Bioquímica de la fermentación

ALIMENTACION APLICADA ALIMENTACION APLICADA EN RUMIANTESEN RUMIANTES

ALIMENTACION APLICADA ALIMENTACION APLICADA EN RUMIANTESEN RUMIANTES

JORGE ALBERTO GALLO M.JORGE ALBERTO GALLO M.

Zootecnista U.N.Zootecnista U.N.

Kansas State UniversityKansas State University

JORGE ALBERTO GALLO M.JORGE ALBERTO GALLO M.

Zootecnista U.N.Zootecnista U.N.

Kansas State UniversityKansas State University

““En tiempos de turbulencia En tiempos de turbulencia y cambio, es más y cambio, es más

verdadero que nunca, que verdadero que nunca, que el conocimiento es poder”el conocimiento es poder”

J.F.K.J.F.K.

““Eficiencia en la empresa Eficiencia en la empresa ganadera:ganadera:

Incrementar la producción por Incrementar la producción por unidad de área”.unidad de área”.

VIAS PARA EL LOGRO DE LA VIAS PARA EL LOGRO DE LA META:META:

GenéticaGenéticaNutriciónNutrición

II

Relación Suelo - Planta - Relación Suelo - Planta - AnimalAnimal

Un sistema básico en la Un sistema básico en la determinación del status determinación del status

nutricional del hato.nutricional del hato.

FISICAFISICA

• Capacidad de retención de

agua

• Profundidad

• Textura

• Drenaje interno

• Compactación

• Estructura

QUIMICAQUIMICA

• Presencia de nutrientes

• Conductividad eléctrica

• Reactividad (pH)

• Capacidad de

intercambio catiónico

• Nitrógeno nítrico y amoniacal

BIOLOGICABIOLOGICA

• Materia orgánica

• Biomasa microbiana

• Carbón orgánico

• Cobertura de la

vegetación

• Presencia de lombrices y • otra fauna del suelo

CARACTERIZACION DE LA CALIDAD CARACTERIZACION DE LA CALIDAD DEL SUELODEL SUELO

CARACTERIZACION DE LA CALIDAD CARACTERIZACION DE LA CALIDAD DEL SUELODEL SUELO

CATEGORIAS DE RELACIONESCATEGORIAS DE RELACIONESCATEGORIAS DE RELACIONESCATEGORIAS DE RELACIONES

SUELO - PLANTA:SUELO - PLANTA:Programas de fertilización restitutivaProgramas de fertilización restitutivaPasturas acondicionadas a Pasturas acondicionadas a

características edafológicas.características edafológicas. PLANTA - ANIMAL:PLANTA - ANIMAL:

Intensidad de la capacidad de cargaIntensidad de la capacidad de cargaSuplementación estratégica.Suplementación estratégica.

SOSTENIBILIDADLa ganadería intensiva es una forma de minería

extractiva de largo plazo

CONSUMO DE FORRAJE CON RELACION CONSUMO DE FORRAJE CON RELACION AL CONTENIDO DE PROTEINA DEL PASTOAL CONTENIDO DE PROTEINA DEL PASTO

Proteína Utilizable

0 250 400 700

Kilos de nitrógeno aplicados/ha/año

Proteína

Bruta %

25

20

15

10

METODOS PARA EVALUAR EL METODOS PARA EVALUAR EL ESTADO DE LA RELACIÓN ESTADO DE LA RELACIÓN SUELO - PLANTA - ANIMALSUELO - PLANTA - ANIMAL

Evaluación visual de la Evaluación visual de la praderapradera

Análisis de suelosAnálisis de suelos

Análisis foliaresAnálisis foliares

Perfiles metabólicosPerfiles metabólicos

Nitrógeno %%

Fósforo %%

Calcio %%

Potasio %%

Sodio %%

Magnesio %%

Azufre %%

Cobre ppmppm

Zinc ppmppm

Manganeso ppmppm

Hierro ppmppm

Boro ppmppm

INFORMACION A INFORMACION A SOLICITAR SOLICITAR

EN ANALISIS FOLIARESEN ANALISIS FOLIARES

Manejo Integrado de la relación Manejo Integrado de la relación Suelo - Planta - AnimalSuelo - Planta - Animal

