PROBLEMAS Y POSIBLES SOLUCIONES A FORMULACIÓN DE RACIONES SIN SUPLEMENTOS DE ORIGEN ANIMAL

Sergio Calsamiglia 
Dpto. Ciencia Animal y de los Alimentos
Universidad Autonoma de Barcelona
08193-Bellaterra
Tf: 93-581-1495
Email: Sergio.Calsamiglia@uab.es



El objetivo del presente trabajo es revisar los conceptos fundamentales asociados a la calidad de las proteínas, y utilizar los modelos de formulación actualmente aceptados para simular el posible efecto del uso de las alternativas disponibles sobre el equilibrio de la ración y su posible impacto productivo.


1. INTRODUCCIÓN
El ganado lechero de alta producción necesita el aporte de grandes cantidades de nutrientes. Para que la utilización de los nutrientes sea óptima, dichos aportes deben realizarse de forma equilibrada. Para alcanzar el equilibrio, es necesario conocer las necesidades de los animales y predecir los soportes de la ración. Sin embargo, tanto el cálculo de las necesidades, que varían en función del nivel de producción, como la predicción de los aportes, es difícil. En términos generales, la eficacia de utilización de la proteína alimentaria es baja y variable (entre el 15 y el 32%, Journet et al., 1995), sobre todo si se compara con la eficacia de utilización de la proteína en monogástricos. Aunque hay muchas razones que justifican estas diferencias, la dificultad de estimar las necesidades de aminoácidos en los rumiantes, y las numerosas transformaciones que se producen en el rumen, son aspectos fundamentales. La formulación inadecuada de proteína en general, y aminoácidos en particular, resulta en una reducción en la producción y/o composición de la leche, el aumento de los costes de alimentación, y/o un incremento en las pérdidas de N al medio ambiente. Con el objetivo de tratar de resolver estos problemas, los sistemas o modelos de formulación (NRC, 2001; INRA, 1989; Sistema Cornell) de raciones han desarrollado un esquema que nos permite aproximarnos a una mejor precisión en la formulación de la ración. Estos modelos han sido utilizados en los últimos diez años para mejorar la formulación de aminoácidos en el vacuno lechero.

Desde el punto de vista práctico, la necesidad de resolver las posibles deficiencias en la calidad proteica se ha cubierto con el uso de suplementos proteicos de baja degradabilidad ruminal con un perfil de aminoácidos adecuado. En este sentido, los suplementos proteicos de origen animal (fundamentalmente las harinas de sangre, carne y pescado) han jugado un papel fundamental. Sin embargo, las recientes restricciones sobre el uso de estos productos en la alimentación de rumiantes debido a los problemas asociados a la BSE han generado un escenario distinto con nuevos problemas que requiere el desarrollo de criterios que permitan seleccionar qué suplementos proteicos y con qué objetivos deben utilizarse.

2. LA CALIDAD DE LOS SUPLEMENTOS PROTEICOS
2.a. El Concepto de Calidad
El concepto de calidad en los suplementos proteicos de baja degradabilidad ruminal puede definirse en términos de degradabilidad ruminal, digestibilidad intestinal y perfil de aminoácidos (Proteína Absorbible Alimentaria = proteína no degradada en el rumen x digestibilidad intestinal).Trabajos realizados en la Universidad de Minnesota (Calsamiglia y Stern, 1995; Howie y col., 1994; y Yoon y col., 1994) demostraron importantes variaciones en la degradabilidad ruminal y la digestibilidad intestinal entre suplementos proteicos y entre muestras de un mismo suplemento.

