| Livestock Research for Rural Development 24 (8) 2012 | Guide for preparation of papers | LRRD Newsletter | Citation of this paper |
La desaparición in vitro de la materia seca (DIVMS), variables de cinética de producción de gas (L, tiempo lag; S, tasa de producción de gas y Vmax, volumen máximo de gas), y concentración de N-NH3 de alimentos no convencionales de origen vegetal: nopal (NPL) y hojas de aguacate (AGC), col (COL), coliflor (CLF), elote (ELT), espinacas (ESP) y lechuga (LCH) así como de los convencionales: alfalfa (ALF) y avena henificada (AVN) fueron estudiadas. Las muestras de alimentos no convencionales se obtuvieron de un depósito de alimentos. Las variables L, S y Vmax se calcularon usando un modelo logístico. El diseño experimental fue completamente al azar y los datos se analizaron con modelos mixtos. Los resultados indican que los alimentos no convencionales usados en este estudio pueden ser fermentados adecuadamente por los microrganismos del rumen y podrían incluirse en la alimentación de rumiantes para disminuir la acumulación de desechos orgánicos en las grandes ciudades.
Palabras clave: ácidos grasos volátiles, agricultura urbana, reciclaje
The disappearance in vitro dry matter (IVDMD), kinetic parameters of gas production (L, time lag, S, gas production rate and Vmax, the maximum volume of gas) and N-NH3 concentration of nopal-legume, avocado leaves, col, cauliflower, corn leaves, spinach and lettuce as well as lucerne and oat hay were studied. The variables L, S and Vmax were calculated using a logistic model. The experimental design was completely random and data were analyzed using mixed models. Results indicate that rejected vegetables can be properly fermented by rumen microorganisms and could be included in the feeding of ruminants to reduce the accumulation of methane and waste organics in the big cities.
Key words: volatile fatty acids, urban agriculture, recycle
Uno de los objetivos en la nutrición de rumiantes es encontrar y evaluar nuevos alimentos que garanticen una producción económica, inocua y de calidad. Una posibilidad que ha sido utilizada en la ciudad de México es el empleo de desperdicios de verduras de los mercados para alimentar vacas lecheras (Losada et al 2000), lo cual es una opción importante en la jerarquía del reciclamiento de residuos orgánicos y una forma eficiente para reducir la emisión de gas metano hacia la atmósfera (EPA 2012).
México ocupa el noveno lugar mundial en la producción de hortalizas y tiene un consumo per cápita de 72 kg/habitante. La Central de Abasto, construida al oriente de la Ciudad de México y con 328 ha, es el lugar donde se comercializan estos productos y es el centro de ventas más grande del mundo. Este centro comercial recibe el 40% de la producción nacional de la producción primaria en México. La producción de basura orgánica es de 800 toneladas/día, de las cuales, 100 toneladas son utilizadas como fuente de forraje para alimentar vacas lecheras en el ámbito de influencia del gran mercado.
El objetivo del presente estudio fue investigar el potencial de algunos desechos de verduras de uso común en la alimentación de vacas lecheras, mediante su composición química y la técnica de producción de gas in vitro.
Las muestras de desechos de verduras se colectaron en la central de abastos de la Ciudad de México. El criterio para la colección de muestras fue el volumen de desecho y su uso en la alimentación de rumiantes. Se tomaron muestras representativas en distintos comercios y se seleccionaron hojas de Aguacate (Persea americana), lechuga (Lactuca sativa), Col (Brassica oleraceae var. viridis), Coliflor (B. oleraceae var. botrytis), hojas de elote (Zea mays), hojas y parte del tallo de espinacas (Spinacia oleraceae,) y nopal verdura (Opuntia ficus spp). La alfalfa (Medicago sativa) y la Avena henificada (Avena sativa) se obtuvieron de algunos establos. Todas las muestras se llevaron inmediatamente al laboratorio, se picaron en trozos, se depositaron en bolsas de papel, se registró su peso y se secaron en estufa de aire forzado durante 48 horas a 55 °C.
El presente estudio se realizó en el Laboratorio del Área de Sistemas de Producción Agropecuaria de la Universidad Autónoma Metropolitana - Iztapalapa y en el Laboratorio de Microbiología Pecuaria de la Universidad Autónoma Chapingo. Las muestras secas se molieron en una criba de 2 mm (Thomas-Willey, USA) y se analizaron para materia seca (MS), materia orgánica (MO), proteína cruda (PC), y cenizas (AOAC 1990). También se analizaron para lignina detergente ácido (LDA), fibra detergente neutro (FDN) y fibra detergente ácido (FDA) (Van Soest et al 1991) en un analizador de fibra ANKOM200 (Ankom Technology Corporation, NY).