Fertilidad y Fertilidad y

sostenimiento del suelosostenimiento del suelo

Producción de forrajeProducción de forraje

Valor nutritivo del forrajeValor nutritivo del forraje

Desempeño de los Desempeño de los

animalesanimales

SOSTENIBILIDADSOSTENIBILIDAD

Para que el sistema Suelo – Para que el sistema Suelo – Planta – Animal – Rumen se Planta – Animal – Rumen se mantenga productivo durante mantenga productivo durante muchos años es necesario que muchos años es necesario que las entradas de los nutrientes las entradas de los nutrientes en el mismo sean, como en el mismo sean, como mínimo, iguales que las mínimo, iguales que las salidas.salidas.

Esquema del reciclaje de los nutrientes en el ecosistema de pastoreo bovino

Suplementación

Lluvia

Fertilizantes

Fijación biológica

de N2


Volatilización de N de las excreciones

Excreciones fuera del

sistema

Muertes

Producción de leche

Venta de animales


Nacimientos

Excreciones

Ganancia de peso

Consumo

Hojarasca

Extracción de las

plantas

Debido a las pérdidas que normalmente ocurren durante el flujo de los nutrientes a través de la producción animal, las deyecciones fuera del sistema, el lavado y las volatilizaciones; se requiere la compensación de estas a través de una fertilización restitutiva.

EL COMPONENTE SUELOEL COMPONENTE SUELO

El suelo es el componente clave El suelo es el componente clave que regula los ciclos de los que regula los ciclos de los nutrientes en el ecosistema de nutrientes en el ecosistema de pastoreo. Constituye el “almacen” pastoreo. Constituye el “almacen” que recibe, acumula y libera la que recibe, acumula y libera la mayoría de los nutrientes a través mayoría de los nutrientes a través de procesos físicos, químicos y de procesos físicos, químicos y biológicos.biológicos.

LA MATERIA ORGANICALA MATERIA ORGANICA

Ejerce el papel central en el almacenaje de los nutrientes y su liberación a formas asimilables por las plantas. Por lo tanto, es importante que se comprendan los factores que regulan la dinámica de la M.O. en el ecositema de pastoreo, con el fin de manejar más eficientemente el reciclaje de los nutrientes

ABONOS ORGANICOSABONOS ORGANICOS

El manejo de los nutrientes contenidos en los abonos orgánicos tiene una estrecha dependecia de la actividad biológica del suelo, la cual favorece la mineralización de los nutrientes contenidos en ellos y los convierten en formas facilmente asimilables por el pasto.

PAPEL DE LA MICROFAUNA DEL SUELO EN PAPEL DE LA MICROFAUNA DEL SUELO EN EL RECICLAJE DE LOS NUTRIENTESEL RECICLAJE DE LOS NUTRIENTES

Los invertebrados constituyen los Los invertebrados constituyen los organismos de mayor importancia en organismos de mayor importancia en la fertilidad de los suelos en el la fertilidad de los suelos en el ecosistema de pastoreo.ecosistema de pastoreo.

Las prácticas que eliminan estas Las prácticas que eliminan estas comunidades beneficiosas en el suelo comunidades beneficiosas en el suelo son insostenibles a largo plazo.son insostenibles a largo plazo.

PAPEL DE LA MICROFAUNA DEL PAPEL DE LA MICROFAUNA DEL SUELO EN EL RECICLAJE DE LOS SUELO EN EL RECICLAJE DE LOS

NUTRIENTESNUTRIENTES

Las lombrices, las hormigas y los Las lombrices, las hormigas y los artropodos influyen en la estructura artropodos influyen en la estructura del suelo y en la dinámica de los del suelo y en la dinámica de los nutrientes a través de sus efectos en nutrientes a través de sus efectos en la inmovilización y la humificación la inmovilización y la humificación de los mismos.de los mismos.

