Posibles factores nutricionales, alimenticios y metabólicos que limitan el uso del nitrógeno en la síntesis de proteínas lácteas en hatos lecheros de Antioquia

H J Correa C

Facultad de Ciencias Agropecuarias, Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín
hjcorreac@unalmed.edu.co

Resumen

La leche que se produce en las zonas frías del departamento de Antioquia (Colombia) presenta una muy baja concentración de proteína poniendo en riesgo la competitividad de estos sistemas de producción frente a los mercados internacionales. Con la finalidad de establecer las causas nutricionales, alimentacias y metabólicas implicadas en el uso del nitrógeno en la síntesis de proteínas lácteas, se revisó la información generada bajo estas condiciones y aquella que permitieran explicar la baja concentración de la proteína en la leche.

La información presentada permite establecer el nivel de comprensión que se tiene sobre el metabolismo del nitrógeno en vacas lactantes bajos los sistemas de alimentación que predominan en los hatos de lechería especializada en Antioquia.

Palabras clave: aminoácidos, amonio, ciclo de la urea, degradabilidad ruminal, eficiencia nutricional

Possible nutritional and metabolic factors limiting the use of dietary nitrogen in the synthesis of milk proteins in  dairy herds on pastures mainly of Kikuyu grass (Pennisetum clandestinum)

Abstract

The milk produced in cool regions of Antioquia (Colombia) has a very low protein concentration putting in risk the competitiveness of this animal production systems in the national and international markets. The aim of this review was to establish the nutritional, alimentary and metabolic factors related with the nitrogen use in the synthesis of milk protein under the Antioquia dairy production conditions. The information reviewed can establish the comprehensive level of nitrogen metabolism in lactating cows under the predominating feeding systems in specialized dairy herds of Antioquia.

Key words: amino acids, rumen degradability, ammonia, urea synthesis, nutritional efficiency

Introducción

Debido a que en Colombia existe una gran variedad de climas, topografía, infraestructura y condiciones culturales, se han configurado diversos sistemas de producción de leche (Aldana 1990). Siendo los más importantes los de doble propósito y de lechería especializada. Estos últimos, ubicados en las zonas de trópico alto (región andina), aportan más del 50% de la producción total de leche del país (Osorio 2004) y se caracterizan por un uso más intensivo de tecnología en comparación con el doble propósito (Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural 1999) y por que la leche producida presenta un menor contenido de proteína (Pérez 2000).

Puesto que se ha reconocido que la calidad composicional de la leche, particularmente en lo que tiene que ver con el contenido de proteína, es un factor determinante en el logro de la competitividad de estos sistemas de producción (Pérez 2000; Doepel et al 2004; Rulquin et al 2004), el bajo contenido de proteína en la leche obtenida en los sistemas de producción de lechería especializada pone en riesgo su competitividad frente a los mercados nacionales e internacionales. Muchos países en el mundo han desarrollado esquemas diferenciales de pago de la leche con los que se estimula el contenido de proteína por encima del de grasa. Así, por ejemplo, en Francia la relación entre el precio de la proteína verdadera de la leche a grasa ha cambiado de 0.8 a 2.5 durante la última década (Rulquin et al 2004) En Colombia, por su parte, la cooperativa COLANTA, la procesadora de leche más importante del país, ha venido modificando el esquema de pago de la leche al productor mediante un sistema de bonificaciones en el que la proteína recibe un mejor precio que la grasa (Castro 2004).

Meneses (2005) analizó 1050 datos de 42 hatos lecheros del oriente y norte de Antioquia y encontró un promedio de 3.13 ± 0.14% en el contenido de proteína en la leche mientras que Londoño et al (2005) analizando 905 muestras provenientes del municipio del Santuario, al oriente de Antioquia, encontraron un promedio de 2.97 ± 0.11% para esta variable. Este bajo contenido de proteína estaría asociado a la menor eficiencia en el uso del nitrógeno de la dieta para la síntesis de proteínas lácteas (EFIC) en comparación con los valores reportados en otras latitudes: así, mientras que Alcaráz et al (2001), Delgado (2003), Betancur y Trujillo (2004) y Saldarriaga y Soto (2004) trabajando en el oriente antioqueño reportaron EFIC de 14.8, 16.9, 16.1 y 19.2%, respectivamente, Jonker et al (1998) indican que bajo las condiciones de alimentación en ganado de leche que predomina en los Estados Unidos, esta EFIC oscila entre 21.1 y 38%. Lapierre et al (2005) por su parte, encontraron que en promedio, la EFIC en los sistemas de producción de leche en zonas templadas es de 31% oscilando entre 22 y 44%.

