Comparación de líquido ruminal vacuno y caprino como fuente de inóculo en la técnica in vitro de producción de gases

R R Noguera, D M Ortiz* y N Gallego

Universidad de Antioquia, Facultad de Ciencias Agrarias. Grupo de Investigación en Ciencias Agrarias (GRICA)- Producción Animal Sostenible.
Ciudadela de Robledo, Carrera 75 Nº 65·87, Medellín (Ant) - Colombia
ricnoguera@gmail.com
* Universidad de Nariño, Facultad de Ciencias Pecuarias

Resumen

 El objetivo del presente trabajo fue comparar el líquido ruminal caprino frente al vacuno en cuanto a su capacidad para degradar diferentes forrajes de uso frecuente en la alimentación de rumiantes en el trópico, a través de la técnica in vitro de producción de gases. El líquido ruminal bovino (LRB) y el líquido ruminal caprino (LRC) se extrajo de dos vacas Holstein y dos machos cabrios con cánula ruminal permanente, mantenidas en condiciones de pastoreo  y consumiendo pasto kikuyo  (Pennisetum clandestinum). Se determinaron y compararon los parámetros de degradación y fermentación de la materia seca y la materia orgánica de las especies forrajeras maralfalfa (Pennisetum sp.), botón de oro (Tithonia diversifolia), morera (Morus alba) y quiebrabarrigo (Trichantera gigantea).

Ninguna diferencia estadística entre el LRB y LRC en cuanto a la cinética de degradación de la MS y la MO se registró. Durante el proceso fermentativo in vitro, los sustratos incubados con LRC produjeron un mayor volumen de gas en relación con la cantidad de sustrato degradado, sugiriendo que una menor proporción de la MS degradada se utilizó para la síntesis de biomasa microbiana.

Palabras clave: bovino, caprino, degradación in vitro, forrajes tropicales

Comparison of cattle and goat rumen fluid as a source of inoculum in the in vitro gas production technique

Summary

The aim of this study was to compare goat and cow ruminal fluids in their ability to degrade different forages commonly used in ruminant nutrition, using the in vitro gas production technique. Bovine (LRB) and goat (LRC) ruminal fluids were obtained from two Holstein cows and two goats with permanent rumen cannula, maintained under grazing conditions with kikuyu grass (Pennisetum clandestinum). Were determined and compared the dry matter (DM) and organic matter (OM) degradation and fermentation parameters in forage species: Pennisetum sp., Tithonia diversifolia, Morus alba and Trichantera gigantea. No statistical differences were found between the LRB and LRC in terms of degradation kinetics of DM and OM. During the fermentation process in vitro, substrates incubated with LRC produced a greater volume of gas relative to the amount of substrate degraded, suggesting that a smaller proportion of the degraded MS was used for the synthesis of microbial biomass.

Key words: bovine, caprine, in vitro degradation, inoculum, tropical forage

Introducción

Entre los rumiantes domésticos, la cabra parece tener una capacidad única para adaptarse a una amplia variedad de ambientes y condiciones climáticas, aprovechando forrajes de baja calidad que no pueden ser usados eficientemente por otros ungulados domésticos. Debido a sus características fisiológicas y anatómicas la cabra presenta un flexible comportamiento alimenticio, siendo clasificada como un “consumidor oportunista” antes que un animal de pastoreo (Decandia et al 2005).  

Las cabras sobreviven y son capaces de reproducirse en áreas donde las ovejas y las vacas no pueden hacerlo y se constituyen en importantes animales de producción en zonas templadas (Morand-Fehr and Sauvant 1980), en los trópicos (Devendra and Burns 1980) y en regiones semiáridas (Bhattacharaya 1980; Hadjipanayiotou 1987). La mayor capacidad de adaptación de las cabras en relación a otras especies ha llevado a varias especulaciones sobre las razones científicas sobre sus ventajas, una de ellas es su mayor eficiencia digestiva.

Las cabras posee mayor capacidad digestiva que las ovejas cuando consumen forrajes con bajos contenidos de nitrógeno y altos contenidos de lignina (Gihad et al 1980; Doyle et al 1984; Howe and Barry 1988). Estas diferencias han sido sustentadas en: (a) especial capacidad de las cabras para seleccionar las partes morfológicas de las plantas con alto valor nutritivo (Morand-Fehr et al 1991), (b) mayor tiempo de retención de la digesta en el rumen de las cabras (Watson and Norton 1982; Domingue et al 1991), (c) diferencias interespecies en el ambiente ruminal como mayor número de bacterias celulolíticas en cabras que en ovejas y mayor síntesis de proteína microbiana en cabras (Hadjipanayiotou and Antoniou 1983; Gihad et al 1980).

