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Formulación moderna y energía neta

Publicado el: 4/8/2009
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ENERGÍA ¿TEMA ESOTÉRICO?

El diccionario de la Lengua Española define esotérico como: “algo que es misterioso e incomprensible”, “que solo es accesible a los iniciados en una materia determinada”, incluso dice: “que tiene relación con el ocultismo y con fenómenos paranormales”.

Y es que el tema de energía de los alimentos y requerimientos energéticos de los animales, puede parecer esoterismo si no se comprende desde sus bases; en este documento pretendo explicarlo con sencillez, de forma práctica y basado en información científica. Vale la pena hacerlo porque la energía en nutrición es de gran importancia (75% del costo de la dieta).

La energía de los alimentos es poco comprendida porque puede ser aportada por varios nutrimentos: 1) Almidón, 2) Grasa, 3) Fibra y, 4) Aminoácidos que no se usan para síntesis de proteína.

Comencemos por una orientación general:



  • La energía no es cuestión de otro mundo (del “más allá”), ni de metafísica, ni espiritual.
  • La materia se transforma en energía y la energía se transforma en materia.
  • Hay muchos tipos de energía: mecánica, calórica, atómica, acústica, solar, química, etcétera.

El tema de energía de los alimentos resulta a menudo confuso porque se hacen comparaciones con máquinas; donde, la energía calorífica puede transformarse en energía mecánica o eléctrica y entonces realizar un trabajo.

  • Energía viene del griego “En” = dentro y “Ergón” = trabajo.
  • Este término:
    • Describe una propiedad de la materia.
    • Refleja la capacidad de la energía para “desarrollar un trabajo”.
  • Las células hacen diversos tipos de trabajo: contracción muscular, síntesis y transporte activo de moléculas, re-síntesis proteica, etcétera.
  • Pero el organismo no es una máquina que funcione con diferenciales de calor, de hecho funciona a temperatura constante.  Hablamos entonces de bioenergética.
  • La energía química se produce cuando las moléculas se oxidan (ceden electrones).
  • Las oxidaciones biológicas son combustiones sin llama (a baja temperatura).
  • Para la célula, la única fuente de energía es la energía química almacenada en los alimentos y que, a final de cuentas, proviene de la fotosíntesis y del sol que producen carbohidratos, lípidos y proteínas en las plantas.
  • En los organismos, el calor es sólo un desecho de las reacciones químicas (metabolismo).  Si bien, bajo ciertas condiciones, el calor liberado del metabolismo contribuye a mantener el calor corporal.

1) USO DE LA ENERGÍA DEL ALIMENTO.

En el cerdo, la energía almacenada en las moléculas de los alimentos:

a) Se utiliza en parte, como “combustible”, para hacer trabajo celular.
b) Se libera en parte en forma de calor (desecho).
c) Se almacena en enlaces químicos de alta energía para trabajo posterior.

  • La energía no es un nutrimento, es una propiedad de los alimentos aportada por el metabolismo de tres nutrimentos: Grasas, carbohidratos, proteínas.
  • Es decir, la energía química es el resultado de la utilización de los nutrimentos.
  • Cada enlace entre átomos y moléculas es una fuente potencial de energía química que se libera cuando se rompen dichos enlaces.
  • En reciprocidad, la formación de compuestos químicos requiere de energía.

Medición de la energía.

  • La energía es una abstracción que puede ser medida sólo cuando se transforma de una forma a otra.
  • La unidad básica de la energía calórica es la caloría (cal) = “La cantidad de calor requerida para aumentar la temperatura del agua en un grado centígrado” (desde 16.5 a 17.5° C).  Esta unidad es demasiado pequeña para usarse con fines nutricionales y entonces se usan los siguientes múltiplos:

    1,000 calorías      = 1 kilo  caloría   (kcal).
    1,000 kilocalorías = 1 Megacaloría  (Mcal).
  • En Europa se usa el Joule que es la unidad internacional de energía eléctrica, mecánica y química.

