Efecto de la adición de polietilenglicol sobre la degradabilidad in vitro de la materia orgánica y contenido de energía metabolizable en granos de once cultivares de sorgo (Sorghum bicolor)

Víctor Reina ¹, Álvaro Ojeda ^1*, Rafael González ² y Omar Colmenares ³

¹ Instituto de Producción Animal, Facultad de Agronomía, Universidad Central de Venezuela. Apartado Postal 4579, Maracay 2101, Aragua, Venezuela. *Correo electrónico: ojedaa@agr.ucv.ve

² Instituto Nacional de Investigaciones Agrícolas, Centro de Investigaciones del estado Portuguesa. Acarigua, Portuguesa. Venezuela

³ Universidad Rómulo Gallegos, Área Agronomía, San Juan de Los Morros, Guárico,  Venezuela.

RESUMEN

Con el objetivo de evaluar el efecto de la adición de polietilenglicol-8000 (PEG) sobre  degradabilidad ruminal in vitro aparente de la materia orgánica y el contenido de energía metabolizable de 11 cultivares sorgo (Sorghun bicolor (L) Moench) identificados con los nombres comerciales de Criollo 1, Criollo 27, Chaguaramas III, Chaguaramas VII, Guanipa 95, Himeca 101, Himeca 400, Pioneer 81-G67, Pioneer 83-G88, Pioneer 86-P42 y Tecsem 120, se colectaron 1 kg/cultivar al momento de su cosecha en fincas del estado Portuguesa. Las muestras fueron deshidratadas a temperatura ambiente en local ventilado y oscuro, y molidas en criba de 1 mm para evaluar la producción de gases in vitro, degradabilidad aparente de la materia orgánica y el contenido de energía metabolizable, con o sin adición de PEG como agente inactivador de la fracción de taninos condensados extractables. La producción de gases se registró con un transductor de presión digital (0-15 psi) a las 3, 6, 9, 12, 16, 24, 30, 36, 48, 60, 72 y 96 h, utilizando como inoculo el licor ruminal de tres vacas fistuladas al rumen. La producción potencial de gas fue 335,8 ± 30,7 mL/g MS, con una tasa fraccional de 0,06 ± 0,01 mL/h y un periodo de latencia de 4,5 ± 1,1 h. Durante las primeras 12 h de incubación, la adición de PEG incrementó la producción de gases en 12% y el periodo de latencia se redujo en 3,4%. La degradabilidad aparente de la materia orgánica y el contenido de energía metabolizable estimada fueron 83,7 ± 2,4% y 12,5 ± 0,5 MJ/kg MS; respectivamente. La adición de PEG al medio de cultivo evidenció que la mayor actividad biológica de la fracción de taninos condensados extractables se registró durante las primeras 12 h de incubación in vitro, siendo superior el impacto potencial de estos metabolitos secundarios sobre la producción acumulada de gases y periodo de latencia en los cultivares Chaguaramas VII, Criollo 1, Guanipa 95, Himeca 101 y Pioneer 83-G88.

Palabras clave: Rumiantes, sorgo, producción de gases, in vitro, degradabilidad, energía metabolizable.

Effect of polyethylene glycol on in vitro organic matter apparent degradability and metabolizable energy content of eleven sorghum cultivars grain (Sorghun bicolor)

ABSTRACT

In order to evaluate the effect of polyethylene glycol 8000 (PEG) addition on the in vitro organic matter apparent degradability and metabolizable energy of 11 sorghum commercial cultivars (Sorghun bicolor (L) Moench), named Criollo 1, Criollo 27, Chaguaramas III, Chaguaramas VII, Guanipa 95, Himeca 101, Himeca 400, Pioneer 81-G67, Pioneer 83-G88, Pioneer 86-P42, and Tecsem 120), it was collected 1 kg grain/cultivars harvested from farms located in Portuguesa state, Venezuela. The samples were drying at room temperature and mills with 1 mm screen to evaluated the in vitro gas production with or without added PEG as inactivating agent of extractable condensed tannins fraction. The gas production was measured with a digital pressure transducer (0-15 psi) at 3, 6, 9, 12, 16, 24, 30, 36, 48, 60, 72, and 96 h, and using animal rumen fluid inoculum collected from three ruminally fistulated cows. The potential gas production was 335.8 ± 30.7 mL/g MS, with a fractional rate of 0.06 ± 0.01mL/h and a lag time of 4.5 ± 1.1 h. During the first 12 h of incubation, the addition of PEG increases the gas production in 12% and the lag time was reduced in 3.4%.  The apparent organic matter degradability and metabolizable energy content were 83.7 ± 2.4% and 12.5 ± 0.5 MJ/kg MS, respectively. The PEG addition showed that the highest biological activity of condensed tannins fraction was during first 12 h of in vitro incubation, with the major impact from this secondary metabolites on the accumulated in vitro gas production and incubation lag time in Chaguaramas VII, Criollo 1, Guanipa 95, Himeca 101, and Pioneer 83-G88 cultivars.