Una menor EFIC necesariamente trae repercusiones negativas tanto en lo ambiental (Knowlton 1998; Lapierre et al 2005), como en lo metabólico (Correa y Cuellar 2004; ), reproductivo (Butler 1998; Correa 2002), productivo (Van Horn et al 1994) y económico (Vandehaar 1998; Hanigan 2005) de tal manera que en la medida en que exista mayor claridad sobre los factores implicados en el uso del nitrógeno de la dieta para la síntesis de proteínas lácteas, mayores serán las probabilidades de mejorar este parámetros y reducir los impactos negativos asociados a la ineficiencia en el uso del nitrógeno.

Esto implica realizar un examen minucioso de todo el proceso que va desde el contenido mismo y composición de las proteínas de los alimentos ofrecidos a los animales, hasta el metabolismo de los aminoácidos en la glándula mamaría y la posterior síntesis de proteínas lácteas, esto es, el consumo de proteínas, la degradación ruminal de las proteínas de los alimentos, la síntesis de proteína microbiana, el flujo ruminal tanto de la proteína microbiana como de la proteína no degradada en el rumen, la digestión intestinal de las proteínas, la absorción de aminoácidos y péptidos, así como el uso metabólico de aminoácidos y péptidos en el intestino, hígado y tejidos extrahepáticos y extramamarios.

La información con que actualmente se cuenta sobre la manera en la que operan estos procesos bajo los sistemas especializados de producción de leche que predominan en Antioquia, es muy limitada. Sin embargo, es posible a partir de esta información plantear algunas hipótesis que podrían explicar la baja EFIC reportada en estos sistemas y, con base en estas proponer algunos enfoques experimentales que bien podrían contribuir a aclarar el panorama del metabolismo del nitrógeno en estos sistemas de producción.

Contenido de proteína y aminoácidos en pastos y suplementos alimenticios

Los sistemas de producción bovina en Colombia están basados en el pastoreo de forrajes de muy diversa calidad nutricional (Aldana 1990). En Antioquia la situación no es muy diferente, particularmente en las zonas de lechería especializada: la mayor parte de estas zonas se encuentran en pastos de bajo potencial productivo como la grama (Cynodon sp), la falsapoa (Holcus lanatus) y el azul orchoro (Dactylis glomerata), aunque hay porcentajes cada vez mayores de pastos de mejor calidad como el kikuyo (Pennisetum clandestinum) y en menor porcentaje, ryegrass (Lollium perenne), a los que se les da un manejo en pastoreo rotacional o en franjas con cerca eléctrica y son sometidos a intensos programas de fertilizados química, particularmente con fertilizantes nitrogenados (Consejo Regional Lácteo 2001).

Algunos trabajos han permitido demostrar que el nivel de fertilización, particularmente la nitrogenada, afecta la calidad nutricional de los forrajes. En general, la fertilización nitrogenada conduce a un incremento en el contenido de N en el forraje (Carulla 1999;  Rodríguez 1999; Messman et al 1992; Minson 1990; Van Vuuren et al 1991) aunado a un incremento en el N soluble y el nitrógeno no proteico (NNP). Los datos presentados en la tabla 1 indican que el contenido de proteína cruda (PC) del pasto kikuyo es muy alto no siendo raros los valores que superan el 20% de la materia seca (MS). Recientemente Read y Fulkerson (2003) señalaron que cuando el nivel de N en el pasto kikuyo supera el 3.5 de la MS (lo que equivale al 22% de PC como porcentaje de la MS), el contenido de nitratos, uno de los principales componentes del NNP, se incrementa dramáticamente.

La información sobre el contenido de aminoácidos del pasto kikuyo es muy escasa. Echeverry y Parra, (2001) reportaron el contenido de aminoácidos de este pasto en cuatro muestras con diferente contenido de PC tomadas en un hato lechero del municipio de Envigado (Antioquia). En la figura 1 se aprecia la concentración de aminoácidos de este pasto como porcentaje de la MS.

Como se puede observar en esta figura, y como era de esperarse, existe una clara relación entre el contenido de PC de la muestra y su contenido de aminoácidos. El contenido de la mayoría de los aminoácidos esenciales de este pasto, es menor que el encontrado en la proteína bacteriana del rumen (Clark et al 1992) (figura 2).

En la figura 3 se observa más claramente esta relación. Como se puede apreciar, los aminoácidos esenciales con menor concentración relativa en el pasto kikuyo son en su orden, lisina, metionina, isoleucina, treonina, leucina, arginina y valina. Solamente el contenido de fenilalanina e histidina en el pasto kikuyo superan el encontrado en la proteína bacteriana del rumen. Esto es de suma importancia no solo por el hecho de que este pasto es el más utilizado en los sistemas de producción intensiva de leche en Antioquia y otras zonas del país, si no, además por el hecho de que, como se verá más adelante, este pasto representa un porcentaje relativamente alto de la dieta de las vacas lactantes.

