Determinación de la digestibilidad ileal aparente y estandarizada de aminoácidos en HP-DDG de maíz alimentado a cerdos en crecimiento

1. Introducción

Durante décadas, la industria porcina moderna ha operado con un estrecho margen de beneficio neto, ya que los costos de producción porcina frecuentemente han aumentado a un precio mayor que el precio de los cerdos vivos/la carne de cerdo. En consecuencia, la industria de la carne de cerdo se ha esforzado en desarrollar soluciones innovadoras para mejorar la eficiencia económica de la cría intensiva de cerdos sin comprometer la calidad de la carne de cerdo, el bienestar animal y la sostenibilidad. La utilización de ingredientes alternativos en piensos prácticos, como coproductos de otras industrias (por ejemplo, alimentación, producción de alcohol, etc.), contribuye a proporcionar nutrientes y a prácticas más ecológicamente responsables en la producción de carne de cerdo.

Entre los diversos coproductos que podrían utilizarse en la alimentación porcina, destacan especialmente los procedentes de la industria del etanol. La fermentación del almidón de maíz produce una variedad de coproductos, como los granos secos de destilería (DDG), los DDG con solubles (DDGS) y los DDG ricos en proteínas (HP-DDG), que se diferencian entre sí en cuanto a las concentraciones. de proteínas, fibra, grasas y minerales ( Stein y Shurson, 2009 ; Woyengo et al., 2014 ). Se ha demostrado que la inclusión de los coproductos mencionados en las dietas porcinas favorece un rendimiento adecuado y reduce los costos de los alimentos ( Zijlstra y Beltranena, 2022 ). No obstante, existe una variación en la composición nutricional de estos coproductos debido a la naturaleza de las materias primas y las tecnologías utilizadas durante sus procesos de fabricación ( Liu, 2011 ; Rho et al., 2017 ).

Recientemente, se ha implementado la tecnología de separación de fibras (FST; ICM, Inc., Colwich, Kansas, EE. UU.) en algunas instalaciones de producción de etanol en Brasil, creando un coproducto específico de maíz. La FST elimina la fibra del grano antes de la fermentación del almidón de maíz en etanol ( Paula et al., 2021 ), aumentando la cantidad de almidón fermentable en los fermentadores y mejorando así la capacidad de producción y el rendimiento de etanol. Este enfoque permite la producción de DDG de maíz rico en proteínas (HP-DDG), que tiene un contenido de proteína cruda de aproximadamente el 40 % ( Shurson, 2018 ; Paula et al., 2021 ). Además, aumenta el contenido de lípidos y reduce el contenido de fibra detergente neutra ( Paula et al., 2021 ).

El conocimiento de la concentración y digestibilidad de los aminoácidos en los ingredientes es esencial para optimizar la eficiencia económica y ambiental con la que se manipula el nitrógeno en los alimentos para cerdos. Basándonos en la naturaleza innovadora de los coproductos de la industria del etanol investigados en el estudio actual y las ventajas de su utilización en la alimentación práctica de los cerdos, creemos que es oportuno investigar su valor nutricional para los cerdos. Dichos datos, ya sea que se recopilen con la literatura publicada, podrían contribuir a las actualizaciones de las tablas de alimentación existentes, como las del Consejo Nacional de Investigación (2012) y Rostagno et al. (2017) . Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue determinar los valores de aminoácidos digestibles ileales aparentes (AID) y aminoácidos digestibles ileales estandarizados (SID) y proteína cruda digestible (PC) de maíz HP-DDG de Brasil, producido mediante tecnología FST en cerdos en crecimiento.

2. Materiales y métodos

Todos los procedimientos adoptados en este estudio fueron aprobados por el Comité de Ética para el Uso de Animales de Producción de la Universidad Federal de Viçosa (número de protocolo 59/2023) y siguieron las normas del Consejo Nacional de Control de Animales de Experimentación.

2.1 Alojamiento de animales, dietas y diseño experimental.

El experimento se realizó en la Unidad de Enseñanza, Investigación y Extensión en Mejoramiento Porcino del Departamento de Ciencia Animal de la Universidad Federal de Viçosa. Este estudio tuvo como objetivo determinar la AID y SID de PB y aminoácidos en HP-DDG de maíz mediante la técnica de digestibilidad ileal, con la determinación de pérdidas endógenas basales.

