tesis de maestría paola aguirre

CARACTERIZACION NUTRICIONAL DEL GRANO DE CAUPI Vigna unguiculata L. EN RATAS

PAOLA ANDREA AGUIRRE F.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA ESCUELA DE POSGRADOS SEDE PALMIRA 2009

CARACTERIZACION NUTRICIONAL DEL GRANO DE CAUPI Vigna unguiculata L. EN RATAS

PAOLA ANDREA AGUIRRE F.

Trabajo de grado para optar al ttulo de Magister en CIENCIAS AGRARIAS rea PRODUCCIN ANIMAL TROPICAL

DIRIGIDO POR: CARLOS ALEXANDER MOTOYA P. Zoot. MSc. PhD.

CODIRECTORA LUZ STELLA MUOZ. Zoot. PhD.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA ESCUELA DE POSGRADOS SEDE PALMIRA 2009

Dedicada a

Doy gracias a Dios por permitirme alcanzar un sueo y una meta ms a nivel profesional y personal.

A mis padres y hermanas por su constante apoyo y ayuda a lo largo de este camino y los ltimos aos.

AGRADECIMIENTOS

Quiero dar las gracias a todas aquellas personas que han colaborado en la realizacin de esta tesis de maestra y en especial:

A mi director de tesis Carlos Alexander Montoya por su gran dedicacin, orientacin, apoyo, paciencia y por creer en m. Gracias Carlos, por t animo constante.

A mi codirectora Luz Stella Muoz por sus constantes orientaciones, consejos, por su apoyo y paciencia. Gracias profe.

A Fernando Estrada por su gran colaboracin en el laboratorio y a Julieta Torres mi compaera y amiga de maestra por su apoyo y colaboracin durante las largas hora de trabajo en el laboratorio.

A los cuatro estudiantes de Zootecnia Alexander Gmez, Dalila Prez, Alejandro Rodrguez y Jose Morales por su colaboracin y apoyo en cada fase del trabajo.

A mis padres y hermanas por su apoyo, esfuerzo y por creer en m.

A mis amigas y amigos Analuz, Indira, Adriana, Mnica, Gloria, Jorge, Pedro, Miguel y dems que estuvieron apoyndome y animndome en todo este proceso. Gracias por soportarme tanto y dibujar sonrisas en mi rostro.

A la Universidad Nacional de Colombia, sede Palmira por su formacin acadmica tanto en pregrado como posgrado.

Al CIAT Centro Internacional de Agricultura Tropical por su apoyo en este trabajo.

TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCION .......................................................................................................... 1 1.REVISION DE LITERATURA .................................................................................. 3 1.1 LEGUMINOSAS ................................................................................................... 3 1.1.1 Evaluacin de especies con potencial para alimentacin animal .................... 3 1.1.2 Familia de las leguminosas ............................................................................. 4 1.1.3 Leguminosas de grano ..................................................................................... 4 1.1.4 Produccin de leguminosas en Colombia ....................................................... 5 1.1.4.1 Soya (Glicine max)..................................................................................... 6 1.1.4.2 Frijol caup (Vigna unguiculata) ................................................................ 6 1.1.4.3 Guandul (Cajanus cajan) ........................................................................... 7 1.1.4.4 Arveja arbustiva (Pysum sativum) ............................................................. 7 1.2 CAUPI (Vigna unguiculata) ................................................................................. 8 1.2.1 Origen .............................................................................................................. 8 1.2.2 Produccin mundial y rendimiento productivo ............................................... 9 1.2.3 Caractersticas agronmicas ............................................................................ 9 1.2.4 Valor nutritivo del Caup ............................................................................... 10 1.2.5 Fracciones proteicas en las leguminosas ....................................................... 14 1.2.5.1 Globulinas ............................................................................................... 15 1.2.5.2 Albuminas ............................................................................................... 15 1.2.5.3 Glutelinas y Prolaminas .......................................................................... 16 1.3 FACTORES ANTINUTRICIONALES ............................................................ 16 1.3.1 Taninos .......................................................................................................... 17 1.3.2 Lectinas ......................................................................................................... 17 1.3.3 Inhibidores de proteasas ................................................................................ 18 1.3.4 Protenas antignicas ..................................................................................... 19 1.3.5 Fibras ............................................................................................................. 19 1.3.6 Vicina y convicina ........................................................................................ 19 1.4 TRATAMIENTOS TRMICOS ....................................................................... 20 1.5 DIGESTIBILIDAD DE PROTENAS .............................................................. 22 1.5.1 Digestibilidad in vivo de las leguminosas ...................................................... 23

1.5.1.1 Tcnicas para determinar digestibilidad a nivel ileal .............................. 23 1.5.1.2 Digestibilidad aparente y verdadera ........................................................ 24 1.5.2 Digestibilidad in vitro ................................................................................... 25 1.6 ENSAYOS BIOLGICOS ................................................................................ 27 1.6.1 Pruebas de crecimiento ................................................................................. 27 1.6.1.1 Peso corporal .............................................................................................. 27 1.6.1.2 Crecimiento ............................................................................................. 27 1.6.1.3 Conversin alimenticia ............................................................................ 27 1.6.1.4 Consumo de alimento .............................................................................. 28 1.6.1.5 Relacin eficiencia proteica (PER) ......................................................... 28 1.6.2 Calidad de las protenas ................................................................................ 28 1.6.2.1 Valor biolgico (VB) .............................................................................. 29 1.6.1.2 utilizacin neta de la protena (NPU) ...................................................... 29 1.7 USO DE LEGUMINOSAS EN LA ALIMENTACION DE

MONOGASTRICOS.................................................................................................. 30 2. OBJETIVOS ............................................................................................................. 33 2.1 OBJETIVO GENERAL .................................................................................... 33 2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS ........................................................................... 33 3. METODOLOGA .................................................................................................... 34 3.1 LOCALIZACION ............................................................................................... 34 3.2 MATERIALES Y EQUIPOS ............................................................................. 34 3.2.1 Equipos .......................................................................................................... 34 3.2.2 Animales ....................................................................................................... 34 3.2.3 Origen de los granos de caup ....................................................................... 35 3.3 FASE I. Niveles de caup crudo en las dietas ................................................... 35 3.3.1 Animales ...................................................................................................... 35 3.3.2 Dietas experimentales .................................................................................. 35 3.4 FASE II. Tratamientos trmicos y niveles de caup en las dietas .................. 36 3.4.1 Animales ...................................................................................................... 36

3.4.2 Preparacin del caup ................................................................................... 36 3.4.3 Dietas experimentales .................................................................................. 36 3.4.4 Periodo experimental (Fase I y II) ............................................................... 37 3.4.5 Sacrificio de animales y recoleccin de contenido intestinal ....................... 38 3.4.6 Anlisis de laboratorio ................................................................................. 38 3.4.7 Clculos especficos (Fase I y II) ................................................................. 39 3.4.8 Diseo experimental (Fase I) ....................................................................... 39 3.4.9 Diseo experimental (Fase II) ...................................................................... 40 3.5 Cintica de DIGESTIBILIDAD IN VITRO de las protenas 40 3.5.1 Proteasas ....................................................................................................... 41 3.5.2 Protocolo de hidrlisis .................................................................................. 41 3.5.3 Toma de muestras y lectura .......................................................................... 41 3.5.4 Clculos especficos ..................................................................................... 41 3.5.5 Diseo experimental ..................................................................................... 42 3.6 FASE III. Prueba de crecimiento y retencin proteica .................................. 42 3.6.1 Animales ...................................................................................................... 42 3.6.2 Dietas experimentales .................................................................................. 42 3.6.3 Periodo experimental .................................................................................... 43 3.6.3.1 Prueba de crecimiento ............................................................................ 43 3.6.3.2 Retencin proteica .................................................................................. 43 3.6.3.3 Sacrificio de animales y recoleccin de contenido ileal ........................ 44 3.6.3.4 Clculos especficos ............................................................................... 44 3.6.3.5 Diseo experimental ............................................................................... 45 4. RESULTADOS Y DISCUSIN ............................................................................. 46 FASE I. Niveles de caup crudo en las dietas 4.1 Digestibilidad fecal e ileal46 4.1.1 Digestibilidad de la materia seca (MS), la materia orgnica (MO) y la energa 46 4.1.2 Digestibilidad aparente y verdadera del nitrgeno (N).46 4.1.3 Cintica de hidrlisis in vitro de la protena de las dietas experimentales .... 49 4.1.4 Efecto del nivel de inclusin del caup sobre el TGI de las ratas .................. 51 FASE II. Tratamiento trmico y niveles de caup en las dietas

4.2 Digestibilidad fecal e ileal ....................................................................................... 53 4.2.1 Digestibilidad de la materia seca (MS), la materia orgnica (MO) y energa..53 4.2.2 Digestibilidad aparente y verdadera del nitrgeno (N) .................................. 54 4.2.3 Cintica de hidrlisis in vitro de la protena de las dietas experimentales .... 58 4.2.4 Efecto del nivel de inclusin y tratamiento trmico del caup sobre el TGI de las ratas..61 FASE III. Prueba de crecimiento y retencin proteica 4.3 Prueba de crecimiento ........................................................................................... 64 4.3.1 Efecto de los niveles de inclusin y tratamiento trmico de la protena del caup sobre algunos Parmetros productivos64 4.3.2 Relacin eficiencia proteica (PER) y relacin protena neta (NPR) ............... 69 4.4 Prueba de retencin proteica .69 4.4.1 Balance de Nitrgeno (NB) ............................................................................. 69 4.4.2 Valor biolgico (BV) y utilizacin de protena neta (NPU) .......................... 70 5. CONCLUSIONES .................................................................................................... 73 6. BIBLIOGRAFIA ...................................................................................................... 75

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Relacin de la digestibilidad verdadera fecal e ileal del N con niveles crecientes de N del grano de caup en dietas balanceadas...................49

Figura 2. Cintica de hidrlisis in vitro de la protena de las dietas experimentales con los diferentes niveles de incorporacin de protena del grano de

caup.................................................................................................................................50

Figura 3. Relacin de la digestibilidad verdadera fecal e ileal del N con diferentes niveles y tratamientos trmicos de la protena del grano de caup..........................58 Figura 4. Cintica de hidrlisis in vitro de la protena de las dietas experimentales con diferentes tratamientos trmicos y niveles de inclusin de la protena del grano de caup.................................................................................................................................60

Figura 5. Curva de crecimiento en ratas alimetadas con diferentes niveles de sustitucin y tratamientos termicos de la protena del grano de caup dietas

experimentales.................................................................................................................64

LISTA DE TABLAS Tabla 1. Familias de las leguminosas..................................4

Tabla 2. Leguminosas forrajeras y de grano destinadas a la alimentacin animal.........5

Tabla 3. Composicin proximal de algunas leguminosas de grano................................11