1 Joule = 0.239 kcal o bien, 1 kcal = 4.184 Joules. 
1 kJ (1000 joules) es la energía requerida para elevar 1 kg a la altura de 1 metro.

 

Energía bruta o calor de combustión.

  1. Según la primera Ley de la termodinámica todas las formas de energía pueden convertirse cuantitativamente en calor; entonces, se puede medir el calor de combustión de los ingredientes.
  2. Por tanto, cuando una sustancia se quema por completo hasta sus últimos productos de oxidación (bióxido de carbono (CO2), agua y otros gases), el calor liberado se considera como su energía bruta o calor de combustión.  Para esto se utiliza una bomba calorimétrica que evita fuga de calor.

    La bomba se rodea de una camisa de agua que absorberá el calor liberado por el ingrediente.

     

    Una chispa incinera la muestra, ésta al liberar calor cambia la temperatura del agua, este cambio se traduce a kilocalorías.



    En el cuadro 1 se compara el calor liberado por diferentes sustancias e ingredientes.  Nótese que el valor de las grasas es más del doble que el de los azúcares y, 1.7 veces el de las proteínas, aunque sólo en casos extremos de ayuno, la proteína (aminoácidos), se usa como fuente de energía.
  3. La concentración de energía bruta de un ingrediente alimenticio depende de las proporciones de carbohidratos, grasa y proteína presentes en el ingrediente.  Los minerales y el agua no contribuyen con energía; los carbohidratos proporcionan desde 3.7 (glucosa) hasta 4.2 (almidón) kcal /g, las proteínas aportan 5.6 kcal/ g y, las grasas aportan 9.4 kcal/ g (las grasas 2.25 más que el almidón).
  4. Por otra parte, si la composición del alimento es conocida, la energía bruta (EB) puede ser calculada con bastante exactitud (r2 = 0.98).  La siguiente ecuación fue reportada por Ewan (1989) para predecir la EB (kcal/ kg) a partir de la grasa (extracto etéreo = EE), proteína cruda (PC) y ceniza.  En el cuadro 2 se anotan ejemplos de cálculos, mediante la ecuación, para diversos ingredientes.

     

    EB(kcal/ kg) = 4,143 + (56 x %EE) + (15 x %PC) – (44 x %Cen  (NRC cerdos 1998)

     




Pero el cerdo no  aprovecha el 100% de la energía bruta de un alimento.
El cerdo consume en el alimento energía bruta (contenida en la grasa, carbohidratos y proteínas), y excreta en heces una parte de lo consumido.  La porción que no fue eliminada en heces se considera que fue digerida y absorbida a través del intestino delgado y se le denomina “Energía digestible”.

Sin embargo, no toda la energía contenida en los carbohidratos, ácidos grasos, glicerol y aminoácidos que se absorben a través del intestino es utilizada en el metabolismo del cerdo.  A los aminoácidos excedentes se les quita el nitrógeno y éste se elimina por orina en forma de urea; esta parte correspondiente de energía no se utiliza por el cerdo, entonces, al valor de la energía digestible hay que descontarle el valor de la energía que se pierde en la orina como urea.  Al valor que queda se le llama “Energía metabolizable” y es la que utiliza el cerdo como “combustible”.

 

 

Pero, de la energía que se emplea en el metabolismo del cerdo, una parte se pierde como calor.  Si descontamos el valor energético del calor, al valor de energía metabolizable, queda el valor de “Energía neta”, la cual se define como: la fracción de la energía bruta que verdaderamente aparece como producto.  Ahora bien, la energía neta primero se utiliza para cubrir las funciones de mantenimiento de tejidos del cerdo (Energía Neta de mantenimiento) y, lo que resta, se usa para producción en cualquiera de sus modalidades: Crecimiento, feto, placenta, glándula mamaria y además, en otras especies, producción de huevo, de lana, trabajo (EN de producción).

