Nutrición Animal Tropical 14(2): 39-50. Julio-Diciembre, 2020
ISSN: 2215-3527 / DOI: 10.15517/nat.v14i2.43614
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Este trabajo formó parte de proyecto 737-B5-188, inscrito en Vicerrectoría de Investigación de la Universidad de Costa
Rica. San José, Costa Rica.
2
✉
Universidad de Costa Rica. Facultad de Ciencias Agroalimentarias, Estación Experimental Alfredo Volio Mata. Cartago,
Costa Rica. Autor para correspondencia: jorge.elizondosalazar@ucr.ac.cr (https://orcid.org/0000-0003-2603-9635).
Recibido: 30 abril 2020 Aceptado: 7 agosto 2020
Esta obra está bajo licencia internacional Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObrasDerivadas 4.0.
REVISIÓN DE LITERATURA
Estimación de la energía calórica en alimentos para ganado de leche según el modelo del
NRC (2001)
1
Jorge Alberto Elizondo-Salazar
2
✉
RESUMEN
El contenido energético de los ingredientes o raciones no puede determinarse utilizando técnicas
analíticas estándar, por lo que la mayoría de laboratorios le proveen al usuario valores de energía
estimados y en general, el usuario desconoce la manera en que se determina la concentración
energética de las materias primas o raciones utilizadas en la alimentación de vacas lecheras, por lo
que el objetivo de este documento es presentar un extracto de la metodología que utiliza el modelo
del NRC (2001) para estimar el contenido de energía en alimentos para ganado de leche. Dentro de
los pasos, se requiere calcular los nutrientes digestibles totales (NDT) en los ingredientes o en la
ración a un nivel de consumo de mantenimiento (NDT
1x
), utilizando el aporte energético que brindan
las fracciones químicas del alimento (carbohidratos fibrosos, carbohidratos no fibrosos, lípidos y
proteína cruda) medidos o calculados a partir de análisis de laboratorio y a partir de su digestibilidad
verdadera para luego, con ayuda de una serie de ecuaciones matemáticas, estimar su contenido
energético. A pesar de que ya han pasado muchos años desde la publicación de los requerimientos
nutricionales del ganado de leche, aún existe mucho desconocimiento por parte de técnicos,
estudiantes del ramo y personas relacionadas con el sector agropecuario de la manera en que se
obtiene este valor, por lo que se pretende hacer esta información más accesible a usuarios
potenciales de Costa Rica y América Latina.
Palabras clave: Nutrientes digestibles totales, requerimientos, nutrición de rumiantes, balance de
raciones, nutrimentos.
Nutrición Animal Tropical
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ABSTRACT
Estimation of caloric energy in feeds for dairy cattle according to the NRC model (2001). The energy
content of ingredients or rations cannot be determined by using standard analytical techniques, so
most laboratories provide the user with estimated energy values and the user is generally unaware
of how the energy concentration of ingredients or rations is estimated. Thus, the objective of this
document is to present an extract of the methodology used by the NRC (2001) model to determine
the energy content in feed or rations for dairy cattle. Within the steps, it is required to calculate total
digestible nutrients (TDN) in the ingredients or ration at a maintenance level (TDN
1x
) using the energy
contribution provided by the chemical fractions of the feed (fibrous carbohydrates, non-fibrous
carbohydrates, lipids and crude protein) measured or calculated from laboratory analysis and from
its true digestibility, and then with the help of a series of mathematical equations calculate its energy
content. Despite the fact that many years have passed since the publication of the nutritional
requirements of dairy cattle, there is still a lot of unawareness on the part of technicians and students
in the field of how to obtain this value, so it is intended to make this information more accessible to
potential users in Costa Rica and Latin America.
Key words: Total digestible nutrients, requirements, ruminant nutrition, ration balance, nutrients.
INTRODUCCIÓN
La energía es requerida por todos los animales para llevar a cabo un “trabajo” que, en este caso, no
solamente se refiere a llevar una carga sobre el lomo o a arrastrar una carreta, sino que tiene que
ver con ejecutar una serie de funciones metabólicas desde las más esenciales como lo son el respirar
o digerir los alimentos, hasta aquellas más demandantes como crecer, reproducirse o producir leche.
Para satisfacer los requerimientos de energía de los animales, es preciso conocer las demandas
energéticas que tienen las diferentes funciones metabólicas, el contenido de energía en los tejidos y
la leche, y la eficiencia con la que se utiliza la energía. Igualmente se requiere conocer como estas
necesidades son afectadas por la actividad física y otros agentes ambientales, como el frío o calor, y
además de todo lo anterior, es también de gran relevancia determinar la disponibilidad energética
de los ingredientes o de la ración que consumen los animales.
