EFECTO DEL HOJUELADO AL VAPOR SOBRE LA DEGRADABILIDAD
RUMINAL DEL GRANO DE MAIZ

Daniel Alomar¹ y  Rubén Pulido ^2
1Instituto de Producción Animal Universidad Austral de Chile, Casilla 567, Valdivia, Chile; dalomar@uach.cl
²Instituto de Zootecnia, Universidad Austral de Chile, Casilla 567, Valdivia, Chile.

Recepción originales 2 de octubre de 2001

ABSTRACT

Effect of steam flaking on ruminal degradability of corn grain

Keywords: Steam-flaking, corn, ruminal degradability, in situ digestibility.

With the objective of estimating the effect of steam flaking of corn grain on its rumen degradability and degradation kinetics, samples of grain either ground (control) or steam rolled whole (HVE) or steam rolled ground (HVM), were subjected to seriated (0 to 48 h) rumen fermentations by the in situ technique with polyester bags. When fitting dry matter disappearance values to the function from Orskov and McDonald (1979) to estimate the terms representing the soluble fraction (a), insoluble degradable fraction (b) and the fractional degradation rate (c), the control treatment showed a lower "a" fraction (26.18%) than HVE (28%) and HVM (33.16%). Control treatment also presented a higher "b" fraction (72.02%) than HVE (53.94%) and HVM (54.82%), a lower "c" degradation rate (0.0419) than HVE (0.0863) and HVM (0.0768), and a higher potential degradation "a+b" (98.2%) than HVE (81.94%) and HVM (87.98%). Effective degradabilities computed for different ruminal fractional outflow rates (from 0.04 to 0.1) were higher with steam rolled treatments and moreover, increasing of the outflow rate resulted in less severe reductions in effective degradability for these treatments in relation to control. It is concluded that treating corn grain with temperature and high pressure steam, followed by rolling, results in an increased rate of energy supply at rumen level.

RESUMEN

Palabras claves: Maíz hojuelado al vapor, degradabilidad ruminal, digestibilidad in situ.

Con el objetivo de evaluar el efecto del procesamiento mediante hojuelado al vapor de grano de maíz, sobre su degradabilidad ruminal, se sometieron muestras de grano molido sin tratar (control), de grano hojuelado al vapor entero (HVE) o de grano hojuelado al vapor molido (HVM), a fermentaciones ruminales seriadas, entre 0 y 48 horas, mediante la técnica in situ de la bolsa de poliéster. Al ajustar los datos de desaparición ruminal de la materia seca a la función de Orskov y McDonald (1979) para estimar las constantes que representan a la fracción soluble (a), insoluble degradable (b) y tasa de fraccional de degradación (c) de la materia seca, el control presentó una menor fracción a (26,18%) que HVE (28%) y HVM (33,16%); una mayor fracción b (72,02%) que HVE ( 53,94%) y HVM (54,82%) y una menor tasa fraccional de degradación c (0,0419) que HVE (0,0863) y HVM (0,0768). La degradabilidad potencial (a+b) fue mayor para el control (98,2%) que para HVE (81,94%) y HVM (87,98%). Las degradabilidades efectivas, calculadas a diferentes tasas fraccionales de pasaje ruminal del alimento (desde 0,04 hasta 0,1), fueron más elevadas con el tratamiento de hojuelado al vapor y al aumentar la tasa de pasaje ruminal, éstas se redujeron en menor medida para estos tratamientos, en relación al testigo. Se concluye que el tratamiento del grano de maíz mediante temperatura y vapor a alta presión y subsecuente rodillado, permite aumentar el ritmo de entrega de energía a nivel ruminal.

