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INTRODUCCIÓN
El uso de arbustos y árboles en la alimentación de los rumiantes representa una importante alternativa en el desarrollo de una producción animal sostenible [1,2]. En el trópico mexicano se cuenta con diversas opciones de arbóreas con potencial forrajero debido a su alto valor nutritivo [3]. Sin embargo, muchas de estas especies contienen cantidades elevadas de compuestos secundarios [4], tales como los taninos, los cuales, se ha demostrado, afectan la actividad microbiana en el rumiante [5], lo que puede restringir, en términos de nutrición y eficiencia productiva su aprovechamiento pero también pueden producir una disminución de gases efecto invernadero [6,7], lo cual es de suma importancia desde el punto de vista ambiental [8,9]. Destacan entre estas las semillas de Timbre (Acacia angustissima), Guanacastle (Enterolobium cyclocarpum) y Caulote (Guazuma ulmifolia). No obstante, hay algunas indicaciones de que el contenido moderado de taninos podría ejercer efectos beneficiosos sobre los animales que los consumen, tales como reducir la degradación de la proteína de la dieta y conseguir así un mayor aporte de aminoácidos al intestino delgado [10]. Por lo anterior, el objetivo particular de este trabajo fue conocer el efecto de semillas arbóreas forrajeras altas en taninos sobre la actividad fermentativa de los microorganismos ruminales.
MÉTODO
Características y manejo de las muestras arbóreas
El experimento fue conducido en el laboratorio de Nutrición Animal de la Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad Autónoma de Chiapas. Se utilizaron las semillas de Acacia angustissima, Enterolobium cyclocarpum y Guazuma ulmifolia por su concentración de taninos y por su uso como alimento en ganadería de bajos insumos. Las muestras de cada una de éstas fueron cosechadas manualmente durante la primavera (época de seca) de distintos árboles y fueron secadas en una estufa de aire forzado a 60°C durante dos horas. Una vez secas, las muestras fueron procesadas en un molino tipo Wiley con una criba de 2 mm.
Análisis químico de las muestras
El contenido de taninos (TAN) se estimó por el método de las proantocianidinas [11], utilizando butanol/HCl (95:5 v/v) y sulfato ferrico (20 g/l2 M HCl); la absorbancia se midió contra un blanco a 550 nm.
Digestibilidad y producción de gas in vitro
Se utilizaron tres tratamientos (semillas de A. angustissima, E. cyclocarpum y G. ulmifolia) con tres repeticiones (viales). Para evaluar la cinética de fermentación se utilizó la técnica de producción de gas [12], para lo cual se usaron frascos color ámbar de 125 mL de capacidad a los que se les colocó 0,5 g de MS de cada semilla. Posteriormente y bajo un flujo continuo de bióxido de carbono (CO2), a cada frasco se le agregaron 90 mL de inóculo ruminal diluido (1:10) el cual se obtuvo de dos ovinos de la raza Pelibuey, el líquido ruminal se filtró a través de ocho capas de tela de gasa y se adicionó en una proporción de 1:9 a una solución mineral reducida compuesta de K2HPO4 (0,45 g/L), KH2PO4 (0,45 g/L), NaCO3 (0,6 g/L), (NH4) 2SO4 (0,45 g/L), NaCl (0,9 g/L), MnSO4 (0,18 g/L), CaCl2 (0,12 g/L), L-cisteína (0,25 g/L) y Na2S (0,25 g/L).
Se incluyeron tres frascos como blancos sin sustrato. Se cerraron herméticamente con un tapón de goma y un aro de aluminio. El exceso de CO2 de cada frasco se extrajo con el manómetro para igualar la presión a cero y se incubaron en baño maría a 39°C. La presión de gas de fermentación se midió con el manómetro a (0 a 1 kg.cm-2) 2, 4, 8, 12, 16, 20, 24, 32, 46, 58 y 72 h de incubación.
Los valores de presión (kg.cm-2) se transformaron a volumen de gas (mL/g sustrato) con la ecuación de regresión (volumen= presión/0,019). Por un lado, se analizó el volumen fraccional del gas de 0 a 8 h, de 8 a 12 y de 12 a 72 h de incubación. Por otro lado, se obtuvo el volumen acumulado de gas de 0 a 72 h de incubación, y se estimaron los parámetros de la cinética de producción de gas: volumen máximo (Vm; mL/g), tasa (S; h-1) y tiempo de retardo (L; h), para el modelo logístico V=Vm/1+e (2-4S (T-L)) [13] y utilizando el paquete estadístico SAS.