Se usó la técnica descrita por Theodorou et al (1994) y se evaluó la cinética de producción de gas, la desaparición in vitro de la materia seca (DIVMS), la concentración de ácidos grasos volátiles (AGV) y N-NH3. En frascos de vidrio (125 mL color ámbar) se colocaron 0.5 g de sustrato molido (malla de 2 mm) correspondiente a cada especie vegetal, con cinco repeticiones, excepto en tres que se usaron como blancos para ajustar las lecturas de producción de gas por la fermentación de la digesta en el inóculo. En cada frasco se agregaron 90 mL de inóculo ruminal estandarizado (9:1 v/v, solución mineral: inóculo ruminal) con flujo continuo de CO2 que se retiró al colocar el tapón de hule y el aro de aluminio; los frascos se sellaron con una rizadora manual (SUPELCO, U. S. A). El inóculo ruminal se extrajo de 2 borregos (51± 2.3 kg PV) antes de alimentarlos (07:00 horas) vía cánula en rumen, la dieta era ensilado de maíz más un suplemento de concentrado comercial. La presión de gas se midió a las 0, 1, 2, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 16, 20, 24, 30, 36, 46, 58, 70, 82 y 96 horas de incubación mediante un manómetro (Metrón, México) con escala de 0 a 1 kg cm2. La presión (P) de gas se transformó a volumen (V) de gas mediante la ecuación P= -0.0159+0.0163V.
La desaparición se calculó por triplicado. El contenido de cada frasco se filtró (Papel Whatman # 541) usando una bomba de vacío (Felisa, vacío 500 mm Hg y 38 L/minuto). Las muestras se secaron durante 48 horas a 55 °C, luego se colocaron en un desecador hasta peso constante y se registró el peso.
Esta variable se midió por duplicado a las 24 horas de incubación. De cada frasco se extrajeron 4 mL de la fracción líquida, se mezclaron con 1 mL de ácido metafosfórico al 25 % (Erwin et al 1961) y se almacenaron a 4 °C. De cada tubo se tomaron 2 mL, se depositaron en viales de 2.5 mL y se centrifugaron 5 min a 9 000 X g; luego se inyectó 1 μL del sobrenadante en un cromatógrafo de gases Perkin Elmer modelo Claurus 500 con columna capilar Elite PFAP. Se utilizó hidrógeno como gas acarreador con flujo de 5.5 mL/min, temperatura de inyector y detector de 250 °C, de horno 80 °C durante 1 minuto con incrementos de 20 °C por minuto hasta alcanzar 140 °C, dando un tiempo de corrida de 8 minutos. La concentración de N-NH3 se calculó según McCollough (1967) y se usó sulfato de amonio como estándar. La absorbancia se leyó en un espectrofotómetro de luz ultravioleta visible (Perkin Elmer UV/VIS Lambda 2, USA) a 630 nm.
Se usó un diseño completamente al azar y los datos se analizaron utilizando modelos mixtos mediante el procedimiento MIXED (SAS 2003). Las variables de cinética de producción de gas se obtuvieron usando el modelo logístico F(t) = v / 1 + e2-4S(t-L) (Schofield et al 1994) mediante el procedimiento NLIN (SAS 2003). La comparación de medias se hizo con la prueba de Tukey (p≤0.05).
Los desechos de verduras usados en el presente estudio contenían 10% de MS en promedio (Cuadro 1), similar a lo reportado por Arias et al (2003) al evaluar la composición química de vegetales usados en sistemas lecheros urbanos.
