Efecto del ensilado integral de camote (Ipomoea batata) como sustituto del grano de maíz en la producción de gas in vitro y otros indicadores de la fermentación ruminal

C Solís, R Rodríguez¹, Y Marrero¹, O Moreira¹, Y Medina¹, N González¹ y M H Ruiloba²

Facultad de Ciencias Agropecuarias, Universidad de Panamá, Convenio SENACYT-IFARHU
carlossolisgonzález21@gmail.com
¹ Instituto de Ciencia Animal, Mayabeque. Cuba
² Grupo de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo (GRUCITED), Panamá

Resumen

El objetivo del estudio fue evaluar el efecto del ensilado integral de camote como sustituto de la energía del grano de maíz en la producción de gas in vitro y otros indicadores de la fermentación ruminal de dietas para bovinos. Con un diseño completamente aleatorizado se evaluaron cuatro dietas isoproteicas e isoenergéticas con sustitución del aporte de la energía metabolizable (EM) del grano de maíz (GM) por ensilado integral de camote (EC): 0.0, 27.0, 80.0 y 100.0%, sustituciones que correspondieron a niveles de EC en la dieta de 0.0 (EC0, control), 20.0 (EC20), 60.0 (EC60) y 73.0 % (EC73), base seca, respectivamente. El nivel de ensilado incrementó la producción de gas y nitrógeno amoniacal y degradabilidad de la materia seca, materia orgánica y fibra detergente neutra (p=0.01). La concentración de ácidos grasos de cadena corta total y ácido propiónico disminuyó (p=0.02) pero el ácido acético y butírico no resultaron afectados (p>0.07); en cambio la relación acético: propiónico aumentó (p=0.01). Con respecto a la materia orgánica degradada, el CO2 disminuyó y el metano aumentó con el ensilado. La síntesis y eficiencia de síntesis de biomasa microbiana presentaron valores mayores en los niveles intermedios de EC (p=0.01). El costo de las dietas disminuyó de $0.408 a 0.230 kg MS-1 al aumentar el EC. Los resultados indican viabilidad nutricional para el empleo del ensilado integral de camote como recurso alternativo en la alimentación de rumiantes en el trópico.

Palabras clave: camote o boniato, ensilado, producción de gas, indicadores ruminales

Effect of integral sweet potato silage (Ipomoea batata) as a substitute for mayze grain on in vitro gas production and other indicators of ruminal fermentation

Abstract

The objective of the study was to evaluate the effect of whole sweet potato silage as a substitute for the energy of the mayze grain in the production of gas in vitro and other indicators of the ruminal fermentation of diets for bovines. With a completely randomized design, four isoprotein and isoenergetic diets were evaluated with substitution of the contribution of metabolizable energy (ME) of the mayze grain (GM) by whole sweet potato silage (EC): 0.0, 27.0, 80.0 and 100.0%, substitutions that corresponded to EC levels in the diet of 0.0 (EC0, control), 20.0 (EC20), 60.0 (EC60) and 73.0% (EC73), dry basis, respectively. The level of silage increased in vitro gas production and ammonia nitrogen and degradability of dry matter, organic matter and neutral detergent fiber (p=0.01). The concentration of total short chain fatty acids and propionic acid decreased (p=0.02) but acetic and butyric acid were not affected (p> 0.07). Instead the acetic: propionic ratio increased (p=0.01). With respect to degraded organic matter, CO2 decreased and methane increased with silage. The synthesis and synthesis efficiency of microbial biomass presented higher values in the intermediate levels of EC (p = 0.01). The cost of the diets decreased from $ 0.408 to 0.230 kg DM-1 with increasing EC. The results indicate nutritional viability for the use of whole sweet potato silage as an alternative resource in the feeding of ruminants in the tropics.

Keywords: sweet potato, silage, gas production, ruminal indicators

Introducción

Uno de los objetivos de la nutrición animal es encontrar y evaluar nuevos productos que garanticen las demandas nutricionales y producción de los animales de interés zootécnico. El grano de maíz es la principal fuente energética en la elaboración de suplementos y dietas concentradas (Sedó et al 2015). Sin embargo, su disponibilidad, precios, uso en la alimentación humana y producción de biocombustibles limitan su empleo como alimento animal, principalmente en países que requieren de su importación.

