Notas de investigación

 

Evaluación in vitro del ensilaje de girasol (Helianthus annuus L.) solo y combinado con ensilaje de maíz

 

In vitro evaluation of sunflower (Helianthus annuus L.) silage alone or combined with maize silage

 

Ramón Gonzalo Aragadvay-Yungánª, Adolfo Armando Rayas Amor^b, Darwin Heredia-Nava^c, Julieta Gertrudis Estrada-Floresª, Francisco Ernesto Martínez-Castañedaª, Carlos Manuel Arriaga-Jordánª

 

^a Instituto de Ciencias Agropecuarias y Rurales (ICAR). Universidad Autónoma del Estado de México. Instituto Literario # 100, Tel. y fax: +52 (722) 296 5552 50000, Toluca, Estado de México, México. cmarriagaj@uaemex.mx. Correspondencia al último autor.

^b Departamento de Ciencias de la Alimentación, Universidad Autónoma Metropolitana-Unidad Lerma. Estado de México, México.

^c Centro Universitario de los Altos (CUALTOS), Tepatitlán de Morelos, Jalisco. México.

 

Recibido el 31 de octubre de 2013.
Aceptado el 12 de febrero de 2014.

 

Resumen

El ensilado de girasol forrajero (Helianthus annuus L.) es promovido para la alimentación del ganado lechero ante escasez de riego y lluvias erráticas. El objetivo fue valorar al ensilado de girasol, solo y en diferentes proporciones con ensilado de maíz mediante degradación in vitro y la cinética de producción de gas. Se realizaron micro-silos, abiertos a los 80 días para el ensilado de maíz (EMz) y 50 días para el ensilado de girasol (EG), evaluándose los siguientes tratamientos (EMz%: EG%); T1) 100:0, T2) 75:25, T3) 50:50, T4) 25:75 y T5) 0:100. En el T2 la fibra detergente neutra y ácida disminuyeron significativamente (P<0.05), resultando en una digestibilidad in vitro de materia seca, materia orgánica, fibra detergente neutra y contenido de energía metabolizable y proteína cruda (P>0.05) similar a T1. Hubo mayor producción de gas total en T1, pero con una menor tasa de fermentación (P<0.05) al compararlo con T2 cuya tasa de fermentación fue de 0.0530/h, con un tiempo Lag de 3.4 h. El girasol aporta 31.8 % más de PC, 11.8 % menos de energía metabolizable y 11.9 % menos de digestibilidad in vitro. Comparado con el T1, el T2 aportó 1.6 % más de proteína, 2 % menos de energía metabolizable y 4.4 % menos de digestibilidad in vitro. Se concluye que el ensilado de girasol podría ser una alternativa para sustituir al ensilado de maíz hasta un 25 %, ya que el aporte de proteína y energía es similar al ensilado de maíz solo.

Palabras clave: Cinética ruminal, Ensilado de girasol, Ensilado de maíz, Gas in vitro, Tasa de fermentación.

 

Abstract

Sunflower silage (SS) is being promoted as an efficient forage for feeding dairy cattle in the face of shortages of irrigation and erratic rainfall. The objective was to compare, through the in vitro gas production technique, the kinetics of ruminal fermentation of SS and its mixtures with maize silage (MzS) to know its nutritional characteristics before its inclusion in feeding strategies. Five combinations of SS with MzS were assessed (MzS%: SS%); T1) 100:0, T2) 75:25, T3) 50:50, T4) 25:75 y T5) 0:100. Combining MzS with 25% SS decreased neutral detergent fiber and acid detergent fiber contents (P<0.05), which resulted in a digestibility of dry mather, organic matter, neutral detergent fiber and metabolizable energy similar to MzS (P>0.05), and with a CP content not statistically higher than MzS. The MzS had the highest total gas production (GP) but at a lower fermentation rate (P<0.05) when compared to T2 that had a better fermentation rate of 0.0530 %/h, with Lag time of 3.4 h. Before ensiling, sunflower supplies 31.8 % more CP, 11.8 % less metabolizable energy and 11.9 % less in vitro digestibility of organic matter than maize plant. Compared to T1, the T2 supplied 1.6 % more crude protein, 2 % less metabolizable energy and 4.4 % less of in vitro digestibility of organic matter. Therefore it is concluded that sunflower silage could be an alternative to substitute up to 25 % of maize silage as the crude protein and metabolizable energy supply are similar to maize silage.