Tabla 4. Composicin nutricional de granos de Vigna...........11

Tabla 5. Composicin de aminocidos de 5 cultivares de Vigna unguiculata del Brasil comparada con el huevo y de la protena total y sus fracciones..................................13 Tabla 6. Composicin de minerales de diferentes variedades de frijol.......14

Tabla 7. Factores antinutricionales (FAN) en algunas leguminosas de grano................17 Tabla 8. Factores antinutricionales (FAN) y sus efectos en animales.........20

Tabla 9. Efecto de tratamientos trmicos sobre la reduccin de la actividad inhibidora de la tripsina y las lectinas....................................22 Tabla 10. Digestibilidades in vivo de algunas leguminosas de grano.........24

Tabla 11. Concentraciones de aminocidos totales y sus digestibilidades para tres cultivares comerciales de caup (Vigna unguiculata)..............................25

Tabla 12. Digestibilidad In vitro (DIV) de las fracciones protenicas de P. lunatus .....26

Tabla 13. Digestibilidades in vitro de algunas leguminosas de grano.............................26 Tabla 14. Calidad nutricional de algunas leguminosas de grano........30

Tabla 15. Composicin qumica y digestibilidad de frijol bayo Vigna unguiculata (FB), frijol alado Psophocarpus tetragonolobus (FA) y quinchoncho Cajanus cajan (Q)......31

Tabla 16. Efecto de dos niveles de Vigna unguiculata 10 y 20% con y sin tratamiento trmico.32

Tabla 17. Composicin y contenido nutricional de las dietas experimentales (Fase I) con diferentes niveles de inclusin de caup crudo en ratas...........36

Tabla 18. Composicin y contenido nutricional de las dietas experimentales (Fase II) con diferentes tratamientos trmicos y niveles de inclusin de caup en ratas.......37

Tabla 19. Composicin y contenido nutricional de las dietas experimentales (Fase III) para prueba de crecimiento y retencin proteica con caup crudo y con tratamientos trmicos en ratas..............................................................................................................43

Tabla 20. Consumo y valores de digestibilidad fecal e ileal en ratas alimentadas con diferentes niveles de inclusin de protena del grano de caup...........................48

Tabla 21. Comparacin de la digestibilidad in vitro e in vivo de la protena de las dietas experimentales con los diferentes niveles de inclusin del grano de caup..........51

Tabla 22. Efecto de los diferentes niveles de inclusin de la protena del grano de caup sobre el tracto gastrointestinal de las ratas.53

Tabla 23. Valores de digestibilidad fecal e ileal en ratas alimentadas con diferentes niveles de inclusin y tipos de tratamientos trmicos de protena del grano de caup....57

Tabla 24. Comparacin de digestibilidad in vitro e in vivo de la protena de las dietas experimentales con diferentes tratamientos trmicos y niveles de sustitucin del grano de caup............61

Tabla 25. Efecto sobre el tracto gastrointestinal de ratas alimentadas con diferentes niveles de inclusin y tipos de tratamientos trmicos de protena del grano de caup63

Tabla 26. Crecimiento, ganancia de peso, consumo de alimento e indice de conversin en ratas alimentadas con diferentes niveles de inclusin y tratamientos trmicos de la protena del grano de caup en ratas en 28 das......68

Tabla 27. Consumo y variables de retencin proteica en ratas alimentadas con diferentes niveles de inclusin y tratamientos trmicos de la protena del grano de caup en ratas .72

ABREVIATURAS MS UTILIZADAS

1. La revisin de literatura PC: EE: FB: FDN: GLB: ALB: GLT: PRL: FAN: AA: DIV: Protena cruda Extracto etreo Fibra bruta Fibra detergente neutra Globulinas Albuminas Glutelinas Prolaminas Factores antinutricionales Aminocidos Digestibilidad in vitro

2. En el resto de los captulos DSP: EB: MS: MO: N: ED: DVFN: DVIN: TGI: ID: PER: NPR: NB: BV: NPU: Dieta sin protena Energa bruta Materia seca Materia orgnica Nitrgeno Energa digestible Digestibilidad verdadera fecal del nitrgeno Digestibilidad verdadera ileal del nitrgeno Tracto gastrointestinal Intestino delgado Relacin eficiencia proteica Relacin protena neta Balance de nitrgeno Valor biolgico Utilizacin neta de protena

RESUMEN

En el presente trabajo se caracteriz nutricionalmente el grano de caup (Vigna unguiculata) mediante ensayos de digestibilidad in vivo, pruebas de crecimiento y retencin proteica en ratas. En la primera prueba, la casena nica fuente de protena de la dieta control, fue reemplazada por diferentes niveles de la protena del grano de caup (33, 67 y 100%). Las dietas fueron suplementadas con Cr2O3 para la determinacin de la digestibilidad ileal. Un total de 24 ratas (100 g de peso corporal; 6/tratamiento) fueron puestas en jaulas metablicas, alimentadas durante 10 d y sus heces recolectadas durante los ltimos 5 d para la determinacin de la digestibilidad fecal. Al final del periodo de recoleccin las ratas fueron sacrificadas. El contenido ileal fue recuperado y la anatoma de los diferentes segmentos del tracto gastrointestinal fue medida. Una dieta sin protena fue usada para determinar las perdidas endgenas basales y la consecuente digestibilidad verdadera del N. La digestibilidad ileal y fecal de la protena disminuyo linealmente a medida que el nivel del caup aumento en la dieta (P < 0.001). La digestibilidad de la protena del caup crudo a nivel ileal fue del 44%. Se observaron efectos sobre el TGI (P < 0.001), un aumento en el peso y longitud de los rganos (intestino delgado y ciego) con niveles crecientes de caup crudo. En el segundo ensayo de digestibilidad se evalu el efecto del tratamiento trmico (crudo, coccin y autoclave, ambas por 5 y 20 min) y el nivel inclusin (50 y 100%) del grano de caup en reemplazo de la protena de la torta de soya. El tratamiento trmico mejor (P < 0.001) la digestibilidad ileal verdadera del N, del 88% con la dieta que contena caup cocido por 5 min y nivel de inclusin del 50% respecto a 71% para dietas caup crudo 50%. Se observaron efectos de las dietas con nivel del 50% sobre el tracto gastrointestinal (TGI) (P < 0.001), en aumento de peso y longitud para de los rganos evaluados (estomago, intestino delgado, ciego y colon). En la tercera fase, se seleccionaron las dietas con las mejores digestibilidades a nivel ileal del ensayo anterior, para realizar una prueba de crecimiento y retencin proteica en dietas balanceadas en protena ileal digestible (10%) y suplementadas con metionina. Un total de 36 ratas (50 g peso corporal; 6/tratamiento) fueron alimentadas por 28 d. Durante los ltimos 5 d, las heces y la orina total fueron recolectadas para la prueba de retencin proteica. No se presentaron diferencias significativas para las ganancias de peso e ndices de conversin entre las dietas y para

las variables de retencin proteica (P > 0.05). No obstante, el mejor balance de nitrgeno se observo en las ratas que consumieron caup crudo 50%. En conclusin, una mejor utilizacin de la protena del caup fue observada despus de la coccin por 5 min. Este caup puede llegar a sustituir hasta el 50% de la protena de la torta de soya sin detrimento en el desempeo productivo de los animales.

SUMMARY

In the present study the nutritional characterization of cowpea (Vigna unguiculata) was done using digestibility, growth and protein retention in rats. In the first trial, casein the only source of protein in the control diet was replaced by different levels of raw cowpea protein (33, 67 and 100%). The diets were supplemented with Cr2O3 as indigestible marker to ileal digestibility determination. A total of 24 rats (100 g bodyweight; 6/treatment) were kept in metabolic cages, fed during 10 d and their faeces collected during the last 5 d for faecal digestibility determination. At the end of the collection the rats were euthanized. The ileal content was collected and the anatomy of the different segments of the gastrointestinal tract was measured. A free-protein diet was used to determine the basal endogenous losses of N. The ileal and faecal digestibility of protein decreased as the level of raw cowpea increased in the diet (P < 0.001). The ileal digestibility of raw cowpea was 44%. Effects on the TGI were observed (P < 0.001), an increase in the weight and long of the segments (small intestine and cecum) with increasing levels of cowpea was observed. In the second trial, the thermal treatment (raw, boiling and autoclave, both for 5 and 20 min) and the inclusion level (50 and 100%) of the cowpea by the protein of the control diet (soybean meal) was tested. The thermal treatment improved the standardised N digestibility in both inclusion levels (P < 0.001). The 50% of protein cowpea inclusion were affected the weight and the long of the different segments of the TGI (P < 0.001). In the third trial, the best ileal digestibility diets obtained in the second trial were chosen for a growth and retention trial. The diets were balanced by ileal protein digestibility and supplemented by methionine. A total of 36 rats (50 g bodyweight; 6/ treatment) were fed for 28 d. During the last 5 d, the total faeces and urine were collected for the retention trial. No differences were observed for the average daily gain and gain-to-feed ratio and the retention variables (P > 0.05). However, the N balance was highest for the rats fed with raw cowpea 50%. In conclusion, the best cowpea utilization was observed after boiling it for 5 min. It could replace up to 50% of the protein of soybean meal without affect the growth performances.

INTRODUCCIN

La protena es uno de los principales factores limitantes en la produccin de cerdos en las regiones tropicales. Las principales fuentes de protena (ej. torta de soya) utilizadas en los pases tropicales para la produccin animal son producidas en otros pases (EE.UU., Brasil, etc.,). Por lo tanto, estos ingredientes estn sujetos a las fluctuaciones de precios relacionadas con su disponibilidad y a la tasa cambiaria del dlar, lo cual repercute desfavorablemente sobre la reserva de divisas de Colombia. Adems, hace que el precio de los alimentos concentrados comerciales se eleven, limitando a los pequeos productores de monogstricos (cerdos y aves) el uso de estos para una adecuada nutricin (Ruiz y Febles, 1987). El uso de materias primas en la nutricin animal constituye un reto para los nutricionistas, en la bsqueda de soluciones y alternativas para lograr producciones avcolas, porcinas y cuncolas sostenibles y eficientes (Savn, 2005). En zonas tropicales existe gran variedad de recursos para ser utilizados en alimentacin. Las leguminosas de grano pueden ser una alternativa para reemplazar las fuentes tradicionales de protena (Leterme et al., 2005). Algunas leguminosas de grano como el frjol bayo Vigna unguiculata, el quinchoncho Cajanus cajan y el frjol alado Psophocarpus tetragonolobus tienen el potencial para conformar el componente proteico de las raciones para monogstricos, por su alto contenido de protenas, energa y otros nutrientes (revisin Len et al., 1993). El caup Vigna unguiculata es cultivado ampliamente en el trpico. Tiene relativamente un alto contenido de protena (25%), energa, minerales etc. Adems, sus caractersticas agronmicas como crecimiento en suelos cidos y alcalinos, buena produccin de semillas, la podran convertir en una alternativa de reemplazo de la torta de soya en nuestro pas. En Colombia un 28% (UMATA) de los pequeos productores se encuentran ubicados en terrenos de ladera, caracterizados por tierras de baja fertilidad. Estos pequeos productores en general tienen menos de 10 cerdos y una pequea poblacin de aves para su autoconsumo e ingresos econmicos (revisin Granito et al., 2004).