El objetivo del presente trabajo fue comparar el líquido ruminal caprino frente al vacuno en cuanto a su capacidad para degradar diferentes forrajes de uso frecuente en la alimentación de rumiantes en el trópico, a través de la técnica in vitro de producción de gases.

Materiales y métodos

Sustratos

 Para evaluar el efecto del tipo de inóculo en la cinética de fermentación y degradación ruminal in vitro, se utilizaron cuatro especies forrajeras: maralfalfa (Pennisetum sp.), botón de oro (Tithonia diversifolia), morera (Morus alba) y quiebrabarrigo (Trichantera gigantea) con edades de rebrote de 60, 70, 70 y 90 días, respectivamente.

 Las especies forrajeras se cultivaron en la  hacienda “El progreso” propiedad de la Universidad de Antioquia y ubicada en el corregimiento del Hatillo, municipio de Barbosa (Antioquia), a una altura de 1350 msnm, con temperatura promedio de 23°C, precipitación de 1000 a 2000 mm/año y una zona de vida de bosque húmedo subtropical (IDEAM 2001).

Una vez realizada la colecta, las plantas se transportaron al laboratorio, donde se secaron en estufa de ventilación forzada a una temperatura de 65ºC por 72 horas y se molieron  utilizando un molino estacionario Thomas-Wiley modelo 4 (Arthur H. Thomas Company, Philadelphia) con criba de 1 mm. Los forrajes se analizaron para determinar sus  concentraciones de materia seca (MS), mediante secado de la muestra a 105º C (AOAC 2005, 934.01), proteína bruta (PB) por el método Kjeldahl (AOAC 2005 984.13), fibra detergente neutro (FDN), Fibra detergente ácido (FDA) y hemicelulosa (Van Soest et al 1991), tabla 1.

Técnica In vitro

 Preparación solución tampón (saliva artificial)

La solución tampón se preparó un día antes del inicio del experimento,  de acuerdo con las recomendaciones de McDougall (1948): 9.8 g/l de NaHCO₃, 7 g/l de Na₂HPO₄.7H2O, 0.57 g/l de KCl, 0.47 g/l de NaCl, 0.12 g/l de MgSO₄.7H₂O, 0.04 g/l de CaCl₂. Estos reactivos se disolvieron totalmente en agua destilada, la solución se saturó con CO₂ y mantenida en estufa a 39 °C.

Preparación de los  frascos para la  incubación

 La incubación se realizó en frascos de vidrio con capacidad de100 ml, lavados previamente con abundante agua y secados en estufa a 110 °C por 12 horas. Se pesaron 0.5 g de muestra para cada frasco un día antes del inicio del experimento.

 Inóculo e inoculación

El líquido ruminal bovino (LRB) provino de dos vacas Holstein con cánula ruminal permanente, mantenidas en condiciones de pastoreo, consumiendo pasto kikuyo  (Pennisetum clandestinum) y suplemento concentrado (2 Kg.). El líquido ruminal caprino (LRC) se obtuvo de dos machos cabríos de la raza Saanen, con cánula  ruminal permanente y consumiendo pasto kikuyo como alimento base y concentrado (300 g) (Tabla 1).

El líquido ruminal se colectó de forma manual a las 0800 horas, almacenado en garrafas térmicas previamente calentadas a 40º C para facilitar su transporte y almacenamiento. En el laboratorio, el líquido ruminal de cada animal se filtró con gasa, los residuos obtenidos se licuaron con cierta cantidad de líquido ruminal por 10 segundos con el fin de que las bacterias adheridas a la fibra se desprendieran, este residuo fue nuevamente filtrado y finalmente, cada inóculo se transfirió a cuatro erlenmeyer, saturados continuamente con CO₂ y mantenidos en baño maría a 39 °C.

 A cada frasco se le adicionaron 45 ml de solución tampón y 5 ml de líquido ruminal guardando una proporción de 9 partes de tampón por 1 parte de líquido (Theodorou et al 1994; Mauricio et al 1999).

Una serie de frascos se utilizarón como blancos. Los blancos contenían medio de cultivo e inóculo pero sin sustrato, esto con el propósito de corregir la presión generada por el gaseado con CO₂ y la presión producida por la fermentación de los microorganismos ruminales presentes en el líquido (Theodorou et al 1994; López et al 1998).

