Un ensayo sobre la formulación de alimentos con tratamiento térmico para cerdos

La elaboración de alimentos para cerdos implica el balanceo de la dieta para optimizar la producción con costo mínimo, y la selección correcta del método de elaboración del alimento. Una forma de elaborar alimentos es mediante tratamientos térmicos (TT). Estos son procedimientos de transferencia de calor, mediante la combinación de temperatura, tiempo, presión y humedad, que modifican el valor nutritivo de los alimentos (Orias et al., 2002). Los TT logran la desnaturalización parcial de las proteínas (Lundblad et al.,2012), inhibir factores antinutricionales sensibles a la temperatura (Andrade et al.,2015;), gelatinizar el almidón (Giuberti et al., 2013; Zhu et al., 2016) y mejorar la solubilidad de las fracciones de fibra (Hussein et al., 1995), lo que hace a los alimentos más digestibles y sanos (Gorrachategui, 2010). En contraparte, cuando se usan temperaturas muy altas, se presentan reacciones que disminuyen el valor nutritivo de los alimentos como las reacciones de Maillard (Dozier y Hess, 2011), las reacciones de racemización de aminoácidos y la formación de isopéptidos (Camean y Repeto, 2012); estas reacciones disminuyen la digestibilidad de las proteínas y dan lugar a la formación de compuestos mutagénicos o potencialmente carcinogénicos (Badui, 2013).

Los TT más utilizados en la producción de alimentos para cerdos son el peletizado, el tostado y la extrusión (Hancock y Behnke, 2001). El peletizado mejora entre 4 y 9 % la ganancia diaria de peso (GDP) en cerdos (Miller, 2012; De Jong et al., 2012), la extrusión tiene un efecto positivo, entre el 6 y 12 %, sobre la GDP (Bokelman et al., 2015) y el tostado permite desnaturalizar los inhibidores de tripsina en el grano de soya y así aprovechar al grano integral (Woyengo et al., 2014). Estos procesos no son recientes, la primer peletizadora de alimento se empezó a vender en 1911 y el primer extrusor en 1946 (AFIA 2005), sin embargo, el avance de la tecnología, permite avanzar en temas de interés para el uso de TT en alimentos para cerdos, tales como el control y automatización de equipos, la protección de nutrientes sensibles a la temperatura (Marcussen et al., 2013; Boucher et al., 2014), el uso de enzimas como coadyuvantes en la elaboración de alimentos (Thea et al., 2016) y de TT no convencionales para disminuir el gasto energético (Martinez-Bustos et al., 2005).

Los TT tienen un efecto directo sobre en la digestibilidad de los nutrientes. Kim et al. (1994) compararon la digestibilidad aparente de nutrientes nitrogenados, energía y materia seca entre dietas con diferente TT, en la cual observaron que las dietas con ingredientes tostados presentan mayor digestibilidad aparente que con ingredientes crudos; el rolado con vapor mejor que el tostado; el pellet mejor que el rolado; y el extrudido mejor que el pellet, lo cual indicaría que al aumentar el gasto energético del tratamiento térmico también aumenta la digestibilidad aparente de los alimentos.

A pesar de la mejora significativa en la digestibilidad de nutrientes, sólo en algunos experimentos se logra el cambio en el aumento diario de peso o eficiencia alimenticia; sin embargo, hay evidencia de que cuando no se presentan diferencias significativas en la GDP, si las hay en la composición de la canal. Zolitch et al. (1993) reportan que las cerdas alimentadas con alimento tostado o extrusionado presentan mayor grasa dorsal que aquellas alimentadas con alimentos crudos, lo que sugiere la necesidad de considerar la mejora en la digestibilidad de nutrientes con el TT en el balanceo al mínimo costo, para así balancear dietas con menos energía pero con igual energía metabolizable. Otro factor es el cambio en las propiedades funcionales de los alimentos, el cual se puede usar como una estrategia para facilitar el manejo en granja (Chávez, 2011 patente MX 327813 B), prevenir enfermedades (Cochrane et al., 2015), inducir saciedad en cerdos adultos (Souza da Silva et al., 2014), o utilizar el almidón resistente como prebiótico (Fuentes-Zaragoza et al., 2011; Regmi et al., 2011, Bach et al., 2012; Haenen et al., 2013).

 

El TT sobre las materias primas o alimentos balanceados puede ser usado como una estrategia para reducir el costo de las dietas, su impacto ambiental y aprovechar las propiedades funcionales del alimento para impactar de forma positiva en la producción de cerdos. Para lograr ese propósito se debe medir el impacto del uso de las propiedades funcionales sobre la producción de cerdos (desperdicio de alimento, mano de obra, número de muertos, calidad de la canal, lechones destetados), la mejora en la digestibilidad de los nutrientes (mediante prueba piloto o información técnica previa), considerar el costo de producción del alimento, formular las dietas con un modelo de balanceo al mínimo costo y complementar la información con la rentabilidad esperada con o sin el uso del TT. Para ejemplificar el balanceo considerando el tratamiento térmico supongamos una dieta para cerdos en la que se tenga disponible maíz amarillo (zea mays), salvado de trigo (triticum) y pasta de soya (glycine max). Se desea tenga 14,225.6 kJ kg^-1 (3,400 kcal kg^-1) de energía digestible y 0.83% de lisina digestible (digestibilidad ileal aparente) (Cuadro 1) y se desea evaluar el uso de cocción alcalina por alta presión sobre el maíz, por el método propuesto por Chávez (2011, patente MX 327813 B) o peletizar el alimento completo.