Antes del experimento, a seis cerdos castrados en crecimiento se les colocó quirúrgicamente una cánula en T simple en el íleon distal a 20 cm de la válvula ileocecal, utilizando una técnica adaptada de Donkoh et al. (1994) . Los animales estuvieron en ayunas durante 12 h antes del procedimiento para minimizar la contaminación de la digesta durante la operación. Posteriormente, los animales fueron anestesiados, colocados en posición de decúbito lateral izquierdo y afeitados exhaustivamente para garantizar la asepsia en el sitio quirúrgico. Se realizó una incisión vertical de 5 a 6 cm en la región del flanco, ubicada a 3 a 4 cm desde la vértebra caudal hasta la última costilla. Luego se extirpó y manipuló el intestino delgado. Se realizó una incisión de 2 cm a 2,5 cm a lo largo del lado antimesentérico del intestino delgado, de 10 cm a 15 cm desde el segmento craneal hasta la unión ileocecal. Se colocó una sutura alrededor de la incisión y se insertó una cánula que se fijó al intestino. Se realizó una incisión en la piel de 1 cm de diámetro de 3 cm a 4 cm dorsal a la incisión inicial. Posteriormente se suturaron todos los tejidos.

Los cerdos se alojaron individualmente en corrales de 2,3 m × 2,16 m × 0,95 m (largo × ancho × alto) equipados con un comedero y un bebedero con tetina sin ningún material de cama. La habitación fue lavada y desinfectada con cal viva, agua y solución desinfectante.

Durante los cinco días posteriores al procedimiento quirúrgico, los animales recibieron antibióticos terapéuticos como medida profiláctica. Durante el postoperatorio, se reintrodujo gradualmente alimento a los animales y se les proporcionó ad libitum . La dieta de transición se formuló utilizando harina de maíz y soja para satisfacer todos los requisitos nutricionales ( Tabla 1 ) como lo describen Rostagno et al. (2017) . La sutura de la piel se retiró 15 días después de la cirugía.

Cuadro 1 Composición y nutrientes calculados en la dieta de transición.

La prueba de digestibilidad ileal con cánula en T simple se realizó 15 días después de la cirugía, considerando la recuperación de todos los animales. Se asignaron seis machos castrados (peso corporal inicial: 46,30 kg ± 2,14 kg) a un diseño de cuadrado latino incompleto de 2 × 3 duplicado, con dos dietas y dos períodos de 7 días en cada cuadrado, totalizando seis observaciones por tratamiento. En el segundo período, los animales se cambiaron para excluir los efectos del individuo sobre la digestibilidad de los alimentos medida. La fuente de HP-DDG de maíz se obtuvo de FS Bioenergy (Lucas do Rio Verde, Mato Grosso, Brasil), y se caracterizó como un coproducto de maíz obtenido de la producción de etanol mediante tecnología FTS, con una composición promedio de 43,85% de proteína cruda. , 11,17% de extracto etéreo, 7,09% de fibra cruda y 2,17% de concentración de materia mineral ( Tabla 2 ). Se formuló una dieta libre de nitrógeno (DNF) para medir las pérdidas endógenas basales de PB y AA. La dieta de prueba se preparó reemplazando el 40 % de almidón de maíz con HP-DDG de maíz como única fuente de AA. Se incluyeron vitaminas y minerales en todas las dietas para cumplir o superar los requerimientos estimados según Rostagno et al. (2017) . Se incluyó dióxido de titanio (TiO2) en ambas dietas al 0,5%, como marcador no digerible ( Tabla 3 ). En la Tabla 4 se presentan los análisis químicos y de la composición de las dietas experimentales .

Tabla 2 Composición de nutrientes analizada de los ingredientes (tal como se alimentan).

Tabla 3 Composición de las dietas utilizadas en el experimento (en base a alimentación).

Cuadro 4 Análisis químico y de la composición de las dietas experimentales (as-fed).

2.2 Procedimiento experimental

Los cerdos fueron alimentados dos veces al día (a las 07:00 y 17:00 h) en función de su peso metabólico (PC ^0,75 , kg), con el alimento mezclado con agua en una proporción de 1:1 para evitar el desperdicio y facilitar la ingesta. Durante todo el experimento, los cerdos tuvieron libre acceso al agua. Los primeros cinco días de cada período se consideraron un período de adaptación a la dieta. Los días 6 y 7 de cada período, se recolectaron muestras de digesto ileal durante 10 h.

