Fermentación ruminal (12 y 14/8)
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Fermentación Ruminal Curso de Nutrición 2014 Analía Pérez Ruchel Departamento de Nutrición Animal Introducción Microorganismos ruminales Productos finales de la fermentación: AGV Producción Absorción – metabolización Utilización Introducción Rumen Motilidad ruminal Gases “Forraje de hoy” “Granos y forraje de ayer” • • Rumia Eructación Contracciones primarias y secundarias Introducción Microorganismos ruminales Productos finales de la fermentación: AGV Producción Absorción – metabolización Utilización Microorganismos ruminales CH4 CO2 NH3 AGV simbiosis Microbiota Requerimientos (microorganismos): N, Energía, S, P, AGV ramificados. Sinergismo - Antagonismo Microorganismos ruminales Diversidad Microbiana BACTERIAS (1010-1011/ml, más de 50 géneros) ARQUEAS (107-109/ml, 7 especies) PROTOZOOS (104-106/ml, 25 géneros) HONGOS (103-105zoosporas/ml, 5 géneros) BACTERIOFAGOS (108-109/ml) Ecosistema estable y dinámico (Kamra, 2005) Microorganismos ruminales: Diversidad Microbiana BACTERIAS Gram negativas Anaerobias pH óptimo: 6-6.9 Temperatura: 39ºC Adheridas, libres Microorganismos ruminales: Diversidad Microbiana: Bacterias Grupos de Interés Celulolíticas Ruminococcus albus y flavefaciens (59,8%) Fibrobacter succinogenes (19,2%) Butyrivibrio fibrisolvens (11,1%) (Kamra, 2005) 70 60 50 40 pH óptimo: 6,2 Acético Propiónico Butírico 30 20 10 0 % CH4 Microorganismos ruminales: Diversidad Microbiana: Bacterias Grupos de Interés Celulolíticas Ruminococcus albus y flavefaciens (59,8%) Fibrobacter succinogenes (19,2%) Butyrivibrio fibrisolvens (11,1%) Amilolíticas (Kamra, 2005) Streptococcus bovis 50 40 30 pH óptimo: 5,5-6 Acético Propiónico Butírico 20 CH4 10 0 % Microorganismos ruminales: Diversidad Microbiana: Bacterias ác acético ác propónico ác butírico AGV, % 60 50 celulolíticas 40 30 amilolíticas 20 7 6.5 6.0 5.5 5.0 pH ruminal (Adaptado de Wattiaux, 2000) Microorganismos ruminales: Diversidad Microbiana: Bacterias Grupos de Interés Celulolíticas Ruminococcus albus y flavefaciens (59,8%) Fibrobacter succinogenes (19,2%) Butyrivibrio fibrisolvens (11,1%) Amilolíticas (Kamra, 2005) Streptococcus bovis Productoras de lactato Consumidoras de lactato Lactobacillus acidophilus Selenomonas ruminantium Propionibacterium spp. Megasphaera elsdenii Microorganismos ruminales: Diversidad Microbiana ARQUEAS Metanogénesis (nmol/mg proteína/min) Metanogénicos (7 especies) Methanobrevibacter ruminantium 60 Forraje 50 40 30 Concentrado 20 10 0 pH 5.5 5.8 6.0 6.2 6.4 6.6 (Lana et al.,1998) Microorganismos ruminales: Diversidad Microbiana PROTOZOOS Competencias por sustratos 20% de las proteínas microbianas HONGOS Anaeróbicos estrictos Microscópicos Degradan la fibra BACTERIÓFAGOS Específicos Microorganismos ruminales: Diversidad Microbiana: Bacterias Destino Destrucción: fagos, protozoos Omaso, abomaso e intestino PRINCIPAL FUENTE DE PROTEÍNA PARA EL RUMINATE (PM) Introducción Microorganismos ruminales Productos finales de la fermentación: AGV Producción Absorción – metabolización Utilización Productos Finales de la Fermentación: AGV ¿Qué son los ácidos grasos volátiles (AGV (AGV)? )? Bacteria AGV Endoenzimas GLC Bacterianas Celodextrinasa/ celobiasa Glicocalix Exoenzimas Bacterianas Exoglucanasas Endoglucanasas Módulo de unión a CH Productos finales de la fermentación: AGV Acético Isobutírico Propiónico Valérico Butírico Isovalérico Caproico Acético: no disociado (HAC) vs. Acetato: disociado (AC-) Productos finales de la fermentación: AGV Características del fluido ruminal de novillos según la dieta Concentración Forraje 90% Conc. Acetato, mM 59,1 55,6 Propionato 12,8 29,8 Butirato 6 10,1 AGVt, mM 77,9 125,5 A:P 4,6 1,9 pH 6,5 5,7 Lana et al.,1998 AGV y pH en corderos alimentados con forraje fresco 7.5 140 7.0 120 100 pH AGV, mM 6.5 6.0 80 60 5.5 40 5.0 -2 0 2 AGVt-M 4 6 pH-M 8 10 Tiempo, h Pérez-Ruchel A., 2006 Productos finales de la fermentación: AGV Producción Factores 1- Dieta (cantidad y perfil de AGV) Composición química Tamaño de partícula Saliva Productos finales de la fermentación: AGVProducción 7- pH-valores 6514- saliva-producción (L/kgMS) 121060- tiempo destinado a rumiar (min/kgMS) 4020- Forraje Concentrados Productos finales de la fermentación: AGVProducción En general: Acético aumenta con dietas forrajeras Propiónico aumenta (%) con granos de cereales Butírico aumenta con dietas con gran cantidad de