Bioquímica de la fermentación

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    1. 1. ALIMENTACION APLICADA EN RUMIANTES JORGE ALBERTO GALLO M. JORGE ALBERTO GALLO M. Zootecnista U.N. Zootecnista U.N. Kansas State University Kansas State University
    2. 2. “En tiempos de turbulencia y cambio, es más verdadero que nunca, que el conocimiento es poder” J.F.K.
    3. 3. “Eficiencia en la empresa ganadera: Incrementar la producción por unidad de área”. VIAS PARA EL LOGRO DE LA META: Genética Nutrición
    4. 4. I Relación Suelo - Planta - Animal Un sistema básico en la determinación del status nutricional del hato.
    5. 5. CARACTE IZACION DELACALIDADDEL ACTER RIZACION DEL CAL A IDAD DE L CAR SUEO UEL S LO FISICA QUIMICA BIOLOGICA • Capacidad de retención de agua • Presencia de nutrientes • Materia orgánica • Profundidad • Conductividad eléctrica • Biomasa microbiana • Textura • Reactividad (pH) • Carbón orgánico • Drenaje interno • Capacidad de intercambio • Cobertura de la vegetación catiónico • Compactación • Estructura • Nitrógeno nítrico y amoniacal • Presencia de lombrices y • otra fauna del suelo
    6. 6. CATEGORIAS DE RELACIONES SUELO - PLANTA:  Programas de fertilización restitutiva  Pasturas acondicionadas a características edafológicas. PLANTA - ANIMAL:  Intensidad de la capacidad de carga  Suplementación estratégica. SOSTENIBILIDA La ganaderíaD intensiva es una forma de minería extractiva de largo plazo
    7. 7. CONS O DEF R ECON R L UM OR AJ E ACION AL CONTE NIDO DEP OTE R INA DE P TO L AS Proteína Utilizable 25 Proteína Bruta % 20 15 10 0 250 400 700 Kilos de nitrógeno aplicados/ha/año
    8. 8. METODOS PARA EVALUAR EL ESTADO DE LA RELACIÓN SUELO - PLANTA - ANIMAL Evaluación visual de la pradera Análisis de suelos Análisis foliares Perfiles metabólicos
    9. 9. INF M OR ACION A S ICITAR OL E ANAL ISF IAR S N IS OL E Nitrógeno Fósforo % Calcio Potasio Sodio Magnesio Azufre % % % % % % Cobre Zinc Manganeso Hierro Boro ppm ppm ppm ppm ppm
    10. 10. Manejo Integrado de la relación Suelo - Planta - Animal Fertilidad y sostenimiento del suelo Producción de forraje Valor nutritivo del forraje Desempeño de los animales
    11. 11. SOSTENIBILIDAD Para que el sistema Suelo – Planta – Animal – Rumen se mantenga productivo durante muchos años es necesario que las entradas de los nutrientes en el mismo sean, como mínimo, iguales que las salidas.
    12. 12. Esquema del reciclaje de los nutrientes en el ecosistema de pastoreo bovino Suplementación Lluvia Fijación biológica de N2 Fertilizantes
    13. 13. Esquema del reciclaje de los nutrientes en el ecosistema de pastoreo bovino Volatilización de N de las excreciones Venta de animales Producción de leche Excreciones fuera del sistema Muertes
    14. 14. Esquema del reciclaje de los nutrientes en el ecosistema de pastoreo bovino Hojarasca Consumo Nacimientos Excreciones Ganancia de peso Extracción de las plantas
    15. 15. 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.
    16. 16. EL COMPONENTE SUELO El suelo es el componente clave que regula los ciclos de los nutrientes en el ecosistema de pastoreo. Constituye el “almacen” que recibe, acumula y libera la mayoría de los nutrientes a través de procesos físicos, químicos y biológicos.
    17. 17. LA 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
    18. 18. ABONOS 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.
    19. 19. PAPEL DE LA MICROFAUNA DEL SUELO EN EL RECICLAJE DE LOS NUTRIENTES Los invertebrados constituyen los organismos de mayor importancia en la fertilidad de los suelos en el ecosistema de pastoreo. Las prácticas que eliminan estas comunidades beneficiosas en el suelo son insostenibles a largo plazo.
    20. 20. PAPEL DE LA MICROFAUNA DEL SUELO EN EL RECICLAJE DE LOS NUTRIENTES Las lombrices, las hormigas y los artropodos influyen en la estructura del suelo y en la dinámica de los nutrientes a través de sus efectos en la inmovilización y la humificación de los mismos.
    21. 21. EL COMPONENTE PLANTA EL CICLO BIOGEOQUIMICO Es el movimiento de los elementos y compuestos inorgánicos indispensables para el sostenimiento de la vida en el ecosistema de pastoreo y comprende el paso de estos desde el suelo y desde la atmósfera a los organismos vivientes, su transformación en complejos nuevos y su retorno al suelo y a la atmosfera.
