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Estrategias Para la Optimización de la Fermentación Ruminal: Aspectos Nutricionales
S. Calsamiglia
Dpt. Ciència Animal i dels AlimentsUniversitat Autònoma de Barcelona
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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
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Aporte de Energía
• Aporte máximo de energía (cereales)– La fermentación ruminal reduce el aporte
energético en un 10-20% respecto al “byass”del cereal
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Degradación de carbohidratos
Fibra Almidón
Glucosa
Acetato
Metano
Propionato
FibrolitícaspH > 6,0
AmilolíticaspH < 6,0
ATP
Lactato
Butirato
Piruvato
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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
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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)
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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
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HCNF y Eficacia de Síntesis de Proteína Microbiana
15
20
25
30
35
25 37 54
Pectinas
HCNF
ESP
M
Hoover & Stokes, 1991
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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
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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
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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
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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
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Velocidad de Degradación (Almidones)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
%/h
Entero Partido Harina Copos Sorgo Avena Cebada Trigo
Maíz
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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”
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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
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Control del pH
Acido
PasoAbsorción
Neutralización•Saliva•Tampones (200-250 g Bic•Alcalinizantes (50-60 g M
pH
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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
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
*
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Contribución del pH
DFND
Acetato
AGVT
Propionato
Ac:Pro
100 – 0
98 – 2
56 – 44
55 – 45
26 – 74
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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0
25
50
75
4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0
pH
%
Acético Propiónico Láctico Butírico
Dirksen, (1969)
Acidosis
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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
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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)
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Definir la Optimización Funcional del Rumen
• El aporte máximo de nutrientes al intestinodelgado:– Energía– Proteína
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HCNF y Eficacia de Síntesis de Proteína Microbiana
15
20
25
30
35
25 37 54
Pectinas
HCNF
ESP
M
Hoover & Stokes, 1991
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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
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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
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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
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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
23
26
29
32
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
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40 kg silo - 3 kg heno - 4 kg pienso
20 kg silo - 3 kg heno - 14 kg Pienso