Livestock Research for Rural Development 25 (11) 2013 Guide for preparation of papers LRRD Newsletter

Citation of this paper

Efecto del tamaño de partícula del grano de arroz (Oryza sativa L.) y la fuente de nitrógeno no proteico sobre la degradación ruminal in vitro de Cynodon dactylon

Á Olivo*, Á Ojeda*, J Landinez** y P Pizzani***

* Facultad de Agronomía. Universidad Central de Venezuela, Facultad de Agronomía. Aragua, Venezuela
ajojeda99@yahoo.com
** Universidad Centroccidental Lisandro Alvarado, Decanato de Agronomía, Lara, Venezuela
*** Universidad Rómulo Gallegos, Área Agronomía. San Juan de Los Morros, Venezuela

Resumen

El objetivo fue evaluar el efecto del tamaño de partícula del suplemento y dos fuentes de nitrógeno no proteico (NNP) sobre la producción de gas y degradación aparente in vitro de Cynodon dactylon (6.3% PC, 36.6% FC, 0.37% Ca y 0.79% P). Se utilizó un diseño completamente aleatorizado con arreglo factorial 3x2 considerando tres tamaños de partículas (TP: 0.5, 1 y 2 mm Ø)  del grano de arroz, y dos  fuentes de NNP con diferentes tasas de liberación: urea y urea protegida. Ésta última era un producto comercial constituido por urea granulada recubierta con una película de polímeros lentamente biodegradables. El grano de arroz fue equivalente a 20% del recurso fibroso, adicionando urea o urea protegida a razón de 8.7 g NNP/kg ración. Se determinó la producción de gas a las 3, 6, 9, 12 y 24 h, y la degradación aparente de la materia seca y orgánica a las 24 h.

Independientemente de la fuente de NNP, a las 12 h de fermentación, un TP de 0.5 mm incrementó (P= 0.03) la producción de gas en 32.7%, con un aumento (P<0.01) de 14.5 y 14.1% en la degradación de la materia seca y orgánica, respectivamente. No se observó (P>0.05) efecto de los factores evaluados en los restantes tiempos  de fermentación. El presente estudio demostró la ausencia de efecto de la urea protegida sobre los parámetros de fermentación ruminal in vitro, mientras el tamaño de partícula del suplemento puede considerarse un elemento para mejorar la utilización de recursos fibrosos por rumiantes.  

Palabras clave: granulometría, producción de gas, urea



Effect of rice grain (Oryza sativa L.) particle size and non protein nitrogen source on in vitro ruminal digestibility of Cynodon dactylon

Abstract

The objective was to evaluate the effect particle size of supplement and two non proteic nitrogen  (NPN) sources on in vitro gas production and apparent degradation of Cynodon dactylon (6.3% PC, 36.6% FC, 0.37% Ca and 0.79% P). A complete randomized design with a 3x2 factorial arrangement, three particles size (PS: 0.5, 1 and 2 mm Ø) of rice grain and two NPN sources with different rate of release: urea and protected urea, was used. Protected urea was a commercial product consisting of granulated urea covered with a slowly biodegradable polymers film. The rice grain was equivalent to 20% fibrous resource, including urea or protected urea in respect to 8.7 g NPN/kg diet. Gas production at 3, 6, 9, 12 and 24 h, and apparent degradation of dry and organic matter at 24 h were measured.

Independently of the NPN source used, and after 12 h of fermentation, 0.5 mm PS increased (P= 0.03) the gas production in 32.7%, and the dry and organic matter degradation (P<0.01) in 14.5 and 14.1%, respectively. No effects (P>0.05) were observed of the others evaluated factors in the rest of the fermentation period. The present study showed that protected urea didn't have effects on the parameters of in vitro ruminal fermentation, and the supplement particle size could be considered a tool to increase the fibrous resources used by ruminants. 

Keywords: gas production, granulometry, urea


Introducción

Para el rumiante en pastoreo de recursos fibrosos, la fermentación ruminal provee la mayor parte de la energía (ácidos grasos volátiles) y proteína (masa microbial) disponibles para satisfacer las necesidades nutricionales (Van Soest 1994). Entre otros factores, para optimizar la eficiencia de crecimiento microbial se requieren aportes adecuados de nitrógeno y energía fermentables, los cuales deben ser disponibles de modo sincronizado en el medio ruminal (Balbuena 2003; Cao et al 2008). Este sincronismo tiene carácter dinámico, variando en función del nivel de ingesta, perfil de las poblaciones de microorganismos, cinética de fermentación de carbohidratos y fuentes de nitrógeno, entre otros (Hristov et al 2005). 

