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Efecto de la suplementación de dietas para vacas lecheras con glicerina cruda,

sobre algunos parámetros de la fermentación ruminal, producción y calidad composicional de la leche

Diana Marcela Valencia Echavarría

Universidad Nacional de Colombia

Facultad, Ciencias Agrarias Medellín, Colombia

2013

Efecto de la suplementación de dietas para vacas lecheras con glicerina cruda,

sobre algunos parámetros de la fermentación ruminal, producción y calidad composicional de la leche

Diana Marcela Valencia Echavarría

Tesis presentada como requisito parcial para optar al título de:

Magister en Ciencias Agrarias

Director (a): Zootecnista. Ph.D. Luis Alfonso Giraldo V

Profesor Titular Departamento de Producción Animal

Facultad de Ciencias Agrarias

Línea de Investigación: Nutrición Animal

Grupo de Investigación en Biotecnología Ruminal y Silvopastoreo – BIORUM

Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ciencias Agrarias

Departamento de Producción Animal Medellín, Colombia

2013

(Dedicatoria)

A ustedes.

Agradecimientos Deseo expresar mis más sinceros agradecimientos a las siguientes personas, organizaciones e instituciones que hicieron posible la realización de este trabajo. A mi familia , especialmente a mis padres y amigos como Juliana María Montoya, Gloria Gómez y Sorany Barrientos, por su eterna paciencia y apoyo incondicional durante el desarrollo de este trabajo de investigación. Profesor Luis Alfonso Giraldo V. Zootecnista. MSc, PhD. Universidad Nacional de Colombia, por su orientación, confianza y apoyo en todo momento a lo largo de la ejecución de este trabajo. Luis Méndez Ruíz. Zootecnista. Universidad Nacional de Colombia, por su incalculable ayuda durante el desarrollo de la primera fase de esta investigación. Profesor Guillermo Antonio Correa Londoño. Ingeniero Forestal. MSc, PhD. Universidad Nacional de Colombia, por su valioso apoyo en todo lo relacionado con el diseño experimental y el análisis estadístico de la información. Wilyer de Jesús García Arboleda. Zootecnista. (c)MS c. Por la enseñanza y acompañamiento sobre el manejo de las técnicas y equipos de laboratorio necesarios para llevar a cabo esta investigación. Paula Andrea Giraldo Parra. Zootecnista. (c)MSc. Por su colaboración en la toma de muestras y análisis de laboratorio. Alejandra Marín Gómez. Zootecnista. (c)MSc. Por su colaboración en la toma de muestras y análisis de laboratorio. Neftalí Ortíz y demás trabajadores del Centro Agrop ecuario Paysandú. Universidad Nacional de Colombia. Por facilitar las instalaciones, animales y equipos del centro agropecuario durante la ejecución del trabajo de campo. Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural de Col ombia (MADR). Por la financiación del proyecto “Potencial del glicerol como residuo de la producción de biocombustible en la suplementación de vacas para la obtención de leche de mejor calidad composicional y con atributos funcionales” en alianza con OLEOFLORES y Universidad Nacional de Colombia-Sede Medellín. Grupo de Investigación en Biotecnología Ruminal y S ilvopastoreo BIORUM . Universidad Nacional de Colombia por facilitar las instalaciones, equipos y materiales del laboratorio de Biotecnología Ruminal para llevar a cabo la presente investigación. Adelina Vélez Marín. Gracias por toda esa fuerza y apoyo, que de manera desinteresada me has regalado durante todos estos años (3)

Resumen y Abstract IX

Resumen El incremento en la producción de biodiesel a escalas Nacional y mundial, está generando altas cantidades de glicerol o glicerina, logrando representar hasta un 10% de la producción total de biodiesel. La glicerina es una fuente energética de bajo costo, la cual ha tomado de nuevo gran interés en el campo de la nutrición de rumiantes, en especial para la ganadería lechera. Se realizaron 3 experimentos, con el propósito de evaluar el efecto de la suplementación con glicerina cruda, sobre algunos parámetros de la fermentación ruminal, producción y calidad composicional de la leche en vacas Holstein bajo pastoreo. En el primer experimento, se utilizaron 4 vacas canuladas al rumen de la raza Holstein con 600 ± 33 kg de peso vivo, en un diseño parcelas divididas, aleatorizadas bajo un esquema de sobrecambio 4x4. Los tratamientos y/o factores consistieron en la adición en rumen de 0, 500, 1000 y 1500 gramos de glicerina (S) y la incubación intraruminal de cuatro dietas (D), que consistieron en dos forrajes de kikuyo con 35 y 45 días de rebrote (D35 y D45, respectivamente) y una mezcla de estos con un suplemento comercial en una relación 70:30 (D35C y D45C). La inclusión de glicerina en rumen, resulto en un incremento promedio en la degradación ruminal in situ de la fracción FDN de todas las dietas incubadas, sin afectar la degradación de la materia seca (MS) y la proteína cruda (PC), comparados con el tratamiento control (S0: sin inclusión de glicerina en rumen). Los niveles crecientes de glicerina cruda en rumen, incrementaron la proporción molar de propionato y butirato a expensas del acetato. Así mismo, la concentración de N-NH3, se redujo con los niveles de 1000 y 1500 g de glicerina cruda; sin embargo, los valores de pH en el líquido ruminal, no se vieron afectados con los tratamientos. El experimento 2, se desarrolló con el fin de calcular la producción de gas metano in vitro, de aquellas dietas utilizadas en el experimento 1, las cuales se inocularon con el líquido ruminal adaptado a los niveles crecientes de glicerina. La producción de metano por unidad de MS y MO degradada, aumentó con el forraje de 35 días de rebrote (D35) a medida que en el inoculo ruminal incubado, se incrementaba el nivel de glicerina; mientras que para el forraje D45, la producción de metano se incrementó solo con el inoculo ruminal adaptado a 1000 y 1500 g.vaca.día-1. Para el caso de las dietas D35C y D45C, la producción de metano, disminuyo solo cuando el inóculo ruminal estaba con los niveles S1 y S2 para cada substrato, respectivamente (P<0.05). En el experimento 3, se utilizaron 6 vacas de la raza Holstein, en un diseño de sobrecambio, las cuales cursaban el primer tercio de lactancia, cuya dieta basal consistía en el pastoreo de forraje kikuyo y un suplemento comercial. Los tratamientos consistieron en la suplementación con glicerina a la dieta basal ofrecida: T0 (sin suplementación de glicerina), T1: 750 y T2: 1500 gramos de glicerina-vaca-día. La suplementación con glicerina, logro mejorar el desempeño productivo de estos animales, principalmente con el nivel de suplementación mayor, aumentando la producción de leche y de proteína en un 8 y 2%,

X Efecto de la suplementación de dietas para vacas lecheras con glicerina cruda, sobre algunos parámetros de la fermentación ruminal, producción y calidad composicional de la leche

respectivamente, sin afectar la concentración de grasa así como su composición lipídica. Palabras clave : Glicerina, fermentación ruminal, desempeño productivo

Abstract The increase in the production of biodiesel National and global scales is generating high amounts of glycerol or glycerin, managing to represent up to 10% of the total production of biodiesel. Glycerin is a low cost energy source, which again has taken great interest in the field of ruminant nutrition, particularly for dairy farming. 3 experiments were conducted in order to evaluate the effect of crude glycerin supplementation on some parameters of rumen fermentation, production and compositional quality of milk in Holstein cows under grazing. In the first experiment, 4 rumen cannulated cows of the Holstein breed with 600 ± 33 kg body weight, in a split plot design, under a scheme of randomized 4x4 crossover were used. Treatment and / or factors included addition rumen of 0, 500, 1000 and 1500 grams of glycerol (S) and the incubation intraruminal four diets (D), which consisted of two forage kikuyo with 35 and 45 days regrowth (D35 and D45, respectively) and a mixture thereof with a commercial supplement in an 70:30 ratio (D35C and D45C). The inclusion of glycerol in the rumen, resulted in an average increase in situ ruminal degradation of NDF fraction of all diets incubated, without affecting the degradation of dry matter (DM) and crude protein (CP), compared with control treatment (S0: no inclusion of glycerol in the rumen). Increasing levels of crude glycerin in rumen increased the molar ratio of propionate and butyrate at the expense of acetate. Also, the NH3-N concentration was reduced to levels of 1000 and 1500 g of crude glycerin; however, the values of pH in the rumen fluid were not affected by treatments. Experiment 2 was developed in order to calculate the methane gas production in vitro, those diets used in experiment 1, which were inoculated with rumen fluid adapted to increasing levels of glycerin. Methane production per unit of DM and OM degraded with increased forage regrowth 35 days (D35) as inoculum incubated in the rumen, the level of glycerol was increased; while for forage D45, methane production is increased only with the ruminal inoculum adapted to 1000 and 1500 g.cow.d-1. For the case of D35C and D45C, methane production diets decreased only when the ruminal inoculum was with levels S1 and S2 for each substrate, respectively (P <0.05). In experiment 3, 6 Holstein cows were used in a crossover design, which were taking the early lactation, the basal diet consisted of grazing kikuyo forage and supplement trade. Treatments consisted of glycerin supplementation to the basal diet offered: T0 (without supplementation of glycerin), T1: 750, T2: 1500 grams of glycerin - cow - day. Supplementation with

Contenido XI

glycerin , achieving improved production performance of the animals, primarily with the higher level of supplementation , increasing milk production and protein at 8 and 2% respectively, without affecting the concentration of fat and its lipid composition . Keywords : Glycerin, ruminal fermentation, productive performance

Contenido XIII

Contenido

Pág.

Resumen IX

Lista de figuras .................................. ........................................................................... XV

Lista de tablas ................................... .......................................................................... XVI Lista de abreviaturas ............................. ..................................................................... XVII Introducción ...................................... .............................................................................. 1

1 Capítulo 1. El glicerol: oportunidades e impactos d e su utilización, en dietas para rumiantes con énfasis en ganado lechero-revisi ón- ............................ 5

1.1 Resumen ......................................................................................................... 5

1.2 Introducción ..................................................................................................... 6

1.3 Producción de glicerol y su relación con la cadena de los biocombustibles ..... 7

1.3.1 Concepto de glicerol ............................................................................. 7

1.3.2 Producción de glicerol como co-producto de la industria del biodiesel a escalas mundial y Nacional ................................................................................. 8

1.4 Participación del glicerol o glicerina en la alimentación animal ...................... 13

1.4.1 Utilización de la glicerina en dietas para animales, con énfasis en rumiantes .......................................................................................................... 13

1.4.2 Composición química del glicerol procedente de la industria del biodiesel para la alimentación de rumiantes ...................................................... 14

1.4.3 Fermentación y metabolismo del glicerol: Efectos en la digestión y algunos parámetros fermentativos en rumiantes ............................................... 17

1.4.3.1 Fermentación del glicerol en rumen .................................................... 17

1.4.3.2 Efectos de la suplementación alimenticia con glicerol en algunos parámetros de la fermentación ruminal ............................................................. 20

1.4.3.3 Efectos del glicerol o glicerina sobre la digestibilidad ruminal y total de algunos componentes dietarios ......................................................................... 23

1.4.4 Efectos del glicerol en la alimentación de ganado lechero .................. 26

1.5 Conclusiones ................................................................................................. 33

1.6 Bibliografía ..................................................................................................... 34

2 Capítulo 2 Efecto de niveles crecientes de glicerin a cruda sobre algunos parámetros de la degradación y fermentación ruminal in situ, de dietas

para ganado de leche, a base de pasto kikuyo ( Pennisetum clandestinum). ............................................................................................... 45

2.1 Resumen ....................................................................................................... 45

2.2 Introducción ................................................................................................... 46

2.3 Materiales y métodos ..................................................................................... 47

2.3.1 Localización ........................................................................................ 47

2.3.2 Experimento 1 ..................................................................................... 48

2.3.3 Experimento 2 ..................................................................................... 52

2.3.3.1 Producción de gas metano (CH4) a 24 horas de incubación in vitro .... 52

2.3.4 Análisis de la composición química de los substratos experimentos 1 y 2 53

2.3.5 Análisis estadístico .............................................................................. 54

2.3.5.1 Experimento 1 ..................................................................................... 54

2.4 Resultados ..................................................................................................... 55

2.4.1 Experimento 1 ..................................................................................... 55

XIV Efecto de la suplementación de dietas para vacas lecheras con glicerina cruda, sobre algunos parámetros de la fermentación ruminal, producción y calidad composicional de la leche

2.4.1.1 Composición química de los substratos y/o dietas evaluadas ..............55

2.4.1 Experimento 2......................................................................................62

2.4.1.1 Producción de gas metano (CH4) a 24 Horas de incubación in vitro ....62

2.5 Discusión ........................................................................................................64

2.5.1 Experimento 1......................................................................................64

2.5.1.1 Degradabilidad ruminal in situ de cada uno de los substratos ..............64

2.5.1.2 Parámetros de la fermentación ruminal ...............................................66

2.5.2 Experimento 2......................................................................................67

2.5.2.1 Producción de gas metano (CH4) a 24 de incubación in vitro ...............67

2.6 Conclusiones ..................................................................................................70

2.7 Agradecimientos .............................................................................................71

2.8 Bibliografía .....................................................................................................71

3 Capítulo 3. Efecto de la suplementación con gliceri na cruda en vacas Holstein bajo pastoreo, sobre la producción y calidad compos icional de su leche 79

3.1 Resumen ........................................................................................................79

3.2 Introducción ....................................................................................................80

3.3 Materiales y métodos .....................................................................................81

3.3.1 Localización .........................................................................................81

3.3.2 Animales y tratamientos .......................................................................81

3.3.3 Variables medidas ...............................................................................83

3.3.3.1 Composición química de las muestras de forraje y suplemento alimenticio ..........................................................................................................83

3.4 Resultados .....................................................................................................88

3.4.1 Consumo y balance energético en vacas suplementadas con glicerina cruda 88

3.4.2 Producción y composición de la leche .................................................88

3.4.3 Evaluación del Beneficio: Costo de la suplementación con glicerina cruda 89

3.5 Discusión ........................................................................................................90

3.5.1 Consumo y balance energético en vacas suplementadas con glicerina cruda 90

3.5.2 Producción y composición de la leche .................................................93

3.5.3 Evaluación del Beneficio: Costo de la suplementación con glicerina cruda 97

3.6 Conclusión .....................................................................................................97

3.7 Agradecimientos .............................................................................................98

3.8 Bibliografía .....................................................................................................98

4 Capítulo Conclusiones y recomendaciones ........... ............................................ 107

4.1 Conclusiones ................................................................................................ 107

4.2 Recomendaciones ........................................................................................ 108

Contenido XV

Lista de figuras Pág.

Figura 1-1. Formación de glicerol (representado como glicerina cruda durante el proceso de transesterificación) ...................................................................................................... 8

Figura 1-2. Producción de biodiesel y glicerina cruda durante los años 2004-2006 ....... 10

Figura 1-3. Localización de las áreas plantadas de palma africana (Elaeis guineensis), para la producción de aceite........................................................................................... 11

Figura 1-4. Uso comparativo de la glicerina durante los años 1995 (a) y 2006 (b) ......... 12

Figura 1-5. Esquema simplificado de la fermentación de glicerol a propionato por los microorganismos del rumen. .......................................................................................... 17

Figura 2-1. Efecto niveles crecientes de glicerina cruda sobre la Degradabilidad Efectiva (DE) de las fracciones Materia Seca (MS), Proteína cruda (PC) y Fibra en Detergente Neutro (FDN), de los forrajes y/o dietas evaluadas ........................................................ 57

Contenido XVI

Lista de tablas

Pág. Tabla 1-1. Propiedades físico-químicas del glicerol .......................................................... 7

Tabla 1-2. Parámetros de calidad de tres tipos de glicerol ................................................ 9

Tabla 2-1 . Composición química de la dieta basal (% de la materia seca, MS) .............. 48

Tabla 2-2. Caracterización química de la glicerina cruda proveniente del Biodiesel obtenido a partir del aceite de palma .............................................................................. 49

Tabla 2-3. Composición química y digestibilidad in vitro de la MS, en cada uno de los substratos evaluados en los experimentos 1 y 2. ............................................................ 56

Tabla 2-4. Efecto de niveles crecientes de glicerina cruda sobre los parámetros de la degradación ruminal in situ de la Materia seca (DIMS) de cada uno de los forrajes y/o dietas .............................................................................................................................. 58

Tabla 2-5. Efecto de niveles crecientes de glicerina cruda sobre los parámetros de la degradación ruminal in situ de la proteína cruda (DIPC) de cada uno de los forrajes y/o dietas .............................................................................................................................. 59

Tabla 2-6. Efecto de niveles crecientes de glicerina cruda sobre los parámetros de la degradación ruminal in situ de la fibra en detergente neutro (DIFDN) de cada uno de los forrajes y/o dietas ............................................................................................................ 60

Tabla 2-7. Efecto de niveles crecientes de glicerina cruda sobre el pH y algunos parámetros de la fermentación ruminal ........................................................................... 61

Tabla 2-8. Efecto de niveles crecientes de glicerina cruda en el líquido ruminal, sobre la degradación de la MS, MO y la producción de metano in vitro a 24 horas de incubación de los forrajes y/o dietas ................................................................................................. 63

Tabla 3-1. Composición química de la muestras de forraje del pasto kikuyo y el suplemento concentrado comercial colectados durante el experimento. ......................... 82

Tabla 3-2. Caracterización química de la glicerina cruda proveniente del biodiesel obtenido a partir del aceite de palma africana en prueba. ............................................... 82

Tabla 3-3. Consumo de materia seca (CMS), energía (CE) y balance energético (BE) de vacas en pastoreo suplementadas con glicerina cruda ................................................... 88

Tabla 3-4. Producción, calidad composicional y perfil de ácidos grasos en la leche de vacas bajo pastoreo, suplementadas con glicerina cruda. .............................................. 89

Tabla 3-5. Evaluación de la relación Beneficio: Costo (B:C) de la suplementación de vacas Holstein bajo pastoreo, suplementadas con distintos niveles de glicerina cruda. .. 90

Contenido XVII

Lista de abreviaturas Abreviatura Término AG AGi AGs AGV

Ácidos grasos Ácidos grasos insaturados Ácidos grasos saturados Ácidos grasos volátiles

ATP Trifosfato de adenosina BE BHBA

Balance energético Betahidroxibutirato

°C Cm CMS CH4

Grados Celsius Centímetros Consumo materia seca (kg día-1) Metano

Cm2 Centímetros cuadrados CO2 Dióxido de carbono CNE Carbohidratos no estructurales DIVMS dl DE

Digestibilidad in vitro de la materia seca Decilitro Degradabilidad efectiva

DMS DMO

Degradabilidad de la materia seca Degradabilidad de la materia orgánica

EE Extracto etéreo ENL Energía neta de lactancia FDA Fibra en detergente acido FDN Fibra en detergente neutro g Gravedades g h ha

Gramos Hora Hectárea

H2 Hidrógeno HCl H2SO4

Ácido clorhídrico Ácido sulfúrico

Kg KOH L

Kilogramos Hidróxido de potasio Litros

Lig m Mg Mcal Mj ml Mm

Lignina Metros Miligramos Megacalorías Megajoules Mililitros Milimoles por litro

MO Materia orgánica MS Materia seca

XVIII Efecto de la suplementación de dietas para vacas lecheras con glicerina cruda, sobre algunos parámetros de la fermentación ruminal, producción y calidad composicional de la leche

msnm N MUN NaOH NA

Metros sobre el nivel del mar Normalidad Nitrógeno ureico en leche Hidróxido de sodio No aplica

ND No detectable NEFA´s Ácidos grasos no esterificados NADH Nicotinamida adenina dinucleótido (forma reducida) NH3-N Nitrógeno amoniacal PC Proteína cruda PDR pH

Proteína degradable en rumen Concentración de iones de Hidrogeno

PNDR Proteína no degradable en rumen ppm partes por millón PV Peso vivo rpm seg Ton TR

Revoluciones por minuto Segundos Toneladas Tasa de recuperación de cromo en la fibra mordante

Introducción El aumento en la demanda mundial por la utilización de fuentes de energías renovables como alternativa al uso de combustibles fósiles, se ha incrementado en las últimas décadas; hecho estimulado principalmente, por aquellos países considerados como los grandes consumidores energéticos, los cuales han logrado establecer políticas encaminadas a la generación de una industria de biocombustibles, con el propósito de reducir los enormes impactos ambientales y la dependencia energética, que en la actualidad está ocasionando el uso excesivo e indiscriminado de combustibles fósiles. Dentro de la industria de los biocombustibles se encuentra aquella relacionada con la producción de biodiesel a partir de aceites vegetales. Según reportes de la National Biodiesel Board (2008), para el año 2007, se produjeron más 450 millones de galones de biodiesel en todo el mundo, con una proyección para el 2019 de aproximadamente 10.82 billones de galones OECD-FAO (2011), producción liderada por los mercados de Estados Unidos y la Unión Europea, incrementándose de manera significativa en el sureste de Asia, China y en Latinoamérica en países como Argentina, Brasil y Colombia (Tomei y Upham, 2009; Yañez et al., 2009; Rutz et al., 2010). En el país, la industria del biodiesel ha aumentado de manera significativa durante esta última década; según FEDECOMBUSTIBLES (2013), para el año 2012, la producción de biodiesel a partir del aceite de palma africana (Elaeis guineensis), se ubicó en 489.991 toneladas, frente a 443.037 del año 2011. Sin embargo, dentro de los retos que la industria del biodiesel debe enfrentar, se encuentra la creación de nuevos mercados para la utilización de la glicerina cruda, la cual es considerada como uno de los principales co-productos de esta industria, representando aproximadamente el 10% de la producción total de biodiesel (Thompson y He, 2006; Melero et al., 2012). El componente mayoritario de la glicerina cruda es el glicerol (C3H8O3), cuya concentración depende de diversos factores, en los que se encuentra el tipo de fuente vegetal de donde es extraído el aceite, así como del proceso de producción de biodiesel (Ayoub et al., 2012; Yang et al., 2012). El uso del glicerol o glicerina en la alimentación animal, sobretodo en la de rumiantes, no es algo nuevo; sin embargo, debido a su alta disponibilidad por la industria del biodiesel y bajo costo, ha tomado de nuevo gran interés durante esta última década.

2 Introducción

En el campo de la nutrición animal, en especial en el de rumiantes, la glicerina (glicerol) es definida como un azúcar-alcohol, con un valore energético promedio de 2,20 Mcal/kgMS de energía neta de lactancia (ENL), logrando ser equiparables o superiores a la del grano de maíz (Lebzien y Aulrich, 1993; Schröder y Südekum, 1999; Drackley, 2008), definiéndolo además, como un compuesto de características gluconeogénicas, siendo el propionato, el principal producto de su fermentación en rumen (Bergner et al., 1995; Kijora et al., 1998). Sin embargo, el potencial nutricional de la glicerina, depende de varios factores, entre los que se encuentran, el tipo de dieta base en el que se incorpore (dietas altas en granos vs dietas altas en fibra), el nivel de inclusión en las mismas (<15% de la MS total) y de su grado de pureza (definida como aquella glicerina con altos contenidos de glicerol y baja concentración de metanol y sales) Hasta ahora, las investigaciones desarrolladas con glicerina en el área de la alimentación de rumiantes, se han centrado principalmente en la ganadería de leche, utilizándose dentro de su alimentación, ya sea como un suplemento adicional a la dieta ofrecida o como remplazo de un ingrediente energético de la misma (Bodarski et al., 2005; Carvalho et al., 2011); sugiriendo que esta podría mejorar o mantener los parámetros de degradación y fermentación ruminal de las dietas en la cual es incorporada, lo que estaría relacionado con el desempeño productivo de estos animales, en la diferentes etapas de lactancia. En Colombia, la ganadería bovina es considerada una actividad de gran importancia económica, ocupando el 39.4% del territorio Nacional, representando

el 27% del PIB agropecuario y el 64% del PIB pecuario (Consejo Regional de la cadena láctea de Antioquia, 2001; FEDEGAN, 2006). Para el caso de la ganadería de leche en el país, la producción promedio de leche se sitúa en 6.500 millones de litros por año, mucho menor al promedio reportado por países como Estados Unidos (87.461 millones L.año-1), India (50.300 millones L.año-1), Brasil (29.948 millones de L.año-1), Nueva Zelanda (17.173 millones L.año-1), México (11.033 millones L.año-1) y Argentina (10.600 millones L.año-1) (FEDEGAN, 2009). Es por esto que se ha incurrido a la utilización de diferentes fuentes energéticas en la alimentación de la ganadería lechera, con fines de incrementar la producción de leche de aquellos animales que las consumen. Tal es el caso de la glicerina cruda, la cual presenta características nutricionales comparativas con otras fuentes energéticas convencionales, con la ventaja de ser un producto de bajo costo y de alta producción Nacional, lo que permitiría al mismo tiempo, la integración de la industria del biodiesel con la cadena láctea del país, mediante el uso de la glicerina como suplemento energético, sobretodo en sistemas de producción de leche basados en la alimentación con forrajes bajo pastoreo, cuya variabilidad en la composición química y nutricional, afecta de manera directa el desempeño productivo de estos animales (Sánchez, 1995; Correa, 2007).

Introducción 3

Por tanto el objetivo de esta investigación, fue evaluar el efecto de la suplementación con glicerina cruda, proveniente de la obtención de biodiesel a partir del aceite de palma africana (Elaeis guineensis), en dietas para vacas lecheras bajo pastoreo, sobre algunos parámetros de la fermentación ruminal, producción y calidad composicional de la leche.

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4 Introducción

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1 Capítulo 1. El glicerol: oportunidades e impactos de su utilización, en dietas para rumiantes con énfasis en ganado lechero-revisión-

Valencia D.M1 y Giraldo L.A2

1 Grupo de investigación en Biotecnología Ruminal y Silvopastoreo BIORUM. Universidad Nacional de Colombia. Medellín. [email protected]

2 Profesor Titular. Departamento de producción Animal. Facultad de Ciencias Agrarias.

Universidad Nacional de Colombia. Medellín. Director Grupo de investigación en Biotecnología Ruminal y Silvopastoreo BIORUM [email protected]

1.1 Resumen

El biodiesel, producido mediante el proceso de transesterificación de aceites vegetales con un alcohol, ha venido tomando gran importancia durante esta última década, debido al interés mundial en el uso de energías renovables como alternativa al uso de combustibles fósiles. El incremento en la producción de biodiesel a escalas Nacional y mundial, está generando altas cantidades de glicerol o glicerina, logrando representar hasta un 10% de la producción total de biodiesel, de ahí que sea catalogado como el principal co-producto de esta industria. El uso del glicerol en el campo de la alimentación animal, especialmente en la de rumiantes no ha sido algo nuevo. Sin embargo, debido a su aumento en la última década por la industria del biodiesel, ha tomado de nuevo gran importancia, al ser una fuente energética de bajo costo, que podría utilizarse como suplemento o remplazo de otras fuentes energéticas como el maíz y la cebada. Las investigaciones hasta ahora realizadas, indican que el potencial del glicerol en la alimentación de rumiantes, depende de varios factores, entre ellos se encuentran, el tipo de dieta base en el que se incorpore, del nivel de inclusión en las mismas y de su grado de pureza, sugiriendo que el glicerol podría mejorar o mantener los parámetros de degradación y fermentación ruminal, lo que podría mejorar el desempeño productivo del rumiante. En Colombia (el cual se encuentra dentro de los países que lidera la producción de biocombustibles en Latinoamérica), la glicerina (glicerol) proveniente del proceso de producción del biodiesel, a partir del aceite de palma africana (Elaeis guineensis), podría convertirse en una atractiva fuente energética de bajo costo para la ganadería lechera, lo que permitiría ligar ambos sectores, haciéndolos más competitivos y rentables.

6 Efecto de la suplementación de dietas para vacas lecheras con glicerina cruda, sobre algunos parámetros de la fermentación ruminal, producción y calidad composicional de la leche

Palabras clave: Biodiesel, glicerol, rumiantes, desempeño productivo

1.2 Introducción

La industria del biodiesel en el mundo, ha incrementado de manera significativa durante estas últimas décadas. El término “biodiesel” se utiliza para describir el combustible compuesto por ésteres alquílicos, resultado de la transesterificación de ácidos grasos de fuentes vegetales y/o animales con un alcohol (Thompson y He, 2006; Donkin y Doane, 2007; Zuleta et al., 2007). Dentro de los retos más grandes de esta industria, está la de crear nuevos mercados para el uso del glicerol crudo que se obtiene como co-producto, durante la producción de biodiesel a partir de fuentes vegetales como el aceite de palma africana (Elaeis guineensis) (Zuleta et al., 2007; Ayoub et al., 2012; Yang et al., 2012).

El glicerol crudo o glicerina, es un azúcar-alcohol, de propiedades físicas y químicas variables, las cuales dependen en gran parte de su grado de pureza (Donkin y Doane, 2007; Drackley, 2008; Ayoub et al., 2012). El principal componente de la glicerina cruda es el glicerol, el cual hace parte de los triglicéridos y fosfolípidos contenidos en la membrana celular (Roger et al., 1992; Chung et al., 2007). Sin embargo en la actualidad, es la industria del biodiesel, la que ha generado la mayor oferta de este compuesto, representando entre el 9-10% de su producción (Van Gerpen, 2005; National Biodiesel Board, 2008; Melero et al., 2012).