Dos restricciones nutrimentales se ejemplifican: energía digestible y lisina digestible, y una restricción de los ingredientes: escenario 1 con TT (cocción alcalina por alta presión) y escenario dos sin TT (Cuadro 2), para una formulación comercial se deben incluir también restricciones de máximo y mínimo para cada ingrediente, para cada aminoácido esencial, nitrógeno total, fracciones de fibra, almidón, grasa verdadera, principales minerales y vitaminas; la expresión general para la formulación al mínimo costo por programación lineal es la siguiente:

 

Donde j = 1, 2, 3, ... , n, son los ingredientes disponibles para la dieta,  c_j es el precio del ingrediente “j”, X_j es el porcentaje de inclusión del ingrediente “j”, de modo que X_j εR0 ≤ X_j ≤ 1 y N_ij es la cantidad del nutriente i presente en el ingrediente j. Aplicado a los dos escenarios la expresión matemática de las restricciones queda de la siguiente forma:

La cocción alcalina por alta presión mejora 7% la energía digestible y 12% el nitrógeno digestible del maíz (dato obtenido por Gaspar et al., 2015),  pero aumenta el costo del ingrediente en 10 dólares por tonelada respecto al precio de la harina sin TT, por lo que:

N_{lisina,maizTT} = 1,12 * N_lisina,Maiz (5)

N_ED,MaízTT = 1.07 * N_ED,Maíz (6)

C_TT = C_Maíz + $10 US ton ^-1 (7)

Si se considera únicamente energía y lisina, una dieta al mínimo costo tendría un valor de $252 US ton^-1 si se usa maíz cocido en álcali (escenario 1, Cuadro 3) y un precio de $260 US  si se usa maíz crudo molido (escenario 2, Cuadro 3). A pesar de que el costo del maíz cocido es más alto, al mejorar su digestibilidad se requiere de menos maíz para obtener la misma energía metabolizable, por lo que en el balanceo al costo mínimo se pueden incluir otros ingredientes más económicos sin disminuir la calidad nutrimental del alimento; de hecho, se podría utilizar maíz cocido en álcali hasta por un precio de $234.5 US  ton^-1  y aún tener un precio por debajo de la dieta que usa maíz crudo.

La cocción alcalina con alta presión es utilizada para producir una harina que al mezclarse con agua produce un fluido de consistencia pastosa, con alta digestibilidad, que dificulta al cerdo tirar el alimento del comedero, lo que reduce la cantidad de alimento desperdiciado. Dicha reducción puede ser de un 20% del alimento desperdiciado, para obtener el dato es recomendable realizar una prueba piloto, por lo que el uso de TT en el ejemplo anterior permitirá disminuir el costo de producción en dos vías: la reducción del precio de la dieta y la reducción del alimento desperdiciado.

Un error recurrente entre los nutricionistas es utilizar un TT en la elaboración del alimento con la intención de mejorar la ganancia de peso o la eficiencia alimenticia pero balancear la dieta con el perfil nutrimental de los ingredientes crudos. En el ejemplo anterior, si se utiliza el tratamiento térmico en el maíz y al formular no se considera la mejora en la digestibilidad de los nutrientes (escenario 3, Cuadro 3) se obtendría una dieta con mayor cantidad de energía digestible, excediendo el requerimiento de energía, pero sin incrementar sustancialmente el contenido de lisina, lo que podría reducir el consumo voluntario, aumentar la deposición de grasa en la canal e incrementar el precio de la dieta, lo que sería contraproducente en la producción de cerdos.

Las tablas FEDNA 2010 de composición y valor nutritivo de alimentos para la fabricación de piensos compuestos (Blas et al. 2010) incluyen una lista de cereales procesados por calor, que puede servir de referencia, aunque se necesita ajustar dependiendo del tratamiento térmico utilizado, sin embargo cuando se realiza un TT al alimento completo, como ocurre en el peletizado o la extrusión, las tablas del valor nutritivo de los ingredientes dejan de ser útiles, pues el TT afecta al alimento compuesto y no sólo a un ingrediente, en ese caso los cambios nutrimentales esperados se deben aplicar al valor nutritivo del alimento completo, la formulación al mínimo costo por programación lineal sería la siguiente:

Donde j = 1, 2, 3, ... , n, son los ingredientes disponibles para la dieta,  c_j es el precio del ingrediente “j”, C_TT es el costo de producción utilizando el TT, X_j es el porcentaje de inclusión del ingrediente "j", de modo que X_j εR0 ≤ X_j ≤ 1 y N_ij es la cantidad del nutriente i presente en el ingrediente j y F_i es el "factor de ajuste" del valor para el nutriente i y se debe obtener por medio de la experimentación, pues sería diferente para cada fórmula.

Si se utilizan los mismos supuestos del ejemplo, pero ahora para comparar entre un alimento completo crudo en harina y uno peletizado, las restricciones quedan de la siguiente forma:

El peletizado de dietas para cerdo a base de maíz y pasta de soya incrementa la digestibilidad de la energía y de los nutrientes nitrogenados entre un 5 y 8% (Rojas y Stein 2017), por lo tanto F_ED = 1.05, y F_lis=1.05, y un incremento en el costo de producción de $10 US ton^-1 (C_TT). Si se balancea al mínimo costo se obtendría una dieta a $251.6 US ton^-1 (Escenario 4, cuadro 5), 8.4 dólares menor por tonelada en comparación con un alimento completo crudo en harina, pero si se balancea sin considerar el efecto del TT sobre la digestibilidad de los nutrientes (Escenario 5, cuadro 5) se tendría una dieta con un costo de $270.2 US ton^-1 con mayor cantidad de energía digestible, que podría reducir el consumo voluntario y aumentar la grasa en la canal.