INTRODUCCION

El grano de maíz se usa masivamente como fuente de energía para el ganado. Las diferencias entre los granos de cereales, en cuanto a la degradabilidad ruminal de su almidón, es algo que se conoce desde hace décadas, siendo el almidón de maíz uno de los que presenta menor degradabilidad ruminal, en relación a avena, cebada y trigo (Waldo, 1973). Aunque esto puede ser favorable desde el punto de vista de evitar una rápida caída del pH ruminal, es importante utilizar fuentes de energía que permitan lograr una buena sincronización entre la degradación de la fracción energética y nitrogenada, a fin de optimizar la síntesis de proteína microbiana y su posterior uso a nivel intestinal (Huntington, 1997). Una forma de facilitar el acceso de los microorganismos al substrato energético representado por el grano, es efectuar tratamientos de texturización, como el hojuelado al vapor, que consiste en la hidratación y cocción, mediante tratamiento de vapor a presión y posterior hojuelado mediante rodillos. Esto permitiría mejorar la digestibilidad del almidón y aumentar el contenido de energía metabolizable, especialmente si se le compara con el grano entero (Ishida et al, 1997). Además, al evitar el proceso de molienda, retrasaría el escape desde el rumen, asegurando un mejor aporte de energía para la microflora ruminal.

La técnica de estudio de la degradabilidad ruminal (in situ) mediante el uso de bolsas de nylon, dacrón o poliéster, se ha usado frecuentemente para investigar la dinámica con que los alimentos son fermentados en el rumen, permitiendo apreciar en qué medida y ritmo son utilizados los componentes del alimento mediante el proceso fermentativo. Esta técnica permite diferenciar entre una fracción soluble, insoluble degradable y no degradable en el rumen; como también la tasa de degradación, degradabilidad potencial y la degradabilidad efectiva del alimento, cuando se asume una tasa de escape desde el rumen  (Orskov y Mac Donald, 1979, Sauvant et al, 1994).

El objetivo de este trabajo fue el de evaluar el efecto del tratamiento de texturización mediante hojuelado al vapor, sobre la dinámica degradativa ruminal de la materia seca de grano de maíz.

MATERIAL Y METODO

Las muestras de grano de maíz sin tratar y tratado, fueron suministradas por COPEVAL S.A., compañía que fabrica y comercializa este producto en Chile. El tratamiento de hojuelado al vapor, denominado comercialmente como "roleado al vapor", por esta empresa, consiste en someter al grano a una cocción a 100º C y 1 atmósfera de presión, por un tiempo determinado (30-40 minutos) hasta alcanzar un contenido de humedad entre 18 y 20%. Posteriormente en el proceso el grano es laminado mediante dos rodillos, con una separación de 0,005 mm, ejerciendo una presión de ca. 1.000 psi, lo que, junto al tratamiento térmico anterior, tiene por objetivo lograr un importante grado de gelatinización del almidón. Finalmente, el grano es desecado y enfriado, lográndose un producto  (hojuelado) con ca. 14% de humedad y una temperatura levemente superior al ambiente.

En forma previa a las determinaciones de degradabilidad ruminal, las muestras de grano entero utilizadas (tratamiento Control) fueron trituradas mediante un molino de laboratorio Thomas Wiley modelo 4 (Arthur Thomas Co. Philadelphia, PA, USA), utilizando un tamiz de 5 mm. El grano hojuelado al vapor se utilizó tanto en la forma sin moler (tratamiento HVE), como molido (tratamiento HVM) con la misma técnica anterior, a fin de simular cambios físicos que podría sufrir con la masticación y al estar libre en el rumen.

La determinación de degradabilidad ruminal se llevó a cabo utilizando una vaca Frisón Negro fistulada al rumen. Se realizaron fermentaciones intrarruminales seriadas, con 10 tiempos de incubación (0-2-4-6-8-12-18-24-36 y 48 h). Para ello, las muestras de grano (5 g) se pusieron en bolsas de poliéster, con un tamaño de poro de ca. 50 µm. Se introdujeron en el rumen luego de humedecerlas en agua tibia. Se hizo un mínimo de 5 repeticiones por cada tiempo, en períodos separados. Las bolsas correspondientes al tiempo cero sólo se sometieron a un lavado con agua tibia por 15 minutos, agitando suavemente a mano.  Una vez retiradas del rumen, las bolsas se lavaron cuidadosamente con agua fría, hasta que ésta salió limpia, se secaron (horno a 60º C por 48 hs) y pesaron, para obtener por diferencia la cantidad de material desaparecido, lo que se expresó como porcentaje de degradabilidad.

