Revista Cubana de Ciencia Agrícola, Tomo 38, No. 3, 2004. 291 Caracterización físico-química de la fracción fibrosa de cinco harinas de follajes tropicales para especies monogástricas Lourdes Savón, Idania Scull, Mayelín Orta y Verena Torres Instituto de Ciencia Animal, Apartado Postal 24, San José de las Lajas, La Habana. Correo electrónico: [email protected] Se estudió la composición química y las propiedades físicas de la fracción fibrosa de cinco harinas de follajes tropicales, según diseño completamente aleatorizado. Las fuentes analizadas fueron: Morus alba (morera), Trichantera gigantea (trichantera), Canavalia ensiformes (canavalia), Lablab purpureus (dólico) y Stizolobium niveum (mucuna). El fraccionamiento fibroso (fibra neutro detergente (FND), fibra ácido detergente (FAD), lignina, celulosa y hemicelulosa) mostró valores similares para Morus alba y Trichantera gigantea, que a su vez difirieron (P < 0.001) de las fuentes restantes. Sin embargo, propiedades físicas como la solubilidad, el volumen y la capacidad de retención de agua señalaron diferencias (P < 0.001) entre todas las harinas. Trichantera gigantea mostró menor volumen de empacado, mayor solubilidad en agua y, a su vez, menor capacidad de retención, con respecto a las demás. Las propiedades físicoquímicas resultantes sugieren mejor calidad nutritiva de la fracción fibrosa de Trichantera gigantea, lo que debe confirmarse mediante estudios de utilización digestiva. Palabras clave: propiedades físicas, fracción fibrosa, follajes tropicales, monogástricos. La utilización de fuentes fibrosas en la alimentación de especies monogástricas es actualmente una solución muy adecuada para lograr sistemas de producción deseables socialmente, viables desde el punto de vista económico, que contribuyan a la preservación de la diversidad biológica, y que no compitan con el hombre (CIPAV 1999 y Sarría 2003). Investigaciones realizadas en Cuba por Diaz (2000) indicaron la posibilidad de utilizar las harinas de follaje de leguminosas temporales en las raciones de aves y cerdos. Durante estos últimos años, es de gran im-portancia en los países tropicales la introducción de follajes de árboles y arbustos en la alimentación de monogástricos (Espinel 1999, Nieves et al. 1999 y Nieves et al. 2001), debido fundamentalmente a la disponibilidad local y a la composición bromatológica de dichos follajes. Según Savón et al. (2002), la composición bromatológica no refleja el valor nutritivo potencial de estos follajes, el cual depende, entre otros factores, de la calidad nutritiva de la frac- ción fibrosa, aspecto poco estudiado en follajes tropicales. Esta última incluye no sólo su composición química y la estructura de sus paredes celulares, origen y naturaleza, sino también sus propiedades físicas (solubilidad, volumen, capacidad de retención de agua y tamaño de partículas), las que permiten predecir sus efectos en las funciones gastrointestinales y metabólicas del organismo animal. Lo anterior contribuye a lograr la formulación más adecuada de las raciones, lo que contribuye al mejor comportamiento productivo. Por esto, este estudio tuvo como objetivo determinar la composición química y las propiedades fisico-químicas (volumen, solubilidad, capacidad de adsorción de agua, capacidad amortiguadora ácida y básica y tamaño de partícula) de cinco harinas de follajes tropicales: una arbustiva (Morus alba), una arbórea (Trichantera gigantea) y tres leguminosas temporales (Canavalia ensiformis, Stizolobium niveum y Lablab purpureus), con el propósito de utilizarlas en la alimentación de especies monogástricas. 