_____________________________________________________ Tesis de Maestra: Universidad Nacional de Colombia-Palmira

1

Las protenas de Vigna unguiculata (L.) Walp. estn constituidas por las globulinas (51%), albuminas (45%), prolaminas (1%) y glutelinas (3%) (Chi-Wah y Dixon, 1994, citado por Serratos, 2000; Freitas et al., 2004). Al igual que otros granos de leguminosas, el grano del caup tiene algunos factores antinutricionales que limitan su uso en la alimentacin animal. Sin embargo, algunos de ellos pueden ser eliminados o inactivados, en gran parte, por coccin y tratamiento adecuado durante la preparacin del alimento (Rangel et al., 2004).

Por consiguiente, el objetivo de esta investigacin fue evaluar el valor nutricional del caup Vigna unguiculata mediante ensayos en ratas. Pruebas de digestibilidad, crecimiento y retencin proteica fueron realizadas para encontrar el nivel ptimo de inclusin y el tipo de tratamiento trmico sobre el grano de caup.


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1. REVISION DE LITERATURA

1.1 LEGUMINOSAS Las leguminosas son de uso multipropsito en las regiones tropicales del mundo. Algunas de ellas han sido poco estudiadas pese a la urgente necesidad de protena para los animales domsticos que utiliza el hombre. Se reconocen cerca de 18000 especies de leguminosas en el mundo en 650 gneros (Gmez et al., 2007). Su importancia radica en la ventaja de haber desarrollado distintos mecanismos biolgicos para la captacin del nitrgeno atmosfrico que circula en los poros del suelo y de otros minerales que limitan el desarrollo de otras plantas en suelos tropicales (normalmente de fertilidad limitada) como el fsforo (Gmez et al., 2007).

1.1.1 Evaluacin de especies con potencial para alimentacin animal Algunos puntos importantes a tener en cuenta para considerar una especie potencial para uso en alimentacin animal son: 1. Presencia de especies herbceas dentro de las cuales hay arbustivas y arbreas consumidas por animales silvestres y domsticos en ecosistemas naturales o agroecosistemas. 2. Identificacin de especies utilizadas tradicionalmente por comunidades locales desde tiempos ancestrales para alimentar sus animales (identificando especie y consumo). 3. Introduccin de especies estudiadas en otros pases tropicales y estudio de plantas locales con afinidad gentica (familia, gnero). 4. Caracterizacin del material que incluye la determinacin de materia seca, composicin qumica y pruebas de digestibilidad. 5. Aspectos agronmicos (propagacin, biomasa, enfermedades, etc.,). 6. Pruebas biolgicas que estudian la conducta de los animales a travs del consumo voluntario de follajes arbreos y granos poco conocidos. Permitiendo identificar la presencia o no de factores antinutricionales (Gmez et al., 2007).


3

1.1.2 Familia de las leguminosas Dentro de las leguminosas se encuentran 3 subfamilias: Mimosceas, Cesalpinceas y Papilionceas (Tabla 1), con diferencias especficas entre ellas. Encontrando especies que poseen caractersticas importantes que las hacen deseables para ser sembradas en determinado tipo de sistemas dependiendo de los objetivos: 1- Fuente principal de protena vegetal concentrada en semillas (alimentacin humana y animal). 2- Forraje Producciones estables y altas Seleccin de especies con alto valor proteico y bajo contenido de factores antinutricionales para los animales. 3- Mejoramiento de las propiedades fsicas del suelo, por ejemplo la fijacin de nitrgeno por parte de las bacterias del gnero Rhizobium. 4- Cultivos de cobertura que protegen contra la erosin, adicionan nitrgeno y material vegetal, con este fin se utilizan los gneros Desmodium, Arachis, Canavalia, Dolinos y Mucuna (Gmez et al., 2007).

Tabla 1. Familias de las leguminosas.MIMOSACEAS *Hojas compuestas *Flores radiadas con frecuencia pequeas y en captulos, inflorescencia espiciforme estambres libres muy numerosos y vistosos GENEROS Acacia Albizzia Calliandra (carboneros) Enterolobium (Orejero) Inga (guamos) Prosopis (trapillo, algarrobo) leucaena, Mimosa (Acacia forrajera) Pithecellobium (chiminango)Fuente: revisin Gmez et al., 2007.

CESALPINACEAS *Hojas compuestas *Flores con 5 ptalos libres (corola no amariposada)

PAPILIONACEAS *Hojas compuestas, muchas veces trifoliadas *Flores con 5 ptalos libres (corola no amariposada)

Bauhinia (casco de buey) Brownea (palo de la cruz) Caesalpinia (bano)

Phaseolus (frijol) Glicine (soya) Cajanus (guandul) Crotalaria Erythrinas (pzamos, cachimbos) Gliricidia (matarratn)

1.1.3 Leguminosas de grano


4

En pases europeos las leguminosas de grano constituyen en la actualidad un grupo de materias primas importante en la alimentacin animal, debido principalmente a su alto contenido en protena. Su inters se ha incrementado especialmente a partir de los aos setenta, debido a las consecuencias del embargo americano a la exportacin de soya. Esta situacin mostr la dependencia de una oferta limitada en algo tan importante como las fuentes de protena en la alimentacin animal. Desde entonces se ha destinado una gran cantidad de esfuerzos y medios econmicos al estudio de las leguminosas de grano como fuentes autctonas alternativas de protena (Rubio y Brenes, 1995). El frijol comn (Phaseolus vulgaris) constituye la leguminosa que ha sido objeto de ms estudio en Amrica Latina, por ser una de las fuentes principales de protena de la poblacin humana (Crdenas et al., 2000). El atributo nutricional ms importante de las leguminosas es su efecto suplementario sobre las dietas compuestas por cereales, pero dicho efecto est limitado por la deficiencia de aminocidos azufrados y por factores antinutricionales, de los cuales se hablara ms adelante (Crdenas et al., 2000).

1.1.4 Produccin de leguminosas en Colombia La principal fortaleza que tiene el trpico en la produccin animal, radica en su amplia, rica y variada oferta de recursos naturales (biodiversidad). Una gran cantidad de leguminosas son usadas para la alimentacin de animales (rumiantes y monogstricos) en estos pases como una alternativa de reemplazo de materias primas convencionales como la soya. En nuestro pas, se destacan leguminosas forrajeras y de grano (Tabla 2).

Tabla 2. Leguminosas forrajeras y de grano destinadas a la alimentacin animal.Nombre comn Matarratn Guandul Alfalfa Leucaena Samn chachafruto Pzamo Algarrobo Nombre cientfico Gliricida sepium Cajanus cajan Medicago sativa Leucaena leucocephala Pithecellobium saman Erythrina edulis Erythrina fusca Ceratonia siliqua L. Tipo Forraje Forraje y grano Forraje Forraje Forraje y grano Forraje y fruto Forraje Grano Especie Rumiantes Ambas Ambas Rumiantes Rumiantes Ambas Ambas Rumiantes


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Continuacin Tabla 2 Cratylia Canavalia Frijol caup Carbonero Lupinus Vainillo GuasimoFuente: Sarria, 2000.

Cratylia argentea Canavalia ensiformis Vigna unguiculata Acacia polyphylla Lupinus albus Planifolia andre Gusuma ulmifolia

Forraje Grano Forraje y grano Forraje Grano Forraje Forraje

Rumiantes Ambas Ambas Rumiantes Ambas Rumiantes Rumiantes

1.1.4.1 Soya (Glicine max) Estadsticamente en Colombia se sealan nueve departamentos productores de soya, sin embargo, esta se concentra en Meta, Valle del Cauca, Cauca y Casanare, los cuales concentran el 98.5% de la produccin total. Risaralda, Huila, Quindo, Tolima y Caldas tienen una produccin mnima contribuyendo con el 1.5% de la produccin. Pero debido a que la produccin es irregular y poco competitiva el gobierno tiene que recurrir a importaciones permanentes para satisfacer la demanda de las fbricas productoras de concentrados lo que encarece notablemente el valor final del alimento para animales (Garzn, 2003). En el caso de la industria Avcola y Porcicola la soya es muy importante dentro de la dieta como fuente principal de protena. La demanda interna que genera la industria fabricante de concentrados para la alimentacin animal, contribuye parcialmente a la recuperacin del sector agrcola. Sin embargo, el precio de la soya entre el 2007 y 2008 incremento en un 77% (COAGRO, 2008).

1.1.4.2 Frijol caup (Vigna unguiculata) Introducido a Amrica por los colonizadores Espaoles. El caup ha sido ampliamente estudiado y cultivado en frica, India, EE.UU. Cuba, Venezuela y Brasil. En Centroamrica se usa marginalmente por grupos de agricultores en el sur de Honduras y norte de Nicaragua, pero no se ha hecho mucha investigacin ni esfuerzos de diseminacin (revisin Oporta y Rivas, 2006). En la Costa Atlntica Colombiana (Atlntico, Bolvar, Sucre, Magdalena y Crdoba), una de las leguminosas ms preferidas es el frijol criollo (Vigna unguiculata) en las variedades de semilla roja y blanca, junto con el guandul (Cajanus cajan), la_____________________________________________________ Tesis de Maestra: Universidad Nacional de Colombia-Palmira

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habichuela (Vigna sesquipedalis) y la carauta (Phaseolus lunatus). La Vigna unguiculata es conocida tambin con los nombres de frijol cuarentano, frijol soya, frijol cabecita negra; en esta zona crece bien y es consumido tradicionalmente para alimentacin humana y animal como granos secos y vainas verdes. Mendoza de Jimnez et al., (1 989), citado por Daz y Lpez (1 997), afirman que el frijol caup [Vigna unguiculata (L.) Walp] es despus del frijol comn (Phaseolus vulgaris L.), la leguminosa de mayor importancia destinada al consumo directo de la poblacin en las regiones tropicales y subtropicales. Actualmente, se estn realizando estudios sobre la utilizacin del grano en nuestro pas para la alimentacin de animales. Estudios agronmicos han mostrado producciones de 5 ton/ ha en 8 semanas (Peters et al., 2003). Variedades de caup evaluadas por CO RPO ICA, presentan rendimientos promedios de 900 a 1 465 kg/ ha de ICA Calamari, 91 a 1 5 520 kg/ ha de ICA Betanci, 355 a 800 kg/ ha de CAUPICA M1 y VIGNICA a periodos vegetativos de 1 65 das en promedio (Daz y Lpez, 1 997). Mrquez (1 ) citado por O porta y Rivas (2006), menciona que el rendimiento 991 del frijol est en funcin de varias caractersticas anatmicas y morfolgicas que tienen que ver con el nmero de vaina por rama, el nmero de vainas por planta, nmero de semillas por vaina y el peso de la semilla.

