{"id":15018,"date":"2021-03-23T12:24:00","date_gmt":"2021-03-23T12:24:00","guid":{"rendered":"https:\/\/dellait.com\/?p=15018"},"modified":"2021-04-29T01:53:40","modified_gmt":"2021-04-29T06:53:40","slug":"reduccion-de-la-contaminacion-por-nitrogeno-mediante-el-uso-de-proteinas-protegidas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/dellait.com\/es\/reduccion-de-la-contaminacion-por-nitrogeno-mediante-el-uso-de-proteinas-protegidas\/","title":{"rendered":"Reducci\u00f3n de la contaminaci\u00f3n por nitr\u00f3geno con prote\u00ednas protegidas"},"content":{"rendered":"<p style=\"text-align: center;\"><strong>Fernando Diaz<\/strong><\/p>\n<h2>Introducci\u00f3n<\/h2>\n<p>Los sistemas de formulaci\u00f3n nitrogenada m\u00e1s recientes para rumiantes se basan en los conceptos de prote\u00edna digestible en el intestino<sup>11<\/sup> y de aporte de amino\u00e1cidos al intestino delgado del rumiante<sup>19,23,17<\/sup>. El inter\u00e9s en mejorar la precisi\u00f3n en la formulaci\u00f3n proteica en estas especies ha dependido no solo de la necesidad de seguir mejorando la producci\u00f3n y reduciendo sus costes; sino tambi\u00e9n, en los \u00faltimos tiempos, por la necesidad de reducir el impacto medioambiental del uso excesivo del nitr\u00f3geno en las dietas<sup>3,23,27<\/sup>.<\/p>\n<p>Los aportes de prote\u00edna o amino\u00e1cidos al intestino delgado del rumiante corresponden en todos los sistemas a la sumatoria de la prote\u00edna microbiana sintetizada en el rumen, la prote\u00edna alimentaria no degradada en este y la prote\u00edna end\u00f3gena<sup>6<\/sup>. La complejidad de los factores que afectan al flujo de cada una de estas fracciones hace muy dif\u00edcil predecir la cantidad y el perfil de los amino\u00e1cidos que influyen al intestino delgado del rumiante<sup>13<\/sup>, ya que, a diferencia de los monog\u00e1stricos, la composici\u00f3n en amino\u00e1cidos de la prote\u00edna disponible para el animal depende de la naturaleza de la prote\u00edna que sale del rumen, y no de la que es ingerida por el animal<sup>10<\/sup>.<\/p>\n<h2><strong>Contaminaci\u00f3n ambiental por nitr\u00f3geno en los sistemas de producci\u00f3n animal<\/strong><\/h2>\n<p>Uno de los principales problemas medioambientales es la emisi\u00f3n de nitr\u00f3geno (N) al ambiente<sup>8<\/sup>. El nitr\u00f3geno (N) es un elemento qu\u00edmico que no puede ser ni producido ni destruido por el metabolismo animal y solo pueden ser transformadas las mol\u00e9culas que lo contienen<sup>21<\/sup>. La mayor\u00eda del N consumido por los animales es excretada, actuando como nutriente necesario para el crecimiento de las plantas; sin embargo, el principal problema durante este ciclo del N es que se producen p\u00e9rdidas elevadas de N que contribuyen a la degradaci\u00f3n del medioambiente<sup>22<\/sup>. Las mayores p\u00e9rdidas de N que ocurren en los sistemas intensivos de producci\u00f3n animal se producen mediante las emisiones de gases a la atm\u00f3sfera y la escorrent\u00eda de nitratos (NO<sub>3<\/sub><sup>&#8211;<\/sup>) a aguas superficiales y subterr\u00e1neas. A continuaci\u00f3n, se detallan los principales contaminantes atmosf\u00e9ricos originados en los sistemas de producci\u00f3n animal<sup>18<\/sup>:<\/p>\n<ul>\n<li>Amoniaco (NH<sub>3<\/sub>): La urea presente en