    22. 22. ACUMULACION Y DESCOMPOSICIÓN DE LA HOJARASCA EN EL POTRERO El porcentaje de utilización de los pastos por los rumiantes en pastoreo varia entre 40 y 60%, por esto, el retorno de nutrientes al suelo por esta vía puede ser mayor que el que se produce a través de las excreciones.
    23. 23. EL COMPONENTE ANIMAL % del consumo total % de excreción y retención de los nutrientes consumidos por vacas lecheras* 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Retención Leche Orina Heces N P (237) K Ca (2,562) (1,720) (726) * Los nutrientes consumidos (gr/día) Mg (222) Na (279) Haynes y Williams, 1993
    24. 24. Contenido promedio de nutrientes en heces y orina de vacas lecheras* Parametros Sólidos totales N Total P Total Cl K Ca Mg Na Cu Zn Fe Mn Contenido en la orina (gr/litro) 6,1000 11,5000 0,2000 2,5000 7,9500 0,1700 0,5600 1,1800 0,0100 0,0200 0,0060 0,0002 Contenido en las % Excretado en heces (% peso las heces fresco) 15,4000 2,9000 1,2000 0,6100 0,8400 1,2800 0,6300 0,2200 0,0500 0,0200 0,1600 0,0200 Crespo y García (Instituto de ciencia animal), Cuba 2.000 85 48 95 47 28 97 78 41 95 98 99 99
    25. 25. Número y peso o volumen de excreciones y micciones por día de ganado vacuno* Tipo de ganado Vaca Lechera Novillo de Ceba Número de excreciones por día Peso fresco por excreción (Kg) Número de micciones por día Volumen por micción (Lt) 12 2,06 10 1,90 11 1,78 8 2,00 * Crespo y García (Instituto de Ciencia Animal), Cuba 2000
    26. 26. EL COMPONENTE RUMEN La expresión productiva del hato es un reflejo directo del ciclo de los nutrientes en la relación SUELO – PLANTA – ANIMAL – RUMEN. La vaca es un apéndice del rumen. La gente no alimenta el ganado. Son los microbios ruminales quienes verdaderamente lo hacen.
    27. 27. EL COMPONENTE RUMEN Los nutrientes que salen del rumen para ser digeridos por el animal, tienen más valor nutritivo que los que a él entran.
    28. 28. La oferta y uso de nutrientes en el hato y su dependencia de la relación S.P.A.R Uso de nutrientes Oferta de nutrientes Tipo y cantidad de suplementación Sistema de pastoreo Oferta y calidad de biomasa Fertilidad del suelo
    29. 29. ECOLOGIA DE LOS MICROBIOS DEL RUMEN El rumen es un ecosistema abierto en el cual proliferan y cohabitan diversas especies de microorganismos. Con la evolución de los rumiantes (40 millones de años) los microbios mejor adaptados para sobrevivir y competir en el rumen han sido seleccionados y trasmitidos por el ganado a las generaciones sucesivas.
    30. 30. ECOLOGIA DE LOS MICROBIOS DEL RUMEN En el rumen el crecimiento de los microorganismos rara vez se da al máximo. Es inhibido por factores tales como la concentración de nutrientes, el pH, los mismos productos de la fermentación y las interrelaciones entre especies (simbiosis – predación).
    31. 31. ECOLOGIA DE LOS MICROBIOS DEL RUMEN Para que las poblaciones de bacterias se mantengan en el rumen es necesario que su ciclo reproductivo sea más corto que la velocidad de paso del material digerido.
    32. 32. POBLACIONES DE MICROORGANISMOS EN EL RUMEN BACTERIAS: 10 – 50 billones/ml de contenido ruminal. PROTOZOOS: 100 mil – 1 millon/ml de contenido ruminal. HONGOS – LEVADURAS: Número variable pero inferior a la población de protozoos.
    33. 33. Protozoo ciliado Bacteria Microfotografía del contenido ruminal de una vaca
    34. 34. LOS MICROBIOS SON ESPECIALISTAS Un hecho importante para recordar es que hay varios tipos de microorganismos en el rumen y que cada uno de ellos se especializa en el desdoblamiento de determinado sustrato.
    35. 35. GRUPOS DE BACTERIAS RUMINALES DE ACUERDO AL TIPO DE SUSTRATO FERMENTADO Celulolíticas Hemicelulolíticas Pectinolíticas Ureolíticas Proteolíticas Sintetizadoras de vitaminas Amilolíticas Metanogénicas Productoras de amoníaco Utilizadoras de azucares Utilizadoras de lípidos Utilizadoras de ácidos
    36. 36. CICLO DE VIDA DE LA FLORA RUMINAL El hecho más importante para recordar sobre los microbios del rumen es que ello tienen un ciclo de vida de solo 20 minutos. Hay 72 generaciones de microbios cada día.
