Efecto de la extrusión y dos métodos de delignificación alcalina sobre la digestibilidad in vitro de la fibra de los pastos kikuyo (Cenchrus clandestinus) y maralfalfa (Pennisetum sp)
- Autores: Ligia Johana Jaimes Cruz
- Directores de la Tesis: Ángel Giraldo Mejía (dir. tes.), Héctor J. Correa (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) ( Colombia ) en 2022
- Idioma: español
- Títulos paralelos:
- Effect of extrusion and two methods of alkaline delignification on the in vitro digestibility of fiber kikuyu (Cenchrus clandestinus) and maralfalfa grass (Pennisetum sp)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: repositorio.unal.edu.co
- Resumen
- español
Las gramíneas C4 son la base de la producción bovina en los trópicos. Estas se caracterizan por acumular mayor proporción de carbohidratos estructurales (celulosa y hemicelulosa) y de lignina que las gramíneas C3. A este último compuesto se le ha atribuido efectos antinutricionales, siendo el más importante la reducción en la fermentabilidad de la celulosa y la hemicelulosa y, con ella, la disminución en el consumo de materia seca y el aporte de energía. Con la finalidad de reducir este efecto se han desarrollado diversos procedimientos de delignificación entre los que se destacan la extrusión y la aplicación de compuestos alcalinos como la urea y la cal apagada (CaOH). Estos procedimientos, sin embargo, no han sido evaluados en grámineas como el pasto kikuyo (Cencrhus clandestinus) y el pasto maralfalfa (Pennisetum sp), ampliamente utilizados en los sistemas de producción de leche bovina en las zonas altas de la región andina de Colombia bajo pastoreo y corte, respectivamente. El objetivo de este proyecto fue evaluar el efecto de la extrusión y de la delignificación con urea y cal apagada aplicadas a estas dos grámineas sobre la digestibilidad in vitro de la materia seca y de la fibra en detergente neutro, así como sobre la producción y calidad de leche en rumiantes. Para ello inicialmente se adelantó una revisión sobre la composición de las paredes celulares de las gramíneas y los métodos de delignificación aplicados; posteriormente se realizó una revisión al concepto “fibra” en nutrición de rumiantes de la que se pudo concluir que se trata de un término ambigüo que ha incluido conceptos nutricionales, químicos, anatómicos y fisiológicos; además, las metodologías desarrolladas para determinar el contenido de ”fibra” en alimentos para rumiantes no reflejan el concepto X nutricional del término y se han dirigido a estimar el contenido de carbohidratos estructurales pero con errores metodológicos como sucede con la Fibra Cruda (FC), la Fibra en Detergente Neutro (FDN) y la Fibra en Detergente Ácido (FDA). Con la finalidad de verificar la composición química de la FDA se realizó una evaluación que incluyó el análisis de 18 muestras de gramíneas tropicales y cuatro muestras de heces de vacas alimentadas con pastos tropicales en los que se determinó el contenido de FDA, lignina en detergente ácido (LDA), cenizas, carbono (C) y nitrógeno (N) en estas dos fracciones químicas. Luego, utilizando el método Simplex de la herramienta SOLVER de EXCEL, se estimó la composición química más probable de la FDA, lo que permitió establecer que esta fracción está constituida por celulosa, lignina, hemicelulosa, pectinas, proteínas y cenizas en cantidades variables y no solo por lignina y celulosa como presume la metodología originalmente usada para expresar esta fracción. Posteriormente se realizaron cuatro experimentos. En el primero se evaluó el efecto de dos tamaños de salida (1.0 y 3.0 mm) de un extrusor cónico de un solo tornillo girando a 1050 rpm sobre la digestibilidad in vitro (pepsina-celulasa) de la materia seca (DIVMS) y la fibra en detergente neutro (DIVFDN) de pasto maralfalfa. La extrusión generó un bagazo con alto contenido de FDN, aumento en 8.81% la DIVMS y en 20.6 % la DIVFDN sin que se evidenciara efecto del tamaño de la salida del extrusor. En el segundo, se evaluó el efecto de la extrusión húmeda del pasto kikuyo sobre la DIVMS y la DIVFDN. Para ello se recolectaron seis muestras de esta gramínea cosechadas a los 35 días de rebrote que fueron subdivididas en dos submuestras: seis submuestras se evaluaron sin extruir y la otras seis fueron procesadas en un extrusor de un solo tornillo cónico con salida de 2.0 mm que giraba a 1300 rpm. Los resultados indican que la extrusión