Pasture Science
Bromatological
characterization of three agricultural wastes of interest in ruminants
feeding, in Sinaloa, Mexico. Technical note
[1] Eje
de Producción Animal de la Facultad de Agronomía. Universidad Autónoma
de Sinaloa, Apartado Postal 80007, Culiacán de Rosales, Sinaloa, México
[2] Instituto de Ciencia Animal, Apartado Postal 24, San José de Las Lajas, La Habana, Cuba
[*] Email: ebrio_1288@hotmail.com
Abstract
In order to characterize the bromatological composition of three agricultural wastes: maize (Zea mays), sorghum (Sorghum sp.) and chickpea (Cicer arietinum)
in Sinaloa state, Mexico, selected for their possibilities of use in
ruminants feeding, was determined to the samples (n = 21) of these
by-products the percentage of crude protein, neutral detergent fiber,
acid detergent fiber, hemicellulose and cellular content. The crude
protein, neutral detergent fiber, acid detergent fiber and cellular
content showed differences (P ˂ 0.0001) between treatments, while
hemicellulose was similar in the three agricultural wastes. The obtained
results show that the chickpea waste has a better chemical composition
than the rest. They also suggest performing physiological tests on
ruminants to determine the inclusion levels and potential use of wastes,
in order to determine their nutritional value.
Key words:
chemical composition; harvest wastes; maize; sorghum; chickpea.
In
Sinaloa state, approximately 5 million tons of agricultural wastes are
generated per year, which can be used to feed livestock. However, it is
far from achieving an efficient use of these resources, since the
average use of these by-products in livestock feeding approaches 45 % of
the total available (SIACON-SIAP 2017).
The vast majority is simply burns in the field, causing serious problems
of environmental pollution, or is underused due to ignorance of its
nutritional value and limitations, in terms of the response of the
animals to their inclusion in the diet.
The
wastes are characterized by being fibrous materials rich in structural
carbohydrates of low digestibility and content of protein, minerals and
vitamins. They are composed by the fraction of lower digestibility and
nutritional value, because as the plant ages and finish its productive
cycle, it stores in the fruit the nutrients. However, they can be used
as supplements in diets or rations of ruminants, especially in critical
times due to lack of forage and food (Reyes et al. 2013).
They can also be used as a complement in exploitation systems, where
the energy demand is lower in some productive phase of these animals.
There
is a great variation in the chemical composition of the different
wastes, and this, in turn, has marked effects on the degree of use by
the animal, since the cell wall plays an important role in the
efficiency of use of the structural polysaccharides by ruminants. This
variability must be taken into account if it is desired to make a more
efficient use of the nutritional potential of these wastes (Tirado, 2011).
In
the region of Sinaloa state up today, there are no comprehensive
chemical characterization studies of agricultural wastes, which allow
determining the main differences between their bromatological
characteristics. This information would allow designing adequate feeding
programs for the tropical zones, when knowing the strategic nature of
these by-products as an unconventional source of food.
The objective of this study was to characterize the bromatological composition of three agricultural wastes: maize (Zea mays), sorghum (Sorghum sp.) and chickpea (Cicer arietinum) from Sinaloa state, Mexico, selected for their possibilities of use in ruminants feeding.
The
research was carried out in the zootechnical area and in the laboratory
of animal nutrition from Facultad de Agronomía de la Universidad
Autónoma de Sinaloa, México. This facility is located in the center of
the state, in Culiacán municipality, at a longitude of 107° 24 'and
latitude 24° 49' north and height of 62 m o.s.l. The annual average
temperature is of 24.9 °C, being the minimum of 19.4 °C in January, and
the maximum of 29.3 °C in May. The climate is warm and semi-dry, with an
annual rainfall of 671.7 mm.
