Estrategias Para la Optimización de la Fermentación Ruminal: Aspectos Nutricionales

S. Calsamiglia

Dpt. Ciència Animal i dels AlimentsUniversitat Autònoma de Barcelona

08193-BellaterraSergio.Calsamiglia@uab.es

Definir la Optimización Funcional del Rumen

• El aporte máximo de nutrientes al intestinodelgado:– Energía– Proteína

• Dicho aporte depende de la ingestión total y su grado de utilización (fermentación y digestión) en el tracto digestivo

Aporte de Energía

• Aporte máximo de energía (cereales)– La fermentación ruminal reduce el aporte

energético en un 10-20% respecto al “byass”del cereal

Degradación de carbohidratos

Fibra Almidón

Glucosa

Acetato

Metano

Propionato

FibrolitícaspH > 6,0

AmilolíticaspH < 6,0

ATP

Lactato

Butirato

Piruvato

El Aumento de Almidón Bypass Reduce su Digestibilidad Intestinal

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60Almidón Bypass, % ingestión

Dig

estib

ilida

d A

lmid

ón, %

(Nocek y Tamminga, 1991)

10 x 0,81 = 8,1

20 x 0,73 = 15,6

Pero la Cantidad de Almidón Digerido en el Intestino Aumenta

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 1 2 3 4 5Almidón Bypass, kg

Alm

idón

Dig

erid

o, k

g

(Nocek y Tamminga, 1991)

Aporte de Energía

• Aporte máximo de energía (cereales)– La fermentación ruminal reduce el aporte

energético en un 10-20% respecto al “byass”del cereal

– Limitar la energía ruminal limita la síntesis de proteína microbiana

HCNF y Eficacia de Síntesis de Proteína Microbiana

15

20

25

30

35

25 37 54

Pectinas

HCNF

ESP

M

Hoover & Stokes, 1991

Implicaciones de la ESPM sobre las Necesidades de Proteína

Contribución teórica según producción (kg/d)

ESPM 25 35 4520 49 42 3930 73 64 5940 98 85 79

Stern, 1988

Aporte de Energía

• Aporte máximo de energía (cereales)– La fermentación ruminal reduce el aporte

energético en un 10-20% respecto al “byass”del cereal

– Limitar la energía ruminal limita la síntesis de proteína microbiana

– El exceso de energía fermentable (almidón) puede conducir a la acidosis

Producción de Acido

• Depende de la cantidad de CNF (cereales)• Depende del tipo de cereal: A mayor la

velocidad de degradación, mayor el riesgo de acidosis:

Sorgo < Maiz < Cebada < Trigo• Depende del procesado: a mayor el

procesado, mayor riesgo de acidosis

5,7

5,9

6,1

6,3

6,5

0 10 20 30 40 50 60

Almidones Digestibles en Rumen (%MS)

pH

pH = 6,41 – 0,011 Xn=123R2=-94; EE=0,11

Ingestión de Almidón y pH

Velocidad de Degradación (Almidones)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

%/h

Entero Partido Harina Copos Sorgo Avena Cebada Trigo

Maíz

Nivel de Almidones

• En base a la eficiencia energética, la raciónideal podría formularse con niveles de almidón elevados (45-50%) y con un porcentage elevado de “bypass”

• El factor limitante será la capacidad de mantener el pH a niveles “seguros”

Aporte de Energía

• Aporte máximo de energía (cereales)– La fermentación ruminal reduce el aporte

energético en un 10-20% respecto al “byass”del cereal

• Aporte máximo de energía (forrajes)– Los forrajes, a pesar de su menor contenido

energético, son esenciales para el control del pH ruminal

– Su digestibilidad es factor determinante para incrementar el valor energético de la ración

Control del pH

Acido

PasoAbsorción

Neutralización•Saliva•Tampones (200-250 g Bic•Alcalinizantes (50-60 g M

pH

Análisis Cuantitativo de la Eliminación de H+ del Medio Ruminal

Vía de eliminación Cantidad (meq/d) Contribución

porcentual (%) AGV absorbidos Sistema carbonato Sistema fosfato Sistema amoníaco Flujo AGV Flujo en partículas Total

39168 20752 6599 1537 2316 1000

71372

52,9 28,0 8,9 2,1 3,1 1,4

96,4

Adaptado de Allen (1997

Análisis Cuantitativo del Balance de H+ del Medio Ruminal

Adaptado de Allen (1997)

Dietas Dieta A Dieta B Dieta C Dieta D Degradabilidad MO, % Tamaño partícula1

FND-f, % MS Tiempo masticación, min/d Rumina, min/d Ingestión, min/d Flujo de saliva, L/d Tampón saliva, meq/d Producción ácido, meq/d

50 2 20 622 388 234 269

40.888

74.519

60 2 20 622 388 234 269

40.888

89.423

50 1 20 462 288 174 256

38.912

74.519

50 2 24 659 402 257 271

41.192

74.519 1 Tamaño de partícula: 1 = pequeño; 2 = Mediano.