incrementa el contenido de FDN y FDA en el bagazo resultante con un menor contenido de PC y Cen que el pasto crudo, al tiempo que incrementa en más del 8% la DIVMS y en más del 36% de la DIVFDN. En el tercer experimento se evaluó el efecto combinado del bagazo de pasto maralfalfa obtenido por extrusión húmeda tratado con tres dosis de urea o de cal apagada (0.45, 0.90 and 1.35%) sobre la DIVMS y la DIVFDN de esta gramínea. El bagazo tratado fue ensilado en condiciones areobias durante 21 días, antes de ser evaluado. La extrusión incrementó el contenido de FDN y la DIVFDN, pero redujo el contenido de nitrógeno. Por otro lado, el bagazo tratado con 1.35% de cal apagada montró la concentración más alta de Ca y la mayor DIVMS y DIVFDN en tanto que el bagazo tratado con 0.90% de urea presentó la concentración más alta de N aunque con XI una DIVFDN estadisticamente similar al tratamiento con 1.35% de cal apagada. Finalmente en el cuarto experimento se evaluó el efecto de dos niveles de suplementación con pasto kikuyo extruído a cabras lactantes. Para ello se seleccionaron 12 cabras adultas que se distribuyeron en cuatro tratamientos: suministro en los corrales de pasto maralfalfa (Pennisetum sp) fresco y pasto angleton (Dichanthium aristatum) henificado y suministro de aproximadamente de una mezcla 80:20 de un alimento concentrado comercial y maíz partido (MEZCLA) durante cada ordeño (CONTROL); CONTROL + 75 g de MS/cabra/d de pasto kikuyo (Cenchrus clandestinus) henificado durante cada ordeño (KH150); CONTROL + 75 g de MS/cabra/d de pasto kikuyo extruido durante cada ordeño (KE150) y CONTROL + 150 g de MS/cabra/d de pasto kikuyo extruido durante cada ordeño (KE300). Tanto el pasto kikuyo henificado como extruído fueron suminustrados peletizados. El periodo experimental tuvo una duración de 15 dias. Las cabras experimentales mostraron un comportamiento de neofobia frente a los suplementos a base de pasto kikuyo ya que estos fueron rechazados significativamente por los animales y redujeron la producción de leche no obstante que el consumo de materia seca total no se afectó por los tratamientos. De este experimento se pudo establecer que el pasto kikuyo henificado o extruído y peletizado fue rechazado de manera significativa por las cabras lactantes debido posiblemente a un comportamiento neofóbico alimentario. De los experimentos realizados se concluye que la extrusión es un procedimiento rápido y eficiente para incrementar la DIVMS y la DIVFDN de pastos tropicales como el kikuyo y el maralfalfa. La cal apagada y la urea mostraron ser compuestos químicos que incrementan significativamente la DIVMS y la DIVFDN, así mismo aumentan el contenido de Ca y de N en el material tratado. (Tomado de la fuente)
- English
C4 grasses are the basis of cattle production in the tropics. These are characterized by accumulating a higher proportion of structural carbohydrates (cellulose and hemicellulose) and lignin than C3 grasses. This last compound has anti-nutritional effects, the most important being the reduction in the fermentability of cellulose and hemicellulose and, with it, the reduction in dry matter intake and energy supply to animals. In order to reduce this effect, various delignification procedures have been developed, among which extrusion and the application of alkaline compounds such as urea and lime (CaOH) stand out. These procedures, however, have not been tested in grasses such as kikuyu grass (Cencrhus clandestinus) and maralfalfa grass (Pennisetum sp), which are widely used in bovine milk production systems in the highlands of the Andean region of Colombia under grazing and mowing, respectively. The objective of this project was to evaluate the effect of extrusion and delignification with urea and slaked lime of these two grasses on the in vitro digestibility of dry matter and fiber in neutral detergent, as well as on the production and quality of milk in ruminants. To this end, a review was initially carried out on the composition of the cell walls of grasses and delignification methods; Subsequently, a historical review of the concept of "fiber" in ruminant nutrition was carried out, from which it was possible to conclude that this term is ambiguous and its definitions have included nutritional, chemical, anatomical and physiological concepts, which has made it continue to be a little known term. XIII accurate. Likewise, it was possible to