Por otro lado, se obtuvo la digestibilidad in vitro a 24 h (DIVMS). Al final del período de incubación el residuo de cada frasco se filtró a través de papel de filtrado previamente pesado. Los papeles con residuo se secaron a 65 °C por 48 h y se pesaron. Por diferencia de peso se obtuvo la materia seca (MS) residual para determinar la DIVMS de 24 h de incubación.
Análisis estadísticos
Para el análisis de datos se utilizó un diseño experimental completamente al azar con tres tratamientos y tres repeticiones. Utilizando el paquete estadístico y la prueba de comparación múltiple de medias Tukey [14]. Además se hizo un análisis de regresión para conocer las ecuaciones y los coeficientes de determinación (R2) para cada una de las variables.
RESULTADOS
El contenido de taninos para las semilla de A. angustissima, E. cyclocarpum y G. ulmifolia fueron de 2,12, 14,23 y 139 mg/g, respectivamente. El contenido del metabolito secundario puede variar debido a la especie, genotipos dentro de especies, madurez de la planta y factores del medio ambiente [4,15]. Los estudios de nutrición de rumiantes con árboles y arbustos forrajeros han indicado un contenido óptimo de TAN de 22 mg/g, mientras el rango de 60-100 mg/g de taninos puede afectar el aprovechamiento de los nutrientes de estas especies [16]. En este sentido, se sabe que los animales que consumen plantas con elevados niveles de taninos disminuyen la utilización de nutrientes [17], afectando la dinámica digestiva y fermentativa de los animales [18], incluso provocar intoxicación en rumiantes [19] En contraste, al consumirse en cantidades moderadas los efectos son generalmente positivos al formar complejos proteína-taninos, evitando así la degradación de la proteína en el rumen [20], aumentando la cantidad de aminoácidos esenciales que son absorbidos en abomaso y duodeno, optimizando el uso de los nutrientes por parte de los animales y mejorando los parámetros productivos. No obstante, el aprovechamiento de las proteínas puede variar de acuerdo con la característica de los TAN, al origen de las proteínas, así como el pH del rumen [21]. Por otro lado, el contenido de taninos puede afectar la actividad fermentativa de los microorganismos a nivel ruminal [22]. En este sentido, en el Cuadro 1, se presentan los parámetros de fermentación y digestibilidad in vitro de materia seca de semillas evaluadas. Se observa que existen diferencias estadísticas significativas (P<0,05) para las variables Vm, L y S, así como la digestibilidad de las semillas arbóreas a 24 h. Las semillas de E. cyclocarpum y G. ulmifolia se fermentan más pronta (L=0,8 y 0,53 h, respectivamente) y rápidamente (S=0,041 y 0,038 h-1, respectivamente) que la semilla de A. angustissima (S= 0,022 h-1; L= 5,53 h). Igualmente, su potencial de fermentación dado por el Vm, fue mayor para la semilla de G. ulmifolia (275,83 mL/g) y E. cyclocarpum (271,8 mL/g) respecto a semilla de A. angustissima (59,81 mL/g). Respecto a la DIVMS de las semillas E. cyclocarpum y G. ulmifolia fueron mayores (60,54 y 65,62%, respetivamente) en comparación con la semilla de A. angustissima (22,31%). La DIVMS de las semillas G. ulmifolia fue superiores a lo reportado por [23] con 51%, mientras que la DIVMS de E. cyclocarpum fue similar a [24] con 62%. La digestibilidad de estas semillas fue superior al 60%, consideradas como una digestibilidad que va de media a alta, por su parte la semilla A. angustissima fue considerada de baja digestibilidad [25], por lo que la respuesta nutritiva las semillas de G. ulmifolia y E. cyclocarpum permite considerarla para evaluaciones in situ e in vivo. Este comportamiento, posiblemente se deba al contenido de TAN presente en las semillas, ya que inhibe la producción total de gas y de ácidos grasos volátiles (AGV) [26], lo que indica una disminución de la digestibilidad. Lo anterior, es corroborado al correlacionarse negativamente el contenido de taninos con el volumen máximo (Y=-1,4816x + 277,56, R2=0,81) y digestibilidad de las semillas forrajeras evaluadas (Y=-0,2799x + 63,678 R2=0,89). Lo anterior se refleja en la curva de producción de gas con respecto al tiempo (Figura 1), donde se observa una evidente diferencia (P<0,05) en la cinética de fermentación entre la semilla de A. angustissima y las semillas de E. cyclocarpum y G. ulmifolia. Lo que indica que a mayor concentración de taninos menor digestibilidad y menos producción de gas del material fermentado.
Cuadro 1 Taninos, parámetros de fermentación y digestibilidad in vitro de materia seca de semillas.