A fin de estimar efectos de tratamientos en algunos tiempos definidos, se compararon las degradabilidades desde el tiempo 0 y cada 12 horas, mediante análisis de varianza de una vía, aplicando la prueba de Tukey al detectarse diferencias (P<0,05) entre tratamientos. En el caso de la degradabilidad a las 48 h, los valores no presentaron varianzas homogéneas, por lo que se aplicó la prueba no paramétrica de Kruskal y Wallis, de comparación de medianas. Todas estas comparaciones se realizaron mediante el paquete estadístico Statgraphics Plus versión 2.0.

Para evaluar la dinámica de la degradación ruminal y poder calcular posteriormente la degradabilidad efectiva, los promedios de degradabilidad por cada tiempo se ajustaron a la función exponencial propuesta por Orskov y McDonald (1979):

Y = a + b (1- exp ^{-c * t} )
Donde,
Y = material degradado en el tiempo t
a = material soluble.
b = material insoluble, pero degradable.
c = tasa fraccional de degradación de la fracción b.
t = tiempo de fermentación.
a+b = degradabilidad potencial o extensión de la fermentación.

La degradabilidad efectiva se calculó considerando cuatro tasas fraccionales de pasaje desde el rumen, desde 0,04 (4% del contenido por hora) hasta 0,1 (10% por hora).

Los cálculos de ajuste a la función indicada y los de degradabilidad efectiva, se realizaron con un programa facilitado por el Dr. R. Orskov3 .

RESULTADOS Y DISCUSION

Los resultados promedio obtenidos para la desaparición de materia seca desde el rumen (Cuadro 1) muestran que los tratamientos de texturización, particularmente el HVM, tiende a presentar mayor degradabilidad ruminal (P<0,05) que el control en diferentes tiempos, con excepción del tiempo máximo, en que el maíz molido sin tratar (control) exhibe mayor desaparición. Este cambio de tendencia en tiempos mayores no queda claro y podría reflejar respuestas degradativas de alguna fracción específica, asociadas al tratamiento físico aplicado.

Con los datos anteriores se estimaron las constantes de la función exponencial mencionadas, para cada tratamiento. Las constantes degradativas determinadas fueron las que se muestran en el Cuadro 2, pudiéndose apreciar que el tratamiento control presentó una mayor magnitud de la fracción insoluble degradable y degradabilidad potencial, en tanto que los tratamientos sometidos a texturización tendieron a presentar una más elevada fracción soluble y claramente una mayor tasa de degradación de la fracción «b».

Estos resultados son consistentes con la hipótesis que sostiene que el tratamiento de vapor, presión y alta temperatura, produce la ruptura de la matriz proteica insoluble (mejorando su solubilidad) que envuelve a los gránulos de almidón, al tiempo que produce una gelatinización del polisacárido mejorando su digestibilidad a nivel ruminal. Este doble efecto explica que el hojuelado al vapor, en el caso del maíz al menos, tiende a producir mejor resultado que el hojuelado en seco, en ganado de engorda (Owens et al., 1997), pudiendo lograrse también mejores resultados en vacas lecheras, dependiendo de la relación que se establezca entre la cantidad de almidón degradable y proteína degradable y no degradable a nivel ruminal (Santos et al., 1999).

Los valores de degradabilidad obtenidos experimentalmente y aquellos determinados por las funciones de degradación ajustadas, se presentan en la Figura 1, de acuerdo a los diferentes tiempos de fermentación. Las curvas ajustadas confirman que la degradación ruminal comienza más rápido cuando el grano de maíz es sometido al tratamiento evaluado, manteniendo una tendencia paralela, cuando se compara el grano hojuelado entero con el hojuelado molido.