Las técnicas disponibles para determinar la degradabilidad ruminal y digestibilidad intestinal de la proteína han sido revisadas recientemente (Stern y col., 1997). En particular, el uso de la técnica de las bolsitas de nylon (Orskov y McDonald, 1979) y la técnica in vitro de Broderick (Broderick, 1987) para la determinación de la degradabilidad ruminal, y de un sistema enzimático un vitro (Calsamiglia y Stern, 1995) para determinar la digestibilidad intestinal de la proteína, permiten profundizar en el campo de la calidad de proteínas de una forma relativamente fácil y económica. Además, la definición de calidad proteica debe considerar el perfil de aminoácidos, en particular respecto a aquellos más limitantes (lisina y metionina).
2.b. La Proteína No Degradable en el Rumen
Desde un punto de vista práctico, sería conveniente otorgar un valor único de degradabilidad ruminal a cada suplemento proteico con el fin de confeccionar tablas de composición y calidad de los alimentos (INRA, 1989; NRC, 2001). Sin embargo, el proceso de degradación de las proteínas en el rumen es complejo. La cantidad de proteína degradada en el rumen depende de la velocidad de degradación y la velocidad de tránsito en el rumen. Sin embargo, la velocidad de degradación proteica depende de la solubilidad y estructura de la proteína, y de la actividad proteolítica de los microorganismos ruminales, que puede verse afectada a su vez por el pH (Calsamiglia y col., 1999), el tamaño de partícula (Tice y col., 1994), la relación forraje:concentrado (Eliman y Ørskov, 1984), etc. Varios factores también pueden afectar a la velocidad de tránsito ruminal (i.e., ingestión de agua o materia seca), y en consecuencia alterar la degradabilidad ruminal de las proteínas. Por lo tanto, existe una variabilidad inherente en los valores de degradabilidad ruminal publicados que se debe a las condiciones en las que el experimento se desarrolló y a las ecuaciones de predicción utilizadas. De hecho, el sistema de Cornell, y en cierta manera el nuevo NRC (2001), incorporan algunos de estos aspectos dinámicos de la fermentación en sus cálculos. Sin embargo, parte de la variación también puede atribuirse a diferencias reales en la calidad de los suplementos, asociadas a la estructura intrínseca de las proteínas y a los procesos físicos o químicos a los que han sido sometidos. Dichas diferencias sólo pueden ser detectadas a través del análisis rutinario de las muestras.
En la Tabla 1 se resumen los resultados analíticos de degradabilidad ruminal realizados en la Universidad de Minnesota y en la Universidad Autónoma de Barcelona utilizando el protocolo descrito por Calsamiglia y col (1992). Es importante apuntar la variabilidad en la calidad de algunos de los suplementos proteicos, como las observadas en las harinas de carne, de sangre, de pescado, de plumas, el bagazo de cerveza, y los granos de destilería. Estas diferencias se atribuyen a la variabilidad en la calidad de las materias primas. La única solución a esta variabilidad radica en el establecimiento de un buen sistema de control de calidad en el procesado de estos productos. Sin embargo, es necesario apuntar que las variaciones observadas en los últimos años en España, y particularmente en la calidad de los suplementos proteicos de origen animal, se ha ido reduciendo, probablemente como consecuencia de incremento en el nivel de exigencia de calidad por parte de los compradores. Desgraciadamente, el uso de estos productos está restringido por la normativa comunitaria.

2.c. Digestibilidad Intestinal
Las proteínas deben digerirse en el intestino delgado antes de ser absorbidas. La digestión de las proteínas se inicia en el abomaso con la digestión ácido-péptica, y se completa en el intestino delgado con las enzimas pancreáticas e intestinales. La falta de datos empíricos sobre la digestibilidad intestinal de la proteína ha obligado a la utilización de valores constantes durante mucho tiempo. Sin embargo, el nuevo NRC (2001) ha incorporado valores tabulados de digestibilidad intestinal de la proteína no degradable en el rumen, lo que permite reducir los errores de valoración proteica de los alimentos. Sin embargo, también existen importantes variaciones en digestibilidad intestinal entre suplementos proteicos y entre muestras de un mismo suplemento (Calsamiglia et al., 1994). Esta valoración puede tener un importante impacto en la disponibilidad de proteína para el animal. En la Tabla 2 se muestran valores de digestibilidad intestinal obtenidos de varios artículos que utilizaron la técnica de las bolsas móviles, y en la Tabla 3, valores obtenidos con la técnica Pepsina-Pancreatina (Calsamiglia y Stern, 1995) obtenidos en la Universidad de Minnesota (Calsamiglia et al., 1994) y la Universidad Autónoma de Barcelona.