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Cuadro 1. Análisis químico de forrajes y desechos de verduras como alimentos de ganado lechero al oriente de la Ciudad de México. |
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Nutriente |
Hojas de aguacate |
Alfalfa |
Avena |
Col |
Coliflor |
Hojas de elote |
Hojas y tallo de espinacas |
Lechuga |
Nopal |
|
Humedad, % |
83.6 |
11.2 |
13.5 |
88.5 |
89.9 |
81.29 |
91.1 |
94.3 |
96.1 |
|
MS, % |
16.4 |
88.8 |
86.5 |
11.5 |
10.0 |
18.3 |
8.9 |
5.75 |
3.9 |
|
MO, % |
84.2 |
89.1 |
91.1 |
83.7 |
85.9 |
96.7 |
77.2 |
76.3 |
75.6 |
|
Cenizas, % |
15.8 |
10.9 |
9.04 |
16.5 |
14.4 |
3.45 |
22.6 |
23.2 |
24.5 |
|
PC, % |
29.1 |
21.9 |
9.44 |
10.7 |
18.35 |
3.73 |
28.1 |
17.23 |
15.6 |
|
FDN, % |
34.5 |
43.7 |
60.1 |
18.5 |
22.9 |
69.9 |
29.7 |
26.2 |
49.5 |
|
FDA, % |
20.8 |
29.2 |
33.5 |
13.6 |
16.5 |
32.2 |
18.2 |
19.7 |
15.3 |
|
Hem, % |
13.7 |
14.5 |
26.7 |
4.92 |
6.44 |
37.7 |
11.5 |
6.45 |
34.2 |
|
Lignina, % |
10.3 |
5.92 |
3.43 |
2.73 |
2.62 |
1.42 |
8.53 |
9.62 |
2.13 |
|
MS- Materia seca, MO-Materia orgánica, PC-Proteína Cruda, FDN-Fibra detergente neutro, FDA-Fibra detergente ácido, Hem- hemicelulosa |
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El alto contenido de humedad de las verduras resulta benéfico ante la escasez de agua en áreas urbanas y áridas; sin embargo, dificulta su traslado y favorece su descomposición (EPA 2012). La concentración de FDN y FDA fue menor en los desechos de verdura excepto en las hojas de elote, lo que sugiere un mayor contenido de energía debido a la correlación negativa entre FDN y energía (NRC 2001). El contenido de PC en nopal fue muy superior respecto a lo reportado por Pinos-Rodriguez et al (2010) y similar a los resultados de Arias et al (2003). Tegegne (2003) menciona que el contenido de PC puede ser de 10.6 a 15% en cladiodos jóvenes de nopal cultivados en huertos. Los resultados del análisis químico de las hojas de col, coliflor, lechuga y espinacas, fueron similares a los que obtuvieron Tobias-Marino et al (2010) con diferencias en algunos valores, lo cual se puede deber a la etapa de madurez, variedad vegetal, tipo de suelo, clima, entre otros (Tegegne 2003).
En la cinética de producción de gas (Cuadro 2) el tiempo lag (L) fue mayor (p≤0.05) en el nopal, lo que sugiere que la fijación de los microrganismos ruminales hacia el sustrato y su hidratación requirió de mayor tiempo en respuesta a la resina presente en el componente comparado con la alfalfa, la avena y los demás alimentos no convencionales.
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Cuadro 2. Cinética de producción de gas y desaparición in vitro de la materia seca (MS) de desechos de verduras y forrajes |
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Variable |
Hojas de aguacate |
Alfalfa |
Avena |
Col |
Coliflor |
Hojas de elote |
Hojas y tallo de espinacas |
Lechuga |
Nopal |
SEM |
|
Vmax,mL |
262.1cd |
219.6d |
232.3d |
489.3a |
398.6b |
331.4cb |
275.5cd |
365.6b |
256.0d |
15.1 |
|
S, h-1 |
3.9-E2c |
3.8-E2cd |
3.6-E2cd |
3.5-E2d |
3.9-E2cd |
2.4-E2e |
4.6-E2ab |
4.9-E2a |
4.4-E2b |
8.7-E4 |
|
L, h |
7.4b |
6.5bc |
6.7bc |
4.1d |
5.4cd |
7.3b |
5.8bcd |
6.0bcd |
9.5a |
0.4 |
|
MS, g |
67.4b |
62.1c |
52.8d |
76.5a |
75.2a |
62.3c |
74.6a |
77.0a |
73.7a |
0.7 |
|
abcde medias con literal distinta en cada fila son diferentes (p≤0.05); Vmax- volumen máximo de gas; S- tasa de producción de gas, L-tiempo lag. |
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El valor de L fue menor en las hojas de col y de coliflor, por lo tanto su hidratación fue más rápida comparada con la alfalfa y avena, los cuales tuvieron un tiempo lag similar a la lechuga y a las espinacas. Tobias-Marino et al (2010) ajustaron los datos de producción de gas in vitro de algunos vegetales con el modelo exponencial descrito por Orskov y McDonald (1979); sus resultados mostraron que la intersección con el eje de las abscisas fue de menor valor en hojas de coliflor, lechuga y espinacas, similar a los resultados del presente estudio. Esta intersección representa la fracción de rápida fermentación, por lo que las hojas de col, coliflor, espinacas y lechuga pueden ser una fuente de carbohidratos de inmediata disponibilidad en rumen.
El valor de S es proporcional a la cantidad de sustrato degradado donde sustratos con mayor tasa de degradación se asocian con mejor accesibilidad, mayor hidratación y concentración de microrganismos ruminales. Así, el valor de S en las hojas de elote indica que su estructura contiene algunas barreras estructurales que dificultan su hidrolisis, lo cual puede explicarse por su alto contenido de FDN y FDA. Contrariamente, el valor de S en el nopal, las espinacas y las hojas de lechuga fue similar entre ellos y superior con respecto a la alfalfa y la avena lo que indica que son hidrolizados rápidamente a pesar del contenido de lignina en las espinacas y en las hojas de lechuga.