Los frascos con medio de cultivo (tampón), muestra e inóculo se saturaron con CO₂ y sellados con tapón de caucho (14 mm de diámetro), dispuestos en cajas de icopor con espesor de 1.5 cm, agitados manualmente e incubados en estufa a 39 °C.

Lecturas de  producción de gases

La presión generada por los gases de fermentación se midió a través de un transductor digital de presión (OMEGA Modelo PX 605030GI). Las lecturas de presión se realizaron a las 2, 4, 6, 8, 10, 12, 15, 18, 24, 30, 36, 48, 72 horas, después de cada lectura los frascos se agitaron manualmente y se devolvieron a la estufa de incubación.

Degradación in vitro de la materia seca (MS) y la materia orgánica (MO)

Para determinar la degradación de la MS, se retiraron frascos del proceso de incubación a las 6, 12, 24, 48 y 72 horas. El contenido de cada frasco se filtró a través de crisoles de filtración con porosidad 1, utilizando una bomba de vacío. La MS degradada se calculó por el secado del material filtrado a 65 ºC por 48 horas hasta obtener peso constante.

La degradación de la MO fue determinada por la incineración completa del residuo obtenido después de la filtración a 450°C por 4 horas.

Análisis estadístico

Para estimar los parámetros de la cinética de degradación y fermentación , las curvas de degradación de la MS, MO y producción de gases  se ajustaron a los modelos propuestos por McDonald (1981) y France et al (1993), respectivamente.

 McDonald (1981):

                         Yt = a + b*(1-exp(-c*(t-L)))

 Dónde:             Yt = degradación en el tiempo t

                         a = fracción de rápida degradación

                         b = fracción de lenta degradación

                         c = tasa constante de degradación

                         L = Tiempo de colonización

France et al (1993).

                       Vt = Vf *{1- exp[-u*(t-L)- k*(√t-√L)]}

 Dónde:           Vt = Volumen total de gas en el tiempo t

Vf = Volumen de gas correspondiente a la completa digestión del sustrato (asíntota)

                       u = parámetro de ajuste del modelo

                       L = tiempo de colonización

                       k = tasa constante de producción de gas

Los modelos se ajustaron utilizando regresión no lineal con ayuda del procedimiento PROC NLIN  de SAS (2001).

Para determinar el efecto  del tipo de inóculo sobre los parámetros de degradación y fermentación  de la MS y la MO a través del tiempo se realizó un análisis  medidas repetidas en el tiempo con ayuda del procedimiento PROC MIXED de SAS (2001), de acuerdo al siguiente modelo:

                       Y_ijk = µ + τ_i + δ_ij + t_k + (τ*t)_ik + ε_ijk

Dónde:            Yijk = observación ijk

                       µ = media general

                       τ_i = Efecto del tratamiento i

                       t_k = Efecto del horario de incubación k

                       (τ*t)_ik = efecto de la interacción entre el tratamiento i y el horario k

δ_ij = error aleatorio con media 0 y varianza σ²_δ , Covarianza entre medidas repetidas.

                       ε_ijk = Error aleatorio

Resultados y discusión

La tabla 2 describe la composición química de los sustratos evaluados. Las concentraciones de materia orgánica (MO), proteína bruta (PB), fibra detergente neutro (FDN), fibra detergente ácido (FDA), hemicelulosa y cenizas se encuentran expresados como porcentajes de la materia seca (MS).

Parámetros de producción de gas

Los parámetros de la cinética de producción de gas estimados por el modelo propuesto por France et al (1993) para los líquidos ruminales caprino y bovino con los diferentes sustratos utilizados se muestran en la tabla 3. En cuanto al volumen de gas producido para los sustratos morera, quiebrabarrigo y botón de oro no se encontraron diferencias estadísticas significativas entre los inóculos testados (p>0.05). Para este parámetro las únicas diferencias entre inóculos se registraron para el pasto maralfalfa (p<0.05), donde el inóculo caprino presentó el mayor volumen de gas producido frente al bovino con 365.25 ml vs. 201.65 ml, respectivamente.