292 Revista Cubana de Ciencia Agrícola, Tomo 38, No. 3, 2004. Materiales y Métodos Todas las plantas se sembraron manualmente en suelo ferralítico rojo, al que se le aplicó un tratamiento convencional de 0.25 t/ha de urea. En las leguminosas Lablab purpureus (dólico), Canavalia ensiformis (canavalia) y Stizolobium niveum (mucuna ), las semillas se sembraron en agosto y la dosis utilizada fue de 25 kg/ha de semilla pura germinable (SPG) para dólico, 70 kg/ha para mucuna y 80 kg/ha para canavalia. La distancia entre surcos fue de 70 cm, para garantizar mecánicamente el control de las malezas. No se aplicó riego ni fertilización química. Todas se cortaron cuando estaban en estado de floración. Trichantera y morera se sembraron por estacas de 40 cm, a una densidad de 0.40 cm y a 1 m de distancia. Cuando se hizo el muestreo, el campo tenía tres años de establecido. Las harinas de follaje de leguminosas se elaboraron con la planta entera, cortada a 5 cm sobre el nivel del suelo; mientras que las arbustivas, se recolectaron a mano. En cada ocasión, para todas las harinas, se tomó al azar aproximadamente 1 kg de planta entera (hojas y tallos), en cinco lugares diferentes del campo experimental, según Verena Torres (2003, comunicación personal). Las muestras de follaje se secaron de dos a tres días en un plato expuesto al sol, hasta reducir la humedad entre 20 y 25 %. Esto permitió el molinado posterior, y evitó cualquier proceso fermentativo. Las muestras se redujeron a un tamaño de partícula de 1 mm en un molino de cuchillas y después se pasaron por un tamiz de 1 mm. Antes del análisis químico se determinó el número de repeticiones necesarias para definir el tamaño óptimo de muestra y su precisión. Se concluyó que eran necesarias seis repeticiones para lograr la precisión adecuada en las determinaciones químicas. A todas las harinas se les realizó el análisis bromatológico de materia seca ( MS), proteína bruta (PB) y proteína verdadera (PV), de acuerdo con Meir (1986). La energía bruta (EB), extracto etéreo y cenizas, se determinaron según la AOAC (1995). Las fracciones de FND, fibra ácido detergente (FAD), lignina, celulosa y hemicelulosa, se calcularon de acuerdo con Goering y van Soest (1970). Las propiedades fisicoquímicas (solubilidad, volumen, capacidad de adsorción de agua, capacidad amortiguadora y tamaño de partícula) se determinaron según Savón et al. (1999). Todos los análisis se realizaron por sextuplicado, excepto el del tamaño de partículas, del que solo se hicieron tres repeticiones. Los datos se analizaron en el sistema SPSS para Windows, según modelo de clasificación simple. En los casos necesarios se utilizó para la comparación entre medias la dócima de Duncan (1955). Resultados y Discusión La composición bromatológica de las harinas de follaje (tabla 1) indicó que la proteína verdadera constituyó el 87 y el 83 % de la proteína bruta en morera y trichantera; mientras que en las leguminosas fue 92.1, 98.7 y 94.4 % para canavalia, dólico y mucuna. Debe destacarse el alto contenido de cenizas en la trichantera, quizás debido a las elevadas concentraciones de calcio (Rosales 1997). Esta característica es propia de la familia Acanthacae, a la que pertenece trichantera, y se explica por la presencia de cistolitos en las hojas. Con respecto al extracto étereo, morera y mucuna tuvieron altos valores de este indicador. Generalmente, la composición bromatológica de las leguminosas coincidió con lo informado por Díaz et al. (2002); mientras que para morera y trichantera, se correspondió con los resultados de Rosales (1997) y Sarría (2003). El fraccionamiento fibroso (FND, FAD, lignina, celulosa y hemicelulosa) mostró valores similares para morera y trichantera, los que a su vez difirieron de las leguminosas (tabla 2). En estas últimas, prácticamente se duplicaron las cifras de los indicadores evaluados, sobre todo de lignina y celulosa, en el caso de mucuna, que son poco degradadas por los cerdos (Weinstein 1995 y Noblet y Le Goff 2001). Los valores de FND tuvieron el mismo comportamiento y oscilaron entre 62.61 y 71.78 % 293 Revista Cubana de Ciencia Agrícola, Tomo 38, No. 3, 2004. Tabla 1. Composición bromatológica de harinas de follaje tropicales Indicadores1 MS PB PV EB2 Extracto etereo Cenizas 1 2 Harinas de follaje Morera 94.7 ± 0.5 19.51 ± 0.8 15.2 ± 1.4 3.9 ± 0.3 11.2 ± 0.9 Trichantera Canavalia 92.5 ± 0.5 89.2 ± 0.5 16.1 ± 1.0 20.3 ± 1.4 12.6 ± 1.2 18.7 ± 0.3 Dólico Mucuna 9 1. 1 ± 0 . 3 8 6 . 1 ± 1. 0 15.2 ± 0.9 21.7 ± 0.7 15.4 ± 0.2 20.5 ± 0.1 15.2 ± 0.1 14.7 ± 0.3 14.9 ± 2.6 16.6 ± 0.3 1.5 ± 0.2 32.3 ± 0.5 1.9 ± 0.4 - 1.6 ± 0.2 - 3.9 ± 0.3 - Todos los indicadores se expresaron en % La energía bruta se expresó en MJ/kg Tabla 2. Fraccionamiento de la fibra en las harinas de follajes tropicales Indicadores1 Harinas de follaje Morera FN D FAD Lignina Celulosa Trichantera 39.50a ± 0.61 40.10a ± 0.61 a a a a 27.15 ± 0.71 28.37 ± 0.71 6.11 ± 0.92 7.65 ± 0.92 a a a a 19 . 3 5 ± 0 . 5 1 2 0 . 3 4 ± 0 . 5 1 Hemicelulosa 12.95 ± 0.84 11.13 ± 0.84 Canavalia Sig Dólico Mucuna 62.61b ± 0.88 71.78d ± 0.88 66.19c ± 0.88 *** b c d *** b cb c *** b c c *** b b a *** 43.22 ± 0.92 49.92 ± 0.92 54.51 ± 0.92 10.60 ± 1.18 13.09 ± 1.18 17.50 ± 1.18 31.97 ± 0.60 36.11 ± 0.60 34.99 ± 0.60 20.84 ± 1.09 21.86 ± 1.09 11.30 ± 1.09 1 Todos los indicadores se expresaron en % Medias con distintos superíndices difieren a (P < 0.05) por Duncan (1955) *** P < 0.001 abc para las leguminosas. Para morera y trichantera sólo alcanzaron aproximadamente 40 % (entre 39.5 y 40.10 % respectivamente). Con respecto al rango de variación de la FND, en las leguminosas pudiera haber una sobreestimación significativa del contenido de pared celular y de lignina (Norton y Poppi 1995). Esta puede deberse a la presencia de taninos y compuestos polifenólicos de alto peso molecular que pueden formar complejos con las proteínas y los carbohidratos estructurales (Martínez-Valverde et al.2000). Así, Savón (2002) halló valores de 0.15, 0.17 y 0.56 % de MS en taninos condensados insolubles, unidos a la FND para canavalia, dólico y mucuna, respectivamente. Esto pudiera explicar el alto contenido de lignina (17.5 %) de esta última leguminosa. Para morera, los indicadores del fraccionamiento fibroso coincidieron con los valores promedio informados por Abaneel et al. (2002), mediante la espectroscopía de reflactancia en el infrarrojo cercano (NIRS), los que fueron 39.50, 26.82 y 6.15 % para FND, FAD y lignina, respectivamnete. Para las leguminosas, las cifras de FAD y celulosa fueron similares a las informadas por Díaz (2000) y Díaz et al. (2002), quienes señalaron, al igual que Savón (2002), que estos indicadores tienen una gran influencia en la variabilidad entre las especies. Generalmente, todas las fuentes de harinas de follaje tuvieron contenidos de hemicelulosa entre 10 y 25 % como promedio, lo que coincide con lo informado por Giger y Pochet (1987). Este componente fibroso es más digestible para los monogástricos que para la celulosa, sobre todo en las leguminosas. El análisis de las propiedades físicas señaló diferencias (P < 0.001) para las harinas de follaje (tabla 3). La solubilidad de las fuentes 294 Revista Cubana de Ciencia Agrícola, Tomo 38, No. 3, 2004. analizadas