Es importante reconocer que la composición de los alimentos, su forma física y química, y el efecto
que tiene el consumo de materia seca sobre la digestibilidad, afectan la concentración de energía
disponible en los alimentos.
Elizondo-Salazar. Energía calórica en alimentos para ganado de leche
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Términos energéticos
Tal como se explicaba anteriormente, energía se define como la capacidad para ejecutar un trabajo.
Las células pueden realizar un trabajo al usar la energía química que se encuentra almacenada en los
alimentos. Todas las formas de energía pueden ser convertidas cuantitativamente a calor. La unidad
básica de la energía calórica es la caloría (cal) y se define como la cantidad de calor requerido para
elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado centígrado, pasando de 16,5 a 17,5 ºC (Ferrel,
1988). Una kilocaloría (kcal) representa 1000 calorías y una megacaloría (Mcal) representa 1000
kilocalorías. El Julio o Joule (J) es la unidad aceptada internacionalmente y equivale a 4,185 calorías;
sin embargo, en la mayoría de trabajos científicos publicados en el continente americano, la medida
de energía utilizada continúa siendo la caloría.
En nutrición animal, el valor energético de los alimentos o las raciones y los requerimientos del
ganado comúnmente se expresan como nutrientes digestibles totales (NDT), energía digestible (ED),
energía metabolizable (EM), energía neta para mantenimiento (EN
m
), energía neta para ganancia
(EN
g
) y energía neta para lactación (EN
L
).
En el pasado, los NDT se empleaban con mayor frecuencia, pero paulatinamente su uso ha
disminuido (Weiss, 1998), y se expresan en porcentaje, kilogramos o libras, en tanto que la energía
calórica se expresa en calorías, además los NDT solo contemplan las pérdidas por digestión,
ignorando la energía perdida por gases, orina, por producción de calor y por el trabajo que requiere
transportar los alimentos a través del tracto gastrointestinal (Kellems y Church, 1998; Weiss et al.,
1992; Weiss, 1998; NRC, 2001). Así por ejemplo, dependiendo del nivel de consumo del animal y la
composición nutricional de la dieta, la energía perdida como metano puede representar de 2 a 12%
de la energía bruta consumida (Johnson y Johnson, 1995).
En la actualidad, el sistema de energía calórica ha sido adoptado para identificar las necesidades
energéticas de los rumiantes y en la Figura 1 se presenta, de manera simplificada, el desglose o
fraccionamiento de la energía calórica.
Cuantificar la cantidad de energía total o energía bruta (EB) de los alimentos es una tarea
relativamente simple con el uso de una bomba calorimétrica; sin embargo, existe una gran
variabilidad en la digestibilidad y en el metabolismo de los animales que impide el uso de la EB para
la formulación de raciones o para la comparación entre materias primas (Weiss, 1993).
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Figura 1.
Desglose del sistema de energía (Kellems y Church, 1998).
De la energía total consumida por el bovino, no toda es utilizada por el animal, ya que parte del
alimento no se digiere y se pierde en las heces. La energía bruta, menos la energía perdida en el
alimento no digerido (energía fecal) se conoce como energía digestible (ED). La energía digestible
no presenta muchas ventajas con relación al empleo de los NDT, pues solamente considera la pérdida
de energía en las heces.
La digestibilidad de un ingrediente o una ración disminuye al incrementar el consumo de materia
seca, por lo que el modelo del NRC (2001) utiliza un descuento en la digestibilidad basado en el
consumo de energía sobre los requerimientos de mantenimiento, y se le refiere como factor de
descuento. Por ejemplo, si una vaca lactante consume 30 Mcal de EN
L
/día y solamente 10 Mcal de
EN
L
/d se requieren para mantenimiento, entonces el consumo de energía es 3 veces (3X) el
requerimiento energético de mantenimiento. En este caso, se deberá considerar un factor de
descuento en la energía que aporta la ración.
La energía digestible menos la energía perdida en la orina y en los gases como el metano (CH
4
) y
dióxido de carbono (CO
2
), se conoce como energía metabolizable (EM). La EM no contempla las
pérdidas de energía por el incremento de calor producido como resultado del metabolismo de los
nutrientes (metabolismo intermediario) y por las fermentaciones microbianas que ocurren en el
rumen y el resto del tracto gastrointestinal. Cuando estas últimas pérdidas de energía se toman en
consideración, la energía restante se denomina energía neta (EN), que será empleada por el animal
para mantenimiento (EN
m
), ganancia de peso (EN
g
) o producción de leche (EN
L
).