la orina de los animales es hidrolizada a NH<sub>3<\/sub> y di\u00f3xido de carbono, lo que se facilita por las enzimas ureasas que se encuentran en las heces. Una vez que ha sido emitido, el NH<sub>3 <\/sub>puede ser convertido r\u00e1pidamente a ion amonio (NH<sub>4<\/sub><sup>+<\/sup>). El NH<sub>4<\/sub><sup>+<\/sup> contribuye a la eutrofizaci\u00f3n, acidificaci\u00f3n, y fertilizaci\u00f3n de los ecosistemas. Un 48% de las emisiones de NH<sub>3<\/sub> al ambiente son producidas por los animales de producci\u00f3n.<\/li>\n<li>\u00d3xido nitroso (N<sub>2<\/sub>O): El N<sub>2<\/sub>O es formado y emitido a la atmosfera mediante los procesos microbianos de nitrificaci\u00f3n y desnitrificaci\u00f3n ocurridos en el suelo. Este gas produce el calentamiento de la troposfera y p\u00e9rdidas de ozono en la estratosfera. Un tercio de este contaminante procede de granjas animales.<\/li>\n<li>\u00d3xido n\u00edtrico (NO): NO y di\u00f3xido de nitr\u00f3geno (NO<sub>2<\/sub>) son interconvertidos r\u00e1pidamente en la atmosfera y por eso son referidos en conjunto como NO<sub>X<\/sub>. Las emisiones de este gas procedentes de los animales y sus excretas son muy bajas, representando un 1% de las emisiones totales.<\/li>\n<\/ul>\n<h2><strong>Degradaci\u00f3n de la prote\u00edna en el rumen<\/strong><\/h2>\n<p>La degradaci\u00f3n de la prote\u00edna diet\u00e9tica en el rumen es un proceso complejo que involucra muchos microorganismos, los cuales proporcionan las enzimas necesarias para hidrolizar los enlaces pept\u00eddicos generando p\u00e9ptidos y amino\u00e1cidos<sup>30<\/sup>. Estos productos de la degradaci\u00f3n ruminal son transportados dentro de las c\u00e9lulas microbianas y siguen las siguientes rutas metab\u00f3licas<sup>2<\/sup>:<\/p>\n<ul>\n<li>Los p\u00e9ptidos son degradados a amino\u00e1cidos por peptidasas.<\/li>\n<li>Seg\u00fan la energ\u00eda (en forma de carbohidratos) disponible en la c\u00e9lula microbiana, los amino\u00e1cidos pueden ser usados en la s\u00edntesis de prote\u00edna microbiana o pueden ser desaminados produciendo NH<sub>3<\/sub> y esqueletos carbonados, que son fermentados a \u00e1cidos grasos vol\u00e1tiles y CO<sub>2<\/sub>.<\/li>\n<\/ul>\n<p>La degradaci\u00f3n de las prote\u00ednas en los compartimentos estomacales de los rumiantes depende de varios factores, algunos de los cuales est\u00e1n relacionados con las dietas, mientras que otros est\u00e1n relacionados con el animal<sup>26<\/sup>. Los principales factores que afectan la cantidad de prote\u00edna que es degradada en el rumen son: el contenido proporcional de prote\u00ednas y nitr\u00f3geno no proteico, las propiedades f\u00edsicas y qu\u00edmicas de las prote\u00ednas, el tiempo de retenci\u00f3n de la prote\u00edna en el rumen, la actividad proteol\u00edtica microbiana y el pH ruminal<sup>24<\/sup>. Entre todos estos factores, las diferencias en la estructura tridimensional de las prote\u00ednas es el factor m\u00e1s importante que condiciona la extensi\u00f3n y el grado de degradaci\u00f3n de las prote\u00ednas, debido a que afecta el acceso microbiano a estas<sup>17<\/sup>.