Efecto de la adición de urea protegida y sin protección sobre la cinética de degradación in vitro del pasto estrella (Cynodon nlemfluensis) y caña de azúcar (Saccharum officinarum)

M Duque, R R Noguera y L F Restrepo

Grupo de investigación en Ciencias Agrarias - GRICA, Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad de Antioquia, AA 1226, Medellín, Colombia
mduque82@yahoo.com   ,   ricardonoguera@agronica.udea.edu.co

Resumen

El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de la urea protegida y sin protección en la cinética de fermentación ruminal in vitro del pasto estrella (Cynodon nlemfluensis) y la caña de azúcar (Saccharum officinarum). Para este propósito fueron diseñados cuatro tratamientos. Cada tratamiento contenía 0.5 gramos de muestra y un nivel de inclusión de urea correspondiente al 3% de la materia seca incubada. Los tratamientos fueron evaluados a través de la técnica in vitro de producción de gases.

No fueron encontradas diferencias significativas para los parámetros de degradación y fermentación entre los dos tipos de urea (p>0.05). Al comparar las plantas forrajeras independientemente del tipo de urea diferencias significativas en cuanto a la cinética de degradación y fermentación fueron encontradas, este hecho fue atribuido a la diferencia en la composición química de los sustratos en estudio.

La utilización de urea protegida (Optigen 1200) no presento efectos directos sobre los parámetros de fermentación y degradación de la materia seca in vitro, comportándose de igual manera que la urea sin protección 

Palabras clave: caña de azúcar, in vitro, pasto estrella, producción de gas, urea protegida

Effect of the addition of urea protected and without protection on kinetics of degradation in vitro of Star grass (Cynodon nlemfluensis) and sugar cane (Saccharum officinarum)

Abstract

The objective of this work was to evaluate the effect of the protected urea and without protection in the in vitro ruminal fermentation of the African star grasss (Cynodon nlemfluensis) and the sugarcane (Saccharum officinarum). For this purpose four treatments were designed. Each treatment contained 0.5 grams of sample and a level of inclusion of urea corresponding to 3% of the incubated dry matter. The treatments were evaluated through the in vitro gas production technique.

No difference between treatments it was found for the degradation and fermentation parameters among the two types of urea (p>0.05). When comparing the forages independently of the type of urea, significant differences as for the degradation kinetics and fermentation were found, this fact was attributed to the difference in the chemical composition of the forages in study.

The protected urea didn't have direct effects on the parameters of fermentation and degradation of the dry matter, behaving in a same way that the urea without protection.

Key words: gas production, in vitro, star grass, sugarcane, urea protected

Introducción

El conocimiento de la cinética de degradación  ruminal de los alimentos es básico para poder establecer su valor nutritivo para la formulación adecuada de las raciones.

La sincronización entre la energía y la proteína degradable es un factor importante en la optimización de la síntesis de proteína microbiana (Herrera-Saldana et al 1990; Aldrich et al 1993).   La falta de sincronización puede aumentar las necesidades de mantenimiento de los microorganismos, ya que el ATP formado no puede incorporarse a los procesos anabólicos y se deriva a otras actividades no relacionadas con el crecimiento, disminuyendo la eficiencia de síntesis de proteína microbiana en el rumen (Russell 1998).  

Una disminución en la síntesis de proteína microbiana puede ocurrir como consecuencia de una utilización ineficiente de los carbohidratos cuando el amoníaco es limitante (Russell y Strobel 1989). Esta disminución también puede ocurrir por un aporte limitado de energía fermentable en relación con el aporte de nitrógeno, o por diferencias en el patrón de degradación de los substratos fermentables (Dewhurst et al 2000; NRC 2001).

La urea es la fuente de nitrógeno no proteico (NNP) más empleada en la alimentación de rumiantes, debido a su disponibilidad y a la capacidad de la microflora ruminal para aprovechar este tipo de sustrato (Maynard 1984).  Sin embargo, se trata de una materia prima de rápida solubilidad y disponibilidad a nivel ruminal, por lo que se hace necesario conjugarla  con una fuente de energía de igual o semejante tasa de degradación. 