Una alternativa a esta problemática es utilizar el ensilado integral de camote o boniato, elaborado con la planta entera del cultivo (tubérculo y follaje). Solís et al (2019) en un ensilado integral de camote con 67 % de tubérculo y 33 % de follaje informaron contenidos de proteína bruta (PB) de 6.0, fibra detergente neutra (FDN) de 29.0 %, almidón (44.3%), Solís (2020) y digestibilidad in vitro de la MS de 69.0% (Lukuyu et al 2012). El contenido de energía metabolizable (EM) de este tipo de ensilado fue de 10.6 MJ Kg-1 MS, con el cual se logró sustituir la energía del grano de maíz, sin afectar la ganancia de peso vivo, en dietas para bovinos en crecimiento, comportamiento que se relacionó con un patrón de fermentación ruminal favorable y mayor utilización del almidón a nivel intestinal (Solís y Ruiloba (2017). Alimentos con altos contenidos de almidones de fácil fermentación pueden producir cambios en el pH, digestibilidad de la fibra, patrón de fermentación y otros parámetros ruminales (Chai et al 2004). El ensilado integral de camote posee alto contenido de almidón, el cual es superior al informado por Demanet (2017) para el ensilado de maíz, pero no se dispone de información acerca del patrón de fermentación ruminal in vitro de dietas basadas en este tipo de ensilado, por lo que el objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de este ensilado como sustituto de la energía aportada por el grano de maíz molido en la producción de gas e indicadores de la fermentación ruminal in vitro de dietas para bovinos.

Materiales y métodos

Con un diseño de bloques al azar se evaluaron cuatro dietas isoproteicas e isoenergéticas con niveles decrecientes de la energía del grano de maíz molido (GMM) de 100.0 a 0.0 %, base seca, tratamientos (T): 0.0 (T ₀, control), 32.4 (E_C20), 77.6 (E_C60) y 100.0 % (E_C73). Se utilizaron ocho repeticiones por tratamiento. Para cubrir los aporte del grano de maíz en las dietas se incluyó el ensilado de camote integral (EIC) y en menor nivel torta de coquito de palma africana (Elaeis guineensis) (tabla 1) para balancear la energía. La EM aportada por GMM disminuyó de 100 a 45.8, 15.4 y 0.0 % en las dietas E_C0, E_C20, E_C60 y T ₁₀₀; en cambio el aporte del EIC en estas dietas fue de 0.0, 19.0, 59.1 y 72.8 %, respectivamente.

Para la elaboración del ensilado se utilizó la variedad de camote CIP-14. El material se cosechó a los 120 días después de la siembra, se presecó y se elaboró una mezcla integral con 66.7 % de tubérculo y 33.3 % de follaje, en base seca. Esta mezcla se ensiló en microsilos plásticos por 45 días. Al momento de su apertura presentó buenas características organolépticas, pH 3.5, 30.1% de materia seca (MS) y 6.0, 29.0, 17.0 % de proteína bruta (PB), fibra detergente neutra y ácida (FDN y FDA), respectivamente y 2.20% de concentración de nitrógeno amoniacal (N-NH₃). Los análisis químicos de los ingredientes y dietas se realizaron en la Unidad Central de Laboratorios del Instituto de Ciencia Animal (UCELAB-ICA).

Procedimiento experimental in vitro

Se empleó la técnica in vitro de producción de gas en botellas de vidrio descrita por Theodorou et al (1994). Se incubó 1.0 g de MS de cada tratamiento (dieta) en botellas de 100 mL en un medio de cultivo (Menke y Steingass 1988) con inóculo de microorganismos ruminales, en proporción de 20% del volumen total de incubación (80 mL). Se utilizó como inóculo el líquido ruminal de dos vacas canuladas en el rumen, alimentadas ad libitum con forraje de gramíneas, 2.0 Kg de alimento concentrado y libre acceso a agua y sales minerales. El inoculo se recolectó en la mañana antes de ofrecer el alimento. Una vez extraído el líquido ruminal se utilizó la metodología descrita por Rodríguez et al (2019) para determinar la producción acumulada de gas.

Determinación de parámetros de producción de gas

La producción de gas se midió a las 2, 4, 6, 8, 10, 12, 16, 20 y 24 h, por medio de un manómetro HD8804 acoplado a un calibrador de presión TP804 (DELTA OHM, Italia). Después de cada medición se liberó el gas hasta igualar la presión externa e interna de las botellas (presión en Pascales [Pa]). Se estimó el volumen o producción de gas (PAGiv) a partir de los datos de presión mediante la ecuación de regresión lineal pre-establecida por Rodríguez et al (2013):

PAGiv = (presión [10³Pa]+4.95)/2.5858), n= 132; R²= 0.981;

Finalmente, PAGiv se expresó con respecto a la MO incubada (MOinc) y degradada (MOdeg).