EL COMPONENTE PLANTAEL COMPONENTE PLANTA

EL CICLO BIOGEOQUIMICOEL CICLO BIOGEOQUIMICOEs el movimiento de los elementos y Es el movimiento de los elementos y compuestos inorgánicos indispensables compuestos inorgánicos indispensables para el sostenimiento de la vida en el para el sostenimiento de la vida en el ecosistema de pastoreo y comprende el ecosistema de pastoreo y comprende el paso de estos desde el suelo y desde la paso de estos desde el suelo y desde la atmósfera a los organismos vivientes, atmósfera a los organismos vivientes, su transformación en complejos nuevos su transformación en complejos nuevos y su retorno al suelo y a la atmosfera.y su retorno al suelo y a la atmosfera.

ACUMULACION Y ACUMULACION Y DESCOMPOSICIÓN DE LA DESCOMPOSICIÓN DE LA

HOJARASCA EN EL POTREROHOJARASCA EN EL POTRERO

El porcentaje de utilización de los El porcentaje de utilización de los pastos por los rumiantes en pastos por los rumiantes en pastoreo varia entre 40 y 60%, por pastoreo varia entre 40 y 60%, por esto, el retorno de nutrientes al esto, el retorno de nutrientes al suelo por esta vía puede ser mayor suelo por esta vía puede ser mayor que el que se produce a través de que el que se produce a través de las excreciones.las excreciones.

EL COMPONENTE ANIMALEL COMPONENTE ANIMAL

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%

% d

el con

sum

o to

tal

N(2,562)

P (237) K(1,720)

Ca(726)

Mg(222)

Na(279)

RetenciónLecheOrinaHeces

% de excreción y retención de los nutrientes consumidos por vacas

lecheras*

* Los nutrientes consumidos (gr/día) Haynes y Williams, 1993

Contenido promedio de Contenido promedio de nutrientes en heces y orina nutrientes en heces y orina

de vacas lecheras*de vacas lecheras*Parametros

Contenido en la orina (gr/litro)

Contenido en las heces (% peso

fresco)

% Excretado en las heces

Sólidos totales 6,1000 15,4000 85 N Total 11,5000 2,9000 48 P Total 0,2000 1,2000 95 Cl 2,5000 0,6100 47 K 7,9500 0,8400 28 Ca 0,1700 1,2800 97 Mg 0,5600 0,6300 78 Na 1,1800 0,2200 41 Cu 0,0100 0,0500 95 Zn 0,0200 0,0200 98 Fe 0,0060 0,1600 99 Mn 0,0002 0,0200 99

Crespo y García (Instituto de ciencia animal), Cuba 2.000

Número y peso o volumen de Número y peso o volumen de excreciones y micciones por día excreciones y micciones por día

de ganado vacuno*de ganado vacuno*

Vaca Lechera Novillo de Ceba

Número de excreciones por día 12 11Peso fresco por excreción (Kg) 2,06 1,78Número de micciones por día 10 8Volumen por micción (Lt) 1,90 2,00

Tipo de ganado

* Crespo y García (Instituto de Ciencia Animal), Cuba 2000

EL COMPONENTE RUMENEL COMPONENTE RUMEN

La expresión productiva del hato es La expresión productiva del hato es un reflejo directo del ciclo de los un reflejo directo del ciclo de los nutrientes en la relación SUELO – nutrientes en la relación SUELO – PLANTA – ANIMAL – RUMEN.PLANTA – ANIMAL – RUMEN.

La vaca es un apéndice del rumen.La vaca es un apéndice del rumen. La gente no alimenta el ganado. La gente no alimenta el ganado.

Son los microbios ruminales quienes Son los microbios ruminales quienes verdaderamente lo hacen.verdaderamente lo hacen.

EL COMPONENTE RUMENEL COMPONENTE RUMEN

Los nutrientes que salen Los nutrientes que salen del rumen para ser del rumen para ser digeridos por el animal, digeridos por el animal, tienen más valor nutritivo tienen más valor nutritivo que los que a él entran.que los que a él entran.