Considerando la composición de aminoácidos del pasto kikuyo en comparación con el de la proteína microbiana, no sería aventurado afirmar que sería más provechoso para el animal hospedero que la proteína de este pasto se degradara completamente en el rumen y se transformara en proteína microbiana y reducir el escape de la misma hacia el duodeno, dado que la proteína microbiana posee un perfil de aminoácidos esenciales mucho mejor que el que presenta este pasto.

El contenido de proteína en los alimentos comerciales que se suministran en los hatos lecheros de Antioquia, es otro elemento importante a tener en cuenta en la caracterización de estos sistemas de producción. Por lo general, el contenido de PC en estos alimentos es superior al que requieren los animales y al mínimo que se garantiza en la etiqueta del producto. Es así como Montoya y Pino (2002) encontraron que el contenido de PC del alimento comercial utilizado para suplementar las vacas del trabajo experimental que adelantaron fue de 21.7% cuando la etiqueta del producto indicaba un mínimo de 18% de la MS. Por su parte, Rueda y Taborda (2003) reportaron que la concentración de PC en el alimento comercial utilizado fue de 22.8% cuando el mínimo garantizado en la etiqueta era también del 18%.

Los altos contenidos de PC tanto en la base forrajera (pasto kikuyo) como en los suplementos alimenticios utilizados en los sistemas intensivos de producción de leche en Antioquia, indican que presumiblemente existe un exceso en la concentración de esta fracción en las dietas ofrecidas a las vacas cuando se comparan con los requerimientos establecidos por el NRC (2001). Según este informe, los requerimientos de PC en las dietas para vacas en producción superan el 20% de la MS solamente en animales con producciones superiores a los 30 litros vaca/día en las dos primeras semanas de lactancia y con contenidos de proteína en la leche superiores al 3.5%. Este no es el caso de los sistemas de producción de leche en Antioquia, ni siquiera en las primeras etapas de la lactancia. El pobre perfil de aminoácidos esenciales en el pasto kikuyo, por otro lado, indica una limitación en su aporte hacia el duodeno en la fracción no degrada en el rumen.

Consumo de materia seca y de proteína

La concentración de PC y aminoácidos en los alimentos ofrecidos en los hatos lecheros, no es suficiente para apuntalar hipótesis sobre su uso por parte los animales. El consumo de estas fracciones es de capital importancia. No son muchos los trabajos en los que se halla evaluado el consumo de pastos y suplementos alimenticios en los sistemas de producción de leche en Antioquia. En la tabla 2 se presenta un resumen de la información obtenida sobre el CMS en cuatro trabajos realizados en la Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín, mientras que en la tabla 3 se encuentran los datos correspondientes al consumo de PC.

Estos trabajos se realizaron bajo condiciones de estabulación suministrando pasto kikuyo al libre voluntad y pesando el forraje y el suplemento suministrado y rechazado.

Como se puede apreciar en la tabla 2, el CMS proveniente del forraje osciló entre 1.7 y 2.47 veces el CMS proveniente de los suplementos alimenticios, lo que equivale a decir que el CMS proveniente del forraje correspondió entre el 62.5% (Alcaráz et al 2001) y 71.0% (Betancur y Trujillo 2004) del CMS total.

El CPC proveniente del forraje (tabla 3) varío entre 57.6% (Delgado 2002) y 75.9% (Betancur y Trujillo 2004), indicando que, en general, el pasto kikuyo hace los mayores aportes de PC en la dieta de las vacas lactantes en estos sistemas de producción de leche en Antioquia y dado que, como fue señalado previamente, el perfil de aminoácidos esenciales de este pasto es de menor calidad que el que estaría aportando la proteína bacteriana del rumen, es de esperarse que la proteína no degradable en el rumen (PNDR) de este pasto haga un pobre aporte de aminoácidos en el duodeno.

Degradabilidad ruminal de la proteína

Los estudios de degradabilidad ruminal de la proteína tanto de los forrajes como de los suplementos alimenticios utilizados en los sistemas de producción de leche en Antioquia, se han realizado mediante la técnica de degradabilidad in situ (Ærskov y McDonald 1979).

En la tabla 4 se muestran los parámetros de cinética ruminal y los valores de PDR y PNDR en muestras de pasto kikuyo y de suplementos alimenticios utilizados para la alimentación de ganado de leche en Antioquia. Los parámetros de cinética ruminal y la estimación de la PDR y la PNDR se realizaron con base en las ecuaciones propuestas por Ørskov y McDonald (1979) asumiendo una kp de 0.05/h.