Para el caso de Colombia, en el año 2012, se produjeron aproximadamente 489.991 toneladas de biodiesel (FEDEBIOCOMBUSTIBLES, 2013), lo que implicaría la co-producción anual de aproximadamente 49.000 toneladas de glicerina, las cuales deben ser debidamente aprovechadas para mitigar los enormes impactos ambientales y económicos que traería su almacenamiento y/o descarte. Al respecto, es importante entonces definir una utilización adicional de éste co-producto, lo cual le daría valor agregado y tendría connotaciones económicas importantes, ya que debido al incremento vertiginoso de su producción en la última década, el glicerol crudo ha venido sufriendo una fuerte reducción en su precio (Ayoub et al., 2012). Por consiguiente, el uso potencial del glicerol crudo, en alimentación animal, sobretodo en rumiantes, se ha venido magnificando por la expansión de los biocombustibles como el biodiesel alrededor de Colombia y el mundo, ya que su uso está logrando exceder las capacidades de la industria farmacéutica y cosmética para su refinación y procesamiento (Thompson y He, 2006).

Las investigaciones hasta ahora realizadas en el campo de la nutrición de rumiantes, reconocen al glicerol como un compuesto gluconeogénico, fermentable en rumen, siendo el propionato, el principal producto de su fermentación (Roger et al., 1992; Bergner et al., 1995; Kijora et al., 1998; Lee et al., 2011). Por otro lado, Schröder y Südekum, (1999), reportan que el glicerol

Capítulo 1 7

puede contener de 1.98 a 2.26 Mcal.KgMS-1 de energía neta de lactancia, el cual es aproximadamente equivalente o superior al contenido energético del maíz, convirtiendo al glicerol en una fuente energética alternativa, capaz de remplazar o suplementar algunos macroingredientes energéticos de alto valor, utilizados en la alimentación animal de aves, cerdos y en especial de los rumiantes. Sin embargo, aunque el glicerol es reconocido como un alimento seguro para la alimentación de rumiantes (FDA, 2006), una limitación importante sobre su uso crudo, son los contenidos de metanol, considerándose que concentraciones mayores al 0.5%, pueden llegar a ser altamente tóxicos, especialmente para rumiantes jóvenes (Drackley, 2008). Aunque el uso del glicerol en dietas para rumiantes no es algo nuevo, las investigaciones desarrolladas hasta el momento han sido inconclusas con relación a los niveles de inclusión óptimos de glicerol, que permitan determinar su valor alimenticio en dietas para rumiantes en pastoreo y en particular en los sistemas de producción ganadera de leche en Colombia, que permitan evaluar su efecto en algunos parámetros de la fermentación ruminal, síntesis de metabolitos intermediarios y su relación con la producción y calidad composicional de la leche.

Sobre la base de estos planteamientos, esta revisión tiene como propósito dar a conocer información técnica-científica que conduzca a dilucidar aquellos antecedentes que permitan ofrecer un panorama más amplio, sobre las oportunidades e impactos de la utilización de glicerol en la alimentación animal, con especial énfasis en la ganadería lechera.

1.3 Producción de glicerol y su relación con la ca dena de los biocombustibles

1.3.1 Concepto de glicerol

En la Tabla 1-1, se presentan algunas características físico-químicas de importancia para el uso y aplicabilidad del glicerol en la industria (Perry et al., 1997).

Tabla 1-1. Propiedades físico-químicas del glicerol Propied ades Valores Formula química CH2OH–CHOH–CH2OH Peso molecular (g.mol-1) 92.1 Forma y color Líquido e incoloro Humedad (%) 7.7 - 9.7 Punto de fusión(°C) 17.9 Punto de ebullición (°C) 290 Densidad (g.cm-1) 1.26 Fuente: Adaptado de Perry et al (1997)


El glicerol (C3H8O3), conocido como propano- 1,2,3-triol, 1,2,3-propanotriol, 1,2,3-trihidroxypropano, gliceritol y glícil, es un azúcar-alcohol, altamente soluble en agua, cuya proporción dentro de la glicerina cruda, determina su pureza (Drackley, 2008).

1.3.2 Producción de glicerol como co-producto de l a industria del biodiesel a escalas mundial y Nacional

Aunque el glicerol es un componente de los triglicéridos y de los fosfolípidos contenidos en la membrana celular (Roger et al., 1992; Chung et al., 2007), este compuesto, puede obtenerse de otras fuentes, tales como: jabones, ácidos grasos, así como por fermentación microbiana y de forma sintética (Wang et al., 2001; Tsobanakis y Cargill, 2007). Sin embargo, en la actualidad es la industria del biodiesel, la que genera la mayor cantidad de glicerol en forma cruda, el cual es considerado como su principal co-producto (Thompson y He, 2006).

La Figura 1-1, representa químicamente la producción de glicerol (representado como glicerina cruda), durante el proceso de producción del biodiesel (Zhou et al., 2008). De manera introductoria, el término “biodiesel” se utiliza para describir el combustible formado por monoalquilésteres, resultado de la transesterificación de ácidos grasos de fuentes vegetales y/o animales con un alcohol y una base como catalizadora de la reacción (Thompson y He, 2006; Donkin y Doane, 2007; Zuleta et al., 2007).

Figura 1-1. Formación de glicerol (representado como glicerina cruda durante el proceso de transesterificación)

(Catalizador acido o base)

Triglicéridos + CH3OH ↔ Diglicéridos + R1COOCH3

Diglicéridos + CH3OH ↔ Monoglicéridos + R2COOCH3

Monoglicéridos + CH3OH ↔ Glicerol + R3COOCH3

Triglicéridos + 3 CH3OH ↔ Glicerina + Metilésteres (Biodiesel ) Fuente: Adaptado de Zhou et al (2008)

Este biocombustible, se produce a partir de grasas y aceites de origen vegetal, principalmente, lo cual depende al mismo tiempo, de las fuentes vegetales que abundan en cada uno de los países que lo producen. Por ejemplo, en países como Estados Unidos, La Unión Europea, Brasil, Argentina, Uruguay, Colombia, Ecuador y Perú, se utilizan aceites vegetales tales como: aceite de soya, colza, girasol, coco, y aceite de palma, entre otros. Sin embargo, la producción mundial de aceite, está representada en más de un 50%, por la proveniente del aceite de palma, seguida del aceite de soya, con una participación del 25% y el restante a

Bio

dies

el

Capítulo 1 9

partir del aceite de colza, maní, girasol, algodón y otros menores (CORPODIB e INDUPALMA, 2003; FEDEPALMA, 2006).

Como se mencionó anteriormente, el método más común para la obtención del biodiesel, es la transesterificación, utilizando un alcohol en presencia de un ácido o álcali, para producir ésteres lineales de bajo peso molecular, los cuales presentan propiedades físicas muy similares al combustible diésel fósil (Zuleta et al., 2007; Salamatinia et al., 2010). El alcohol más comúnmente utilizado durante este proceso es el metanol, debido a su bajo costo, utilizando además, bases como el KOH y el NaOH, o ácidos como el HCl, y el H2SO4 (Zapata y Mendoza, 2003). De esta manera, se genera el glicerol a partir de la producción de biodiesel, separándose por centrifugación o gravedad, dejando solo los metilésteres como producto de interés. La producción de biodiesel en general, utiliza una proporción molar 6:1 de alcohol y aceite, el cual es removido durante la fase de producción de este biocombustible por evaporación o destilación, para ser reutilizado posteriormente. En este sentido, la producción de glicerol o glicerina cruda constituye aproximadamente el 10% del total de la producción de biodiesel (Dasari et al., 2005; Karinen y Krause, 2006; Melero et al., 2012); con lo cual se podría predecir que un incremento en la producción masiva de este biocombustible (lo cual se está logrando por considerarse una fuente de energía renovable de grandes beneficios ambientales), trae consigo un aumento inevitable de glicerina cruda como su principal co-.producto.

Tabla 1-2 . Parámetros de calidad de tres tipos de glicerol

Parámetro Glicerol crudo Glicerol purificado

Glicerol refinado grado comercial

Contenido de glicerol (%) 60–90 99.1–99.8 99.2–99.98 Contenido de humedad (%) 1.5–12 0.11–0.8. 0.14–0.29 Cenizas (%) 1.5–4.5 0.05 <0.002 Jabones (%) 3–5 0.5 ND1

Acidez (pH) 4-9 4-9.1 NA2

Cloro (ppm)3 2.5 1.0 0.6-9.5 Sodio (mg.100g-1)3 1418.8 ND ND Metanol (%) <11.0 ND ND Color (APHA) Oscuro 34-45 1.8-10.3 Fuentes: Adaptado de Hazimah et al (2003) y SRS Engineering Corporation, 2008 1NA: No aplica 2ND: No detectable 3Giraldo y Gallo, (En prensa) El glicerol resultante a partir de la industria del biodiesel, contiene ciertas cantidades de jabón y bases, los cuales deben ser neutralizados con un ácido, resultando en general una glicerina cruda con un 60 a 90 % de glicerol (Donkin y Doane, 2007; Elam et al., 2008). La purificación de esta glicerina cruda está prácticamente limitada por el alto costo que trae consigo su refinación para


lograr un glicerol de grado industrial (99% de glicerol). En la Tabla 1-2, se observan algunos parámetros de calidad en tres tipos de glicerol dependiendo de su grado de pureza (Hazimah et al., 2003; SRS Engineering Corporation, 2008).

Según reportes de la National Biodiesel Board (2008), para el año 2007, en el mundo, se produjeron más 450 millones de galones de biodiesel. La Figura 1-2, representa el incremento en la producción de este biocombustible y de glicerina cruda en un periodo comprendido entre los años 2004-2006. En esta grafica se evidencia que la producción de glicerol crudo, incrementa en un factor de casi 4 veces, al pasar de 62 millones de libras a 213 millones de libras entre los años 2005 y 2006 (Yazdani y Gonzalez, 2007; Ayoub et al., 2012). Los reportes presentados por la OECD-FAO (2011), indican que la producción total de biodiesel para el 2019 se proyecta en 10.82 billones de galones, lo que resulta en la entrada al mercado de 5.8 billones de libras de glicerol crudo solo de esta industria, la cual es liderada por los mercados de Estados Unidos y la Unión Europea. Sin embargo, existe un incremento significativo en el sureste de Asia, China (Tomei y Upham, 2009; Rutz et al., 2010) y en Latinoamérica en países como Argentina, Brasil y Colombia (Yañez et al., 2009).

Figura 1-2. Producción de biodiesel y glicerina cruda durante los años 2004-2006

Fuente: Adaptado de Yazdani y Gonzalez, 2007 Para el caso de Colombia, existen ocho diferentes materias primas para la obtención de aceites vegetales, cada una con distintos niveles de productividad y costos asociados. El análisis realizado de la palma africana, soya, girasol, colza, coco, algodón, cacahuete y ajonjolí, muestra a la palma africana (Elaeis guineensis) como la de mayor ventaja competitiva para la producción de

Capítulo 1 11

biodiesel, ocupando más del 60% del área cultivada para la producción de aceite. Colombia, participa con 16 departamentos y 53 municipios agrupados en cuatro zonas con diferentes condiciones climáticas y de suelos para el desarrollo del cultivo de palma de aceite (Figura 1-3) y donde la región centro-oriental produce un 75% del total de aceite Nacional (FEDEPALMA, 2007; CENIPALMA, 2009).

Figura 1-3 . Localización de las áreas plantadas de palma africana (Elaeis guineensis), para la producción de aceite

Fuente: Yañez et al., 2009 Para el año 2007, Colombia puso en marcha seis nuevas plantas de manufactura de biodiesel en la Costa Norte y los Llanos Orientales, las cuales consumieron alrededor de 365.000 toneladas anuales de aceite de palma africana (CORPODIB e INDUPALMA, 2003). Para el año 2008, la producción diaria de biodiesel proveniente del aceite de palma, aumento en aproximadamente 2.4 veces la


generada en el año 2007, pasando de 965.070 litros a 2.384.562 de litros diarios (Castello, 2009).

Por otro lado, información más reciente indica que para el año 2012 se produjeron 489.991 toneladas, frente a 443.037 del año 2011 (FEDEBIOCOMBUSTBLES, 2013). Por consiguiente, un incremento en la producción de biodiesel en el país, implicaría la co-producción anual de aproximadamente 49.000 toneladas de glicerina, las cuales deben ser debidamente aprovechadas para mitigar los enormes impactos ambientales y económicos que traería su almacenamiento y/o descarte.

Figura 1-4 . Uso comparativo de la glicerina durante los años 1995 (a) y 2006 (b)

Fuente: Adaptado de Bondioli, 2003; Pagliaro y Rosi, 2008.

Así mismo, este aumento vertiginoso en la producción de glicerina o glicerol crudo a partir del biodiesel, trae consigo una fuerte reducción en sus precios, pasando su costo de 15 centavos de dólar por libra para el año 2001 a 6 centavos de dólar por libra para el año 2009 (Ayoub et al., 2012), lo que ha provocado aún más, el aumento de su uso y aplicación en diferentes campos de la industria (Figura 1-4).

Capítulo 1 13

1.4 Participación del glicerol o glicerina en la alimentación animal

1.4.1 Utilización de la glicerina en dietas para a nimales, con énfasis en rumiantes

Los usos tradicionales del glicerol o la glicerina, incluyen su aplicación como aditivo, material crudo o refinado en productos alimenticios, farmacéuticos y cosméticos, tabaco, resinas alquídicas y poliuretanos, así como en la producción de ésteres y papel (Bondioli, 2003; Posada y Cardona, 2010). Sin embargo, en la actualidad, sus aplicaciones han abordado otros campos de la industria química, alimenticia y biotecnológica, participando como materia prima en los procesos de síntesis de componentes de valor agregado como son los obtenidos por oxidación, hidrogenolísis, pirólisis y gasificación, al igual que su utilización como un componente en rutas de transformación biotecnológica (compostaje, digestión anaeróbica, conversiones químicas y biológicas para la evaluación de productos), así como para la alimentación animal (Karinen y Krause, 2006; Duane, 2007; Posada y Cardona, 2010; Ayoub et al., 2012), incluyendo su utilización para mejorar las características de calidad y durabilidad de alimentos peletizados para animales, en diferentes condiciones de almacenamiento (Südekum y Schröder, 2008).

El uso de la glicerina como un ingrediente alimenticio para animales, data desde la década del 50. Sin embargo, su utilización se vio limitada, debido a su baja disponibilidad para ese entonces (Fisher et al., 1973; Kerr et al., 2007). Fue sólo a partir de 1990, que las posibilidades de usar glicerol o glicerina como ingrediente en dietas para animales, se incrementaron, debido a su alta producción y bajo costo, comparado con el precio del maíz (Yang et al., 2012), observándole además, ciertas características nutricionales, al ser considerada como una fuente energética con propiedades gluconeogénicas (Cori y Shine 1935; Leng, 1970; DeFrain et al., 2004). Las investigaciones desarrolladas en el área de la alimentación animal con glicerol, incluyen su estudio en animales monogástricos, en los cuales se considera una muy buena fuente de energía, ya que una vez es absorbido, puede ser convertido a glucosa, vía fosforilación a glicerol-3-fosfato y entrar a la gluconeogénesis, para la producción de energía en el hígado de aquellos animales que lo consumen (Mourot et al., 1994; Kerr et al., 2007). Por ello, el glicerol se ha evaluado en dietas para cerdos, debido a su similitud con el grano de maíz y el aceite de soya en su contenido de energía metabolizable (Lammers et al., 2008; Kerr et al., 2009), generando una mayor respuesta en parámetros de crecimiento, desempeño de la lactancia y mejora de la calidad de la carne de cerdos alimentados con glicerol (Kijora y Kupsch, 2006; Schieck et al., 2010; Shields et al., 2011).


En avicultura, investigaciones realizadas por Cerrate et al (2006); Dozier et al. (2008) y McLea et al (2011), encontraron que la utilización de glicerol en dietas para aves de engorde, incrementaron su consumo y conversión alimenticia, sin afectar su crecimiento y la digestibilidad de los nutrientes contenidos en la dieta, mejorando la eficiencia de utilización de la energía suministrada en la ración alimenticia ofrecida. Sin embargo, ha sido en los rumiantes donde más se ha estudiado el efecto del glicerol como fuente energética, ya sea como suplemento (DeFrain et al., 2004; Bodarski et al., 2005; Chung et al., 2007) o como sustituto de un macroingrediente energético como el maíz o la cebada (Donkin et al., 2007; Avila et al., 2011; Carvalho et al., 2011), resaltando su papel gluconeogénico y en algunos parámetros de la fermentación ruminal, así como su participación en la síntesis de algunos metabolitos intermediarios, lo cual se relaciona con la producción y calidad composicional de la leche y /o carne. Por consiguiente, la presente revisión se centrara en el uso del glicerol como ingrediente energético en dietas para rumiantes, con especial énfasis en la ganadería de leche.

1.4.2 Composición química del glicerol procedente de la industria del biodiesel para la alimentación de rum iantes

Las investigaciones desarrolladas en alimentación animal y sobretodo en rumiantes, consideran al glicerol como una fuente energética que puede ser utilizada como suplemento o sustituto en sus dietas, existiendo una mayor prevalencia de su uso como glicerol crudo, puesto que como puro, su costo es más elevado (Drackley, 2008; Donkin, 2008).

La composición química del glicerol crudo, varía dependiendo del tipo de fuente vegetal usada para la extracción de aceite y del grado de pureza (% de glicerol), el cual depende al mismo tiempo del proceso de producción de biodiesel, relacionándose con el tipo de catalizador utilizado, la eficiencia de la transesterificación, impurezas en el material vegetal original, así como en la capacidad de recuperación del metanol y los catalizadores usados (Yang et al., 2012).

El potencial de la glicerina o glicerol crudo como fuente nutricional y alimenticia, aún no está lo suficientemente claro, debido en parte a la variación en su composición química y a la presencia de algunos elementos nocivos para los animales que la consumen. Para el caso de la glicerina proveniente de la industria del biodiesel, esta puede contener entre un 60 y 90% de glicerol (Dasari et al., 2005; Elam et al., 2008). Sin embargo, investigaciones desarrolladas por Yong et al (2001) y Hansen et al (2009), indican que los contenidos de glicerol en la glicerina cruda podrían estar en un rango de 20 a 96%, con un contenido de humedad que oscila entre el 1 y el 12% (Drakley, 2008; Posada y Cardona, 2010).

Capítulo 1 15

Las contribuciones en la ingesta de minerales en la alimentación con glicerol, podría ser un factor importante en el consumo de materia seca y necesitan tenerse en cuenta a la hora de formular una dieta para animales. Investigaciones realizadas por Thompson y He (2006), en las cuales se caracterizaron glicerinas provenientes de aceites de canola, soya, colza, entre otros, indican que el glicerol crudo podría contener en promedio hasta 2.73% de minerales, compuesto principalmente por sodio y potasio. Resultados semejantes encontraron las investigaciones realizadas por Asad et al (2008), los cuales reportaron, un contenido de minerales de 2-3% (principalmente sodio y potasio), en la glicerina cruda proveniente del aceite de girasol.

En contraste, los resultados reportados por Yong et al (2001); Hansen et al (2009), indicaron un contenido de minerales mayores al 29 y 64%, respectivamente (principalmente sales de sodio y cloro), en la glicerina cruda procedente de plantas productoras de biodiesel en Australia a partir de diferentes fuentes vegetales, así como del aceite de palma. Este valor de minerales tan elevado, se debe a una ineficiencia en el proceso de producción del biodiesel, en la cual, las sales de sodio y cloro (proveniente de la fase de neutralización con hidróxido de sodio y ácido clorhídrico, durante el proceso de producción de biodiesel), no lograron ser removidas, precipitándose y concentrándose en el residuo de glicerol.

A diferencia del maíz, los contenidos de proteína en la glicerina son muy bajos o nulos. Los valores reportados por Thompson y He (2006) y Kerr et al (2007), indican contenidos de proteína entre 0.05-0.41% en la glicerina cruda procedente del aceite de soya.

Con relación al contenido de ácidos grasos en la glicerina cruda, estos mismos autores reportan que existe una mayor variabilidad, dependiendo del tipo de fuente vegetal de la cual proviene y del grado de pureza de la misma, encontrándose valores que van desde 0.29 hasta 7.17% para el glicerol proveniente del aceite de soya y de 8.88 a 11.68% para el glicerol procedente del aceite de colza y canola, respectivamente (Thompson y He, 2006). Así mismo, las investigaciones realizadas por Yong et al (2001), reportaron un promedio de 6.6% de ácidos grasos, contenidos en el aceite de palma (en un rango de 2.7-10.7%), donde los ácidos grasos de mayor proporción fueron los C6:0 (Caproico), C8:0 (Caprílico), C10:0 (Caprico), C12:0 (Láurico) y C14:0 (Mirístico) de los cuales, los ácidos C6:0 y C8:0 representaron el 34.5% de los ácidos grasos de cadena corta, los ácidos C10:0 y C12:0, representaron el 56.5%, de los ácidos de cadena media, el 3.1% de los ácidos grasos saturados, correspondieron a los ácidos C16:0 (Palmítico) y C18:0 (Esteárico), siendo el 5.5 %, los ácidos grasos insaturados de cadena larga C18:1c9 (Oléico) y C18:2 c9 c12 (Linoléico).

El valor energético de la glicerina cruda, se relaciona principalmente con sus altos contenidos de glicerol (azúcar-alcohol). Las investigaciones realizadas por Thompson y He (2006), reportan valores de glicerol desde 75.5 hasta 83.8% (representados por la molécula de glicerol), en glicerinas crudas de aceite de


colza, soya, canola y mostaza. Resultados similares reportan Giraldo y Gallo (En prensa), en la glicerina del aceite de palma africana, donde el contenido de glicerol fue de aproximadamente un 88%.

Sin embargo, debido a que el glicerol no se ha utilizado como un macroingrediente, no existe mucha información sobre el aporte de energía, que este presentaría en dietas para rumiantes. Al respecto, Schröder y Südekum. (1999), reportaron valores de energía neta de lactancia entre 1.98 y 2.26 Mcal.KgMS ENL

-1, cuando alimentaron ovejas y vacas lecheras con glicerina de un 80% de pureza en dietas con una relación forraje: concentrado 40:60, siendo igual o mayor que los valores reportados para el grano de maíz. La diferencia en estos valores de energía para la glicerina utilizada en este estudio, se presentó a causa de los altos contenidos de almidón dentro del concentrado (55 vs 40%, concentrado alto y bajo en almidón, respectivamente), resultando en una reducción de la digestibilidad de la fibra por la inclusión de 20% de glicerina en la dieta alta en almidón, comparada con una dieta baja en almidón, con los mismos niveles de inclusión de glicerina. Resultados similares reportaron las investigaciones desarrolladas por Lebzien y Aulrich (1993); DeFrain et al (2004), en las cuales se estimaron valores de 2.28 y 1.91 Mcal.kgMS-1 de NEL, respectivamente, en vacas de lactancia temprana y media, suplementadas con glicerol. Por lo tanto, el valor económico de la energía procedente del glicerol puede ser comparada directamente con la del grano de maíz (Donkin y Doane, 2007; Drackley, 2008).

Una consideración importante sobre el uso de glicerol crudo como ingrediente en las dietas para animales, son las impurezas que pueden estar presentes, tales como el metanol, proveniente del proceso de transesterificación durante la producción de biodiesel y el cual es considerado nocivo, debido a la síntesis de compuestos tales como, formaldehido y ácido fórmico en el hígado, siendo este último responsable de los efectos tóxicos, además de una posible utilización del metanol para producir metano, a partir de su fermentación en rumen por algunas bacterias metanógenas (Czerkawski y Breckenridge, 1972; Pol y Demeyer, 1988; Jarvis et al., 1997).

Investigadores, como Thomspon y He (2006), reportan contenidos de metanol de 25.07, 26.06 y 28.2%, para las glicerinas producto del aceite de canola, soya y colza, respectivamente. Así mismo, Schröder y Südekum (1999), encontraron valores de hasta 26.7% de metanol en las glicerinas de aceite de soya de baja pureza (<30%), por lo que se consideran fuentes de glicerol no aptas para consumo tanto de rumiantes como de no rumiantes.

Por otro lado, las investigaciones realizadas por DeFrain et al (2004) y Parsons et al (2008), reportan niveles mucho menores de metanol en glicerina procedente de aceite de soya, que oscilan entre 1 y 1.3%, respectivamente. Aunque el metanol no es un compuesto común formado durante el proceso fermentativo de los rumiantes, este se ha reportado particularmente durante la hidrólisis de las

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pectinas por los bacterias del rumen (Wright,1961; Stewart, 1991; Relling y Mattioli, 2002); sin embargo, según la Food and Drug Administration de Estados Unidos, contenidos mayores a 0.5% de metanol en dietas para animales, pudieran ser inseguros, por presentar sus efectos nocivos, siendo más acentuados en rumiantes jóvenes y monogástricos (Drackley, 2008; Sellers, 2008).

1.4.3 Fermentación y metabolismo del glicerol: Efe ctos en la digestión y algunos parámetros fermentativos en rumiantes

1.4.3.1 Fermentación del glicerol en rumen

El glicerol es fermentado en rumen produciendo ácidos grasos volátiles, principalmente. Las bacterias lipolíticas, así como las Selenomonas ruminantium y Selonomonas dextrinosolvens son los grupos de mayor participación en la fermentación del glicerol, produciendo además metabolitos diferentes a los tres principales ácidos grasos volátiles (acético, propiónico y butírico), tales como, succínico, láctico, CO2 y CH4 (Hobson y Mann 1961; Czerkawski y Breckenridge, 1972; Trabue et al., 2007; Krehbiel, 2008; Abo et al., 2010;). La Figura 1-5, representa un esquema simplificado de la fermentación del glicerol a ácido propiónico por los microorganismos ruminales.

Figura 1-5 . Esquema simplificado de la fermentación de glicerol a propionato por los microorganismos del rumen.

Glicerol

Glicerol 1-P

Triosa-P

Piruvato

Oxaloacetato

Malato

Fumarato

Succinato

Propionato

Fuente: Adaptado de Wytske et al (1973). Esquema simplificado de la fermentación del glicerol a propionato por las bacterias del rumen: glicerol propionato+2ATP (FADH: flavoproteína reducida)

ATP

NADH

NADH

2 ATP

1 ATP

FADH


En las primeras investigaciones sobre la fermentación del glicerol por los microrganismos ruminales, se reporta que este es fermentado en ácido propiónico, principalmente (Wright, 1969). Bergner et al (1995), utilizando glicerol marcado con carbono 14 (14C-glicerol), reporta que la mayoría del glicerol es convertido a propionato. Las investigaciones de DeFrain et al (2004), encontraron un aumento en las concentraciones de propionato, cuando se suplementaba con 430 y 860 gramos.día-1 de glicerol en vacas de lactancia temprana, resultados que son concordantes con los de Wang et al (2009a), quienes suplementando novillos con 100, 200 y 300 gramos.día1 de glicerol, reportaron un incremento en la proporción molar de propionato en el rumen, comparado con la dieta control sin glicerol. Así mismo, Remond et al (1993), quienes suplementaron con 240 y 1200 gramos.día1 de glicerol a vacas canuladas a rumen, reportan que la concentración de propionato y butirato, en el total de ácidos grasos volátiles, se incrementa a expensas del acetato, resultados que concuerdan con los presentados por Kijora et al (1998) y lee et al (2011), quienes administraron 200 gramos de glicerol a novillos canulados al rumen y suplementaron dietas de alfalfa y ensilaje de maíz con 20% de glicerol en cultivos in vitro, respectivamente, encontraron una disminución en la relación acetato:propionato, debido a una mayor producción de propionato con disminución en la proporción de acetato. Por otro lado, Schröder y Südekum (1999), observaron mayores concentraciones de propionato, con un incremento lineal en las concentraciones de butirato y ácido láctico, cuando suplementaron con 1.1 kg de glicerol a novillos canulados a rumen, comparados con el control (sin suplementación de glicerol). Sin embargo, tal como lo sugiere dicha investigación, los productos de la fermentación del glicerol, dependen de los demás ingredientes de la dieta en la que es incluido, ya que en dietas altas en granos con menor proporción de fibra, se podría presentar una mayor concentración de compuestos tales como el lactato, trayendo consigo efectos negativos en cuanto a la degradación de la fibra y algunos desordenes metabólicos en rumen. Por su parte, Trabue et al (2007), quienes utilizaron 10% de glicerol como único substrato con relación al fluido ruminal en fermentaciones in vitro durante 24 horas de incubación; encontraron un incremento lineal en las cantidades de propionato, además de un aumento en la proporción molar de butirato, con una menor producción de lactato. Todos estos resultados, indican entonces que el glicerol contribuye a la fermentación microbiana utilizándose como fuente de energía, y es el propionato, el principal producto de su fermentación, cuando este es incluido en dietas para rumiantes (Griffith, 1952; Garton et al., 1961; Bergner et al., 1995; Kijora et al., 1998; Wang et al., 2009a; Lee et al., 2011). Hasta ahora, las investigaciones han reportado que el glicerol, una vez entra al rumen sufre una rápida fermentación, sin embargo, ha sido difícil establecer una

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relación entre el glicerol fermentado en rumen y aquel que se absorbe directamente (Bergner et al., 1995; Drackley, 2008). En este sentido, Remond et al (1993), suplementaron con 240 y 480 gramos de glicerol a vacas canuladas a rumen y alimentadas a base de ensilaje de maíz, indicaron que existe una fermentación del glicerol en rumen dentro de las primeras 4-6 horas, estimando que un 52%, del glicerol administrado, se absorbió como glicerol a través del epitelio ruminal y el 48% restante, fue transformado en propionato dentro del rumen, sugiriendo además, que cuando el glicerol se administra de manera directa al rumen, una importante fracción de este puede ser absorbida directamente a través de las paredes del rumen. Por su parte, Kijora et al (1998), quienes administraron 200 gramos de glicerol en novillos canulados y adaptados durante 7 días a la alimentación con glicerol, reportan que más del 85% de glicerol desapareció dentro de las 2 horas post-alimentación, durante el primer día, encontrando además un aumento de glicerol en el plasma de 0.06 mM comparado con la concentración de glicerol de 0.019 mM, para el tratamiento control (sin suplementación de glicerol), indicando una absorción directa del glicerol desde el rumen, pero sin encontrar cantidades apreciables de este en duodeno.