Recomendaciones NRC 2001

Min. FND-f Min. NDF Max. HCNF Min ADF

19 25 44 1718 27 42 1817 29 40 1916 31 38 2015 33 36 21

Factores que Afectan a las Recomendaciones de Fibra

Efecto Sobre Factor RecomendacionesAumento HCNF AumentaAumento fermentabilidad HCNF AumentaPienso y forraje separado AumentaTipo de fibra VariableDisminución tamaño partícula AumentaAumento frecuencia alimentación DisminuyeAumento sustancias tampón Disminuye

Efecto del pH y tipo de dieta sobre la DFND ( %)

0

10

20

30

405 5.5 6 6.5 7 5 5.5 6 6.5 7

1 2

NDFdig predicted ndfdig

pH

Graphs by Ration

40

30

20

10

0

DFND = 24,2 + 19,1 pH pR2 = 0,11 – 5,7 pH2 pR2 = 0,11– 10,7 pH3 pR2 = 0,04

R2 = 0,60

FORRAJE CONCENTRADO

Efecto del pH y el tipo de dieta sobre los AGV totales (mM)

60

80

100

120

140

5 5.5 6 6.5 7 5 5.5 6 6.5 7

1 2

VFA predicted vfa

pH

Graphs by ration

140

120

100

80

60

AGVT = 80,8 + 24,3 pH pR2 = 0,37– 7,89 pH2 pR2 = 0,03+ 20,4 D pR2 = 0,32

R2 = 0,81

FORRAJE CONCENTRADO

Efecto del pH y el tipo de dieta sobre el acetato (mM)

2040

6080

5 5.5 6 6.5 7 5 5.5 6 6.5 7

1 2

C2T predicted c2t

pH

Graphs by ration

80

60

40

20

Acetato = 65,5+ 23,7 pH pR2 = 0,81- 4.7 D pR2 = 0.02

R2 = 0,84

FORRAJE CONCENTRADO

Efecto del pH y el tipo de dieta sobre el propionato (mM)

10

15

205 5.5 6 6.5 7 5 5.5 6 6.5 7

1 2

C3T predicted c3t

pH

Graphs by ration

20

15

10

Propionato = 9,8 - 6,34 pH pR2 = 0,23 – 2,10 pH2 pR2 = 0,07 + 4,54 pH3 pR2 = 0,10+ 3,90 D pR2 = 0,34

R2 = 0,76

FORRAJE CONCENTRADO

Efecto del pH y el tipo de dieta sobre la relación acetato:propionato

1

2

3

4

55 5.5 6 6.5 7 5 5.5 6 6.5 7

1 2

C2C3 predicted c2c3

pH

Graphs by ration

5

4

3

2

1

FORRAJE CONCENTRADO

Ac:Pr = 4,61 + 1,93 pH pR2 = 0,12 – 0,49 pH2 pR2 = 0,02– 1,66 D pR2 = 0,40

R2 = 0.89

*

Contribución del pH

DFND

Acetato

AGVT

Propionato

Ac:Pro

100 – 0

98 – 2

56 – 44

55 – 45

26 – 74

Efecto del pH y tipo de dieta sobre el N amoniacal (mg N/d)

0

5

10

155 5.5 6 6.5 7 5 5.5 6 6.5 7

1 2

NH3 predicted nh3

pH

Graphs by Ration

15

10

5

0

N Amoniacal = 16,5 + 6,9 pH pR2 = 0,11 + 1,98 pH2 pR2 = 0,04 – 2,14 pH3 pR2 = 0,01– 7,47 D pR2 = 0,57– 3,34 (pHxD) pR2 = 0,03

R2 = 0,96

FORRAJE CONCENTRADO

Efecto del pH y tipo de dieta sobre el flujo de N dietario (g/d)

1

1.5

2

2.55 5.5 6 6.5 7 5 5.5 6 6.5 7

1 2

gDietNeff predicted gdietneff

pH

Graphs by ration

2.5

2.0

1.5

1.0

g N Dietario = 0,90– 0,58 pH pR2 = 0,14 + 0,29 pH3 pR2 = 0,03+ 0,54 D pR2 = 0,45

R2 = 0,82

FORRAJE CONCENTRADO

Efecto del pH y tipo de dieta sobre la degradación de la PB (%)

0

20

40

605 5.5 6 6.5 7 5 5.5 6 6.5 7

1 2

CPdeg predicted cpdeg

pH

Graphs by Ration

60

40

20

0

Deg. PB = 77,4 + 24,5 pH pR2 = 0,13 – 7,3 pH2 pR2 = 0,02 – 12,4 pH3 pR2 = 0,03– 27,6 D pR2 = 0,35+ 13,5 (pH2xD) pR2 = 0,03