Medias en la misma columna con letras distintas difieren estadísticamente (Tukey, P<0,05) Vm= volumen máximo de producción de gas; L=fase Lag; S= tasa de producción de gas; DIVMS=digestibilidad in vitro de la materia seca.
Figura 1 Cinética de fermentación in vitro de las semillas de A. angustissima, E. cyclocarpum y G. ulmifolia.
El contenido de TAN posiblemente modificó el volumen fraccional de gas (Figura 2). En esta Figura se presentan las tres fracciones de fermentación: de rápida, media y lenta fermentación (0 a 8, de 8 a 12 y de 12 a 72 h, respectivamente); atribuidas a azúcares y oligosacáridos solubles, polisacáridos de reserva como almidón, dextranas, pectina, y polisacáridos de pared celular (celulosa y hemicelulosa ligadas a lignina), respectivamente [27]. El volumen fraccional de 0-8 h, fue mayor para semillas de E. cyclocarpum y G. ulmifolia (P< 0,05) y menor para la semilla de A. angustissima. Una tendencia similar ocurrió en la fracción de media fermentación (8 a 24 h), en la cual la producción de gas fue mayor para las semillas de E. cyclocarpum y G. ulmifolia, pero menor para la semilla de A. angustissima. La fracción de lenta fermentación (24 a 72 h) fue mayor para la semilla de E. cyclocarpum (P< 0,05), seguida por G. ulmifolia y finalmente semilla de G. ulmifolia. La oscilación de las fracciones fermentables, se debe a la capacidad de colonización de los microorganismos ruminales, misma que depende de la fracción soluble de las semillas (azúcares y oligosacáridos solubles y polisacáridos de reserva) [28], no obstante, se considera que el contenido de TAN en A. angustissima influyó en la colonización de los microorganismos, obtenido bajo aprovechamiento de las fracciones de fermentación de la semilla.
Figura 2 Producción fraccional de gas de fermentación in vitro de semilla de E. cyclocarpum, G. ulmifolia y A. angustissima. por bacterias ruminales. Los recuadros indican las fracciones de tiempo de rápida, media y lenta fermentación e indican los periodos de gas fraccional.
Este resultado coincide con lo reportado por otra investigación [16], en la cual se reporta una correlación negativa entre el contenido de taninos y la producción de gas (R2=-0,883). Lo anterior podría indicar que las plantas altas en taninos impiden el aprovechamiento de nutrientes a nivel ruminal. Esto se comprobó con el volumen fraccional de gas (Figura 2) donde se apreció mayor aprovechamiento de los nutrientes de las semillas de G. ulmifolia y E. cyclocarpum en cada una de las fracciones (rápida, media y lenta fermentación) en las cuales se obtuvieron mayores volúmenes de gas en comparación con las fracciones de fermentación de la semilla de timbre. Sin embargo, se considera que lo anterior puede ser de importancia nutricional, ya que al evitar una sobre fermentación de la semilla de A. angustissima a nivel ruminal se evita también la degradación de las proteínas en rumen, ya que la proteína ligada a taninos resiste el ataque microbiano, lo que aumenta la cantidad de proteína de sobrepaso y aprovechamiento a nivel de intestino delgado, lo que se verá reflejado en mejores parámetros productivos por los animales que la consuman.
Así también, la disminución en la producción de gas y digestibilidad de los nutrientes en el rumen podría disminuir la producción de H2 y CO2 precursores de la síntesis de metano [29], lo que siguiere establecer estrategias asociativas entre semillas de árboles y arbustos forrajeros con diferentes concentraciones de taninos y dietas de los rumiantes como una vía para manipular la fermentación microbiana ruminal, que podría tener significación biológica y ambiental al aumentar el aprovechamiento de nutrientes a nivel duodenal pero disminuyendo la producción de gas a nivel ruminal, principalmente de metano [30]. Así mismo, se ha demostrado que incluir semillas o forraje con TAN en las dietas de rumiantes podría mejorar el aprovechamiento de los nutrientes, así como mejorar el consumo de materia seca [31,32].
CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados, se concluye que las semillas E. cyclocarpum y G. ulmifolia se fermentan más favorablemente en rumen, mostrando mejor potencial y mayor fracciones de fermentación de los azucares y carbohidratos de reserva, mejorando la digestibilidad in vitro, lo que sugiere su uso en la alimentación de rumiantes, mientras que la cantidad de taninos de A. angustissima afectó la cinética de fermentación ruminal y la digestibilidad in vitro, sin embargo, se necesitan investigaciones adicionales para evaluar la inclusión de semillas como ingredientes en dietas así como evaluaciones in situ.