Por su parte, investigaciones realizadas por Bergner et al (1995), adicionando 50, 100, 150 y 250 mg de glicerol marcado con Carbono 14 (14C-glicerol), en fermentadores in vitro con líquido ruminal, indicaron que la tasa de desaparición del glicerol, depende de la cantidad adicionada y del tiempo de incubación, encontrando que más del 90% del glicerol desapareció dentro de las 2 (50 gramos de glicerol), 4 (100 gramos de glicerol) y 6 (150 y 250 gramos de glicerol) horas de incubación, convirtiéndose la mayor parte de este en propionato (89% del glicerol adicionado). En un trabajo complementario, Trabue et al (2007), indican que más del 80% del glicerol es metabolizado por los microorganismos del rumen durante las 24 horas de incubación in vitro, sugiriendo además, que la fermentación ruminal del glicerol podría contribuir a su papel gluconeogénico, por ser precursor del propionato en rumen o a través de su absorción como glicerol intacto desde el epitelio ruminal. Las investigaciones de Kristensen y Raun (2007), reportan que solo el 10% de glicerol intacto fue recobrado como glicerol en la vía porta, aun cuando se administraron 925 g/d a vacas vía cánula ruminal; sin embargo, la mayor parte de este fue tomado directamente por el hígado, convirtiéndose allí en glucosa. Estos resultados indicaron que la absorción del glicerol es de alguna manera limitada, aún con altas cantidades suministradas en la dieta, ya que este es fermentado en rumen, produciendo propionato, principalmente. Por el contrario, las investigaciones de Werner (2013), en las que adicionó 400 gramos-día de glicerol (89% de pureza), vía cánula ruminal en vacas de la raza Holstein, reportó que aproximadamente el 60% del glicerol adicionado, se absorbió a través del epitelio ruminal, indicando, que solo el 30% de la cantidad de glicerol, fue fermentado por los microrganismos del rumen con una tasa de degradación microbiana 6.8 y 10.6 %.h-1, mientras que el 10% restante paso hacia el omaso.


Por consiguiente, aunque se encuentren resultados contrastantes sobre la proporción de glicerol que es fermentado en rumen y aquel que es absorbido directamente, de manera general se sugiere que la retención de glicerol dentro del rumen, depende tanto de su velocidad de absorción, así como de su tasa de pasaje, las cuales no parecen ser tan altas, como para evitar su fermentación por los microrganismos ruminales, debido en parte a los efectos del glicerol sobre la acumulación de los AGV´s en el rumen, sobretodo de propionato (Kijora et al., 1998; Donkin y Doane, 2007; Krueger et al., 2010). Por otra parte, el glicerol que escapa de la fermentación ruminal y es absorbido como tal, tiene una ventaja con relación al propionato y al mismo propilenglicol, a nivel de su metabolismo hepático, debido a que este ingresa a la gluconeogénesis por la vía de las triosas-fosfato, la cual metabólicamente es muy cercana a la glucosa. Además, el glicerol no depende de la tasa limitante de las enzimas Piruvato-carboxilasa así como de la Fosfoenolpiruvato-carboquinasa, para la conversión a glucosa por la vía de la glicerolquinasa, logrando cierta eficiencia energética (Leng, 1970; DeFrain et al., 2004).

1.4.3.2 Efectos de la suplementación alimenticia c on glicerol en algunos parámetros de la fermentación ruminal

La suplementación de dietas para rumiantes con glicerol también puede afectar otros parámetros de la fermentación ruminal, así como la degradación de algunas fracciones químicas contenidas en los alimentos. Las investigaciones desarrolladas por Kijora et al (1998), mostraron un descenso en los valores de pH ruminal cuando se suplementaba con 200 gramos de glicerol en novillos canulados, pasando de 6.32 a 5.42 (Sin suplementación de glicerol vs 200 gramos glicerol-animal-día, respectivamente), indicando una posible acidosis ruminal. Estos resultados son concordantes con los reportados por Wang et al (2009a), quienes encontraron un descenso lineal en el pH ruminal cuando suplementaron con 300 gramos.día-1 de glicerol en novillos canulados al rumen. Igualmente, las investigaciones de Lee et al (2011), en las que suplementaron con 20% de glicerol en dietas que contenían heno de alfalfa y ensilaje de maíz en fermentadores continuos in vitro, reportaron un descenso en el pH ruminal de 6.60 a 6.42 en las dietas con heno de alfalfa y de 6.31 a 6.17 en dietas con maíz. Sin embargo, en el trabajo reportado por Abo et al (2010), no se encontraron descensos en los valores de pH ruminal a las 24 horas, cuando suplementaron hasta con 108 gramos.kg-1 de materia seca de glicerol (correspondiente al 10.8% de glicerol) en dietas de heno alfalfa y un suplemento comercial, en sistemas de fermentación continuos in vitro; resultados que concuerdan con los reportados por Marín y Correa (2011), quienes no encontraron una disminución en los valores de pH ruminal a las 24 y 48 horas de fermentación, cuando adicionaban hasta un

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20% de glicerol en dietas de forraje Kikuyo (Pennisetum clandestinum) y Brachiaria (Brachiaria decumbens), en un sistema de producción de gas in vitro. La diferencia entre estos resultados, puede ser atribuible al mismo tipo de dieta basal donde el glicerol es adicionado, ya que la disminución en los valores de pH ruminal, se notaron en dietas con una alta inclusión de ensilajes, henos y granos de maíz y cebada, presentando un alto contenido de almidones (>40% de la MS) y bajos contenidos de fibra (<40% de la MS), lo que podría provocar un descenso en el pH, cuando estos son degradados y fermentados en rumen, contrario a lo que podría suceder en dietas con mayor cantidad de fibra, donde la adición de glicerol como una fuente energética rápidamente fermentable, podría presentar efectos positivos en el ambiente ruminal y en el crecimiento y actividad de los microorganismos del rumen. La suplementación de dietas para rumiantes con glicerol, también ha tenido un impacto sobre la actividad proteolítica del rumen. Las investigaciones desarrolladas por Kijora et al (1998), indican una reducción en la síntesis de proteína microbiana cuando suplementaron con 200 gramos de glicerol. Por su parte, Paggi et al (1999), encontraron, una disminución en la actividad proteolítica del rumen de aproximadamente un 20 %, cuando se incrementaban las cantidades de glicerol de 50 a 300 mM, en los cultivos in vitro, con disminución en la concentración de amonio en el medio. Sin embargo, más recientemente Wang et al (2009a), en los que suplementaron con 100, 200 y 300 gramos.día-1 de glicerol, en novillos canulados a rumen, sugirió que la reducción en las concentraciones de amonio en el rumen con relación al aumento de los niveles de glicerol en la dieta, podría ser debido a un aumento en la eficiencia de utilización del nitrógeno para el crecimiento de las poblaciones microbianas, cuyo crecimiento y actividad, dependen en gran medida de la disponibilidad de carbohidratos altamente fermentables y del Nitrógeno en rumen, el cual para las bacterias celulíticas, este se deriva a partir del N-amonio, principalmente (Russell et al., 1992; Dijkstra et al., 2005; Hristov et al., 2005). Así mismo, la excreción urinaria de alantoína y de algunos derivados púricos (DP), aumentaron con la suplementación de glicerol en estos animales, siendo más alta con las dosis de 200 gramos.día-1 (71.07 mmol.día-1), media con el nivel de 300 gramos.día (67.16 mmol.día-1) y baja (65.67 mmol.día-1) con el tratamiento control, sugiriendo un aumento en la síntesis de proteína microbiana con relación al incremento en los niveles de glicerol en la dieta de estos animales, lo que podría llegar a ser beneficioso para el ganado de alta producción, al obtener un mayor flujo de proteína microbiana al intestino Estos resultados concuerdan con los de Lee et al (2011), en los cuales se encontró una disminución del amonio ruminal, cuando suplementaron hasta con un 20% de glicerol en dietas de heno de alfalfa y ensilaje de maíz, comparados con el tratamiento control (63.4 a 58.7mg.100ml-1 y de 42.5 a 38.4 mg.100 ml-1, para las dietas de heno de alfalfa y maíz, respectivamente), argumentando un mejor aprovechamiento del nitrógeno amoniacal por parte de los microorganismos ruminales, al utilizar el glicerol como una fuente de energía para su crecimiento.


Sin embargo, las investigaciones de Donkin et al (2009), en las que remplazo parte del grano de maíz, en una ración para vacas lecheras, (que contenía leguminosas forrajeras, ensilaje de maíz y suplementos proteicos), por diferentes niveles de glicerol (0, 5, 10 y 15% de la dieta en base seca), no encontraron efectos en la síntesis de proteína microbiana, cuando se alimentó con los diferentes niveles de glicerol, indicando que cualquier cambio en la eficiencia de utilización del nitrógeno, se podría atribuir a cambios en el metabolismo de este a nivel posruminal, ya que en esta misma investigación encontraron una disminución del Nitrógeno ureico en leche (MUN), con la adición de glicerol en sus dietas. Debido a que el glicerol es fermentado en rumen, principalmente a propionato, podría plantearse la hipótesis que las emisiones de metano entérico disminuyen a causa de su relación inversa con el aumento en las concentraciones de este ácido graso volátil (Russell, 1998; Moss et al., 2000). Sin embargo, hasta el momento solo se han desarrollado pocas investigaciones que ayuden a sustentar esta teoría. Avila et al (2011), utilizando sistemas de fermentación in vitro, suplementaron con hasta 210 gramos.kg-1 de materia seca de glicerol (99.5% de pureza), en dietas que contenían grano y ensilaje de cebada; en sus resultados no hubo efectos en comparación con el tratamiento control (sin adición de glicerol), en la producción de gas a las 48 horas de fermentación (163.3 vs 154.4 ml.gramos de materia seca-1), al igual que en la producción de metano, relacionado a la materia seca incubada (7.5 vs 7.1 mg.gMSi-1) y a la degradada (12.4 vs 11.3 mg.gMSd-1). Contrario a estos resultados, las investigaciones de Lee et al (2011), en los que utilizaron los siguientes Tratamientos: 0.5 g de glicerol (99.0% de pureza) (T1); 0.5 g de alfalfa y maíz (T2 y T3, respectivamente); 0.5 g de alfalfa o maíz + 0.1 gramos de glicerol (T4 y T5), reportaron una disminución a las 24 horas de incubación in vitro, en la producción de metano, cuando se adicionaba glicerol en las dietas con alfalfa (17.9 vs 14.9 ml.gMSd-1, para T2 y T4, respectivamente ) y maíz (29.6 vs 25.8 ml.gMSd-1, para T3 y T5, respetivamente). Sin embargo, aunque la producción de metano disminuyo en el tratamiento con solo glicerol (T1) durante las primeras horas de incubación in vitro (2.88 ml.gMSd-1 vs 8.86 y 19.63 ml.gMSd-1, para glicerol vs alfalfa y maíz, respectivamente), este mismo se incrementó rápidamente después de las 12 horas de incubación, sin presentar diferencias en cuanto a la producción de CH4, al compararse con el producido por solo la alfalfa o la alfalfa con glicerol durante las 24 horas de incubación, indicando una posible adaptación de los microorganismos ruminales para producir metano a partir del glicerol. Así mismo, estos investigadores indican que el descenso inicial en la producción de metano con solo glicerol, pudo deberse al largo periodo “Lag” (Periodo prefermentativo) en la fermentación del glicerol, comparado con los demás tratamientos (7.9 vs 4.4, 4.2, 4.7 y 4.8 horas, para T1 vs T2, T3, T4 y T5), sugiriendo la necesidad de la adaptación microbiana a substratos rápidamente fermentables como el glicerol.

Capítulo 1 23

Por su parte, Avila et al (2013), en los que utilizo niveles crecientes de glicerol de 5, 10 y 15% en dietas a base de heno y ensilaje de maíz, encontraron un incremento en la concentración de metano por unidad de MSd (2.6 vs 3.6, 4.5, 4.9 mg CH4.gMSd-1, para 0, 5, 10 y 15 de glicerol, respectivamente) , indicando que el aumento en la proporción molar de propionato no siempre está asociado con la reducción en la concentración de metano. Según Czerkawski y Breckenridge (1972); Kijora et al (1998); Trabue et al (2007), la fermentación del glicerol en un ambiente ruminal adaptado, produce también otros metabolitos diferentes al propiónico, como H2, los cuales podrían ser usados por los microorganismos metanogénicos para producir metano, a partir del CO2 producido en el ambiente ruminal, durante los procesos fermentativos de los carbohidratos, especialmente de los estructurales (Moss et al., 2000; Relling y Mattioli, 2002; Janssen, 2010). Así mismo, los contenidos de metanol presentes en el glicerol crudo, podrían inducir a un aumento en la producción de metano, ya que este puede servir como substrato para algunas bacterias metangénicas del rumen (Pol y Demeyer, 1988). En este sentido, Van Cleef et al (2013), utilizando cultivos de fermentación in vitro, durante 24 horas, encontraron un aumento en la concentración de CO2 y CH4 (aunque no significativa estadísticamente) de un 17 y 23% para cada gas, cuando incubaron dietas a base de ensilaje de maíz con 15% de glicerina cruda y con el inóculo ruminal adaptado a la inclusión de glicerina. Por consiguiente, es necesario desarrollar más estudios que permitan dilucidar el efecto de la alimentación con glicerol sobre la producción de metano, teniendo en cuenta la adaptación que los microorganismos ruminales pueden presentar cuando el glicerol se suministra de manera continua. Además, estos resultados in vitro deben ser comparados con aquellos obtenidos in vivo, donde no se han encontrado efectos en la producción de metano en dietas con glicerol (Lage et al., 2013; Silva et al., 2013; Ribeiro et al., 2013), lo cual podría deberse a un escape del glicerol de la fermentación ruminal o a su absorción directa desde el rumen (Avila et al., 2013).

1.4.3.3 Efectos del glicerol o glicerina sobre la digestibilidad ruminal y total de algunos componentes dietarios

Los efectos de la alimentación con glicerol sobre la digestión de la fibra y otros componentes dietarios, ha sido objeto también de varias investigaciones y discusiones. Roger et al (1992), evaluaron el efecto de la adición de glicerol en cultivos in vitro, sobre el crecimiento, adhesión y actividad celulolítica de las especies bacterianas Ruminococcus flavefaciens y Fibrobacter succinogenes, estos encontraron que las concentraciones bajas (0.1 a 1% de glicerol), no afectaron ninguno de los parámetros evaluados en estas estas dos especies, sin embargo, las concentraciones mayores al 5% de glicerol en el medio de cultivo, produjeron efectos negativos sobre el crecimiento y la actividad celulolítica de estas dos bacterias y del hongo Neocallimastix frontalis, afectando así la digestibilidad de la materia seca y de los componentes de la pared celular.


Por otra lado, Paggi et al (2004), adicionaron 0, 100, 200 y 300 mM de glicerol en medios de cultivos in vitro con heno de avena y carboximetilcelulosa , reportando una disminución de la degradación in vitro de la materia seca de un 8 a un 15%, para ambos substratos, cuando se adicionó al medio de cultivo 200 y 300 mM de glicerol, comparados con el tratamiento control, debido al detrimento en la actividad celulítica, por una disminución en algunas poblaciones de hongos, cuando adiciono glicerol en los cultivos de fermentación.

Estos resultados son concordantes con los reportados por Abo et al (2010), en los que se observó una disminución en la digestibilidad in vitro de la fibra en detergente neutro (DIVFDN), cuando adicionó 7.2 y 10.8% de glicerol, en dietas que contenían un 60% de heno de alfalfa y concentrado, siendo atribuible a un descenso en la población de bacterias Butyrivibrio fibrisolvens (especie clave para la digestión de la fibra en el rumen), en respuesta a los niveles de 7.2 y 10.8% de glicerol adicionado en el medio de cultivo. Resultados semejantes encontraron Duque y Cadavid (2011), quienes utilizaron un 15% de glicerol en dietas de pasto kikuyo (Pennisetum clandestimun), en un sistema de rumen artificial de tipo semi-continuo (RUSITEC®), reportaron una diminución en la digestibilidad de la FDN (41.9 vs 38.4% control vs glicerol, respectivamente), sin afectar la digestibilidad in vitro de la MS; resultados que se deben tener en cuenta, principalmente para aquellos sistemas de alimentación basados en forrajes y otras materias primas celulósicas, debido a una disminución en la degradación de la fibra por parte de los microorganismos ruminales. En contraste, los resultados de Krueger et al (2010), en los que se adiciono glicerol en 0, 5, 10, 20 y 40% (como porcentaje de la dieta en MS), en dietas con heno de alfalfa, utilizando fermentadores in vitro, no encontraron disminución en la degradación de la FDN del heno a las 48 Horas de incubación in vitro, cuando se suplemento hasta con 20% de glicerol (45.73, 53.48, 51.20, 50.15%, para 0, 5, 10, 20%, respectivamente), sugiriendo que la suplementación con niveles más altos 20% de glicerol, podrían afectar negativamente la degradación de la fibra, sustentado en parte por la disminución al mismo tiempo de la tasa de degradación de esta fracción, con un nivel de inclusión de 40% de glicerol en esta dieta.

Sin embargo, en las investigaciones de Avila et al (2011), reportan un incremento lineal de la digestibilidad in vitro de la materia seca, cuando adicionaron 70, 140 y 210 g.kg-1 de materia seca de glicerol a dietas que contenían grano y ensilaje de cebada. Al respecto, Van Cleef et al (2013), en sus recientes investigaciones, concluyen que los efectos de la glicerina sobre la digestibilidad ruminal in vitro de las diferentes fracciones del alimento base, está influenciada por la exposición del animal donante a la glicerina. Estos investigadores, utilizando una técnica de producción de gas in vitro durante 24 horas, incluyeron en dietas a base de maíz y soya 0 y 15% de glicerina, encontrando una disminución de la digestibilidad de la materia seca, cuando el inóculo ruminal era obtenido de animales que no habían sido alimentados con glicerina; mientras que la digestión de estos mismos componentes, incrementó, en respuesta a la adición de glicerina en el medio de

Capítulo 1 25

cultivo ruminal, cuando el inóculo era obtenido de aquellos animales adaptados a la inclusión de glicerina en sus dietas. A estas mismas conclusiones llegan las investigaciones previas de Remond et al (1993) y Kijora et al (1998), quienes resaltan la importancia de adaptar los microorganismos ruminales al suministro continuo de glicerol como parte de la dieta de los rumiantes, lo que provocaría un cambio significativo en los patrones de fermentación y degradación ruminal. Al respecto, Ferraro et al (2009), indicaron que la fermentación in vitro del glicerol adicionado en dosis de 320 y 640 µl en el medio de cultivo, presentó una disminución en la Tasa de producción de gas (h-1), y un aumento en la fase Lag, comparado con otras fuentes energéticas como la melaza o el propilenglicol. Por el contrario, Krueger et al (2010), adicionando niveles de glicerol 0, 5, 10, 20 y 40% (como parte de la MS de la dieta a base de heno alfalfa), indicaron una disminución de la Tasa de producción de gas solo con los niveles de 20 y 40% de glicerol y un aumento de la fase Lag, solo con el 40% de inclusión, sugiriendo que niveles mayores al 20% de glicerol, podría presentar efectos negativos en la actividad de los microrganismos ruminales, y por lo tanto afectar la digestión de ciertas fracciones del alimento. Sin embargo, como lo indica Remond et al (1993), el continuo suministro de glicerol como parte de la dieta, conlleva a una adaptación por parte de los microorganismos ruminales, provocando un incremento en la Tasa de producción de gas y una disminución de la fase Lag de los componentes dietarios

Por los efectos en la digestión in vitro de algunos fracciones del alimento, cuando se incluye glicerol en dietas para rumiantes, es de esperar que los resultados in vivo sean semejantes. En los estudios realizados por Wang et al (2009a), en los que se alimentaron novillos Simmental, con una dieta a base de 60% de tallos de maíz, 40% de un concentrado y 100, 200 y 300 gramos de glicerol.día, se encontró que la Degradabilidad Efectiva “DE” de la materia seca (DMS) y de la FDN (DFDN), del componente fibroso de la dieta, incremento cuando se suplemento con los diferentes niveles de glicerol.animal.día-1, al compararse con el tratamiento control (sin suplementación de glicerol), como consecuencia en la mejora de su Tasa de degradación y la fracción potencialmente degradable, al alimentar con glicerol, sugiriendo una mejora en el crecimiento y actividad microbiana, al utilizar el glicerol como fuente energética en al ambiente ruminal. Igualmente, la digestibilidad aparente de la MO, FDN, de la fracción lipídica y proteica en el tracto total, se incrementaron linealmente en relación al aumento de los niveles de glicerol.

Estos resultados son concordantes con las investigaciones desarrolladas por Donkin et al (2009), en las que se remplazó parte del grano de maíz en la ración de vacas lecheras, con diferentes niveles de glicerol (0, 5, 10 y 15% de glicerol con relación al consumo de la materia seca total ofrecida), encontraron un aumento en la digestibilidad aparente en el tracto total de las fracciones químicas (MS, MO, y PC) del alimento, sin afectar la digestibilidad de la FDN con relación a los niveles crecientes de glicerol en la dieta. En contraste, Schneider (2010), sustituyo con 0, 4 y 8% el gluten de maíz por glicerina, en dietas para novillas, a


base de ensilaje de maíz (60% de la MS ofrecida), encontrando una disminución en la digestibilidad aparente de la MS, MO con los niveles crecientes de glicerina. Lo cual fue atribuible a la misma disminución en la digestibilidad de la fracción fibrosa de la dieta. Así mismo, al tratarse de una dieta con una alta proporción de ensilaje de maíz, la inclusión de glicerina podría haber provocado un descenso en el pH ruminal de una manera más acentuada (al tratarse de un azúcar-alcohol de rápida fermentación), afectando principalmente a las bacterias celulolíticas del rumen y la subsecuente disminución en la degradación y digestión de la fracción fibrosa en este tipo de dietas.

Por otro lado, los resultados de Schröder y Südekum (1999), no encontraron diferencias en la degradación y digestión en el tracto total de las diferentes fracciones químicas (MS, FDN, MO), cuando se suplemento hasta con 10% de glicerol en dietas a base de alfalfa y concentrado en una relación 40:60. Resultados concordantes con Kass et al (2012), quienes alimentaron con 1, 2 y 3 kg de glicerol como remplazo de la harina de cebada en dietas para vacas Holstein canuladas a rumen, a base de ensilaje de gramíneas, encontraron que los niveles crecientes de glicerol no presentaron efecto alguno sobre la degradabilidad in situ de la MS, así como en los componentes fibrosos y proteicos de la dieta, lo cual fue soportado en parte por algunos parámetros fermentativos como el pH y la concentración total de AGV´s, los cuales no se vieron afectados con la adición de glicerol, en esta dieta, lo que conlleva al mismo tiempo a no afectar la actividad microbiana del rumen.

1.4.4 Efectos del glicerol en la alimentación de g anado lechero

El uso del glicerol o glicerina en dietas para ganado lechero, se ha utilizado como un suplemento más dentro de la dieta, en diferentes etapas de la lactancia (Fisher et al., 1973; Bodarski et al., 2005; Chung et al., 2007; Wang et al., 2009b) o como sustituto del maíz o cebada (Donkin et al., 2009; Carvalho et al., 2011; Kass et al., 2012). Estas evaluaciones han determinado los efectos del glicerol en varios parámetros del desempeño productivo, como la producción y calidad composicional de la leche, efectos en el consumo de los demás componentes alimenticios de la ración y en la prevención de desórdenes metabólicos como la cetosis, en vacas de transición.

Al respecto, DeFrain, et al (2004), evaluaron la suplementación con glicerina (con un 80.2 % de glicerol) en niveles del 0, 430 y 860 gramos-día en dietas TMR (Raciones Totalmente Mezcladas) a base de alfalfa, maíz y soya, sobre la respuesta productiva de vacas lecheras de la raza Holstein en el periodo de transición (14 días preparto-21 días posparto). Los resultados encontrados indicaron que la suplementación con glicerol no afecto las concentraciones de glucosa, insulina, ácidos grasos no esterificados (NEFA´s) y β-hidroxibutirato (BHBA), en el preparto. Sin embargo, durante el periodo posparto las concentraciones de glucosa en sangre tendieron disminuir, mientras que El BHBA

Capítulo 1 27

tendió a incrementar para las vacas suplementadas con glicerol comparadas con la dieta control (65.8 vs 63.0 y 60 mg.dl-1, para T0 vs T1 y T2, respectivamente). Con relación a la disminución de glucosa en plasma durante el periodo posparto, estos autores atribuyen dicha respuesta al aumento en la concentración molar de Butirato en el líquido ruminal con la suplementación de glicerol en estos animales, lo cual indujo a un incremento en la concentración de BHBA durante este periodo. Así como lo indican estos mismos autores, dada la relación inversa entre la concentración de glucosa en plasma y las concentraciones de BHBA en estos animales, estos resultados sugieren que la suplementación con glicerol, pudo haber contribuido a la síntesis de cuerpos cetónicos, durante el periodo de transición, por el incremento en la concentración molar de butirato y su subsecuente aumento en la concentración de BHBA en sangre. Por otro lado, las vacas que fueron suplementadas con 430 y 860 g-día de glicerina, disminuyeron el consumo de materia seca durante el período preparto, comparadas con las vacas del grupo control (10.8 y 11.3 vs 13.3 kg.día-1 de MS consumida, respectivamente). Sin embargo, durante el periodo posparto, el consumo de materia seca no se vio afectado con relación a los niveles crecientes de suplementación con glicerol. Respecto a los parámetros de producción y calidad composicional de la leche durante este ensayo, la alimentación con glicerol en estas vacas, no presento algún efecto, excepto a la tendencia en la disminución de los contenidos de grasa láctea, atribuyendo este resultado a un descenso en la concentración de acetato (precursor lipogénico), durante la fermentación del glicerol a nivel ruminal, lo que conllevaría a un detrimento en la síntesis de grasa láctea en la glándula mamaria. Sin embargo, aunque las investigaciones Fisher et al (1973); Bodarski et al (2005); Chung et al (2007); Carvalho et al (2011), en los que se alimentó con glicerol a vacas en periodo de transición, encontraron la misma respuesta en cuanto al aumento en las concentraciones de BHBA en plasma, durante los primeros 21 días posparto, sin embargo, estos fueron menores a 1.4 mmol.L-1, valor que indicaría una posible cetosis subclínica durante el periodo de transición. Así mismo, en la opinión de Firkins et al (2006) y Carvalho et al (2011), el aumento en la concentración de BHBA en plasma cuando se alimenta con glicerol no se puede determinar solo con el aumento en la concentración de butirato, para ello es necesario relacionar esta respuesta con otras variables como el consumo de materia seca, cambios en el peso y en la condición corporal, así como en la producción y calidad composicional de la leche, variables que no se afectaron de manera negativa con la inclusión de glicerol en estas últimas investigaciones.

Por su parte, Osborne et al (2009), quienes suplementaron con 10 y 20 gramos de glicerol.Litro-1 de agua consumida, como parte de la dieta de vacas multíparas de la raza Holstein en el periodo de transición, encontraron que el consumo de materia seca en el posparto fue más bajo en las vacas suplementadas con glicerol, comparadas con el grupo control (sin suplementación de glicerol), Así mismo, el glicerol, disminuyo la concentración plasmática de la glucosa en este periodo, lo cual fue atribuible a la disminución en el consumo de materia seca durante el posparto, con una subsecuente reducción en la absorción de


propionato, no acorde a la demanda de glucosa para la producción de leche. Por otro lado, la suplementación con glicerol en estos animales en periodo de transición, no tuvo algún efecto en la concentración plasmática de ácidos grasos no esterificados (NEFA´s), y β-hidroxibutirato (BHBA) durante el preparto; sin embargo en el periodo posparto, hubo una ligera disminución en las concentraciones plasmáticas del β-hidroxibutirato, en las vacas alimentadas con glicerol comparadas con aquellas del grupo control. Además, la producción de leche, al igual que el balance energético de estos animales, no se afectó con la suplementación de glicerol.