disminuyó con el incremento de lignina (tabla 2). Excepto en morera, el aumento del volumen fibroso (fibrosidad) provocó disminución de la solubilidad en las fuentes analizadas e incremento de la capacidad de retención de agua. Así, la menor solubilidad y mayor capacidad de retención de agua de la fibra de las leguminosas pudieran favorecer la hidrólisis de las enzimas celulasas en el tracto digestivo de los animales monogástricos. influir en la predicción de las funciones del tracto gastrointestinal de los animales (Southgate 1998 ). La capacidad amortiguadora (ácida y básica) es una de las propiedades físicas que se relaciona con la regulación del pH de la fibra en el tracto gastrointestinal. Este indicador cuantifica la resistencia de la fibra a variar su pH. Las fuentes analizadas mostraron mayor capacidad amortiguadora ante los ácidos que ante Tabla 3. Propiedades físicas de la fibra dietaria de harinas de follaje tropicales Indicadores Morera Solubilidad, % Volumen, mL/g Trichantera Harinas de follajes Canavalia Sig Dólico 22.96a ± 0.31 16.05b ± 0.31 8.66c ± 0.40 6.10d ± 0.40 2.66e ± 0.06 Capacidad de retención 7.13d ± 0.19 de agua, g/g 3 . 0 7 d ± 0 . 0 6 3 . 7 5 c ± 0 . 0 6 4 . 0 5b ± 0 . 0 7 Mucuna 2.06 e ± 0.40 *** 5 . 4 1a ± 0 . 0 7 * * * 6.89e ± 0.25 9.52c ± 0.25 10.29b ± 0.25 12.01a ± 0.25 *** Capacidad amortiguadora,meq Acida 0.55b ± 0.02 0.87a ± 0.02 0.53b ± 0.02 0.44 c ± 0.02 0.37 d ± 0.02 *** Básica 0.32bc ± 0.01 0.28c ± 0.01 0.43ª ± 0.01 0.30bc ± 0.01 0.36b ± 0.01 *** abc Medias con letras distintas en la misma fila difiere a P < 0.05 (Duncan 1955) *** P < 0.001 Según Mc Doughall et al. (1996), las diferencias entre fuentes están condicionadas por el tipo de polímero que constituye la pared celular de la fibra, o sea la arquitectura de la fibra dietética y el contenido de lignina. Las harinas de follaje que muestran altos valores en este indicador posibilitan la retención de gran cantidad de agua, debido a la presencia de grupos polares que le aportan propiedades higroscópicas, este es el caso de canavalia, dólico y mucuna. Estas características influyen en el tiempo en que permanece la digesta, mediante el efecto mecánico o laxativo del tracto gastrointestinal ( TGI), con aumento del peso y volumen de las excretas (Periago et al. 1993). Al respecto, Casper (2001) afirma que la calidad de la fuente fibrosa se puede modificar considerablemente por sus propiedades físicas, independientemente de su composición química, lo que coincide con informes de Bach Knudsen (2001). Dichas propiedades pueden las bases (tabla 3), lo que coincide con hallazgos de Savón et al. (2002). La elevada capacidad amortiguadora ácida de trichantera casi duplicó el valor obtenido en dólico, lo que demuestra que de las harinas estudiadas, trichantera es la que más puede contribuir a mantener las condiciones de pH en el medio y el TGI de las especies monogástricas. Esto es de gran importancia, ya que durante el proceso de digestión, en el TGI de los monogástricos, hay un cambio de pH, que va desde muy ácido (pH 1) hasta cerca de la neutralidad (pH 6.8-7.2). Resulta significativo que la mucuna presentó valores similares para la capacidad amortiguadora ácida y básica (0.36 meq y 0.37 meq, respectivamente). De ahí se deduce la poca capacidad que tiene para la regulación del pH en el tracto gastrointestinal, a pesar de su alto contenido de lignina (tabla 2) y de otros polifenoles (2.39 %) (Savón et al. 2002 ). Según van Soest (1994), citado por García et al. (2000), 295 Revista Cubana de Ciencia Agrícola, Tomo 38, No. 3, 2004. éstos son indicadores importantes que influyen en la