Digestibilidades ileal y fecal en cerdos, del nitrógeno, aminoácidos, energía y componentes de la pared celular, de granos tostados de Canavalia ensiformis (L.)

Zootecnia Trop., 22(1):71-86. 2004

Digestibilidades ileal y fecal en cerdos, del nitrógeno, aminoácidos, energía y componentes de la pared celular, de granos tostados de
Canavalia ensiformis (L.)

Coromoto Michelangeli1, Gerardo Pérez, Adriana Méndez, Liliam Sívoli y Pablo Pizzani

¹Centro de Bioquímica Nutricional, Facultad de Ciencias Veterinarias.
Universidad Central de Venezuela. Apartado 4563. Maracay, Aragua. Venezuela.

Recibido: 01/03/04 Aceptado: 23/06/04

RESUMEN

Para evaluar el valor nutricional de los granos tostados (194°C x 18 min) de Canavalia ensiformis en cerdos se efectuaron dos ensayos de balance utilizando las metodologías de recolección ileal y fecal, respectivamente. En el ensayo de digestibilidad ileal, ocho cerdos machos, castrados (20 kg) fueron quirúrgicamente modificados para crear una anastomosis íleo-rectal. Adicionalmente, ocho cerdos intactos (29,5 kg) fueron empleados para estimar la digestibilidad fecal. En ambos experimentos, los coeficientes de digestibilidad aparente de la materia seca, nitrógeno, fibra detergente neutra (FDN). fibra detergente ácido, extracto etéreo, aminoácidos y energía fueron determinados. Se realizaron análisis químicos de los granos crudos y tostados de canavalia, incluyendo el contenido de canavanina y la actividad hemaglutinante, como un indicio de la presencia de la lectina Concanavalina A. Se formuló una dieta basal, la cual fue mezclada con 20% de canavalia tostada. En comparación con los granos crudos, el tostado resultó en un aumento de las fracciones FDN y hemicelulosa y una disminución del almidón disponible y el contenido total de aminoácidos. La canavanina fue reducida en un 95% y no se detectó actividad hemaglutinante. Los granos tostados presentaron bajos coeficientes de digestibilidad ileal y fecal de la materia seca, nitrógeno, aminoácidos y FDN. Se concluye que aun cuando el tostado logró eliminar casi totalmente los factores antinutricionales presentes en los granos crudos de canavalia, la calidad nutricional de los granos tostados para cerdos en crecimiento es baja.

Palabras Clave: Canavalia ensiformis, tostado, digestibilidad, aminoácidos, cerdos.

Ileal and faecal digestibilities of nitrogen, amino acids, energy, and cell wall components of toasted jackbean [Canavalia ensiformis (L.)] in pigs

SUMMARY

Two experiments were conducted to evaluate the ileal and faecal digestibilities of various dietary components of toasted Canavalia ensiformis (l94±2°C x 18 min) in pigs. Eight castrated male pigs (20 kg, on the average) were surgically modified to create an íleo rectal anastomosis for use in an ileal digestibility trial. In addition, eight pigs (29.5kg) were used in a fecal digestibility tríal. In both experiments, apparent digestibility coefficients of dry matter, nitrogen, neutral detergent fibre (NDF), acid detergent fibre (ADF), ether extract, energy and amino acids were estimated. Chemical analysis of raw and toasted canavalia, including canavanine and haemoagglutinating activity, were determined. A standard basal diet was prepared. Twenty percent of toasted canavalia were mixed thoroughly with the basal diet. The data indicated that toasting of raw canavalia seeds reduced total amino acids and their digestibilities in approximately 50%. The original canavanine content in raw canavalia beans was reduced by 95% following toasting. No haemagglutination activity was detected in toasted canavalia beans. NDF and ADF contents in the raw seeds were markedly increased due to the toasting procedure employed. Total amino acid digestibility in toasted seeds was estimated to be 52.8%. In summary. although toasting the raw beans of Canavalia ensiformis at 194°C/18min was effective to reduce or abolish the antinutricional effects of the raw seeds, the resulting nutritional value of the toasted seeds for growing pigs was rather low.

Key words: Canavalia ensiformis, toasting, digestibility, amino acids, pigs.