La DIVMS entre las hojas de lechuga, col, coliflor, espinacas y el nopal fue similar, sin embargo, el Vmax en hojas de espinacas y nopal fue bajo; lo que parece no estar relacionado con la DIVMS. Batista et al (2003) evaluaron distintas variedades de nopal, las cuales se caracterizaron por su alta tasa de degradación de MS en el rumen, y sus resultados son similares a la DIVMS de nopal en el presente estudio. Shoop et al (1977) encontraron mayor DIVMS del nopal comparado con la alfalfa y lo atribuyeron a su alto contenido de carbohidratos solubles y a su baja proporción de FDN y FDA. Por lo tanto, en comparación con la avena, la alfalfa y las hojas de elote, la mayor DIVMS en los desechos de verduras se puede deber a su menor contenido de fibra.
El mayor Vmax en las hojas de col, coliflor y lechuga, es similar a lo reportado por Tobias-Marino et al (2010) con respecto a otras hojas vegetales. Esto puede justificarse por la mayor concentración de ácidos grasos volátiles totales y de ácido acético (Cuadro 3) debido a que la síntesis de este último implica una mayor producción de gas según la relación estequiométrica descrita por Wolin (1960) para la síntesis de Ácidos Grasos volátiles (AGV).
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Cuadro 3. Concentración de ácidos grasos volátiles y de N-NH3 formados a partir de la fermentación in vitro de desechos de verduras y forrajes usados en vacas lecheras |
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Variables |
Hojas de aguacate |
Alfalfa |
Avena |
Col |
Coliflor |
Hojas de elote |
Hojas y tallo de espinacas |
Lechuga |
Nopal |
SEM |
|
Acético, mmol |
16.4b |
16.7b |
8.4c |
16.0b |
18.8ab |
10.0c |
17.0b |
22.0a |
15.1b |
0.7 |
|
Propiónico, mmol |
3.6cd |
3.7cd |
1.9e |
5.4ab |
4.7bc |
2.8ed |
4.1bcd |
6.3a |
3.0ed |
0.2 |
|
Butírico, mmol |
1.5cd |
1.1de |
0.9e |
1.7abc |
2.0ab |
1.2cde |
1.7bc |
2.2a |
1.1de |
0.1 |
|
Total, mmol |
21.5bc |
21.5bc |
11.2e |
23.1bc |
25.4ab |
14.1de |
22.8bc |
30.5a |
19.2cd |
1.0 |
|
Acético, % |
76.3ab |
77.7ab |
74.6abc |
69.2d |
73.8bc |
71.2cd |
74.8abc |
72.1cd |
78.7a |
0.7 |
|
Propiónico, % |
16.8cd |
17.0cd |
17.2cd |
23.3a |
18.3bcd |
19.9cb |
17.8bcd |
20.6ab |
15.5d |
0.5 |
|
Butírico, % |
6.8cd |
5.2e |
8.2ab |
7.4bc |
7.8abc |
8.8a |
7.3bc |
7.2bc |
5.8de |
0.2 |
|
N-NH3, mg dL-1 |
15.2ab |
15.1ab |
12.7abc |
11.7bc |
14.5ab |
8.3c |
16.6a |
14.2ab |
13.8ab |
0.7 |
|
abcde medias con literal distinta en cada fila son diferentes (p≤0.05) |
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En las proporciones de los AGV destacaron la col, las hojas de elote y la lechuga en la cantidad de ácido propiónico producido en contraste con los demás, mientras que las concentraciones de butírico fueron diferentes en las hojas de aguacate, lechuga, col, coliflor y hojas de elote. La concentración de N-NH3 fue mayor en respuesta a la fermentación de las hojas de ESP, AGC y AVN. La menor concentración de N-NH3 se calculó en la fermentación de hojas elote y se relaciona con la menor cantidad de PC. Así, los alimentos con mayor concentración de PC favorecen la acumulación de N-NH3 in vitro.
La humedad es un factor determinante en el tipo de fermentación de los alimentos utilizados en las vacas lecheras. Los diferentes desperdicios evaluados en este estudio presentan contenidos distintos de proteína, materia seca, materia orgánica y fracciones de la fibra, por lo que deberán considerarse estos diferentes niveles nutricionales si se desea combinar o sustituir algún alimento con ellos.
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Received 4 June 2012; Accepted 4 July 2012; Published 1 August 2012