Estos resultados son contrastantes con los reportados por Bodarski et al (2005), quienes evaluaron la suplementación con glicerina en cantidades de 0, 300 y 500 ml-vaca-día, en dietas a base de alfalfa, maíz y soya, durante las 3 semanas preparto hasta las 10 semanas posparto; encontrando un aumento en el consumo de materia seca, de los animales suplementados con glicerol, en especial durante la 4-9 semana posparto, comparados con el grupo control (19.86 vs 21.51 y 21.78 kg MS-día, respectivamente). Con relación a la producción de leche, esta aumentó hasta en un 12.4% y 14.6%, cuando las vacas se suplementaron con 300 y 500 ml de glicerol-día. El contenido de proteína láctea, aumentó en respuesta a las dosis de glicerol, disminuyendo al mismo tiempo el nitrógeno ureico en leche (MUN), sin afectar los contenidos de grasa láctea. Estos resultados son similares a los reportados por Kass et al (2012), los que encontraron un aumento el consumo de MS en vacas Holstein de lactancia media, cuando incluyeron 1, 2 y 3 kg-día de glicerol como parte de la ración, basada en forraje, cebada y suplementos proteicos (18 vs 18.5, 18.4, 19.9 Kg MS.d-1 control vs glicerol, respectivamente). Así mismo, encontraron aumento en la proteína láctea de las vacas alimentadas con glicerol (36 vs 36.9, 37.2, 37.6 g.kg-1 control vs cada nivel de glicerol, respectivamente), sugiriendo que el glicerol actúa como una fuente energética para la síntesis de proteína microbiana, ayudando a un mejor aprovechamiento del nitrógeno amoniacal en el rumen de los animales que lo consumen.

En otra investigación, Chung et al (2007), evaluaron el efecto de la suplementación con 250 gramos-día de glicerina (65% de glicerol) en vacas lecheras de la raza Holstein durante el periodo de transición, encontrando que el consumo de materia seca en estos animales y la respuesta metabólica (concentración de NEFA´s, BHBA, glucosa e insulina en sangre), no se vieron afectados con la suplementación de glicerol, durante el preparto. Sin embargo, el estatus energético (definido como altos niveles de glucosa en plasma, bajas concentraciones de BHBA, NEFA´s y cetonas en orina), presentó una mejora durante la segunda semana posparto. Así mismo, el efecto gluconeogénico de la glicerina en la alimentación de estos animales, no provocó cambios en la producción ni en la composición de la leche durante las 3 primeras semanas de lactancia. Sin embargo, hubo una tendencia a aumentar la producción de leche en las vacas suplementadas con glicerol en la semana 6 posparto, comparadas

Capítulo 1 29

con el grupo de animales que no fue suplementado (52 vs 46 kg leche.día-1), sugiriendo un efecto residual del glicerol, sin efectos negativos en el metabolismo de estos animales durante la lactancia temprana.

Estos resultados son similares a los reportados por Wang et al (2009b), quienes evaluaron el efecto de la suplementación con 0, 100, 200 y 300 g-día de glicerol, en dietas TMR a base de heno y ensilaje de maíz, sobre el consumo, producción y calidad composicional de la leche en términos de contenidos de grasa, proteína y lactosa, durante 4-63 días de lactancia en vacas de la raza Holstein; en este caso no hubo efectos de la alimentación con glicerol sobre estas variables evaluadas. Sin embargo, el balance energético de estos animales fue menos negativo con relación al incremento en los niveles de glicerol en la dieta durante los primeros 20 días de lactancia (-21.2 vs -19.7; -19.1; -18.5 MJ.día-1, para 0 vs 100, 200 y 300 g de glicerol), perdiendo menos peso e incrementando los niveles de glucosa en sangre, comparados con el grupo control (54.1 mg.dl-1 vs 56.4, 58.4, 59.4 mg.dl-1, respectivamente).

Por otro lado, Khalili et al (1997), evaluaron los efectos de remplazar hasta el 3.6% del grano de cebada por glicerol (99.0 % de pureza) en dietas “Feedlot”, durante la lactancia media de vacas altamente productoras; encontrando que la alimentación con glicerol en estos animales, no afectó el consumo de materia seca, ni la producción y calidad composicional de la leche. Por su parte, Donkin et al (2009), alimentaron vacas Holstein durante los primeros 56 días de lactancia con 0, 5, 10 y 15% de glicerol en remplazo del grano de maíz contenido en sus dietas. Sus resultados indican una leve reducción en el consumo de materia seca durante los 7 primeros días de evaluación, con el mayor nivel de inclusión de glicerol (24 kg MS.día-1 vs 23.8, 24.6, 24.8 kgMS.día-1, respectivamente). Sin embargo, este efecto no se vio reflejado durante los siguientes días del ensayo. La producción de leche, así como su composición en términos de grasa y proteína, no se vieron afectados con ninguno de los niveles de glicerol al compararlos con el tratamiento control, excepto por el MUN, el cual se redujo de 12.5 a 10.2 mg.dl-1, en respuesta a los niveles crecientes de glicerol en la dieta, sugiriendo un mayor aprovechamiento del nitrógeno por parte de los microorganismos ruminales.

Carvalho et al (2011), incluyeron 10.8 y 11.5 de glicerol (99.9% de pureza) como parte de la ración en materia seca, remplazando parte del grano de maíz en dietas para vacas Holstein en transición, basadas en heno de alfalfa, maíz y soya principalmente, reportando que no hubo cambios en el consumo durante todo el periodo de transición cuando se alimentó con los diferentes niveles de glicerol, comparados con los animales del grupo control (en preparto: 14.9 vs 14.6 kg.d-1 MS, en posparto: 19.8 vs 20.7 kg.d-1 MS control vs glicerol, respectivamente). Además, la producción de leche así como sus componentes de grasa, proteína y MUN, no fueron diferentes con y sin alimentación de glicerol.

Los resultados hasta ahora expuestos, en los que se evaluó los efectos de la alimentación con glicerol en el periodo de transición no parecen ser lo


suficientemente concluyentes, esto podría estar relacionado en parte con la depresión inherente de hasta un 30% en el consumo de MS (Bertics et al., 1992; Weiss, 1997) y las altas demandas energéticas para la producción de leche durante este periodo, lo que conduce a un estatus energético más negativo en estas vacas (representado en bajas concentraciones de glucosa, incremento en las concentraciones sanguíneas de BHBA y NEFA´s y Triglicéridos), sobretodo inmediatamente después del parto y lo cual no parece ser mejorado con la inclusión de glicerol en sus dietas, sugiriéndose además, que el potencial gluconeogénico del glicerol podría ser más efectivo durante etapas de lactancia más tardías a las 3 primeras semanas posparto, mejorando el desempeño productivo de aquellos animales que lo consumen (DeFrain et al., 2004; Chung et al., 2007; Osborne et al., 2009). Al respecto, Goff y Horst (2001); Linke et al (2004), sugieren que durante el periodo de transición, el glicerol podría inducir a un aumento en los niveles de glucosa en sangre, solo cuando se ofrece de manera oral y no mezclado con los demás componentes de la dieta, lo que permitiría una mayor absorción del glicerol intacto a través de las paredes ruminales, escapando de la fermentación microbiana. Sin embargo, tal como lo sugiere Chung et al (2007), aunque la degradación del glicerol en rumen es inevitable, el estatus energético de la vacas en periodo de transición puede mejorarse o mantenerse con el propionato producido durante la fermentación del glicerol en rumen, el cual puede contribuir hasta con un 30-72% para la síntesis de glucosa en hígado, sobretodo inmediatamente después del parto o durante la lactancia temprana (Reynolds et al., 2003; Ogborn, 2006). Por otro lado, Mach et al (2009), indican que el efecto estimulante del glicerol sobre el consumo de MS en vacas durante cualquier etapa de la lactancia, también depende de la calidad del mismo, ya que la utilización de glicerina de baja pureza, esto es, con cantidades de glicerol menores al 80% y con altas concentraciones de metanol y sales, los cuales pueden llegar a sobrepasar el 0.5 y 6%, respectivamente, inducen a un detrimento en el consumo de las demás fracciones del alimento (efecto que podría ser más acentuado en vacas durante el periodo de transición), con una subsecuente falta de efecto o por el contrario, efectos negativos en el estatus energético y en el desempeño productivo cuando se alimenta con glicerol.

Hasta el momento, las investigaciones sobre los efectos del glicerol o glicerina como suplemento alimenticio en vacas bajo pastoreo han sido limitadas. Schröder y Südekum (1999); Drouillard (2008), indican que en dietas cuya proporción de forraje es predominante, el glicerol como substrato fermentable, puede llegar a favorecer la eficiencia de utilización de nutrientes en rumen, por mejora en la disponibilidad energética para los microorganismos; contrario a lo que podría suceder con dietas utilizadas en sistemas de alimentación “feedlot”, las cuales tienen como principal característica, la incorporación de altas cantidades de granos con una menor proporción de fibra, cuya inclusión de glicerol, podría causar detrimento en la degradación y digestión de los mismos, por cambios en algunos patrones fermentativos en el rumen, lo que podría causar un descenso en el pH y la subsecuente disminución en la degradación de los

Capítulo 1 31

demás componentes dietarios donde se incluye el glicerol. Al respecto, Mestra et al (2009), evaluaron los efectos de la suplementación con 300 y 500 ml-día de glicerina (87% de glicerol) en vacas de la raza Holstein en el primer tercio de lactancia, las cuales se encontraban pastoreando praderas de forraje kikuyo y raigrás (Lolium perenne). Sus resultados indicaron que el consumo de materia seca total (forraje, suplemento y glicerina) no se vio afectado en los animales suplementados con glicerol (18.9 vs 19.3 kgMS.día-1, control vs glicerina); entre tanto, la producción de leche aumento en un 10 y 6.3%, en las vacas alimentadas con 300 y 500 ml de glicerol, comparado con el grupo control. Así mismo, la ganancia de peso fue más alta en las vacas suplementadas con 300 ml de glicerina (0.108 vs 0.067 kgPV.día-1, para 300 vs tratamiento control). Entre tanto que el porcentaje de grasa láctea tendió a ser más alta para el grupo de animales suplementado con glicerina (3.7%), comparado con el grupo control (3.1%). Concluyendo que la suplementación con glicerina logra mejorar la producción y calidad composicional de la leche, sin afectar el consumo de materia seca en estos animales de primer tercio de lactancia.

Por su parte, Echeverria et al (2010), quienes suplementaron vacas en pastoreo durante el primer tercio de lactancia con 720 (T1) y 1440 (T2) gramos de glicerina, encontraron un aumento en la producción de leche de aproximadamente 2.15 kg, comparado con el grupo control (T0) (25.4 y 25.9 vs 23.5 kg.vaca.día-1 para T1 y T2 vs T0, respectivamente).

Más recientemente, Benitez et al (2011); Marín y Giraldo (Datos sin publicar), alimentaron vacas multíparas Holstein del primer y segundo tercio de lactancia, las que se encontraban pastoreando forraje de pasto kikuyo y fueron suplementadas con 0, 1500 y 0, 1200 ml-día de glicerina (89% glicerol), como remplazo hasta del 40% de la materia seca (MS) y de la energía metabolizable (EM), suministrada por el suplemento comercial, respectivamente. Sus resultados mostraron que no hubo efectos en la producción de leche (17.36 vs 17.27L.día-1 y 14.89 vs 14.95 L.d-1 control vs glicerina), ni de sus componentes en términos de contenidos grasos (3.38 vs 3.25% y 3.46 vs 3.42%, control vs glicerol) y proteicos (2.92 vs 2.92% y 3 vs 3.07%, control vs glicerol), para el ensayo de remplazo del 40% de la MS y la EM respectivamente, sugiriendo que el remplazo hasta del 40% del suplemento alimenticio con glicerol, es adecuado, trayendo consigo beneficios económicos a los sistemas de producción lechera al alimentar con una fuente energética más barata, puesto que en ambas investigaciones la relación Beneficio: Costo (B:C) fue mejor para la alimentación con glicerina (2.62 vs 3.61 y 2.83 vs 4.11, control vs glicerol, respectivamente).

Por otro lado, Junior et al (2013), evaluaron el efecto de la inclusión de diferentes niveles de glicerina cruda dentro del suplemento ofrecido (0, 94, 191, 289, 389 g glicerina.kgMS-1 del suplemento) en vacas primíparas en pastoreo de Brachiaria brizantha, las cuales se encontraban cursando el primer tercio de lactancia. Sus resultados indicaron que no hubo efectos en el consumo de materia seca promedio del forraje (9.59 vs 8.86 kgMS.d-1 control vs glicerina), incluyendo el


consumo de las diferentes fracciones químicas (consumo de la FDN, MO, y PC), con relación a los niveles crecientes de glicerina, sugiriendo que la variación en el consumo está en función de la energía metabolizable contenida en la dieta, relacionado con altos niveles de glicerol, los cuales pueden provocar una reducción en el consumo, mientras que las inclusiones moderadas de glicerol en la ración, logran favorecer la eficiencia de utilización de nutrientes, incrementando la ingestión de los mismos. La producción de leche y su calidad composicional (proteína, lactosa, sólidos totales y MUN), no se afectaron con la inclusión de glicerina. Sin embargo, se presentó un ligero descenso en los contenidos de grasa láctea comparados con el grupo de animales control (46.8 g.kg-1 vs 42.3, 42.1, 38.6, 41.4 g.kg-1, control vs los diferentes niveles de glicerina en el suplemento, respectivamente).

Hasta ahora el efecto de la suplementación de glicerol o glicerina sobre el perfil de ácidos grasos en la leche de las vacas que lo consumen no ha sido muy evaluado. Sin embargo, al tratarse de un carbohidrato soluble, las investigaciones de Krueger et al (2010), en la que suplemento heno de alfalfa en cultivos in vitro durante 48 Horas, con 0, 2 y 20% de glicerol, con relación a la materia seca incubada, encontraron una inhibición en la lipolisis ruminal de un 48 y 78%, con relación al Tratamiento control (sin suplementación de glicerol), sugiriendo que la reducción en la degradación de lípidos de la dieta, como consecuencia de la disminución del pH ruminal (<7.4, valor óptimo de pH, para la actividad de las lipasas de los microorganismos ruminales), podría promover el pasaje de lípidos hacia el intestino, sobretodo de ciertos ácidos grasos insaturados, los cuales son considerados benéficos para la salud.

Por otro lado, dentro de los ácidos grasos contenidos en la leche, se encuentra un isómero del ácido linoléico conjugado, CLA: C18:2 c9, t11 (n-7), al cual se le han atribuido efectos terapéuticos positivos en la salud humana, incluyendo propiedades anti-cancerígenas (Kewalramani et al., 2003), anti-diabetogénicas y anti-adipogénicas (Bauman et al., 2001; Belury, 2002). Este isómero de CLA, se sintetiza a partir de biohidrogenación “BH” incompleta de los ácidos linoléico C18:2 c9, c12 y linolénico C18:3 c9, c12, c15 (Bauman et al., 2003; Palmquist et al., 2005). Ambos ácidos grasos insaturados se encuentran en altas concentraciones en los forrajes frescos, de ahí que la concentración de ácido rumenico (por su síntesis en el rumen) o CLA: C18:2 c9, t11 y de ácido vaccénico: C18:1 t11 (n-7), este último considerado como el mayor participante en los contenidos de CLA de la leche, por medio de la síntesis endógena en la glándula mamaria, bajo la influencia de la δ9-desaturasa (Bauman et al.,1999; Ledoux et al., 2005), sean más altos, en la leche de vacas alimentadas bajo pastoreo, comparado con aquellas alimentadas a base de forrajes conservados y granos (Dhiman et al., 1999; White et al., 2001; Pabón y Carulla, 2007). Según Yong et al (2001); Thompson y He (2006), la glicerina cruda puede contener entre un 5 y 8% de ácido linoléico con hasta un 0.95-3.4% de ácido linolénico como parte del contenido de ácidos grasos totales, los cuales dependiendo del tipo de fuente

Capítulo 1 33

vegetal y de la pureza del glicerol, se pueden encontrar valores contrastantes, en glicerinas que van desde de un 40 hasta un 89% de pureza, provenientes de aceite de palma, canola, colza y soya, principalmente. Es así como podría plantearse la hipótesis del efecto de la suplementación con glicerina cruda, podría inducir a un aumento en la concentración de CLA C18:2 c9, t11 (n-7) y de otros ácidos grasos polinsaturados de la leche de aquellos animales que la consumen, siempre y cuando el nivel de suplementación no afecte los valores de pH dentro del rumen por debajo de 6.0, que induzcan a un detrimento en el crecimiento y actividad de algunos microrganismos celulíticos, participantes en el proceso de hidrogenación de los lípidos en rumen y de la producción de ácido vaccénico, CLA (Harfoot y Hazlewood, 1997; Troegeler et al., 2003) y demás ácidos grasos insaturados. Sin embargo, esta hipótesis necesita ser probada.

Por consiguiente, la utilización de glicerina, ya sea como suplemento o como sustituto en dietas para rumiantes y en especial para ganado lechero, depende de aspectos tales como: la adaptación del ambiente ruminal a su inclusión, puesto que una adecuada adaptación (mayor a 7 días, permite lograr una mejor adecuación de los microorganismos ruminales al suministro continuo de glicerol, sin afectar su actividad y crecimiento (Kijora et al., 1998; Overton 2007; Ferraro et al., 2009; Van Cleef et al., 2013). Así mismo, la alimentación con glicerol depende del tipo de dieta base en el que se incluya y del nivel de inclusión en las mismas, encontrándose una mejora en la eficiencia energética con la inclusión de entre un 10 y 15% de glicerina en dietas para rumiantes a base de forrajes, comparadas con aquellas ricas en almidón (Schröder y Südekum, 1999; Donkin, 2008; Drouillard, 2008; Wang et al., 2009a), lo que conllevaría a reducir los efectos negativos en la fermentación y en la digestibilidad de las diferentes fracciones químicas del alimento donde se incluye, reduciendo los impactos en el desempeño productivo del ganado lechero, cuando es alimentado con glicerol como suplemento alimenticio.

Con base en la revisión anterior, la glicerina como co-producto de la industria del biodiesel, podría convertirse en una atractiva fuente energética de bajo costo para la ganadería lechera en Colombia, la cual tiene como base principal la alimentación con forrajes, constituidos por gramíneas como el pasto kikuyo, principalmente (Lotero,1993; Carulla et al., 2004), cuya diversidad de suelos, clima, posición latitudinal y edad de rebrote, hace que se presenten diferencias en cuanto a su composición química y nutricional (Sánchez, 1995; Correa et al., 2008), afectando de manera directa la producción de leche y su composición.

1.5 Conclusiones

El aumento en la demanda de energías renovables como el biodiesel a escalas Nacional y mundial, ha generado la incursión de altas cantidades de glicerina al mercado, el cual es considerado como el principal co-producto de esta industria.


La utilización de glicerol o glicerina, como fuente energética de características gluconeogénicas, ha tomado gran impacto durante la última década en el campo de la alimentación animal, en especial en la de rumiantes, debido en parte a su bajo costo, como consecuencia del incremento en su oferta por la industria del biodiesel principalmente.

La inclusión de glicerol en dietas para rumiantes ha generado diversas respuestas. Sin embargo, las investigaciones hasta ahora realizadas han indicado que el efecto en la alimentación de rumiantes con glicerol depende del tipo de dieta base en el que se incorpore, de su grado de pureza y del nivel de inclusión en las mismas, sugiriendo que el glicerol podría mejorar o mantener los parámetros de degradación ruminal de las diferentes fracciones químicas del alimento en el cual se incluye, así como los metabolitos producto de su fermentación, reduciendo los impactos negativos en el desempeño productivo del rumiante.

En los sistemas de producción lechera en Colombia, los requerimientos de energía son cada vez mayores, lo que justifica buscar fuentes energéticas que contribuyan a obtener una leche en mayor cantidad y de mejor calidad composicional, utilizando como suplemento energético la glicerina proveniente del proceso de producción del biodiesel, a partir del aceite de palma africana (Elaeis guineensis), permitiendo ligar esta industria con la cadena láctea del país, lo que podría generar una estrategia competitiva entre ambos sectores.

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2 Capítulo 2 Efecto de niveles crecientes de glicerina cruda sobre algunos parámetros de la degradación y fermentación ruminal in situ, de dietas para ganado de leche, a base de pasto kikuyo ( Pennisetum clandestinum).


1 Grupo de investigación en Biotecnología Ruminal y Silvopastoreo BIORUM. Universidad

Nacional de Colombia. Medellín. [email protected]

2 Profesor Titular. Departamento de producción Animal. Facultad de Ciencias Agrarias. Universidad Nacional de Colombia. Medellín. Director Grupo de investigación en Biotecnología

Ruminal y Silvopastoreo BIORUM [email protected]

2.1 Resumen Se realizaron dos experimentos con el propósito de evaluar el efecto del suministro de niveles crecientes de glicerina cruda, sobre la degradación y fermentación ruminal de dietas a base de pasto kikuyo (Pennisetum clandestinum). En el experimento 1, se utilizaron 4 vacas canuladas al rumen de la raza Holstein con 600 ± 33 kg de peso vivo, en un diseño parcelas divididas, aleatorizadas bajo un esquema de sobrecambio 4*4. Los tratamientos y/o factores consistieron en la adición en rumen de 0, 500, 1000 y 1500 gramos de glicerina y la incubación intraruminal de cuatro dietas que consistieron en dos forrajes de Kikuyo con 35 y 45 días de rebrote (D35 y D45, respectivamente) y una mezcla de estos con un suplemento comercial en una relación 70:30 (D35C y D45C). Los niveles crecientes de glicerina cruda en rumen no afectaron la degradación de la materia seca y de la proteína cruda. Sin embargo, se observó un incremento de la degradación in situ de la fracción FDN (P<0.05), comparados con los animales que no fueron suplementados con glicerina cruda. La concentración molar del total de AGV´s en el líquido ruminal, no se vio afectada con los niveles de 500, 1000 y 1500 gramos de glicerina.animal.día, sin embargo, la proporción molar de propionato y butirato aumentaron a expensas del acetato con todos los niveles de glicerina (P<0.05); siendo mayor la proporción de propionato en el líquido ruminal, con el nivel más alto de glicerina (1500 gramos); al mismo tiempo que la concentración de N-NH3, disminuyo en aproximadamente un 20% sólo con los niveles de 1000 y 1500 g de glicerina cruda (P<0.05). Los valores de pH ruminal no se afectaron con los niveles de glicerina. En el experimento 2, la producción de gas metano in vitro por unidad de MS y MO


degradada, con el inóculo ruminal adaptado a niveles crecientes de glicerina cruda, aumentó con el forraje de 35 días de rebrote (D35) a medida que en el inoculo ruminal incubado, se incrementaba el nivel de glicerina; mientras que para el forraje D45, la producción de metano aumentó solo con el líquido ruminal adaptado a los niveles de glicerina S2 y S3, al compararse con el nivel S0 (P<0.05). Para el caso de las dietas D35C y D45C, la producción de metano, disminuyo solo cuando el inóculo ruminal estaba con los niveles S1 y S2 para cada substrato, respectivamente. Palabras Clave: Glicerina, Pasto Kikuyo, Degradación ruminal in situ, Parámetros fermentativos 2.2 Introducción Con la expansión de la cadena de biocombustibles en Colombia y el mundo, en especial la industria del biodiesel, se trae consigo un aumento en la producción de glicerina cruda, logrando exceder las capacidades de su utilización en el área farmacéutica, cosmética y alimenticia, debido a la implicación económica que conlleva su refinación y procesamiento (Thompson y He, 2006; Yañez et al., 2009). La glicerina o glicerol crudo, es un azúcar-alcohol, de propiedades físicas y químicas variables, las cuales dependen en gran parte de su grado de pureza. Comúnmente el glicerol, es un importante componente de los triglicéridos y fosfolípidos contenidos en la membrana celular (Cori y Shine, 1935; Roger et al., 1992; Chung et al., 2007). En la actualidad, el glicerol es uno de los principales co-productos de la industria del biodiesel, la cual ha generado una gran oferta de este compuesto, logrando producir hasta 10 kg por cada 100 kg de este biocombustible (Van Gerpen, 2005; National Biodiesel Board, 2008).

Como consecuencia, en estos últimos años, se ha venido incursionando en la utilización del glicerol o glicerina en dietas para animales, en especial para rumiantes. Aunque su uso en la alimentación animal no es algo nuevo, el aprovechamiento de este, como un sustituto (Donkin et al., 2007; Carvalho et al., 2011) o suplemento energético (Bodarski et al., 2005; Wang et al., 2009a,b), ha tomado de nuevo un gran interés, debido a su alta disponibilidad y bajo precio, además presentar propiedades gluconeogénicas (Leng, 1970; DeFrain et al., 2004), capaz de igualar el contenido energético de algunos macroingredientes como el maíz (Lebzien y Aulrich, 1993; Schröder y Südekum, 1999; DeFrain et al., 2004).

El glicerol es fermentado en rumen produciendo varios metabolitos como ácido propiónico, acético, butírico CO2, y CH4 (Kijora et al., 1998). Este es utilizado como fuente de energía por los microrganismos ruminales, siendo el propionato, el principal producto de su fermentación (Griffith, 1952; Garton et al., 1961; Bergner et al., 1995; Wang et al., 2009a; Lee et al., 2011), de ahí que se le

Capítulo 2 47

conozca como un compuesto gluconeogénico. Las investigaciones hasta ahora desarrolladas en el campo de la alimentación de rumiantes con glicerol y sus efectos sobre algunos parámetros de degradación y fermentación ruminal, aún continúan siendo inconclusas; sin embargo, se ha encontrado que el efecto en la alimentación de rumiantes con glicerol depende del tipo de dieta base en el que se incorpore y del nivel de inclusión en las mismas, encontrándose que un nivel de inclusión entre el 10 y 15% de la materia seca de la ración, mejora o mantiene los parámetros de degradación ruminal de las diferentes fracciones químicas del alimento (MS, MO FDN, PC), así como los metabolitos producto de su fermentación, lo cual afecta de manera directa el desempeño productivo del ganado lechero (Schröder y Südekum, 1999; Donkin, 2008; Drouillard, 2008; Carvalho et al., 2011; Lee et al., 2011). No obstante, la mayoría de las investigaciones con glicerol en dietas para rumiantes, se han realizado con glicerol cuya pureza es igual o superior al 99%, el cual difiere del glicerol crudo (60-90% de pureza), debido a que este último si presenta contenidos importantes de metanol, convirtiéndolo en una limitación importante para su uso, ya que este compuesto puede llegar a ser altamente toxico. Según la Food and Drug Administration de Estados Unidos, contenidos mayores a 0.5% de metanol en dietas para animales, pudieran ser inseguros, siendo más acentuados en rumiantes jóvenes (Drackley, 2008). Sin embargo, las investigaciones de DeFrain et al., 2004 y Werner, 2013, han sugerido que aunque el metanol no es un metabolito común en los procesos fermentativos del rumen, produciéndose particularmente durante la hidrólisis de pectinas por los microorganismos ruminales (Pol y Demeyer 1988); los rumiantes adultos podrían tolerar niveles de metanol ≤1.3%, sin afectar el desempeño productivo de los mismos.

Con base en la información existente, el glicerol como principal co-producto de la industria del biodiesel, se puede convertir en una atractiva fuente energética de bajo costo para la ganadería lechera en Colombia, la cual tiene como base principal la alimentación con forrajes, constituidos por gramíneas y leguminosas, cuya diversidad de suelos, clima, posición latitudinal y edad de rebrote, hace que presenten ciertas diferencias, en cuanto a su calidad composicional y nutricional (Sánchez, 1995; Correa et al., 2008 ). Por tanto, el objetivo de esta investigación fue evaluar los efectos de niveles crecientes de glicerina cruda proveniente del proceso de producción del biodiesel, a partir del aceite de palma africana (Elaeis guineensis), sobre algunos parámetros de la degradación y fermentación ruminal in situ e in vitro, de dietas para ganado de leche, a base de pasto kikuyo (Pennisetum clandestinum).

2.3 Materiales y métodos

2.3.1 Localización El experimento se realizó en la granja experimental Paysandú (corregimiento de Santa Elena, Medellín – Antioquia) de la Universidad Nacional de Colombia, Sede


Medellín, ubicada a 2400 msnm, con una temperatura promedio de 14°C y una precipitación media de 2500 mm al año, perteneciente a una zona ecológica de bosque húmedo – Montano bajo (bh – MB).

Se llevaron a cabo dos experimentos para evaluar el efecto del glicerina cruda sobre la degradación ruminal y algunos parámetros fermentativos, utilizando dos forrajes de pasto kikuyo (Pennisetum clandestinum) y una mezcla de estos con un suplemento comercial.