La digesta ileal se recogió utilizando bolsas de plástico (5 cm × 20 cm) unidas directamente a la cánula mediante una brida. El digesto que fluía hacia las bolsas se recogió y se almacenó inmediatamente a –20°C para evitar la degradación bacteriana de los aminoácidos. Luego se colocaron nuevas bolsas en la cánula para continuar con la recolección.

Durante el período de 5 días entre las recolecciones de digesta ileal, los animales fueron alimentados con una dieta a base de maíz y harina de soja ( Tabla 1 ) para cumplir con los requisitos descritos por Rostagno et al. (2017) . El agua se proporcionó ad libitum durante todo el estudio.

Durante el segundo período de colecta, un animal sometido al tratamiento DIP presentó prolapso rectal y fue retirado de la evaluación por un especialista.

2.3 Procesamiento del material recolectado y análisis.

Al final del período experimental, las muestras de digesta ileal fueron descongeladas, mezcladas, homogeneizadas y liofilizadas por unidad y período experimental. Se recolectó una submuestra para análisis, con seis repeticiones por tratamiento.

Se analizaron muestras de las dietas, HP-DDG de maíz y digesta ileal para determinar materia seca (MS), nitrógeno (N), TiO2 y AA. Las metodologías utilizadas fueron las siguientes: el método INCT-CA G-003/1 para el contenido de MS, el método Kjeldahl para el contenido de N y el método INCT-CA M-007/1 para la concentración de TiO2, según lo descrito por Detmann et al. (2012) . Los análisis se realizaron en el Laboratorio de Nutrición Animal del Departamento de Ciencia Animal de la Universidad Federal de Viçosa, Mato Grosso, Brasil. Además, se realizó cromatografía líquida de alta presión (HPLC) para el contenido de AA en el Laboratorio CBO (Valinhos, São Paulo, Brasil), según los métodos descritos por White et al. (1986) , Hagen et al. (1989) , y Lucas y Sotelo (1980) .

Se utilizó el factor 6,25 para calcular la proteína cruda en función del contenido de N.

2.4 Cálculos

La AID y SID de PC y AA de HP-DDG de maíz se calcularon para la dieta que contenía HP-DDG de maíz mediante un procedimiento directo. Los valores calculados para esta dieta representaron los valores de los ingredientes de prueba. Se utilizaron las siguientes fórmulas para determinar los coeficientes AID y SID ( Sakomura y Rostagno, 2016 ):

FI1 = Factor de indigestibilidad de la dieta de prueba

Coeficiente de digestibilidad ileal aparente de la proteína cruda (AID CP):

FI2 = factor de indigestibilidad DFN

Coeficiente de digestibilidad ileal estandarizado de la proteína cruda (SID CP)

E1 = Digesto de la dieta de prueba

Coeficiente de digestibilidad ileal aparente de aminoácidos (AID AA)

E2 = Compendio de DFN

Coeficiente de digestibilidad ileal estandarizado de aminoácidos (SID AA)

Para la determinación de las pérdidas endógenas ileales basales de aminoácidos se utilizó la siguiente fórmula ( Adeola et al., 2016 ):

Pérdidas endógenas ileales basales de aminoácidos.

La proteína cruda y los aminoácidos digestibles ileal aparente y digestible ileal estandarizada en HP-DDG de maíz se calcularon multiplicando cada coeficiente AID y SID por el contenido de CP y AA en el ingrediente de prueba.

2.5 Análisis de datos

A partir de los valores medios obtenidos de las repeticiones se establecieron los coeficientes de digestibilidad y posteriormente se calculó la desviación estándar de las medias. Las medias que se desviaron de la media del tratamiento en más de 1,5 DE se consideraron valores atípicos.

Las medias obtenidas para los coeficientes AID y SID para lisina, metionina, triptófano, arginina, glicina, fenilalanina más tirosina y prolina, respectivamente, de la misma réplica en el tratamiento con HP-DDG de maíz se identificaron como valores atípicos y se eliminaron.