Key words: Ruminal kinetics, Sunflower silage, Maize silage, Gas production, Fermentation rates.

 

El girasol (Helianthus annuus L.), es un cultivo que se caracteriza por presentar una alta tolerancia al frío y al déficit de humedad edáfica, además de tener un ciclo de cultivo más corto que el maíz, lo cual hace que se pueda sembrar en zonas propensas a déficit de lluvias como un cultivo alternativo al maíz, y de mejor adaptación a los cambios climáticos inciertos, lluvias intermitentes y sequias prolongadas, que se han presentado en las últimas décadas, como lo indican los estudios realizados por el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático⁽¹⁾.

Si bien el estudio del girasol en México no es nuevo, el girasol como ensilado y en comparación al ensilado de maíz, ha demostrado ser uno de los forrajes alternativos para la alimentación de rumiantes.

En estudios previos realizados en Estados Unidos⁽²⁾, se reportó un rendimiento de leche de 30 kg/vaca/día al usar una mezcla de ensilado de maíz-girasol, significativamente mayor con respecto al ensilado de maíz (29 kg/vaca/día), y los contenidos de ácido oleico y linoléico en leche también fueron mayores al utilizar mezclas de ensilado maíz-girasol.

Igualmente en un estudio en el Noroeste de Estados Unidos con vacas lecheras, no existieron diferencias significativas en producción de leche, contenido de grasa y proteína en leche, y ganancia de peso vivo al comparar ensilado de girasol con ensilado de pasto-alfalfa⁽³⁾. En un estudio de digestibilidad in vivo de ensilado de maíz y de girasol se reportó que los valores de digestibilidad de la materia seca (MS), fibra detergente neutra (FDN), fibra detergente ácida (FDA) así como el consumo de MS, no presentaron diferencias significativas⁽⁴⁾. Los reportes de la composición química del ensilado de girasol indican que es menor a la del ensilado de maíz, excepto por el aporte de proteína cruda y principalmente por el aporte de la grasa con alta densidad calórica por unidad de MS⁽²⁾.

Con base en estos antecedentes, la utilización de ensilado de girasol en la alimentación de rumiantes puede ser un alimento alternativo al ensilado de maíz, especialmente en zonas donde las condiciones ambientales son adversas para el cul ti vo de maíz y de acuerdo con lo mencionado, en este estudio se planteó la hipótesis de que el ensilado de girasol es una alternativa para sustituir al ensilado de maíz en términos de su valor nutricional.

Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue evaluar el efecto de la combinación de ensilado de maíz y ensilado de girasol en diferentes proporciones o sin combinar, sobre la composición química, la digestibilidad in vitro y la cinética de producción de gas in vitro.

El presente estudio se llevó a cabo en el laboratorio del Instituto de Ciencias Agropecuarias y Rurales (ICAR), de la Universidad Autónoma del Estado de México. Se utilizó maíz de variedad criolla sembrado el 16 de mayo del 2012 en el municipio de Aculco, ubicado en el noroeste del Estado de México, México, y cosechado a los 157 días. El cultivo de girasol variedad Icamex-1 se sembró el 15 de julio del 2012 en el Centro de Investigación y Transferencia de Tecnología Rancho Arroyo, ubicado en el municipio de Almoloya de Juárez, Estado de México, perteneciente al Instituto de Investigación y Capacitación Agropecuaria, Forestal y Acuícola del Estado de México (ICAMEX) y cosechado a los 127 días de la siembra. Después de la cosecha de ambos cultivos, se procedió a picar las plantas con una longitud promedio de 2.5 cm; posteriormente el forraje picado se colocó en bolsas de plástico con un grosor de 600 micras, sellados con cinta plástica adhesiva para formar micro-silos.