It worked with
three agricultural wastes (maize, sorghum and chickpea), from Unión
Ganadera Regional de Sinaloa (UGRS). This government agency is located
in the capital of (Culiacán) state and is responsible for receiving in
its warehouses agricultural wastes produced in the different
municipalities of Sinaloa state. In order to obtain representative
samples from all over the state, the wastes were sampled at random by
the use of sample taker when they arrived at the storage site in the
UGRS.
A total of twenty-one random samples were
taken for the chemical analyzes of the wastes. The dry, unprocessed
material was milled in a Thomas Willey # 4 mill, for which a 1 mm mesh
sieve was used. The samples were packed in glass bottles, hermetically
sealed and stored at room temperature until their analysis (Herrera et al. 1986).
The analyzes corresponding to crude protein (CP) were determined by AOAC (2016). The neutral detergent fiber (NDF), acid detergent fiber (ADF), hemicellulose (HEMI) and cellular content (CC) according to Goering and van Soest (1970).
A
completely randomized design was used for the variables CP, NDF, ADF,
HEMI and CC. The treatments were the wastes of maize, chickpea and
sorghum. The results were processed using the Infostat statistical
package (Di Rienzo et al. 2012). Duncan (1955) test was applied for means comparison (P˂0.05). The samples were analyzed in triplicate.
The results of the chemical characterization of the different wastes showed a higher CP content for the chickpea waste (figure 1). The values of the chickpea were highly significant with respect to those of maize and sorghum.
Figure 1.
Performance of CP (%) among agricultural wastes.
The CP results are comparable with those of Sánchez et al. (2012), when analyzing maize stubble.
However, they differ from those obtained by Aghajanzadeh et al. (2012) with chickpea straw. Generally, the CP results for agricultural wastes were low. In this regard, Serrato et al. (2013) refers the low nutritional value of these by-products, which corresponds with the results obtained in this study.
According to Macías (2015),
there is great variation in the chemical composition of wastes, due to
the species. The higher protein levels in chickpea waste may be related
to the influence of this factor on nutritional quality. Legume straws
generally contain more protein than cereal straws (Aghajanzadeh et al. 2012).
These
results show that the quality, measured according to the CP content, is
given by the type of forage species. Although the CP content can also
vary depending on the season of the year, climate and agronomic
management (Macías 2015).
The percentages of NDF, ADF, HEMI and CC of the agricultural wastes evaluated are shown in table 1.
The agricultural waste of chickpea showed lower (P <0.0001) fibrous
content (NDF = 68.38 %, ADF = 42.86 %) and higher cellular content (CC =
31.60 %) with respect to the rest of the evaluated materials. The maize
waste was the crop residue that showed the highest (P <0.0001) cell
wall content (NDF = 72.23%), lignocellulosic complex (ADF = 47.11 %) and
cellular content (CC = 27.71 %).The hemicellulose (HEMI) showed no
differences between treatments.
Table 1.
Performance of the fibrous fractions (%) among agricultural wastes
a, b, c Means with different letters in the same row differ to P <0.05 for Duncan (1955)
The results obtained in this experiment, in terms of fibrous fractions, are comparable with those of Sánchez et al. (2012),
who reported NDF contents between 70.54 and 72.04 % and 42.60 and 46.53
% of ADF for maize stubble. However, they are superior to those of Serrato et al. (2013),
who reported figures of 66 % (NDF) and 40 % (ADF) for the agricultural
waste of sorghum, values that are typical of foods of low nutritional
quality, which can be as a complement in rations for ruminants at times
of the year in which the base grass is scarce.
The
developed studies allowed identifying differences from the quantitative
point of view among the wastes, in terms of chemical composition. In
addition, they showed that the chickpea waste had a higher nutritional
quality than maize and sorghum. However, physiological studies and of
interaction with the animal are necessary to determine the nutritional
value and the possible differences that may exist between the wastes and
its potential in ruminants feeding as an alternative of use, when the
availability of nutrients is low.
En
el estado de Sinaloa se generan al año, aproximadamente, 5 000 000 t de
esquilmos agrícolas que pueden ser utilizados para alimentar el ganado.