2.3.2 Experimento 1

2.3.2.1 Animales y tratamientos

Se utilizaron 4 vacas de la raza Holstein canuladas a rumen, con un peso promedio de 600±33 kg de peso vivo y edad de 8 años, las cuales pastaron forraje kikuyo (Pennisetum clandestinum) de 40±4 días de rebrote y consumían 500 gramos de un suplemento concentrado comercial, cuya composición química se observa en la Tabla 2-1. Los animales fueron asignados a un diseño de parcelas divididas, bajo un esquema de aleatorización en campo de sobrecambio 4 * 4. Los tratamientos y/o factores consistieron en la adición de glicerina cruda (glicerol) vía cánula ruminal: S0: Control (Sin inclusión de glicerol), S1: 500 g de glicerol, S2: 1000 g de glicerol y S3: 1500 g de glicerol, y de 4 forrajes y/o dietas, utilizados como substratos: pasto Kikuyo (Pennisetum clandestinum) de 35 (D35) y 45 (D45) días de rebrote, así como la mezcla de estos y un suplemento comercial, en una proporción 70:30 (D35C y D45C), correspondiente al pasto y al suplemento, respectivamente. Tabla 2-1 . Composición química de la dieta basal (% de la materia seca, MS) Fracción química, %MS Forraje kikuyo Suplemento comerc ial

PC 21.9 23.6 FDN 62.2 41.6 FDA 27.4 15.4 EE 2.6 3.6 MO 91.2 92.9

Cenizas 8.8 7.1 DIVMS 60.12 64.52

MS: Materia seca; PC: Proteína cruda; FDN: Fibra en detergente neutro; FDA: Fibra en detergente ácido; EE: extracto etéreo; MO: Materia orgánica; Cenizas: Minerales totales; DIVMS: Digestibilidad in vitro de la materia seca a 48 horas

La glicerina cruda utilizada, provenía de la planta OLEOFLORES® productora de biodiesel, a partir del aceite de palma africana (Elaeis guineensis) en la ciudad de

Capítulo 2 49

Codazzi (Departamento de Cesar), la cual presentaba un 88% de glicerol y cuya caracterización química se observa en la Tabla 2-2. Tabla 2-2. Caracterización química de la glicerina cruda proveniente del biodiesel obtenido a partir del aceite de palma Parámetro 1 MS, % 92.2 PC, % 0.0 EE, % 0.2 Glicerol, % 88.0 Valor calorífico bruto Kcal.100gMS-1 353.94 Cenizas, % 4.0 Metanol, % 0.8 1Valores entregados por la planta productora de biodiesel OLEOFLORES® La glicerina fue adicionada vía cánula ruminal a las 6:00 h durante el desarrollo del experimento. El periodo experimental tuvo una duración de 64 días (16 días por período). Los primeros 8 días de cada período, fueron considerados como el período de adaptación a los niveles de glicerol y los últimos 3 días, como el período de medición y muestreo, con 5 días de eliminación del efecto residual, al finalizar cada periodo.

2.3.2.2 Degradabilidad ruminal in situ de cada uno de los substratos

Para estimar los parámetros de la degradación ruminal in situ de la MS, FDN y PC, se utilizaron como substratos y/o dietas, dos forrajes de pasto Kikuyo (Pennisetum clandestinum) de 35 (D35) y 45 (D45) días de rebrote, así como la mezcla de estos y un suplemento comercial, en una proporción 70:30 (D35C y D45C) correspondiente al pasto y al suplemento, respectivamente, los cuales representan forrajes y dietas comunes utilizadas en la ganaderia de leche especializada del departamento de Antioquia. Las muestras de forraje en campo, fueron tomadas siguiendo la técnica de “Hand Pluck”, descrita por Euclides et al (1962). Dichas muestras se secaron durante 48 horas a una temperatura de 60°C, en una estufa de ventilación forzada y molida s en un molino de cuchillas (Fritsch Idar Oberstein® - Germany), con una criba de 2 mm.

Aproximadamente cuatro gramos secos de ambos forrajes al igual que su mezcla con el suplemento comercial, fueron depositados en bolsas de nailon Ankom® de dacrón/poliéster, con un tamaño de poro de 50±3 µm y dimensiones de 10 x 5 cm, estas fueron selladas con abrazaderas plásticas desechables, para obtener un área efectiva por bolsa de 90cm2, lo que permitió lograr una relación tamaño de la muestra y área de la bolsa de 44.4 mg/cm2 (Giraldo, 1996). Para garantizar la permanencia de las bolsas en la parte ventral del rumen, se utilizó una cadena de hierro galvanizado con un diámetro de ¼ de pulgada y de 1 m de largo, fijada


al tapón de la cánula ruminal con una cuerda de nilón de 50 cm de longitud y con un peso aproximado de 1200 g. Las bolsas con cada uno de los substratos, fueron incubadas en el rumen a 0, 3, 6, 9, 12, 24, 48 y 72 horas, una vez cumplido el tiempo de adaptación de los animales a los niveles de glicerina dentro de cada periodo experimental, utilizando dos bolsas por tiempo, sumergiéndolas por 30 segundos en agua limpia del grifo, previo a su incubación en rumen, con el propósito de ser pre-hidratadas y generar el factor de corrección por escape de partículas al tiempo de “0” horas (Giraldo, 1996). Una vez cumplidos los tiempos de incubación, las bolsas se retiraron del rumen y fueron lavadas de manera homogénea en una máquina lavadora en un ciclo de lavado de 10 minutos y secadas a 60°C durante 48 horas en una estufa de ai re forzado. Todas las bolsas fueron pesadas en una balanza de precisión para determinar la desaparición de la MS. Así mismo, la materia seca residual de cada uno de los substratos después de cada tiempo de incubación en rumen, se utilizó para determinar la desaparición in situ de la FDN (DIFDN) y de la PC (DIPC); para esta última fracción, la materia seca residual perteneciente a cada tiempo de incubación, fue corregida previamente por la contaminación con nitrógeno de origen microbiano, utilizando una solución al 0.1% de metilcelulosa y siguiendo los procedimientos descritos por Whitehouse et al (1994) y Gargallo et al (2006). La degradabilidad in situ de cada una de las fracciones, se calculó como la diferencia entre la cantidad de MS incubada y la MS residual.

Para la estimación matemática de la cinética de degradación de la MS, PC y FDN de cada uno de los substratos, se emplearon dos modelos exponenciales, a través del proceso iterativo de algoritmo Marquardt, mediante un modelo de regresión no lineal (PROC NLIN) del programa SAS, versión 9.1.3 (2001) .

Para el cálculo de los parámetros de degradación ruminal in situ de la MS y la PC, se utilizó el modelo propuesto por Ørskov y McDonald (1979):

y = a + b [1-exp-c*t],

Dónde:

y: desaparición de la MS y la PC de la bolsa de nailon en cada tiempo de incubación t (en horas: h) a: fracción soluble del sustrato b: fracción potencialmente degradable del sustrato c: tasa de degradación de la fracción b (%h-1). En la estimación de cada uno de los parámetros de degradación de la FDN, se usó el modelo exponencial utilizado por Espinoza (1983):

y= b [1-exp-c*(t – L)],

Dónde:

Capítulo 2 51

y: desaparición de la FDN de la bolsa de nailon en cada tiempo de incubación t (en horas: h) b: fracción de la FDN potencialmente degradable c: tasa de degradación de la fracción b (%h-1) L: periodo prefermentativo o fase Lag (horas) Para estimar la degradabilidad efectiva (DE) de las diferentes fracciones químicas en cada uno de los substratos, se empleó el modelo propuesto por Ørskov y McDonald (1979): DE: a + [(b*c)/ (c + kp)], considerando tasas de pasaje (kp%h-1) para la fracción potencialmente degradable de 5.03 y 4.82 %h-1, estimadas para ganado Holstein alimentado con pasto Kikuyo (Pennisetum clandestinum) (Giraldo et al., 2013).

2.3.2.3 Parámetros de la fermentación ruminal

2.3.2.4 pH ruminal, concentración de N-amoniaco (N-NH 3) y ácidos grasos volátiles (AGV´s) en el líquido rumi nal

El pH ruminal, al igual que la concentración de N-amoniaco y de AGV´s, fueron medidos durante los dos primeros días una vez iniciado el tiempo de medición y/o muestreo dentro de cada periodo experimental, después de las doce horas pos-administración de glicerol, extrayendo líquido del saco ventral del rumen, a través de una sonda provista de una jeringuilla. El pH fue medido inmediatamente, usando un potenciómetro portátil digital (Metrohm pH-meter 704, Metrohm AG, Herisau, Switzerland). Para determinar la concentración de N-amoniaco (N-NH3), se tomó una muestra de 50 ml de líquido ruminal, recogiendo de allí una alícuota de 20 ml, la cual se preservó con ácido clorhídrico al 0.5N (dilución 1:1) y se refrigeraron a 4°C, hasta su análisis. Para cuantificar la concentración de N-NH3 en las muestras de líquido ruminal, estas fueron centrifugadas a 4000 gravedades (g) durante 4 minutos a 4ºC en una centrífuga marca Biofuge Primo R Heraeus®, tomando 10 ml del sobrenadante y en el cual se determinó la concentración de N-NH3, siguiendo el procedimiento descrito por la AOAC (1990), utilizando un electrodo de ion selectivo (Metrohm AG, ISE-NH3-N), acoplado a un potenciómetro digital portátil (Metrohm pH-metro 704, Metrohm AG, Herisau, Switzerland). Para la cuantificación de los AGV´s, de los 50 ml de líquido ruminal extraídos de cada uno de los animales, se tomó una alícuota de 800 µl, a la cual se le adicionaron 500 µl de una solución desproteinizante y acidificante (100 g de ácido metafosfórico y 0.6 g de ácido crotónico. L-1). Posteriormente las muestras fueron centrifugadas (13.000 x g, 10 min, 4ºC), tomando 1 ml del sobrenadante en un vial para cromatografía, los cuales fueron almacenados a 4ºC hasta su análisis. En la determinación de la concentración de AGV´s (Acético, Propiónico y Butírico,


Valérico e Isovalérico), se utilizó un cromatógrafo de gases Shimadzu modelo GC-2014 (Shimadzu Corporation, Japan), equipado con una columna capilar de polietilenglicol Agilent HP-FFAP de 25m de longitud × 0.32 mm diámetro interno × 0.5 µm grosor de película (Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, EUA). Las condiciones empleadas en el proceso de separación fueron las siguientes: Temperaturas, 260ºC para el puerto de inyección Split; temperatura de detección, 280ºC detector FID; gas de arrastre Helio a velocidad constante (42 cm.seg-1).

2.3.3 Experimento 2

2.3.3.1 Producción de gas metano (CH 4) a 24 horas de incubación in vitro

Durante el último día de cada período de medición en la prueba in situ, la cual fue descrita en el experimento 1, se utilizó el líquido ruminal de los animales adaptados a los niveles crecientes de glicerina cruda (adicionados vía cánula ruminal), para estimar la producción metano, utilizando la técnica de producción de gas in vitro, siguiendo la metodología propuesta por Theodorou et al (1994), usando botellas con capacidad de 110 ml, en cada una de las cuales, se pesaron 500 mg de los mismos substratos utilizados en la prueba in situ, correspondiente a los dos forrajes de pasto kikuyo (Pennisetum clandestinum) D35 y D45, así como la mezcla de estos y un suplemento comercial, en una proporción 70:30, respectivamente (D35C y D45C). El líquido ruminal se obtuvo 4 horas pos-inclusión de glicerina cruda en el rumen de cada vaca, mediante el filtrado del contenido ruminal, extraído a través de la cánula en un lienzo con un tamaño de poro de 0.45 mm, para ser luego depositado en un termo precalentado a una temperatura de 39°C y trasladado inmediatamente al laboratorio de Biotecnología Ruminal –BIORUM-. Una vez en el laboratorio, el líquido fue filtrado nuevamente usando una bolsa de nilón con un tamaño de poro de 50 ± 3 µm, gaseándose permanentemente con CO2 y manteniendo su temperatura en 39°C. Posteriormente , en cada botella se mezcló el líquido ruminal filtrado, con un medio de cultivo descrito por Goering y Van Soest (1970), en una proporción 1:4 (v:v), el cual contenía CaCl2•2H2O; MnCl2•2H2O; CoCl3•6H2O; FeCl3•6H2O; Na2HPO4; KH2PO4; MgSO4•7H2O; NaHCO3; (NH4)HCO3; resarzurina; Na2S; L-Cisteína HCl, sin tripticasa. Seguidamente, las botellas fueron selladas herméticamente con tapones de caucho y agrafes de aluminio, agitadas suavemente y trasladadas a una incubadora que se mantuvo a una temperatura constante de 39°C. El volumen total de gas y la producción de metano durante la fermentación in vitro de dichos substratos con el líquido ruminal adaptado a los diferentes niveles de glicerina cruda, fueron medidos a las 24 horas de incubación, utilizando un transductor de presión (T453CEPA Bailey y Mackey Ltd., UK), al cual se le adaptó

Capítulo 2 53

una válvula de tres salidas. La primera salida conectada a una aguja (0.8 mm), la segunda conectada al transductor de presión y la tercera a una jeringa plástica de 100 ml utilizada para tomar la muestra del gas producido durante la fermentación, transfiriendo del mismo, 10 ml en un tubo al vacío (Venoject®) y a partir del cual se determinó la concentración de metano mediante cromatografía de gases. Para la determinación in vitro de la producción de metano de cada uno de los substratos, se utilizó un cromatógrafo de gases (GC-2014, Shimadzu Corporation, Japan) equipado con detector de ionización de llama (FID), una columna capilar Agilent HP-PLOT Molesieve 5Å 30 m × 0.32 mm D.I y 12 µm grosor de película (Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, EUA). Usando Helio UAP grado 5.0 como gas de arrastre a una velocidad lineal de 35.4 cm.seg-1. La inyección de metano se efectuó manualmente utilizando como gas estándar una mezcla de nitrógeno (N2), el cual contenía 10% de CH4. Los cálculos finales de metano se realizaron según la metodología descrita por López y Newbold (2007). Para expresar la producción de metano por unidad de MS y MO degradada de cada uno de los substratos, una vez cumplido el tiempo de incubación, el contenido de las botellas se filtró a través de crisoles Pirex® con placa porosa (nº1), se secaron en estufa de aire forzado a 60°C durante 48 horas y posteriormente se pesaron para determinar la degradabilidad in vitro de la materia seca (DIVMS). Para la determinación de la degradabilidad in vitro de la MO (DIVMO), la materia seca residual contenida en dichos crisoles, se sometió a una incineración directa, siguiendo el procedimiento descrito por la AOAC (1942)

2.3.4 Análisis de la composición química de los substrat os experimentos 1 y 2

Para cada uno de los substratos (D35, D45, D35C, D45C), el contenido de cenizas (%Cen), se obtuvo por incineración directa a 500°C por dos horas (AOAC, 1942), siendo la materia orgánica (%MO), calculada como la diferencia entre los valores de la materia seca (MS) y Cen. El contenido de nitrógeno de cada uno de los sustratos, se determinó por el método Kjeldhal (AOAC, 1990) y al multiplicar este valor por el factor de conversión de 6.25, se obtuvo el contenido de proteína cruda (%PC). Los contenidos de Fibra en Detergente Neutro (%FDN), Fibra en Detergente Ácido (%FDA) y Lignina (%Lig) de pastos y dietas, fueron determinados por la técnica secuencial descrita por Van Soest et al (1991) y para el caso de los suplementos, se utilizó una alpha amilasa termoestable, durante el procedimiento de FDN, usando un analizador de fibras ANKOM 200® (Ankom Technology, 2004). Los contenidos de extracto etéreo (%EE) de los pastos y las dietas evaluadas, se determinaron con un analizador de grasa ANKOM XT15 mediante el método Soxhlet, siguiendo la metodología descrita por la AOAC (1990). La digestibilidad in vitro de la materia seca (%DIVMS) de cada uno de los substratos, se determinó a las 48 horas, utilizando una incubadora Daisy II® de


la marca ANKOM (Ankom Technology., 2004), siguiendo la metodología descrita por Goering y Van Soest (1970).

2.3.5 Análisis estadístico

2.3.5.1 Experimento 1

Los parametros de la degradación ruminal in situ de las fracciones MS, PC y FDN, de los forrajes y/o dietas (D), se evaluó a partir de un diseño de parcelas divididas, bajo un esquema de aleatorización de sobrecambio 4x4, con los niveles crecientes de glicerina en rumen (S), como el factor asignado a las parcelas principales, las diferentes dietas (D), como el factor asignado a las subparcelas (dietas en las bolsas nailon, incubadas en rumen) y su interacción con los niveles de glicerina en rumen (S*D), utilizando el procedimiento Mixed (Proc Mixed) de SAS (2001), con el siguiente modelo:

( )ijkl i j k ijk l ijklklY A P S D SD eµ ε= + + + + + + +

(Modelo 1) Donde:

:ijklY Observación del k-ésimo suplemento (S) y la l-ésima dieta (D), correspondiente al

i-ésimo animal, en el j-ésimo periodo.

:µ Media general de la población :iA Efecto del i-ésimo animal :jP Efecto del j-ésimo periodo

:kS Efecto del k-ésimo suplemento (Niveles de glicerina en rumen) :ijkε Error aleatorio de las unidades mayores

:lD Efecto de la l-ésima dieta y/o substrato incubado (Dietas incubadas en rumen)

( ) :kl

SDkl-ésima interacción entre suplemento y dieta

:ijkle Error aleatorio de las subunidades

Los tratamientos y/o factores fueron considerados como efectos fijos y el periodo y el animal dentro del cuadrado como efectos aleatorios. Las variables: pH, concentración de N-amoniaco (N-NH3) y ácidos grasos volátiles (AGV´S) en el líquido ruminal, fueron analizadas a partir de un diseño de sobrecambio 4*4, los tratamientos fueron considerados como efectos fijos y el periodo y el animal dentro del cuadrado, como efectos aleatorios, usando el procedimiento Mixed (Proc Mixed), utilizando el siguiente modelo:

Capítulo 2 55

, , , 1, 2, 3, 4ijk i j k ijkY A P i j kµ τ ε= + + + + = (Modelo 2)

Dónde: :ijkY Lectura del i-ésimo nivel de glicerina en rumen (Suplemento), en el j-ésimo animal,

en el k-ésimo periodo :µ Media general de la población

:iτ Efecto del i-ésimo nivel de glicerina en rumen (S)

:jA Efecto del j-ésimo animal

:kP Efecto del k-ésimo periodo

:ijkε Error aleatorio.

2.3.5.2 Experimento 2

La producción de metano y demás variables medidas a las 24 horas de incubación in vitro, se analizaron usando el mismo modelo del exprimento 1 (Modelo 1); a partir del procedimiento Mixed de SAS (2001). Los tratamientos fueron considerados como efectos fijos y el periodo y el animal dentro del cuadrado como efectos aleatorios. Para ambos experimentos (1 y 2), cuando mediante el Anava, se detectó un efecto significativo (P<0.05), se efectuó la comparación de medias, utilizando la prueba de comparación múltiple “PDIFF” ajustada a Tukey, con un nivel de significancia de 0.05.

2.4 Resultados

2.4.1 Experimento 1

2.4.1.1 Composición química de los substratos y/o dietas evaluadas

La composición química y de digestibilidad in vitro de la MS, de cada uno de los forrajes y dietas utilizadas para los experimentos 1 y 2 se observa en la Tabla 2-3. Los contenidos de proteína cruda (%PC), fueron mayores para el Kikuyo de 35 días (D35), comparado con el forraje Kikuyo de 45 días de rebrote (D45) La inclusión de suplemento en las dietas D35C y D45C, disminuyo la proporción de los componentes de la pared celular (FDN, FDA y Lig) y aumento la proporción de CNE, EE y la digestibilidad de la MS, comparado con los forrajes D35 y D45.


Tabla 2-3 . Composición química y digestibilidad in vitro de la MS, en cada uno de los substratos y/o dietas evaluadas en los experimentos 1 y 2

1Pasto Kikuyo (Pennisetum clandestinum) de 35 (D35) y 45 (D45) días de rebrote, y la mezcla de estos con un suplemento comercial, en una proporción 70:30 (D35C y D45C) 2CNE: Carbohidratos no estructurales: 100-(PC+FDN+Cen+EE) 3 Digestibilidad in vitro de la materia seca a 48 horas


El objetivo de esta investigación fue evaluar el efecto de niveles crecientes de glicerina cruda en rumen, sobre algunos parámetros de degradación y fermentación ruminal de dietas comunes, utilizadas en la ganadería de leche especializada del departamento de Antioquia; por tanto, los resultados y la discusión de la misma, solo centrará en el efecto de los niveles de glicerina (S) y su posible interacción con cada uno de los substratos evaluados (S*D) Los parámetros de la cinética de degradación ruminal in situ de los pastos kikuyo de 35 y 45 días de rebrote, así como la mezcla 70:30 de cada uno de estos con un suplemento comercial, se muestran en las Tablas 2-4 2-5 y 2-6. Los parámetros de la degradación ruminal in situ de las fracciones MS y PC, no se afectaron con los niveles crecientes de glicerina en rumen; sin embargo, se observó una tendencia a la interacción (P=0.082) en el aumento de la tasa de degradación C (%h-1) de la MS, principalmente para los substratos D35 y D35C (Tabla 2-4), con los niveles de inclusión de glicerina en rumen. Para la fracción FDN, el parámetro “b”, del forraje D45 se incrementó en aproximadamente un 6.7% con los niveles de glicerina cruda en rumen, al compararse con aquellos animales que no fueron suplementados con glicerina (S0). Para los substratos D35, D35C Y D45C, la fracción “b”, no se afectó con ninguno de los niveles de inclusión de glicerina en rumen.

Fracción química, %MS D35 1 D45 D35C D45C PC 23.9 20.9 24.0 21.3 FDN 54.3 59.9 46.2 52.5 FDA 22.7 25.1 18.3 21.1 Lig 3.7 3.9 3.0 3.2 EE 2.6 1.89 3.3 2.2 MO 88.4 88.6 88.1 89.0 Cen 11.6 11.4 11.9 11.0 CNE2 7.6 5.9 14.9 12.0 DIVMS3 71.2 60.1 73.0 64.2

Capítulo 2 57

Con excepción de la tasa de degradación (c%h-1) de la FDN del forraje D45, este parámetro se incrementó con los niveles de inclusión de glicerina en rumen (P<0.01), para todos los demás substratos. La degradabilidad efectiva de la FDN de todos los substratos (DE%), estimada a tasas de pasaje (kp%h-1) de 5.03 y 4.82% incrementó en aproximadamente un 13±0.72% y 11 ±0.74%, respectivamente, comparados con los animales que no fueron suplementados con glicerina cruda (Figura 2-1). El periodo prefermentativo o el periodo Lag (L) de los substratos incubados, no se afectó con los niveles crecientes de glicerina cruda en rumen, al ser comparado con el grupo control (P=0.238) Figura 2-1. Efecto niveles crecientes de glicerina cruda sobre la Degradabilidad Efectiva (DE) de las fracciones Materia Seca (MS), Proteína cruda (PC) y Fibra en Detergente Neutro (FDN), de los forrajes y/o dietas evaluadas

S0 (Sin suplementación de glicerina), S1, S2, S3 y S4: 500, 1000 y 1500 g.animal.día-1 de glicerina cruda vía cánula ruminal, respectivamente a-bBarras con letras diferentes, diferencias entre los niveles de glicerina en rumen (P<0.05). ns: no significativo DE1(A) y DE2(B): Degradabilidad efectiva a tasas de pasaje (kp) de 5.03 y 4.82%h-1, respectivamente


Tabla 2-4 . Efecto de niveles crecientes de glicerina cruda sobre los parámetros de la degradación ruminal in situ de la Materia seca (DIMS) de cada uno de los forrajes y/o dietas

DE1 y DE2: Degradabilidad efectiva a tasas de pasaje (kp) de 5.03 y 4.82%h-1, respectivamente. a-bMedias con letras diferentes en la misma columna: diferencias entre Dietas (D): ***P<0.001; ns: no significativo

Parámetro a% b% c%h -1 DE%1 DE%2

S(g.vaca.d -1) ns ns ns ns ns 0 25.0 62.8 5.6 57.9 58.6 500 24.9 62.5 6.4 59.6 60.2 1000 23.4 65.0 6.2 58.7 59.4 1500 22.99 63.9 6.2 57.9 58.5 D *** *** *** *** *** D35 24.0b 65.4a 6.5a 61.3a 61.9a D45 18.7c 67.0a 5.3b 52.9b 53.7b D35C 27.1a 62.1b 7.2a 63.4a 64.0a D45C 25.8ab 59.8c 5.3b 56.5ab 57.1ab S*D ns ns ns ns ns D35 S 0 25.9 64.8 5.7 60.4 61.1 500 24.9 63.6 6.9 61.6 62.3 1000 24.4 67.4 6.8 62.8 63.5 1500 23.0 65.6 6.5 60.0 60.7 D45 S 0 19.5 65.6 5.5 53.8 54.5 500 19.6 67.4 5.4 54.5 55.2 1000 18.0 68.3 5.1 52.2 52.9 1500 17.7 66.7 5.1 51.3 52.0 D35C S 0 27.8 61.8 6.1 61.4 62.0 500 27.8 61.1 7.5 64.4 65.0 1000 26.4 62.1 7.8 64.4 65.0 1500 26.5 62.7 7.2 63.3 64.0 D45C S 0 26.8 59.0 5.0 56.1 56.7 500 27.3 57.9 5.6 57.6 58.2 1000 24.6 61.5 5.1 55.5 56.1 1500 24.5 60.6 5.7 56.7 57.4

Capítulo 2 59

Tabla 2-5. Efecto de niveles crecientes de glicerina cruda sobre los parámetros de la degradación ruminal in situ de la proteína cruda (DIPC) de cada uno de los forrajes y/o dietas

DE1 y DE2: Degradabilidad efectiva a tasas de pasaje (kp) de 5.03 y 4.82%h-1, respectivamente. a-bMedias con letras diferentes en la misma columna: diferencias entre Dietas (D): ***P<0.001; **P<0.01; ns: no significativo

Parámetro a% b% c%h -1 DE%1 DE%2

S(g.vaca.d -1) ns ns ns ns ns 0 36.4 54.7 5.8 64.9 65.5 500 36.9 54.4 6.1 66.3 66.8 1000 35.6 56.1 5.6 64.8 65.4 1500 35.1 56.5 6.1 64.6 66.2 D *** *** ** ** ** D35 40.1a 53.3b 6.5a 69.9a 70.4a D45 29.1b 61.3a 5.2b 59.7b 60.3b D35C 40.2a 53.2b 6.1a 68.9a 69.5a D45C 34.7ab 53.9b 5.8b 63.1ab 63.6ab S*D ns ns ns ns ns D35 S 0 40.4 52.7 6.5 69.7 70.2 500 39.9 53.4 7.3 71.4 72.0 1000 40.9 53.4 6.2 70.3 70.9 1500 39.3 53.8 5.9 68.0 68.6 D45 S 0 29.1 61.3 5.4 60.0 60.7 500 29.6 58.7 5.2 59.4 60.0 1000 29.2 61.5 5.2 59.7 60.3 1500 28.2 63.6 4.9 59.6 60.3 D35C S 0 41.7 52.8 5.2 68.2 68.8 500 41.8 53.0 6.7 71.8 72.4 1000 39.4 52.0 5.3 65.9 66.5 1500 37.9 54.9 7.2 69.9 70.3 D45C S 0 34.5 52.2 5.9 61.8 62.4 500 36.4 52.6 5.2 62.5 63.1 1000 32.8 57.4 5.6 63.1 63.7 1500 35.2 53.7 6.4 64.9 65.5


Tabla 2-6 . Efecto de niveles crecientes de glicerina cruda sobre los parámetros de la degradación ruminal in situ de la fibra en detergente neutro (DIFDN) de cada uno de los forrajes y/o dietas

DE1 y DE2: Degradabilidad efectiva a tasas de pasaje (kp) de 5.03 y 4.82%h-1, respectivamente. a-bMedias con letras diferentes en la misma columna: diferencias entre los niveles de glicerina (S), Dietas (D) y niveles de inclusión de glicerina en rumen dentro de cada dieta (S*D): ***P<0.001; **P<0.01 *P<0.05; ns: no significativo

Parámetro b% c %h -1 Lag h DE%1 DE%2

S(g.vaca.d -1) ns * ns * * 0 89.5 3.5b 1.2 36.4b 37.3b 500 88.9 4.6a 1.3 41.6a 42.5a 1000 88.8 4.5a 1.2 41.5a 42.4a 1500 87.5 4.4a 1.3 40.3a 41.2a D ** *** ns ** ** D35 93.1a 4.6a 1.1 43.8a 44.7a D45 89.1b 3.4b 1.3 35.8b 36.8b D35C 87.4b 5.0a 1.3 43.0a 43.9a D45C 85.1b 3.9b 1.2 37.1b 37.9b S*D ** ** ns ns ns D35 S 0 95.4 3.5b 1.2 39.3 40.3 500 90.4 5.1a 1.1 44.9 45.9 1000 92.6 5.1a 1.3 46.2 47.1 1500 93.2 4.6a 1.3 44.6 45.6 D45 S 0 84.8b 3.3 1.3 33.3 34.1 500 93.3a 3.3 1.4 36.4 37.4 1000 90.3a 3.7 1.3 38.4 39.4 1500 87.9ab 3.4 1.3 35.2 36.1 D35C S 0 89.5 3.7b 1.3 38.5 39.4 500 86.6 5.6a 1.1 45.8 46.7 1000 85.8 5.2a 1.1 42.9 43.9 1500 85.7 5.5a 1.6 44.9 45.7 D45C S 0 86.4 3.3b 1.3 34.3 35.2 500 84.6 4.4a 1.2 39.3 40.2 1000 86.3 4.1a 1.2 38.4 39.3 1500 83.0 4.0a 1.2 36.4 37.3

Capítulo 2 61

2.4.1.3 Parámetros de la fermentación ruminal

El efecto de la suplementación con glicerina cruda sobre algunos parámetros de fermentación ruminal, se observan en la Tabla 2-7. Los valores de pH ruminal no se afectaron con los niveles crecientes de glicerina cruda en rumen (P=0.363). Tabla 2-7. Efecto de niveles crecientes de glicerina cruda sobre el pH y algunos parámetros de la fermentación ruminal

Parámetro Nivel de glicerina cruda g.vaca. día-1

0 500 1000 1500 EEM1 Valor -P2

pH 6.4 6.3 6.3 6.2 0.06 0.36 N-NH3 (mg.dl-1) 21.5a 18.9ab 17.1b 17.0b 1.32 0.03 Total AGV (mM) 104.4 109.4 108.7 99.4 4.75 0.23 mol.100mol-1: Acetato (A) 65.4a 51.1b 52.3b 47.9c 0.74 <0.0001 Propionato (P) 20.8c 25.9b 24.2b 29.1a 0.63 <0.0001 Butirato (B) 12.0b 21.2a 20.6a 21.5a 0.69 <0.0001 Otros AGV´s3 1.7 1.6 1.8 1.6 0.33 0.15 Relación A:P (mol:mol) 3.2a 2.0b 2.1b 1.7c 0.06 <0.0001 a-c Medias con letras diferentes en la misma fila, denotan diferencias (P<0.05) 1EEM: Error estándar de la media 2Valores P por efecto del tratamiento 3Suma de Valerato e Isovalerato La respuesta en la proporción molar de acetato, disminuyo con la inclusión de glicerina en rumen, observándose una mayor reducción con el nivel S3. Así mismo, la proporción molar de propionato aumentó con los niveles de glicerina cruda, presentando el valor más alto con el nivel de suplementación de 1500 gramos de glicerina vía cánula ruminal. Como consecuencia del aumento en la proporción molar de propionato con la suplementación de glicerina cruda.vaca.día-1, la relación acetato:propionato (A:P) disminuyo con todos los niveles de inclusión de glicerina, siendo esta relación más estrecha, con el nivel de inclusión más alto de glicerina, en comparación con los demás tratamientos. La proporción de butirato aumento con los niveles crecientes de glicerina cruda en rumen, comparada con el tratamiento control (S0). Con relación a la concentración de N-Amoniacal (N-NH3) en el líquido ruminal de cada uno de los animales dentro de los niveles de suplementación con glicerina, se observó una reducción con la adición de esta, presentándose una mayor disminución de su concentración de hasta un 20%, con los niveles de 1000 y 1500 g-animal-día (S2 y S3), comparado con S0 (sin suplementación de glicerol).


