Validación de métodos de secado para la determinación de materia seca en especies forrajeras

S L Posada, J Angulo y L F Restrepo

Universidad de Antioquia, Facultad de Ciencias Agrarias - Grupo de Investigación en Ciencias Animales-GRICA
AA 1226, Medellín, Colombia
slposada@agronica.udea.edu.co

Resumen

La estimación del porcentaje de materia seca en los sistemas de producción permite una mejor administración de los pastos como alimento para el ganado. Varias metodologías están disponibles para la determinación de este parámetro, no obstante la disponibilidad de los equipos y el tiempo requerido para la obtención de los resultados constituye la diferencia entre ellas. El objetivo de esta investigación fue validar métodos de secado alternativos (horno de microondas, rayos infrarrojo) al tradicional (estufa de ventilación forzada) para lo cual se emplearon tres especies forrajeras (Cynodon plectostachyus, Panicum maximum, Trichanthera gigantea), que fueron aleatoriamente distribuidas entre los tratamientos (métodos de secado).

En Cynodon plectostachyus, los tres tratamientos presentaron diferencia estadística significativa (p<0.05), lo que no ocurrió con Panicum maximum y Trichanthera gigantea, donde el porcentaje de materia seca no presentó diferencia estadística (p>0.05) entre el método del microondas y el infrarrojo, pero si de ambos en relación con el método tradicional. Los métodos de mayor repetibilidad fueron el tradicional y el de horno de microondas, que a su vez resultaron intercambiables de acuerdo con la metodología de Bland-Altman. El secado por rayos infrarrojo fue el que registró mayor variabilidad y no resultó intercambiable con el tradicional, por lo que no se recomienda para la estimación del porcentaje de materia seca en materiales verdes de alto contenido de humedad.

Palabras clave: exactitud, porcentaje de materia seca, precisión

Validation of different methods for dry matter determination in forages

Abstract

Dry matter percentage estimation of feeds in production systems allows a better grasslands administration as feed for cattle. Several methodologies are available for the determination of this parameter, nevertheless the availability of the equipment and the time needed to obtain the results constitutes the difference between them. The target of this investigation was to validate alternative methods of drying  (infrared rays, microwave) compared to the traditional one (oven with forced ventilation) for which three forages were used (Cynodon plectostachyus, Panicum maximum, Trichanthera gigantea), that were randomly distributed between the treatments (drying methods).

For Cynodon plectostachyus, the three treatments presented statistical significant difference (p<0.05), which did not happen with Panicum maximum and Trichanthera gigantea, where the percentage of dry matter did not present statistical difference (p> 0.05) between the method of the microwave and the infrared one, but it was for both of them with the traditional method. The methods of most precision were the traditional one and the microwave one, which turned out to be interchangeable in accordance with Bland-Altman methodology. The drying by infrared gave variable results and did not turn out to be interchangeable with the traditional one, therefore it is not recommended for dry matter percentage estimation in green materials with high humidity content.

Key words: accuracy, dry matter percent, precision

Introducción

El porcentaje de materia seca (MS) de los pastos es uno de los factores que determina la capacidad de consumo de los animales (Colombatto 2004) y es un indicador importante para calcular la disponibilidad de forraje en una explotación ganadera. La oferta de MS a su vez permite establecer el consumo de nutrientes, el balance nutricional, y el cálculo de raciones, haciendo posible ajustar la suplementación de los animales en las épocas y cantidades adecuadas.

La determinación del contenido en MS de una muestra consiste en provocar la evaporación del agua presente en la misma, y luego por gravimetría estimar el porcentaje de este componente (Ferret 2003). Tradicionalmente se cuenta con un método de determinación que consiste en someter la muestra a un secado en estufa de ventilación forzada a 100^oC durante 24 horas, a 105^oC durante 16 horas o a 135^oC durante 2 horas (AOAC 1990). Sin embargo, en el campo este método no puede ser utilizado por no disponerse de los equipos apropiados, precisándose el traslado de las muestras al laboratorio, con mayor tiempo de espera en el procesamiento y obtención de los resultados. La problemática anterior ha motivado la utilización del horno de microondas para determinar el contenido de MS en las unidades productivas (Undersander et al 1993). A nivel de laboratorio, los analizadores de humedad han permitido obtener el porcentaje de MS de forma rápida, permitiendo superar el limitante del tiempo. El objetivo de esta investigación fue validar los métodos de secado a través de horno de microondas y por rayos infrarrojo respecto al método tradicional de secado en estufa e igualmente se evaluó la precisión de cada uno de ellos.
 