La oferta y uso de nutrientes en La oferta y uso de nutrientes en el hato y su dependencia de la el hato y su dependencia de la

relación S.P.A.Rrelación S.P.A.R

Fertilidad del sueloOferta y calidad de biomasa

Sistema de pastoreo

Tipo y cantidad de suplementación

Oferta de nutrientes

Uso de nutrientes

ECOLOGIA DE LOS MICROBIOS ECOLOGIA DE LOS MICROBIOS DEL RUMENDEL RUMEN

El rumen es un ecosistema abierto El rumen es un ecosistema abierto en el cual proliferan y cohabitan en el cual proliferan y cohabitan diversas especies de diversas especies de microorganismos.microorganismos.

Con la evolución de los rumiantes Con la evolución de los rumiantes (40 millones de años) los microbios (40 millones de años) los microbios mejor adaptados para sobrevivir y mejor adaptados para sobrevivir y competir en el rumen han sido competir en el rumen han sido seleccionados y trasmitidos por el seleccionados y trasmitidos por el ganado a las generaciones sucesivas.ganado a las generaciones sucesivas.


En el rumen el crecimiento de los En el rumen el crecimiento de los microorganismos rara vez se da al microorganismos rara vez se da al máximo. Es inhibido por factores máximo. Es inhibido por factores tales como la concentración de tales como la concentración de nutrientes, el pH, los mismos nutrientes, el pH, los mismos productos de la fermentación y las productos de la fermentación y las interrelaciones entre especies interrelaciones entre especies (simbiosis – predación).(simbiosis – predación).


Para que las poblaciones de Para que las poblaciones de bacterias se mantengan en el bacterias se mantengan en el rumen es necesario que su ciclo rumen es necesario que su ciclo reproductivo sea más corto que la reproductivo sea más corto que la velocidad de paso del material velocidad de paso del material digerido.digerido.

POBLACIONES DE POBLACIONES DE MICROORGANISMOS EN EL MICROORGANISMOS EN EL

RUMENRUMEN

BACTERIAS: 10 – 50 billones/ml de BACTERIAS: 10 – 50 billones/ml de contenido ruminal.contenido ruminal.

PROTOZOOS: 100 mil – 1 millon/ml PROTOZOOS: 100 mil – 1 millon/ml de contenido ruminal.de contenido ruminal.

HONGOS – LEVADURAS: Número HONGOS – LEVADURAS: Número variable pero inferior a la variable pero inferior a la población de protozoos.población de protozoos.

Microfotografía del contenido ruminal de una Microfotografía del contenido ruminal de una vacavaca

Protozoo ciliado

Bacteria

LOS MICROBIOS SON LOS MICROBIOS SON ESPECIALISTASESPECIALISTAS

Un hecho importante para Un hecho importante para recordar es que hay varios tipos recordar es que hay varios tipos de microorganismos en el rumen de microorganismos en el rumen y que cada uno de ellos se y que cada uno de ellos se especializa en el desdoblamiento especializa en el desdoblamiento de determinado sustrato.de determinado sustrato.

GRUPOS DE BACTERIAS RUMINALES GRUPOS DE BACTERIAS RUMINALES DE ACUERDO AL TIPO DE SUSTRATO DE ACUERDO AL TIPO DE SUSTRATO

FERMENTADOFERMENTADO

CelulolíticasCelulolíticas HemicelulolíticasHemicelulolíticas PectinolíticasPectinolíticas UreolíticasUreolíticas ProteolíticasProteolíticas Sintetizadoras de Sintetizadoras de

vitaminasvitaminas

AmilolíticasAmilolíticas MetanogénicasMetanogénicas Productoras de Productoras de

amoníacoamoníaco Utilizadoras de Utilizadoras de

azucaresazucares Utilizadoras de Utilizadoras de

lípidoslípidos Utilizadoras de Utilizadoras de

ácidosácidos

CICLO DE VIDA DE LA FLORA CICLO DE VIDA DE LA FLORA RUMINALRUMINAL

El hecho más importante para El hecho más importante para recordar sobre los microbios del recordar sobre los microbios del rumen es que ello tienen un ciclo rumen es que ello tienen un ciclo de vida de solo 20 minutos.de vida de solo 20 minutos.