    37. 37. CICLO DE VIDA DE LA FLORA RUMINAL Los nutrientes que los microorganismos necesitan para sintetizar proteína, energía y vitaminas del complejo B tienen que ser suministrados durante ese período de vida de 20 minutos
    38. 38. LA FRECUENCIA DE ALIMENTACION AFECTA LA FLORA RUMINAL Los microorganismos del rumen producen más eficientemente cuando ellos son alimentados con cantidades consistentes de alimento a través del día. Esto mantiene su población en un nivel constante.
    39. 39. LA FRECUENCIA DE ALIMENTACION AFECTA LA FLORA RUMINAL Cuando a un grupo de animales se les cambia de potrero, se les abre un nuevo silo o paca de heno, o se les cambia la cantidad o calidad del concentrado; se les esta haciendo un cambio en la dieta. Con frecuencia, estos cambios no son evidentes para quienes manejan el hato.
    40. 40. LA FRECUENCIA DE ALIMENTACION AFECTA LA FLORA RUMINAL En conclusión, la población ruminal se ajusta a los cambios de la ración, pero este ajuste toma tiempo. Así, no solo se precisa mantener alimento disponible todo el tiempo sino que este debe ser el mismo. Si se hace un cambio debe hacerse gradualmente.
    41. 41. Número relativo de microorganismos Variación de la población microbial por la frecuencia de alimentación 24 Horas Perm Erratico
    42. 42. ASPECTOS BASICOS DE LA BIOQUÍMICA DE LA FERMENTACION ¿EN QUE CONSISTE LA FERMENTACION RUMINAL? Es un proceso bioquímico llevado a cabo por la flora ruminal y que consiste principalmente en la producción de Acidos Grasos Volátiles a partir de los carbohidratos estructurales presentes en la dieta.
    43. 43. ASPECTOS BASICOS DE LA BIOQUÍMICA DE LA FERMENTACION ¿QUÉ OTROS PRODUCTOS ADICIONALES GENERA LA FERMENTACION? La actividad fermentativa de la flora ruminal también produce Acido Láctico, Bioxido de Carbono y Metano.
    44. 44. CONSECUENCIAS DE LA FERMENTACION RUMINAL La actividad fermentativa produce a la res los siguientes beneficios:  Sintesis de proteína a partir de N.N.P.  Sintesis de proteína de alta calidad en la forma de cuerpos microbiales.  Sintesis de vitaminas del complejo B.
    45. 45. SUSTRATOS DE LA FERMENTACION RUMINAL Con pocas excepciones, todos los carbohidratos y proteínas de la dieta de los rumiantes pueden servir como sustrato para la fermentación microbial. La diversa población de microorganismos produce todas las enzimas necesarias para digerir la fracción fibrosa del forraje.
    46. 46. SUSTRATOS DE LA FERMENTACION RUMINAL CARBOHIDRATOS: Constituyen la fuente fundamental de energía para los microbios se incluyen azucares, almidones, celulosa y hemicelulosa.
    47. 47. SUSTRATOS DE LA FERMENTACION RUMINAL FACTORES QUE AFECTAN SU DEGRADABILIDAD EN EL RUMEN Granos procesados Velocidad de paso a través del rumen Disponibilidad de proteína soluble Contenido de paredes celulares del pasto Alimentos fermentados Gramíneas o leguminosas Fuente (azucares o almidones)
    48. 48. SUSTRATOS DE LA FERMENTACION RUMINAL PROTEINAS:  Proteína degradable y N.N.P. Pueden suministrar nitrogeno para los microbios.  La flora ruminal produce proteasas y peptidasas las cuales digieren la proteína dietetica.  Estos peptidos y aminoacidos son tomados por los microbios y usados de diversas maneras, incluyendo la sintesis de proteína microbial.
    49. 49. PRODUCTOS DE LA FERMENTACION RUMINAL Los productos de la fermentación son Acidos Grasos Volatiles principalmente Acetico, Propionico y Butirico y los cuales constituyen la principal fuente de energía para los rumiantes.
    50. 50. PROPORCION MOLAR DE A.G.V. EN DIETA DE FORRAJES Butírico 8% Otros 2% Propiónico 20% Acético 70%
    51. 51. PROPORCION MOLAR DE A.G.V. EN DIETA DE FORRAJES La proporción de A.G.V. En el rumen depende de la dieta y puede ser manipulada por diversos métodos. Una dieta alta en forraje favorece la producción de ácido acético. Una dieta alta en concentrado favorece la proporción de ácido propiónico

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