La urea es la fuente de nitrógeno no proteico (NNP) de mayor difusión en la suplementación de rumiantes en el trópico. Sin embargo, su inclusión en la dieta es limitada debido a que su hidrólisis libera nitrógeno amoniacal a una tasa superior a la que puede ser convertido en proteína microbiana, por lo que el excedente absorbido debe ser excretado, con una considerable inversión de energía metabolizable, y un importante impacto ambiental (Löest et al 2001; Vélez et al 2006). 

Para regular la disponibilidad de nitrógeno no proteico en el ambiente ruminal, y facilitar su sincronismo con la energía dietaria fermentable, se ha sugerido el uso de fuentes de liberación controlada (Tikofsky y Harrison, 2006).  El recubrimiento ó encapsulado de partículas de urea con una película de polímeros lentamente biodegradables es una alternativa que permite mayor eficiencia en la síntesis de proteína microbial y un incremento en la densidad de nutrientes de la ración (Galo et al 2006). Debido a que el desarrollo microbial es también dependiente de la disponibilidad de energía, el empleo de estas fuentes de NNP de liberación controlada, conjuntamente con estrategias que permitan modular la tasa de fermentación de carbohidratos, son alternativas para aumentar la eficiencia de uso de la energía para crecimiento microbiano (YATP), y por tanto, incrementar la disponibilidad de nutrientes al rumiante (Hristov et al 2005; Ribeiro et al 2011). 

El objetivo del presente estudio fue evaluar el efecto del tamaño de partícula del grano de arroz y la fuente de nitrógeno no proteico sobre la producción de gas in vitro y la degradación ruminal aparente de un heno de Cynodon dactylon.


Materiales y métodos

Recursos a evaluar

Se empleó Cynodon dactylon (6.3% proteína cruda, 36.6% fibra cruda, 0.37% calcio y 0.79% fósforo) colectado en una parcela experimental ubicada en la Facultad de Agronomía de la Universidad Central de Venezuela  (10º 16´ 20" Norte y 67º 36´35" Oeste), a  unos 455 msnm, temperatura media anual de 25°C y humedad relativa de 75% (INIA 2012). Como fuente de carbohidratos fermentables se utilizaron granos de arroz sin pericarpio, tegumento y aleurona (8.1% proteína cruda, 0.93% fibra cruda, 0.04% calcio y 0.10% fósforo), los cuales fueron adquiridos en el mercado local.  

Diseño del experimento

Se empleó un diseño completamente aleatorizado con arreglo factorial 3x2, considerando el tamaño de partícula del grano de arroz (TP: 0.5, 1 y 2 mm Ø) y la fuente de NNP [urea (U) y urea protegida (UP)]. La UP consistió de urea recubierta con una película de polímeros biodegradables que genera un material comercial con 41% de nitrógeno, y una tasa de liberación de nitrógeno similar a la de la harina desgrasada de soya (Tikofsky y Harrison 2006). El grano de arroz se incorporó a razón de 20% del recurso fibroso, mientras U y UP a nivel de 8.7 g NNP/kg ración, equivalentes a 74 g NNP para un vacuno adulto con un peso vivo de 450 kg, y un consumo de 1.9% de su peso.  

Producción de gas y degradación in vitro

La producción de gas se midió de acuerdo a Theodorou et al (1994), empleando envases de 130 cm3. Para mayor precisión en la valoración de las fuentes de NNP, en las soluciones se sustituyó el bicarbonato amónico por bicarbonato sódico, manteniendo constante el aporte de ion bicarbonato al conjunto. El inoculo ruminal fue colectado del rumen de tres animales sacrificados en una sala de beneficio comercial ubicada en Maracay, estado Aragua (10°14'21"Norte y 67°38'4"Oeste).  La producción de gas se registró con un transductor de presión (Red Lion®, Modelo DP5-1/8 DIN) a las 3, 6, 9, 12 y 24 h, estimando los parámetros de su cinética con un modelo exponencial (France et al 1993) empleando el procedimiento NLIN de SAS (2003). La degradación aparente de la materia seca a las 24 h se determinó filtrando el contenido de cada envase en crisoles de vidrio con placa de porcelana porosa (poro # 1). 

