Claudia Parys,
PHD en fisiología y nutrición
Gerente Global de Nutrición de Rumiantes
Evonik Industries, Alemania
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MVZ. Fernando González Avila
Gerente Técnico y Comercial
Evonik México, S.A. de C.V.
[email protected]
La producción lechera de todo el mundo se ha vuelto cada vez más eficiente. Muchas regiones o incluso países ahora presentan un promedio anual de producción de leche de más de 8,000 kilos por vaca, y muchos establos tienen grupos de vacas que están produciendo de manera constante más de 45 kilos de leche por vaca por día. Dicha producción representa un desafío para los nutricionistas, quienes deben encontrar la manera de proporcionar los nutrientes necesarios para sustentar esta producción. El consumo de materia seca se incrementa con la producción de leche, pero no en la misma proporción. Los cambios de los precios de la leche y el alto costo de las materias primas incrementan el reto de resolver esta ecuación. Dado que la alimentación representa el rubro más elevado en el costo de producción, los ganaderos deben re-evaluar sus programas de alimentación para lograr su sostenibilidad económica especialmente si existen precios
bajos de la leche.
A nivel global, existe una presión considerable sobre toda la producción ganadera para que ésta demuestre que sus prácticas no están poniendo en riesgo a la población ni afectando negativamente a la calidad del agua. En algunas regiones del mundo ya existen regulaciones, o existirán pronto, que garantizan que las explotaciones lecheras operan con prácticas ambientalmente correctas.
Por otro lado, un correcto balance de aminoácidos en dietas para vacas lecheras nos puede permitir:
- reducir los niveles de proteína de la dieta
- reducir el costo de la ración
- mejorar la eficiencia de la proteína
- reducir la contaminación ambiental por nitrógeno
- incrementar la producción de proteína de la leche
- suministrar más energía y optimizar el balance nutricional.
Síntesis de la leche
Para entender lo que podemos esperar de la formulación con aminoácidos, primero debemos revisar los principios básicos de cómo la vaca produce leche, especialmente proteína de la leche. La proteína de la leche necesita ser producida a partir de los aminoácidos de la ración o de origen microbiano. Se cree que una deficiencia de un sólo aminoácido esencial restringirá la producción de proteínas de la leche hasta el nivel soportado por el aminoácido más limitante. Se ha observado que un aumento de los carbohidratos aumenta también la producción de proteínas de la leche y se puede asumir que eso ocurre debido al aumento de la producción microbiana de aminoácidos y/o por preservar aminoácidos que serán utilizados para la producción de energía (glucosa).
Fundamentos sobre Aminoácidos
Si deseamos utilizar los aminoácidos de manera correcta, debemos tener un conocimiento básico de lo que son. Existen diez aminoácidos considerados esenciales para la vaca lechera, los cuales la vaca no puede sintetizar en cantidades suficientes por sí misma. Estos aminoácidos esenciales son metionina, lisina, leucina, isoleucina, valina, treonina, arginina, histidina, triptófano y fenilalanina. La vaca sí puede sintetizar por sí misma otros aminoácidos en cantidades suficientes, por ejemplo serina, glicina, entre otros, por ello estos aminoácidos son considerados no-esenciales.
Las proteínas se componen de diversos aminoácidos unidos entre sí por enlaces peptídicos. La secuencia de los aminoácidos crea una proteína única en su forma, reactividad química y por consiguiente en sus funciones, por lo tanto una proteína específica tiene un particular perfil de aminoácidos. Las proteínas tienen muchas funciones biológicas, incluyendo pero no limitado a, funciones como enzimas, hormonas, inmunoglobulinas, componentes estructurales del músculo y componentes de la leche. Además de estas funciones como estructuras de las proteínas, los aminoácidos pueden contribuir al suministro de energía, ya que muchos de ellos pueden ser convertidos a glucosa. Este sin embargo, no es destino ideal ya que priva a los aminoácidos esenciales disponibles de realizar sus funciones principales, además de ser un proceso energéticamente ineficiente y acarrear costos por eliminación de nitrógeno.
Paso de nutrientes a través de la vaca
Es importante observar las variadas e importantes funciones que los aminoácidos desempeñan en el metabolismo de la vaca. Los aminoácidos deben ser ingeridos como parte de la alimentación de los rumiantes, pero son utilizados en varios puntos entre la ingestión y su incorporación como proteína de la leche.