En el trópico los forrajes presentan altas concentraciones de carbohidratos estructurales de lenta degradación que no acompañan la disponibilidad de nitrógeno cuando se utiliza urea en la ración.   Una alternativa para superar esta situación, ha sido la utilización de urea protegida,  buscando una liberación paulatina del nitrógeno, en una tasa que optimice la síntesis de proteína microbiana (Cisneros et al 2003).  

Debido a que el crecimiento microbiano es función directa de las tasas de liberación de nitrógeno amonical y de la disponibilidad de energía a nivel ruminal, el objetivo de este estudio fue determinar el efecto de la adición de urea protegida y sin protección sobre la cinética de degradación del pasto estrella (Cynodon nlemfluensis)  y caña de azúcar (Saccharum officinarum).

Materiales y métodos 

Localización

Este ensayo fue desarrollado en el Laboratorio de Nutrición de Rumiantes, perteneciente a la Facultad de Ciencias Agrarias, ubicado en la Sede de Investigación Universitaria – Universidad de Antioquia, Medellín – Colombia.  

Sustratos

Se utilizaron dos especies forrajeras Cynodon nlemfluensis y Saccharum officinarum, las cuales después de su colecta en campo fueron secadas a 65º C por 72 horas en estufa de ventilación forzada. Posterior al secado, las muestras de forraje fueron molidas en un molino de laboratorio Thomas – Willey, utilizando una criba de un milímetro. Las muestras de forraje fueron analizadas en el laboratorio para determinar sus concentraciones de materia seca a 105º C, proteína cruda (AOAC 1990), fibra detergente neutra (FDN) y fibra detergente ácida (FDA) como descrito por Van Soest y Robertson (1985) (Tabla 1).

Tratamientos

Los tratamientos experimentales para evaluar el efecto de la urea protegida y sin protección sobre la cinética de degradación y fermentación del forraje, fueron los siguientes:

Tratamiento 1: Urea + Caña de azúcar (UC)

Tratamiento 2: Urea + Pasto Estrella (UE)

Tratamiento 3: Urea protegida + Caña de azúcar (UPC)

Tratamiento 4: Urea protegida + Pasto Estrella (UPE)

El nivel de inclusión de los dos tipos de urea en cada uno de los tratamientos correspondió al 3% de la MS incubada.

Preparación del medio

Un día antes del inicio del experimento una solución tampón fue preparada de acuerdo con lo recomendado por McDougall (1948). La solución fue  preparada con 9,80 gr/L de NaHCO₃, 4,65 gr/L  de Na₂HPO₄ 2H₂O, 0,57 de KCl, 0,47 gr/L de NaCL,  0,12 gr/L MgSO₄.7H₂O y 0,05 gr/L de CaCl₂ .2H₂O (Silva 1990).

El medio fue fuertemente agitado para permitir la mezcla completa de las soluciones y saturado con CO₂ por dos horas, posteriormente fue almacenado a 39º C.

Colecta de inoculo

El líquido ruminal fue obtenido a partir de tres vacas Holstein fistuladas en el rumen, pastoreando pasto kikuyo, sin suministro de concentrado. La colecta de líquido ruminal se realizó a las 6:00 horas. El líquido ruminal se retiró manualmente de diferentes partes del rumen y se almacenó en garrafas térmicas previamente calentadas con agua a 40 ºC. Después de la colecta, el líquido ruminal fue llevado al laboratorio y filtrado a través de paños de algodón, la parte líquida fue transferida a un erlenmeyer que se  mantuvo a una temperatura de 39 ºC y saturado continuamente con CO₂ para garantizar condiciones de anaerobiosis.  

Preparación de los frascos de incubación

La producción de gases originados por la fermentación de la MS fue determinada por la técnica in vitro semi-automática de producción de gases como descrito por Mauricio et al (1999). Fueron utilizados frascos de vidrio con capacidad de 100 ml. En cada uno de ellos fueron pesados aproximadamente 0.5 gramos de forraje y 0.015 gramos de urea que correspondían al 3% de la MS incubada.

En cada frasco se adicionó 5 ml de líquido ruminal y 45 ml de la solución tampón. Los frascos fueron sellados con un tapón de caucho, agitados manualmente y transferidos para estufa de ventilación forzada a 39 ºC (Tiempo cero).