<\/p>\n<p>La degradaci\u00f3n ruminal de la prote\u00edna normalmente provoca una p\u00e9rdida de prote\u00edna neta debido a que la prote\u00edna microbiana est\u00e1 compuesta por un 15 \u2013 20% de \u00e1cidos nucleicos, los cuales no est\u00e1n disponibles para el metabolismo del ganado<sup>27<\/sup>. Adem\u00e1s, la mure\u00edna constitutiva de las paredes celulares de las bacterias contiene una elevada proporci\u00f3n de amino-az\u00facares (N-acetil glucosamina y \u00e1cido N-acetil mur\u00e1mico) que tampoco pueden ser usados en el metabolismo proteico del animal.<\/p>\n<p>La prote\u00edna degradable en rumen (PDR) proporciona una mezcla de p\u00e9ptidos, amino\u00e1cidos libres, y NH<sub>3<\/sub> para el crecimiento microbiano y la s\u00edntesis de prote\u00edna microbiana<sup>17<\/sup>. La prote\u00edna microbiana representa la mayor parte de la prote\u00edna que sale del rumen (55 a 87% del total de N aminoac\u00eddico, seg\u00fan Clark<sup>6<\/sup>), siendo adem\u00e1s de muy buena calidad. Sin embargo, generalmente esta puede ser insuficiente para aportar el total de AA requeridos por los animales de elevada producci\u00f3n. As\u00ed, a medida que aumenta la producci\u00f3n, la contribuci\u00f3n parcial de la prote\u00edna microbiana al total de amino\u00e1cidos aportados al intestino disminuye y la cantidad de prote\u00edna alimentaria que llega sin degradar al intestino debe aumentar para cubrir las necesidades<sup>17<\/sup>. En vacas lecheras de alta producci\u00f3n (45 kg leche\/d\u00eda), la contribuci\u00f3n m\u00e1xima de la prote\u00edna microbiana esta limitada el 63% del total de los amino\u00e1cidos suministrados.<\/p>\n<h2><strong>Prote\u00ednas protegidas<\/strong><\/h2>\n<p>Las prote\u00ednas protegidas corresponden a alimentos proteicos que han sido tratados o procesados con la finalidad de disminuir la degradabilidad ruminal de la prote\u00edna y aumentar su contenido en prote\u00edna no degradable en rumen (PNDR) digestible en el intestino<sup>17<\/sup>. Muchos m\u00e9todos han sido investigados para disminuir la fermentaci\u00f3n ruminal de concentrados proteicos; la mayor\u00eda de estos m\u00e9todos se basan en la aplicaci\u00f3n de calor, agentes qu\u00edmicos o una combinaci\u00f3n de ambos que alteran las caracter\u00edsticas de la prote\u00edna e incrementan su resistencia a las enzimas proteol\u00edticas<sup>5<\/sup>.<\/p>\n<p>El calor provoca la desnaturalizaci\u00f3n de las prote\u00ednas, consistente en la alteraci\u00f3n de su estructura tridimensional, sin ruptura de enlaces pept\u00eddicos. Ello conlleva una reducci\u00f3n de su solubilidad y accesibilidad con la consiguiente reducci\u00f3n de su degradaci\u00f3n en el rumen<sup>4<\/sup>. En esta reducci\u00f3n interviene la formaci\u00f3n de enlaces entre los grupos aldeh\u00eddos de los az\u00facares y los grupos aminos libres de la prote\u00edna. Sin embargo, si el calentamiento es excesivo se producen reacciones de Maillard o de amarronamiento no enzim\u00e1tico, que implican la degradaci\u00f3n de los az\u00facares a compuestos fen\u00f3licos, la condensaci\u00f3n de estos con los amino\u00e1cidos y su posterior polimerizaci\u00f3n<sup>28<\/sup>, siendo los compuestos resultantes indigestibles.