Los micro-silos se abrieron a los 80 días para el ensilado de maíz (EMz) y 50 días para el ensilado de girasol (EG). El pH se determinó al momento de destaparlos tomando una muestra de 20 g de cada micro-silo, las cuales se colocaron en una licuadora y se agregaron 180 ml de agua destilada a temperatura ambiente, licuándose por 30 seg. La mezcla se filtró a través de cuatro capas de tela manta de cielo y el pH se determinó en el extracto colectado utilizando un potenciómetro digital.

De las muestras colectadas se tomó una parte para la determinación de materia seca a temperatura de 100 a 105 °C, el resto de la muestra se desecó en estufa de aire forzado a 60 °C durante 48 h, y se registró el peso. Se utilizó este método debido a que no se disponía de la técnica de arrastre por tolueno; sin embargo ante estas situaciones, se puede utilizar un factor de corrección^(5,6) por pérdidas de compuestos volátiles de 1.08 cuando la MS oscila entre 20 a 29 % y de 1.05 para una MS de 30 a 39 %, por lo tanto en este estudio el cálculo de la MS contempla dichas correcciones.

Después de haber sido desecadas, las muestras se molieron en un molino Wiley con una malla de 1 mm, y se procedió a realizar las combinaciones del ensilado de maíz con diferentes niveles de ensilado de girasol, obteniéndose cinco tratamientos: T1) EMz 100 %; T2) EMz 75 %- EG 25 %; T3) EMz 50 %-EG 50 %; T4) EMz 25 %-EG 75 %; T5) EG 100 %.

Todos los análisis se realizaron por duplicado; el contenido de materia seca total (MS) se determinó mediante el secado de 1 g en una estufa de aire forzado a 100-105 °C durante 24 h, y el contenido de cenizas por incineración en una mufla durante 4 h a 450 °C⁽⁷⁾. El cálculo de la materia orgánica se realizó mediante la resta de la MS total menos el contenido de cenizas.

Para los análisis posteriores, se utilizaron sub-muestras que se desecaron a 60 °C para aminorar el daño por calor. El contenido de nitrógeno se estimó mediante el método micro Kjeldahl⁽⁸⁾, la proteína cruda (PC), se calculó como N x 6.25; el contenido de fibra detergente neutro (FDN) y fibra detergente ácido (FDA) se determinaron con las técnicas recomendadas para estos análisis⁽⁹⁾. Para estimar la energía metabolizable, se multiplicó la digestibilidad de la materia orgánica x 0.0157 ⁽⁹⁾.

Para evaluar la cinética de fermentación se utilizó la técnica de producción de gas in vitro (PG)⁽¹⁰⁾. En este experimento se usaron botellas de vidrio de 160 ml y la PG se midió con un transductor de presión Delta Ohm modelo D0 9704. Se incubaron 0.99 ± 0.01 g de muestra en cada botella, asignando cuatro botellas independientes a cada muestra; una de ellas se utilizó para medir la PG hasta las 120 h y el resto se empleó para evaluar la digestibilidad; en cada corrida de incubación se contemplaron cuatro blancos. A cada botella se le adicionaron 90 ml de solución amortiguadora y 10 ml de líquido ruminal, el cual se colectó de dos vacas adultas fistuladas, de raza Holstein, de 4 años de edad, con peso promedio de 450 kg y su alimentación se basó en 83 % de forraje y 17 % de concentrado comercial. La recolección de líquido ruminal se realizó en las primeras horas de la mañana, se filtró a través de cuatro capas de tela manta de cielo, y se colocó en un termo calentado previamente a 39°C, que se transportó rápidamente hacia el laboratorio para la inoculación.

Las mediciones de producción de gas se tomaron con el transductor de presión a las horas 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 12, 16, 20, 28, 36, 44, 52, 60, 72, 84, 96, y 120 posterior a la incubación.