Materiales y métodos

Especies forrajeras

Se utilizaron tres forrajes, estrella (Cynodon plectostachyus), guinea (Panicum maximum) y nacedero (Trichanthera gigantea), los cuales fueron cosechados a 45, 50 y 60 días de rebrote, respectivamente. Los forrajes fueron colectados de parcelas ubicadas en la Facultad de Ciencias Agrarias de la Universidad de Antioquia, con el fin de agilizar su procesamiento en el laboratorio de Nutrición Animal adscrito a esta dependencia.

Después de la colecta, el material fue finamente picado, en partículas con tamaño medio de 1 cm, empacado en bolsas plásticas y conservado en refrigeración a 4ºC para su posterior aleatorización entre los diferentes métodos de secado, que representaron los tratamientos.

Métodos de secado

Se evaluaron tres métodos de secado, donde el de referencia correspondió al tradicional, mediante el empleo de estufa de ventilación forzada (AOAC 1990).

a) Método tradicional de secado en estufa de ventilación forzada (Tratamiento 1)

Submuestras de 200 g de materia verde se secaron a 65ºC durante 72 horas en estufa de ventilación forzada, período tras el cual se estimó el porcentaje de materia seca parcial por diferencia de peso antes y después de la colocación en la estufa. Las muestras parcialmente secas fueron procesadas a través de un molino estacionario Thomas-Wiley, utilizando una criba de un 1 mm. Para la determinación del porcentaje materia seca total (MST), 1 g de muestra molida permaneció en la estufa por 3 horas adicionales a 105^oC. El porcentaje de MST se obtuvo a partir de la fórmula: MST (%) = MSP*(100-Humedad residual)/100.

El principio de funcionamiento de este método está basado en la calefacción de aire mediante resistencias eléctricas y su posterior circulación forzada mediante un sistema termodinámico de ventilación. Este sistema asegura la generación de un flujo homogéneo de aire caliente y la distribución uniforme de la temperatura

b) Método de secado por horno de microondas (Tratamiento 2)

Aproximadamente 100 g de materia verde, obtenida simultáneamente con las muestras sometidas al secado en estufa, fueron introducidas en un horno microondas marca Sharp, modelo R-55TS, 120 V-60 Hz, de 8.5 A de intensidad a la potencia máxima de 980 W, con frecuencia de 2450 MHz. Cada muestra se sometió a ciclos de duración variable a potencia máxima, inicialmente 9 minutos, y luego 7, 5, 3, 1 minuto, repitiendo este último tiempo hasta alcanzar peso constante. Para preservar la integridad de la muestra se utilizó un vaso con 200 ml. de agua, que se renovó con cada nuevo ciclo de secado previniendo su ebullición y posible humedecimiento de la muestra. A su vez terminado cada ciclo, la muestra fue removida con el objetivo de lograr un secado uniforme. Luego de terminado el procedimiento, el porcentaje de MST se obtuvo a partir de la relación entre el peso final y el inicial.

La operación del horno de microondas se basa en el contenido de agua de los alimentos. Las moléculas de agua poseen un dipolo eléctrico y el campo electromagnético generado en el horno mueve estas moléculas orientándolas en una dirección. Una vez las moléculas de agua se orientan en una dirección, el campo magnético se invierte, con lo que todas las moléculas cambian su posición (rotan). Estas inversiones de la orientación del campo electromagnético suceden rápidamente, aproximadamente a razón de 2.500 millones de veces por segundo, lo que produce calor por fricción. Por tanto, el alimento se calienta por el roce de las moléculas de agua, que se están moviendo, girando sobre sí mismas, a gran velocidad.

c) Método de secado por rayos infrarrojo (Tratamiento 3)

Alrededor de 1 g de materia verde fue finamente picada (3 mm.) y repartida uniformemente en un platillo de aluminio, el cual se llevó a un analizador de humedad Sartorius MA 30. La fuente de calor de este equipo la componen 2 radiadores oscuros de rayos infrarrojos, que se encuentran en el interior de la cubierta, cada uno con 180 V de potencia (con tensión nominal). La temperatura es controlada durante el proceso de análisis de humedad por medio de un sensor de temperatura. La valoración y regulación de la potencia calorífica es asumida por un microprocesador. El análisis de humedad termina automáticamente cuando no se reconoce ninguna pérdida de peso que sea de consideración (resolución de 1 mg.). Como resultado, el equipo indica la humedad perdida por la muestra en porcentaje.