2) LOS REQUERIMIENTOS DE ENERGÍA DEL CERDO.
Primero deben cubrirse las necesidades energéticas para el mantenimiento del animal.  Ahora bien, los requerimientos de energía metabolizable para mantenimiento (en kilocalorías), se expresan, no en relación al peso del animal, sino con base en el peso corporal del cerdo elevado a la potencia ¾ ó 0.75.  A esto se le llama Peso metabólico y es igual a: PV 0. 75.   Después de décadas de profundas investigaciones, se ha tomado un valor promedio que estandariza el requerimiento de energía de mantenimiento en: 106 kcal de EM por kilogramo de Peso metabólico, es decir:  106 kcal de EM/ kg PV 0.75  ¿Pero qué es esto del peso metabólico?  Que no quede en la incomprensión, ocultismo o esoterismo, entendamos una de las partes más interesantes de la bioenergética.

Del ratón al elefante.

La experiencia indica que el consumo de alimento por parte de los animales, no varía en proporción directa con su talla corporal.  Por ejemplo, la musaraña pesa casi 10 gramos y come diariamente el equivalente a la mitad de su peso corporal.  Esto se debe a que tiene una intensa tasa metabólica.  Es un hecho que entre más grande es un animal, menos alimento consume por unidad de peso corporal.  Esto debe tomarse en cuenta para el cálculo de la energía en el alimento. 

Brody (1945), condujo experimentos en calorimetría con animales de talla desde el ratón hasta el elefante y encontró que, la tasa metabólica basal de los animales por unidad de peso corporal, disminuía a medida que aumenta el tamaño del animal.  Por consiguiente disminuyen los requerimientos de energía y consumo de alimento. Cuando el peso corporal se duplicaba, la tasa metabólica incrementaba sólo en un 75% esto se expresa con la relación ya vista de peso metabólico = PV 0.75 .

Todo esto deriva de un hecho anatómico-fisiológico: un animal pequeño tiene mayor superficie en relación con su volumen, así como una masa corporal más activa; entonces, la producción calórica por kilogramo es mayor en un animal pequeño y, a medida que los animales son más grandes, su tasa metabólica aumenta, pero no en la misma proporción, sino en ¾ (0.75) de su peso corporal.  Veamos el cuadro 3.


 

La gráfica adjunta ilustra el concepto: 
Cuando se relaciona la progresión de peso vivo (línea azul) y del correspondiente peso metabólico (línea rosa), se observa que no incrementan en la misma proporción, es decir, la tasa metabólica de los animales por unidad de peso corporal, disminuye a medida que aumenta el tamaño del animal (el ratón es más “acelerado” que el elefante).

La relación es curvilínea, es decir para cada incremento en el peso vivo el incremento en el peso metabólico va disminuyendo.  Esto depende de la relación entre superficie y volumen corporal y su efecto en la pérdida de calor. 

 

Cálculo del peso metabólico a partir del peso vivo.
El peso vivo en kg se eleva a la potencia ¾ (0.75), por ejemplo, 40 kg elevado a la ¾ (0.75).  Primero, el peso  se eleva al cubo (403  = 40 x 40 x 40 = 64,000).  Segundo, a éste resultado se le saca raíz cuarta, que es lo mismo que sacar dos veces la raíz cuadrada:  raíz cuadrada de 64,000 = 252.9 y otra vez raíz cuadrada de este último número = 15.9; es decir, el peso metabólico de un animal de 40 kg es igual a 15.9 kg.  Ahora bien, es más fácil obtener el resultado con hoja de cálculo o con calculadora científica.



Si ya sabemos que por cada kg de peso metabólico se necesitan 106 kcal de energía metabolizable, y también sabemos convertir el peso corporal a peso metabólico, entonces calculemos las necesidades de energía de mantenimiento para diferentes pesos corporales.  Basta con multiplicar 106 por el peso metabólico. (Cuadro 4).