La digestibilidad in vitro se evaluó transcurrido el periodo de incubación, que fue a las 48 h, empleando una botella para evaluar la digestibilidad de la MS, la MO y de la FDN. El sustrato residual se removió con agua destilada y se filtró en crisoles Gooch (#1); la MS residual filtrada se colocó en una mufla a 105 °C por una hora; este peso seco se registró y la digestibilidad in vitro de la materia seca (DIVMS) se determinó por diferencia de peso entre la MS inicial y la MS residual. Posteriormente la MS residual se colocó en una mufla a 450 °C durante 4.5 h, para determinar el contenido de cenizas y posteriormente calcular la materia orgánica (MO) residual; la digestibilidad in vitro de la materia orgánica (DIVMO) se calculó por diferencia de peso entre la MO inicial menos la MO residual. Para el cálculo de la digestibilidad in vitro de la fibra detergente neutro (DIVFDN) los residuos de la fermentación de las botellas, se removieron con 50 ml de solución FDN; posteriormente se colocaron en una autoclave a 105 °C por una hora, se filtraron en crisoles Gooch (#1) y el residuo se colocó en una mufla a una temperatura de 105 °C por una hora, se registró el peso seco del residuo y posteriormente, se incineró en una mufla a 450 °C por 4 h. El cálculo de la DIVMS se realizó por diferencia de peso entre el contenido de FDN inicial en la muestra menos el contenido de FDN residual⁽¹¹⁾.

Los parámetros de fermentación in vitro se estimaron mediante el ajuste del volumen de gas acumulado de cada botella, al modelo matemático desarrollado para estos estudios⁽¹²⁾, usando el logaritmo Marquart implementado en Grafit v3⁽¹³⁾, como se muestra en la siguiente ecuación:

PG = B (1 - exp ^{-c (t-lag)})

Donde: PG= producción total de gas (ml gas / 100 mg MS); B= producción asíntota de gas de la fermentación de la fibra detergente neutra; c= tasa de degradación de producción de gas (por hora); lag= tiempo transcurrido antes de que empiece la fermentación de los carbohidratos estructurales.

Para el análisis estadístico de los datos se empleó un diseño completamente al azar; el modelo general lineal fue Y_ij = μ + T_i + e_ij; en donde Y_ij es la variable de respuesta perteneciente al j-ésimo elemento y al i-ésimo tratamiento, μ es la media general, T es efecto debido al i-ésimo tratamiento y e_ij es el error experimental asociado al j-ésimo elemento del i-ésimo tratamiento. Para evaluar las posibles tendencias lineales (L), cuadráticas (Q) o cúbicas (C) en cada una de las variables y debido a los tratamientos, se realizó un análisis de polinomios ortogonales; el modelo general fue:

t Cj= Σ C_ij T_i i=1

En donde C es el contraste, C_ij es el coeficiente del tratamiento en el contraste j y T_i es el total del tratamiento i. Las variables del análisis bromatológico, digestibilidad in vitro, los parámetros de fermentación in vitro y el análisis de polinomios ortogonales se realizaron empleando el procedimiento GLM implementado en el software estadístico Minitab⁽¹⁴⁾. El análisis de varianza (ANOVA) se realizó para cada una de las variables y al observarse diferencias significativas (P<0.05) se realizó la prueba de comparación de medias de Tukey. En el análisis de polinomios ortogonales, las tendencias L, Q y C se consideraron significativas a un nivel de P<0.05.

La composición química de la planta de maíz y el girasol antes de ensilar se muestran en el Cuadro 1. En general los valores de cenizas, MO, PC, FDN, mostraron diferencias (P<0.05) entre los forrajes evaluados; excepto para FDA (P>0.05).

En el Cuadro 2 se muestra el pH y la composición química para los diferentes tratamientos; tanto el pH como el contenido de MS en T1 y T5 mostraron diferencias (P<0.05) y una tendencia lineal creciente (P<0.001) con respecto al incremento en la proporción de EG.