Lecturas de producción de gas

La presión generada por la acumulación de gases de la fermentación se midió a través de un transductor digital de presión tipo OMEGA  Modelo PX 605-030GI. Para ello, una aguja fue acoplada al transductor e introducida a través de la tapa de caucho de los frascos. La presión fue medida en libras por pulgada cuadrada (PSI).

Las lecturas de presión de gas se realizaron en los horarios 2, 4, 6, 8, 10, 12, 15, 18, 24, 30, 36, 48, 72, 96 horas de incubación, después de cada lecturas los frascos fueron agitados manualmente y devueltos a la estufa de incubación.

Para transformar los datos de presión en volumen fue utilizada  la ecuación Y= -0.1375+5.1385X+0.0777X² donde Y representa el volumen de gas producido por cada unidad de presión (X) (Posada  y Noguera 2005).

Degradación in vitro de la MS

Para estudiar la cinética de degradación de la MS de los tratamientos, frascos de vidrio fueron  retirados del proceso de incubación en los horarios 6, 12, 24, 48, 72 y 96 horas. Los residuos de incubación fueron filtrados a través de papel filtro de peso conocido, seguidamente fueron secados a 65º C por 48 horas y pesados para determinar el desaparecimiento de la MS.

Análisis estadístico

Para estimar los parámetros de la cinética de fermentación y degradación, las curvas de producción de gases y de degradación de la MS fueron ajustadas a los modelos propuestos por Ørskov y McDonald (1979), respectivamente. Para ello fue utilizado el procedimiento PROC NLIN de SAS (2001).

Para determinar el efecto de los tratamientos en la degradación de la MS a través del tiempo fue realizado un análisis de medidas repetidas con ayuda del procedimiento PROC MIXED de SAS (2001).

Resultados y discusión 

Parámetros de degradación de la MS

Los parámetros de degradación estimados por el modelo propuesto por Ørskov y McDonald (1979) son presentados en la tabla 2. Al comparar los valores de la fracción rápidamente degradable (A) entre los tratamientos, se puede observar que no hubo diferencias estadísticas (p>0.01) entre la urea con caña y la urea protegida con caña, de igual forma esta respuesta también se presento con el pasto estrella.  Cuando comparados los sustratos en estudio independientemente del tipo de urea utilizada, podemos observar que la fracción A estimada por los modelos es mayor para la caña de azúcar, una vez que esta presenta una mayor concentración de carbohidratos solubles (p<0.01). Por otra parte, los valores de la fracción B fueron siempre superiores para el pasto estrella dada su mayor concentración de FDN (Tabla 1). 

Para la fracción potencialmente degradable, la  tasa de degradación y la fracción indigestible no fueron encontradas diferencias estadísticas entre los diferentes tratamientos (p>0.01).  Lo que nos lleva a concluir que estos parámetros no fueron afectados por el tipo de urea utilizada.

Galo et al (2003), evaluaron el efecto de la urea protegida en el metabolismo del nitrógeno en vacas holstein lactantes, los animales fueron asignados a tres tratamientos que contenían 0 y 0.77% de urea protegida con dos niveles de proteína en la ración 16 y 18%, respectivamente. Estos autores reportan que la utilización de urea protegida no tuvo efecto sobre la degradación de la MS, la proteína cruda y la FDN de la dieta, concluyendo que una quiebra parcial de la capa protectora de la urea permitió la rápida liberación del la urea cuya velocidad de degradación no se acompaño con la tasa de degradación de los carbohidratos de la dieta.

Melgoza et al (2007), evaluando diferentes tipos de recubrimientos para alterar la liberación de la urea, reportan que la liberación in vitro de la urea protegida con polímero (Optigen 1200) comienza a los 20 minutos de incubación y que la liberación del 100% de la urea se obtuvo a las 6.5 horas después de iniciada la prueba. En nuestra investigación probablemente no hubo sincronización entre la velocidad con la que los carbohidratos se desdoblaron y la disponibilidad del nitrógeno degradable en el ambiente de fermentación para los dos tipos de urea, razón por la cual no fueron encontradas diferencias en los parámetros de degradación. 