INTRODUCCIÓN

Extensa investigación se ha conducido para evaluar el valor nutricional de los granos de Canavalia ensiformis (L.) (Canavalia) en aves (D'Mello y Walker, 1991; Melción et al., 1994; Pizzani, 1999) y en cerdos (Risso, 1984; León et al., 1993). A pesar de su potencial nutritivo, revelado por su composición química (Melción et al., 1998), los resultados obtenidos hasta ahora indican que, aun en cantidades no mayores de 5% en la dieta, los cerdos muestran marcado rechazo a consumir dietas que contienen canavalia cruda (Risso, 1984). Esta respuesta ha sido atribuida a la presencia de factores antinutricionales (FAN) presentes en los granos crudos, principalmente la lectina Concanavalina A (Con A) (León et al., 1991) Y a un aminoácido no-proteínico de estructura similar a la arginina, denominado canavanina (Michelangeli y Vargas, 1994; Viroben y Michelangeli, 1997; Michelangeli et al., 1997).

Distintos procedimientos han sido evaluados para disminuir los efectos antinutricionales de los granos crudos de canavalia y mejorar su valor nutricional, con variados resultados. Tales procedimientos han incluido el autoclavado (D'Mello y Walker, 1991); el ensilado de los granos en soluciones aIcalinas (Risso,1984); extrusión (Melción et al., 1994; Melción et al., 1998) y el tostado (Campos, 1994; Pizzani, 1999). Los resultados mas promisorios han sido obtenidos con el tostado de los granos intactos (Campos, 1994) o convertidos a harina, en dietas para pollos de engorde (Pizzani, 1999).

El valor nutricional de los granos tostados de canavalia en cerdos, no ha sido investigado. En consecuencia, dos experimentos fueron conducidos para determinar la digestibilidad de la energía, de los aminoácidos y de componentes de la pared celular de los granos tostados de canavalia, utilizando cerdos mestizos destetados.

MATERIALES y MÉTODOS

Es de interés señalar que el planteamiento original para la conducción de la presente investigación incluyó la utilización de la harina de granos crudos (sin tostar) de canavalia, el cual representaría el tratamiento control para evaluar los efectos del tostado sobre el valor nutricional de dichos granos. Sin embargo, en un ensayo preliminar, los cerdos mostraron un rechazo total a consumir las dietas que contenían la harina de granos crudos. Similares resultados fueron reportados por Risso (1984). En consecuencia, los ensayos de digestibilidad se condujeron solamente con los granos tostados aunque es posible comparar el efecto del tostado sobre la composición química y nutritiva de los granos crudos.

Tostado de los granos y análisis químicos

Se utilizaron granos. enteros de canavalia (Cultivar Original), los cuales fueron procesados en un tostador eléctrico para café (Sasa-Samiac, modelo GE 5/7. P.O. Box 9-F-59360, Le Cateu, Francia) de 5-7 kg de capacidad y con una velocidad de rotación de 50 rpm. El tostador estaba dotado de 6 resistencias eléctricas de 2000w cada una y de un pirómetro que registra la temperatura del aire dentro del tambor y, de otro pirómetro digital, conectado a un termómetro que registra la temperatura de las paredes del tambor. Una descripción mas detallada del tostador utilizado ha sido publicada por Melción et al. (1998).

Los granos crudos (sin tostar) y los tostados fueron analizados para materia seca (MS: 105°C/24 h); proteína cruda (N Kjeldahl x 6,25), almidón disponible, (Holm et al., 1986); extracto etéreo (6h de extracción con éter etílico). Los componentes de la pared celular fueron determinados de acuerdo a los procedimientos de Van Soest: Fibra Detergente Neutro (FDN) (Van Soest y Wine, 1967); Fibra Detergente Ácido (FDA); Hemicelulosa; Celulosa y Lignina (Van Soest y Wine, 1967).

La actividad hemaglutinante de las harinas, debida a la presencia de la Con A, fue determinada de acuerdo a Kolhe y Kaus (1980). La concentración de cada aminoácido, incluyendo la canavanina, se determinó por cromatografía de intercambio iónico de acuerdo a la metodología propuesta por Spackman et al., (1958). Triptófano no fue determinado. El contenido de Con A y de canavanina fueron utilizados como criterios para seleccionar, en ensayos preliminares, la condición de tostado que permitió obtener los menores valores de estos factores antinutricionales. La condición seleccionada para tostar los granos evaluados en los ensayos de balance fue 194±2 °C durante 18 min.