<\/p>\n<p>El principal desaf\u00edo es, pues, identificar condiciones de tratamiento que incrementen la prote\u00edna no degradable digestible, a un grado que justifique el coste del tratamiento y con una m\u00ednima perdida en la disponibilidad de amino\u00e1cidos<sup>17<\/sup>. Las condiciones de tiempo, humedad y temperatura que proporcionar\u00e1n una protecci\u00f3n \u00f3ptima resultan variables en funci\u00f3n del suplemento a proteger. Sin embargo, el efecto de tratamientos moderados con calor en la degradaci\u00f3n de la prote\u00edna no ha sido consistente. As\u00ed, Tagari y col.<sup>25<\/sup>, calentando harina de soja a 140\u00ba C o m\u00e1s, redujeron la liberaci\u00f3n de amoniaco <em>in vitro<\/em>, mientras que el calentamiento a 120\u00ba C no produjo efectos. De forma similar, Mir y col.<sup>16<\/sup> mostraron que el calentamiento a 110 o 120\u00ba C durante 120 o 20 minutos, respectivamente, redujo la degradaci\u00f3n ruminal <em>in situ <\/em>de harina de colza, pero no de la harina de soja.<\/p>\n<p>Muchos tratamientos qu\u00edmicos han sido utilizados en el pasado con el objetivo de disminuir la degradabilidad de las prote\u00ednas. Sin embargo, algunos productos, como por ejemplo el formaldehido, han sido prohibidos por las directivas de la Uni\u00f3n Europea. El principal objetivo con el tratamiento de las prote\u00ednas con agentes qu\u00edmicos es crear una modificaci\u00f3n reversible en estas dependiente del pH, que permita inhibir su degradaci\u00f3n en el compartimento rumen-ret\u00edculo (donde el pH es cercano a la neutralidad o moderadamente \u00e1cido), pero no en el abomaso y el duodeno proximal donde el pH es mucho m\u00e1s bajo<sup>26<\/sup>.<\/p>\n<p>El tratamiento con \u00e1cidos desnaturaliza las prote\u00ednas<sup>31<\/sup>, pudiendo ser los \u00e1cidos org\u00e1nicos e inorg\u00e1nicos. Inicialmente, los estudios para disminuir la degradabilidad de los concentrados proteicos se realizaron con \u00e1cidos org\u00e1nicos monocarbox\u00edlicos: f\u00f3rmico, ac\u00e9tico, propi\u00f3nico, etc.<sup>29,12,15<\/sup>, siendo limitada la protecci\u00f3n obtenida y en ciertos casos no permanente, dado el car\u00e1cter vol\u00e1til de algunos de estos \u00e1cidos. Sin embargo, en \u00e9pocas recientes existe un alto inter\u00e9s en el uso de \u00e1cidos di o tricarbox\u00edlicos como alternativa a los antibi\u00f3ticos promotores del crecimiento en rumiantes, siendo el \u00e1cido m\u00e1lico el m\u00e1s utilizado entre ellos. La principal ventaja para el uso del \u00e1cido m\u00e1lico en el tratamiento de prote\u00ednas es su alta solubilidad en agua, y sus inconvenientes principales son su coste elevado y su alto poder de corrosi\u00f3n.<\/p>\n<p>Dentro de los \u00e1cidos inorg\u00e1nicos, solamente el \u00e1cido ortofosf\u00f3rico est\u00e1 autorizado para su uso en piensos de rumiantes, ya que el uso de los \u00e1cidos clorh\u00eddrico y sulf\u00farico solamente est\u00e1 permitido en ensilados. El \u00e1cido ortofosf\u00f3rico es l\u00edquido en estado puro, corrosivo, palatable a dosis baja, produce poco olor y, adem\u00e1s, es m\u00e1s econ\u00f3mico que los \u00e1cidos org\u00e1nicos<sup>14<\/sup>. Estas caracter\u00edsticas le convierten en un potencial agente protector. La combinaci\u00f3n del tratamiento t\u00e9rmico junto con el empleo de \u00e1cidos podr\u00eda permitir alcanzar niveles m\u00e1s altos de protecci\u00f3n que usando cada m\u00e9todo por separado, y presentar ventajas econ\u00f3micas, debido a la disminuci\u00f3n en el coste energ\u00e9tico del tratamiento t\u00e9rmico y a la menor dosis de \u00e1cidos necesaria, y la menor posibilidad de generar reacciones de Maillard irreversibles, asociadas con la sobreprotecci\u00f3n de prote\u00ednas<sup>20<\/sup>.