determinación de la capacidad amortiguadora de las fuentes fibrosas. De todas formas, el mecanismo es muy complejo y requiere de estudios posteriores. La tabla 4 muestra el tamaño de partícula de las harinas. Trichantera (0.33) y canavalia (0.36) mostraron los menores valores de tamaño medio de partícula, mientras que para mucuna éste fue de 0.51. bajos de utilización digestiva que así lo demuestren. Agradecimientos Se agradece a la Dra. María Felicia Díaz por su valiosa colaboración y a la técnica Acela González, por su asistencia en la siembra de las semillas Tabla 4. Tamaño medio y distribución de las partículas de las harinas de follaje Diámetro del tamiz, mm Morera 1.00 3.47 (3.47) 0.80 2.77 (6.24) 0.50 21.11 (27.35) 0.25 45.14 (72.49) 0 . 16 0 0.125 27.50 (99.99) Tamaño medio de 0.38 partícula, mm Los valores en paréntesis se refieren al retenido en el tamiz Trichantera Canavalia 3.48 (3.48) 2.18 (2.18) 2.18 (5.66) 4.75 (6.93) 15.92 (21.58) 16.21 (23.14) 39.17 (60.75) 41.94 (65.08) 12.55 (77.66) 39.25 (100.0) 23.37 (100.0) 0.33 0.36 Dólico Mucuna 28.10 (28.10) 34.06 (34.06) 8.56 (36.66) 4.60 (38.66) 6.09 (42.75) 8.05 (46.77) 27.16 (69.92) 21.66 (68.38) 17.10 (87.73) 9.92 (78.30) 12.96 (99.99) 21.68 (99.99) 0.49 0.51 porcentaje acumulado, los tabulados se refieren al porcentaje Al remitirse a la tabla 3, se puede comprobar que trichantera fue la fuente menos voluminosa. Al respecto, García et al. (2000) y Savón et al. (2002 ) plantearon que la reducción en el tamaño de partículas o en el volumen disminuye la velocidad de tránsito de la digesta en el tracto gastrointestinal de los monogástricos, posibilita mayor acción de las enzimas digestivas y, por tanto, mejor aprovechamiento de los nutrientes por parte del animal. Van Soest (1994), citado por García et al. (2000 ), señaló que la reducción en el tamaño de las partículas incrementaba el área superficial por unidad de peso y, por consiguiente, la capacidad de atrapar iones del ciego de los conejos. Esto pudiera confirmarse debido a la alta capacidad amortiguadora ácida de trichantera (P < 0.001), respecto a las otras harinas analizadas. Los resultados de este estudio indican la buena calidad nutricional de la fracción fibrosa de trichantera, y sugieren realizar nuevos tra- Referencias Abaneel, E., González, E., Caja, G., Martín, G. & Rosas, N. 2002. Predicción de la composición química del follaje de morera, mediante la técnica de espectroscopía de reflectancia en el infrarrojo cercano. I Reunión Regional de Morera. Estación Experimental de Pastos y Forrajes “Indio Hatuey”. Matanzas. Cuba. [cd-rom][Consulta: diciembre 2003] AOAC 1995. Official methods of analysis. 15 th Ed. Ass. Off. Anal. Chem. Arlington Bach-Knudsen, K.E. 2001. The nutritional significance of dietary fibre analysis. Anim. Feed Sci. Tech. 90:3 Casper, W. 2001. The role of dietary fibre in the digestive physiology of the pig. Anim. Feed Sci. Tech. 90:21-33 CIPAV 1999. Centro para la Investigación de Sistemas Sostenibles en Producción agropecuaria. Agroforestería para la producción animal sostenible. I Congreso Latinoamericano sobre Agroforestería para la Producción Agrícola Sostenible y VI Seminario Internacional sobre Sistemas Agropecuarios Sostenibles. Cali, Colombia 296 Revista Cubana de Ciencia Agrícola, Tomo 38, No. 3, 2004. Díaz, M.F. 2000. Producción y caracterización de forrajes y granos de leguminosas temporales para la alimentación animal. Tesis Dr. Cs. Instituto de Ciencia Animal. La Habana, Cuba. 91 pp Díaz, M.F., González, A., Padilla, C. & Curbelo, F. 2002.Caracterización bromatológica de granos y forrajes de las leguminosas temporales Canavalia ensiformis, Lablab purpureus y Stizolobium niveum sembradas a finales de la estación lluviosa. Rev. Cubana Cienc. Agríc. 