Es importante destacar las diferencias en digestibilidad intestinal obtenidas en algunos productos. Por ejemplo, la soja tratada con formaldehido varió entre el 37 y el 88% (Tabla 2), lo que pone de manifiesto que ni todos los tratamientos son iguales, ni todos los procesos resultan en buenos productos: el control de calidad es fundamental. Por otra parte, la variación también es importante entre muestras de harina de colza (entre el 31 y el 90%) y la semilla de canola (entre 85 y 100%).

Los suplementos proteicos de origen animal contienen, por lo general, niveles altos de proteína y de proteína no degradable en el rumen, y su contribución al aporte total de proteína en el duodeno puede ser importante. Debido al procesado por calor al que estos subproductos son sometidos, su digestibilidad intestinal es un factor crítico en la evaluación de su calidad. La digestibilidad intestinal de productos de origen animal (Tabla 2 y 3) indica que su calidad depende en buena medida de su digestibilidad intestinal, que es a menudo baja, y muy variable. De hecho, esta variabilidad suponía uno de los grandes problemas sobre el uso de suplementos proteicos de origen animal.
2.d. Proteína Absorbible en el Intestino Delgado
La proteína alimentaria absorbible en el intestino (PAA) se define como la cantidad de proteína procedente de un ingrediente que está disponible para la absorción en el intestino delgado, y es similar al concepto de PDIA desarrollado en Francia (INRA, 1989). La PAA puede calcularse como:

PAA = proteína no degradable x digestión intestinal

El valor de PAA proporciona un índice de calidad de los alimentos como fuente de proteína de baja degradabilidad para rumiantes. Los resultados presentados anteriormente demuestran que existe mucha variación en la degradabilidad ruminal y digestibilidad intestinal entre alimentos, y también entre muestras del mismo alimento. La Tabla 4, incluye resultados obtenidos en la Universidad de Minnesota y en la Universidad Autónoma de Barcelona.

Los resultados indican que la harina de sangre "ring-dried" y el gluten de maíz aportaron la mayor cantidad de PAA, seguidos por la harina de sangre "batch-dried", la harina de soja tratada con lignosulfonato, la harina de plumas y las harinas de pescado (Menhaden, de sardina y de arenque). El valor PAA fue intermedio para la harina de soja expeller, los granos de destilería secos, el bagazo de cerveza seco, y la harina de algodón (después de la extracción mecánica). Los valores fueron inferiores para la harina de carne y hueso, la harina de algodón (después de la extracción por solventes) y la harina de soja. Si consideramos las restricciones en el uso de suplementos proteicos de origen animal, y la escasa disponibilidad de algunos ingredientes en el mercado (glutenmeal de maíz, granos de destilaría secos, el bagazo de cerveza seco,...), las alternativas actualmente disponibles son muy limitadas, y se centran, fundamentalmente, en soja tratada y granos de destilería secos (si están bien procesados).