Los parámetros tasa de producción de gas (k) y tiempo de colonización (L) no difirieron entre inóculos en todos los sustratos evaluados (p>0.05), lo que indica que las poblaciones microbianas en los dos inóculos colonizaron y fermentaron en forma semejante los sustratos utilizados.  De forma general, el LRB presentó mayores tiempos de colonización. Dado que, mayores volúmenes de gases producidos no necesariamente están asociados con mayores porcentajes de degradación, Blümmel et al (1997) propusieron relacionar la cantidad de sustrato degradado (mg) con el volumen de gas (ml) producido durante la fermentación. Esta relación se conoce como factor de partición (FP). Dietas con altos valores de FP sugieren que una mayor proporción de la materia seca degradada  se utiliza para la síntesis de biomasa microbiana. En este experimento pudo verificarse que el LRB presentó mayores FP cuando comparado con el LRC, a pesar de que diferencias significativas (p<0.05) para este parámetro solo se registraron en los sustratos maralfalfa y botón de oro.

Las diferencias observadas entre los factores de partición (FP) indican que el proceso fermentativo fue menos eficiente con el LRC. Cuando la producción de células microbianas por unidad de sustrato digerido aumenta, una mayor fracción de la MO degradada se utiliza para proveer material de construcción para la síntesis de polímeros celulares y proporcionalmente, se reduce la producción de ácidos grasos de cadena corta  (AGCC), CO₂, CH₄ y calor (Leng 1997).

Una mayor producción de gas para una misma cantidad de sustrato degradado se observó en el LRC, esto podría indicar posibles diferencias en los modelos de fermentación del sustrato y diferencias en las poblaciones microbianas. Esta afirmación se fundamenta en la estequiometría de la fermentación ruminal. Por cada mol de glucosa que se fermenta en el rumen para producir 2 moles de acetato o un mol de butirato se producen 2 moléculas de CO₂, en tanto que, en la síntesis de dos moles de ácido propiónico ninguna molécula de CO₂ por mol de glucosa es producida.  Desde este punto de vista, sustratos o poblaciones microbianas que favorezcan la fermentación acética o butírica incurrirán en una mayor perdida energética de la glucosa en forma de CO₂ y CH₄.

Producción acumulativa de gases y degradación de la MS

La tabla 4 resume el efecto del tipo de inóculo sobre la producción acumulativa de gases. Pudo verificarse que en todos los sustratos, independientemente del horario de evaluación, los volúmenes de gases producidos fueron siempre mayores para el LRC.

La producción de gases in vitro, está relacionada con la eficiencia de utilización del alimento por parte de los microorganismos ruminales. Sustratos nutricionalmente más pobres tienden a presentar una fermentación con mayores proporciones de acetato y butirato, la síntesis de estos compuestos está asociada con la producción de CO₂, en consecuencia este tipo de alimentos presentarán mayores volúmenes de gas por miligramo de sustrato degradado.   

Las tablas 5 y 6 describen el efecto del tipo de inóculo y sustrato sobre los parámetros de degradación in vitro de la MS de acuerdo al modelo descrito por  McDonald (1981) y los valores de degradación de la MS observados en diferentes horarios de incubación, respectivamente.

No hubo diferencias (p>0.05) entre los parámetros estimados para cada una de las fuentes de inóculo (tabla 4). Sin embargo, las tasas de degradación fueron siempre superiores para el LRB en todos los sustratos, este comportamiento se dio a pesar de que los tiempos de colonización para este inóculo, indican que el proceso de degradación tomó más tiempo que el observado para el LRC.

Los valores encontrados para la degradabilidad potencial, a pesar de ser estadísticamente equivalentes entre inóculos, fueron en el caso de la Maralfalfa, el Quiebrabarrigo y Botón de oro, superiores para el LRC, para la Morera la degradabilidad potencial fue mayor para él LRB.

La tabla 6 confirma los valores estimados por el modelo en la tabla 5. Claramente puede evidenciarse que exceptuando la degradación de la MS a las 24 horas en la Morera, los inóculos presentaron la misma capacidad para degradar los sustratos. Las diferencias observadas entre sustratos obedecen a su composición química (Tabla 1). 

La concentración de FDA es asociada a la digestibilidad de los forrajes en el rumen. Los forrajes Maralfalfa y Botón de oro presentaron las mayores concentraciones de estos constituyentes estructurales (40.71% y 28.97%, respectivamente), hecho que se reflejó en sus digestibilidades después de 72 horas de incubación. Las digestibilidades de la Morera y el Quiebrabarrigo en este mismo horario variaron entre 72.35 y 76.69% con concentraciones de FDA de 19.31% y 20.69%, respectivamente (Tabla 1).