La mayoría de las proteínas (aproximadamente 65%) es degradada en amoniaco por los microorganismos ruminales para posteriormente ser reconstruida como proteína microbiana. En los últimos veinte años se ha realizado un considerable esfuerzo en investigación para identificar el grado de degradación proteica en el rumen de diversos ingredientes de las dietas para vacas lecheras. Hoy en día, para una gran cantidad de los ingredientes de las dietas de las vacas lecheras, manejamos valores de sobrepaso ruminal (también conocido como bypass, escape ruminal o proteína no degradable (UDP por sus siglas en Inglés). Esta es una de las cuatro evaluaciones críticas para poder estimar los aminoácidos que la vaca es capaz de absorber. Estas evaluaciones nos permiten calcular el suministro de aminoácidos de la proteína de la dieta que escapa de los microorganismos del rumen y llega al intestino. Los otros parámetros críticos son los que estiman la producción de proteína microbiana, el patrón de aminoácidos de las proteínas tanto de la ración como microbiana y la digestibilidad de los aminoácidos de estas fuentes. El patrón de los aminoácidos de las proteínas que escapan de degradación ruminal es probablemente diferente del que se encuentra en las proteínas ingeridas en ración. La diferencia no parece ser grande y es un factor menor en relación con los aportes de la proteína de sobrepaso ruminal y de producción microbiana para el suministro de aminoácidos.
La producción microbiana en el rumen está relacionada con la materia orgánica fermentable y se puede estimar calculando el contenido de energía corregida para grasa que no puede ser utilizada por los microbios del rumen. Debe señalarse que el rumen-retículo presenta grandes desafíos para la suplementación de raciones de vacas lecheras con nutrientes específicos como los aminoácidos, ya que los microbios del rumen intentarán degradarlos. Esto ha llevado al desarrollo de recubrimientos que proporcionan protección a los aminoácidos en el rumen. Tal es el caso de Mepron ®, que está recubierto por una capa de etilcelulosa que le proporciona protección durante su estancia en el rumen. El valor de sobrepaso ruminal de la metionina de Mepron® está estimado, consistentemente en 80%.
La proteína ya sea de origen microbiano o del alimento que sobrepasa el rumen-retículo está sujeta a las secreciones gástricas generando un ambiente ácido más adecuado para el funcionamiento de las enzimas digestivas. El intestino delgado es el sitio donde se absorben los aminoácidos. Antes de este punto de absorción, las enzimas ya han degradado las proteínas a sus aminoácidos constituyentes, listos para su transporte a través de la pared intestinal. Puede ser absorbido un sólo aminoácido o dos aminoácidos enlazados, siendo entonces transportados activamente en los enterocitos intestinales y de allí al torrente sanguíneo. Las proteínas que son resistentes a la degradación enzimática permanecen como estructuras demasiado grandes para ser absorbidas y son mal digeridas. Las proteínas sobrecalentadas y aquellas fuertemente ligadas a la fibra pasan por el intestino sin ser absorbidas.
La función del hígado en los mamíferos es la de procesar la sangre proveniente del sistema digestivo y regular los nutrientes que pasan a otros tejidos. Las investigaciones señalan que altos niveles de un aminoácido individual absorbido en el intestino será degradado o transformado en el hígado, moderando así el nivel de aminoácidos suministrados a otros tejidos.
La glándula mamaria recibe sangre con niveles de aminoácidos que han sido “regulados” en el hígado. La evidencia sugiere que la glándula mamaria puede adaptarse a una creciente demanda para la síntesis de leche, regulando su flujo sanguíneo para aumentar o disminuir el suministro de nutrientes (glucosa, aminoácidos específicos). Una reducción del flujo sanguíneo en respuesta a un aminoácido que se ha percibido como en exceso, también disminuirá el suministro de otros aminoácidos, algunos de los cuales podrían entonces convertirse en limitantes para la síntesis de proteínas de la leche. La síntesis de proteína sólo puede pasar al nivel soportado por el aminoácido más limitante. Evitar desequilibrios de aminoácidos mejora la eficiencia y ayuda a lograr el potencial genético.