Determinación de los indicadores químicos de la fermentación

A las 24 h de fermentación se abrieron las botellas y se filtraron individualmente en una bolsa de nylon (10 x 20cm Forage Bag-Ankom ®) pre-taradas. Inmediatamente se midió el pH del filtrado. Posteriormente, se preservaron 10 mL del filtrado con 0.2 mL de ácido ortofosfórico, para determinar las concentraciones de ácidos grasos volátiles de cadena corta totales e individuales y 5 mL con 5 mL de HCL (0.1N) para la determinación del N-NH₃.

Determinación de la degradabilidad de la MS, MO y FDN

Los residuos individuales de la fermentación a las 24 h de incubación se recolectaron en bolsas de nylon (10x20 cm Forage Bag-Ankom ® con porosidad: 50 ± 10 micras), se secaron a 60°C durante 72 h en estufa de aire forzado y se les determinó por gravimetría la degradabilidad aparente de la MS (DMS) y MO (DMO), y la degradabilidad verdadera de la FDN (DFND).

Síntesis de biomasa microbiana (SBM), eficiencia de síntesis de biomasa microbiana (ESBM) y factor de partición (FP)

La biomasa microbiana (SBM, g) se estimó por gravimetría como la diferencia entre la cantidad de MS residual (MSres) y la FDN en el residuo sólido de la fermentación (Blummel et al 1997). La eficiencia de síntesis de biomasa microbiana (ESBM g g^-1) se estimó como la cantidad de SBM producida con respecto a la MO degradada (MO deg). También se estimó el FP como otro parámetro de eficiencia microbiana, para lo cual se utilizó la relación entre la MO fermentada (MOfer) y el volumen de gas producido (Blummel et al 1997).

Análisis químicos

La MS, MO y PB se determinaron por la metodología descrita por Latimer (2016) y la fibra detergente neutra y ácida (FDN y FDA) según la de Goering y Van Soest (1970). La concentración de ácidos grasos de cadena corta (AGCC) se cuantificaron por cromatografía gaseosa (Olguín y Rodríguez 2004) y la N-NH₃ por el método colorimétrico de Chaney y Marbach (1962), expresada porcentualmente con respecto al N total. El pH se midió de acuerdo a la metodología descrita por Torres-Fraga et al (2018). La concentración de CO₂ (CCO₂) y CH₄ (CCH ₄) se estimaron a partir a partir de la concentración de AGCC, mediante el software Balance FR (Stuart, 2010).

Análisis estadísticos

Los datos de producción acumulada de gas in vitro (PAGiv), al ser medidas repetidas en el tiempo, se analizaron según la metodología descrita por Gómez et al (2019), para lo cual se utilizó un Modelo Lineal Generalizado Mixto mediante el procedimiento Glimmix (SAS 2010). Para analizar el comportamiento del resto de los parámetros se utilizó un análisis de varianza donde se utilizaron como fuentes de variación el tratamiento y error residual. Para su análisis se empleó el paquete estadístico Infostat (Di-Rienzo et al 2012) y un alpha de 0.05. Cuando se detectaron diferencias (p< 0.05), se aplicó la dócima de comparación de medias de Tukey-Kramer (Kramer 1956).

Resultados y discusión

Producción acumulada de gas in vitro de las dietas experimentales evaluadas

En la figura 1 se observa la dinámica en el tiempo de la producción acumulada de gas in vitro (PAGiv). Las mayores PAGiv correspondieron a las dietas altas en EC (EC60 y EC73). La PAGiv a las 24 horas de incubación aumentó linealmente con EC (figura 2). Con una dieta alta en GM y 24 h de incubación in vitro, Restrepo et al (2016) obtuvieron 268 ml (± 29.4) g-1 MS degradada de gas, valor superior al obtenido con la dieta control (EC0), 237.0 ml (± 40.1) g-1 MS degradada, aunque esta última dieta contenía 13.0% menos de FDN. Noguera et al (2006) y Solís et al (2020) reportaron que mayores PAGiv se pueden atribuir a la presencia de carbohidratos fácilmente fermentables. Las dietas presentaron contenidos de almidón muy similares (tabla 1), pero se asume que las dietas con EC contenían niveles mayores de carbohidratos fácilmente fermentables, debido a que el tubérculo constituyó el 66.7% de la MS del ensilado y su contenido de azúcares pudo estar entre 8.3 y 31.7% (Aliaga y Nieto 2009). En cambio, el contenido de azúcares del grano de maíz es bajo, entre 0.9 a 1.2 % (Martínez et al 2016). Un mayor contenido de azúcares en las dietas con EC pudo propiciar una mayor población microbiana y actividad fermentativa en la fase inicial de incubación (Solís et al 2019 y Solís et al 2020), lo que pudo favorecer la producción de gas.