1.1.4.3 Guandul (Cajanus cajan) En Colombia se cultiva principalmente en la Costa Atlntica, en pequeas reas a nivel casero y semicomercial. En el departamento del Cauca se encuentra con frecuencia en la zona rural, con mayor presencia en los municipios de Bolvar, Mercaderes, Pata, El Tambo, Balboa, Buenos Aires, Santander, Morales, Piendam, Puerto tejada y Cajibo (Vivas y Morales, 2005). No obstante, se tiene poco conocimiento de variedades promisorias (como accesiones de CIAT) as como identificacin de las tradicionalmente plantadas en la regin de Piendam. Rendimientos de 5-10 ton/ha/ao han sido reportados (Peters et al., 2003).

1.1.4.4 Arveja arbustiva (Pysum sativum) En Colombia, la creciente demanda por alimentos para consumo humano y forraje para animales ha creado la necesidad de evaluar nuevos genotipos promisorios de arveja_____________________________________________________ Tesis de Maestra: Universidad Nacional de Colombia-Palmira

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arbustiva que presenten alto rendimiento. El cultivo ha sido en nuestro pas una actividad propia de reas de minifundio, cuya produccin se ha dedicado al autoconsumo o al mercadeo en fresco. Los principales departamentos productores son Cundinamarca y Boyac, seguidos en menor importancia por Nario, Santander, Tolima, Huila y Antioquia. Es muy comn encontrarla en asocio con papa o utilizada como rotacin con cebolla, maz, frijol y papa (revisin Forero y Moreno, 2006). En el 2004, la arveja fue la hortaliza con mayor rea cosechada Nacional, con 25500 ha y una produccin aproximada de 70.000 ton, destinadas en un 95% al consumo en fresco y el resto a la produccin de semilla. Para el ao 2005 se estim un rendimiento promedio a nivel nacional de 4.4 ton/ha, ocupando el segundo lugar en orden de importancia despus del frijol. Tambin, es una planta que se cultiva como leguminosa verde para forraje y desempea un valioso papel en la economa del nitrgeno en los suelos (revisin Forero y Moreno, 2006). En otros pases esta leguminosa es utilizada en la alimentacin para humanos y animales como camarones, peces (ej. tilapia) (McCallum et al., 2000).

1.2 CAUPI (Vigna unguiculata) 1.2.1 Origen Antes de la llegada a Europa de las especies conocidas como judas (Phaseolus spp), era frecuente en algunos pases, como Espaa y Portugal, el cultivo de otras leguminosas algunas de ellas pertenecientes al gnero Vigna, de origen afroasitico, ligadas a la expansin rabe, que son evidentes en la agricultura andaluza (De Ron et al., 2004). Una de las leguminosas era la alubia en rabe lubiya que en los textos rabes medievales probablemente se refiere a Vigna unguiculata (L.). Esta es una especie de cultivo limitado en Espaa y Portugal que se encuentra asociado a Phaseolus vulgaris, en poblaciones mixtas, donde recibe nombres como caup (derivado del "cow pea" ingls), juda carilla, juda de vaca, frijol de fraile y feijo frade, en Suramrica se encuentra casi siempre asociada con maz (De Ron et al., 2004). El uso ms intensivo de Vigna unguiculata, es en el trpico y subtrpico a lo largo de frica, Asia, Sur y Centro Amrica, as como en ciertas partes de Europa y Estados Unidos (Granito, 2004). En Occidente, especialmente en Latinoamrica, las


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leguminosas son alimentos altamente consumidos y forman parte de los hbitos alimenticios de la poblacin (Granito, 2004).

1.2.2 Produccin mundial y rendimiento productivo El caup (Vigna unguiculata L. Walp.) es sembrado en cerca de 7 millones de hectreas en las regiones ms calientes del mundo (Rachie, 1985, citado por Ehlers, 1997). Cerca de dos tercios de la produccin mundial y ms de tres cuartos del rea de produccin se extienden sobre la sabana de Sudn y las zonas del Sahel de frica. Grandes cantidades de caup tambin se producen en Suramrica (en gran parte del noreste de Brasil), Asia, y las regiones del sudeste y sudoeste de Norteamrica. El caup es tpicamente cultivado en zonas ecuatoriales y subtropicales, a menudo se sustituye por frijol comn (Phaseolus vulgaris L.) en altitudes por encima de 1300 m, aunque el caup se cultiva en altitudes de hasta 1600 m en Kenia y en altas elevaciones en Camern (Ehlers, 1997). En todo el mundo, se estima que 3.7 millones de toneladas de caup se produce anualmente en alrededor de 8.7 millones hectreas. Cerca del 87% del rea se encuentra en frica, 10% en las Amricas y el resto en Europa y Asia. Nigeria es el mayor productor de caup, alrededor del 45% del total, seguido por Brasil que produce el 17% en 1144 millones de hectreas anuales (Langyintuo et al., 2003). Para el ao 2007 se estim un rea de cosecha en Nigeria de caupes secos de aproximadamente 4.4 millones de hectreas y una produccin de 1.1 millones de toneladas, mientras que para Estados Unidos una produccin de 7 mil toneladas en un rea de 13500 hectreas aproximadamente y en Per una produccin de 13 mil toneladas en un rea de cosecha de17 mil hectreas (FAOSTAT, 2009).

1.2.3 Caractersticas agronmicas El Caup es una leguminosa herbcea anual, erecta, semi-erecta y rastrera, de unos 40 cm de altura, con semillas grandes, flores racimosas de color prpura azulado o blanco, hojas verdes ovales a cordiformes y planas, legumbres con 10 a 15 semillas por vaina. Semillas de diferentes colores, blancos, rojos, marrn y crema (Monsalve, 2007). Se caracteriza por mltiples usos, tales como abono orgnico, rotacin de cultivos para_____________________________________________________ Tesis de Maestra: Universidad Nacional de Colombia-Palmira

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contribuir con la fertilidad del suelo; pueden crecer puras o asociadas con gramneas o leguminosas (Daz et al., 2002). Crece desde el nivel del mar hasta los 1500 m. Tiene un tiempo de cosecha corto (12 semanas), altos rendimientos en produccin de grano (2-5 t/ha/ao, Peters et al., 2003) dependiendo de la accesin, fcil manejo en condiciones de trpico, es tolerante a enfermedades (Rodrguez y Figueroa, 1996). Adems, tiene una gran adaptacin a altas temperaturas y sequa, es tolerante a suelos de baja fertilidad, debido a sus altas tasas de fijacin de nitrgeno y su capacidad para soportar tanto suelos cidos como alcalinos (Ehlers, 1997). El frijol caup no es muy exigente en agua, requiere riego ligero cuya frecuencia depende de la temperatura del ambiente, de la capacidad retentiva del suelo y del sistema de regado. Durante todo el desarrollo se recomienda efectuarle de 3 a 5 riegos, ya que requiere entre 4000 a 5000 m 3/ ha de agua, concentrndose las mayores exigencias durante la siembra, la floracin y el llenado de vainas (O porta y Rivas, 2006). 1.2.4 Valor nutritivo del Caup Los granos de leguminosas se destacan fundamentalmente por su aporte proteico (23 a 28%, Tabla 3; Allende, 2005). No obstante, estos valores son inferiores a la torta de soya (38 a 50%, Allende, 2005). Por su alto contenido de almidn como en el caup (aproximadamente 50%), estos granos de leguminosas tienen un alto valor energtico. El bajo aporte de grasa (1 a 3%, Allende, 2005) est constituido principalmente por cidos oleico y linoleico (2/3 del total de los cidos grasos) (Morales, 2006). Son una buena fuente de minerales como el calcio, hierro y fsforo. Su principal aporte en vitaminas son los del grupo B: tiaminas (B1), riboflavina (B12) y niacina (B5) (Allende, 2005). Por lo tanto, las leguminosas de grano presentan gran inters en la alimentacin humana y animal a nivel mundial. El caup surge como cultivo de gran potencial para utilizacin en alimentacin animal en nuestro pas, donde no compite con la nutricin humana. Presenta un contenido medio de protena (alrededor de 26%) y un aporte favorable de aminocidos a excepcin de la metionina (Rodrguez y Figueroa, 1996). En Cuba, un estudio mostro las posibilidades de utilizar Vigna unguiculata como fuente de


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protena en alimentacin animal con la variedad INIFAT-93, que presenta bajo contenido de factores antinutricionales (Castro et al., 2001). Tabla 3. Composicin proximal de algunas leguminosas de grano.Leguminosa Canavala ensiformis2 Arveja forrajera3 Caup4 Soya (vainas y semillas)5 Frjol alado4 Quinchoncho41 2

PC 24.3 22.6 26.1 29.1 37.3 19.7

Composicin nutricional (%)1 EE FDN 3.4 29.4 1.3 16.6 1.0 23.6 13.6 29.2 16.8 28.7 1.5 28.4

Ceniza 3.3 3.3 3.2 5.3 4.5 3.8

PC, protena cruda; EE, extracto etreo; FDN, fibra detergente neutra; Ceniza Racz (1997). 3 Pisum sativum L, Michelangeli et al. (2004) 4 Vigna unguiculata, Psophocarpus tetragonolobus, Cajanus cajan, Len et al. (1993). 5 Glicine max, Toba y Villalobos (2004)

Se ha demostrado que la composicin qumica y propiedades nutricionales del caup varan considerablemente segn el cultivar (Tabla 4; revisin Sunday, 2005). El contenido de protena cruda reportado para el caup vara entre 20 y 34% (Aremu, 1990; revisin Sunday, 2005), donde estas diferencias estn atribuidas a las diversas variedades de caup.

Tabla 4. Composicin nutricional de granos de Vigna.Variedades V. blanca V. negra V. verde2 INIFAT 93 Habana 82 Viales144A V. Peruchin negro3 PB 26 25 24 27 28 26 24 FB 5.4 8.1 5.5 6.4 7.2 5.5 5.7 Composicin nutricional (%)1 EE Cenizas P 2.1 5 0.6 1.5 5.3 0.5 1.7 4.2 0.5 2.8 4 0.4 1.8 4.5 0.5 1.9 4.5 0.4 2.1 4.2 Ca 0.5 0.3 0.3 0.3 0.3 0.2 K 2.2 0.9 1.7 1.4 1.2 1.5 Mg 0.3 0.2 0.2 0.2 0.2 0.4 -

Cultivares de Vigna unguiculata del Brasil4 EPACE 10 24 2.3 EPACE 11 20 1.2 Pitiuba 21 2.0 TVu 1888 21 3.6 IPA 206 26 2.41 2

4.1 3.2 3.6 3.3 3.7

-

-

-

-

PB, protena bruta; FB, fibra bruta; EE, extracto etreo; P, fosforo; Ca, calcio; K, potasio; Mg, magnesio. Vigna radiata Daz et al. (2002). 3 Lopez y Bressani (2008). 4 Maia et al. (2000).