Hay 72 generaciones de microbios Hay 72 generaciones de microbios cada día.cada día.

CICLO DE VIDA DE LA FLORA CICLO DE VIDA DE LA FLORA RUMINALRUMINAL

Los nutrientes que los Los nutrientes que los microorganismos necesitan para microorganismos necesitan para sintetizar proteína, energía y sintetizar proteína, energía y vitaminas del complejo B tienen vitaminas del complejo B tienen que ser suministrados durante ese que ser suministrados durante ese período de vida de 20 minutosperíodo de vida de 20 minutos

LA FRECUENCIA DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACION AFECTA LA ALIMENTACION AFECTA LA

FLORA RUMINALFLORA RUMINAL

Los microorganismos del rumen Los microorganismos del rumen producen más eficientemente producen más eficientemente cuando ellos son alimentados con cuando ellos son alimentados con cantidades consistentes de cantidades consistentes de alimento a través del día.alimento a través del día.

Esto mantiene su población en un Esto mantiene su población en un nivel constante. nivel constante.



Cuando a un grupo de animales se Cuando a un grupo de animales se les cambia de potrero, se les abre un les cambia de potrero, se les abre un nuevo silo o paca de heno, o se les nuevo silo o paca de heno, o se les cambia la cantidad o calidad del cambia la cantidad o calidad del concentrado; se les esta haciendo un concentrado; se les esta haciendo un cambio en la dieta. Con frecuencia, cambio en la dieta. Con frecuencia, estos cambios no son evidentes para estos cambios no son evidentes para quienes manejan el hato.quienes manejan el hato.



En conclusión, la población ruminal En conclusión, la población ruminal se ajusta a los cambios de la ración, se ajusta a los cambios de la ración, pero este ajuste toma tiempo. Así, pero este ajuste toma tiempo. Así, no solo se precisa mantener no solo se precisa mantener alimento disponible todo el tiempo alimento disponible todo el tiempo sino que este debe ser el mismo. sino que este debe ser el mismo. Si se hace un cambio debe hacerse Si se hace un cambio debe hacerse gradualmente.gradualmente.

Variación de la población microbial por la frecuencia de

alimentación

24 Horas

Perm Erratico

Nú

mero

rela

tivo d

e m

icro

org

an

ism

os

ASPECTOS BASICOS DE LA ASPECTOS BASICOS DE LA BIOQUÍMICA DE LA BIOQUÍMICA DE LA

FERMENTACIONFERMENTACION

¿EN QUE CONSISTE LA ¿EN QUE CONSISTE LA FERMENTACION RUMINAL?FERMENTACION RUMINAL?

Es un proceso bioquímico llevado a Es un proceso bioquímico llevado a cabo por la flora ruminal y que cabo por la flora ruminal y que consiste principalmente en la consiste principalmente en la producción de Acidos Grasos producción de Acidos Grasos Volátiles a partir de los carbohidratos Volátiles a partir de los carbohidratos estructurales presentes en la dieta.estructurales presentes en la dieta.

ASPECTOS BASICOS DE LA ASPECTOS BASICOS DE LA BIOQUÍMICA DE LA BIOQUÍMICA DE LA

FERMENTACIONFERMENTACION

¿QUÉ OTROS PRODUCTOS ¿QUÉ OTROS PRODUCTOS ADICIONALES GENERA LA ADICIONALES GENERA LA

FERMENTACION?FERMENTACION?

La actividad fermentativa de la flora La actividad fermentativa de la flora

ruminal también produce Acido ruminal también produce Acido

Láctico, Bioxido de Carbono y Láctico, Bioxido de Carbono y

Metano.Metano.