2.4.1 Experimento 2

2.4.1.1 Producción de gas metano (CH 4) a 24 Horas de incubación in vitro

En la Tabla 2-8, se observa la producción de gas, metano (CH4), pH, degradabilidad de la materia seca (DMS) y materia orgánica (DMO) de los forrajes Kikuyo de 35 (D35) y 45 (D45) días de rebrote así como la mezcla 70:30 de cada uno de estos con un suplemento comercial (D35C Y D45C) a 24 Horas de incubación in vitro, con el líquido ruminal adaptado a los diferentes niveles de glicerina cruda en rumen. Para el caso de los substratos D35, D45 y D35C, la producción total de gas a 24 presentó una tendencia (P=0.061) a la interacción S*D, observándose una incremento en aproximadamente un 22, 14 y 9%, con el nivel de 1500 g de glicerina (S3) en el líquido ruminal, comparado con el grupo control (S0), respectivamente. La producción de metano por unidad de MS y MO degradada, para el substrato D35 aumentó (Tabla 2-8) con los niveles crecientes de glicerina en el inóculo ruminal incubado, siendo mayor con el nivel de inclusión más alto (S3). Para el forraje D45, la producción de metano aumentó solo con el líquido ruminal adaptado a los niveles de glicerina S2 y S3, al compararse con el nivel S0. Para el caso de las dietas D35C y D45C, la producción de gas metano por unidad de materia seca y orgánica degradada, disminuyo cuando se incubo con el inóculo ruminal de 500 y 1000 gramos de glicerina, en cada substrato, respectivamente (P<0.05). La degradabilidad in vitro de la MS (DMS) y MO (DMO), así como los valores de pH, no se afectaron para las dietas y/o substratos incubados con el inóculo ruminal proveniente de los animales suplementados con los diferentes niveles de glicerina.

Capítulo 2 63

Tabla 2-8 . Efecto de niveles crecientes de glicerina cruda en el líquido ruminal, sobre la degradación de la MS, MO y la producción de metano in vitro a 24 horas de incubación de los forrajes y/o dietas

DMS: Degradabilidad in vitro de la Materia Seca, DMO: Degradabilidad in vitro de la Materia Orgánica, CH4: Metano, MSd: Materia Seca degradada, MOd: Materia Orgánica degradada.a-cMedias con letras diferentes en la misma columna: diferencias entre los niveles de glicerina (S), Dietas (D) y niveles de suplementación de glicerina en rumen dentro de cada dieta (S*D): ***P<0.001; **P<0.01 *P<0.05; ns: no significativo

Parámetro 24 Horas pH DMS

% DMO

% mlGas

mlCH 4

gMSd -1 mlCH 4

gMod -1

S (g.vaca.d -1) ns ns ns ns * *

0 6.7 67.1 65.7 90.2 30.4b 31.1b 500 6.7 68.3 66.8 91.3 32.2ab 32.9ab 1000 6.6 67.4 66.8 94.4 34.0a 34.3a 1500 6.8 66.0 64.9 100.5 36.9a 37.3a D ** ** ** ** ** ** D35 6.7a 71.9a 70.5a 95.5a 29.8b 30.4b D45 6.7a 57.1b 54.2b 102.5a 33.4a 35.3a D35C 6.5b 72.5a 73.4a 86.4b 34.1ab 33.8ab D45C 6.6ab 66.3ab 66.0ab 92.1a 36.0ab 36.3ab S*D ns ns ns ns *** *** D35 S 0 6.7 72.1 70.7 86.9 20.4c 20.8c 500 6.8 72.9 71.5 93.1 29.3b 29.9b 1000 6.8 72.3 71.7 95.2 31.9b 32.6b 1500 6.7 70.5 68.3 106.6 37.4a 38.2a D45 S 0 6.7 58.5 55.6 82.5 29.3b 30.9b 500 6.8 57.9 55.2 82.4 33.1ab 34.8ab 1000 6.7 55.8 53.3 86.4 35.8a 37.5a 1500 6.7 56.0 52.8 94.3 35.6a 37.9a D35C S 0 6.7 72.2 72.2 98.8 34.3a 34.4a 500 6.6 73.7 72.9 100.6 30.6b 34.9b 1000 6.6 73.8 73.9 103.2 34.6a 34.6a 1500 6.7 70.5 72.7 107.2 36.9a 35.4a D45C S 0 6.6 65.6 64.4 92.4 37.5a 38.4a 500 6.7 66.7 65.7 88.9 35.8a 36.3a 1000 6.6 66.9 68.2 93.4 33.2b 35.7b 1500 6.7 66.1 65.8 93.8 37.6a 37.8a


2.5 Discusión 2.5.1 Experimento 1


La degradabilidad efectiva “DE” de las fracciones MS y PC de todos forrajes y/o dietas (D35, D45, D35C y D45C), no se afectaron con los niveles crecientes de glicerina cruda en rumen. Estos hallazgos son concordantes con los reportados por Schröder y Südekum (1999); Kass et al (2012), quienes suplementaron con niveles de glicerol entre 10 y 15%, como parte de la ración en dietas para rumiantes a base de heno de alfalfa y ensilaje de gramíneas, respectivamente, sin encontrar algún efecto negativo en la degradabilidad de estas fracciones; lo cual es atribuible a la falta de algún efecto negativo en otros parámetros fermentativos como los valores de pH. Mould y Ørskov (1984), sugieren que la actividad de los microorganismos ruminales, en especial los celulíticos, estaría enteramente limitada con valores de pH en el medio ruminal por debajo de 6.0, lo cual podría suceder con dietas ricas en compuestos tan fermentables como la glicerina, deprimiendo severamente la degradabilidad de la MS y de los componentes de la pared celular; sin embargo, como ya se indicó, el valor de pH, nunca fue inferior a 6.2 con ninguno de los niveles de glicerina en rumen. Por otro lado, las investigaciones in vitro de Avila et al (2011), utilizando cantidades de glicerol como remplazo del grano de cebada de 70, 140 y 210 g.KgMS-1, respectivamente, encontraron un incremento en la degradabilidad de la MS en aproximadamente un 5% en comparación con el tratamiento control, evidenciándose que el efecto en la degradabilidad de la dieta depende en gran medida del tipo y composición del substrato, ya que como lo sugieren estos investigadores, al igual que Remond et al (1993), la adición de glicerol en dietas altas en fibra, pudiera incrementar su degradación, comparadas con aquellas dietas altas en almidón (>20-40%), debido a cambios favorables en algunos parámetros fermentativos. La adición de niveles crecientes de glicerina cruda en rumen, resulto en una mejora de los parámetros de la degradación ruminal in situ de la fracción FDN de cada uno estos substratos, todas las dietas presentaron un aumento en la degradabilidad efectiva “DE” a las diferentes tasas de pasaje, al compararse con el grupo control o sin la adición de glicerina cruda, vía ruminal. Así como lo sugieren Ørskov y McDonald (1979); Correa (2007), el aumento en la “DE” de las fracciones del alimento, tal como la FDN, se encuentra directamente relacionada, con la fracción soluble “a”, potencialmente degradable “b”, y las tasas de degradación y pasaje “c” y “Kp”, respectivamente, las cuales a su vez están influenciadas por la composición química del forraje y por el crecimiento y

Capítulo 2 65

actividad de los microorganismos fibrolíticos, para degradarla (Hoffman et al., 1993; Cherney et al., 2003). Con excepción del forraje kikuyo D45, la tasa o velocidad de degradación “c”, de la fracción FDN de estas dietas, se incrementó con todos los niveles de glicerina cruda en rumen (S1, S2, S3). Sin embargo, aunque la tasa de degradación “c” de la FDN del forraje D45, no difirió de manera significativa entre los niveles de inclusión de glicerina cruda en rumen, la inclusión de 500 y 1000 g.animal.día-1 (S1 y S2), indujo a un aumento en la fracción “b” de este forraje, lo que conllevo a un efecto positivo de la suplementación con glicerina en la degradación de todos los substratos (Tabla 2-6, Figura 2-1). Estos resultados denotan además que el parámetro “b” de dicho forraje estuvo influenciado por la inclusión de glicerina en rumen, modificando el ambiente ruminal y la actividad misma de los microorganismos para degradar dicha fracción en un substrato menos digestible y con una mayor proporción de fibra, al compararse con los demás substratos evaluados. Al respecto, Miller y Muntifering (1985); Van Milgen et al (1992); Dijkstra et al (2005), sugieren que con excepción de la fracción “a”, la cual desaparece durante el lavado o se solubiliza rápidamente en el ambiente ruminal, y por tanto se define como un factor intrínseco al substrato, otras fracciones, tales como la fracción indigestible, así como el parámetro “b” (fracción potencialmente degradable), no siempre son inherentes al substrato incubado, sino que además depende del tipo de dieta con la que es alimentado el animal hospedero. Las investigaciones desarrolladas por Schröder y Südekum (1999); Donkin (2008); Drouillard (2008), los cuales indican, que dietas compuestas por forraje y concentrados, siendo el forraje el componente de mayor participación en la dieta (>60% de la MS total), el glicerol presenta mayores oportunidades de mejorar la actividad microbiana del rumen e inducir a una mayor degradación de los carbohidratos estructurales de la dieta, tal y como se observó en la presente investigación. Resultados semejantes reportan Wang et al. (2009a), quienes alimentando novillos con 100, 200 y 300 g de glicerol-día, encontraron un incremento en la “DE” de heno de tallos de maíz (principal componente fibroso de la dieta), mejorando su tasa de degradación y la fracción potencialmente degradable “b”, observándose además, un incremento de la digestibilidad de esta fracción en el tracto total; resultados que son concordantes con los de Donkin et al (2009). Sin embargo, los resultados in vitro de Roger et al (1992) y Abo et al (2010), quienes en sus investigaciones encontraron que la adición de glicerol de un 5 y 10% de la MS total, disminuyó la degradación de la FDN, como consecuencia en el descenso de poblaciones bacterianas como Ruminococcus flavefaciens, Fibrobacter succinogenes y Butyrivibrio fibrisolvens, afectando el crecimiento, adhesión y actividad de estas especies de bacterias, sin embargo a concentraciones más bajas de glicerol (0.1 y 1.0%, en el medio de cultivo), no presento algún efecto. En consecuencia, los resultados obtenidos sobre la degradación de las diferentes fracciones (MS, PC y FDN), corroboran lo expuesto en las investigaciones de Kijora et al (1998); Ferraro et al (2009); Van Cleef et al (2013), quienes concluyen que la actividad de los microorganismos ruminales a causa de la alimentación con glicerol, depende en gran medida de la exposición continua a este azúcar-


alcohol, lo cual fue tomado en cuenta en la presente investigación, lo que podría conducir a no afectar de manera negativa o por el contrario, presentar efectos positivos en el crecimiento y actividad de estas poblaciones microbianas, incidiendo sobre la degradación ruminal, específicamente en la fracción de la FDN de dichos substratos.

2.5.1.2 Parámetros de la fermentación ruminal Los valores de pH en rumen, no se afectaron con los niveles crecientes de glicerina de hasta 1500 g-animal-día (Tabla 2-7), lo cual resulta en un aspecto benéfico para la actividad de los microorganismos ruminales, especialmente para los celulíticos, cuya máxima actividad para degradar la fibra, se obtiene con valores de pH ruminal en un rango de 6.0-6.8 (Russell y Wilson, 1996). Estos resultados son concordantes con los reportados por DeFrain et al (2004) y Kass et al (2012), quienes suplementando con hasta 860 g de glicerol o remplazando hasta 3 kg de harina de cebada por glicerol en la ración diaria de vacas lactantes, respectivamente, no encontraron algún efecto en los valores de pH en rumen, atribuyéndolo al tipo de dieta, ya que estos a diferencia de Remond et al (1993) y Kijora et al (1998), los cuales utilizaron el glicerol en dietas a base de heno y ensilaje de forrajes con altos contenidos de carbohidratos no estructurales, representados principalmente por almidones (>40 de la ración en base seca), con bajos contenidos de fibra, la inclusión de glicerol provocó un descenso en el pH ruminal con este tipo de dietas. Por otro lado, Schröder y Südekum (1999), concluyen que dietas con niveles menores al 40% en almidones, los valores de pH así como otros parámetros fermentativos, no se ven afectados por la adición de hasta 10% de glicerol en la ración; lo cual es consistente con el tipo de dietas ofrecidas en nuestro medio, cuya dieta es principalmente a base de forrajes como el pasto kikuyo en el caso de sistemas de lechería, logrando superar el 60% de la ración diaria. Con relación a la concentración del total de AGV´s, no se encontró algún efecto con los niveles crecientes de glicerina en rumen (Tabla 2-7), lo cual es consistente con la falta de efecto sobre los valores de pH ruminal. Sin embargo, las proporciones molares de los AGV´s, vistos de manera individual, se observó un incremento en la proporción molar de propionato y butirato a expensas del acetato con la suplementación de glicerina, disminuyendo la relación A:P, por el aumento en la concentraciones de propionato, lo que está directamente relacionado con la inclusión de azucares-alcoholes, como el glicerol, cuyas propiedades gluconeogénicas inducen a la síntesis de propionato (Van Soest, 1994; Relling y Mattioli, 2002). Estos resultados son concordantes tanto con investigaciones in vivo (DeFrain et al., 2004; Carvalho et al., 2011, como in vitro (Bergner et al., 1995; Lee et al., 2011), en las cuales con la inclusión de glicerol en sus dietas para rumiantes, se ha encontrado una mayor proporción molar de

Capítulo 2 67

propionato y butirato a expensas del acetato, disminuyendo la relación de acetato: propionato, con lo cual según Czerkawski y Breckenridge (1972), se podría sugerir que el aumento en la proporción molar de los ácidos grasos volátiles C3 y C4, se debe a que estos son los primeros en producirse durante la fermentación del glicerol en rumen. Aunque los resultados en las investigaciones in vivo de Wang et al (2009a) e in vitro de Trabue et al (2007), no reportan efecto en la proporción molar de C2, sus resultados confirman que es el propionato, es el AGV de mayor concentración, cuando se incluyó glicerol en sus dietas. La suplementación con glicerol en 1000 y 1500 g, redujo en aproximadamente un 20%, los niveles de N-amoniacal en rumen, sirviendo como fuente de energía en el ambiente ruminal; según Russell et al (1992); Dijkstra et al (2005), las bacterias celulíticas derivan su Nitrógeno del N-NH3, principalmente. Estos resultados toman vital importancia, en especial cuando se utilizan forrajes como el pasto kikuyo, los cuales generalmente están sometidos a una alta fertilización nitrogenada (Carulla, 1999; Correa et al., 2008), provocando un aumento en sus contenidos de PC, incrementando la fracción soluble, a su vez que disminuye la fracción potencialmente degradable “b”(Rodríguez, 1999; Galvis et al., 2010). Esta situación puede conllevar a un exceso de N-amoniacal en rumen, el cual, solo podría ser debidamente aprovechado por los microorganismos ruminales si existe cierta disponibilidad de substratos tan fermentables, que participen como fuente de energía para su crecimiento y actividad, durante los procesos fermentativos ocurridos en el rumen (Dormond et al., 1998; Relling y Mattioli, 2002; Taweel et al., 2006). Estos resultados son concordantes con los reportados por Wang et al (2009a) y Lee et al (2011), los cuales encontraron una disminución del nitrógeno- amoniacal cuando utilizaron glicerol en sus dietas, sugiriendo una mayor eficiencia en el uso del N, por parte de los microorganismos ruminales, ya que en el primer estudio, se observó un aumento en la síntesis de derivados púricos (DP), lo que refleja una mayor síntesis de proteína microbiana. En contraste, los resultados de Paggi et al (1999), muestran una disminución en la actividad proteolítica del rumen de un 20 %, cuando se incrementaron las cantidades de glicerol de 50 a 300 mM, en los cultivos in vitro, lo que conllevo a una disminución en la concentración de N-amoniacal en el medio.

2.5.2 Experimento 2

2.5.2.1 Producción de gas metano (CH 4) a 24 de incubación in vitro

Según los resultados observados, la producción de metano in vitro por unidad de MS y MO degradada, presentó un efecto diferente dependiendo del tipo de dieta (Tablas 2-8). Para el caso del forraje de Kikuyo de 35 días de rebrote (D35), la producción de CH4 por gramo de MS y MO degradada, fue aún más alta con el


inoculo adaptado a 1500 gramos de glicerina (P<0.05), lo cual podría deberse a un efecto aditivo del mismo, a este tipo de substrato de mayor degradación a tiempos de incubación cortos. Johnson y Johnson (1995); Kurihara et al (1999) indican que la producción de metano está directamente relacionada con las cantidades de carbohidratos fermentados en el rumen, tanto estructurales como no estructurales. Para el caso del forraje D45, la producción de metano aumentó solo con el líquido ruminal adaptado a los niveles de glicerina S2 y S3, al compararse con el nivel S0; esto podría sugerir, que solo con niveles altos de glicerina cruda en rumen su efecto como un compuesto de mayor fermentación, resulta en un impacto menos marcado en la producción de metano, con forrajes de un mayor contenido fibroso y menor cantidad de CNE, como se observa en este tipo de pasto (Tabla 2-3), pudiendo requerir mayores tiempos de incubación para notar algún efecto con niveles de inclusión más altos de glicerina. Para las dietas D35C y D45C, en las cuales se sustituyó el 30% del forraje por un suplemento comercial, el cual se conoce que presenta materias primas ricas en almidones como el maíz y/o sorgo, solo se observó una disminución con el nivel bajo (S1) para la dieta D35C y medio (S2), para el caso de una dieta de menor degradación como lo fue la dieta D45C. Este efecto en la producción de gas metano in vitro, podría deberse en parte, al remplazo causado por la inclusión de un suplemento energético en forma de mayor contenido de almidones. Según Moss et al (2000) y Demeyer y Fievez. (2000), la fermentación de almidones, genera más propionato, lográndose generar cierta competencia por los hidrógenos (H2) del medio ruminal con las bacterias metanogénicas; efecto favorecido con el inóculo ruminal adaptado a 500 y 1000 gramos de glicerina cruda en el inóculo, debido a la contribución que esta misma hace en el aumento de la proporción molar de propionato; sin embargo esta disminución en la producción de metano de dichos substratos, no se observó con niveles más altos de glicerina en el inóculo, lo que podría deberse a la producción de metano a partir del glicerol. Según Hobson y Mann (1961); Czerkawski y Breckenridge (1972); Kijora et al (1998); Trabue et al (2007); Krehbiel (2008), la fermentación del glicerol en un ambiente ruminal adaptado, produce también otros metabolitos diferentes al propiónico, como H2 y el mismo CO2, el cual es un producto intermedio durante la fermentación de glicerol a propionato por la vía del succinato (Wytske et al., 1973), siendo estos utilizados por microorganismos metanogénicos para producir metano (Moss et al., 2000; Relling y Mattioli, 2002; Janssen, 2010). Así mismo, los contenidos de metanol presentes en la glicerina cruda, podrían inducir a un aumento en la producción de metano, ya que este puede servir como substrato para algunas bacterias metanogénicas del rumen. Por su parte, Pol y Demeyer (1988), encontraron que el metanol se metaboliza produciendo en su mayoría metano, principalmente cuando el consumo de metanol está por encima

Capítulo 2 69

de 15 g.animal.día-1, valor ligeramente superior al consumo de metanol por los animales de este experimento con el mayor nivel de inclusión de glicerina S3 (13 g de matanol.vaca.día-1), el cual, junto con el nivel S2 (8.4 g de matanol.vaca.día-

1 ), fueron los niveles que más incrementaron la producción de metano (Tabla 2-8) Estos resultados están indicando al mismo tiempo, que existe una adaptación de los microorganismos ruminales al glicerol; resultados concordantes con los reportados por Avila et al (2013), en los que utilizo niveles crecientes de glicerol de 5, 10 y 15% en dietas a base de heno y ensilaje de maíz, encontrando un incremento en la concentración de metano por unidad de MSd, indicando que el aumento en la proporción molar de propionato no siempre está asociado con la reducción en la producción de metano. En contraste, Avila et al (2011), utilizando sistemas de fermentación in vitro, suplementaron con hasta 210 gramos.kg-1 de materia seca de glicerol, en dietas que contenían grano y ensilaje de cebada, sus resultados muestran que no hubo efectos en comparación con el tratamiento control (sin adición de glicerol), en la producción de metano por unidad de MSd a las 48 Horas (12.4 vs 11.3 mg.gMSd-1). Lee et al (2011), reportan una disminución a las 24 horas de incubación in vitro, en la producción de metano, cuando se adiciona glicerol a dietas con alfalfa (17.9 a 14.9 ml.gMS-1) y maíz (29.6 a 25.8 ml.gMS-1). Sin embargo, a periodos de incubación más largos, la producción de metano se incrementó con la inclusión de sólo glicerol, indicando una posible adaptación de los microorganismos ruminales para producir metano a partir del glicerol. En este sentido, Van Cleef et al (2013), utilizando cultivos de fermentación in vitro, durante 24 horas, encontraron un aumento en la concentración de CO2 y CH4 (aunque no significativa estadísticamente) de un 17 y 23% para cada gas, cuando incubaron dietas a base de ensilaje de maíz con 15% de glicerina cruda y utilizando el inóculo ruminal adaptado a la inclusión de glicerina. Así mismo, como se describió anteriormente los contenidos de metanol presentes en la glicerina cruda, podrían inducir a un aumento en la producción de metano. Al respecto, Werner (2013), utilizando un sistema de fermentación in vitro, en el cual incubo ensilaje de maíz como substrato con líquido ruminal adaptado durante 12 días con 400 gramos de glicerina cruda, la cual contenía 0.8% de metanol, encontró un aumento en la producción de metano de este, en más de un 12%, al compararlo con el inóculo ruminal sin inclusión de glicerina. Por otro lado, como se observó en el experimento 1 de este estudio, los niveles crecientes de glicerina cruda en rumen, incrementaron la degradación de la fracción fibrosa de estos mismos substratos (Figura 2-1) y la proporción molar de butirato en el líquido ruminal (Tabla 2-7), lo que podría sugerir un aumento en la población microbiana sobretodo de protozoos, a los cuales se les ha adjudicado un papel importante en la producción de metano, debido a una posible adhesión de bacterias metanogénicas a especies protozoarias (Demeyer y Fievez, 2000).


Sin embargo, estos resultados in vitro deben ser comparados con aquellos obtenidos in vivo, donde no se han encontrado efectos en la producción de metano en dietas forrajeras con glicerina o glicerol (Lage et al., 2013; Silva et al., 2013; Ribeiro et al., 2013), lo cual podría deberse a un escape del glicerol de la fermentación ruminal o a su absorción directa desde el rumen (Avila et al., 2013); factores que no logran ser observados en un sistema de fermentación in vitro de tipo cerrado, como el utilizado en este experimento. 2.6 Conclusiones

Bajo las condiciones en la que se desarrolló esta investigación, los niveles crecientes de glicerina cruda en rumen con dietas a base de pasto Kikuyo a edades de 35 y 45 días rebrote (D35 y D45), así como la mezcla de estas en una proporción 70:30 con un suplemento comercial (D35C y D45C), resulto en un incremento en la degradación in situ de la fracción FDN, en aproximadamente un 13±0.72% y 11 ±0.74%, a tasas de pasaje (kp) de 5.03 y 4.82%h-1, respectivamente, comparados con los animales que no fueron suplementados con glicerina cruda. La concentración molar del total de AGV´s en el líquido ruminal, no se afectó con los niveles de 500, 1000 y 1500 gramos de glicerina.animal.día-1; sin embargo, la proporción molar de propionato y butirato aumentaron a expensas del acetato con todos los niveles de glicerina; siendo mayor la proporción de propionato en el líquido ruminal con el nivel más alto de glicerina (1500 gramos); al mismo tiempo que la concentración de N-NH3, disminuyo en aproximadamente un 20% sólo con los niveles de 1000 y 1500 g de glicerina cruda. Los valores de pH ruminal no se afectaron con los niveles de glicerina. La producción de gas metano por unidad de MS y MO degradada, con el inóculo ruminal adaptado a niveles crecientes de glicerina cruda, depende del tipo de dieta; ya que dicho gas se aumentó, con el forraje de 35 días de rebrote (D35) a medida que en el inóculo ruminal incubado, se incrementaba el nivel de glicerina; mientras que para el forraje D45, la producción de metano aumentó, solo con el líquido ruminal adaptado a los niveles de glicerina S2 y S3, al compararse con el nivel S0; o por el contrario, dicha producción de gas disminuyo solo cuando el inóculo ruminal estaba con los niveles S1 y S2 para el caso de la dietas D35C y D45C, respectivamente. Debido a que en este tipo de experimentos realizados in vitro, no se tienen en cuenta otros factores que afectan la producción de metano como el nivel de consumo y la tasa de pasaje por el tracto digestivo de aquellas dietas ofrecidas a rumiantes y donde se incluye el glicerol como suplemento, es necesario comparar estos resultados con experimentos desarrollados in vivo, ya que hasta el

Capítulo 2 71

momento las investigaciones que evalúan el efecto del glicerol sobre la producción de metano, no han sido lo suficientemente concluyentes.

2.7 Agradecimientos

Los autores agradecen al Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural por la financiación del proyecto 2008 D3614-3706 y a la alianza OLEOFLORES – Universidad Nacional de Colombia-Sede Medellín.

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3 Capítulo 3. Efecto de la suplementación con glicerina cruda en vacas Holstein bajo pastoreo, sobre la producción y calidad composicional de su leche


1 Grupo de investigación en Biotecnología Ruminal y Silvopastoreo BIORUM. Universidad Nacional de Colombia. Medellín. [email protected]

2 Profesor Titular. Departamento de producción Animal. Facultad de Ciencias Agrarias.

Universidad Nacional de Colombia. Medellín. Director Grupo de investigación en Biotecnología Ruminal y Silvopastoreo BIORUM [email protected].

