Cómo los científicos miden la degradación de la proteína ruminal en los ingredientes del pienso

La optimización de la nutrición de rumiantes depende de la comprensión de cómo se utiliza la proteína dietética. Un aspecto crítico es determinar en qué medida las proteínas del pienso son descompuestas por los microorganismos del rumen en comparación con la cantidad que bypassa el rumen para su digestión y absorción en el intestino delgado. Los científicos emplean varios métodos para medir esto, proporcionando datos cruciales para formular raciones equilibradas y evaluar la calidad de los ingredientes del pienso.

Cropenta Insight

Comprender la intrincada dinámica de la degradación de la proteína ruminal, en particular las disparidades observadas entre las metodologías in situ e in vitro para ingredientes procesados, presenta un desafío crítico para los formuladores de piensos. Una comprensión precisa de estos resultados específicos del método es esencial para evaluar con exactitud la verdadera disponibilidad de proteínas de un ingrediente, permitiendo una formulación de raciones más precisa para apoyar el rendimiento animal y la utilización eficiente del nitrógeno.

La doble función de la proteína en el rumen

La proteína dietética en rumiantes cumple dos funciones principales: proporcionar nitrógeno para que los microbios del rumen sinteticen proteína microbiana, y suministrar proteína no degradable en el rumen (PNDR), también conocida como proteína de bypass, que llega al intestino delgado para su digestión directa. La fracción que se degrada en el rumen se conoce como proteína degradable en el rumen (PDR). Equilibrar el suministro de PDR y PNDR es esencial para una utilización eficiente del nitrógeno y el suministro de aminoácidos al animal.

Método in situ: enfoque establecido para la medición de la degradación de la proteína ruminal

El método in situ, a menudo denominado técnica de la bolsa de nailon, implica incubar muestras de pienso directamente dentro del rumen de animales fistulados para evaluar la medición de la degradación de la proteína ruminal ^{[1, 2]}. Esta técnica permite la exposición al ambiente ruminal natural, incluida su población microbiana y la dinámica de fermentación. Las muestras, típicamente molidas y pesadas, se colocan en bolsas de nailon porosas, que luego se suspenden en el rumen durante períodos variables, generalmente desde unas pocas horas hasta 96 horas o más para ingredientes de degradación lenta ^[1].

Después de la incubación, las bolsas se retiran, se lavan y el residuo restante se analiza para determinar la proteína cruda. La pérdida de proteína de la bolsa con el tiempo indica el grado de degradación. Ajustando estos datos a un modelo matemático, se puede determinar la cinética de degradación ruminal, obteniendo parámetros como la fracción soluble (S), la fracción potencialmente degradable (D) y la tasa de degradación fraccional (Kd). Un concepto importante aquí es que la PNDR no es simplemente la proteína restante después de un tiempo fijo de incubación, sino que se calcula a partir de estas características de degradación a una tasa de paso (Kp) asumida ^[2].

Técnicas in vitro: enfoques basados en laboratorio

A diferencia del método in situ, las técnicas in vitro simulan la digestión ruminal en un entorno de laboratorio. Estos métodos a menudo implican incubar muestras de pienso con líquido ruminal recolectado de animales donantes o con enzimas específicas bajo condiciones controladas ^{[1, 3]}. Los enfoques in vitro comunes incluyen ensayos enzimáticos, que usan proteasas para simular la descomposición de proteínas, o técnicas de producción de gas, que miden el gas producido durante la fermentación microbiana como un indicador de digestibilidad ^[3]. Aunque ofrecen ventajas en términos de rendimiento y costo, los métodos in vitro pueden no replicar completamente el entorno complejo y dinámico del rumen vivo ^{[1, 3]}.

Comparando los métodos in situ e in vitro

La investigación ha demostrado que, si bien los métodos in vitro pueden proporcionar estimaciones, pueden mostrar una correlación deficiente con las mediciones in situ, particularmente para ingredientes de pienso con proteína protegida ^{[1, 2]}. Las técnicas in vitro pueden tender a estimar una mayor protección ruminal para las proteínas que han sido sometidas a procesamiento como tratamiento térmico o reacciones de Maillard ^[2]. Esta discrepancia puede surgir porque las simulaciones de laboratorio pueden no imitar con precisión las interacciones físicas, químicas y microbianas que ocurren dentro del rumen ^[1].