2.e. El perfil de Aminoácidos
La evaluación de la calidad de las proteínas debe incluir no sólo la cantidad de PAA, sino también la composición de aminoácidos. La formulación precisa de la proteína en raciones del vacuno está limitada por la falta de datos sobre las necesidades de los animales y el aporte de aminoácidos absorbibles en el intestino delgado. A medida que esta información se haga accesible, será posible diseñar raciones en base al aporte de aminoácidos. Por esta razón, es necesario que la composición de aminoácidos de la PAA se incorpora a la evaluación de la calidad de los suplementos proteicos. Chandler (1989) desarrolló un índice químico de calidad similar al usado en nutrición humana, donde la composición aminoacídica de la proteína se compara con la composición aminoacídica de las proteínas lácteas. Este índice permite cuantificar la calidad de la proteína en base a su composición aminoacídica. Los datos indican que el perfil más equilibrado corresponde a las bacterias ruminales (índice 82), seguido de la soja (índice 71), el bagazo de cerveza (índice 67) y la harina de pescado (índice 66). Este hecho pone de manifiesto la necesidad de estimular, como primera opción, la síntesis de proteína microbiana. La mayor parte de los sistemas actuales de formulación que incorporan los aminoácidos utilizan el perfil de aminoácidos de la proteína original (INRA, 1989; NRC, 2001) o el perfil de aminoácidos de la fracción insoluble de la proteína (Sistema de Cornell), a pesar de que se sabe que tanto el proceso de degradación ruminal como de digestión intestinal pueden alterar dicho perfil (Cros y col., 1992; Erasmus y col., 1994). Sin embargo, los datos disponibles actuales nos permiten aproximarnos un poco más a la realidad.

3. MODELIZACIÓN DE LOS APORTES
En la actualidad, el INRA (1989), el NRC (2001) y el sistema de Cornell (O'Connor et al., 1993) proponen métodos para equilibrar aportes y necesidades de aminoácidos. El INRA (1989) y el NRC (2001) establecen las necesidades de forma empírica, y llegan genéricamente a las mismas recomendaciones basadas en el concepto de la proteína ideal y que se establecen en porcentaje de lisina o metionina respecto a la proteína total disponible en el intestino delgado (7.3 g/100g Proteína metabolizable para la lisina; 2.5 g/100g de proteína metabolizable para la metionina). El sistema de Cornell desarrolla un sistema mecanístico en que las recomendaciones se expresan en gramos /día, y depende del tipo de animal y el nivel de producción. El sistema de proteína ideal (%AA/proteína metabolizable) tiene como objetivo optimizar el aporte de aminoácidos, reduciendo pérdidas innecesarias de nitrógeno, y sólo es válida cuando las otras restricciones de la formulación se cumplen (ingestión, nivel y degradabilidad de proteína). Mejorar el perfil de un aminoácido en particular sólo puede conseguirse aportando una proteína en la que dicho aminoácido esté en una concentración superior a la de la ración base. Por el contrario, el sistema mecanístico de Cornell no tiene como objetivo equilibrar todos los aminoácidos, sino que se preocupa fundamentalmente de que el aporte de cada uno de los aminoácidos cubra, como mínimo, las necesidades. Mejorar el aporte de un aminoácido en particular puede conseguirse incrementando la ingestión total, el nivel de proteína, su indegradabilidad o la concentración de ese aminoácido en el perfil de la proteína absorbible. Estas dos aproximaciones (la empírica y la mecanística) son conceptualmente distintas y tienen implicaciones prácticas que debemos considerar.

En primer lugar, parece claro que para mejorar la concentración de cualquier nutriente, es necesario seleccionar ingredientes con una concentración de ese nutriente superior a su concentración basal. Si consideramos el perfil de aminoácidos de las bacterias (como proteína mayoritaria que llega al intestino delgado) y lo comparamos con el perfil de los suplementos proteicos de baja degradabilidad ruminal (Tabla 5, Figura 1 y 2), constatamos que mejorar su perfil de aminoácidos es muy difícil. Si consideramos las restricciones sobre el uso de suplementos proteicos de origen animal, la mejor opción disponible para aportar lisina es la soja protegida (Figura 3), y para aportar metionina, el glutenmeal (Figura 4). La otra alternativa es el uso de aminoácidos protegidos. Estas son, en la actualidad, las tres únicas opciones. Y a pesar de ello, mejorar el perfil de aminoácidos de forma sustancial con suplementos proteicos es difícil, porque las concentraciones de estos aminoácidos son sólo ligeramente superiores a las de las bacterias. El uso de cualquier otro suplemento proteico, aunque aporte mayoritariamente un aminoácido en particular, empeorará el perfil final (%AA/proteína metabolizable) disponible en el intestino delgado, porque la contribución de un aminoácido se diluye con el aporte del conjunto de otros aminoácidos de la proteína. Y todo ello ocurre a pesar de que el aporte total (g/d) habrá mejorado. Aquí radica la diferencia conceptual entre los sistemas basados en el concepto de proteína ideal (INRA, 1989; NRC, 2001) y los sitemas mecanísticos (Sistema Cornell). En consecuencia, las opciones disponibles en lo que respecta a la suplementación de proteína en el nuevo contexto de las restricciones comunitarias se concentran en el uso de soja protegida, glutenmeal de maíz o aminoácidos protegidos. Esta es, a fin de cuentas, la consecuencia inmediata de la prohibición de los suplementos de origen animal en la formulación del ganado vacuno lechero. Y no es tanto la prohibición de las harinas de carne, que en mi opinión nunca fueron una buena fuente de proteína para el vacuno lechero, sino la limitación de las harinas de sangre (por su contenido en lisina), y sobre todo, la limitación en el uso de harinas de pescado (por su alto contenido en lisina y metionina).