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La razón de este último fraccionamiento se debe a que la energía es utilizada con eficiencias
diferentes, dependiendo de la especie y de la etapa fisiológica del animal. Para el ganado bovino
adulto, tanto para mantenimiento como para producción de leche, solamente se utiliza la EN
L
, ya
que la eficiencia con que se utiliza la energía para mantenimiento (62%) es muy similar a la eficiencia
con que se utiliza la energía para la producción de leche (64%) (Moe y Tyrell, 1972).
Ecuaciones para determinar el contenido energético en ingredientes o en raciones
El contenido energético en los ingredientes o raciones no puede determinarse utilizando técnicas
analíticas estándar, por lo que la mayoría de laboratorios le proveen al usuario valores de energía
calórica estimados.
El NRC (2001) ha hecho un análisis exhaustivo para calcular la concentración energética de los
alimentos, basado en su composición química. Lo primero que se requiere es calcular los NDT en los
ingredientes o en la ración a un nivel de consumo de mantenimiento (NDT
1x
) y esto se calcula
utilizando el aporte energético que brindan las fracciones químicas sumativas del alimento
(carbohidratos fibrosos, carbohidratos no fibrosos, lípidos y proteína cruda) medidos o calculados a
partir de análisis de laboratorio y a partir de su digestibilidad verdadera (de valores conocidos o
calculados).
Los datos de calidad nutricional de las fracciones químicas que se requieren para determinar
adecuadamente el contenido energético incluyen: cenizas, fibra detergente neutro (FDN), lignina en
detergente ácido (ADL), proteína cruda (PC), ácidos grasos o extracto etéreo (AG o EE), proteína
cruda ligada a la FDN (PCFDN) y proteína cruda ligada a la fibra detergente ácido (PCFDA).
La ecuación del NRC (2001) para calcular los NDT
1x
(como porcentaje de la materia seca) se conoce
como ecuación sumativa, que pretende cuantificar la cantidad de nutrientes “verdaderamente
digestibles” o el aporte energético real que brindan los carbohidratos (como los carbohidratos no
fibrosos y la FDN), la PC, y el EE en el alimento. La cantidad de energía digestible en el alimento será
entonces calculada como la suma de la energía proveniente de la fracción verdaderamente digestible
del alimento.
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Para estimar el contenido de EN
L1X
(energía neta de lactancia una vez mantenimiento) se estiman
inicialmente los nutrientes totalmente digestibles (td) una vez mantenimiento (NDT
1x
) a partir de la
siguiente ecuación (la unidad de cada fracción es porcentaje de la MS):
NDT
1X
(%) = CNFtd + PCtd + (AGtd x 2,25) + FDNtd – 7
Donde:
- CNFtd = carbohidratos no fibrosos totalmente digestibles, que se obtienen con la ecuación:
CNFtd
= 0,98 x (100 - [(FDN - PCFDN) + PC + EE + cenizas]) x FAP
Donde:
FAP: factor de ajuste por procesamiento. Debido a que la disponibilidad del
almidón puede verse afectada por el procesamiento tanto físico como
químico. El FAP se toma en consideración para contabilizar por las
diferencias en la digestibilidad del almidón y por ende el contenido
energético del alimento. En otras palabras, este factor corrige el contenido
energético por efectos del procesamiento mecánico (molienda) o
procesamiento calórico en la disponibilidad de carbohidratos no fibrosos
(almidón) y proteína de ciertos alimentos. Puede utilizarse 0,94 para
ensilado de maíz y 1,0 para maíz molido y otros granos.
- PCtd = proteína cruda totalmente digestible, que se obtiene con las ecuaciones:
PCtd (para forrajes) = PC x e
[-1,2 x (PCFDA / PC)]
PCtd
(para alimentos balanceados) = PC x [1 - (0,4 x (PCFDA / PC))]
- AGtd =Ácidos grasos totalmente digestibles, que se obtiene con la ecuación:
AGtd = 1,0 x AG. Nota (AG = EE – 1), entonces si EE <1, AG= 0
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- FDNtd = fibra detergente neutro totalmente digestible, que se obtiene con la ecuación:
FDNtd = 0,75 x ((FDN - PCFDN) - ADL) x [1 - (ADL / (FDN - PCFDN))
0,667
]
- El 7 es un factor de ajuste por los NDT metabólico fecales.
