La producción de biogás se midió mediante el desplazamiento del émbolo de una jeringa de vidrio (50 mL; BD Yale®, Brasil) a las 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 24, 48 y 72 h de incubación. La producción acumulada de biogás se reportó a las 24, 48 y 72 h.
La producción de metano (CH4) se midió con base en la metodología de Stolaroff et al. (2008) modificada por Torres-Salado et al. (2018); usando trampas de NaOH (2N), donde el CO2 reacciona NaOH y produce Na2CO3; por lo que la producción de CH4 se consideraron los mL desplazados de la solución NaOH (2N) a las 12, 24 y 72 h de incubación. La producción de CO2 se obtuvo al restar al biogás, la producción de metano; según los tipos de gases que se producen dentro de una técnica de producción gas in vitro (Amanzougarene y Fondevila 2020).
Digestibilidad in situ de materia seca
Se usaron dos vacas de la raza Suiz-Bu (400 ± 30 kg de PV) fistuladas provistas de una cánula ruminal (4” Ø interno, Bar Diamond®, Parma, Idaho, USA). A las vacas se ofreció 3% del PV de alimento compuesto por 20% de suplemento (melaza 10%, urea 3%, minerales 3%, sal común 3%, pasta de soya 40% y grano de maíz 41%) y el resto pastorearon en praderas de pasto pangola y agua a libre acceso. Además, se manejaron de acuerdo con el reglamento interno de bioética y bienestar de la UAGro con fundamento en las normas oficiales (NOM-062-ZOO-1999). En bolsas de poli-seda a peso constante (10 X 20 cm, con un poro promedio de 40 µm) se colocaron 5 g de fruto de Guásimo o Cubato y se sellaron con cinchos de plástico (100 X 2.5 mm). Los tratamientos (triplicado) se incubaron en el rumen a las 0, 3, 6, 9, 12, 16, 24, 36, 48, 72 y 96 h. Cabe destacar que las bolsas se insertaron en orden inverso al tiempo de incubación para retirar simultáneamente todas las muestras después del periodo de incubación. Las bolsas extraídas del rumen se enjuagaron inmediatamente con agua corriente fría hasta que el agua de enjuague fuera clara. Los tratamientos de 0 h no se incubaron en rumen, únicamente se enjuagaron con el mismo protocolo de aquellas que se incubaron en rumen. Las bolsas con residuo se secaron a 55 °C por 72 h y se pesaron para determinar desaparición de MS por diferencia de peso. Los estimadores de la cinética de digestibilidad in situ de MS se calcularon utilizando la ecuación:
Donde: P = digestibilidad ruminal en el tiempo t (%); a = la fracción digestible rápidamente soluble; b = la fracción lenta o potencialmente digestible; c = la velocidad a la que b se digiere; t = tiempo (h) de incubación en el rumen.
Análisis estadístico
Las variables de producción acumulada de biogás in vitro y digestibilidad in situ se analizaron en un diseño completamente al azar. Los datos se analizaron con el procedimiento PROC GLM de SAS (2011). Los valores promedio se compararon con la prueba de Tukey (α = 0.05). Cabe resaltar, se usó la prueba de Shapiro-Wilk para confirmar que los datos siguieron una distribución normal y la prueba de Bartlett para el supuesto de homocedasticidad de los datos (SAS 2011).
Resultados
La producción acumulada de biogás y la composición de este no mostró diferencias entre frutos (P > 0.05, Tabla 2). De modo que a las 24 h promediaron 105.8 mL g-1 MS (15.7% CH4 y 84.4% CO2); a las 48 y 72 h fueron 137.4 y 153.4 mL g-1 MS (14.0% CH4 y 86.0% CO2; ambos tiempos) (Tabla 2).
El fruto maduro de Guásimo presentó 27.5, 16.8, 26.3 y 10.7% mayor digestibilidad in situ que Cubato a las 12, 24, 48 y 72 h de fermentación (P ≤ 0.05). En el caso de los estimadores de la cinética de digestibilidad, ambos frutos no presentaron diferencias en la fracción lenta o potencialmente digestible (P > 0.05); pero, Guásimo mostró mayor velocidad de digestión de la fracción potencialmente digestible y fracción digestible rápidamente (P ≤ 0.05, Tabla 3).
Tabla 2 Producción de gas in vitro de los frutos maduros de Cubato y Guásimo.