A cada tratamiento le fueron asignadas aleatoriamente 10 submuestras de cada material forrajero, para lo cual se empleo una tabla de números aleatorios (Steel y Torrie 1988).

Análisis estadístico

Parámetros de validación

Para el estudio de validación de los tres métodos de secado se estableció la repetibilidad. Este parámetro se definió en términos del coeficiente de variación de repetibilidad, (CVr) valorando el nivel de concordancia entre resultados de análisis independientes obtenidos por un mismo método sobre el mismo material vegetal. De igual forma se estimaron los límites de repetibilidad (lr) como 2.83 x desviación estándar de repetibilidad (DEr), los cuales permitieron establecer si la diferencia entre análisis duplicados fue significativa (p<0,05) en las mismas condiciones de experimentación (Pinto et al 2000; ISO 5725 1994)

La exactitud se determinó por comparación de los valores de MS obtenidos con el horno microondas e infrarrojo, respecto al método de referencia (Godden et al 2000). Para ello se efectuó análisis de intercambiabildad de acuerdo con el procedimiento señalado por Bland-Altman (Altman y Bland 1983; Bland y Altman 1986).

Análisis de varianza

Con el fin de comparar los diferentes métodos de secado se llevó a cabo un diseño de clasificación experimental completamente aleatorizado, efecto fijo y balanceado, donde el modelo utilizado fue el siguiente:

Y_ij= + t_i+ e_{j (i)}

Donde:

Y_ij = Variable dependiente (porcentaje de materia seca total)

= Efecto promedio general

t_i= Efecto del i-ésimo tratamiento (secado tradicional, microondas, infrarrojo)

e_{j (i) =} Error experimental asociado a la j-ésima replicación anidada en el i-ésimo tratamiento

La diferencia estadística entre tratamientos fue determinada a través de la prueba de comparación de medias de Tukey, considerando un nivel de significancia del 5%. Se probaron los supuestos asociados con el análisis de la varianza, siendo necesario realizar transformación de datos por la técnica BOX-COX, con el fin de obtener por el método de la máxima verosimilitud el lambda óptimo para transformar la variable respuesta. Los lambda obtenidos fueron -4, -8.5 y 2.8 para los pastos Cynodon plectostachyus, Panicum maximum y Trichantera gigantea, respectivamente. Finalmente se realizó un análisis descriptivo exploratorio de tipo unidimensional por tipo de pasto y tratamiento.

Para el análisis de la información se utilizó el programa estadístico SAS (versión 8.2 2001).
 

Resultados y discusión

Determinación de la repetibilidad

En la tabla 1 se muestran los valores promedio de MST(%) obtenidos con cada método de secado en los tres materiales forrajeros. Se observa que para el pasto Cynodon plectostachyus, los tres tratamientos presentaron diferencia estadística significativa (p<0.05), lo que no ocurrió con Panicum maximum y Trichanthera gigantea, donde el porcentaje de MS no presentó diferencia estadística (p>0.05) entre el método del microondas y el infrarrojo, pero si de ambos en relación con el método tradicional.

De acuerdo con los resultados de la misma tabla, el método tradicional y el del microondas fueron los que presentaron los menores CVr para los tres materiales evaluados, mientras que el secado por infrarrojo fue el que registró la mayor variabilidad, acotando que los porcentajes obtenidos para los tres métodos fue inferior al 10%, lo cual se considera adecuado. Oetzel et al (1993) comparando varios métodos de secado en alimentos ensilados, también observaron que la estufa y el horno de microondas presentaron una elevada repetibilidad, registrando un CV de tan sólo 1.4 y 1.3%, respectivamente.

El Lr, entendido como el valor por debajo del cual se espera que se encuentre, con una probabilidad del 95%, la diferencia absoluta entre dos resultados experimentales obtenidos en condiciones de repetibilidad, permitió concluir que sólo el 9.1, 6.8 y 13.6% de las comparaciones efectuadas presentaron diferencia estadística significativa (p<0.05) para los tratamientos tradicional, microondas e infrarrojo, respectivamente. Se concluye entonces que los dos primeros métodos son los que registran mayor concordancia entre sus resultados, lo que soportado en sus menores CVr, conducen a su elección en las mismas condiciones de experimentación.