Keywords: Ruminants, sorghum, gas production, in vitro, degradability, metabolizable energy.

Recibido: 29/01/2007  Aceptado: 30/07/2007

INTRODUCCIÓN

En Venezuela se producen unas 563.350 t granos de sorgo (Sorghun bicolor (L) Moench) equivalentes al 21,4% de la producción de cereales a nivel nacional (FAO, 2006). Si bien posee un perfil nutricional equivalente al de otros cereales de uso tradicional en la alimentación animal, registra como limitantes básicas un bajo contenido de pigmentos carotenoides y la presencia de metabolitos secundarios, donde destacan los taninos condensados (Ciccola, 1989; Jaramillo et al., 1993).  Estos polímeros de catequina o proantocianidinas se han asociado a una reducción en la respuesta animal como consecuencia de su efecto detrimental sobre el consumo, degradabilidad de la proteína, materia seca y fracciones minerales, actividad enzimática; entre otros (Waghorn et al., 1987; Horrigome et al., 1988; Scalbert, 1991; Jansman, 1993; Reed, 2001).

Debido a su capacidad para la formación de complejos estables que inactivan los taninos condensados, un polímero sintético no nutritivo denominado polietilenglicol (PEG) se ha empleado con frecuencia en estudios dirigidos a evaluar el efecto antinutricional de dichos metabolitos secundarios (Makkar et al., 1995; Priolo et al., 2000).

La técnica de producción de gas in vitro, a través de un sistema semi automatizado que utiliza un transductor de presión, ha  sido empleada para caracterizar  la degradabilidad ruminal de alimentos, el valor energético de la materia orgánica, la predicción de la tasa de crecimiento de rumiantes alimentados con recursos fibrosos y más recientemente, en la valoración del impacto nutricional de metabolitos secundarios presentes en los alimentos (Theodorou et al., 1994; Chenost et al., 2001; Hervás et al., 2003; Canbolat et al., 2005).

El presente estudio se realizó con el objetivo de evaluar el efecto de la adición de PEG sobre la degradabilidad ruminal aparente in vitro de la materia orgánica y el contenido de energía metabolizable en los granos de 11 cultivares comerciales de sorgo pardo con variable contenido de taninos.

MATERIALES Y MÉTODOS

Muestras de sorgo y análisis químico

Se colectaron muestras de granos de 11 cultivares de sorgo (Sorghun bicolor (L) Moench) en cinco unidades de producción localizadas en el área de influencia del municipio Turén (09º 20’ 03’’ N y 69º 07’ 21’’ O) del estado Portuguesa, Venezuela.  Este municipio se ubica a una altura de  275 msnm, con una media anual de 27ºC, 1.395 mm de precipitación, 1.975 mm de evaporación y 4,3 meses secos (García y Soto, 1976).

Los cultivares evaluados (Criollo 1, Criollo 27, Chaguaramas III, Chaguaramas VII, Guanipa 95, Himeca 101, Himeca 400, Pioneer 81-G67, Pioneer 83-G88, Pioneer 86-P42 y Tecsem 120) fueron sembrados en el ciclo 2005, en condiciones de norte-verano en suelos predominantemente franco-arenosos, con un área de siembra para cada cultivar de 10-40 ha., densidad de 166.000 a 222.000 plantas/ha, fertilización al momento de la siembra con 150-200 kg/ha de 20-10-20 (N-P-K) y reabono 25 días después con 100-150 kg urea/ha.  Este manejo agronómico permitió un rendimiento de 2.885 ± 787,9 kg/ha, en cultivares con un ciclo de 90-110 días.

Al momento de la cosecha se tomaron muestras representativas del grano, las cuales fueron deshidratadas a temperatura ambiente, en un local ventilado y oscuro, hasta la obtención de peso constante, siendo posteriormente molidas en criba de 1 mm de diámetro. La composición química de los materiales considerados se muestra en el Cuadro 1, donde se evidencia un contenido de taninos condensados extractables de 1,1 ± 0,63 g Eleu/kg MS.

A todos los cultivares en estudio se les determinó la materia seca por deshidratación hasta peso constante a 105ºC, cenizas por ignición de la muestra durante 8 horas en una mufla a 550ºC y N total de acuerdo al método de Kjeldahl (AOAC, 1995).  El contenido de fibra  insoluble en detergente neutro (FDN) se definió

siguiendo la metodología descrita por Van Soest et al. (1991), con la adición de sulfito de sodio a la solución de detergente neutro para remover parcialmente los complejos taninos-proteína (Terril et al., 1992). La concentración de taninos condensados extractables en solución de acetona (70%) se determinó empleando el método de nButanol/HCl/Fe3+, expresando los resultados como equivalentes de leucocianidinas (Porter et al., 1986).