Conversión de NDT
1x
a ED
1x
La concentración de ED, expresada como megacalorías de ED por kilogramo de MS de un alimento
cuando se consume a una vez mantenimiento, se obtiene convirtiendo los gramos de NDT
1x
a
megacalorías, utilizando la energía de combustión de 4,2; 5,6 y 9,4 Mcal/kg cuando los carbohidratos
digeridos, la PC digerida y la grasa digerida, respectivamente, son metabolizados en el cuerpo para
brindar energía.
Por lo tanto:
ED
1X
= energía digestible una vez mantenimiento (Mcal kg
-1
de MS)
ED
1X
= [(CNFtd / 100) x 4,2] + [(FDNtd / 100) x 4,2] + [(PCtd / 100) x 5,6] + [(AG / 100) x 9,4] - 0,3
Los valores de las fracciones totalmente digestibles se obtienen con las fórmulas anotadas
anteriormente (expresadas como porcentaje) y el factor 0,3 fue calculado como 7 x 0,044 Mcal por
100 g de TND metabólico fecal.
Puede notarse que el coeficiente 4,2 se utiliza para convertir tanto CNFtd y FDNtd a valores de
energía. Se utiliza el mismo valor ya que una vez que los carbohidratos han sido digeridos (o
fermentados) brindarán 4,2 Mcal kg
-1
de MS, ya sea que provengan de carbohidratos fibrosos o no
fibrosos.
Tal y como se calculó con la ecuación anterior, ED
1X
representa la energía que estará disponible para
una vaca asumiendo que su sistema digestivo tiene la capacidad y el tiempo requerido para extraer
la energía del alimento. Sin embargo, en la realidad, conforme la vaca produce más leche y consume
más alimento, la digestibilidad (y con ello el contenido energético) del alimento disminuye debido al
incremento en la tasa de pasaje en el rumen (esto es menos tiempo para la fermentación ruminal).
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Conversión de ED
1x
a ED
P
En el NRC (2001), el consumo de MS sobre mantenimiento de la ración propuesta debe conocerse
para calcular un factor de descuento que refleja la disminución en la digestibilidad de los NDT, debido
a una mayor tasa de pasaje cuando las vacas producen más y consumen más.
La ED a un nivel productivo de consumo (ED
P
) se calcula como:
ED
P
(Mcal/kg) = ED
1x
x Factor de descuento
Donde el factor de descuento se calcula como:
- [NDT
1x
- ((0,18 x NDT
1x
) - 10,3) x I] / NDT
1x
NDT
1x
son calculados tal y como se explicó anteriormente, excepto que la energía proveniente
de la grasa de la dieta por encima del 3% se excluye del cálculo de NDT
1x
.
I es el nivel de consumo expresado como el incremento sobre mantenimiento (ej. Una vaca
que consume 3x sobre mantenimiento, entonces I = 3x – 1x = 2). Con o sin descuento de
digestibilidad, el NRC (2001) asume que los NDT descontados de la dieta, nunca sean
menores a 60%, es decir, en raciones con ≤ 60% NDT el factor de descuento es 1,0 y el
descuento máximo es aquel que no permita que los NDT sea menores a 60%.
En el Cuadro 1, se muestra la magnitud del factor de descuento que se obtiene con diferentes
porcentajes de NDT y con diferentes niveles de consumo de materia seca relativo al mantenimiento.
Puede observarse como a mayor consumo, el efecto sobre la digestibilidad de los NDT es mayor y
por ende habrá una menor disponibilidad porcentual de energía.
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Cuadro 1.
Efecto del consumo de materia seca (MS) sobre el factor de descuento (%), que
implica una disminución en la digestibilidad de los nutrientes digestibles totales
(NDT).
NDT (% MS)
Consumo de materia seca relativo a mantenimiento
Factor de descuento, %
1x
3x
4x
5x
65,0
0,0
95,7
93,5
…
70,0
0,0
93,4
90,1
86,9
75,0
0,0
91,5
87,2
82,9
80,0
0,0
89,8
84,6
79,5
Conversión de ED
P
a EM a nivel productivo (EM
P
)
EM
P
(Mcal/kg) = [1,01 x ED
P
- 0,45] + [0,0046 x (EE - 3)]
El segundo término de la ecuación es un ajuste aplicable solamente a alimentos que contienen más
de 3% de EE. Este ajuste refleja una eficiencia incrementada de la ED a EM con elevadas
concentraciones de grasa en la dieta (para suplementos grasos, EM = ED).