Determinación de la exactitud

En la prueba de intercambiabilidad de Bland-Altman, basada en análisis de correlación y de regresión para las diferencias (Y) y los promedios (X) en el porcentaje de MS entre los tratamientos 1 y 2, se encontró que el coeficiente de correlación de Spearman (r) y la pendiente de regresión (b) no resultaron estadísticamente significativos (p>0.05). La no significancia estadística del r y de b indica que la discrepancia entre el secado por el método tradicional y el por el horno de microondas se mantuvo constante en todo el rango o intervalo de la distribución, por lo que se puede concluir que los dos métodos son intercambiables (Fernández et al 2000). Todo lo contrario sucedió con los tratamientos 1 y 3, en los cuales tanto el r como el b resultaron estadísticamente significativos (p<0.05), indicando una relación inversa entre las diferencias y los promedios (veáse tabla 2). De acuerdo con estos resultados se concluye que el secado por el método del infrarrojo no debe sustituir el secado por el método tradicional.

En la figura 1 se presenta el análisis gráfico correspondiente a la prueba de intercambiabilidad de Bland-Altman para uno de los sustratos evaluados. Se observa como el intervalo de confianza (o límite de concordancia), que agrupa el 95% de los datos alrededor de la media de las diferencias, presentó una mayor magnitud cuando se contrastaron los tratamientos 1 y 3, respecto a los tratamientos 1 y 2, lo que confirma la mayor diferencia entre los análisis obtenidos por ambos métodos de secado.

Crespo y Castaño (2003) compararon el uso de la estufa y del horno de microondas,en la determinación del porcentaje de MS de los forrajes festuca, alfalfa y trébol, encontrando resultados similares (p>0.05) entre ambos métodos de secado. Los anteriores resultados no coinciden con los reportados en este trabajo, donde la diferencia estadística entre la estufa convencional y los dos restantes métodos de secado fue la característica común en los tres pastos evaluados (p<0.05). Frente a la variación registrada entre los diferentes estudios se hace patente la necesidad de estandarizar el método de secado a través del horno de microondas, ya que las indicaciones en el peso de la muestra inicial, en las especificaciones técnicas de los equipos y en los tiempos asignados a cada ciclo de secado presentan divergencia cuando se revisa la literatura disponible (Oetzel et al 1993; Undersander et al 1993; Petruzzi et al 2005).

Si bien el análisis de varianza presenta diferencias estadísticas entre el secado por estufa convencional y por horno de microondas (p<0.05), se concluye que ambos métodos son intercambiables de acuerdo con la metodología propuesta por Bland-Altman (Altman y Bland 1983; Bland y Altman 1986), por lo que el establecimiento de una ecuación de regresión que permita estimar el contenido de MS en la estufa a partir del resultado obtenido por horno de microondas constituiría una herramienta para superar la diferencia cuantitativa registrada entre ellos. No obstante, en el presente trabajo no se propone ninguna ecuación al respecto, toda vez que para el logro de este propósito resulta importante contar con un mayor número de datos.

Por último, se considera que el secado por rayos infrarrojos no es una metodología deseable para pastos con elevado contenido de humedad. El reducido tamaño de la muestra y la diversidad anatómica que presentan los diferentes forrajes no permiten que la incidencia de calor no sea uniforme en los diversos tejidos vegetales. Bajo estas circunstancias se considera que este método sólo registraría utilidad para muestras de pasto parcialmente deshidratadas y finamente molidas, lo que obviaría la etapa final del secado en estufa.
 

Consideración final

• El horno de microondas mostró ser un método de obtención de MS de alta repetibilidad, conjuntamente con la estufa convencional, sin embargo los protocolos sugeridos para su utilización presentan fluctuaciones que pueden generar diferencias en los resultados obtenidos, por lo que se recomienda estandarizar la metodología de acuerdo con las características de la muestra a analizar.

• Los resultados del presente trabajo permiten concluir que el secado por rayos infrarrojo no resulta pertinente para la estimación del porcentaje de MS en forrajes verdes, no obstante, perspectivas de investigación en este campo deben incluir un mayor número de especies forrajeras, procedentes de toda América Tropical, con el propósito de obtener resultados más definitivos.
   

Agradecimientos

Los autores agradecen a los profesores Silvio A. Ayala Lopera y Ricardo Rosero Noguera, de la Facultad de Ciencias Agrarias de la Universidad de Antioquia, por su gran colaboración y apoyo para la realización de este trabajo.
 

Referencias

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Received 26 July 2006; Accepted 25 January 2007; Published 1 March 2007

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