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El valor nutritivo de las protenas es determinado por el patrn y la cantidad de aminocidos esenciales presentes (Tabla 5). La presencia de uno o varios de los aminocidos esenciales en cantidades adecuadas aumenta el valor nutritivo de la protena (Rangel et al., 2004). Al igual que las otros granos de leguminosas, el grano de caup es deficiente en aminocidos azufrados (cistena y metionina) y triptfano. Sin embargo, presentan un alto contenido en lisina, aminocido altamente deficiente en los cereales y limitante en la nutricin porcina (Rubio y Brenes, 1995; Muzquiz, 2008). En un estudio realizado por Maia et al. (2000) a diferentes cultivares de Vigna unguiculata (L) del Brasil, hallaron la siguiente composicin de aminocidos presentada en la Tabla 5.


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Tabla 5. Composicin de aminocidos de 5 cultivares de Vigna unguiculata del Brasil comparada con el huevo y de la protena total y sus fracciones.Cultivares1 Pitiuba TVu 1888 39.3 40.6 34 76 70.5 106.4 17.8 24.2 36.3 119.3 180.7 49.6 40.2 47 73.5 44.7 39.4 36.9 36.5 77.7 70.3 111.8 22 28.6 36.6 114 172 53 41.8 43.5 73.4 44.4 Protena total y sus Fracciones2 PCM CPC CPI PV 37.5 41.5 35.2 73 68.4 35/29 10.2/30.4 122 169 55 49.7 72.3 45 37 44.3 27.5 112 74.3 41/31 9.3/33 119 163 55.5 38.6 73 46.3 50 50 47 74 68 66/39 14/18 9 37 116 162 53 38 39 75 45 34 54 50 88 64 77/32 10/3 4 33 128 192 51 26 32 81 41

Aminocidos Esenciales Thr Val Ile Leu Lys Phe+Tyr Met+Cys Trp His No esenciales Asx Glx Ser Gly Ala Arg Pro1 2

FAO 34 35 28 66 58 633 254 11 19

EPACE 11 39.7 41.1 34.4 76 70.9 112.2 23.9 21 36.4 118.6 173.9 47.6 40.7 46.9 70.8 45.9

IPA 206 39.6 44 45.8 72.7 69.1 105 20.3 13.6 37.2 108.6 196.1 41 39.6 42.4 82 46.1

EPACE 10 43.3 41.6 48.1 71.8 66.4 111.1 23.6 13.6 38.8 108.2 168.6 44.6 39.4 46 85 49.9

Composicin de aminocidos reportados en (g/kg de protena), para cinco cultivares por Maia et al. (2000). CPM, semilla sin cascara; CPC, protena concentrada; CPI, protena aislada; PV, vicilina purificada; FAO/WHO (1991), Patrn de requerimiento (mg/g protena). Rangel et al. (2004). 3 Fenilalanina+Tirosina. 4 Metionina+Cistena.


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En la Tabla 6, se muestra la composicin de minerales en seis variedades de Vigna unguiculata y dos de Phaseolus vulgaris. El potasio es el elemento ms abundante en los frijoles, mientras que el manganeso es el menor.

Tabla 6. Composicin de minerales de diferentes variedades de frijol.Minerales (mg/100 g de muestras) Muestra1 Vigna Jan wake Farin wake Dan Sokoto Dan Potiskum Dan Gombe Achusuru Phaseolus Baki wake Kwakiul RDA(mg)1 2

Na

K

Ca

Mg

Mn

Fe

Cu

Zn

P

7.0 10.6 6.56 9.17 8.83 40.4

2899 1146 1384 1075 1144 633

161 132 84.5 123 130 946

350 158 250 225 206 26

1.4 1.36 0.54 1.2 0.93 0.72

18.9 21.6 12.7 15.0 14.9 1.74

4.27 2.82 3.45 2.41 2.75 0.61

5.01 4.2 4.85 3.01 2.97 8.95

412 345 276 300 322 442

4.2 7.5

2324 1960 1525

180 91.4 800

295 180 300

1.5 0.08 2.5

35.1 8.46 10

6.2 32.5 2

2.75 2.46 15

362 245 800

2

1100

Fuente: Onwuliri y Obu (2002) Recomendacin mnima diaria en la dieta. (Kermasha et al., 2007, citado por Onwuliri y Obu 2002).

1.2.5 Fracciones proteicas en las leguminosas La fraccin proteica de las leguminosas, se localiza casi exclusivamente en el cotiledn y estn constituido de tres grandes grupos: las globulinas, las albuminas y las protenas insolubles (Montoya, 2007). Las protenas vegetales pueden fraccionarse de acuerdo a su solubilidad, en albminas (ALB), solubles en agua; globulinas (GLB), solubles en soluciones salinas; glutelinas (GLT), solubles en soluciones tanto cidas como bsicas; y por ltimo las prolaminas (PRL), solubles en soluciones alcohlicas (revisin Gallegos et al., 2004). Por lo general, la mayor proporcin de protena en granos de leguminosas se encuentra en forma de GLB, seguida por ALB y en menor cantidad como GLT y PRL. Dependiendo de la proporcin de cada una de las fracciones proteicas en los granos, ser la calidad nutricional de su protena total, as como las caractersticas fisicoqumicas y funcionales (Gallegos et al., 2004).


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1.2.5.1 Globulinas (GLB) Las globulinas son el principal componente de las protenas de almacenamiento en los tejidos de cotiledones en leguminosas (Freitas et al., 2004). En el caso del caup esta protena representa el 51% del total de la protena del grano (Freitas et al., 2004). Las globulinas estn constituidas por las fracciones 7S y 11S de acuerdo con sus coeficientes de sedimentacin (Freitas et al., 2004). El tipo 11S son globulinas conocidas colectivamente como leguminas, las ms conocidas son las protenas de soya. Son protenas oligomericas de 300-400 kDa, formadas por una asociacin de subunidades de polipptidos alpha y beta que pueden o no ser glicosiladas (Pereira de Sales et al., 1992). Las globulinas 7S se conocen como vicilinas y son protenas oligomericas de aproximadamente 150 kDa cuyas subunidades de polipptidos tambin pueden ser glicosiladas, es el segundo grupo mayoritario de globulinas de reserva, dependiendo del grano de leguminosa. Han sido ampliamente estudiadas en cacahuete, soya y recientemente en leguminosas ms consumidas en el rea mediterrnea y pases asiticos (lenteja, garbanzo, guisante; Salcedo y Snchez, 2005), es la fraccin proteica principal de los granos como el frijol y el chcharo. Ambos leguminas y vicilinas son protenas muy heterogneas en el sentido de que sus subunidades de polipptidos son codificadas por familias multigenicas. Esta heterogeneidad es an mayor en subunidades de glicosilacin o glucosilacin (Pereira de Sales et al., 1992).

1.2.5.2 Albminas (ALB) Esta es una familia de protenas muy heterogneas, con diferentes funciones fisiolgicas dentro de las semillas. Funciones enzimticas (lipoxigenasas, glicosidasas y/o proteasas) que participan en la degradacin de sus sustratos al momento de la germinacin. Otras albminas como lectinas, inhibidores de proteasas, inhibidores de amilasas participan a los mecanismos de defensa (Montoya, 2007). Son solubles en agua y en soluciones de baja fuerza inica, en esta fraccin en el amaranto se ha encontrado un grupo de protenas ricas en metionina conocidas como 2MPRS; tambin contiene altas concentraciones de lisina, representado casi el doble de lo encontrado en algunos cereales como el maz y el trigo, y un poco menos de lo


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encontrado en algunas leguminosas importantes como chcharo, frijol y soya (Snchez, 2001). Estudios electroforticos han demostrado que las albminas son protenas complejas, constituidas por diversos componentes. La fraccin de albmina por lo general compone 12-17% del total de protenas en una serie de granos de leguminosas. En el caso del caup, las albminas componen el 45% de la protena total (Freitas, 2004).

1.2.5.3 Glutelinas (GLT) y Prolaminas (PRL) Las prolaminas y las glutelinas son las protenas que se encuentran en menor proporcin en las semillas Phaseolus, en un 4 y 2% respectivamente, del total de protena (Montoya, 2007). En Canavalia ensiformes las glutelinas representan el 23% del contenido proteico total, mientras que las prolaminas estn ausentes o en muy bajas concentraciones (Ortiz y Ramrez, 2000). En Vigna unguiculata las glutelinas se encuentran en menor proporcin en un 3% y las prolaminas en un 1% (Freitas et al., 2004).

1.3 Factores antinutricionales Los factores antinutricionales (FAN) son sustancias naturales generadas por el metabolismo secundario de las plantas, como un mecanismo de defensa ante el ataque de mohos, bacterias, insectos y pjaros. En algunos casos, son productos del metabolismo de las plantas sometidas a condiciones de estrs. Estos FAN reducen el consumo, impidiendo la digestin, la absorcin y la utilizacin de nutrientes por el animal. Su naturaleza, mecanismos de accin y potencia de sus efectos son muy variados y tienen una amplia distribucin en el reino vegetal (Belmar y Nava, 1996). Algunos de los FAN contenidos en las leguminosas son: los taninos, lectinas, inhibidores de proteasas, vicina y convicina, inhibidores de amilasas, oligosacaridos, cido fitico, etc. En la Tabla 7, se presentan los FAN presentes en algunos granos de leguminosas de uso habitual en alimentacin animal.


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Tabla 7. Factores antinutricionales (FAN) en algunas leguminosas de grano.Leguminosa Soya Haba Poroto Arveja Lenteja Caup Garbanzo Inhibidores de tripsina + -/+/++ +/++ +/++ Lectinas + +/++/+++ +/++ +/++ Compuestos fenolicos +/++/+++ +/++ +/++ -/+/++ -/+/++ -/+/++ Otros FAN +/++/+++1 +/++/+++2 +/++/+++3 +/++/+++3 +/++/+++3

- Muy bajo nivel de deteccin; + bajo nivel; ++ Nivel medio; +++ Alto nivel; Diferentes variedades del mismo material pueden tener diferentes caractersticas. 1 Vicine/convicine; 2 Protenas antignicas; 3 Alcaloides. De Lange et al. (2000) y DMello (2000) citado por Alvarado (2004).