3. Resultados y discusión

Los coproductos fabricados por la industria del etanol se han utilizado ampliamente en la producción animal. A pesar de sus ventajas, la literatura publicada sobre el valor nutricional de dichos ingredientes no es consistente, lo que restringe su utilización en la alimentación porcina. Tal brecha de conocimiento, por ejemplo, refleja la ausencia de información sobre el valor nutricional de los coproductos de etanol y los límites de su utilización en alimentos para cerdos en las “Tablas brasileñas para aves y cerdos” ( Rostagno et al., 2017 ). , que ha sido la principal referencia en nutrición avícola y porcina en Brasil. En consecuencia, los investigadores utilizan con frecuencia referencias alternativas, como el Consejo Nacional de Investigaciones (2012) , que podrían no reflejar con precisión las condiciones brasileñas. La última edición revisada de Nutrient Requests of Swine ( National Research Council, 2012 ) describe el contenido de proteína cruda (PB) del HP-DDG de maíz fabricado utilizando un método de procesamiento con tecnología FST como 49,7%. En el estudio actual, el contenido de PB en el coproducto de la industria del etanol bajo estudio fue equivalente a 44,4% y 40,4% en materia seca y materia prima, respectivamente ( Tabla 2 ). Otros estudios que involucraron HP-DDG de maíz fabricados en Brasil informaron valores de proteína similares en base a materia seca que oscilaban entre 46,5% y 45,1% de PC ( Palowski et al., 2021 ; Paula et al., 2021 ; Dias et al., 2023 ). En general, nuestros resultados sugieren valores más bajos para ciertos aminoácidos en el HP-DDG de maíz en comparación con el Consejo Nacional de Investigación (2012) en forma natural, específicamente, metionina (0,74 % frente a 0,80 %), treonina (1,61 % frente a 1,90 %), triptófano (0,23% frente a 0,38%) y valina (2,15% frente a 2,19%). La única excepción fue la lisina, que fue ligeramente superior a los valores de NRC (1,39% frente a 1,34%). Las razones subyacentes de las mencionadas variaciones en el contenido de proteínas y aminoácidos podrían ser los diferentes métodos de procesamiento utilizados durante la fabricación de los coproductos de etanol (temperatura, tiempo de cocción, tallo, etc.). Tales variaciones refuerzan la necesidad de caracterizar el valor nutricional de los coproductos del etanol fabricados según la técnica FST implementada por la industria brasileña del etanol.

Las pérdidas endógenas basales, expresadas en gramos por kilogramo de ingesta de materia seca (CMS), se determinaron en cerdos alimentados con una dieta libre de nitrógeno (FND). Los aminoácidos esenciales perdidos fueron lisina (0,212 g/kg DMI), metionina (0,094 g/kg DMI), treonina (0,538 g/kg DMI), triptófano (0,335 g/kg DMI), valina (0,418 g/kg DMI). , isoleucina (0,286 g/kg DMI), leucina (0,509 g/kg DMI), histidina (0,175 g/kg DMI) y fenilalanina (0,280 g/kg DMI). Para los aminoácidos no esenciales, arginina (0,409 g/kg DMI), alanina (0,569 g/kg DMI), cisteína (0,049 g/kg DMI), tirosina (0,212 g/kg DMI), glicina (1,273 g/kg DMI). ), serina (0,555 g/kg DMI), prolina (3,187 g/kg DMI), ácido glutámico (0,695 g/kg DMI) y ácido aspártico (0,366 g/kg DMI). Al utilizar NFD, notamos que las pérdidas endógenas de prolina y glicina eran considerablemente altas. Estos resultados están respaldados por hallazgos de investigaciones anteriores en las que se utilizó DFN para estimar la pérdida de compuestos proteicos en cerdos ( Kim et al., 2009 ; Urriola et al., 2009 ; Zhai y Adeola, 2011 ). Las pérdidas basales de aminoácidos esenciales observadas aquí también fueron similares a los valores medios descritos por Adeola et al. (2016) en la revisión de la literatura.

También determinamos los coeficientes de digestibilidad ileal aparente (AID) y digestibilidad ileal estandarizada (SID) de la PC y los aminoácidos en granos de destilería secos ricos en proteínas (HP-DDG) de maíz en cerdos. Nuestros hallazgos revelaron valores de AID y SID de 74% y 80%, respectivamente ( Tabla 5 ). Estos valores son superiores a los valores AID y SID informados anteriormente. Paula et al. (2021) ; Yang et al. (2021) y el Consejo Nacional de Investigación (2012) describieron los coeficientes AID y SID CP en HP-DDG en cerdos como 63 % y 67 %, 64 % y 77 %, y 70 % y 76 %, respectivamente. Nuestros coeficientes son similares a los determinados por Widmer et al. (2007) . Los autores informaron coeficientes AID y SID CP de HP-DDG en cerdos del 72% y 80%, respectivamente. Stein (2008) destacó previamente la amplia variación en los valores de digestibilidad ( Tabla 5 ) , ​​quien enfatizó la influencia de los diferentes métodos de fabricación utilizados por la industria del etanol.