36:409 Duncan, D.B. 1955. Multiple range and multiple F. test. Biometrics.11:1 Espinel, R. 1999. Potencial de uso de árboles y arbustos tropicales y subproductos agrícolas como alimento para cuyes y conejos. V Encuentro sobre Nutrición y Producción de Animales Monogástricos. Universidad Central de Venezuela. Maracay, Venezuela. p. 26 García, J.,Carabaño, R., Péréz A.L. & De Blas, J.C. 2000.Effect of fibre source on ceecal fermentation and nitrogen recycled through cecotrophy in rabbits. J Anim. Sci.78: 638 Girger, S. & Pochet, S. 1987.Méthods d estimation des constituantes pariétaux dans les aliments desvistés aux ruminants. Bull Tech. INRA. 70: 49 Goering, H.K & van Soest, P.J. 1970. Forage fibre analysis. Departament of Agriculture. Handbook. No.379.Washington, D.C. p.119 Martínez-Valverde, I., Periagó, M.J. & Ros, G. 2000. Significado nutricional de los compuestos polifenólicos en la nutrición animal. Archivos Latinoamericanos de Nutrición.50:18 Mc Doughall,G.J., Morriison, I.M., Stewart, I.D. & Hillman, J.R. 1996. Plant cell walls as dietary fibre: range, structure , processing and function. J. Sci. Food. Agric.70:133 Meir, H. 1986. Laboraptaktibure.Tierenahrung and futtermitterkum der fur tiererproduzenten.Verlg. Alemania Nieves, D., Alvarado, M. & Morales, F.1999. Uso de Trichantera gigantea y mezclas dietéticas en forma de harina en la alimentación de conejos de engorde. V Encuentro sobre Nutrición y Producción de Animales Monogástricos. Universidad Central de Venezuela. Maracay, Venezuela, p. 27 Nieves, D., Briceño, D., Pineda, A. & Silva, L. 2001. Digestibilidad in vivo de nutrientes en dietas para conejos con niveles crecientes de narajillo (Trichantera gigantea). “VI Encuentro Regional sobre Nutrición y Producción de Especies Monogástricos”. Ciudad de la Habana, Cuba. Vol 9:70. Suplemento 1 Noblet, J. & Le Goff, N. 2001. The role of dietary fiber in pig production. Anim. Fee. Sci. Tech. 90:35 Norton, B.W. & Poppi, D.P. 1995. Composition and nutritional attributes of pasture legumes. “Tropical legumes in animal nutrition”. Eds. J.P.F. D’Mello y C. Devendra. CAB International. Wallingford, United Kingdom Periago, M.J., Ros, G., López, G., Gutierrez, M.C. & Rincón, F. 1993. Componentes de la fibra y sus efectos fisiológicos. Rev. Española Cienc. Tec. Alimentos 53:229 Rosales, M. 1997. Trichantera gigantea (Humboldt & Bonpland).Nees: A review livestock. Res. Rural Devel.9:94 Sarría, P.2003. Forrajes arbóreos en la alimentación de monogástricos. Disponible en:<http.//Lead Virtual Center.org/es/ele/conferencia.htm> [Consulta: 14 de agosto de 2003] Savón, L. 2002. Fuentes fibrosas tropicales para la alimentación del conejo. Segundo Congreso de Cunicultura de las Américas. Ciudad de la Habana, Cuba. p. 69 Savón, L., Scull, I. & Orta, M. 2002. Valor potencial de fuentes fibrosas tropicales para especies monogástricas. V Encuentro Regional de especies monogástricas. Ciudad de La Habana. Vol. 9:4 Savón, L., Marrero, A.I., Gutiérrez, O. & Martínez, L. 1999. Manual teórico práctico de caracterización de productos fibrosos para especies monogástricas Ed. Instituto de Ciencia Animal. La Habana, Cuba Southgate, D.A.T. 1998. Physical form and physical function of dietary fibre. European air concerted action profibre. Eds. F. Guillon y cols. Imprimérie Parenthéses. Nantes, France. p. 16 Weinstein, E.1995. Utilizaçâo de alimentos fibrosos pelos suinos. Zootecnia Nueva Odessa, 33:19. Suplemento 1 Recibido: 12 de noviembre de 2003.