Figura 1. Comportamiento de la producción acumulada de gas in vitro, mL	Figura 2. Efecto del nivel de ensilado en la producción de gas (mL)

Degradabilidad aparentein vitro de la MS (DAMS) y MO (DAMO) y verdadera de la FDN (DVFDN)de las dietas experimentales evaluadas

La DAMS, DAMO y DVFDN aumentaron conforme se incrementó el EC en las dietas (figura 3), efecto relacionado con la naturaleza y degradabilidad de sus carbohidratos y contenido y calidad de la FDN. La DAMO es un indicador de la cantidad de alimento disponible para los microrganismos ruminales (López et al 2016) y actividad fermentativa, producto de la disponibilidad de componentes fermentables. La DVFDN obtenida permite inferir que la fracción fibrosa del EC es muy degradable, ya que este aportó entre el 50 y 60 % de la FDN de las dietas altas en EC. Estos autores también indicaron que existe correlación positiva entre la PAGiv y los parámetros de degradabilidad, comportamiento que se observó en el presente estudio (r=0.90 - 0.93; p ≤ 0.04). Al expresar la PAGiv con respecto a la MO degradada no se obtuvo efecto de EC (p ≥ 0.12), con promedio de 249.0 ml g-1, comportamiento que indicó igual calidad fermentativa de la MO degradada de los tratamientos.

Figura 3. Efecto del nivel de ensilado de camote en la degradabilidad

Indicadores químicos de la fermentación

La concentración AGCC total presentó una tendencia a disminuir con el EC y diferencia entre EC0 y EC73 (tabla 2). Este comportamiento estuvo relacionado con una menor concentración de ácido propiónico en las dietas con EC debido a que las concentraciones de ácido acético y butírico no resultaron afectadas por EC. Igual comportamiento se encontró cuando la concentración de AGCC se expresó en términos de MO degradada. Restrepo et al (2016) indicaron que una mayor cantidad de AGCC sugiere una mayor actividad fermentativa, aunque la MO degradada aumentó con EC (figura 3). De acuerdo a Gutiérrez et al (2013), con degradabilidades de la MS superiores a 60.0% se incrementa el nivel de ácido acético, situación que no se observó en el presente estudio. En dietas altas en almidón se incrementa la producción de ácido propiónico (Huntington et al 2006). Sin embargo, en el presente estudio las dietas fueron altas en almidón, sin diferencias apreciables entre estas, pero con una producción de ácido propiónico afectada negativamente por EC que pudo deberse a la menor degradabilidad del almidón del ensilado con respecto al del grano de maíz. En relación a esto, se ha indicado que el proceso de ensilaje disminuye la degradabilidad ruminal de este tipo de almidón (LI Jian-nan et al 2014).

Al considerar la proporción individual de los ácidos grasos con respecto a la concentración de los AGCC total se observó que el ácido acético aumentó linealmente mientras que el ácido propiónico disminuyó en igual forma con el nivel de EC (figura 4), con diferencia entre tratamientos (p≤0.01); el ácido butírico no presentó un patrón definido de cambio, con un promedio de 6.8 %.

Figura 4. Proporción molar de ácido acético y propiónico con respecto al total de AGCC

La relación acético-propiónico (Ac:Pr) aumentó con el nivel de EC en la dieta. Altas relaciones Ac:Pr indican que el componente fibroso de la dieta es altamente fermentable (Getachew et al 2004). Esto correspondió con la respuesta que presentó la degradabilidad de la FDN (figura 3). El pH del medio de incubación no presentó diferencias entre tratamientos (p=0.42), aunque disminuyó de 6.50 en el tratamiento sin ensilado a un promedio de 6.25 en los tratamientos que lo contenían.