Digestibilidades ileal y fecal

Para estimar la digestibilidad ileal se utilizaron 8 cerdos capones mestizos de las razas Y orkshire, Landrace, Duroc y Hampshire, con un peso promedio de 20±1,5 kg, alojados individualmente en jaulas metabólicas. Cada cerdo fue intervenido quirúrgicamente, de acuerdo a lo descrito por La Place et al., (1989) para crear una anastomosis ileo-rectal pero, en lugar de utilizar una cánula, la sección ceco-cólica del intestino fue suturada a la pared abdominal externa. El periodo experimental comprendió 3 días de adaptación a la dieta seguido de 2 días de recolección total de la ingesta ileal y de la orina. Para la medición de las digestibilidades ileal y fecal, se formularon 2 dietas basales con 18 y 15% de proteína cruda, respectivamente. En los ensayos de balance, cada dieta basal fue mezclada con harina de granos tostados de canavalia en proporción 80:20, en base a peso. Los análisis calculados de las dietas basales y los determinados de las dietas experimentales con canavalia tostada, se presentan en el Cuadro 1.

Cuadro 1. Composición de las dietas basales (B) y análisis determinado de las dietas B+20% de canavalia tostada (CT). utilizadas en las pruebas de digestibilidad ileal (DI) y fecal (DF) †.

Ingredientes	Dietas Basales

	D. Ileal	D. Fecal

	------------------------%------------------------
Maíz amarillo molino	68,69	78,55
Harina de soya	27,45	18,92
Fosfato dicálcico	1,22	0,85
Carbonato de Cálcio	0,80	0,83
Sal Iodada	0,25	0,25
Premezcla Vitaminas ‡	0,50	0,50
Premezcla Mineral §	0,10	0,10

Análisis calculado ₤

Proteína Cruda(%)	18,0	15,0
Ca (%)	0,70	0,60
P total (%)	0,60	0,50
E M (kcal/kgMS)	3267	3267

Análisis Determinado	B+20%CT	B+20%CT

MS	93,0	93,9
PC	20,5	18,5
EE	2,4	3,9
FDN	21,2	19,4
FDA	5,9	6,3
Hemicelulosa.	15,3	13,1
Celulosa	5,2	5,0
Lignina	2,2	2,3
Cenizas	6,3	4,3
ED (kcal/kgMS)	2690	3518

†Base fresca. ‡ Proporciona las siguientes cantidades por kg de dieta: Vitamina A, 7000 UI; Vitamina D3, 2000, Vitamina E, 5UI; Vitamina K3, 2mg; Tiamina, 1.5 mg; Riboflavina, 4mg; Piridoxina, 3mg; Vitamina C, 70mg; Ácido nicotínico, 20mg; Acido pantoténico, 8 mg; Colina, 130 mg; Antioxidante, 50mg; Aceite Vegetal, 50mg. § Proporciona las siguientes cantidades por kg de dieta; Se, 0.23 mg; Mn, 50mg; Zn, 60mg; Cu. 40mg; I, 1 mg; Fe, 80mg; Co, 0.10 mg. ₤ Calculado usando los valores tabulados para cada ingrediente (NRC. 1968).

En cada ensayo de digestibilidad, la dieta B+20% de CT fue suministrada a los cerdos en una cantidad diaria equivalente al 7% de su peso metabólico, en 2 porciones iguales a las 08:30 y 15:30, respectivamente. Las dietas fueron mezcladas con agua (1:1 peso / volumen) a fin de estimular el consumo y evitar el desperdicio de alimento. El agua se suministró a voluntad mediante bebederos automáticos.

Las digestas ileales fueron recolectadas durante 48 h, luego de lo cual fueron pesadas y mezcladas. Se tomaron muestras por duplicado, congeladas (-20°C), liofilizadas, finamente molidas (1mm) y sometidas a análisis químicos. La orina fue recolectada diariamente en recipientes de 20 L que contenían 40 mL de HCI al 15%. Posteriormente, se tomó una alícuota equivalente al 20% del total y congelada a -20°C.