Caracterización química

Se realizaron análisis químicos proximales (AOAC 2006), calcio (Fick et al 1979) y fósforo (Fiske y Subarrow 1925). El contenido de materia orgánica fue estimado a través de la diferencia entre la materia seca y la fracción de cenizas, obtenida ésta luego de incineración de la muestra a 550 °C durante 8 h. 

Análisis de la información

Cada tratamiento contó con cuatro repeticiones,  constituida cada una por un envase de vidrio.  El volumen de gas generado (V, ml) se estimó por medio de la transformación de las lecturas de presión (p, psi), utilizando fórmula desarrollada por Giraldo et al (2006): 

V= 0.172 + 5.121p+ 0.011p2 

La producción de gas fue ajustada de acuerdo a un modelo exponencial (France et al 1993), para posteriormente ser evaluado por un análisis de varianza empleando el procedimiento GLM  (SAS 2003), y considerando las lecturas seriadas de gas como medidas repetidas en el tiempo.  La comparación entre medias se hizo con la Prueba de Rangos Múltiples de Tukey.


Resultados y discusión

Producción de gas in vitro 

TP generó diferencias a las 12 h de fermentación, con un incremento de 32.7% en la producción acumulada de gas cuando se utilizó grano de arroz con partículas de 0.5 mm (Tabla 1). Aunque la tasa y extensión de la degradación ruminal en granos de arroz es altamente dependiente de las características moleculares de su almidón, fundamentalmente  la relación amilosa:amilopectina (Okuda et al 2005); un incremento de la superficie específica de las partículas de arroz con el menor TP permitió su colonización por los microorganismos en un menor tiempo, y por consiguiente, un mayor periodo de exposición a la fermentación ruminal en el lapso de evaluación (McAllister et al 1994; Van Soest 1994). 

Tabla 1. Producción acumulada de gas in vitro (ml/g MS)

Granulometría                   (mm Ø)

Tiempo (h)

 

3

6

9

12

24

 

 

Urea

0.5

 

0.248

1.97

4.40

8.18a

26.9

1

 

0.428

2.67

4.65

6.80b

18.2

2

 

0.585

2.46

4.55

6.91b

28.6

 

Urea protegida

0.5

 

0.683

3.51

5.58

8.85a

26.6

1

 

0.428

1.39

2.75

6.38b

31.3

2

 

0.503

2.66

3.83

5.60b

28.8

Probabilidad

Tamaño de partícula (TP) Nitrógeno no proteico (NNP)

TP*NNP

 

 

 

0.971

0.882

0.923

 

0.345

0.903

0.081

 

0.384

0.533

0.276

 

0.032

0.852

0.108

 

0.802

0.371

0.460

SE

 

0.192

0.377

0.502

0.553

2.784

SE: Error estándar.

Letras distintas en una columna indican valores estadísticamente diferentes (P≤0.05).

Luego de 24 h de fermentación in vitro, la producción acumulada de gas alcanzó 26.7 ± 4.50 ml/g MS (P>0.05), valor similar a lo señalado para recursos fibrosos herbáceos y leñosos disponibles para la alimentación animal en zonas tropicales (Nozella 2006; Aparicio et al 2007; Ojeda et al 2013).  

Degradación aparente

Cuando se utilizó el grano de arroz con tamaño de partícula de 0.5 mm se observó un incremento de 14.5 y 14.1% en la degradación de la materia seca y orgánica, respectivamente. Esto coincide con el comportamiento de la producción de gas in vitro, y refleja el impacto positivo del tamaño de partícula del suplemento empleado sobre la utilización del recurso fibroso base.  Sin embargo, la fuente de NNP no afectó la degradación aparente in vitro de la materia seca y orgánica. Un comportamiento similar fue descrito por Duque et al (2009), quienes al evaluar dos fuentes de NNP de diferente tasa de liberación (urea y urea protegida) no observaron efectos sobre la degradación in vitro de Cynodon nlemfuensis y Saccharum officinarum

Estos resultados evidencian que cuando se emplean materiales fibrosos muy refractarios, la cinética de degradación ruminal de la UP no permite una mejora en el metabolismo microbiano capaz de incrementar la degradación de recursos fibrosos. Esto debido probablemente a la ausencia de sincronismo en la disponibilidad de energía y nitrógeno durante las primeras horas de fermentación, lo que limita la tasa de colonización de la pared celular (Galo et al 2006, Ojeda et al 2012). Lo anterior sugiere la necesidad de considerar el suministro en forma combinada de fuentes de NNP con diferente tasa de liberación, dirigidas a suplir necesidades diferenciadas en el tiempo por las poblaciones de microorganismos ruminales (Duque et al 2009; Manella 2012).