Aminoácidos en los ingredientes
El contenido de aminoácidos de los ingredientes utilizados en la alimentación de aves y cerdos está bien identificado y es predecible por el porcentaje de proteína. El desempeño observado durante muchos años de formulaciones en base a aminoácidos ha respaldado estos valores. Evonik ha desarrollado una base de datos de aminoácidos de los ingredientes, único para vacas lecheras, que incluye diversos forrajes. Estos valores en combinación con los valores de sobrepaso ruminal ya mencionados, cubren los principales parámetros para la estimación de los aminoácidos de sobrepaso ruminal.
Es importante hacer una nota de precaución con respecto a los ensilados. Durante el ensilaje, se produce proteólisis y posteriormente degradación de aminoácidos. Los aminoácidos con las estructuras químicas más reactivas – lisina y arginina – son degradados en mayor medida que otros aminoácidos. En el ensilado, el contenido de aminoácidos es más bajo y más variable que en material fresco o en heno, la mayoría de la proteína proveniente del ensilado será convertida en proteína microbiana y por lo tanto no será sencillo estimar su aporte para la vaca más allá de la proteína microbiana. Se han realizado análisis a ensilados que han sido catalogados por ganaderos como de la peor calidad, mostrando en los resultados un contenido de lisina y arginina menor al esperado. Por todo ello,es importante tener precaución al balancear raciones que contengan forrajes mal fermentados.
Ejemplo de balance de aminoácidos en una ración
Entendiendo los principales parámetros que pueden afectar un buen equilibrio de los aminoácidos, se demuestra a continuación la viabilidad de alcanzar beneficios productivos y económicos. Este es el ejemplo de una ración:
- Vaca de 600 kg. Producción de 35 kg. 3.3% de grasa en leche, 2.9% de proteína, 21.8 kg de consumo de materia seca.
- 21.5 kg de ensilado de maíz, 4 kg de heno (proteína 10.7%).
- 3 kg de trigo + 2 kg de cebada.
- 3 kg pasta de girasol (proteína 34%), 3 kg de pasta de canola (proteína 38%).
- 0.7 kg premezcla de vitaminas y minerales.
El suministro de aminoácidos metabolizables en esta ración está representado en la Gráfica 1. Con una proteína de 17.3% los requerimientos de aminoácidos están completamente cubiertos y la mayoría de los aminoácidos están suministrados en exceso.
En cambio, en la Gráfica 2 se muestra un enfoque diferente, en el cual se disminuye la proteína a 15.5% y al mismo tiempo se disminuye el exceso de aminoácidos. En este caso, se deberá añadir Metionina para cubrir los requerimientos.
En la segunda ración se eliminaron 1.8 kg de pasta de girasol con lo cual se redujo el contenido de proteína de 17.3% a 15.5%. En lugar de la pasta de girasol se añadieron 1.8 kg de cebada más 6 gramos de Mepron®, para recuperar el volumen anterior, para proporcionar energía y para cumplir con el requerimiento de metionina. El excedente de todos los aminoácidos se ha reducido y el aporte de histidina, lisina y leucina específicamente se ha llevado a los niveles requeridos. No existe un perfil “perfecta- mente balanceado”, sin embargo en la segunda dieta el perfil de aminoácidos está mucho mejor balanceado. Una de las consecuencias benéficas es que se procesa menos amoniaco y por lo tanto se excretará menos nitrógeno al medio ambiente.
El espacio en la ración que antes era ocupado por la fuente de proteína, puede utilizarse ahora para proporcionar otros nutrientes críticos, normalmente carbohidratos para proporcionar energía o fibra para mantener la función ruminal y la ingesta.
Se sabe que cada ración individualmente presenta desafíos de formulación únicos, pero la información anterior nos muestra el concepto de cómo puede realizarse un mejor balance de aminoácidos en las raciones de las vacas lecheras y cuáles son los beneficios nutricionales.
Aspectos económicos
La sustitución de ingredientes ricos en proteína de sobrepaso, por Mepron® junto con grano o forraje, generalmente provoca un ahorro en el costo de la alimentación.
Obviamente esto depende de la ración previa y del costo de los ingredientes. Hay que señalar que hay raciones en las cuales un balance correcto de aminoácidos puede aumentar el costo al intentar cubrir los requerimientos de aminoácidos. Sin embargo, estas son raciones donde por lo general el aporte previo de aminoácidos era sustancialmente más bajo con respecto al aporte del resto de los nutrientes y por ello generalmente se observa un significativo aumento en la producción.