<\/p>\n<p>Arroyo y col.<sup>1<\/sup> aumentaron en un 267% el contenido de PNDR de harina de girasol tratada con una soluci\u00f3n de \u00e1cido m\u00e1lico o \u00e1cido ortofosf\u00f3rico combinado con calentamiento a 150\u00ba C durante 6 horas, independientemente del \u00e1cido usado. Como consecuencia de estos cambios, la eficacia de digestibilidad intestinal efectiva de la prote\u00edna de este concentrado aument\u00f3 en un 11,8% (\u00e1c. ortofosf\u00f3rico) y un 20% (\u00e1c. m\u00e1lico). Del mismo modo, este autor (Diaz y col.<sup>7<\/sup>) increment\u00f3 la concentraci\u00f3n de PNDR en un 150% en harina de guisante tratada con ac. m\u00e1lico o ac. ortofosf\u00f3rico y calor a 120\u00ba C durante 60 minutos.<\/p>\n<blockquote>\n<h2><strong>Aplicaciones<\/strong><\/h2>\n<p>La aplicaci\u00f3n de tratamientos de protecci\u00f3n contra la fermentaci\u00f3n ruminal en prote\u00ednas de alta calidad es una estrategia efectiva para reducir su degradaci\u00f3n microbiana, la cual esta generalmente asociada perdidas de amoniaco y una disminuci\u00f3n en la s\u00edntesis de prote\u00edna microbiana. La ineficiencia asociada con un excesivo aporte de prote\u00edna degradable en rumen es muy importante en vacas lecheras ya que la mayor\u00eda de los requerimientos de amino\u00e1cidos deber\u00eda ser cubiertos principalmente mediante el aporte de concentrados proteicos.<\/p><\/blockquote>\n<p><strong>Sobre el autor<\/strong><\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/dellait.com\/es\/biografia\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener noreferrer\">Fernando D\u00edaz<\/a> es el director del Dairy Knowledge Center. Trabaja como consultor lechero independiente, especializado nutrici\u00f3n y manejo en la compa\u00f1\u00eda Rosecrans Dairy Consulting, LLC. Ofrece servicio de consultor\u00eda a granjas lecheras y empresas de alimentaci\u00f3n, incluyendo nutrici\u00f3n y manejo alimentario, planes de cultivos forrajeros, e investigaci\u00f3n y desarrollo de nuevos alimentos, aditivos y tecnolog\u00edas para las vacas lecheras. Fernando vive en Brookings, Dakota del Sur y puede ser contactado en fernando@dairykc.com.<\/p>\n<p><strong>Referencias<\/strong><\/p>\n<ol>\n<li>Arroyo, J.M., Gonz\u00e1lez, J., Ouarti, M., Silv\u00e1n, J.M., Ruiz del Castillo, M.L., de la Pena Moreno, F., 2013. Malic acid or orthophosphoric acid-heat treatments for protecting sunflower (Helianthus annuus) meal proteins against ruminal degradation and increasing intestinal amino acid supply. 7, 223\u2013231.<\/li>\n<li>Bach, A., G. B. Huntington, S. Calsamiglia, and M. D. Stern. 2000. Nitrogen metabolism of early lactation cows fed diets with two different levels of protein and different amino acid profiles. Journal of Dairy Science. 83:2585\u20132595.<\/li>\n<li>Berentsen, P. B., G. W. Giesen, S. C. Verduyn. Manure legislation effects on income and on N, P and K losses in dairy farming. Lives. Prod. Sci. 31:43-56.<\/li>\n<li>Blanchart, G. 1988. Degradation des materieres azotees d\u00b4origene vegetale chez le ruminant. 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