conclude that the methodologies developed to determine the "fiber" content in ruminant feedstuffs do not represent the nutritional concept of this term, if not, they have attempted to estimate the content of structural carbohydrates but with methodological errors as occurs with the Crude Fiber (CF), Neutral Detergent Fiber (NDF) and Acid Detergent Fiber (ADF) methods. In order to verify the chemical composition of ADF, an evaluation was carried out that included the analysis of 18 samples of tropical grasses and four samples of feces from cows fed tropical grasses in which the content of ADF and acid detergent lignin (ADL) as well as ash, carbon (C) and nitrogen (N) in these two chemical fractions. Then, using the Simplex method of the EXCEL SOLVER tool, the most probable composition of the ADF was estimated, determining that this fraction is made up of cellulose, lignin, hemicellulose, pectins, proteins and ashes in amounts variables and not only by lignin and cellulose, as they presume the methodology originally used to advance this verification. Subsequently, four experiments were carried out. In the first, the effect of two outlet sizes (1.0 and 3.0 mm) of a single-screw conical extruder rotating at 1050 rpm on in vitro digestibility (pepsin-cellulase) of dry matter (IVDMD) and neutral detergent fiber (IVNDFD) of maralfalfa grass. The extrusion generated a bagasse with a high content of NDF, increasing IVDMD by 8.81% and IVNDFD by 20.6%, without the effect of the size of the extruder outlet being evident. In the second, the effect of wet extrusion of kikuyu grass on IVDMD and IVNDFD was evaluated. For this purpose, six samples of this grass harvested at 35 days of regrowth were collected and subdivided into two subsamples: six subsamples were evaluated without extruding and the other six were processed in a single conical screw extruder with a 2.0 mm output that rotated at 1300 rpm. The results indicate that extrusion increases the content of NDF and ADF in the resulting bagasse with a lower content of PC and Cen than raw grass, while increasing IVDMD by more than 8% and IVNDFD by more than 36%. In the third experiment, the combined effect of maralfalfa grass bagasse obtained by wet extrusion treated with three doses of urea or lime (0.45, 0.90 and 1.35%) on IVDMD and IVNDFD of this grass was evaluated. The treated bagasse was ensiled under aerobic conditions for 21 days, before being evaluated. Extrusion increased NDF and IVNDFD content, but reduced nitrogen content. On the other hand, the bagasse treated with 1.35% slaked lime had the highest concentration of Ca and the highest IVDMD and IVNDFD, while the bagasse treated with 0.90% urea had the highest concentration of N, although with a statistically similar XIV IVNDFD to treatment with 1.35% slaked lime. Finally, in the fourth experiment, the effect of two levels of supplementation with extruded kikuyu grass on lactating goats was evaluated. For this purpose, 12 adult goats were selected and distributed in four treatments: provision in the pens of fresh maralfalfa grass (Pennisetum sp) and angleton grass (Dichanthium aristatum) hay and provision of approximately an 80:20 mixture of a commercial concentrate feed and broken corn (MIX) during each milking (CONTROL); CONTROL + 75 g DM/goat/d of kikuyu grass (Cenchrus clandestinus) hay during each milking (KH150); CONTROL + 75 g DM/goat/d of extruded kikuyu grass during each milking (KE150) and CONTROL + 150 g DM/goat/d of extruded kikuyu grass during each milking (KE300). Both hay and extruded kikuyu grass were supplied pelleted. The experimental period lasted 15 days. The experimental goats showed a neophobic behavior towards the kikuyu grass-based supplements since these were significantly rejected by the animals and reduced milk production, although the total dry matter intake was not affected by the treatments. From these experiments it is concluded that extrusion is a fast and efficient procedure to increase IVDMD and IVNDFD of tropical grasses such as kikuyu and maralfalfa. Lime and urea showed to be chemical compounds that significantly increase IVDMD and IVNDFD, as well as the content of Ca and N in the treated material. Kikuyu Grass henified or extruded and pelleted is significantly rejected by lactating goats possibly due to neophobic feeding behavior exhibited by these animals.
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