Por ejemplo, un estudio que comparó métodos in vitro e in vivo (in situ) para estimar la degradación ruminal de proteína cruda en varios piensos comúnmente utilizados para ganado vacuno de carne encontró diferencias en sus capacidades predictivas ^[1]. El método in situ ofrece una evaluación más directa y biológicamente relevante de la medición de la degradación de la proteína ruminal, reflejando las condiciones reales dentro del animal ^[2].

De la degradación a la proteína no degradable en el rumen (PNDR)

Los datos obtenidos de los estudios de degradación in situ, específicamente los parámetros cinéticos (S, D, Kd), se utilizan para calcular el valor de PNDR de un ingrediente del pienso. Este cálculo requiere una tasa de paso (Kp) ruminal asumida, que refleja la rapidez con la que las partículas del pienso salen del rumen. Los valores de PNDR dependen del Kp asumido, por lo que los valores solo deben compararse a la misma tasa de paso ^[2]. Un Kp más alto generalmente conduce a un porcentaje de PNDR calculado más alto, ya que hay menos tiempo disponible para la degradación microbiana.

Según los fabricantes de Bypass Soy Protein MP y Bypass Rapeseed MP, estos valores se midieron in vivo por un instituto de investigación independiente bajo el protocolo holandés in situ ^{[4, 5]}. Es importante señalar que un porcentaje alto de PNDR por sí solo no indica necesariamente un valor nutricional completo; debe evaluarse junto con la digestibilidad intestinal ^[2].

Digestibilidad intestinal y proteína metabolizable

Después de escapar de la degradación ruminal, la fracción de PNDR debe ser digerida en el intestino delgado para proporcionar aminoácidos utilizables al animal. La digestibilidad intestinal, a menudo medida utilizando la técnica de la bolsa de nailon móvil en vacas con cánulas duodenales, cuantifica la proporción de PNDR que realmente se digiere y absorbe. Un PNDR alto con baja digestibilidad intestinal puede resultar en una proteína utilizable limitada, lo que subraya la necesidad de evaluar ambos parámetros ^[2].

El concepto de proteína metabolizable (PM) integra la PNDR y la digestibilidad intestinal, junto con la síntesis de proteína microbiana, para estimar el suministro total de aminoácidos al animal ^[2]. Sistemas como el holandés DVE/OEB o el alemán nXP/RNB traducen estas características de degradación y digestibilidad medidas en valores de formulación. Estas evaluaciones integrales permiten a los formuladores optimizar el suministro de proteínas, apoyando el rendimiento animal y la utilización eficiente del nitrógeno.

Sin embargo, las observaciones de campo sugieren que los valores declarados de PNDR pueden no siempre coincidir con las mediciones in situ. En ensayos de alimentación para vacas lecheras en Alemania que compararon harina de colza tratada física y térmicamente o tratada con lignosulfonato, las mediciones in situ encontraron que la PNDR estaba por debajo de las proporciones utilizadas en los cálculos de la ración. La harina tratada físicamente mostró solo una pequeña diferencia con la harina no tratada, y el tratamiento con lignosulfonato, aunque significativo, produjo menos PNDR de lo esperado, especialmente en comparación con los tratamientos históricos con formaldehído ^[6].

Resumen técnico

Medir la degradación de la proteína ruminal es crucial para formular dietas para rumiantes. El método in situ, utilizando animales fistulados, es clave para determinar la cinética de degradación y calcular la proteína no degradable en el rumen (PNDR) a una tasa de paso asumida. Las técnicas in vitro ofrecen alternativas de laboratorio, pero pueden mostrar discrepancias en la protección, especialmente para proteínas tratadas. Una evaluación integral requiere evaluar tanto la PNDR como su posterior digestibilidad intestinal para estimar con precisión el suministro de proteína metabolizable para el animal.

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