Figura 1. Tamaño de partícula del grano de arroz pulido y degradación ruminal
aparente in vitro de las materias seca (a) y orgánica (b)

El efecto de la interacción entre TP y fuente de NNP sobre la degradación aparente de la materia seca y orgánica se observó en una mayor pendiente en la curva que describe la recuperación de la degradación en TP de 2 mm cuando se empleó urea (Figura 1). Aunque el presente estudio no genera elementos para aclarar el motivo de este comportamiento, una mayor tasa de liberación de NNP en el caso de la urea puede ser un factor condicionante de tal respuesta. 

Tabla 2. Digestibilidad aparente in vitro

Granulometría (mm Ø)

Digestibilidad 24 h (%)

 

Materia seca

Materia orgánica

 

Urea

0.5

38.2ab

41.1ab

1

31.2d

34.9c

2

34.9bc

38.0bc

 

Urea protegida

0.5

39.9a

43.1a

1

33.3cd

35.5c

2

32.9cd

35.8c

Probabilidad

 

 

Tamaño de partícula (TP)

< 0.001

< 0.001

Nitrógeno no proteico (NNP)

0.303

0.822

TP*NNP

0.034

0.031

SE

0.787

0.780

SE: Error estándar.

Letras distintas en una misma columna indican diferencias estadísticas significativas (P≤0.05)


Conclusiones


Agradecimiento

Los autores expresan su agradecimiento a ALLTECH Venezuela SCS por el financiamiento parcial de la presente investigación.


Referencias

AOAC 2006 Official Methods of Analysis. Association of Official Analytical Chemist. 18 ed. Washington, DC. EUA.  

Aparicio R, González M, Torres R, Astudillo L, Cordova L y Carrasquel J 2007 Degradabilidad de los pastos lambedora (Leersia hexandra) y paja de agua (Hymenachne amplexicaulis) en cuatro épocas del año de una sabana inundable del estado Apure, Venezuela. Zootecnia Tropical 25: 225-228. 

Balbuena O 2003 Manipulación de la función ruminal para incrementar la producción animal. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Colonia Benítez, Argentina. Retrieved Oct 25, 2012, from http://www.produccion-animal.com.ar/informacion_tecnica/manejo_del_alimento/81-manipulacion_funcion_ruminal.pdf 

Cao Z J, Li S L, Xing J J, Ma M and Wang L L 2008 Effects of maize grain and lucerne particle size on ruminal fermentation, digestibility and performance of cows in midlactation. Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition 92: 157-167 

Duque M, Noguera R R y Restrepo L F 2009 Efecto de la adición de urea protegida y sin protección sobre la cinética de degradación in vitro del pasto estrella (Cynodon nlemfluensis) y caña de azúcar (Saccharum officinarum). Livestock Research for Rural Development 21 (4), Article #58. Retrieved July 19, 2013, from http://www.lrrd.org/lrrd21/4/duqu21058.htm 

Fick K L, Mcdowell P, Miles N, Wilkinson J, Funk P y Conrad J 1979  Métodos de Análisis de Minerales para Tejidos de Plantas y Animales. 2da Ed. Universidad de Florida, Gainesville, EUA.  57 p. 

Fiske C and Subarrow Y 1925 The colorimetric determination of phosphorus. The Journal of Biological Chemistry 66: 375-400. 

France J, Dhanoa M S, Theodorou M K,  Lister S J, Davies D R and Isac D 1993 A model to interpret gas accumulation profiles associated with in vitro degradation of ruminant feeds. Journal of Theoretical Biology 163: 99-111. 