Figura 1: Valores de degradabilidad a diferentes tiempos de incubación observados para los tratamientos Control (®), HVE (¯) y HVM (�) y ajustados de acuerdo a la función estimada, para el control (línea gruesa), HVE (línea discontínua) y HVM (línea delgada). Figure 1: Degradability values at different incubation times. Observed values for Control (®), flaked whole (¯) and flaked ground (�) treatments; and adjusted values according to fitted function for control (bold line), flaked whole (dotted line) and flaked ground (thin line) treatments.

Los datos experimentales y particularmente la curva ajustada para el tratamiento control, sugieren que el tiempo máximo de fermentación (48 h) habría sido insuficiente para lograr la tendencia asintótica (a+b) típica del modelo aplicado.

La dinámica degradativa determinada permitió además obtener una estimación de la degradabilidad efectiva que puede esperarse bajo condiciones de alimentación que condicionan diferentes tasas de pasaje del alimento o tránsito ruminal. Se estimaron valores de degradabilidad efectiva para cuatro tasas fraccionales de pasaje del alimento desde el rumen, entre 4 y 10% por hora, las que representan un amplio rango de situaciones en términos de intensificación de sistemas de producción (Cuadro 3).

Se observa una tendencia a un incremento de la degradabilidad efectiva con el tratamiento de hojuelado al vapor. Al mismo tiempo, se aprecia que al aumentar la tasa fraccional de pasaje, la degradabilidad efectiva tiende a disminuir en todos los tratamientos. Sin embargo, esta reducción tiende ser menor en los tratamientos de hojuelado al vapor, en comparación al maíz sin tratar. En otras palabras, aun en situaciones de animales con elevados consumos y tasas de pasaje del alimento desde el rumen, como sería el caso de vacas lecheras de alta producción, el tratamiento de hojuelado al vapor permitiría un mayor aporte de energía a nivel ruminal, en relación al grano de maíz no tratado. El mayor aporte de energía de fermentación explicado por el tratamiento estudiado contribuiría así a incrementar la síntesis de proteína bacteriana, asumiendo que no existen limitaciones en la disponibilidad de proteína degradable en el rumen.

BIBLIOGRAFIA

HUNTINGTON, G.B. 1997. Starch utilization by ruminants: from basics to the bunk. J. Anim. Sci., 75:852-867.

ISHIDA, T., KURIHARA, M., ARATA, N., NISHIDA, T., PURNOMOHADI, A., AOKI, M., TANAKA, Y., KOHNO, Y. Y ABE, A. 1997. Comparative feeding values of whole-shelled or whole steam-rolled corn and whole-shelled or whole steam-rolled barley for dairy cattle. Bulletin of National Institute of Animal Industry. 58:9-17 (CAB Abstract).

Orskov, E.R. and I. McDonald. 1979. The estimation of protein degradability in the rumen from incubation measurements weighted according to rate of passage. J. Agric. Sci., Camb. 92:499-503.

OWENS, F.N., SECRIST, D.S., HILL, W.J. AND GILL, D.R. 1997. The effect of grain source and grain processing on perfomance of feedlot cattle: a review. J. Anim. Sci., 75:868-879.

SAUVANT, D., CHAPOUTOT, P. ET ARCHIMEDE, H. 1994. La digestion des amidons par les ruminants et ses conséquances. INRA Prod. Anim., 7:115-124.

SANTOS, J.E.P., HUBER, J.T., THEURER, C.B., NUSSIO, L.G., TARAZON,M. AND SANTOS, F.A.P. 1999. Response of lactating dairy cows to steam -flaked sorghum, steam-flaked corn, or steam-rolled corn and protein sources of differing degradability. J. Dairy Sci., 82:728-737.

WALDO, D.R. 1973. Extent and partition of cereal grain starch digestion in ruminants. J. Anim. Sci., 37:1062-1074.