R2 = 0,86

FORRAJE CONCENTRADO

Efecto del pH y tipo de dieta sobre el flujo de N bacteriano (gN/d)

.5

1

1.5

25 5.5 6 6.5 7 5 5.5 6 6.5 7

1 2

gBactN predicted gbactn

pH

Graphs by Ration

2.0

1.5

1.0

0.5

g N Bacteriano = 2,08 + 0,41 pH pR2 = 0,14 – 0,24 pH2 pR2 = 0,06 – 0,23 pH3 pR2 = 0,03– 0,55 D pR2 = 0,38+ 0,40 (pH2xD) pR2 = 0,08

R2 = 0,77

FORRAJE CONCENTRADO

Efecto del pH y el tipo de dieta sobre la ESPM (g bact. N/kg DVMO)

20

30

40

505 5.5 6 6.5 7 5 5.5 6 6.5 7

1 2

EMPS predicted emps

pH

Graphs by Ration

50

40

30

20

ESPM = 46,3 + 2,34 pH pR2 = 0,06 + 2,68 pH2 pR2 = 0,03 – 9,68 pH3 pR2 = 0,09– 10,9 D pR2 = 0,63

R2 = 0,71

FORRAJE CONCENTRADO

Contribución del pH

DVMO

DFND

Acetato

AGVT

Propionato

Ac:Pro

N Amoniacal

N Dietario

N Bacteriano

Deg. PB

ESPM

86 – 14

100 – 0

98 – 2

56 – 44

55 – 45

26 – 74

3 – 77

27 – 73

39 – 61

35 – 65

22 – 78

0

25

50

75

4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0

pH

%

Acético Propiónico Láctico Butírico

Dirksen, (1969)

Acidosis

Resumen del Efecto del pH

• Reduce la degradación de la FND y de la producción de acetato

• Si desciende demasiado, puede favorecer el aumento de la concentración de láctico

• Reduce de la degradación de la proteína y del almidón, lo que puede tener efectos positivos para la eficiencia de utilizacion de nutrientes

• Desvía la fermentación hacia una menor relación acetato:propionato, lo que resulta más eficiente

Control de la “Acidosis”

• El control de la acidosis no solo debe centrarseen el control del pH como “entidad química”, sino que debe centrarse tambien en el control del proceso de fermentación– Manejo– Aditivos que modulen la actividad de poblaciones

microbianas (producción de propionato sin incrementar el riesgo de producción de lactato)

Definir la Optimización Funcional del Rumen

• El aporte máximo de nutrientes al intestinodelgado:– Energía– Proteína

HCNF y Eficacia de Síntesis de Proteína Microbiana

15

20

25

30

35

25 37 54

Pectinas

HCNF

ESP

M

Hoover & Stokes, 1991

Implicaciones de la ESPM sobre las Necesidades de Proteína

Contribución teórica según producción (kg/d)

ESPM 25 35 4520 49 42 3930 73 64 5940 98 85 79

Stern, 1988

Efecto del pH y tipo de dieta sobre la degradación de la PB (%)

0

20

40

605 5.5 6 6.5 7 5 5.5 6 6.5 7

1 2

CPdeg predicted cpdeg

pH

Graphs by Ration

60

40

20

0

Deg. PB = 77,4 + 24,5 pH pR2 = 0,13 – 7,3 pH2 pR2 = 0,02 – 12,4 pH3 pR2 = 0,03– 27,6 D pR2 = 0,35+ 13,5 (pH2xD) pR2 = 0,03

R2 = 0,86

FORRAJE CONCENTRADO

Conclusiones

• Niveles de hasta 45-50% de HCNF totales son los máseficientes si somos capaces de controlar el pH ruminal:– Aumenta el aporte de almidón postruminal– Aumenta la energía a nivel ruminal– Desvía la fermentación a própiónico (almidon y pH)– Aumenta la síntesis de proteína micorbiana

• El aporte adecaudo de fibra de calidad es esencial para el mantenimiento del pH ruminal y el incremento del aporte total de energía.

• Una acidosis marginal puede ser adecuada si somoscapaces de reducir el riesgo de desequilibrio

20

23

26

29

32

35

1 2 3 4 5 6 7 8 9 0

Consecuencias del Riesgo: el Coste de las Cosas Mal Hechas

• A medida que los riesgos de error son mayores, debemos formular raciones más conservadoras

• Al formular raciones conservadoras, reducimos el potencial de producción y agravamos problemas postparto por limitar la ingestión de energía

20

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35

1 2 3 4 5 6 7 8 9 020

23

26

29

32

35

1 2 3 4 5 6 7 8 9 0

Análisis, preparación y manejo correcto Análisis, preparación y manejo incorrecto

40 kg silo - 3 kg heno - 4 kg pienso

20 kg silo - 3 kg heno - 14 kg Pienso