En la tabla 7 se describen los valores promedio de las degradabilidades de la MO en diferentes horarios afectados por su incubación con dos tipos de inóculo. El LRB y LRC no presentaron diferencias (p>0.05) en su capacidad para degradar la MO.  Diferencias entre inóculos solo se verificaron para el pasto Maralfalfa a las 24  horas de incubación (p<0.05) donde el LRC presentó una mayor degradabilidad de la MO (57.19%) que el LRB (44%).

Diferentes trabajos comparando líquido ruminal caprino con el oriundo de vacunos y ovinos son disponibles en la literatura. Lechner-Doll et al (1995) y Rutagwenda et al (1990) incubando varios forrajes con altos contenidos de celulosa, en el rumen de vacas, cabras, ovejas y camellos, manifiestan que  no existe un efecto significativo de la especie animal sobre la extensión de la degradación y la cinética de desaparición de los constituyentes de la planta.  Estas afirmaciones coinciden con lo observado en este experimento, donde después de 72 horas de incubación in vitro, ninguna diferencia (p>0.05) se observó entre el LRB y LRC para la degradación de la MS y MO. De forma semejante, Isac et al (1994), reporta que los modelos de fermentación entre cabras y ovejas no difieren significativamente en las tasas de digestión in sacco de la MS, la fibra y la proteína cuando estos animales se alimentaron con heno de alfalfa (Medicago sativa) y vicia (Vicia sativa). Flachowslcy  y Tiroke (1993), encontraron similar extensión y tasa de digestión in sacco de la MS entre cabras y ovejas consumiendo proporciones variables de ryegrass (Lollium multiflorum), paja de trigo y concentrado.

Por otra parte, Domingue et al (1991) trabajando con cabras y ovejas en jaulas metabólicas y con el objetivo de comparar estas dos especies en cuanto a su capacidad para digerir las diferentes fracciones nutricionales de la paja de Bromus catharticus, encontraron que las cabras tuvieron mayor consumo voluntario (56 vs. 36 g de MS/ Kg peso vivo ^0.75 / día), mayor digestibilidad aparente (36.8 vs. 32.6%) y un mayor volumen ruminal de MS y líquidos que las ovejas. Las cabras también tuvieron mayor digestibilidad aparente de la fibra y mayores tasas de degradación de la celulosa y hemicelulosa. 

Rapetti y Bava (2008) en una revisión sobre el comportamiento ingestivo de las cabras, reportan que estas son más eficientes en la utilización del alimento que otras especies de ungulados, esa mayor capacidad está dada por su mayor actividad masticatoria, mayor reducción del tamaño de partícula del alimento, mayor actividad selectiva, mayor tolerancia a pH ácidos en el rumen y menores tiempos de retención de partículas.

Los métodos para determinar digestibilidad in vitro ó in sacco, al tratarse de sistemas cerrados que no involucran la dinámica de las partículas en el rumen y que mediante la molienda del sustrato a tamaños de partícula comprendidos entre 1 y 5 mm intentan simular el proceso de masticación durante el consumo y la rumia, pueden enmascarar estrategias evolutivas en el comportamiento ingestivo, que tienen incidencia directa sobre la forma en que los nutrientes se digieren.

Lechner-Doll et al (1995) en una extensa revisión sobre el comportamientos ingestivo y digestivo en rumiantes concluye que los grandes rumiantes optimizan la utilización de forrajes con altos contenidos de celulosa incrementando los tiempos de retención de las partículas en el tracto digestivo anterior. Las cabras por su parte, son menos eficientes en la utilización de carbohidratos estructurales y compensan esta deficiencia ingiriendo partes de la planta más digestibles y con menores tiempos de retención.

Conclusión

• No existieron diferencias estadísticas entre el LRB y LRC en cuanto a la cinética de degradación de la MS y la MO.

  
  

• Durante el proceso fermentativo in vitro, los sustratos incubados con LRC produjeron un mayor volumen de gas en relación con la cantidad de sustrato degradado, sugiriendo que una menor proporción de la MS degradada se utilizó para la síntesis de biomasa microbiana.

  
  

• La comparación de inóculos entre diferentes especies de  rumiantes por métodos in vitro o in sacco puede desconocer las adaptaciones evolutivas de  comportamiento y fisiología digestiva  que le permiten a cada especie ser eficiente en el aprovechamiento de los recursos nutricionales disponibles en su entorno.

Referencias

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Received 26 July 2011; Accepted 26 September 2011; Published 4 November 2011

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