Es importante resaltar que la liberación de la urea protegida es demasiado rápida si consideramos que la degradación de la celulosa y hemicelulosa puede requerir de 24 a 36 horas, factor crucial en la síntesis de proteína microbiana a partir de fuentes de nitrógeno no proteico (NNP) por los microorganismos ruminales (Van Soest 1994).

En la tabla 3, se describen los porcentajes de degradación de la MS a través del tiempo. Puede verificarse que al comparar los dos tipos de urea dentro de un mismo sustrato no hubo diferencias significativas (p>0.01) entre la urea común y la urea protegida. Las únicas diferencias fueron observadas entre especies forrajeras (p<0.01), diferencias atribuibles a las discrepancias en composición química de los sustratos evaluados.

De acuerdo con Johnson (1976) los efectos de la suplementación con urea cuando se utilizan forrajes de baja calidad son variables dependiendo del tipo de carbohidrato presente en la ración. Este autor manifiesta que varias revisiones y trabajos demuestran que los almidones favorecen la utilización del  NNP en el rumen muy por encima de lo que lo hacen los azúcares simples y la celulosa. Al parecer, los microorganismos que degradan azúcares y celulosa tienen diferentes velocidades de utilización del NNP y orientan la fermentación de los carbohidratos hacia la producción de ácido acético y butírico, fermentaciones que favorecen la producción de metano, metano que representa una perdida de energía del alimento que podría ser utilizada para crecimiento microbiano.   Esta afirmación es valida para los resultados encontrados en el presente estudio, una vez que, la caña de azúcar se trata de un material rico en azúcares simples y el pasto estrella presenta altas concentraciones de carbohidratos estructurales, es posible que las velocidades de degradación de los carbohidratos no acompañara la liberación del nitrógeno en las dietas.    

Parámetros de producción de gas

En la Tabla 4 se presentan los parámetros: volumen acumulado de producción de gas después de 96 horas de incubación (VF), el tiempo de colonización (L), la tasa de producción de gas  estimados por el modelo propuesto por France et al (1993) y el factor de partición (FP), que relaciona los mg de sustrato degradado con el volumen de gas producido. El factor de partición es considerado un factor de eficiencia microbiana.

Los volúmenes finales de producción de gas fueron iguales para los diferentes tratamientos, sin presentar diferencias estadísticas significativas entre especies forrajeras y tipos de urea (p>0.05). Al parecer la urea protegida no tuvo efecto sobre el volumen de gas producido. El tiempo de colonización o fase lag no fue afectado por el tipo de urea (p>0.05), sin embargo puede verificarse que el pasto estrella necesito mas horas para que se de inicio al proceso fermentativo. Los menores tiempos de colonización estimados para la caña de azúcar pueden ser atribuidos a su mayor concentración de carbohidratos de rápida fermentación, hecho que resalta la importancia de este tipo de compuestos en las fases iníciales del proceso fermentativo.

El tipo de urea no afecto las tasas de degradación (p>0.05), sin embargo estos valores fueron mayores para la caña de azúcar cuando comparados con el pasto estrella indicando que la velocidad de producción de gas fue afectada por la concentración de carbohidratos de rápida fermentación.  

El factor de partición no fue afectado por el tipo de urea (p>0.05), solo fueron verificadas diferencias estadísticas significativas (p<0.01) cuando se comparó el tipo de forraje (pasto estrella vs. caña de azúcar). El factor de partición puede ser más claramente explicado con ayuda de la tabla 5, que presenta el volumen de gas acumulado (ml/gramo de MS incubado) durante todos los horarios de medición.

Independientemente del tipo de urea, la fermentación de la caña de azúcar produjo un mayor volumen de gas (p<0.01) cuando comparado con el pasto estrella, sin embargo cuando se relaciona la cantidad de MS degradada (tabla 3) con el volumen acumulado de gas producido a las 96 horas de incubación, puede verificarse que para el pasto estrella se produjo un menor volumen de gas por mg de sustrato degradado, indicando que la energía presente en ese sustrato fue más eficientemente utilizada para el crecimiento microbiano.