Sin embargo, se está lejos de lograr un uso eficiente de estos
recursos, ya que el promedio de aprovechamiento de estos subproductos en
la alimentación del ganado se aproxima al 45 % del total disponible (SIACON-SIAP 2017).
La gran mayoría simplemente se quema en el terreno, provocando graves
problemas de contaminación ambiental, o se subutiliza por el
desconocimiento de su valor nutritivo y limitaciones, en cuanto a la
respuesta de los animales ante su inclusión en la dieta.
Los
esquilmos se caracterizan por ser materiales fibrosos, ricos en
carbohidratos estructurales de baja digestibilidad y contenido de
proteína, minerales y vitaminas. Están compuestos por la fracción de
menor digestibilidad y valor nutritivo, porque al envejecer la planta y
terminar su ciclo productivo, almacena en el fruto las sustancias
nutritivas. Sin embargo, pueden ser utilizados como suplementos en
dietas o raciones de los rumiantes, sobre todo en épocas críticas por
falta de forraje o alimento (Reyes et al., 2013).
También se pueden emplear como complemento en sistemas de explotación,
en los que la demanda de energía es menor en alguna fase productiva de
estos animales.
Existe una gran variación en la
composición química de los diferentes esquilmos, y esta, a su vez, tiene
efectos marcados en el grado de aprovechamiento por parte del animal,
ya que la pared celular desempeña una función importante en la
eficiencia de utilización de los polisacáridos estructurales por parte
de los rumiantes. Esta variabilidad se debe tomar en cuenta, si se desea
hacer un uso más eficiente del potencial nutricional de estos residuos (Tirado 2011).
Hasta
la fecha, en la región del estado de Sinaloa, no existen estudios
integrales de caracterización química de los esquilmos agrícolas, que
permitan determinar las principales diferencias entre sus
características bromatológicas. Esta información permitiría diseñar
programas de alimentación adecuados para las zonas tropicales, al
conocer el carácter estratégico de estos subproductos como fuente de
alimento no convencional.
Este trabajo tuvo como objetivo caracterizar la composición bromatológica de tres esquilmos agrícolas: maíz (Zea mays), sorgo (Sorghum sp.) y garbanzo (Cicer arietinum), del estado de Sinaloa, México,seleccionados por sus posibilidades de uso en la alimentación de rumiantes.
La
investigación se realizó en la posta zootécnica y en el laboratorio de
bromatología y nutrición animal de la Facultad de Agronomía de la
Universidad Autónoma de Sinaloa, México. Esta instalación se halla en el
centro del estado, en el municipio Culiacán, a una longitud 107° 24’ y
latitud 24° 49’ norte y altura de 62 msnm. La temperatura media anual es
de 24.9 °C, siendo la mínima de 19.4 °C en enero, y la máxima de 29.3
°C en mayo. El clima es cálido y semiseco, con precipitación anual de
671.7 mm.
Se trabajó con tres esquilmos agrícolas
(maíz, sorgo y garbanzo), procedentes de la Unión Ganadera Regional de
Sinaloa (UGRS). Esta dependencia gubernamental radica en la capital del
estado (Culiacán) y se encarga de recibir en sus bodegas a los esquilmos
agrícolas producidos en los diferentes municipios. Con la finalidad de
obtener muestras representativas de todo el estado, los esquilmos se
muestrearon al azar mediante el uso de caladores cuando llegaron al
sitio de almacenamiento en la UGRS.
Se tomaron 21
muestras aleatorias para los análisis químicos de los esquilmos. El
material seco, sin procesar, se molió en un molino Thomas Willey # 4,
para lo cual se utilizó un cedazo con malla de 1 mm. Las muestras se
envasaron en frascos de cristal, con cierre hermético y se almacenaron a
temperatura ambiente hasta su análisis (Herrera et al. 1986).
Los análisis correspondientes a la proteína bruta (PB) se determinaron por AOAC (2016). La fibra detergente neutro (FDN), fibra detergente ácido (FDA), hemicelulosa (HEMI) y contenido celular (CC) según Goering y van Soest (1970).