| Frutos | Biogás (mL g-1 MS) | Metano (mL g-1 MS) | CO2 (mL g-1 MS) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 24 h | 48 h | 72 h | 24 h | 48 h | 72 h | 24 h | 48 h | 72 h | |
| Cubato | 105.1 | 142.7 | 158.8 | 16.18 | 19.28 | 23.82 | 89.0 | 118.8 | 134.9 |
| Guásimo | 106.5 | 132.1 | 148.0 | 16.96 | 19.08 | 19.28 | 89.6 | 112.9 | 128.7 |
| EEM | 3.92 | 4.86 | 4.95 | 1.3 | 1.63 | 1.75 | 1.3 | 1.63 | 1.75 |
Literales diferentes dentro de misma columna son estadísticamente diferentes (Tukey, P ≤ 0.05). EEM: error estándar de la media. CO2: dióxido de carbono. MS: materia seca
Tabla 3 Digestibilidad in situ y estimadores de la cinética de frutos maduros de Cubato y Guásimo
| Variable | Tiempo fermentación (h) | Cubato | Guásimo | EEM |
|---|---|---|---|---|
| Degradación de materia seca (%) | 12 | 33.66 b | 42.9 a | 1.44 |
| 24 | 37.47 b | 43.78 a | 1.1 | |
| 48 | 37.55 b | 47.42 a | 1.59 | |
| 72 | 41.05 b | 45.43 a | 0.95 | |
| Cinética de las fracciones de MS | ||||
| Fracción digestible rápidamente o soluble (a, %) | 13.70 b | 21.85 a | 3.09 | |
| Fracción lenta o potencialmente digestible (b, %) | 25.45 | 23.23 | 2.86 | |
| Velocidad a la que b se digiere (c, %) | 0.13 b | 0.27 a | 0.04 | |
Literales diferentes dentro de misma columna son estadísticamente diferentes (Tukey, P ≤ 0.05). DMS: digestibilidad de la materia seca. EEM: error estándar de la media
Discusión
El presente estudio describe la producción y composición del biogás in vitro y la digestibilidad in situ de los frutos de Guásimo y Cubato de la localidad de Cuajinicuilapa, Guerrero. Las leguminosas leñosas son valiosas por sus características nutricionales, económicas y ecológicas; ayudan a la recuperación de tierras debido a su capacidad para fijar nitrógeno y controlar la erosión, además de su capacidad para mejorar la composición mineral del suelo y la biodiversidad microbiana (Castro et al. 2017). Actualmente, este tipo de recursos adquirieron importancia como forrajes de calidad para el ganado (Castro-Montoya y Dickhoefer 2020).
A nivel mundial, una de las principales fuentes de gases de efecto invernadero del sector agropecuario es la emisión de CH4 producido por los rumiantes. Debido a esto, es necesario determinar que especies forrajeras tienen la capacidad de mejorar la dieta del ganado y, además, reducir las emisiones entéricas de CH4 (Valencia-Salazar et al. 2021). Así mismo, la producción de biogás indica de manera indirecta la disponibilidad de los carbohidratos, ya que las limitaciones de la técnica de producción de gas in vitro, solo se considera los carbohidratos como responsables de la producción de biogás (Amanzougarene y Fondevila 2020). Por lo que se infiere que los frutos de Guásimo y Cubato contienen la misma cantidad de carbohidratos disponibles para su fermentación ruminal al no presentar diferencias en la producción acumulada y composición del biogás (Tabla 2). Valores similares de producción de CH4 fueron reportados por Muñoz-López et al. (2023) en frutos de Cubato (16, 19, y 24 mL-1 g MS) y Guásimo (17, 19, y 19 mL g-1 MS) a 24, 48 y 72 h; respectivamente. En otro estudio, Pal et al. (2015) evaluaron diferentes especies de Acacia; reportando una producción de metano de 15, 13, 10, 13, 9, 13, y 11 mL-1 g MS para A. excelsa, A. heterophyllus, A. indica, A. lebbeck, A. nilotica, A. senegal y A. tortilis, respectivamente. Sin embargo, aunque la especie A. cochliacantha (Cubato) no se incluyó en el estudio, los niveles de producción de CH4 son cercanos al presente estudio. Para el caso de Guásimo (G. ulmifolia), Ramírez-Díaz et al. (2023) midieron la producción de CH4, reportando valores de 8.48 mL-1 g MS a las 24 h de incubación, valores inferiores al presente estudio. De modo que, las diferencias en la producción de CH4 se relacionan directamente con el tipo de carbohidratos contenidos por los frutos y su madurez fisiológica.
La digestibilidad y su cinética in situ permite saber el comportamiento de un alimento a nivel ruminal. Los frutos de Guásimo y Cubato mostraron digestibilidades menores a 60%, porque su contenido de fibra detergente neutro es alto (Tabla 1). A nivel fisiológico, ambos frutos al ser maduros presentaron una interacción entre la lignina y la celulosa y hemicelulosa durante su maduración, lo que reduce su digestibilidad (Hoffman et al. 2007). Sobre lo mismo Gómez-Gurrola et al. (2014) reportaron valores inferiores de digestibilidad in situ en ovinos (48.3 %) y estimador b (37.5% ); así como superiores en los estimadores a (6.5%) y c (0.025%) al presente estudio con frutos maduros de Guásimo. Por su parte, Sosa-Pérez et al. (2023) publicaron valores inferiores de digestibilidad in situ en ovinos (39.1%), pero superiores en los estimadores de la cinética de digestibilidad in situ (a = 14.0%, b = 33.5% y c = 5.90%) en frutos maduros de Cubato al presente estudio. Lo anterior, se relaciona directamente con la composición química de las muestras evaluadas, ya que los compuestos secundarios de estos frutos pueden inhibir algunas enzimas de las bacterias ruminales y de esta manera reducir protozoarios y bacterias celuloliticas, así mismo las diferencias en los resultados están íntimamente ligadas a los modelos animales empleados en el experimento (Cardoso-Gutiérrez et al. 2021).
Conclusiones
Los frutos maduros de Guásimo y Cubato representan una alternativa forrajera viable para las regiones tropicales, al contribuir con la producción de biogas y características fermentativas favorables. Pero los frutos Guásimo mostraron mayor digestibilidad in vitro y velocidad de digestibilidad ruminal, por lo que son una mejor alternativa forrajera.