Este hecho sugiere que las mediciones de producción de gases deben ser a compañadas de las determinaciones de degradación de la MS una vez que, sustratos con alta degradabilidad pero, proporcionalmente a la cantidad de sustrato degradado, menor producción de gas presentan mayor factor de partición, mayor consumo, mayor eficiencia de síntesis de proteína microbiana y menor producción de metano (Blümmel et al 1999).      

En este experimento no hubo evidencia de los efectos positivos de la utilización de la urea de lenta liberación sobre la cinética de degradación y fermentación de los sustratos en estudio. Diferentes estudios in vivo e  in vitro corroboran este hecho. Galo et al (2003) evaluando el efecto de la urea de lenta liberación (Optigen 1200) en el metabolismo del nitrógeno de vacas holstein lactantes, probaron tres dietas que contenían 17.9%, 18.1% y 16.4% de proteína cruda y 0%, 0.77% y 0.77% de Optigen 1200, respectivamente. Sus resultados muestran que la urea protegida no tuvo efecto (p>0.05) sobre las variables consumo de MS, síntesis de proteína microbiana,   producción de leche y las concentraciones de grasa y proteína en la misma. Los autores concluyen que el Optigen 1200 no fue efectivo en reducir la excreción de nitrógeno.

Wahrmund et al (2007) evaluaron con vacas brahmán pastoreando pasto bahía (Paspalum notatum) el efecto de dos suplementos proteicos (urea y Optigen 1200) comparados con un tratamiento control sin suplementación proteica. Este estudio mostró que para las variables consumo de MS, concentración de glucosa en sangre, concentración de nitrógeno ureico en sangre y condición corporal no hubo diferencias entre los tres tratamientos (p>0.05).  

Wahrmund y Hersom (2007) evaluando el efecto de granos secos de destilería o la cascarilla de soya con y sin Optigen 1200 en la alimentación de terneros Angus no encontraron diferencias entre los tratamientos evaluados para las variables peso vivo final, ganancia diaria de peso y concentraciones sanguíneas de urea, concluyendo que la inclusión de urea de lenta liberación no afecto el desempeño de los animales.

Conclusiones 

• La utilización de urea protegida (Optigen 1200) no presento efectos directos sobre los parámetros de fermentación y degradación de la materia seca in vitro, comportándose de igual manera que la urea sin protección.

  
  

• El tipo de carbohidrato presente en la dieta determina en gran medida el destino del nitrógeno en el rumen. Diferentes fuentes de carbohidratos deben ser probados en asocio con la urea buscando maximizar la eficiencia de síntesis de proteína microbiana en el rumen. 

Bibliografía 

Aldrich J M, Muller L D and Varga G A 1993  Nonstructural carbohydrate and protein effects on rumen fermentation, nutrient flow and performance of dairy cows. Journal of Dairy Science 76: 1091-1105  http://jds.fass.org/cgi/reprint/76/4/1091

AOAC 1990 Official Methods of Analysis Pepsin digestibility of animal protein feeds. p 78-79. AOAC. USA. 

Blümmel M, Mgomezulu R, Chen X B, Makkar H P S, Becker K and Orskov E R 1999  The modification of an in vitro gas production test to detect roughage related differences in in vivo microbial protein synthesis as estimated by the excretion of purine derivatives.  Journal of Agricultural Science 133: 335-340

Cisneros M J, Chávez G F y Miranda R A 2003 Comparación de Optigen 1200 y urea común como fuente de nitrógeno no proteico en la nutrición de rumiantes. http://www.chapingo.mx/zootecnia/Ejemplo.pdf

Dewhurst R J, Davues D R and Merry R J 2000 Microbial protein supply from the rumen. Animal Feed Science and Technology 85:1-21

France J, Dhanoa M S, Theodorou M K, Lister S J, Davies D R and Isac D 1993  A model to interpret gas accumulation profiles associated with in vitro degradation of ruminant feeds. Journal of Theorical Biology 163: 99-111

Galo E, Emanuele S H, Sniffen C and White Knapp J R  2003  Effects of polymer-coated urea product on nitrogen metabolism in lactating dairy cattle.  Journal of Dairy Science 86 (6): 2154 – 2162 http://jds.fass.org/cgi/reprint/86/6/2154.pdf