En alimentos con menos de 3 % de EE, se utiliza la siguiente ecuación:
EM
P
(Mcal/kg) = 1,01 x ED
P
- 0,45
Conversión de EM
P
a EN
L
a nivel productivo EN
LP
EN
LP
(Mcal/kg) = 0,703 x EM
P
- 0,19 + [((0,097 x EM
P
+ 0,19) / 97) x (EE - 3)]
El segundo término de la ecuación es un ajuste aplicable solamente a alimentos que contienen más
de 3% de EE. Este ajuste refleja una eficiencia incrementada de la conversión de EM a EN (para
suplementos grasos, EN
LP
= 0,8 EM
P
).
En alimentos con menos de 3 % de EE, se utiliza la siguiente ecuación:
EN
LP
(Mcal/kg) = 0,703 x EM
P
- 0,19
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Considérese la información presentada en el Cuadro 2 como insumos necesarios para estimar la EN
L1x
de un forraje.
Cuadro 2.
Composición nutricional de un forraje para estimar su concentración de EN
L1x.
Nutriente
Concentración, % de la MS
Proteína cruda (PC)
14,00
Fibra detergente neutro (FDN)
55,00
PCFDN (PC ligada a la FDN)
1,90
PCFAD (PC ligada a la FAD)
0,90
EE (Extracto etéreo)
2,80
Cenizas
4,60
ADL (Lignina en detergente ácido)
3,70
FAP (Factor de ajuste por procesamiento)
1,00
Ejemplo de cálculo de NDT
1x
con la información del forraje presentada en el Cuadro 2
NDT
1X
(%) = CNFtd + PCtd + (AGtd x 2,25) + FDNtd - 7
CNFtd = 0,98 x [100 - (55,00 - 1,90) - 14,00 - 2,8 - 4,60] x 1,0 = 24,99
PCtd (para forrajes) = 14,00 x e
[-1,2 x (0,90/14,00)]
= 12,96
AGtd = 1,0 x (2,8 - 1,0) = 1,80
FDNtd = 0,75 x (55,00 - 1,90 - 3,70) x [1 - (3,70 / (55,00 - 1,90))
0,667
] = 30,78
NDT
1X
(%) = 24,99 + 12,96 + (1,80 x 2,25) + 30,78 - 7 = 65,78%
Conversión de NDT
1x
a ED
1x
ED
1X
= (0,042 x 24,99) + (0,056 x 12,96) + (0,094 x 1,80) + (0,042 x 30,78) - 0,3 = 2,94 Mcal kg
-1
de MS
Conversión de ED1x a EM1x
EM
1x
(Mcal kg
-1
MS) = 1,01 x 2,94 - 0,45 = 2,52 Mcal kg
-1
de MS
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Nótese que debido a que el EE es menor a 3,0; no se utilizó el segundo factor de la ecuación.
Conversión de EM
1x
a EN
L1x
EN
L1x
(Mcal kg
-1
MS) = 0,703 x 2,52 - 0,19 = 1,58 Mcal kg
-1
de MS
Nótese aquí también que debido a que el EE es menor a 3,0; no se utilizó el segundo factor de la
ecuación.
Poder determinar adecuadamente la concentración de energía de los ingredientes o de la ración es
de gran importancia, ya que animales que no llenan sus requerimientos de energía reducen la
producción láctea, pueden tener pérdidas excesivas de peso, lo que conlleva a problemas
reproductivos y además, puede ver disminuida su resistencia a enfermedades; mientras que, raciones
con exceso de energía pueden incrementar los costos de producción, producir vacas sobre
acondionadas, lo que a su vez puede conducir a problemas metabólicos y reproductivos (Weiss, 1998;
Esposito et al., 2014).
CONSIDERACIONES FINALES
El modelo del NRC (2001) utiliza la FDN, lignina, cenizas, EE o AG, PC, PCFDN y PCFDA para estimar
adecuadamente la concentración de NDT y la EN
L
para una cantidad muy diversa de ingredientes y
materias primas utilizadas en la alimentación de ganado lechero. El poder estimar la concentración
de energía en dichos materiales es de gran importancia debido a la cantidad de megacalorías que
requieren las vacas lecheras. La utilización del modelo provee un medio para hacer comparaciones
precisas del contenido energético que ayudarán a balancear raciones para suplir los requerimientos
energéticos de los animales.
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LITERATURA CITADA
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