Los valores de pH del T1 fueron cercanos a lo reportado por otros autores⁽¹⁵⁾, quienes encontraron valores de pH de 3.9 para EMz. Estos resultados de pH en EMz junto al contenido de MS son características aceptables que evidencian un buen proceso de conservación⁽¹⁶⁾. Por otro lado, el pH del T5 fue cercano al encontrado por trabajos en Brasil⁽¹⁷⁾, en los que reportan valores entre 4.5 y de 4.1 para una combinación de EMz-EG a una proporción de 60:40 respectivamente⁽²⁾; estos valores de pH indican una alta capacidad buffer, debido a que este tipo de forrajes tienen bajos contenidos de materia seca y de carbohidratos hidrosolubles disponibles para la fermentación⁽¹⁸⁾ y que posteriormente son convertidos a ácido láctico.

En el análisis bromatológico de los ensilados, los contenidos de cenizas y MO de los tratamientos T3 y T4 fueron similares (P>0.05), a diferencia de T1, T2 y T5. Los contenidos de PC fueron similares en todos los tratamientos, excepto en T5 (81 g kg^-1 MS, P<0.05); el contenido de PC que se reporta en este estudio resultó inferior a lo reportado en la literatura⁽²⁾, que es de 100 g kg^-1 MS para el caso de la combinación maíz-girasol y hasta 115 g en EG sin combinar.

La composición química de los ensilados tienen relación con las tendencias que se dan entre forrajes al evaluarlos solos o combinados⁽¹⁹⁾. En el Cuadro 2, se observa una tendencia lineal decreciente (P<0.001) en el contenido de MO con respecto al incremento en la proporción de EG: a mayor proporción en la combinación menor es el contenido de MO.

Para las variables de PC, FDN y FDA la tendencia fue cúbica (P<0.01), lo que sugiere que a mayor proporción de EG mayor es el contenido de estas variables, pero este incremento no es constante y tiene un punto asintótico.

El EG presentó mayor contenido de PC que el EMz (P<0.05), sin embargo no se observaron incrementos (P>0.05) al combinarlo con el EMz; esto fue contrario a los resultados reportados en trabajos sobre cultivos asociados con maíz forrajero⁽²⁰⁾, que indican incrementos en el contenido de PC en ensilados asociados maíz-girasol versus ensilado de maíz; solamente el T2 mostró un ligero incremento (1 g kg^-1 MS) con respecto al T1, lo que puede explicarse debido al bajo contenido de PC que presentó el EG (T5) con respecto a otros estudios⁽²⁾.

Como resultado del proceso del ensilaje de la planta de maíz, se observó que el contenido de FDN disminuyó en EMz de 554 a 485 g kg^-1 MS, probablemente por la alta utilización de la hemicelulosa como se ha indicado en otros estudios⁽²¹⁾, lo que favorece quizá el incremento en el consumo de MS en estudios in vivo⁽²²⁾.

Los valores de digestibilidad in vitro (g kg^-1 MS) del maíz y girasol, antes de ser ensilados, presentaron diferencias significativas (P<0.05), para todas las variables de DIVMS, DIVMO, y DIVFDN. Además se presentaron diferencias (P<0.05) en los valores de energía metabolizable (MJ kg^-1 MS) entre el maíz y girasol (Cuadro 3).

El Cuadro 4, presenta valores de digestibilidad in vitro y energía metabolizable de los tratamientos. En la DIVMS y la DIVMO de T1 y T2 no se observaron diferencias a excepción de DIVFDN (P<0.05), y estos a su vez fueron diferentes (P<0.05) de T3, T4, y T5. La DIVMS, DIVMO y de la DIVFDN mostraron una tendencia lineal decreciente, ya que a medida que se incrementó la proporción de EG su digestibilidad in vitro disminuyó, lo cual tuvo un efecto negativo en el contenido de EM. En estudios previos⁽¹⁹⁾ que relacionan contenidos de EM con valores de digestibilidad de carbohidratos estructurales, al estudiar EMz combinado con girasol, col rizada y frijol, indican que los bajos contenidos de EM de los EMz-EG se atribuyen a la disminución en la digestibilidad. Esta disminución en los carbohidratos estructurales podría explicarse con el hecho de que el ensilado de girasol con ti ene grasas y aceites que disminuyen el conteo de microorganismos ruminales⁽⁶⁾, lo cual podría sugerir que hay menor cantidad de microorganismos para efectuar la degradación del sustrato; en este sentido el aporte de EM del T1 y T2 fue similar (P>0.05).