1.3.1 Taninos Son polifenoles de 500 a 3000 Da, en gran parte solubles en agua y capaces de ligarse con protenas en solucin acuosa y precipitarlas. Estn presentes en los tegumentos de muchos granos coloreados como el sorgo, el haba, el frijol, etc. El efecto antinutricional de los taninos se debe a su afinidad con las protenas alimenticias y endgenas, afectando la digestibilidad verdadera de las protenas y las perdidas endgenas (Leterme, 2002). Sus efectos negativos resultan en el deterioro de la conversin alimenticia en animales monogstricos (Butler y Bos, 1993). Puede inhibir las enzimas digestivas. Forman complejos con las membranas de la mucosa intestinal, lo cual resulta en el aumento de prdidas endgenas y en daos a las mismas (Butler y Bos, 1993). En conjunto, decrece la digestibilidad de los nutrientes nitrogenados y en menor medida la de la energa. Por otro lado, se reporta que los taninos hidrolizables podran causar efectos txicos a nivel sistmico, por sus efectos en el hgado (Huisman et al., 1990; Jansman, 1993; Butler y Bos, 1993). Estn presentes en Sorghum vulgare, S. bicolor, Vicia faba, frijol Phaseolus vulgaris, chicharo Pisum sativum y Hardeum vulgare.

1.3.2 Lectinas Son glicoprotenas encontradas en muchos granos, especialmente los de leguminosas como el frjol y la soya. Tienen una afinidad muy especfica con azcares, incluidos los de las clulas epiteliales (Leterme, 2002). Se aglutinan a las ltimas que emigran sobre las vellosidades intestinales, causando una desintegracin de la arquitectura de la pared_____________________________________________________ Tesis de Maestra: Universidad Nacional de Colombia-Palmira

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y de la capa de mucus. Aumenta la proliferacin y la descamacin de las clulas epiteliales; espesa y alarga las vellosidades reduciendo drsticamente la absorcin de los nutrientes; incrementa la proliferacin de bacterias patgenas; aumenta las prdidas endgenas a nivel de leon (revisin Leterme, 2002). Sin embargo, a diferencia de las lectinas del frijol (muy toxicas), las lectinas en el caup tienen un efecto toxico muy bajo (Tabla 6). Las lectinas estn presentes en frijol alado Psophocarpus tetranologobus, Canavalia ensiformis, frijol Phaseolus lunatus y caup Vigna unguiculata.

1.3.3 Inhibidores de proteasas Son pptidos que se ligan de manera estable e irreversible a las proteasas del pncreas (ej. tripsina). La disminucin de estas enzimas en la concentracin del contenido intestinal causa un aumento de las secreciones pancreticas que tienen como consecuencia un incremento de las perdidas endgenas (Huisman et al., 1990). Dos tipos de inhibidores se encuentran en la mayora de los granos de las leguminosas que los contienen: el de Bowman-birk, resistente al calor y que se liga a las dos proteasas (tripsina y quimotripsina), y el de Kunitz, sensible al calor, se encuentra en la soya y es especifico de la tripsina (Leterme, 2002). Se les atribuye un efecto depresor del crecimiento debido a un mecanismo de retroalimentacin negativa. Este se activa ante la presencia de protenas de la dieta en el intestino y la simultnea inactivacin de la tripsina, provocndose la liberacin de la colecistoquinina (CCK), una hormona de la mucosa intestinal que estimula las clulas acinares del pncreas para liberar ms tripsina y otras enzimas como quimotripsina, elastasa y amilasa. As, adems de la sub-utilizacin de la protena diettica, el resultado neto es la prdida de protena endgena rica en aminocidos azufrados y la consecuente depresin del crecimiento. Se han reportado cambios morfolgicos de tipo hiperplsticos e hipertrficos en el pncreas de ciertas especies (ratas, ratones, pollos y hmster), lo que no ocurre en otras (revisin Belmar y Nava, 1996). Se encuentran en soya Glicine max, frijol Phaseolus lunatus, frijol alado Psophocarpus tetranogolobus y Canavalia ensiformis.


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1.3.4 Protenas antignicas Estas protenas, cuando son administradas a los animales, inducen la sntesis de anticuerpos especficos. Estas molculas estn presentes en la soya y los guisantes, pudiendo actuar como antgenos, causando alteraciones en la pared intestinal y reacciones inmunolgicas, debido a ciertos trastornos en la funcin intestinal de lechones y terneros (Brenes y Brenes, 2003). En el caso particular de la soya, las globulinas y en particular la glicinina y la -conglicinina han sido implicadas en este fenmeno (Brenes y Brenes, 2003).

1.3.5 Fibras Se conoce que la mayora de los polisacridos que no son almidn influyen significativamente en las perdidas endgenas. El efecto de las fibras es ms que todo sobre la pared intestinal. El tipo de fibra es lo ms importante (Leterme, 2002). El efecto parece ser debido sobre todo por sus propiedades fisicoqumicas. Fibras solubles, por ejemplo, como las pectinas, forman geles y aumentan la viscosidad del contenido intestinal, lo que causa un aumento de las perdidas endgenas. Del otro lado, las fibras insolubles aumentan la secrecin pancretica de manera significativa (Leterme, 2002).

1.3.6 Vicina y convicina Son otros compuestos termoestables presentes exclusivamente en los cotiledones de las habas. Estudios realizados por Roblee et al. (1977) y Campbell et al. (1980) citado por Brenes y Brenes (2003) demostraron que a medida que la proporcin de habas se incrementaba en la racin de ponedoras, el peso del huevo disminua y las Unidades Haugh aumentaban. Estos compuestos tambin afectan la fragilidad de la yema y aumentan la incidencia de manchas de sangre, disminuyen la fertilidad e incubabilidad de los huevos, elevan la concentracin de los lpidos plasmticos y perxidos e incrementan el grado de hemolisis de los eritrocitos (revisin Brenes y Brenes, 2003). Presentes en haba Vicia faba, Canavalia gladiata, lenteja Lens culinaris y chicharo Pisum sativum. Algunos de los efectos producidos en animales por los FAN ya mencionados se resumen en la Tabla 8.


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Tabla 8. Factores antinutricionales (FAN) y sus efectos en animales.FAN Taninos y polifenoles compuestos EFECTO - Forman complejos con enzimas y protenas - Reducen la digestibilidad de protenas Lectinas - Dao en las paredes intestinales - Reacciones inmunolgicas - Deterioro de la absorcin de nutrientes - Incremento de la sntesis de protena por mucosa - Metabolismo txico Inhibidores de Proteasas - Reduccin de la actividad de (quimio-) tripsina - Hipertrofia pancretica - Digestin disminuida Vicina y convicina - Anemia hemoltica - Interferencia con fertilidad y % incubacin de huevos Protenas antignicas - Dao en paredes intestinales - Respuesta inmunolgica Inhibidores de amilasa - Desactivacin de amilasa salival y pancretica - Reduccin de digestibilidad de almidn Acido ftico - Forma complejos con minerales y protenas - Depresin de la absorcin de mineralesFuente: De Lange et al. (2000), citado por Alvarado (2004).

1.4 Tratamientos trmicos El valor nutritivo de los granos de leguminosas, es mucho menor del que se podra esperar en relacin con su composicin qumica. La presencia de FAN reducen la disponibilidad biolgica y la digestibilidad de uno o ms nutrientes. Muchos de estos FAN pueden ser inactivados mediante una adecuada aplicacin de diversos tratamientos tecnolgicos. Se han desarrollado en la industria de la alimentacin animal varios mtodos de procesado (molienda, granulacin, extrusin, expansin, etc.) para mejorar el valor nutritivo de materias primas. Los tratamientos potenciales son numerosos y su eleccin est en funcin del sustrato, de su morfologa y textura, de su composicin y de la localizacin de los componentes, as como de la sensibilidad de stos a los diferentes factores fsico-qumicos que pueden desencadenarse (Brenes y Brenes, 2003)._____________________________________________________ Tesis de Maestra: Universidad Nacional de Colombia-Palmira

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Se ha confirmado que el tratamiento trmico mejora el valor nutritivo de las protenas vegetales. El mecanismo de accin de este fenmeno puede estar basado en que facilita el acceso de las enzimas digestivas a los nutrientes, especialmente a las protenas. A su vez, la efectividad de estos tratamientos depende de una combinacin de factores que se relacionan con la temperatura, el tiempo, el tamao de la partcula del alimento, la humedad inicial y la cantidad de agua aadida durante el proceso de calentamiento (revisin Brenes y Brenes, 2003).

Calor: muchos de los estudios realizados que demuestran la inactivacin de estos FAN se han hecho con remojo previo de la semilla y su posterior calentamiento, para potenciar el uso de las leguminosas para alimentacin animal, se han utilizado otros tratamientos ms econmicos, como la granulacin, la extrusin, el tostado, etc. Tratamientos como el autoclave han demostrado ser un medio efectivo para disminuir los efectos nocivos de muchos FAN (revisin Brenes y Brenes, 2003). Sin embargo, no es un mtodo de procesamiento econmico para ser utilizado en la elaboracin de piensos para alimentacin animal. De los FAN brevemente reseados con anterioridad, los inhibidores de las proteasas y las lectinas son los que por su termolabilidad estn ms expuestos a ser inactivados por los tratamientos trmicos (Tabla 9). Los resultados demuestran que las lectinas son ms sensibles al calor que los inhibidores de la tripsina, siendo la inactivacin mucho ms efectiva a la extrusin, al autoclave y al calor hmedo que al calor seco. Mientras que los inhibidores de la tripsina pueden ser inactivados por la extrusin, el autoclave, el procesado al vapor o la granulacin, la intensidad de esta inactivacin est en funcin de la temperatura, duracin del calentamiento, tamao de la partcula y humedad, tambin quizs, de la variedad (revisin Brenes y Brenes, 2003). Granulacin: el potencial de la granulacin como medio para reducir los inhibidores de las proteasas parece ser muy escaso (revisin Brenes y Brenes, 2003). Con los resultados de Griffiths (1984) citado por Brenes y Brenes (2003), se demostr que los inhibidores de la tripsina y quimotripsina eran estables a temperaturas por debajo de los 80C. Extrusin: ha sido utilizada con mucho xito en la soja, sobre todo en la preparacin de raciones para monogstricos. Pruebas de alimentacin realizadas con pollos y cerdos_____________________________________________________ Tesis de Maestra: Universidad Nacional de Colombia-Palmira

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han demostrado que el proceso de extrusin es tan efectivo como el tratamiento con autoclave cuando se utilizan habas. Sin embargo, la extrusin puede ser ms difcil de aplicar en las leguminosas debido a su bajo contenido en lpidos, los cuales se comportan como lubricante en el caso particular de la soja, por lo que es necesario aadir agua o vapor a estas semillas antes de ser extrusionadas (Brenes y Brenes, 2003).

Tabla 9. Efecto de tratamientos trmicos sobre la reduccin de la actividad inhibidora de la tripsina y las lectinas en frijoles.

Inactivacin (%) Tratamientos Vapor (100C > 15 min) Autoclave (121C >15 min) Tostado en seco Extrusin Inhibidores de tripsina 65-97 85-100 54-82 78-98 Lectinas 90-100 99-100 85-99 93-98

Fuente: Van der Poel (1990) citado por Brenes y Brenes (2003).