Herrera-Saldana R, Gomez-Alarcon R, Torabi M and Huber J T 1990 Influence of syncronizing protein and starch degradation in the rumen on nutrient utilization and microbial protein synthesis. Journal of Dairy Science 73:142-148  http://jds.fass.org/cgi/reprint/73/1/142   

Johnson R R 1976 Influence of carbohydrate solubility on non-protein nitrogen utilization in the ruminant. Journal of Animal Science 43: 184 – 191 http://jas.fass.org/cgi/reprint/43/1/184.pdf

McDougall E I 1948 Studies on ruminant saliva. I. The composition and output of sheep’s saliva. Biochemistry Journal 70: 99-109  http://www.pubmedcentral.nih.gov/picrender.fcgi?artid=1274641&blobtype=pdf

Mauricio R M, Mould F L,  Dhanoa M S, Owen E, Channa K S and Theodorou M K 1999 A semi-automated In vitro gas production technique for ruminant feedstuff evaluation. Animal Feed Science and Technology 79: 321-330

Maynard L A  1984 Nutrición Animal. Mc Graw Hill. Séptima edición. México. pp.175

Melgoza L M, Rocha A, Plata P F, Germán M y Sandoval T H  2007 Recubrimiento pelicular de comprimidos matriciales de alta densidad y pellets para la liberación modificada de urea en rumiantes. Revista Mexicana de Ciencias Farmacéuticas [en línea], 38 (004): [fecha de consulta: 3 de octubre de 2008]. Disponible en:  http://redalyc.uaemex.mx/redalyc/pdf/579/57938403.pdf

NRC 2001 National Research Council, Nutrient Requirement of Dairy Cattle. 7 th Edition National Academic Press, Washington, DC, 381 p.

Ørskov E R and McDonald I 1979 The estimation of protein degradability in the rumen from incubation measurements weighted according to rate of passage. Journal of Agricultural Science 92:499-503.

Posada S L y Noguera R R 2005 Técnica in vitro de producción de gases: Una herramienta para la evaluación de alimentos para rumiantes. Livestock Research for Rural Development Volume 17, Article #36. http://www.lrrd.org/lrrd17/4/posa17036.htm

Russell J B 1998 Strategies that ruminal bacteria use to handle excess carbohydrate. Journal of Animal Science. 76:1955-1963 http://jas.fass.org/cgi/reprint/76/7/1955.pdf

Russell J B and Strobel H J  1989 Effect of ionophores on ruminal fermentation. Applied and Environmental Microbiology. 55:1-6  http://www.pubmedcentral.nih.gov/picrender.fcgi?artid=184044&blobtype=pdf

SAS 2001 Statistical Analysis System, versión 8.2 para Windows, User´s Guide. Statistics. Statistical Analysis Systems Institute. Inc., Cary, NC.  2001

Silva D J 1990  Análise de alimentos.  Métodos químicos e biológicos.  Universidad Federal de Viçosa.  Minas Gerais.

Theodorou M K, Williams B A, Dhanoa M S, Meallan A B and 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

Tedeschi L O, Baker M J, Ketchen D J and Fox D G 2002 Performance of growing and finishing cattle supplemented with a slow-release urea product and urea. Canadian Journal of Animal Science 82: 567–573

Van Soest P V J 1994 Nutritional Ecology of the Ruminant. Edition Cornell University Press, USA.  Pages: 230-311

Van Soest P J and Robertson J B 1985 Analysis of forages and fibrous foods. Cornell University press, New York, USA, 165 pp.

Wahrmund J, Brito de Araujo D, Hersom M and Arthington J 2007  Evaluation of Optigen II® as a Source of Rumen Degradable Protein for Mature Beef Cows. Florida Beef Report Proc. Gainesville, FL. 61 – 63 p. http://www.animal.ufl.edu/extension/beef/beef_cattle_report/2007/Nutrition7.pdf

Wahrmund J and Hersom M 2007 Evaluation of dried distillers grains or soybean hulls with and without Optigen II® to background beef calves. Journal of Dairy Sciences (supplement) 90:409 http://adsa.asas.org/meetings/2007/abstracts/0409.PDF

Received 15 November 2008; Accepted 20 March 2009; Published 18 April 2009

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