En la prueba de digestibilidad fecal se utilizaron 8 cerdos mestizos con un peso promedio de 29±1,2 kg. El manejo general de los animales y las dietas fue similar al descrito anteriormente para la prueba de digestibilidad ileal pero el período de adaptación duró 5 días, seguido de 5 días de recolección de heces y orina. Las heces fueron recolectadas cuantitativamente 2 veces al día, pesadas y congeladas (-20°C). Al finalizar el periodo experimental, las heces fueron descongeladas, mezcladas y se tomaron muestras por duplicado para su posterior secado, molido y análisis.

Las muestras de heces y orina fueron analizadas para energía bruta en una Bomba Adiabática (Parr, Moline. Illinois). La estimación de la digestibilidad ileal y fecal de cada nutriente o componente químico bajo estudio, se efectuó de acuerdo a las ecuaciones generales propuestas por Fan et al. (1995).

RESULTADOS

Los datos de los Cuadros 1 y 2 revelan que el tostado de los granos de canavalia, fue efectivo para reducir los FAN de los granos crudos. El aminoácido toxico, canavanina fue reducido en un 95% y la actividad hemaglutinante de la Con A fue completamente abolida. El tostado resultó en un incremento marcado de la FDN y de la hemicelulosa, El contenido del almidón disponible de la semilla cruda disminuyó en un 58,6% al tostarla. El Cuadro 3 muestra que el contenido de aminoácidos de los granos crudos fue reducido por el tostado.

Cuadro 2. Composición química y contenido de factores antinutricionales de los granos crudos y tostados de Canavalia ensiformis.

Componentes	Canavalia

	Cruda	Tostada†

	-------------------------%-------------------------
MS	91,1	95,6
PC	24,3	23,3
EE	3,4	3,2
Almidón disponible	37,2	15,4
FDN	29,4	40,2
FDA	10,9	11,9
Hemicelulosa	8,5	28,0
Celulosa	8,7	10,2
Lignina	3,4	1,9
Cenizas	3,3	3,4
Canavanina	3,64	0,20
Titulo hemaglutinante	+5	Negativo

†Los granos crudos fueron tostados a 194±2 ºC durante 18 min.

En el Cuadro 4 presenta los coeficientes de digestibilidad ileal aparente de diferentes fracciones químicas del grano de canavalia tostada. Los valores obtenidos para la digestibilidad ileal aparente de la materia seca, del nitrógeno, extracto etéreo y de la energía fueron 46.0%, 30.9%, 61,6% Y 2118 kcal/kg MS, respectivamente. El contenido de energía digestible fue de 3146 kcal/kg MS.

El coeficiente de digestibilidad ileal promedio de los aminoácidos totales de la canavalia tostada fue de 52,8%, observándose un rango de digestibilidad que varió entre 18,7 y 75,4% para metionina y fenilalanina, respectivamente (Cuadro 5), lo cual se corresponde con la baja digestibilidad ileal del N para los granos tostados (Cuadro 4).

Cuadro 3. Perfil aminoácidos de los granos crudos y tostados de Canavalia ensiformis.

Aminoácidos‡	Canavalia

	Cruda	Tostada†

	-------------------------%-------------------------
Treonina	1.17	0.56
Valina	1.12	0.57
Isoleusina	1.12	0.53
Leucina	2.21	1.16
Fenilalanina	1.57	0.78
Histidina	1.39	0.69
Lisina	2.04	0.90
Arginina	0.98	0.51
Metionina	0.33	0.18
Cistina	0.29	0.16
Aspartado	3.11	1.38
Serina	1.24	0.61
Glumato	3.52	1.72
Alanina	0.77	0.40

Aminoácidos totales	22.17	10.82

‡Base seca †Los granos crudos fueron tostados a 194±2 ºC durante 18 min.

Cuadro 4. Digestibilidad ileal y fecal aparente de los granos tostados de Canivalia ensiformis†.

Componentes	Digestibilidad Aparente

	Ileal	Fecal

	---------------------%---------------------
MS	46,0±0,8	74,0±6,5
Nitrogeno	30,9±0,5	42,0±0,5
EE	99,8±0,1	61,6±1,0
Almidón disponible	40,2±0,5	68,5±0,9
FDN	55,0±2,0	50,5±1,5
FDA	7,0±0,2	1,0±0,2
ED/E bruta	45,0±0,7	69,4±0,6
ED (jcal/kg MS)	2118±70	3146±85

†Los granos crudos de Canivalia ensiformis fueron tostados a 194±2 ºC durante 18 min.