Existen dos consideraciones adicionales. La dificultad de mejorar el perfil de AA no debe reducir el esfuerzo por utilizar fuentes proteicas de baja degradabilidad ruminal con un perfil adecuado de AA, sino todo lo contrario. Utilizando los suplementos óptimos lo que hacemos es evitar que el perfil empeore. Si descuidamos la selección de suplementos proteicos con un perfil de AA adecuado, lo que conseguiremos es empeorar el perfil de AA. Por otra parte, y particularmente con el uso de productos procesados (como las harinas de soja protegidas), es fundamental exigir una calidad exquisita del producto, medida en función de su grado de protección y su digestibilidad intestinal.

4. SIMULACIÓN
Con el objetivo de plasmar estos conceptos en las condiciones de formulación habituales, se han realizado una serie de simulaciones prácticas. Para ello se ha utilizado el programa de formulación CPM (1998, Versión 1.0) porque la salida proporciona el potencial productivo de la ración y el nutriente limitante, la valoración del coste del exceso de nitrógeno perdido (coste de urea), y la valoración de lisina y metionina según Cornell, INRA (Rulquin y Verité, 1993) y NRC (2001). Para realizar dichas simulaciones se ha definido el siguiente animal:

o Vaca Holstein de 650 kg de peso vivo
o 40 litros de producción con 4% de grasa y 3.2% de proteína.
Se han desarrollado tres raciones con distintas bases forrajeras:

o Ensilado de maíz
o Ensilado de ryegrass
o Heno de alfalfa
Todas las raciones tenían el mismo nivel de ingestión, y debían cumplir las necesidades de energía neta, proteína metabolizable y nivel mínimo de FND. Cada una de estas raciones se formuló primero utilizando únicamente suplementos proteicos degradables, y posteriormente se permitió la utilización de suplementos proteicos de baja degradabilidad ruminal (harina de soja tratada y glutenmeal, como fuentes seleccionadas en función de su calidad). Las raciones se presentan en la Tabla 6. Una vez formuladas las raciones, los criterios de valoración fueron:

o El nivel de proteína de la ración
o El potencial productivo
o El coste de detoxificación del exceso de amoníaco (coste de urea)
o La valoración del perfil de aminoácidos (según Rulquin y Verité, 1993)
o El coste de la ración