La cantidad total de CO2 y CH4 que se produjo durante las 24 horas de incubación fue afectada por el nivel de ensilado (tabla 3), con mayores valores en los niveles altos (EC60 y EC73), los que en promedio produjeron 9.0% más de CH4 que la dieta control. Tavendale et al (2005) indicaron que la mayor producción de CH4 y gas está asociada a la mayor degradación de MO, comportamiento que se obtuvo en este estudio. Posada et al (2014) obtuvieron igual respuesta con dietas a base de kikuyo (Pennisetum clandestinum) y papa (Solanum tuberosum) bajo fermentación in vitro. La cantidad de CO2 g-1 de MO degradada disminuyó con el EC, en cambio la de CH4 aumentó, aunque sin diferencia entre los tratamientos con ensilado. En relación a la dieta control, en promedio, la producción de CO2 disminuyó 6.7% y la de CH4 aumentó 6.9%. Este comportamiento sugiere que la cantidad de CO2 que disminuyó posiblemente se convirtió en CH4, que favoreció la competencia por el H2 entre el CH4 y el ácido propiónico, efecto que pudo afectar la producción de este ácido al aumentar el nivel de ensilado en las dietas. El volumen estimado de CO2 y CH4 aumentó con el nivel de EC y el volumen total de ambos gases por tratamiento resultó muy similar al volumen obtenido directamente en el proceso de incubación (PAGiv).

Nitrógeno amoniacal, síntesis y eficiencia de síntesis de biomasa microbiana y factor de partición (FP)

La concentración de NH3 se incrementó con la inclusión de ensilado en la dieta y diferencias entre la dieta control y las dietas con ensilado (tabla 4). Los valores obtenidos estuvieron dentro del rango definido por Satter y Slyter (1974) y Van Soest (1994) para máxima eficiencia microbiana, 5.0 a 10.0 mg dL-1 de fluido ruminal. Las dietas presentaron contenidos similares de urea, PB y PV, lo que permite suponer que la mayor concentración de NH3 pudo deberse a una mayor degradabilidad de las proteínas del ensilado y torta de coquito con respecto a las del maíz y heno, situación favorecida por el hecho que en la medida que aumentó ensilado se incrementó el nivel de torta de coquito en la dieta. Se ha indicado que ha mayor degradabilidad ruminal de la PB, mayor producción de CH4, tal como se obtuvo al aumentar el nivel de ensilado en las dietas (Haro et al 2018).

Tanto la SBM como la ESBM (tabla 4) mostraron mayores valores en los niveles intermedios de EC, en especial al nivel de 20%. Según Rotger (2004), ambos parámetros dependen de la naturaleza del sustrato, disponibilidad de carbohidratos y nitrógeno fácilmente fermentable, sincronización energía-proteína, pH y necesidades de mantenimiento de las bacterias ruminales. Basado en estas consideraciones, es posible suponer que las dietas con mezclas de maíz y ensilado de camote favorecieron la disponibilidad de energía y sincronización energía-proteína, lo que incrementó la producción de biomasa microbiana (Mendoza et al (2018).

El FP mostró una tendencia similar a la indicada para la SBM y ESBM; sin embargo, no resultó afectada por el nivel de ensilado en la dieta. Este parámetro es un importante indicador de la ESBM (Duque et al 2009). Valores altos como los obtenidos en el presente estudio indican que mayores cantidades de sustrato degradado son transformados en biomasa microbial (Blummel et al 1997). En promedio, el FP presentó un valor de 4.16, que corresponde a dietas altas en carbohidratos no estructurales (Darshan et al 2007).

Conclusión

• El incremento del nivel de ensilado integral de camote en las dietas aumentó la producción acumulada de gas, degradabilidad de la MS, MO y FDN, así como la relación acético: propiónico, pero levemente la producción de metano; disminuyó la concentración de AGCC totales y ácido propiónico pero no afectó las de ácido acético y butírico; en cambio, la mayor síntesis y eficiencia de síntesis de biomasa microbiana ocurrió en los niveles intermedios de ensilado.
  
  
• Los resultados obtenidos indican viabilidad nutricional en el empleo del ensilado integral de camote como reemplazo energético del grano de maíz en la alimentación de bovinos.

Agradecimientos

Esta investigación se desarrolló gracias al programa de becas de Excelencia Profesional – Doctorado en Áreas Específicas del Conocimiento de la SENACYT e IFARHU de la República de Panamá y la Universidad de Panamá (Facultad de Ciencias Agropecuarias). Nuestro reconocimiento a la labor de todos los técnicos y trabajadores de campo que contribuyeron a la realización de esta investigación.

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