*Cuadro 5. Digestibilidad ileal aparente de los aminoácidos de granos tostados de Canivalia ensiformis†.*

Aminoácidos ‡	Digestibilidad Ileal (%)

Treonina	58,85±0,98
Valina	65,00±0,31
Isoleucina	63,90±0,24
Leucina	49,95±0,40
Tirosina	33,30±0,39
Fenilalanina	75,40±0,29
Histidina	65,50±0,21
Lisina	57,00±0,53
Arginina	48,95±0,18
Metionina	18,65±0,80
Cistina	25,68±0,73
Aspartato	63,75±0,28
Serina	49,15±0,58
Glutamato	68,25±0,20
Alanina	55,95±0,43

Promedio ± DE	52,75±16

†Los granos crudos de Canivalia ensiformis fueron tostados a 194±2 ºC durante 18 min. ‡Coeficientes de digetibilidades calculados a partir de los resultados obtenidos para las dietas basales (B) y B + 20% de granos tostados de Canivalia ensiformis según la formula: Dig. Ileal = B - [0,80* (B + 20% CT]/ 0,20.

DISCUSIÓN

La composición química de los granos de canavalia crudos fue similar a la reportada por Rodríguez y Torne (1991). La reducción del contenido de canavanina fue más efectiva al compararlo con otros tratamientos térmicos aplicados a los granos de canavalia, tales como autoclavado (D'Mello y Walker, 1991) o extrusión (Melción et al., 1994). Adicionalmente. no se observó actividad hemaglutinante en la harina tratada, indicando que el calor anuló la actividad de la Con A, coincidiendo con trabajos reportados por Cole (1993); Campos (1994) Y Pizzani (1999).

El tostado no afectó los contenidos de proteína cruda, extracto etéreo y cenizas presentes en la canavalia cruda (Cuadro 2), pero aumentó el contenido de las distintas fracciones de la fibra, principalmente la FDN y la hemilcelulosa. Asimismo, se observó una disminución del contenido del almidón disponible.

Ha sido señalado que tratamientos térmicos drásticos incrementan el contenido de la fibra en granos de Phaseolus sp (Hughes y Swanson, 1989); sin embargo, procesos térmicos menos drásticos como la extrusión a 120°C empleada por Cross et al. (1991) en granos de Lupino ocasionó, una disminución de la FDN. Por su parte, Walhaim (1989) reportó una disminución del contenido de fibra cuando sometieron a extrusión (140 - 180°C) granos de guisantes, pero este valor incrementó, cuando la temperatura alcanzó los 220°C. Este efecto fue atribuido a una destrucción y solubilización de la pared celular a temperaturas menores a 140°C. Esta temperatura es muy inferior a las utilizadas en el presente trabajo, el cual confirma que altas temperaturas y largos tiempos de procesamiento aumentan la fracción fibra y sus componentes (FDA y FDN). Cole (1993) también observó un aumento de la FDN en granos de canavalia tratados a 300°C x 10-16 min. Aumentos en el contenido de FDN han sido asociados con reducciones en la digestibilidad y utilización de los componentes no fibrosos de la dieta (Schulze et al., 1994; 1995).

Por otra parte, la formación de almidón resistente a la digestión (Tovar et al., 1992) asociado a la formación de amilosa retrogradada (Leloup et al., 1992); complejos amilosa - lípidos y productos de las reacciones de Maillard (Björck et al., 1987) han sido propuestos como compuestos químicos que contribuyen a incrementar los componentes de la fibra en los alimentos sometidos a altas temperaturas, conduciendo a una sobreestimación de la FDN, debido a que estos complejos insolubles son menos susceptibles a la hidrólisis y pueden contaminar el residuo de FDN afectando la determinación de esta fracción por el procesamiento de Van Soest (Melción et al., 1998). En el presente trabajo, la formación de este tipo de complejos con el almidón podría explicar el aumento de la fracción FDN y la disminución significativa del contenido de almidón disponible del grano tostado en relación con el grano crudo, así como la disminuida digestibilidad del almidón (Cuadro 4).