Se
utilizó un diseño completamente aleatorizado para las variables PB,
FDN, FDA, HEMI y CC. Los tratamientos fueron los esquilmos de maíz,
garbanzo y sorgo. Los resultados se procesaron mediante el paquete
estadístico Infostat (Di Rienzo et al. 2012). Se aplicó dócima de Duncan (1955) para la comparación de medias (P˂0.05). Las muestras se analizaron por triplicado.
Los
resultados de la caracterización química de los diferentes esquilmos
evidenciaron mayor contenido de PB para el esquilmo de garbanzo (figura 1). Los valores del garbanzo fueron altamente significativos con respecto a los de maíz y sorgo.
Figure 1.
Performance of CP (%) among agricultural wastes.
Los resultados de PB son comparables con los de Sánchez et al. (2012), al analizar el rastrojo de maíz. Sin embargo, difieren de los obtenidos por Aghajanzadeh et al. (2012) con paja de garbanzo.
De forma general, los resultados de PB para los esquilmos agrícolas fueron bajos. Al respecto, Serrato et al. (2013)
refieren el poco valor nutritivo de estos subproductos, lo que se
corresponde con los resultados obtenidos en el presente estudio.
Según Macías (2015),
existe gran variación en la composición química de los esquilmos,
debido a la especie. Los niveles superiores de proteína en el esquilmo
de garbanzo pudieran estar relacionados con la influencia de este factor
en la calidad nutricional. Las pajas de las leguminosas contienen,
generalmente, más proteína que las pajas de los cereales (Aghajanzadeh et al., 2012).
Estos
resultados indican que la calidad, medida en función del contenido de
PB, está dada por el tipo de especie forrajera. Aunque el contenido de
PB también puede variar en dependencia de la época del año, clima y
manejo agronómico (Macías 2015).
Los porcentajes de FDN, FDA, HEMI y CC de los esquilmos agrícolas evaluados se observan en la tabla 1.
El esquilmo agrícola de garbanzo presentó menor (P<0.0001) contenido
fibroso (FDN=68.38 %; FDA=42.86%) y mayor contenido celular (CC=31.60
%) respecto al resto de los materiales evaluados. El esquilmo de maíz
fue el residuo de cosecha que presentó mayor (P<0.0001) contenido de
pared celular (FDN= 72.23 %), complejo lignocelulósico (FDA=47.11 %) y
contenido celular (CC=27.71%). La hemicelulosa (HEMI) no mostró
diferencias entre tratamientos.
Table 1.
Performance of the fibrous fractions (%) among agricultural wastes
a, b, c Means with different letters in the same row differ to P <0.05 for Duncan (1955)
Los resultados obtenidos en este experimento, en cuanto a las fracciones fibrosas, son comparables con los de Sánchez et al. (2012),
quienes informaron contenidos de FDN entre 70.54 y 72.04 % y 42.60 y
46.53 % de FDA para el rastrojo de maíz. Sin embargo, son superiores a
los de Serrato et al. (2013),
quienes refirieron cifras de 66 % (FDN) y 40 % (FDA) para el esquilmo
agrícola de sorgo, valores que resultan propios de alimentos de baja
calidad nutritiva, que pueden servir de complemento en raciones para
rumiantes en épocas del año en las que escasea el pasto base.
Los
estudios desarrollados permitieron identificar diferencias desde el
punto de vista cuantitativo entre los esquilmos, en cuanto a la
composición química. Además, demostraron que el esquilmo de garbanzo
tuvo mayor calidad nutritiva con respecto al maíz y sorgo. Sin embargo,
se hacen necesarios estudios fisiológicos y de interacción con el animal
para determinar el valor nutricional y las posibles diferencias que
pudieran existir entre los esquilmos y su potencialidad en la
alimentación de rumiantes como alternativa de uso, cuando la
disponibilidad de nutrientes es baja.