Cuadro 5 Digestibilidad ileal aparente y coeficientes de digestibilidad ileal estandarizados de proteína cruda y aminoácidos en HP-DDG de maíz.

Los aminoácidos (AA) AID y SID observados en este estudio fueron más altos que los informados anteriormente. Los valores de AID y SID para los AA esenciales fueron más altos que los determinados recientemente por Yang et al. (2021) y Paula et al. (2021) . Nuestros resultados son similares a los descritos por el National Research Council (2012) , excepto para lisina y triptófano, cuyos valores de AID fueron equivalentes a 65% y 69%, respectivamente, y los valores de SID fueron de 82% y 69%, respectivamente. Comparando nuestros hallazgos con los de Widmer et al. (2007) , observamos coeficientes similares, excepto para lisina, triptófano y arginina, cuyos coeficientes AID fueron 57%, 71% y 75%, y coeficientes SID fueron 64%, 81% y 83%, respectivamente. La menor digestibilidad de dichos AA puede estar asociada con daños por calor durante el proceso de destilación en la producción de DDG. La lisina es particularmente sensible a la temperatura debido a la reacción de Maillard, en la que su grupo amino reacciona con azúcares reductores en presencia de calor ( Erbersdobler y Hupe, 1991 ; Paula et al., 2021 ). Nuestras estimaciones de los coeficientes de digestibilidad de los AA no esenciales mostraron el mismo patrón que los encontrados para los AA esenciales, que fueron más altos que los informados en la literatura. En particular, las propiedades fisicoquímicas de los ingredientes también son determinantes de la digestibilidad de los AA, como destacan Paula et al. (2021) , quienes encontraron valores altos de SID AA en DDG de maíz con alto contenido de proteínas y menor fibra detergente neutra.

En la Tabla 6 se presentan los coeficientes de digestibilidad ileal aparente y estandarizado de la proteína cruda (PB) y los aminoácidos (AA) en granos de destilería secos ricos en proteínas (HP-DDG) de maíz . A excepción de la lisina, cuyos coeficientes AID y SID fueron mayores, y la histidina y la fenilalanina, cuya digestibilidad fue similar, los valores SID encontrados aquí para todos los demás AA fueron inferiores a los informados por Paula et al. (2021) , quienes investigaron los HP-DDG de maíz producidos con tecnología FST. La glicina, otra excepción, tuvo una AID similar pero un coeficiente SID más bajo en comparación con Paula et al. (2021) estimaciones. Las diferencias entre nuestros hallazgos y los de la literatura referida podrían explicarse por la menor pérdida endógena basal de glicina observada en nuestro estudio.

Tabla 6 Proteína cruda y aminoácidos digestibles ileal aparentes y digestibles ileal estandarizadas en HP-DDG de maíz (en base a alimentación).

Los coeficientes promedio de AID y SID para los AA esenciales fueron 80,6% y 84,3%, respectivamente, mientras que los de los AA no esenciales fueron 76,1% y 82,3%, respectivamente. Nuestros hallazgos sobre la composición química y la digestibilidad de los AA en los granos de destilería secos ricos en proteínas (HP-DDG) de maíz brasileño en cerdos contribuyen a aumentar la precisión con la que la industria de producción porcina manipula este ingrediente en los alimentos. Los nutricionistas porcinos pueden diseñar programas de alimentación con mayor eficiencia económica y ambiental. La composición química y los coeficientes de digestibilidad ileal de los granos de destilería secos ricos en proteínas (HP-DDG) de maíz brasileño presentados en este documento, compilados con la literatura publicada, se pueden utilizar para nuevas ediciones revisadas de las Tablas brasileñas para aves y cerdos. Aunque nuestros resultados son relevantes y significativos para la nutrición porcina, aún queda mucho trabajo por hacer para caracterizar los coproductos de la industria del etanol y aclarar en qué medida las nuevas técnicas de procesamiento empleadas por la industria del etanol pueden afectar la disponibilidad de nutrientes en los coproductos.

Artículo de Investigación Original: Frente. Animación. Sci., 25 de abril de 2024
Sec. Nutrición Animal
Volumen 5 – 2024 | https://doi.org/10.3389/fanim.2024.1329061

Artículo publicado en Frontiers