1.5 Digestibilidad de protenas La digestibilidad es una forma de medir el aprovechamiento de un alimento, es decir, la facilidad con que es convertido en el aparato digestivo en sustancias tiles para la nutricin. Comprende dos procesos, la digestin que corresponde a la hidrlisis de las molculas complejas de los alimentos, y la absorcin de pequeas molculas (aminocidos, cidos grasos) en el intestino (Manrquez, 1993). Los aminocidos en los alimentos no siempre estn disponibles. La degradacin de las protenas, as como su absorcin puede ser incompleta. El porcentaje promedio de digestin y absorcin en protenas de origen animal es alrededor de un 90%, siendo el de las protenas de origen vegetal de slo un 60 a un 70% aproximadamente (Gonzlez et al., 2007). La digestibilidad se ve limitada por: La conformacin de la protena ya que las proteasas atacan a las protenas insolubles ms lentamente que a las protenas globulares solubles. La unin a ciertos metales, lpidos, cidos nucleicos, celulosa u otros polisacridos, puede ver limitada parcialmente su digestibilidad. Factores antinutricionales afectan la digestin y la absorcin de aminocidos.


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El tamao y superficie de la partcula donde se encuentran las protenas (Gonzlez et al., 2007).

1.5.1Digestibilidad in vivo de las leguminosas El valor nutricional de un ingrediente para animales puede ser determinado por su contenido de nutrientes disponible en especial por su aporte de aminocidos (AA) y energa (revisin Gutirrez et al., 2005). La absorcin de AA sucede hasta la ltima porcin del intestino delgado (leon). Por consiguiente, la digestibilidad ileal de los AA es uno de los factores ms importantes para calificar la calidad de la protena de la dieta y la respuesta productiva de los animales (Gutirrez et al., 2005).

1.5.1.1 Tcnicas para determinar digestibilidad a nivel ileal La determinacin experimental de la digestibilidad ileal requiere la utilizacin de medios sofisticados, ya que la digesta tiene que ser recogida al final del intestino delgado. Son cuatro tcnicas las que se han propuesto como las ms importantes para la determinacin experimental de la digestibilidad ileal: la tcnica del sacrificio, la anastomosis ileo-rectal y la implantacin en el leon de una cnula tipo T o de una cnula re-entrante (Jondreville y Glvez, 1995). Con la tcnica de la anastomosis ileo-rectal, la recoleccin se hace desde el ano de la digesta del intestino delgado. Con la tcnica de la implantacin de cnula reentrante, la digesta circula fuera de la cavidad abdominal permitindose de esta forma la recoleccin total y continua de muestras. Una vez tomadas las muestras, la digesta circula de nuevo por el aparato digestivo. Mediante la implantacin de una cnula tipo T es posible acceder a la digesta en el lugar del intestino donde est implantada (final del leon). Con esta tcnica no es necesario seccionar el intestino, pero permite solamente un muestreo parcial de la digesta (Jondreville y Glvez, 1995). La implantacin de una cnula re-entrante permite la determinacin de la digestibilidad sin tener que recurrir al uso de marcadores indigestibles, lo cual resulta ser totalmente necesario cuando se emplean las tcnicas de sacrificio y de cnula T.


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1.5.1.2 Digestibilidad aparente y verdadera La digestibilidad ileal o fecal puede ser aparente, considerando que todo el nitrgeno que llega al final del leon o en las heces es de origen alimenticio. En otros trminos, el nitrgeno perdido puede ser compensado por un aporte similar en la dieta. La digestibilidad verdadera hace una correccin por las prdidas endgenas basales (con la ayuda de una dieta sin protena) y considera que las ltimas son constantes e independientes de la dieta (Leterme, 2002). La digestibilidad aparente ileal de un AA vara con el nivel de ingestin de dicho AA, los coeficientes de digestibilidad determinados para una determinada materia prima dependen del nivel de inclusin de la misma en la dieta experimental. Esta es una de las causas ms importantes de variacin de los datos que sobre digestibilidad ileal aparente de los AA existen en las distintas referencias bibliogrficas (Jondreville y Glvez, 1995). Se han realizados estudios de digestibilidad in vivo en leguminosas de grano con el fin de utilizarlas como fuente de protena en reemplazo de materias primas tradicionales en las raciones de monogstricos, algunos de los resultados de estos estudios se muestran en la Tabla 10.

Tabla 10. Digestibilidades in vivo de algunas leguminosas de grano en monogstricos.Leguminosa1 Presentacin Crudo Frijol perlas Soya convencional Soya texturizada Frijol Chicharo Canavalia Lupino Soya Caup1

Digestibilidad (%)2 Ap. Verd. 78 72 86 78/82 87/90 -

Autor

Tratamiento Coccin

si si -

Pires et al., 2006 Pires et al., 2006 Pires et al., 2006 Bilbao, 2000 Bilbao, 2000 Michelangeli et al., 2004b Hettich, 2004 Castro et al., 2001 Castro et al., 2001

Coccin Coccin Tostado Extruccin

42 85 81

si

68

Frijol, Phaseolus vulgaris; soya, glicine max; chicharo, Pisum sativum; Canavalia, Canavalia ensiformis; Lupino, lupinus albus; Caup, Vigna unguiculata. 2 Digestibilidad aparente y verdadera (%)


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Tshovhote et al. (2003) encontraron en un estudio con gallos Leghorn digestibilidades verdaderas de aminocidos utilizando tres cultivares de caup, las cuales se muestran en la Tabla 11. La metionina presento los valores ms altos de digestibilidad, mientras que la lisina presento los ms bajos en todos los cultivares.

Tabla 11. Concentraciones de aminocidos totales y sus digestibilidades para tres cultivares comerciales de caup (Vigna unguiculata).Total1 0.86 1.27 0.28 1.12 1.90 0.54 1.41 0.79 1.67 1.77 Indigenous Digestibilidad2 78 78 82 78 79 79 79 76 75 83 79 Agrinawa Digestibilidad 71 70 80 70 72 70 71 72 70 75 77 Glenda Digestibilidad 75 75 82 74 76 78 76 75 74 78 76

Aminocidos Treonina Valina Metionina Isoleucina Leucina Tiroxina Fenilalanina Histidina Lisina Arginina Promedio1 2

Total 0.84 1.19 0.23 1.06 1.80 0.56 1.34 0.75 1.61 1.65

Total 0.84 1.24 0.31 1.01 1.74 0.59 1.27 0.74 1.52 1.52

Concentracin de aminocidos reportada en (g/kg de MS) para tres cultivares (Tshovhote et al., 2003). Digestibilidad verdadera (%).

1.5.2Digestibilidad in vitro Dado que el anlisis de protena cruda no suministra informacin alguna en cuanto a la digestibilidad de una fuente de protena, un procedimiento de laboratorio para determinar la digestibilidad es extremadamente til. Este es precisamente el objetivo de la prueba de la digestibilidad in vitro que es un procedimiento de control de calidad que intenta proporcionarnos informacin adicional en relacin al valor nutricional verdadero de las fuentes de protena tanto de origen animal como vegetal. Es muy importante tener en cuenta que en el tracto digestivo existen enzimas que ayudan a desdoblar las protenas y que las condiciones son mucho ms complejas que las que pueden simularse en un laboratorio. Por lo tanto, los resultados de digestibilidad que se obtienen mediante diferentes mtodos nunca debern confundirse con la digestibilidad verdadera de la materia prima (Castro y vila, 1993).


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En un estudio realizado en P. lunatus, la digestibilidad in vitro de sus fracciones proteicas result ligeramente ms baja que la reportada por Prez (1999) citado por Gallegos et al. (2004) para harina cruda de P. lunatus con 72%. La digestibilidad in vitro (DIV) de las fracciones proteicas de P. lunatus se muestran a continuacin en la Tabla 12, comparadas con la DIV de fracciones proteicas de algunas leguminosas.

Tabla 12. Digestibilidad In vitro (DIV) de las fracciones protenicas de P. lunatus.Fraccin Proteica Albumina Globulina Prolamina Glutelina P. lunatus 69 b 80 a 66 b 67 b Digestibilidad In vitro % Phaseolus C. ensiformis1 vulgaris2 59 65 nr 37 79

Vicia faba3

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Literales diferentes en la misma columna indican diferencia estadstica (p 0.05) (Tabla 20). La digestibilidad fecal de la MS aument linealmente a medida que el nivel de la protena del caup incremento en la dieta (P < 0.05). Por el contrario, la digestibilidad ileal de la MS disminuy linealmente (P < 0.001). Esta diferencia podra ser causada por la fermentacin bacteriana que ocurre en el ciego y en el colon de los nutrientes que escapan sin ser digeridos en el intestino delgado (Montoya, 2007). En cerdos en crecimiento alimentados con diferentes niveles de caup en reemplazo de harina de soya (0, 10, 20 y 30% de la protena) la digestibilidad de la MS fecal aparente disminuyo a medida que el caup aument en las dietas (80, 77, 79 y 71%, respectivamente) (Castro et al., 2001). La digestibilidad de la MO y la energa no fue afectada por el nivel de la protena del caup en la dieta (P > 0.05). El contenido de energa digestible disminuy linealmente a medida que aument el nivel de la protena de caup en la dieta (P < 0.001). Sin embargo, estos resultados demuestran que el grano de caup puede tambin ser una fuente importante de energa (3935 Kcal/kg MS, Tabla 17), gracias a su alto contenido en carbohidratos (53.7% para Vigna unguiculata, accesin 9611). Daz et al. (1999) encontraron en cerdos alimentados con dos niveles de inclusin (20 y 40% de la protena) de grano crudo de Cajanus cajan, valores de digestibilidad fecal de 89 y 86% para la MS y de 90 y 88% para MO, respectivamente.