azúcares Productos finales de la fermentación: AGVProducción Producción Factores 1- Dieta 2- pH 3- Microorganismos Productos finales de la fermentación: AGVProducción ác acético ác propónico ác butírico AGV, % 60 50 celulolíticas 40 30 amilolíticas 20 7 6.5 6.0 5.5 5.0 pH ruminal (Adaptado de Wattiaux, 2000) Productos finales de la fermentación: AGVProducción Factores determinantes del pH ruminal: • Producción de ácido • Capacidad tampón del medio • Absorción o flujo Productos finales de la fermentación: AGVProducción Producción Factores 1- Dieta 2- pH 3- Microorganismos 4- Velocidad de ingestión Productos finales de la fermentación: AGVProducción pH ruminal Relación entre velocidad de ingestión y pH ruminal 6,9 6,7 6,5 6,3 6,1 5,9 5,7 5,5 0 50 100 150 Velocidad de ingestión 200 g MS/min Calsamiglia y Ferret, 2002 Productos finales de la fermentación: AGVProducción pH in vitro Efecto de la relación Forraje: concentrado (F:C) de la dieta sobre el pH ruminal 6.66.46.26.05.85.6F 0 20 40 60 80 100 C 100 80 60 40 20 0 % Lana et al.,1998 A PENSAR… 7,2 pH 6,7 6,2 5,7 Alimentación 5,2 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 c/m t/m 1 2 3 4 v/m 5 6 7 8 c/t 9 10 11 12 13 14 15 16 t/t v/t h ¿Por qué razón puede haber disminuído el pH ruminal alrededor de la hora 4? ¿siempre ocurrirá lo mismo? Entre la hora 1 y la hora 9: ¿qué cambios pueden estar ocurriendo en el ambiente ruminal? ¿Por qué razón vuelve a aumentar el pH ruminal luego de esa caída? ¿Qué dieta consideras están comiendo esos animales? Depto. Nutrición. 2006 Dinámica de pH ruminal de animales consumiendo pasturas templadas 7,2 pH 6,7 6,2 5,7 Alimentación 5,2 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 c/m t/m 1 2 3 4 v/m 5 6 7 8 c/t 9 10 11 12 13 14 15 16 t/t v/t h ¿Por qué razón puede haber disminuído el pH ruminal alrededor de la hora 4? ¿siempre ocurrirá lo mismo? Entre la hora 1 y la hora 9: ¿qué cambios pueden estar ocurriendo en el ambiente ruminal? ¿Por qué razón vuelve a aumentar el pH ruminal luego de esa caída? ¿Qué dieta consideras están comiendo esos animales? Depto. Nutrición. 2006 AGV y pH en corderos alimentados con forraje fresco 7.5 140 7.0 120 100 pH AGV, mM 6.5 6.0 80 60 5.5 40 5.0 -2 0 2 AGVt-M 4 6 pH-M 8 10 Tiempo, h Pérez-Ruchel A., 2006 Introducción Microorganismos ruminales Productos finales de la fermentación: AGV Producción Absorción – metabolización Utilización Productos finales de la fermentación: AGV Absorción • Sitios: retículo-rumen omaso, abomaso (papilas), Productos finales de la fermentación: AGV Absorción • Sitios: retículo-rumen omaso, abomaso (papilas), • Regulación del pH ruminal • Tasa de absorción: proporcional a su concentración ruminal • Absorción pasiva (no-disociados), pka= 4,9 Productos finales de la fermentación: AGVAbsorción Tasas de absorción de AGV según el pH ruminal Tasa de absorción (%/h) pKa pH = 7 pH = 4,7 Ác. Acético 4,76 0,31 0,31 Ác. Propiónico 4,87 0,33 0,35 0,68 Ác. Butírico 4,81 0,28 0,85 Ác. Láctico 3,87 -- - Ej: Acético: 60 mM Propiónico: 30 mM --- 20 min: 20 mM = 33% --- 20 min: 10 mM Calsamiglia y Ferret, 2002 Sistema Porta • 5 - 15% butirato Metabolización βOHB • 40 - 60% propionato Ác. Láctico • 50 - 70% acetato CO2 - Metano Hígado Hígado Tej. Periféricos 1- ¿por qué llega poca proporción del butirato al sistema porta? 2- ¿dónde se metaboliza? 3- ¿cuál de los AGV se metaboliza menos? 4- ¿en que se transforman esos AGV? 5- ¿lo que queda en el sist. porta, a dónde va? Introducción Microorganismos ruminales Productos finales de la fermentación: AGV Producción Absorción – metabolización Utilización Utilización de AGV Acético: Propiónico: • energía • glucosa • lípidos de la leche • lactosa de la leche • Anticetogénico Butírico: • energía para el epitelio • cetogénico • ácidos grasos superiores ác acético ác propiónico ác butírico AGV, % 60 50 fibrolíticas 40 30 amilolíticas 20 7 6.5 6.0 5.5 5.0 pH ruminal pH ruminal producción leche, kg/d grasa leche, % Forraje 80 60 40 20 Concentrado 20 40 60 80 Adaptado de Wattiaux, 2000 Introducción Microorganismos ruminales Productos finales de la fermentación: AGV Producción Absorción – metabolización Utilización BIBLIOGRAFÍA Church C. D. El rumiante. Fisiología digestiva y nutrición. 1993 Jarrige J. Alimentación de bovinos, ovinos y caprinos. 1990 McDonald, Edwards y Greenhalgh, Nutrición Animal. 2006. Van Soest P.J. Nutritional ecology of the ruminant. 1994 Eso es todo. Gracias por su atención !!!