Galo E, Emanuele S M, Sniffen C J, White J H and Knapp J R 2006
Effects of a polymer-coated urea product on nitrogen metabolism in lactating Holstein dairy cattle. Journal of  Dairy Science 86:2154-2162. Retrieved August 02, 2013, from http://www.journalofdairyscience.org/article/S0022-0302%2803%2973805-3/fulltext  

Giraldo L A, Gutiérrez L A, Sánchez J y Bolívar P A 2006 Relación entre presión y volumen para el montaje de la técnica in vitro de producción de gases en Colombia. Livestock Research for Rural Development. 18 (6), Article #75. Retrieved October 12, 2013, from http://www.lrrd.org/lrrd18/6/gira18075.htm

Hristov A N, Ropp J K, Grandeen K L, Abedi S, Etter R P, Melgar A and Foley A E 2005 Effect of carbohydrate source on ammonia utilization in lactating dairy cows. Journal of Animal Science 83: 408-421. Retrieved August 20, 2013, from http://www.journalofanimalscience.org/content/83/2/408.full

INIA 2012 Unidad Agroclimatológica. Instituto Nacional de Investigaciones Agropecuarias. Reporte de Estación Climatológica. Maracay, Venezuela. 

Löest C A, Titgemeyer E C, Drouillard J S, Lambert B D and Trater A M 2001 Urea and biuret as non-protein nitrogen sources in cooked molasses blocks for steers fed prairie hay. Animal Feed Science and Technology 94: 115-126. 

McAllister T A, Bae H D, Jones G A and Cheng K J 1994 Microbial attachment and feed digestion in the rumen. Journal of Animal Science 72: 3004-3018. Retrieved August 20, 2013, from http://journalofanimalscience.org/content/72/11/3004.full.pdf+html

Manella M 2012
Uso de urea de liberación lenta en la alimentación de rumiantes. Brasil. Retrieved Octuber 05, 2012, from http://www.engormix.com/MA-ganaderia-carne/nutricion/articulos/uso-urea-liberacion-lenta-t4056/141-p0.htm.

Nozella F 2006 Valor nutricional de espécies arbóreo-arbustivas nativas da caatinga e utilização de tratamentos físico-químicos para redução do teor de taninos. Tesis de grado. Centro de Energía Nuclear na Agricultura. Universidad de San Pablo. Brasil. 99 p. Retrieved August 26, 2013, from http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/64/64132/tde-11042007-112001/pt-br.php

Ojeda A, Canelones C, Muñóz D y Gil J 2013 Chemical composition, in vitro rumen fermentation, and digestibility of selected browse species by buffaloes (Bubalus bubalis L.) at a semi-deciduous forest in Venezuela. Tropical and Subtropical Agroecosystems 16: 1-11. Retrieved August 29, 2013, from http://www.veterinaria.uady.mx/ojs/index.php/TSA/article/view/1529.

Ojeda Á, Reyes M y Rodríguez W 2012 Efecto de la liberación controlada de nitrógeno sobre la fermentación y la degradabilidad in situ de Cynodon dactylon. Revista MVZ Córdoba 17: 3139-3139. Retrieved August 29, 2013, from http://www.scielo.org.co/scielo.php? script=sci_arttext&pid=S0122-02682012000300006&lng=en&nrm=iso

Okuda M, Aramaki I, Koseki T, Satoh H and Hashizume K 2005 Structural characteristics, properties, and in vitro digestibility of rice. Cereal Chemistry 82: 361-368. 

Ribeiro S S, Vasconcelos J T, Morais M G, Ítavo C B and Franco G L 2011 Effects of ruminal infusion of a slow-release polymer-coated urea or conventional urea on apparent nutrient digestibility, in situ degradability, and rumen parameters in cattle fed low-quality hay. Animal Feed Science and Technology 164: 53-61 

SAS 2003 User ́s Guide: Statistics SAS Institute Inc. Ver 9.13. SAS, Inc Cary, North Carolina, USA 558 p. 

Theodorou M K, Williams B A, Dhanoa M S, Mcallan A B and France J 1994 A simple gas production method using a pressure transducer to determine the fermentation kinetics of ruminant feed. Animal Feed Science and Technology 48: 185-197. 

Tikofsky J and Harrison G 2006 Optigen® II: improving the efficiency of nitrogen utilization in the dairy cow. In: Lyons T., K. Jacques y J. Hower (eds). Nutritional Biotechnology in the Feed and Food Industries.  Proceedings of Alltech’s 22nd Annual Symposium. Nottingham University Press, UK. 373-380 p. 

Van Soest P J 1994 Nutritional Ecology of the Ruminant.  2th Edition. Cornell University Press. Ithaca, New York.  

Vélez M, Hincapié J J y Matamoros I 2006 Producción de ganado lechero en el trópico. Quinta edición. Zamorano Academic Press. Honduras. 221-240 p.  


Received 23 September 2013; Accepted 18 October 2013; Published 1 November 2013

Go to top