CONSECUENCIAS DE LA CONSECUENCIAS DE LA FERMENTACION RUMINALFERMENTACION RUMINAL

La actividad fermentativa produce La actividad fermentativa produce

a la res los siguientes beneficios:a la res los siguientes beneficios: Sintesis de proteína a partir de N.N.P.Sintesis de proteína a partir de N.N.P.

Sintesis de proteína de alta calidad Sintesis de proteína de alta calidad

en la forma de cuerpos microbiales.en la forma de cuerpos microbiales.

Sintesis de vitaminas del complejo B.Sintesis de vitaminas del complejo B.

SUSTRATOS DE LA SUSTRATOS DE LA FERMENTACION RUMINALFERMENTACION RUMINAL

Con pocas excepciones, todos los Con pocas excepciones, todos los carbohidratos y proteínas de la dieta de carbohidratos y proteínas de la dieta de los rumiantes pueden servir como los rumiantes pueden servir como sustrato para la fermentación microbial.sustrato para la fermentación microbial.

La diversa población de La diversa población de microorganismos produce todas las microorganismos produce todas las enzimas necesarias para digerir la enzimas necesarias para digerir la fracción fibrosa del forraje. fracción fibrosa del forraje.


CARBOHIDRATOS: Constituyen la CARBOHIDRATOS: Constituyen la

fuente fundamental de energía para fuente fundamental de energía para

los microbios se incluyen azucares, los microbios se incluyen azucares,

almidones, celulosa y hemicelulosa.almidones, celulosa y hemicelulosa.


FACTORES QUE AFECTAN SU DEGRADABILIDAD EN FACTORES QUE AFECTAN SU DEGRADABILIDAD EN EL RUMENEL RUMEN

Granos procesadosGranos procesados Velocidad de paso a través del rumenVelocidad de paso a través del rumen Disponibilidad de proteína solubleDisponibilidad de proteína soluble Contenido de paredes celulares del pastoContenido de paredes celulares del pasto Alimentos fermentadosAlimentos fermentados Gramíneas o leguminosasGramíneas o leguminosas Fuente (azucares o almidones)Fuente (azucares o almidones)


PROTEINAS:PROTEINAS: Proteína degradable y N.N.P. Pueden suministrar Proteína degradable y N.N.P. Pueden suministrar

nitrogeno para los microbios.nitrogeno para los microbios.

La flora ruminal produce proteasas y peptidasas La flora ruminal produce proteasas y peptidasas

las cuales digieren la proteína dietetica.las cuales digieren la proteína dietetica.

Estos peptidos y aminoacidos son tomados por Estos peptidos y aminoacidos son tomados por

los microbios y usados de diversas maneras, los microbios y usados de diversas maneras,

incluyendo la sintesis de proteína microbial.incluyendo la sintesis de proteína microbial.

PRODUCTOS DE LA PRODUCTOS DE LA FERMENTACION RUMINALFERMENTACION RUMINAL

Los productos de la fermentación Los productos de la fermentación

son Acidos Grasos Volatiles son Acidos Grasos Volatiles

principalmente Acetico, Propionico y principalmente Acetico, Propionico y

Butirico y los cuales constituyen la Butirico y los cuales constituyen la

principal fuente de energía para los principal fuente de energía para los

rumiantes.rumiantes.

PROPORCION MOLAR DE A.G.V. PROPORCION MOLAR DE A.G.V. EN DIETA DE FORRAJESEN DIETA DE FORRAJES

Acético70%

Butírico8%

Otros2%

Propiónico20%

PROPORCION MOLAR DE A.G.V. PROPORCION MOLAR DE A.G.V. EN DIETA DE FORRAJESEN DIETA DE FORRAJES

La proporción de A.G.V. En el rumen La proporción de A.G.V. En el rumen depende de la dieta y puede ser depende de la dieta y puede ser manipulada por diversos métodos.manipulada por diversos métodos.

Una dieta alta en forraje favorece la Una dieta alta en forraje favorece la producción de ácido acético.producción de ácido acético.

Una dieta alta en concentrado Una dieta alta en concentrado favorece la proporción de ácido favorece la proporción de ácido propiónicopropiónico

Bioquímica de la fermentación

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