Producción de gas in vitro

Como fuente de inóculo se emplearon tres vacas Bos taurus x Bos indicus (488 ± 8 kg) fistuladas al rumen, manejadas a pastoreo en potreros de gramíneas cultivadas de los géneros Brachiaria, Cynodon, Digitaria y Panicum. Las vacas fueron suplementadas con alimento concentrado, a razón de aproximadamente 2 kg/anim/d (2,7% N, 7,6% Cenizas, 37,2% FND y 15,6% FAD).

Previo al suministro del suplemento (aprox. 06:00 h), se colectó el inoculo a partir de una fase liquida y una sólida de contenido ruminal en una relación aproximada 50:50, siendo trasladado al laboratorio y mantenido a una temperatura aproximada de 39ºC bajo flujo continuo de CO2, para posteriormente ser mezclado durante 10 s en una licuadora y filtrado a través de gasa estéril (poro 35 μm).

La producción de gas in vitro fue medida de acuerdo a la técnica descrita por Mauricio et al. (1999), en envases de vidrio (168 cm3) a los que se adicionó 1 g de sustrato, 90 mL de solución nutritiva y buffer, y 10 mL del inoculo. Se emplearon seis de estos recipientes por cada muestra a evaluar, tres con la adición de 1 g de PEG con peso molecular aproximado de 8000 (PEG, Merck^®) de acuerdo a Makkar et al. (1995). Todos los envases fueron incubados a 39ºC  y registrada la presión de gas a las 3, 6, 9, 12, 16, 24, 36, 48, 60, 72 y 96 horas.  Al finalizar cada lectura, efectuada por medio de la introducción de una jeringa fijada a un transductor de presión (Red Lion^®, Modelo DP5-1/8 DIN)  acoplado a un lector con diodo de emisión de luz, los envases de vidrio fueron agitados manualmente y liberado el gas remanente en su interior hasta alcanzar presión de 0 psi.  

La variación en la producción de gas debida a la inclusión del PEG, obtenida por diferencia entre las botellas con o sin este polímero, fue considerada como la producción de gas cuando los taninos condensados se inactivan. A finalizar las lecturas, se colocaron las botellas en baño de maría inverso (4ºC) y se filtró el contenido de las mismas en crisoles de vidrio con placas de porcelana porosa (poro #1), previamente pesados, para ser deshidratados a 105ºC hasta peso constante y por diferencia de pesos obtener la degradabilidad aparente del sustrato, corrigiendo ésta por la inclusión de tres botellas sin sustrato (blanco).

Cálculos y análisis estadístico

El volumen de gases producidos (V, mL) se determinó por la transformación de las lecturas de presión (p, psi) a volumen, utilizando la formula desarrollada por Mauricio et al. (1999):

V = 0,18 + 3,67p + p2

Los parámetros de la cinética de producción de gases se estimaron por medio de un modelo exponencial desarrollado por France et al. (1993), empleando el procedimiento NLIN de SAS (1985) para desarrollar la siguiente ecuación:

y = a [1 – exp^{(-b(t–T)–c (√t–√T))}]

En donde y es la producción total de gas al tiempo de incubación t, a es la producción potencial de gas (mL), b describe la tasa fraccional de producción de gas  (mL/h), c es la tasa constante de producción de gas (h-^1/2) y T representa el periodo de latencia antes que la producción de gas se inicie (fase de retraso ó Lag time).

La estimación de la energía metabolizable (EM) se efectuó considerando los valores obtenidos de  degradabilidad de la materia orgánica (DegMO) a partir de la técnica descrita previamente, empleando la ecuación propuesta por Menke y Steingass (1988):

EM (MJ/kg MS) = -1,15 + 0,1600 DegMO

Empleando estadística descriptiva se calculó la desviación estándar de cada valor promedio, para posteriormente a través de inferencia estadística establecer correlaciones múltiples y regresiones para identificar el grado de asociación entre las variables en estudio (Steel y Torrie, 1985). Los resultados fueron analizados a través del paquete estadístico SAS (1992).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Producción de gas in vitro

La tasa de producción de gas in vitro  de los granos de 11 cultivares evaluados con o sin adición de PEG al medio de incubación se muestra en la Figura 1, mientras en el Cuadro 2 se presentan la producción acumulada de gases y los parámetros de la cinética de fermentación obtenidos por ajuste al modelo exponencial empleado (France et al., 1993).

Figura 1. Tasa de producción de gas in vitro para los granos de 11 cultivares de sorgo con o sin adición de PEG-8000 al medio de incubación.