3.1 Resumen El objetivo de esta investigación, fue evaluar el efecto de la suplementación con glicerina cruda como subproducto proveniente de la producción de biodiesel del aceite de palma africana, sobre el consumo de materia seca, producción y composición de la leche, así como el balance energético de vacas en el primer tercio de lactancia. Se utilizaron 6 vacas multíparas de la raza Holstein con un peso vivo promedio de 559 kg, las cuales se encontraban cursando 43±10 días en lactancia y con una producción promedio de 26.8 L.día-1, cuya dieta basal consistía en el pastoreo de forraje kikuyo (Pennisetum clandestinum) y un suplemento comercial (ofreciendo en cantidad de 1 kg por cada 4.0 L de leche). Las vacas se asignaron de manera aleatoria a cada uno de los tratamientos, en un diseño de sobrecambio 3*3. Los tratamientos fueron: T0 (sin suplementación de glicerina), T1: 750 y T2: 1500 gramos de glicerina-vaca-día, la cual se mezcló de manera manual con el suplemento comercial. La suplementación con 750 y 1500 gramos de glicerina cruda no afecto el consumo de forraje y del suplemento, permitiendo al mismo tiempo mejorar el balance energético de estos animales. Con el nivel de suplementación de 1500 gramos de glicerina, se logró incrementar el consumo de materia seca total y de energía (P<0.05). La producción y proteína de la leche aumentó en un 8 y 2%, respectivamente con el nivel de suplementación de 1500 gramos de glicerina (P<0.05), sin afectar los contenidos de grasa láctea, así como su composición lipídica. Adicionalmente el aumento en la producción de leche con el tratamiento de mayor inclusión de glicerina (1500 g.vaca.día-1), incremento ligeramente la relación Beneficio:Costo, al ser comparado con la dieta convencional ofrecida (sin suplementación de glicerina) y la suplementación con 750 gramos de glicerina (T1). Los resultados obtenidos bajo las condiciones en las que se realizó este experimento, indican que la suplementación con glicerina cruda, resulto ser una atractiva fuente energética de bajo costo para la ganadería de leche bajo pastoreo.


Palabras clave: Glicerina cruda, ganadería de leche, consumo de materia seca, producción y composición de la leche

3.2 Introducción

La incursión y establecimiento de la industria del biodiesel en el país y en el mundo, está generando un aumento en la disponibilidad de glicerina cruda, como co-producto, representando aproximadamente el 10% de la producción total de biodiesel (Dasari et al., 2005; Donkin y Doane, 2007; Melero et al., 2012). Los reportes más recientes de FEDEBIOCOMBUSTIBLES (2013), indican que para el año 2012, Colombia produjo aproximadamente 489.900 toneladas de biodiesel, lo que implicaría la co-produccion anual de 49.000 ton de glicerina cruda, las cuales deben ser debidamente aprovechadas para mitigar los enormes impactos ambientales y económicos que traería su almacenamiento y/o descarte.

La glicerina cruda es un azúcar-alcohol, cuyo componente mayoritario es el glicerol, considerado como un precursor gluconeogénico en la nutrición de los rumiantes, el cual puede ser convertido a glucosa en el tejido hepático, ya sea por su absorción directa o como ácido graso volátil propionato, principal producto de su fermentación en rumen (Krebs et al., 1966; Remond et al., 1993; Kijora et al., 1998). Aunque las investigaciones en el campo de la nutrición animal con glicerol no es algo nuevo, ha sido su aumento generado por la industria del biodiesel y su bajo costo por la alta oferta, los que han propiciado en la última década su aplicación en el área de la nutrición, sobretodo en la de rumiantes. Acorde a la Food and Drug Administration (FDA, 2006), el glicerol es reconocido como un alimento seguro para el uso en la alimentación animal. Sin embargo, su uso en forma cruda (<60-90% de glicerol), ha sido limitado por los contenidos de metanol, puesto que valores mayores al 0.5%, podría conducir a efectos tóxicos (Drackley, 2008). Sin embargo, las investigaciones de DeFrain et al., 2004 y Werner, 2013, han sugerido que aunque el metanol no es un metabolito común en los procesos fermentativos del rumen, produciéndose particularmente durante la hidrólisis de pectinas por bacterias y protozoos (Pol y Demeyer, 1988); los rumiantes adultos podrían tolerar niveles de metanol ≤1.3%, sin afectar el desempeño productivo de los mismos.

Una de las principales características nutricionales de la glicerina (glicerol), es su alto contenido energético, presentando valores promedio de 2.20 Mcal.kgMS-1 de ENL, en vacas de lactancia temprana y media, logrando ser comparable con la del grano de maíz (Lebzien y Aulrich, 1993; Schröder y Südekum, 1999; DeFrain et al., 2004), convirtiéndola así, en una atractiva fuente energética, para la ganadería de leche.

La glicerina como suplemento energético, se ha evaluado en dietas para ganado lechero, en diferentes etapas de la lactancia, principalmente en el periodo de

Capítulo 3 81

transición (DeFrain et al., 2004; Ogborn, 2006; Carvalho et al., 2011) y lactancia temprana y media (Khalili et al., 2007; Wang et al., 2009b), utilizándose como un suplemento energético (Bodarski et al., 2005; Chung et al., 2007) o como sustituto, logrando remplazar hasta el 15% del total de la ración de la MS (Donkin et al., 2007; Carvalho et al., 2011; Kass et al., 2012). Sin embargo, los efectos de la alimentación con glicerol o glicerina sobre la producción de leche y composición de la misma no han sido lo suficientemente concluyentes, manteniendo o mejorando el consumo de nutrientes, así como el estatus energético de los animales. En Colombia, donde el sector lácteo adolece de una clara respuesta en su producción primaria, la suplementación energética con materias primas nacionales como la glicerina, podría convertirse en una propuesta para mejorar la competitividad de la producción primaria de leche en finca y en los diversos sistemas ganaderos de lechería especializada.

Las investigaciones hasta ahora realizadas en el campo de la nutrición de rumiantes con glicerina se han realizado en su mayoría en dietas “Feedlot” o TMR (Raciones Completamente Mezcladas), siendo pocas las investigaciones que evalúen el efecto del glicerol en los sistemas de alimentación para bovinos de leche, basados en el consumo de forraje bajo pastoreo (Mestra et al., 2010; Junior et al., 2013). Es así como la glicerina, co-producto de la industria del biodiesel, se puede convertir en una atractiva fuente energética de bajo costo para los sistemas de producción de lechería especializada en Colombia, la cual tiene como base principal la alimentación con forrajes, constituidos por gramíneas como el pasto Kikuyo principalmente (Lotero, 1993; Cárdenas, 2003; Carulla et al., 2004), cuya diversidad de suelos, posición latitudinal y edad de rebrote, hace que se presenten diferencias en cuanto a su composición química y nutricional (Sánchez, 1995; Correa, 2007), afectando de manera directa la producción de leche y su composición. Por tanto, el objetivo de esta investigación, consistió en evaluar el efecto de la suplementación con glicerina cruda sobre el consumo de materia seca, producción y composición de la leche, así como el balance energético de vacas Holstein en el primer tercio de lactancia.

3.3 Materiales y métodos

3.3.1 Localización El experimento se realizó en la granja experimental Paysandú (corregimiento de Santa Elena, Medellín – Antioquia) de la Universidad Nacional de Colombia, ubicada a 2400 msnm, con una temperatura promedio de 14 °C y una precipitación media de 2500 mm al año, perteneciente a una zona ecológica de bosque húmedo – Montano bajo (bh – MB).

3.3.2 Animales y tratamientos


Se utilizaron 6 vacas multíparas de la raza Holstein con un peso vivo (PV) promedio de 559 kg, las cuales se encontraban cursando 43±10 días en lactancia y con una producción promedio de 26.8 L.día-1. La dieta ofrecida en finca, se basó en el pastoreo de forraje Kikuyo (Pennisetum clandestinum), de 40±3 días de rebrote y un suplemento comercial, el cual se ofreció a razón de 1 kg por cada 4.0 Litros de leche producidos y el cual se dejó constante durante todo el periodo de evaluación. La composición química de la dieta basal ofrecida en la finca se observa en la Tabla 3-1.

Los tratamientos consistieron en la suplementación con glicerina a la dieta basal ofrecida en finca: T0 (sin suplementación de glicerina), T1: 750 y T2: 1500 gramos de glicerina-vaca-día. Los animales fueron asignados de manera aleatoria a cada uno de los tratamientos (2 animales * tratamiento * periodo), utilizando un diseño experimental de Sobrecambio 3x3.

Tabla 3-1. Composición química de la muestras de forraje del pasto kikuyo y el suplemento concentrado comercial colectados durante el experimento Fracción química, %MS Forraje kikuyo Suplemento comercial PC 18.7 19.3 FDN 63.9 32.8 FDA 26.3 16.1 EE 2.5 4.1 MO 89.9 93.6 Cenizas 10.1 6.4 DIVMS 60.3 70.5 ENL (Mcal.Kg MS-1) 1.33 1.87 MS: Materia seca; PC: Proteína cruda; FDN: Fibra en detergente neutro; FDA: Fibra en detergente ácido; EE: extracto etéreo; MO: Materia orgánica; DIVMS: Digestibilidad in vitro de la materia seca a 48 horas; ENL: Energía Neta de lactancia estimado con base en NRC (2001). Tabla 3-2. Caracterización química de la glicerina cruda proveniente del biodiesel obtenido a partir del aceite de palma africana en prueba. Parámetro % de la MS MS 90.2 PC 0.0 EE (% ácidos grasos): 0.2 Palmítico C16:0 Esteárico C18:0 Palmitoléico C16:1 c9 Oleico C18:1 c9 (n-9) Linoléico C18:2 c9, c12 (n-6) Linolénico C18:3 c9, c12, c15 (n-3)

40.1 4.8 0.1

43.2 10.6 0.2

Glicerol 88.0 Cenizas 4.0 Sales 3.9 Metanol 0.8 ENL (Mcal.kg MS-1)1 2.02 1Estimado con base en NRC (2001)

Capítulo 3 83

La glicerina cruda utilizada, provenía de la planta OLEOFLORES® productora de biodiesel, a partir del aceite de palma africana (Elaeis guineensis) en la ciudad de Codazzi (Departamento del Cesar), la cual presentaba un 88% de glicerol y cuya caracterización química se observa en la Tabla 3-2 (Valores entregados por la planta productora de biodiesel). El periodo experimental tuvo una duración de 60 días (20 días por periodo). Los primeros 15 días de cada periodo, fueron considerados como el periodo de adaptación a los niveles de glicerina y los últimos 5 días, como el periodo de medición y muestreo. Las vacas fueron ordeñadas dos veces por día, con un intervalo de tiempo de 12:00 h, dividiendo la cantidad total de glicerina en dos suministros durante el día y mezclándola de manera manual con el suplemento comercial.

3.3.3 Variables medidas

3.3.3.1 Composición química de las muestras de forr aje y suplemento alimenticio

Durante los días de medición de cada periodo, se tomaron muestras de suplemento y de pasto simulando el pastoreo selectivo, siguiendo la técnica de “Hand pluck”, descrita por Euclides et al (1962). Dichas muestras se secaron durante 48 horas a una temperatura de 60°C, en una estufa de ventilación forzada y molidas en un molino de cuchillas, con criba de 1mm, para obtener una muestra compuesta por periodo y animal. El contenido de cenizas (%Cen), se obtuvo por incineración directa a 500°C por dos hor as, (AOAC, 1942), siendo la materia orgánica (%MO), calculada como la diferencia entre los valores de la materia seca (MS) y Cen. El contenido de nitrógeno de cada uno de los substratos, se determinó por el método Kjeldhal (AOAC 1990) y al multiplicar este valor por el factor de conversión de 6.25, se obtuvo el contenido de proteína cruda (%PC). Los contenidos de Fibra en Detergente Neutro (%FDN), Fibra en Detergente Ácido (%FDA) y Lignina (%Lig) del pasto y suplemento, fueron determinados por la técnica secuencial descrita por Van Soest et al (1991), que para el caso del suplemento, se utilizó una alpha amilasa termoestable, durante el procedimiento de extracción con detergente neutro, usando un analizador de fibras ANKOM 200® (Ankom technology 2004). Los contenidos de extracto etéreo (%EE), se determinaron con un analizador de grasa ANKOM XT15 mediante el método Soxhlet, siguiendo la metodología descrita por la AOAC (1990). La digestibilidad in vitro de la materia seca (%DIVMS) de cada uno de los substratos, se determinó a las 48 horas, utilizando una incubadora Daisy II® de la marca ANKOM (Ankom technology 2004), siguiendo la metodología descrita por Goering y Van Soest (1970).


3.3.3.2 Estimación del consumo individual bajo past oreo

La estimación del consumo individual del pasto Kikuyo bajo pastoreo, se realizó utilizando marcadores externos e internos. Como marcador externo se utilizó fibra mordantada con cromo, siguiendo la metodología descrita por Udén et al (1980); Pond et al (1987), logrando obtener una fibra mordante con una concentración promedio de cromo 1.30 ± 0.2%. La fibra mordantada con cromo, se ofreció dentro del suplemento a razón de 46 gramos.animal.día-1, de acuerdo al peso vivo promedio de los animales dentro de cada uno de los tratamientos. La dosificación del marcador se realizó durante todo el periodo experimental, dividiendo la fibra mordante en cantidades iguales durante los dos ordeños. Durante los últimos 5 días de cada periodo, se colectaron muestras de heces de cada animal por vía rectal dos veces en el día. Posteriormente fueron congeladas a -4°C, para luego extraerles la humedad, en una es tufa de ventilación forzada a 60°C durante 72 horas y molidas en un molino de cuc hillas (Fritsch Idar Oberstein® - Germany), con una criba de 1 mm.

Las muestras de heces secas, fueron mezcladas en cantidades iguales con relación a los días de medición, para obtener una muestra compuesta por periodo y por animal. La concentración del marcador en la fibra (cromo) y en las heces, se determinó por espectrometría de absorción atómica (Holden et al 1994); para el caso de la concentración de cromo en las heces, esta se corrigió por el contenido basal de cromo en cada uno de los animales de forma individual, durante el periodo pre-experimental.

La producción de heces “PH” (Kg.animal.día-1) se estimó según la ecuación descrita por Lippke (2002), con una tasa de recuperación “TR” del marcador del 90% (Udén et al 1980):

Para determinar el factor de indigestibilidad mediante la producción de heces (Waller et al., 1980; Mojica et al., 2009), se utilizó como marcador interno la fibra en detergente ácido indigerible (FDAi). Para ello, se realizó la incubación ruminal in vitro durante 144 Horas (Cochran et al 1986), de aproximadamente 1 gramo de las muestras de forraje, suplemento y heces colectadas en cada periodo, las cuales se incubaron por duplicado en bolsas ANKOM F57 con tamaño de poro 25 µm, utilizando una incubadora Daisy II® (Ankom technology 2004) y siguiendo la metodología descrita por Goering y Van Soest (1970). Transcurrido el tiempo de incubación, las bolsas se retiraron y se lavaron de manera homogénea en una maquina lavadora, para luego ser secadas en una estufa de ventilación forzada a 60°C durante 48 horas. El contenido de la FDAi de las muestras de forraje

Capítulo 3 85

(FDAif), suplemento (FDAis) y heces (FDAih), se determino mediante la técnica secuencial descrita por Van Soest et al (1991), usando un analizador de fibras ANKOM 200® (Ankom technology, 2004).

Para el cálculo del consumo de materia seca del forraje (CMSf), se utilizó la siguiente ecuación:

CMSf (kg.vaca.día-1

) =

Dónde:

CMSf: Consumo de Materia Seca de forraje Kikuyo (KgMS.vaca.día-1) FDAih: Porcentaje de FDA indigerible en heces PH: Producción de heces (KgMS.vaca.día-1) 0.8: Porcentaje de recuperación de la FDA indigerible en las heces FDAis: Porcentaje de FDA indigerible en el suplemento CMSs: Consumo de Suplemento (KgMS.vaca.día-1) FDAif: Porcentje de FDA indigerible en el forraje kikuyo En la cual se asumió una tasa de recuperación del marcador interno (FDAih) del 80% (Sunvold y Cochran 1991), corrigiendo además, el contenido de la FDAi en las heces por el aportado en el suplemento (Carulla, comunicación personal).

El consumo de materia seca del suplemento (CMSs) y de la glicerina (CMSg), se midió pesando diariamente la oferta y rechazo presentada por cada animal, calculando el consumo de materia seca total (CMSt), como la suma entre el CMSf, CMSs y CMSg.

3.3.3.3 Producción y calidad composicional de la le che

Durante los últimos 5 días de cada periodo (días de medición) y al final de cada ordeño, se registró la producción individual (Litros leche.vaca.día-1) y se analizó la calidad composicional de la leche. Para ello, se tomaron 100 ml de leche de cada ordeño desde un colector Waikato® (con previa agitación al interior del colector), las cuales se mezclaron en volúmenes iguales dependiendo de la producción diaria de leche de cada vaca, obteniendo así una muestra compuesta, la cual se conservó con Bronopol® (2-Bromo-2-nitro-1,3-propanediol) y se mantuvo refrigerada hasta sus análisis correspondientes.

El contenido de proteína, grasa y sólidos no grasos en la leche, se determinaron mediante ultrasonografía, utilizando un equipo LACTOSCAN®. Adicionalmente, se analizó el perfil de ácidos grasos de la leche (AG), obteniéndose la fracción lipídica a través de la mezcla en tubos de ensayo de volúmenes equivalentes de leche con una solución detergente (1:1 v:v), compuesta por hexametafosfato de sodio -(NaPO3)6- Tritón X-100 – (C8H17C6H4(OCH2CH2)nOH). Los tubos de


ensayo se colocaron en baño maría a una temperatura de 90°C por 10 min, se agitaron vía vortex® por 5 segundos y continuaron en baño maría por 10 minutos más. Una vez se retiró la capa de grasa, se realizó la preparación de ésteres metílicos de acuerdo al método de Berdeaux et al (1999), con algunas modificaciones, realizando una dilución (1:9) de la grasa extraída y Diclorometano (CH2Cl2), la cual se metilo con Meth-Prep® para su posterior análisis por cromatografía de gases.

El análisis de los esteres metílicos de los ácidos grasos, se efectuó en el Laboratorio de Biotecnología Ruminal de la Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín, mediante cromatografía de gases utilizando un cromatógrafo de gases marca Shimadzu® modelo GC-2014 con detector FID y columna capilar de 100 m x 0.25 mm x 0.2 µm. Rt 2560 (Restek®), con las siguientes condiciones cromatográficas: Temperatura del puerto de inyección y del puerto de detección de 250°C y 270°C, respectivamente. La rampa de temp eratura se incrementó por intervalos de tiempo hasta alcanzar una temperatura de 240°C con un incremento de 2ºC por minuto. El volumen de inyección de la muestra metilada fue de 1µL y cada pico presentado en el cromatograma fue identificado y cuantificado utilizando como referencia los tiempos de retención de ácidos grasos estándar de cadena larga, vaccínico trans-11 C18:1 e isómeros de ácido linoléico conjugado “CLA” (cis-9, trans-11 y trans-10, cis-12 de CLA). El cálculo de la concentración de ácidos grasos se realizó tomando el área de cada pico detectado de manera individual y relacionándolo con el total de áreas detectadas. Los resultados se expresaron como g de AG.100 g-1 de grasa.

3.3.3.4 Cálculos y análisis estadístico

El consumo de energía neta en cada animal (CE; Mcal.día-1), se calculó a partir de la multiplicación del consumo de materia seca (CMS total; kg.día-1) y la energía neta (Mcal.día-1) del forraje y el suplemento ofrecido, incluyendo la energía aportada por el consumo de glicerina cruda en cada uno de los tratamientos. El balance energético calculado para cada vaca (BE), se estimó como la diferencia entre el consumo de energía neta (CE; Mcal.vaca.día-1) y los requerimientos estimados con base en el modelo NRC (2001), en el cual se incluye la energía requerida para mantenimiento (ENm; Mcal.vaca.día-1: PV0.75 * 0.08) y para la producción de leche (ENL; Mcal.vaca.día-1: Leche kg*[(0.0929 *Grasa %) + (0.0563 *Proteína %) + (0.0395 *Lactosa %)]. Las variables de consumo de materia seca y balance energético, fueron analizadas a partir de un diseño de sobrecambio 3*3, usando el procedimiento Mixed (Proc Mixed) de SAS (2001) y utilizando el siguiente modelo:

, , , 1, 2, 3, 4ijk i j k ijkY A P i j kµ τ ε= + + + + =

Dónde:

Capítulo 3 87

:ijkY Lectura del i-ésimo tratamientos, en el j-ésimo animal, en el k-ésimo periodo

:µ Media general de la población

:iτ Efecto del i-ésimo tratamiento



:ijkε Error aleatorio.

Los tratamientos fueron considerados como efectos fijos y el período, animal, animal * periodo y animal * período (tratamiento) como efectos aleatorios dentro del cuadrado.

Las variables: producción y composición de la leche fueron analizadas usando el bajo un diseño de sobrecambio 3*3, con la inclusión de medidas repetidas en el tiempo, en el que se tuvo en cuenta la interacción día * tratamiento dentro del cuadrado, usando el procedimiento Mixed de SAS (2001):

, , , 1, 2, 3, 4; 1, 2ijkl i j k ijk l il ijklY A P T T e i j k lµ τ ε τ= + + + + + + + = =

Dónde: :ijklY Lectura del i-ésimo tratamientos, en el j-ésimo animal, en el k-ésimo periodo, en el l-

ésimo tiempo :µ Media general de la población

:iτ Efecto del i-ésimo tratamiento



:ijkε Error aleatorio, con base en el cual se evalúa el efecto de los tratamientos

:lT Efecto del l-ésimo periodo

Cuando mediante el Anava, se detectó un efecto significativo (P<0.05), se efectuó la comparación de medias, utilizando la prueba de comparación múltiple “PDIFF” ajustada a Tukey, con un nivel de significancia de 0.05.

Adicionalmente se efectuó una evaluación económica, en términos de la relación Beneficio: Costo, para evaluar la factibilidad financiera de la producción de leche de vacas suplementadas con glicerina cruda. El análisis incluyo como variables, los costos representados por mano de obra, alimentación, manejo de praderas, insumos de sanidad e inseminación, amortización de animales y depreciación de instalaciones y equipos, así como la producción de leche en cada uno de los tratamientos. Los resultados se expresaron como una relación entre los ingresos por venta de leche y el costo total de producción por litro de la misma (Izquierdo et al., 1992; Guerra y Aguilar 1997), comparando la relación Beneficio-Costo


(B:C) entre las dietas suplementadas con glicerina cruda y la dieta control (sin suplementación de glicerina).

3.4 Resultados 3.4.1 Consumo y balance energético en vacas supl ementadas

con glicerina cruda El consumo de materia seca del pasto Kikuyo y de la dieta total, se observan en la Tabla 3-3. La suplementación con los diferentes niveles de glicerina cruda, no afecto el consumo de MS del pasto Kikuyo. Sin embargo, como resultado de la falta de algún efecto depresivo en el consumo de forraje y del mismo suplemento comercial, el consumo de MS total (CMS total kg.día-1) y el consumo de energía total (CE; Mcal.día-1), incrementaron con el mayor nivel de inclusión de glicerina (1500 g.vaca.día-1) en un 11 y 13%, respectivamente (P<0.05). Así mismo, el balance energético del grupo de animales suplementados con 750 y 1500 gramos día de glicerina cruda, presento valores positivos en comparación con el grupo control (P<0.05).

Tabla 3-3. Consumo de materia seca (CMS), energía (CE) y balance energético (BE) de vacas en pastoreo suplementadas con glicerina cruda

Parámetro Niveles de glicerina cruda (g.vaca. día-1)

0 750 1500 EEM3 Valor -P4

CMS forraje (kg.día-1) 12.6 12.7 13.4 0.76 0.49 CMS forraje (kg MS.100 kg PV1) 2.3 2.3 2.4 0.17 0.57 CMS total (kg.día-1)1 18.5b 19.3ab 20.6a 0.83 0.01 CMS total (kg MS.100 kg PV-1) 3.3b 3.5ab 3.7a 0.17 0.02 CE (Mcal ENL.día-1) 27.6b 29.1ab 31.3a 1.20 0.01 BE (Mcal ENL.vaca.día-1)2 -0.80b 1.82a 1.97a 0.97 0.04 1Consumo Materia seca total incluido: Consumo forraje, Consumo suplemento (5.9 kg.vaca.día-1), Consumo glicerina cruda. 2Balance energético (Mcal ENL.vaca.día-1): CE-(ENm+ENL).

a-bMedias con letras diferentes en la misma fila, representan diferencias significativas (P<0.05). 3EEM: Error estándar de la media. 4Valores P por efecto del tratamiento 3.4.2 Producción y composición de la leche Lo efectos de la suplementación con glicerina cruda en vacas de primer tercio de lactancia, sobre la producción y composición de su leche se observa en la Tabla 3-4. La suplementación con el mayor nivel de glicerina cruda (1500g.vaca.día-1), resulto en un aumento en la producción de leche y de proteína láctea de

Capítulo 3 89

aproximadamente un 8 y 2%, respectivamente (P<0.05), al compararse con los demás tratamientos (0 y 750 g glicerina.día-1). Por otro lado, la proporción de sólidos totales, contenidos de grasa en la leche, así como la composición de la grasa en cuanto al perfil de ácidos grasos, no se afectaron con la suplementación de glicerina cruda, manteniéndose al mismo tiempo la proporción de ácidos grasos saturados e insaturados, al igual que su relación (AGs:AGi). Tabla 3-4. Producción, calidad composicional y perfil de ácidos grasos en la leche de vacas bajo pastoreo, suplementadas con glicerina cruda

Parámetro Niveles de glicerina cruda (g.vaca.día -1)

0 750 1500 EEM2 Valor -P3

Producción leche (L.día-1) 25.4b 25.5b 27.4a 0.69 0.02 Solidos Totales, % 11.13 11.11 11.16 0.22 0.88 Proteína láctea, % 2.82a 2.84ab 2.88b 0.01 0.01 Lactosa, % 4.41b 4.44ab 4.49a 0.06 0.01 Grasa láctea, % 3.31 3.21 3.23 0.14 0.25 Ácidos Grasos (gAG.100 g grasa láctea-1): Butírico C4:0 1.37 1.30 1.43 0.14 0.42 Caprílico C8:0 0.87 0.89 0.99 0.08 0.40 Capricho C10:0 1.79 1.91 1.97 0.18 0.36 Láurico C12:0 2.98 3.30 3.24 0.38 0.24 Mirístico C14:0 8.76 8.91 8.69 0.65 0.06 Palmítico C16:0 24.43 24.04 25.57 0.92 0.12 Esteárico C18:0 15.03 14.48 14.59 0.77 0.58 Palmitoléico C16:1 c9 0.88 0.97 0.97 0.08 0.46 Oléico C18:1 c9 (n-9) 25.92 24.99 25.20 0.84 0.39 Linoléico C18:2 c9, c12 (n-6) 2.35 2.38 2.40 0.35 0.60 Alfa-linolénico C18:3 c9, c12, c15 (n-3) 0.14 0.14 0.14 0.15 0.21 Transvaccénico C18:1 t11 (n-7) 4.36 4.29 4.20 0.26 0.34 CLA C18:2 c9, t11 (n-7) 1.75 1.72 1.68 0.13 0.19 CLA C18:2 t10, c12 (n-6) 0.03 0.02 0.02 0.03 0.86 AGsaturados, g.100 g grasa-1 60.42 60.02 60.41 1.48 0.95 AGinsaturados, g.100 g grasa-1 39.57 39.97 39.58 1.48 0.95 AGs:AGi1 1.5 1.5 1.5 0.14 0.78 1Relación ácidos grasos saturados (AGs): ácidos grasos insaturados (AGi) a-bMedias con letras diferentes en la misma fila, representan diferencias significativas (P<0.05). 2EEM: Error estándar de la media. 3Valores P por efecto del tratamiento 3.4.3 Evaluación del Beneficio: Costo de la supleme ntación con

glicerina cruda El efecto de la suplementación de vacas con glicerina cruda sobre la relación Beneficio-Costo (B:C) con relación a la producción de leche, se observa en la Tabla 3-5. Como consecuencia en el aumento de la producción de leche solo con el mayor nivel de suplementación de glicerina cruda (1500 g.vaca.d-1), los costos


de producción por litro de leche disminuyeron en aproximadamente un 6 y 8%, al compararlo con los niveles de inclusión de 0 y 750 de glicerina por vaca-día, respectivamente. Al mismo tiempo, este aumento en la producción de leche de aproximadamente un 8% con el nivel de mayor inclusión de glicerina en la dieta de estos animales, condujo a un mayor ingreso por venta de leche, lo que represento un aumento de un 3.8 y 7.8% en la relación B:C, comparado con 0 y 750 gramos de glicerina cruda, respectivamente. Tabla 3-5. Evaluación de la relación Beneficio: Costo (B:C) de la suplementación de vacas Holstein bajo pastoreo, suplementadas con distintos niveles de glicerina cruda