Los parámetros del ajuste de la producción acumulada de gas (PG) in vitro de los tratamientos se muestran en el Cuadro 5. No se observaron diferencias (P>0.05) en la fracción "B" entre T3 y T4, sin embargo estos fueron diferentes a los demás tratamientos, de los cuales el T1 presentó la PG más alta (Figura 1). Las tasas de fermentación (c) de la fracción "B" más altas se observaron en T4 y T5, las cuales fueron diferentes (P<0.05) a los demás tratamientos. El lag en el modelo presentado⁽¹²⁾, indica el tiempo en que los microorganismos comienzan la degradación de la fracción "B" (carbohidratos estructurales); en este estudio el T5 presentó mayor tiempo lag (h), que difiere (P<0.05) del resto de los tratamientos, y T2 mostró el menor tiempo lag, lo cual sugiere que el contenido de carbohidratos de rápida degradación (azúcares, almidón y pectinas) en T5 es mayor que en T2. En este trabajo, el tiempo lag mostró una tendencia cuadrática con respecto a la proporción de EG.

En el Cuadro 5 también se muestra que la fracción "B" y la PG acumulada a las 24 h mostraron una tendencia lineal decreciente (P<0.001) con respecto al incremento en la proporción de EG; por el contrario "c" mostró una tendencia lineal creciente (P<0.001); "c" está relacionada con la fermentación del sustrato y que a su vez se relaciona con el tipo de carbohidratos estructurales en el sustrato⁽²³⁾, lo cual sugiere mayor celulosa para los microorganismos ruminales.

En la Figura 1 se muestran los perfiles de gas acumulado en los diferentes tratamientos; se observa que durante las primeras 8 h post incubación la PG acumulada es similar entre los tratamientos (P>0.05), sin embargo a partir de las 24 h se observó que el T5 produjo menor cantidad de gas que el resto de los tratamientos; esto claramente refleja que la velocidad de degradación es alta pero con poco sustrato en la fracción "B".

Tomando como base a la planta del maíz antes de ensilar, la planta de girasol aporta 31.8 % más proteína cruda, 11.8 % menos de energía metabolizable y 11.9 % menos de digestibilidad in vitro. Comparado con el ensilaje de maíz, el ensilado de girasol aportó 1.6 % más de proteína, 2 % menos de energía y 4.4 % menos de digestibilidad in vitro de la materia orgánica. Por lo tanto, el ensilado de girasol podría ser una alternativa para sustituir al ensilado de maíz hasta en un 25 %, ya que el aporte de proteína y energía es similar al ensilado de maíz sin combinar.

 

AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan su agradecimiento a la T.L. Laura Edith Martínez Contreras y la T.L. María de Lourdes Maya Salazar por su invaluable apoyo. Al M. en F. Fermín Bravo Quirino por su apoyo con el cultivo de girasol. Este trabajo se realizó dentro del proyecto "Evaluación de la sustentabilidad de sistemas de producción de leche en pequeña escala" financiado por CONACYT con clave 129449 CB-2009 y gracias al financiamiento de la Agencia Española de Cooperación Internacional para el Desarrollo de España a través del proyecto clave AECID 11-CAP2-1526. Se agradece igualmente a la Secretaría Nacional de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación (SENESCYT) del Gobierno de Ecuador por la beca para los estudios de posgrado de Ramón Gonzalo Aragadvay Yungán.

 

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