Validación del balance de aminoácidos en la ración
Se realizó una prueba de campo comercial en conjunto con la Universidad de Wisconsin donde se estudió este enfoque teórico en campo. Participaron diecinueve hatos lecheros de alta producción (con promedio de producción de leche de 10,700 kg/año). Los programas de alimentación fueron re-balanceados en base a aminoácidos y comparados con la ración existente. El balance de aminoácidos redujo la proteína cruda como % de materia seca de 17.6% a 16.8%. FDA, FDN y CNF aumentaron ligeramente como resultado del espacio disponible por el menor contenido de proteína en las raciones con balance de aminoácidos. Durante todo el período de prueba, la mitad de los hatos estuvieron bajo el programa de balance de aminoácidos y la otra mitad permaneció con su ración preexistente, con el fin de evitar cualquier efecto estacional.
La única diferencia significativa de producción debida al balance de aminoácidos fue un incremento en la proteína de la leche de 0.05%. No se observaron cambios en la producción pero el costo de alimentación se redujo en un promedio de $ 0.05 U.S.D. por vaca por día como resultado de la reducción de proteína. Como la reformulación con balance de aminoácidos incrementó el consumo de forraje más que el de alimentos comerciales, los costos por estos alimentos comerciales disminuyeron en un promedio de $ 0.10 U.S.D. por vaca por día. El experimento demostró claramente que el balance de aminoácidos en el campo produjo atractivos beneficios económicos.
Directrices para el balanceo de la ración con enfoque en aminoácidos
- Suministrar los carbohidratos adecuados en cantidades suficientes. Lo primero que debemos considerar son los carbohidratos fibrosos (CF) como fibra, es el componente más importante para balancear cualquier ración. Es necesario para la salud del rumen, la salud de la vaca y para una fermentación eficiente.
- Una vez cumplidos los requerimientos de fibra, debemos dirigir nuestra atención a los Carbohidratos No Fibrosos (CNF) para proporcionar precursores adecuados de propionato. Para lograr una alta producción de leche se debe lograr este proceso secuencial:
ALMIDÓN Y AZÚCARES>>>PROPIONATO>>>GLUCOSA>>>LACTOSA>>>VOLUMEN DE LECHE
El componente más crítico es el almidón fermentable.
- Para lograr los ahorros deseados en el costo, no se deben establecer restricciones en el nivel mínimo de proteína cruda o proteína no degradable. El balance debe hacerse para la Proteína Degradable en Rumen (RDP por sus siglas en Inglés) que varía directamente con el contenido del CNF de la ración.
- Con respecto a los aminoácidos, la metionina (Met) y lisina (Lis) son generalmente aceptados como los más limitantes. Se ha demostrado que un balance ligeramente positivo para Lis (+2 a +3 gramos) e incluso uno para Met es lo ideal. También se debe garantizar que se cubran los requerimientos de los otros aminoácidos esenciales.
- Dado que las grasas no contribuyen en la producción microbiana, se recomienda un enfoque conserva- dor para aportar grasa de 3% a 5% en MS. La NRC también utiliza esta perspectiva conservadora, como lo demuestra el hecho de que no incluía un requerimiento de grasa en la publicación de 2001. La conclusión es que la limitación de grasa en la dieta “crea un espacio en la ración” y esto permite suministrar más carbohidratos.
- Al igual que para las grasas – y por la misma razón – se sugiere una perspectiva similar para las cenizas. La mayoría de las raciones tendrán un contenido de cenizas de 8% a 10%, pero el objetivo debe ser formular con menos de 8%.
Beneficios potenciales
- Incremento en la producción de proteína por aumento en el % de proteína de la leche y/o por aumento en la producción de leche debido a una mejoría en el suministro de aminoácidos.
- Ahorro en los costos de alimentación debido a una dieta de baja proteína.
- Mayor eficiencia de utilización de la proteína (aminoácidos) y por lo tanto menores residuos de nitrógeno.
- Mejoras de salud y producción del hato a largo plazo, como resultado de las mejoras generales en el equilibrio nutricional gracias a que se cuenta con un espacio disponible en la ración para suministrar otras necesidades de nutrientes.
Artículo publicado en Entorno Ganadero Octubre- Noviembre