Los resultados de estas simulaciones se presentan en la Tabla 6. En general, se aprecia que la utilización se suplementos proteicos de baja degradabilidad ruminal resulta en una reducción en el uso de suplementos proteicos degradables (para reducir el exceso de N degradable) y un aumento en el uso de cereales (para permitir el uso del N degradable a nivel ruminal). Respecto a la proteína de la ración, el uso de suplementos proteicos de baja degradabilidad ruminal resulta en una reducción sustancial del nivel de proteína total (2.3, 2.6 y 9.1 unidades de porcentaje en las raciones a base de silo de maíz, heno de alfalfa y silo de ryegrass, respectivamente). También se aprecia un incremento en el potencial productivo de leche que oscila entre los 1.5 litros en la ración a base de silo de ryegrass y 2.9 litros en la ración a base de heno de alfalfa. La reducción del exceso de proteína y su mejor aprovechamiento a nivel ruminal resulta en una reducción de las pérdidas totales de N y de las pérdidas energéticas asociadas a la síntesis de urea. Estas pérdidas son equivalentes a la energía necesaria para producir 1.4, 1.8 y 5.6 litros de leche en las raciones a base de silo de maíz, heno de alfalfa y silo de ryegrass, respectivamente. Además, el precio de la ración disminuye sustancialmente en las raciones a base de alfalfa y ryegrass, y sólo aumenta relativamente en las raciones a base de silo de maíz. Sorprendentemente, y utilziando los índices de proteína ideal de Rulquin y Verité (1993), el perfil de aminoácidos está desequilibrado en todas las raciones, y las mejoras resultantes de la incorporación de proteínas de baja degradabilidad ruminal son prácticamente imperceptibles. Este resultado, aunque puede sorprender a primera vista, ya que se han utilizado los mejores ingredientes disponibles para mejorar el perfil de aminoácidos, se justifica si se entiende que para mejorar una media hay que utilizar ingredientes con valores superiores a la media, y que al comparar el perfil de AA de las bacterias respecto a los ingredientes disponibles, las alternativas son muy escasas y las diferencias mínimas (Figuras 1 y 2). La única alternativa es, probablemente, la utilización de aminoácidos protegidos de la degradación ruminal.

Con las mismas raciones modelizadas, se estimó el perfil de aminoácidos de la ración base, y de la adición consecutiva del concentrado energético y el concentrado proteico. Esta simulación tiene como objetivo determinar la importancia relativa de cada uno de los componentes en la mejora del perfil de aminoácidos. Se puede apreciar (Figura 1), que a medida que se añaden ingredientes en la ración, incluso los proteicos de baja degradabilidad ruminal y con un buen perfil de aminoácidos, el perfil (%AA/proteína metabolizable) empeora, lo que confirma las hipótesis establecidas al inicio de este artículo: este empeoramiento es consecuencia de la dilución de los aminoácidos de la proteína, que aunque aportan una mayor cantidad del aminoácido en particular (g/d), su concentración disminuye por dilución.
7.- CONCLUSIONES
La calidad de los suplementos proteicos de baja degradabilidad ruminal puede definirse en términos de degradabilidad ruminal, la digestibilidad intestinal y el perfil de aminoácidos. Los datos presentados en este artículo indican que existen importantes variaciones en la cantidad de proteína y aminoácidos absorbibles aportados por los diferentes alimentos y entre muestras del mismo aliemnto. la determinación de las condiciones óptimas del procesado y el control periódico de la calidad de los alimentos producidos son necesarios para mejorar la calidad.

Los sistemas de formulación de aminoácidos empíricos (INRA, 1989; NRC, 2001) y mecanísticos (Cornell) son conceptualmente distintos, y la interpretación y uso de sus recomendaciones deben realizarse con precaución. Los sistemas basados en el concepto de proteína ideal (perfil de AA) son insensibles a la ingestión. Además, y debido al perfil casi óptimo de la proteína microbiana, la adición de concentrado (incluso aquellos con niveles elevados de lisina y metionina) no necesariamente implica una mejora en el perfil de aminoácidos. En consecuencia, y en estos sistemas, las opciones disponibles son escasas. En general, el uso de suplementos proteicos de baja degradabilidad ruminal nos permite reducir el aporte total de proteína, mejorar la producción y reducir las pérdidas totales de N, pero no necesariamente mejoran el perfil de aminoácidos. Las alternativas disponibles actualmente son la harina de soja tratada correctamente (es importante exigir calidad) como fuente de lisina, el glutenmeal (como fuente de metionina) y/o los aminoácidos de baja degradabilidad ruminal.

REFERENCIAS
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