Parámetro Niveles de glicerina cruda (g.vaca. día-1)1

0 750 1500 Costo de producción ($.litro leche-1) 975 1007 965 Ingresos por venta de leche ($) 267605 261593 280165 Precio al productor. litro de leche ($)-1 1041 1041 1041 B:C2 1.06 1.02 1.10

1Precio promedio glicerina cruda ($ 620.kg-1) 2Relación Beneficio-Costo

3.5 Discusión

3.5.1 Consumo y balance energético en vacas suplem entadas con glicerina cruda

La falta de efecto sustitutivo en el consumo de materia seca de forraje kikuyo (CMSf; kg.día-1) y suplemento (CMSs; kg.d-1) con la adición de glicerina cruda en la dieta de estos animales, condujo a un aumento en el consumo de materia seca total (CMS total; kg.d-1), sobretodo con el nivel de 1500 g de glicerina cruda (Tabla 3-3). Estos resultados son concordantes con los reportados por Fisher et al (1971) y Bodarski et al (2005), quienes suplementaron vacas en el primer tercio de lactancia con 470 gramos y 500 ml de glicerol por día, respectivamente, encontrando un aumento en el consumo de materia seca en aproximadamente un 10% con dietas “TMR” a base de alfalfa, maíz y soya. De igual manera, Kass et al (2012), encontraron un aumento en el consumo de materia seca de vacas en lactancia media (134 ± 15 días en lactancia), cuando remplazaron con hasta un 15% de glicerol la harina de cebada contenida en sus dietas. Estas investigaciones, concluyen que el efecto del glicerol sobre el consumo de materia seca de estos animales en diferentes etapas de la lactancia, se debe a las mismas propiedades del co-producto, las cuales podrían incrementar la palatabilidad de la dieta en la cual se incluye, estimulando el apetito de los animales a los cuales se les oferta. Así mismo, Mach et al (2009), corroboran que el efecto estimulante del glicerol sobre la ingestión de nutrientes,

Capítulo 3 91

también depende de la calidad del mismo, ya que la utilización de glicerina de baja pureza, esto es, con cantidades de glicerol menores al 80% y con altas concentraciones de metanol y sales, los cuales pueden llegar a sobrepasar el 0.5 y 6%, respectivamente, inducen a un detrimento en el consumo de las demás fracciones del alimento. Sin embargo, la glicerina utilizada en este trabajo, presentaba una concentración de metanol ligeramente superior a la indicada (0.8%), sin afectar el consumo de los demás componentes de la dieta. Situación semejante a la reportada por Werner (2013), en la que utilizo 500 gramos glicerina cruda con un contenido de metanol del 0.8% sin incidir de manera negativa en el consumo de materia seca de vacas de lactancia temprana. En el presente experimento, se evaluó el efecto de la suplementación con glicerina cruda en vacas en pastoreo de primer tercio de lactancia, cuyo consumo de materia seca, depende en gran medida de la disponibilidad forrajera del mismo, así como de su digestibilidad (Blaxter y Wilson, 1962; Relling y Mattioli, 2002; Carulla et al., 2004) los cuales son factores limitantes en este tipo de sistemas, ya que afectan de manera directa el consumo de otros nutrientes como la energía. Además, debido al bajo valor energético del pasto kikuyo (Tabla 3-1), el cual es concordante con los reportados por Correa et al (2008), corrobora la necesidad de utilizar la suplementación energética, sobretodo en este tipo de animales, cuyos requerimientos de energía se incrementan a causa de la alta producción de leche en esta primera etapa de la lactancia (Galvis et al 2010). La suplementación con 1500 gramos glicerina cruda en estas vacas, incremento el consumo de energía neta (Tabla 3-3), lo que se relaciona con el aumento en el CMS total para este tratamiento y el valor energético de la glicerina cruda utilizada en esta investigación, la cual fue mayor que la del mismo suplemento comercial (2.02 vs 1.87 Mcal kgMS-1 de ENL; para la glicerina y suplemento, respectivamente) y cuya composición química (Tabla 3-2), permitió que los animales la consumieran en su totalidad. Por otro lado, las investigaciones de DeFrain et al (2004), en las que suplemento con 430 y 860 gramos de glicerol en vacas durante el periodo de transición, no encontraron algún efecto en el consumo de materia seca (17.9 vs 17.5 y 15.8, para el tratamiento control y la suplementación con glicerol, en las cantidades respectivas), durante los primeros 21 días posparto, indicando la falta de algún efecto estimulante del apetito cuando se incluyó el glicerol en este tipo de dietas “TMR”. En otras investigaciones, se ha estudiado el efecto de la utilización de glicerina, sobre el consumo de vacas bajo pastoreo, así por ejemplo, Mestra et al (2010), evaluaron los efectos de la suplementación con 300 y 500 ml-día de glicerina cruda (87% de glicerol) en vacas de la raza Holstein en el primer tercio de lactancia, las cuales se encontraban pastoreando praderas de forraje kikuyo y raigrás (Lolium perenne). Los resultados muestran, que el consumo de materia seca de forraje no se afectó en los animales suplementados con glicerina. Por su


parte, Junior et al (2013), evaluaron el efecto de la inclusión de diferentes niveles de glicerina, como remplazo del grano de maíz contenido en el suplemento (0, 94, 191, 289, 389 g glicerol.kgMS-1), en vacas primíparas en pastoreo de Brachiaria brizantha, las cuales se encontraban cursando el primer tercio de lactancia; sus resultados no encontraron efectos en el consumo de materia seca del forraje, al compararlo con el tratamiento sin inclusión de glicerina, como parte del suplemento (9.59 vs 8.86 kgMS.día-1). Por el contrario, Ogborn (2006), alimentando vacas durante los 22 a 63 días posparto encontró una tendencia en la disminución del consumo de materia seca total, cuando incluyo 630 gramos de glicerina cruda en sus dietas tipo “TMR” (21.9 vs 20.9 kg.día-1, para la dieta control y suplementada con glicerina, respectivamente). Con base en lo anterior, las variaciones en la respuesta de la inclusión de glicerol ó glicerina sobre el consumo de materia seca en vacas de primer tercio de lactancia, pueden sugerir varias causas. En primer lugar, las investigaciones realizadas por Schröder y Südekum (1999); Drouillard (2008) y Lee et al (2011), indican que en dietas cuya proporción de forraje es predominante, el glicerol puede llegar a favorecer la eficiencia de utilización de nutrientes en rumen, incrementando la ingestión de los mismos; contrario a lo que podría suceder con dietas utilizadas en sistemas de alimentación “feedlot” o TMR, las cuales tienen como principal característica, la incorporación de altas cantidades de granos (20-40%) con una menor proporción de fibra, lo que induce a aumentar sus valores de energía, como consecuencia de la alta proporción de almidones y de otros carbohidratos no fibrosos, pudiendo afectar de manera negativa su degradación en rumen, así como un detrimento en el consumo, en respuesta al elevado suministro de energía con la adición de glicerina en este tipo de dietas, lo que podría provocar regulaciones de tipo metabólico, que inducen a la reducción en el consumo de materia seca (Blaxter y Wilson, 1962; Baumgard, 1970; Fisher et al., 1971). Por otro lado, en trabajos referenciados por Kijora et al (1998); Schröder y Südekum (1999); Donkin y Doane (2007); Carvalho et al (2011), concluyen que el nivel de inclusión de glicerol en dietas para ganado lechero, es un factor de suma importancia, indicando que la inclusión del 10-15% de glicerol, ya sea como remplazo de otra fuente energética dentro de la dieta o como parte del consumo de materia seca, no conduce a efectos negativos sobre el consumo de las demás fracciones del alimento, el cual podría presentarse a causa del efecto sustitutivo que generaría la alimentación con glicerol sobre los demás componentes de la ración o como detrimento en la degradación y digestión de los mismos. En este trabajo, la suplementación con 750 y 1500 gramos de glicerina, represento aproximadamente el 4 y 8% de adición en el consumo de materia seca total de la dieta base, respectivamente; sin causar efectos adversos, en cuanto al consumo de forraje y suplemento.

Capítulo 3 93

El aumento en el consumo de energía con la suplementación de glicerina cruda, resulto en la mejora del balance energético en estas vacas de primer tercio de lactancia, lo cual es concordante con los resultados reportados por Wang et al (2009b), quienes reportan que suplementando con 100, 300 y 500 gramos de glicerol a vacas en lactancia temprana, encontraron un balance energético menos negativo, en especial durante los 43-63 días de lactancia (-7.4 vs -6.6, -6.4, -5,1MJ.d-1, control vs 100, 200 y 300 gramos de glicerol, respectivamente). Sin embargo, estos resultados son contrastantes con los de Fisher at al (1973); Chung et al (2007), quienes no encontraron efecto con la suplementación de 374 y 240 gramos de glicerol durante las primeras 3 semanas posparto, respectivamente. Al igual que en la presente investigación, los efectos de la suplementación con glicerina o glicerol sobre el balance energético de aquellas vacas que lo consumen, sugieren que su potencial como substrato energético podría ser más efectivo con vacas en la etapa considerada como el inicio de la lactancia, la cual comprende desde las 3-4 semana hasta las 21-22 semanas posparto (Muller, 1992), debido a que durante las 3 primeras semanas siguientes al parto, existe una mayor variabilidad en cuanto a la ingestión de nutrientes, relacionado principalmente con un descenso de hasta el 30% del consumo de materia seca total, lo cual no es consistente con la alta demanda de energía, como consecuencia de la alta producción de leche durante esta etapa de la lactancia (Linn et al, 1996; Bertics et al, 1992; Weiss, 1997). Por el contrario, aunque en el primer tercio de la lactancia, las demandas energéticas para la producción de leche continúan siendo altas, el consumo de materia seca también se va incrementando, el cual en condiciones normales, se lograría maximizar entre las 10-12 semanas posparto (Kertz et al., 1991; Gallardo et al., 2008). Por consiguiente, entre más pronto se obtenga ese máximo consumo de materia seca y por ende de energía, existirá una mayor posibilidad que las vacas entren a un balance energético más positivo, lo cual se logró con la suplementación de 750 y 1500 gramos de glicerina cruda, en comparación con el tratamiento control (sin suplementación de glicerina).

3.5.2 Producción y composición de la leche La suplementación con 1500 gramos de glicerina cruda (T2), causo un incremento en la producción de leche de hasta 2.0 L.vaca.día-1 (Aproximadamente un 8% más en la producción de leche), comparado con el tratamiento control y el nivel de 750 gramos de glicerina (Tabla 3-4). Así como lo sugieren Grant y Albright (1997); Mojica et al (2009), la respuesta en el aumento de la producción de leche, estaría asociada a un mayor consumo de materia seca, lo que conllevo a un mayor consumo de energía con este tratamiento. Igualmente, estos resultados son concordantes con los reportados por Bodarski et al (2005), quienes evaluaron la suplementación con 300 y 500 ml de glicerol, en


vacas durante las 10 primeras semanas de lactancia, encontraron un aumento en la producción de leche del 14.6 y 12.5 %, respectivamente, como respuesta a un aumento en el consumo total de materia seca, comparado con el grupo control. Por su parte, Echeverria et al (2010), suplementaron vacas en el primer tercio de lactancia con 720 (T1) y 1440 (T2) gramos de glicerina, encontraron un aumento en la producción de leche de aproximadamente 2.15 kg, comparado con el grupo control (T0) (25.4 y 25.9 vs 23.5 kg.vaca.día-1 para T1 y T2 vs T0, respectivamente). Por lo tanto, estos resultados evidencian el efecto gluconeogénico del glicerol como suplemento alimenticio, induciendo a un incremento en la disponibilidad energética para la producción de leche, a partir de su fermentación en rumen a propionato, principalmente (Griffith, 1952; Bergner et al., 1995; Kijora et al., 1998), el cual puede participar con 30-72% para la síntesis de glucosa en el tejido hepático, aporte que depende de la cantidad de carbohidratos no estructurales contenidos en la dieta y del consumo de materia seca (Aiello et al., 1984; Veenhuizen et al., 1988; Reynolds et al., 2003). Por su parte, Donkin et al (2009) y Shin et al (2012), remplazaron con 5 y 10% el grano de maíz del concentrado ofrecido a vacas durante el primer tercio de lactancia respectivamente, sugieren que los cambios en la eficiencia energética para la producción de leche, se encuentran relacionados con la fermentación del glicerol a propionato dentro del rumen. Por el contrario, otros autores no han encontrado efecto de la alimentación con glicerina o glicerol sobre la producción de leche (DeFrain et al., 2004; Chung et al., 2007; Wang et al., 2009b; Junior et al., 2013). DeFrain et al (2004) y Chung et al (2007), suplementando las vacas con 430, 860 y 240 gramos de glicerol durante los primeros 21 días posparto, respectivamente, concluyen que a estos niveles, el efecto gluconeogénico del glicerol, no se traduce necesariamente en un aumento en la producción de leche, sobretodo en esta etapa de la lactancia, donde los requerimientos energéticos se incrementan a causa de la alta producción de leche. Igualmente Wang et al, (2009b), reportan que con la suplementación con hasta 300 gramos de glicerol en vacas de 4-63 días posparto, no se afectó el consumo de materia seca y por ende de energía, sin presentar algún efecto sobre la producción de leche durante esta etapa de lactancia. En el presente estudio, la suplementación con 1500 gramos-día de glicerina cruda, resulto en un incremento de la proteína láctea hasta en un 2%, comparado con el grupo control. Estos resultados son concordantes con los de Bodarski et al (2005), quienes suplementando con 500 ml de glicerol-vaca-día, durante las 10 primeras semanas de lactancia, encontraron un aumento en la proteína de la leche, comparado con el grupo sin suplementación de glicerol (3.13 vs 3.48%, para 0 y 500 ml de glicerol, respectivamente).

Capítulo 3 95

De igual manera, Kass et al (2012), quienes remplazando hasta un 10% la harina de cebada por glicerina cruda en dietas TMR basados en el consumo de ensilaje de pasto, encontraron un incremento en la proteína de la leche en hasta un 3.3 % en vacas de lactancia media, comparadas con el grupo control. Así como en la presente investigación, el efecto de la adición de glicerol, resulto en un aumento en el consumo de energía por parte de estos animales. Al respecto, Reynolds et al (1994); Overton et al (1998); Auldist et al (2000), sugieren que un aumento en el consumo de energía, podría conducir a la menor utilización de aminoácidos para la síntesis de glucosa, lo que conllevaría a un aumento en la concentración de la proteína en la leche. En la misma línea temática, Wang et al (2009a) y Lee at al (2011), sugieren que la utilización de glicerol como fuente energética, permitiría compensar la deficiencia de energía en el rumen, permitiendo una mayor eficiencia en el uso del nitrógeno por parte de los microorganismos ruminales, trayendo como consecuencia la reducción del N-amoniacal e incrementándose la síntesis de proteína microbiana, proceso que puede conducir también a un aumento en la proteína de la leche de estos animales suplementados con glicerina o glicerol. Respecto a la concentración de grasa en la leche, al igual que el perfil de ácidos grasos de la misma, la suplementación con glicerina cruda en estas vacas de primer tercio de lactancia no presentó algún efecto. Estos resultados son concordantes con las investigaciones de Fisher et al (1973); Ogborn (2006); Wang et al (2009b); Carvalho et al (2012), los cuales no encontraron efecto en el contenido grasa láctea, con la inclusión de glicerol en sus dietas. En contraste, los resultados de DeFrain et al (2004) y Chung et al (2007), quienes suplementando con 860 y 240 gramos de glicerol en dietas tipo “TMR”, reportaron un ligero descenso en los contenidos de grasa láctea, lo cual fue atribuido a la disminución en la proporción molar de acetato (precursor lipogénico) en el líquido ruminal de estos animales. Por otro lado, Kim et al (2002); Oliveira et al (2007), indican que una dieta alta en granos y/o concentrados, con baja cantidad de fibra (como la mayoría de las dietas tipo “TMR”), podría inducir a la síntesis del isómero de ácido linoléico conjugado CLA: C18:2 t10, c12 (n-6), el cual ha sido considerado como uno de los mayores causantes en la inhibición de enzimas lipogénicas en la glándula mamaria, provocando una disminución en sus contenidos de grasa láctea. Sin embargo, la presente investigación se realizó con animales en pastoreo, cuyas dietas son proporcionalmente mayoritarias en fibra y aunque se encontró este isómero de CLA, en todos los grupos de animales experimentales, la concentración de este fue lo suficientemente menor, como para inducir a un descenso en la síntesis de grasa a nivel de glándula mamaria. Hasta ahora el efecto de la suplementación de glicerol o glicerina sobre el perfil de ácidos grasos en la leche de las vacas que lo consumen no ha sido muy


evaluado. Sin embargo, Krueger et al (2010), suplemento heno de alfalfa en cultivos in vitro durante 48 horas de incubación, con 0, 2 y 20% de glicerol, con relación a la materia seca incubada y encontraron una inhibición en la lipolisis de un 48 y 78%, en relación al tratamiento control (sin suplementación de glicerol), sugiriendo que la reducción en la degradación de lípidos de la dieta, como consecuencia de la disminución del pH ruminal con la inclusión de glicerol (al tratarse de un azúcar-alcohol de rápida fermentación), podría promover el pasaje de lípidos hacia el intestino, sobretodo de ciertos ácidos grasos insaturados, los cuales son considerados benéficos para la salud. Así mismo, dentro de los ácidos grasos contenidos en la leche, se encuentra otro isómero del ácido linoléico conjugado, CLA: C18:2 c9, t11 (n-7), al cual se le han atribuido efectos terapéuticos positivos en la salud humana, incluyendo propiedades anti-cancerígenas (Kewalramani et al., 2003), anti-diabetogénicas y anti-adipogénicas (Bauman et al, 2001; Belury, 2002). Este isómero del CLA, se sintetiza a partir de biohidrogenación “BH” incompleta de los ácidos Linoléico C18:2 c9, c12 y linolénico C18:3 c9, c12, c15 (Bauman et al., 2003; Palmquist et al., 2005), además del ácido vaccénico C18:1 t11 (n-7), el cual es otro metabolito intermedio en el proceso de BH de estos ácidos grasos en rumen, siendo considerado como el mayor participante en los contenidos de CLA de la leche, por medio de la síntesis endógena en la glándula mamaria, bajo la influencia de la δ9-desaturasa (Bauman et al.,1999; Ledoux et al., 2005). Según Yong et al (2001) y Thompson y He (2006), la glicerina cruda puede contener entre un 5 y 8% de ácido linoléico con hasta un 0.95-3.4% de ácido linolénico como parte del contenido de ácidos grasos totales, los cuales dependiendo del tipo de fuente vegetal y de la pureza del glicerol, se pueden encontrar valores entre un 6 y 11%, para el caso de la glicerina con una pureza mayor al 80%, proveniente del aceite de palma, canola, colza y soya, principalmente. Es así, como podría plantearse la hipótesis del efecto de la suplementación con glicerina cruda, cuyo nivel de suplementación no afecte los valores de pH dentro del rumen por debajo de 6.0, que induzcan a un detrimento en el crecimiento y actividad de algunos microorganismos celulíticos, participantes en el proceso de hidrogenación de los lípidos en rumen y de la producción de ácido vaccénico y CLA (Harfoot y Hazlewood, 1997; Troegeler et al., 2003), lo que podría inducir a un aumento en la concentración de CLA C18:2 c9, t11 (n-7) y demás ácidos grasos insaturados de la leche de aquellos animales que la consumen. Sin embargo, en la presente investigación, la glicerina utilizada no sobrepaso el 0.2% de ácidos grasos, con bajos contenidos de ácido linoléico y linolénico, resultando en la ausencia de efecto sobre la concentración de CLA y en general del perfil de ácidos grasos en la leche, comparado con el grupo control.

Capítulo 3 97

3.5.3 Evaluación del Beneficio: Costo de la suplem entación con glicerina cruda

El aumento en la demanda de energías renovables como el Biodiesel, ha generado la incursión de altas cantidades de glicerina al mercado, las cuales deben ser debidamente aprovechadas, para mitigar el impacto ambiental que generaría su almacenamiento y/o descarte. De ahí que durante esta última década el glicerol o glicerina, participe como una fuente energética de bajo costo en dietas para ganado lechero. En el presente trabajo, la suplementación con 1500 gramos de glicerina cruda-vaca-día, incremento la producción de leche en aproximadamente un 8%, induciendo a la disminución de los costos de producción por litro de leche (representados por mano de obra, alimentación, manejo de praderas, insumos de sanidad e inseminación, insumos de aseo, amortización de animales y depreciación de instalaciones y equipos), comparados con el grupo control y la suplementación de 750 gramos de glicerina (Tabla 3-5). Es importante destacar que los costos de producción por litro de leche en la finca donde se realizó este experimento (Granja Experimental Paysandú), son superiores a los estimados por Henao (2011), comparadas con otras fincas del Norte y Oriente de Antioquia, debido a la alta mano de obra, así como también al uso intensificado de equipos y maquinaria, lo que resulta en elevados costos de producción en comparación con otras fincas comerciales. Sin embargo, con la suplementación de 1500 gramos de glicerina (T2), se logró un ligero aumento en la relación Beneficio:Costo, a causa del aumento en los ingresos por la venta de leche demás producida solo con este Tratamiento, indicando que por cada peso representado en los costos de producción, se logró obtener aumento en el beneficio bruto por el ingreso en pesos a causa de los litros de leche adicionales que generó la suplementación con 1500 gramos de glicerina en estas vacas, comparadas con el tratamiento T0 y T1 (1.06 y 1.02 vs 1.10, para T0 y T1 vs T2).

3.6 Conclusión Bajo estas condiciones de manejo alimenticio y animal, la suplementación con 750 y 1500 gramos de glicerina cruda en vacas Holstein bajo pastoreo que cursaban el primer tercio de lactancia, no afecto el consumo de forraje y del suplemento, permitiendo al mismo tiempo mejorar el balance energético de estos animales. Sin embargo, solo con el nivel de suplementación de 1500 gramos de glicerina, se logró incrementar el consumo de materia seca total y de energía, resultando en un aumento en la producción de leche y de proteína en un 8 y 2%, respectivamente, mejorando el desempeño económico, al aumentar la relación Beneficio: Costo, cuando se comparó con la dieta convencional ofrecida en finca.


3.7 Agradecimientos

Los autores agradecen al Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural por la financiación del proyecto “Potencial del glicerol como residuo de la producción de biocombustible en la suplementación de vacas para la obtención de leche de mejor calidad composicional y con atributos funcionales” 2008 D3614-3706 y a la alianza OLEOFLORES – Universidad Nacional de Colombia-Sede Medellín.

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Capítulo 3 105

4 Capítulo Conclusiones y recomendaciones

4.1 Conclusiones El aumento en producción de biodiesel a escalas Nacional y mundial a causa de la demanda generada para utilizar fuentes de energía renovables diferente a los combustibles fósiles, ha traído consigo un aumento inherente en la cantidad de glicerol o glicerina cruda, la cual representa hasta un 10% de la producción total de biodiesel; considerándose así, el principal co-producto de esta industria. Durante la última década, el uso de la glicerina cruda como fuente energética en la alimentación animal, principalmente en la de rumiantes, ha tomado gran importancia, debido a la alta producción generada por la industria del biodiesel y a su bajo costo. La inclusión de glicerina en dietas para rumiantes, en especial para ganado lechero, ha generado diversas respuestas en algunos parámetros de fermentación ruminal y en el desempeño productivo de los animales que la consumen; sin embargo, la mayoría de las investigaciones hasta ahora realizadas concluyen que la respuesta, depende de factores tales como, el grado de pureza de la misma (% de glicerol), el nivel de inclusión entre un 10-15% (en algunos casos hasta del 20%), como parte de la ración y/o del consumo total de materia seca y el tipo de dieta base en la cual se incluye (dietas altas en granos vs dietas principalmente fibrosas), lo que podría mantener o mejorar los parámetros de degradación ruminal de las diferentes fracciones químicas del alimento base, así como los metabolitos producto de su fermentación, reduciendo los impactos negativos en el desempeño productivo del ganado lechero. Bajo las condiciones en que se realizó este trabajo, la inclusión en rumen de glicerina en niveles de 500, 1000 y 1500 gramos (S1, S2, S3), resulto en un incremento promedio en la degradación ruminal in situ de la fracción FDN de aproximadamente un 17 ± 3.5%, en dietas a base de pasto kikuyo a edades de 35 y 45 días rebrote, así como la mezcla de estos en una proporción 70:30 con un suplemento comercial, sin afectar la degradación de la materia seca (MS) y la proteína cruda (PC), comparados con el tratamiento control (S0; sin inclusión de glicerina en rumen) La concentración molar del total de AGV´s en el líquido ruminal, no se afectó con los niveles de 500, 1000 y 1500 gramos de glicerina.animal.día-1; sin embargo, la proporción molar de propionato y butirato aumentaron a expensas del acetato con todos los niveles de glicerina; siendo mayor la proporción de propionato en el líquido ruminal con el nivel más alto de glicerina (1500 gramos); al mismo tiempo que la concentración de N-NH3, disminuyo en aproximadamente un 20% sólo con los niveles de 1000 y 1500 g de glicerina cruda. Los valores de pH ruminal no se


afectaron con los niveles de glicerina. Los valores de pH ruminal no se afectaron con los niveles de glicerina, medido a las 12 horas de su inclusión en rumen. La producción de gas metano in vitro, con el inóculo ruminal adaptado a los niveles crecientes de glicerina cruda (0, 500, 1000 y 1500 gramos de glicerina-vaca-día), logro depender del tipo de dieta, encontrando resultados contrastantes en todas las dietas evaluadas en la primera fase de este trabajo experimental. En la segunda parte de este trabajo de investigación, en la cual se suplemento con glicerina cruda a vacas de leche en el primer tercio de lactancia, la suplementación con 750 y 1500 gramos de glicerina cruda, no afecto el consumo de forraje y del suplemento, permitiendo al mismo tiempo mejorar el balance energético de estos animales. Sin embargo, solo con el nivel de suplementación de 1500 gramos de glicerina, se logró incrementar el consumo de materia seca total y de energía, resultando en un aumento en la producción de leche y de proteína en un 8 y 2%, respectivamente, mejorando el desempeño económico, al aumentar ligeramente la relación Beneficio:Costo, cuando se comparó con la dieta convencional ofrecida en finca.

4.2 Recomendaciones El desarrollo de este trabajo de investigación, pudiera constituir una base técnico-científica, que permitiría de aquí en adelante, evaluar los efectos del glicerol o glicerina en los sistemas ganaderos de producción lechera en Colombia, cuyo manejo alimenticio se desarrolla bajo condiciones de pastoreo, los cuales difieren ampliamente con los sistemas de alimentación tipo “feedlot”, en los que la incorporación de glicerol ha sido objeto de más investigación y discusión. De ahí que los resultados de este trabajo en los que se incluyó glicerina como suplemento energético en dietas para ganado lechero bajo pastoreo, permita incentivar un mayor número de investigaciones en el país y en los que se contemple aspectos tales como: Utilización de diferentes niveles de glicerina en dietas para ganado lechero bajo pastoreo, como remplazo de otros ingredientes energéticos del suplemento ofrecido (tales como el maíz), evaluando sus efectos sobre ciertas poblaciones microbianas y algunos parámetros de la fermentación ruminal, así como su evaluación económica-productiva, al tratarse de una fuente energética de bajo costo y de alta producción en Colombia por la industria del biodiesel. Evaluación del efecto de diferentes niveles de inclusión de glicerina en dietas para ganado lechero en diferentes etapas de la lactancia, sobre el perfil metabólico (concentración de glucosa, NEFA´s, BHBA, insulina, entre otros), así

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como su efecto en otras variables fisiológicas relacionadas con el desempeñó productivo de estos animales.

Evaluación de la eficiencia de utilización del nitrógeno a partir de variables tales como, síntesis de proteína microbiana, nitrógeno ureico en leche y sangre, entre otras, al incluir la glicerina (ya sea como remplazo o como un suplemento adicional a la dieta), lo cual toma vital importancia en los sistemas de producción de lechería especializada del país, cuyos forrajes son altamente fertilizados con fuentes de nitrógeno no proteico, excediendo su utilización por los microrganismos ruminales y el cual pudiera ser mejor aprovechado, con la incorporación de glicerina como substrato energético, incidiendo en la respuesta de dichas variables.

Profundizar en el efecto de la glicerina o glicerol, sobre la producción de metano entérico a través del desarrollo de experimentos in vitro e in vivo donde se incluya el glicerol como parte de la dieta, utilizando además fuentes de glicerina cuyos contenidos de metanol sean lo suficientemente bajos, como para no causar algún efecto toxico y/o negativo en el ambiente ruminal, cuando el ganado lechero es alimentado con glicerina cruda de manera continua y a largo plazo.

Por consiguiente, este trabajo de investigación, al igual que sus recomendaciones anteriormente descritas, permitirían profundizar en el conocimiento de los efectos de la inclusión de glicerina en dietas para ganado lechero bajo pastoreo, logrando ligar la industria del biodiesel con la cadena láctea del país, lo que podría generar una estrategia competitiva entre ambos sectores.

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