La producción acumulada de gases a las 96 h fue de 331,3 ± 27,3 mL/g MS, con un incremento de 3,1% derivado de la adición de PEG. Este parámetro se mantuvo en un rango de 277,9-372,3 mL/g MS, correspondiendo dichos valores a los cultivares Criollo 27 y Pioneer 81-G67; respectivamente. Estos indicadores muestran similitud con un estudio conducido por Cabral et al. (2005), quienes al evaluar 8 cultivares de sorgo en Brasil reportan una producción acumulada de gases a las 96 h de 376,1 ± 36,9 mL/g MS.La variación en la producción acumulada de gases debida a la adición de PEG (Cuadro 3) se considera una medida indirecta de la actividad biológica de los taninos condensados, y más específicamente, de su capacidad para reducir la fermentación ruminal (Makkar et al., 1995; Hervás et al., 2003). Es de resaltar que la mayor variación relativa, y por tanto el mayor impacto potencial de los taninos presentes en los granos de sorgo evaluados, ocurrió durante las primeras 12 h de incubación, donde la adición del PEG generó un incremento de 12,5 ± 9,3% en la producción acumulada de gases. Los cultivares Chaguaramas VII, Criollo 1, Guanipa 95, Himeca 101 y Pioneer 83-G88 presentaron un incremento en la producción de gases a las 12 h de 21,1 ± 5,7%, lo cual es indicativo de la actividad biológica de los taninos condensados presentes en dichos cultivares (1,4 ± 0,57 g Eleu/kg MS).

 

Entre los efectos detrimentales reportados para los taninos condensados están un deterioro del proceso de fermentación ruminal debido a limitaciones generales en la actividad microbiana y más específicamente en la capacidad de adhesión de los microorganismos a las partículas de alimento, así como una disminución en la disponibilidad de proteínas dietarias y la actividad de las endógenas, incluyéndose dentro de éstas últimas las enzimas digestivas (Kumar y Singh 1984; Menke y Steingass, 1988; Makkar et al., 1989; Frutos et al., 2000; Canbolat et al., 2005).

El ajuste de la información generada a un modelo matemático no lineal (Cuadro 2) permitió estimar una producción potencial de gas de 335,8 ± 30,7 mL, con una tasa fraccional de 0,06 ± 0,01 mL/h y un periodo de latencia de 4,5 ± 1,1 h. Estos valores, consistentes con lo reportado en la literatura para este cereal (Cabral et al., 2005), en general mostraron poca variación  asociada  a  la  adición  de  PEG  (3,1  0,0 y 3,4% para las variables antes citadas; respectivamente), tal como se muestra en el Cuadro 3. Sin embargo, los cultivares Chaguaramas VII, Criollo 1, Guanipa 95, Himeca 101 y Pioneer 83-G88 fueron los que presentaron una mayor reducción en el periodo de latencia (8,5 ± 2,28%) a consecuencia de la adición de PEG, ratificando el impacto decisivo de los taninos condensados sobre las primeras etapas de la fermentación ruminal

La degradabilidad aparente de la materia orgánica y el contenido de energía metabolizable estimada para los cultivares evaluados (Cuadro 4) presentan valores de 83,7 ± 2,4% y 12,5 ± 0,5 MJ/kg MS, los cuales son similares a lo reportado en la literatura para este cereal (INRA, 2002; FEDNA, 2003; Cabral et al., 2005). La adición de PEG al medio de incubación tuvo poco impacto sobre estas variables, generando una variación de 0,6 y 0,1%; respectivamente.

 

En el Cuadro 5 se presentan los modelos con mayor coeficiente de determinación para las variables respuesta degradabilidad in vitro de la materia orgánica y  tasa fraccional de producción de gases.  El contenido de taninos condensados mostró correlación negativa significativa (P<0,05) con la degradabilidad aparente de la materia orgánica a las 48 h de incubación in vitro, mientras que la tasa fraccional de producción de gases se asoció de modo inverso con el contenido de FND (P<0,05), evidenciando las limitaciones que impone el contenido de pared celular a la fermentación de la materia orgánica de este cereal. Ambas relaciones han sido reportadas previamente por diversos autores (Kumar y Singh, 1984; Makkar et al., 1989; Van Soest et al., 1991; Mauricio  et al., 1999; Hervás et al., 2003;  Cabral et al., 2005; Canbolat et al., 2005), y resaltan la utilidad de esta metodología en la valoración nutricional de materiales de uso actual o potencial en la alimentación de rumiantes.

CONCLUSIONES

La actividad biológica de la fracción de taninos condensados extractables  presentes en los cultivares comerciales de sorgo evaluados fue superior durante las primeras 12 horas de incubación in vitro. El mayor impacto potencial de estos metabolitos secundarios sobre la producción acumulada de gases y el periodo de latencia se registró en los cultivares Chaguaramas VII, Criollo 1, Guanipa 95, Himeca 101 y Pioneer 83-G88.

LITERATURA CITADA

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