Los granos tostados de canavalia presentaron valores de energía digestible (3146 kcal/kg MS), similares a los obtenidos con granos de soya tostados en dietas para cerdos en crecimiento (Kim et al., 2000; Woodworth et al., 2001).

Como era de esperarse, la digestibilidad fecal de la energía bruta de los granos tostados de canavalia (Cuadro 4) fue 34% superior a la ileal y estuvo en correspondencia con una mayor digestibilidad fecal de la materia seca (74%). Este valor es similar al reportado en lechones por Van der Poel et al., (1990) para granos de Phaseoulus vulgaris autoclavados a 105°C por 20-80 min. (71-83%) e inferior a los resultados obtenidos en cerdos para la harina de soya (Yin et al., 1993). El tostado de los granos también redujo en 50% el contenido de la mayoría de los aminoácidos presentes en los granos crudos (Cuadro 3). En este sentido, Pizzani (1999) reportó que el tostado de harina de granos de canavalia (200°C x 10min) también redujo en contenido de aminoácidos de la canavalia cruda en un 30% aproximadamente observando las mayores reducciones en los aminoácidos metionina, cistina y arginina. Bressani y Sosa (1990) observaron que el tostado de los granos de canavalia a 170°C x 15 min, redujo considerablemente el contenido de arginina, lisina y metionina + cistina. D'Mello et al., (1993) reportaron que la cisteina se destruyó totalmente luego de tratar los granos de canavalia en autoclave (120°C x 60 min). Por otra parte, ha sido señalado que el calor no afecta de manera uniforme a todos los aminoácidos y pareciera que la lisina y los aminoácidos azufrados son los más susceptibles (D'Mello et al., 1993).

Parsons et al. (1992) reportaron reducciones en el contenido total y disponible de ciertos aminoácidos en muestras de harina de soya sobre procesada. En el presente trabajo, además de la reducción en el contenido total de aminoácidos, se observó una baja digestibilidad ileal de los aminoácidos en los granos debido al tostado. Similares resultados, han sido obtenidos en cerdos para otros granos leguminosos (Rodríguez y Bayley, 1987; Kim et al., 2000).

El aumento en la fracción FDN de los granos tostados, pudiera explicar la reducción de la digestibilidad del nitrógeno ya que se ha reportado que aumentos en el contenido de FDN en la dieta resultan en pérdidas mayores de nitrógeno, tanto de origen endógeno como exógeno, causando una disminución en la digestibilidad ileal aparente del nitrógeno (Schulze et al., 1994) y de los aminoácidos (Lenis et al., 1996). Se ha sugerido también que la fibra podría comportarse como una "trampa" para los aminoácidos y péptidos, disminuyendo así su absorción intestinal. Huang et al. (2001) encontraron una correlación negativa entre la digestibilidad de los aminoácidos y la proteína cruda, asociada a la FDN, en cerdos. La digestibilidad ileal aparente del nitrógeno para la canavalia tostada fue de 30,9%. Este resultado es inferior al reportado por Yin et al. (1993) para granos de canavalia autoclavados (105°C x 30min) determinado en cerdos, el cual fue de 56%.

CONCLUSIONES

1. El tostado de los granos crudos de Canavalia ensiformis a 194°C por 18min redujo el contenido inicial de canavanina en 95% y eliminó totalmente la actividad hemaglutinante.

2. El tostado redujo en 50% el contenido total de aminoácidos presentes en los granos crudos. El almidón disponible también fue reducido en 58,6%, en los granos tostados. Las fracciones de FDN y hemicelulosa en los granos tostados se incrementaron en 36,7 Y 33,9%, respectivamente.

3. La digestibilidad fecal aparente de la materia seca fue de 74% y la energía digestible de los granos tostados fue de 3146 kcal/kg MS. En general, la digestibilidad promedio de los aminoácidos contenidos en los granos tostados fue de 52,8%.

AGRADECIMIENTO

Esta investigación fue financiada por el FONACIT (Proyecto No. S1-2545); FUNDACITE Aragua y el Consejo de Desarrollo Científico y Humanístico de la Universidad Central de Venezuela (CDCH).

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