4.1.2 Digestibilidad aparente y verdadera del nitrgeno (N). La digestibilidad aparente y verdadera del N a nivel fecal e ileal disminuy linealmente a medida que la protena de la dieta control fue reemplazada por protena del caup (P < 0.001) (Tabla 20, Figura 1). Aguirre et al. (2002) encontraron valores de_____________________________________________________ Tesis de Maestra: Universidad Nacional de Colombia-Palmira

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digestibilidad aparente fecal del N en ratas alimentadas con caup crudo en reemplazo de torta de soya con diferentes niveles (0, 20, 40, 60, 80 y 100%) de 81, 75, 73, 74, 72, y 72%, respectivamente. Este mismo autor considera satisfactoria la calidad de la protena del caup crudo. Los resultados de este ensayo pueden estar influenciados por: a) La baja digestibilidad de las protenas de las leguminosas en estado crudo. Las principales protenas en las semillas del caup son las globulinas y las albuminas (51 y 45%; respectivamente; Freitas et al., 2004), las cuales se caracterizan por ser resistentes a las enzimas proteolticas. b) La presencia de factores antinutricionales contenidos en el grano de caup como los inhibidores de proteasas y las lectinas que afectan la hidrlisis enzimtica de la protena en el intestino delgado y al mismo tiempo dan lugar a una serie de alteraciones fisiolgicas (Rubio y Brenes, 1995). En el caup, el mayor efecto pudo ser causado por los inhibidores de proteasas, el aumento de estos en el nivel de las dietas conlleva a una disminucin en la digestibilidad de la MS, N y aminocidos (Gmez, 2006). El contenido de inhibidores de tripsina en leguminosas en general es de 1.28-14.6 TIU/mg (Castro et al., 2001). En otro estudio con la misma accesin de Vigna unguiculata 9611 del CIAT, se encontr un contenido de 0.22 TIU/mg (Quintero, 2006). Estos no solamente inhiben la hidrlisis de las protenas de las dietas por parte de las proteasas (tripsina y quimotripsina), sino que aumentan las prdidas de N endgeno al aumentar las secreciones pancreticas (Leterme., 2002; Maia et al., 2000). c) Las lectinas debido a su resistencia al ataque proteoltico de las enzimas en el intestino, son perjudiciales para la salud de la rata, deteriorando y alterando principalmente el intestino delgado (Maia et al., 2000). En un estudio en ratas se evalu el efecto del consumo de Vigna unguiculata grano crudo como sustituto de torta de soya (0, 20, 40, 60, 80 y 100%), sobre el rendimiento en los ndices de protenas en sangre y se concluy que se puede utilizar hasta un 60% sin afectar los principales ndices (hemoglobina, hematocritos, concentracin srica de albumina, colesterol, etc.) Aguirre et al. (2003). Similares valores de digestibilidades fecal aparente y verdadera fueron encontrados en cerdos alimentados con Cajanus cajan crudo (78 y 71%) (Daz et al., 1999). Sin embargo, en ratas valores ms bajos fueron reportados (52%; Campabadal et al., 1978). A nivel ileal, el valor de digestibilidad aparente en cerdos fue de 67% (Daz et al.,_____________________________________________________ Tesis de Maestra: Universidad Nacional de Colombia-Palmira

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1999). Castro et al. (2001) encontraron en cerdos alimentados con caup en reemplazo de harina de soya (0, 10, 20 y 30% de la protena) digestibilidades fecales aparentes de N del 81, 76, 79 y 68%, respectivamente. Echeverra et al. (2005) reportaron que niveles de inclusin del 30% de caup crudo en reemplazo de torta de soya en dietas para cerdos en crecimiento presentan una digestibilidad fecal del N del 86%, valores cercanos a los encontrados en el presente trabajo con 33% de inclusin del caup crudo (79%).

Tabla 20. Consumo y valores de digestibilidad fecal e ileal en ratas alimentadas con diferentes niveles de inclusin de protena del grano de caup.Nivel de caup (%)1 0 Consumo (g/da) 12.5 83b 87 88 88a

33 13.1 85a 88 89 79b

67 12.3 86a 88 88 68c

100 12.8 86a 88 87 56d

DS2 0.3

Contraste3 ns

P 0.530

Digestibilidad Fecal (%) Materia seca Materia orgnica Energa Aparente N Verdadera N ED (Kcal/kg)4 1 1 1 14 14 50 L ns ns L L L 0.014 0.205 0.399 0.001 0.001 0.022

96a 3521a

89b 3528a

76c 3449ab

65d 3408b

Digestibilidad ileal (%) Materia Seca Aparente N Verdadera N1 2

85a 78a 84a

83a 57b 63b

78b 38c 44c

77b 39c 44c

4 19 19

L L L

0.002 0.001 0.001

Dieta: 0, control; 33, 67 y 100 % niveles de reemplazo de la casena por la protena del caup DS, desviacin estndar 3 Efecto lineal (L) de niveles de inclusin de protena del caup en las dietas; ns, no significativo. 4 ED, energa digestible abc Filas con diferentes letras difieren significativamente a P < 0.05; ns, no significativo; DS, desviacin estndar.

Los valores de digestibilidad del N a nivel fecal estuvieron altamente correlacionados con los valores de digestibilidad a nivel ileal (r2= 0.94; P < 0.001). Es decir que los valores de digestibilidad ileal podran ser determinados a partir de los valores de digestibilidad fecal o viceversa. Sin embargo, como la protena es digerida y_____________________________________________________ Tesis de Maestra: Universidad Nacional de Colombia-Palmira

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absorbida solamente hasta el final del intestino delgado (leon) (Leterme, 2002), en estudios de la calidad nutricional (ej. disponibilidad de los aminocidos) de la protena, los valores a nivel ileal son los ms indicados.

Digestibilidad fecal e ileal del N(%)

100 80 60 Lineal (DVFN)

Lineal (DVIN)y = -0,412x + 79,124 R = 0,8849 y = -0,4625x + 84,752 R = 0,9422

40 20 00

25

50 Niveles de caup (%)

75

100

Figura1. Relacin de la digestibilidad verdadera fecal del N (DVFN) e ileal (DVIN) con niveles crecientes de N del grano de caup en dietas balanceadas.

4.1.3 Cintica de hidrolisis in vitro de la protena de las dietas experimentales La cintica de hidrlisis enzimtica de las protenas de las dietas experimentales utilizadas en esta fase se ilustra en la Figura 2. No se presentaron diferencias en el grado de hidrlisis en la etapa de pepsina (30 y 120 min) entre las dietas (P > 0.05). Los valores alcanzados fueron 19, 18, 15 y 18% para la dieta control, caup con nivel del 33, 67 y 100%, respectivamente. Diferencias en el grado de hidrlisis fueron observadas despus de la inclusin de la pancreatina (P < 0.01). A los 140 min (120 de pepsina + 20 min de pancreatina) se empezaron a notar diferencias entre las dietas. A los 360 min de hidrlisis, la dieta control casena fue la ms hidrolizada (89%), en comparacin con las dems dietas (65, 50 y 43% para caup 33, 67 y 100%, respectivamente).


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100 Casena Caup-33 Caup-67 Caup-100

80

Digestibilidad in vitro del N (%)

60

40

20

0 0 60 120 180Tiempo (min)

240

300

360

Figura 2. Cintica de hidrlisis in vitro de la protena de las dietas experimentales con los diferentes niveles de incorporacin de protena del grano de caup.

Los valores de la hidrolisis in vitro fueron superiores a los hallados en la digestibilidad in vivo. Sin embargo, estos fueron altamente correlacionados (r = 0.98; Tabla 21). Arteaga y Ortiz (1989) encontraron resultados similares para la digestibilidad in vitro e in vivo de la casena de 90 y 88%, respectivamente. El valor de hidrlisis del caup solo, fue similar a los resultados encontrados in vivo e in vitro en la dieta con 100% de inclusin del caup (47, 44 y 43%, respectivamente: Tabla 21). El valor hallado en la digestibilidad in vitro (89%) para la dieta control fue bajo respecto a los valores reportados previamente del 98%, usando el mismo mtodo (pepsina/pancreatina) Dierick et al. (1985) citado por Gonzalvo et al. (2001). Zamora (2003) usando el mtodo de pepsina/pancreatina encontr para casena y para harina cruda de canavalia (Canavalia ensiformes) una digestibilidad in vitro del 98y 57%, respectivamente.


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Tabla 21. Comparacin de la digestibilidad in vitro e in vivo de la protena de las dietas experimentales con los diferentes niveles de inclusin del grano de caup.

Digestibilidad (%) Dietas Nivel de incorporacin (%) Caup 0 Caup 33 Caup 67 Caup 100 89.1 65.0 49.7 42.7 (47 ) R = 0.9781 2

In vitro

In vivo1

83.5 62.8 43.82

44.0

Digestibilidad ileal verdadera Digestibilidad in vitro del N de la leguminosa sola

4.1.4 Efecto del nivel de inclusin del caup sobre el TGI de las ratas El efecto de los niveles crecientes de la protena del caup crudo sobre el tracto gastrointestinal de las ratas (peso, longitud y contenido) es mostrado en la Tabla 22. El contenido y el peso vaco de los diferentes compartimientos (con excepcin del estmago) aumentaron de manera lineal o cuadrtica a medida que el nivel de inclusin de caup aumentaba en la dieta (P < 0.001). El pH en el estmago aument de manera cuadrtica, mientras que en el ciego disminuy linealmente cuando los niveles de caup en la dieta aumentaron (P < 0.001). De igual manera, la longitud del intestino delgado (ID) disminuy cuadrticamente y la del colon aument linealmente (P < 0.001). Se observaron cambios en la anatoma de las ratas alimentadas con los diferentes niveles. Los efectos del caup en ratas parece ser debido principalmente a las acciones combinadas de las globulinas, almidones resistentes, inhibidores de la proteasa y posiblemente los polisacridos no almidonados sobre el intestino y el sistema metablico (Olivera et al., 2003). En un estudio realizado con cerdos destetos alimentados con caup crudo en reemplazo de soya con diferentes niveles (0, 25, 50, 75 y 100%), encontraron que altos niveles de inclusin producen en la mucosa del intestino delgado cambios en el largo de las vellosidades y la profundidad de las criptas, que a su vez causa una mala absorcin y una alta fermentacin de los carbohidratos. Estos cambios en la morfologa del intestino_____________________________________________________ Tesis de Maestra: Universidad Nacional de Colombia-Palmira

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delgado pueden ser debido a una respuesta de hipersensibilidad inducida por factores antinutricionales de las dietas con caup crudo (Li et al., 1981; Makinde y Umaphaty, 1996). El consumo de niveles altos de caup crudo afect el peso del ciego y el ID. Esto puede ser atribuido a: a) un mayor volumen de MS del alimento en el ID, ciego y colon (Gmez, 2006), como fue encontrado con una menor digestibilidad de la MS a nivel ileal. b) La presencia de factores antinutricionales pueden tener un efecto negativo sobre la anatoma del TGI, afectando la digestin o la biodisponibilidad de otros componentes dietticos, o puede tener efectos debilitantes sobre el metabolismo en el intestino y tejidos asociados (Olivera et al., 2003). La alimentacin con caup crudo puede causar reduccin del crecimiento y cambios histomorfomtricos en los diferentes segmentos del intestino delgado (Umapathy et al., 1999). c) Las globulinas del caup que pueden estimular un aumento en la secrecin y sntesis de mucina por clulas caliciformes (Olivera et al., 2003). Aumentando las prdidas endgenas especificas de estas protenas a medida que el nivel de inclusin del caup aument en la dieta. Un aumento de peso en los diferentes compartimentos no es adecuado ya que estos deben estar cerca a los pesos de las ratas alimentadas con la dieta control, posiblemente puede haber una mayor utilizacin de protena por parte del animal para tratar de reponer la mucosa del intestino delgado. Pero igualmente este aumento de peso puede ser causado por una super excrecin de la mucosa. Erlwang

tesis de maestría paola aguirre

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