En resumen, si se desea obtener el requerimiento de energía de mantenimiento por día para cerdos de determinado peso, primero se debe convertir a peso metabólico y después multiplicarlo por 106 kcal.

Después se procede al cálculo de las necesidades por día de Energía Metabolizable para producción (se utilizan ecuaciones especiales).  Finalmente  se suman las kilocalorías por día por animal necesarias para Mantenimiento más las necesarias para Producción.  Con esto quedan establecidas las necesidades de Energía Metabolizable por cerdo por días según su etapa de producción.


CARACTERÍSTICAS DE LA ENERGÍA NETA.

  1. El sistema de energía metabolizable tiene estas dos desventajas:
    a) Exagera el valor de la energía de las proteínas y de las fibras.
    b) Subestima el valor energético del almidón y la grasa.
  2. En cambio, la valorización de la energía, mediante el sistema de energía neta, es mucho más real.
  3. Al clasificar a los ingredientes por su nivel de energía (de mayor a menor), el orden de aparición será diferente entre la lista de energía metabolizable y la lista de energía neta.  (Gráfica 2) .


  • En kilocalorías de E. Metabolizable (color claro), el maíz es inferior  al trigo (el maíz está subestimado); pero en el sistema de E. neta,  el maíz es superior que el trigo (valoración adecuada).
  • La pasta de soya es alta en EM (3,650 kcal), está sobrestimada, pero en el sistema de E. Neta  conocemos la realidad (1,930 kcal).

En el cuadro 5 se presenta una lista de ingredientes ordenados por su valor de EM (izquierda).  A la derecha se presente el valor de EN y el lugar que ocuparían si en la lista aparecieran ordenados por EN.  Nótese que el orden de aparición es diferente al comparar la lista de E. Metabolizable y la lista de E. Neta.



Por ejemplo: la pasta de soya sin cascarilla aparece en el tercer lugar en nivel de EM; sin embargo se va hasta el lugar siete en la lista de EN; esto se debe a que el sistema de EM está sobrestimando el valor de energía de la fibra.  En cambio, la yuca que aparece en lugar seis de EM, sube al lugar tres cuando se valora por EN; esto se debe a que el sistema de EM subestima el valor de energía del almidón.

 

Ventajas de la energía neta.
Cuando la formulación de dietas se hace con el sistema de energía neta se obtiene lo siguiente:

  1. Menor contenido de proteína cruda.
  2. Menor “contenido” de EM.
  3. Más maíz y menos P. soya.
  4. Mayor suplementación de aminoácidos.
  5. Una reducción de un 2% en el costo de las dietas.ra
En el cuadro 6 se observan las diferencias citadas  en una dieta de finalización (cerdos de 70 a 105 kg).

 

Nótese que la dieta B (formulada para Energía Neta), resulta en un 1.6% más económica, esto es el resultado final de valorar mejor la energía de los ingredientes.  Además, el hecho de necesitar menor cantidad de proteína hace que la eficiencia metabólica del cerdo sea mejor, esto puede beneficiar a la conversión alimenticia, aunque no siempre se puede demostrar en pruebas de campo.

Ponderando todas las etapas alimenticias del cerdo puede obtenerse un ahorro del 2% en el costo de los alimentos.

Aplicación práctica del sistema de Energía Neta.
Se deben considerar 5 pasos cuando se implementa el sistema de EN para cerdos:

  1. Caracterizar bien la digestibilidad de los nutrimentos de los ingredientes.
  2. A partir de la digestibilidad de los nutrimentos de los ingredientes, predecir nuevamente los contenidos actuales de Energía Digestible y Energía Metabolizable de los ingredientes.
  3. Escoger una ecuación apropiada de Energía Neta basada en la digestibilidad de los nutrimentos.
  4. Establecer las especificaciones de Energía Neta de la dieta para la formulación de alimento.
  5. Evaluar la respuesta de los animales para ganar confianza.

Para finalizar.
Quiero citar algunos conceptos interesantes de la reciente conferencia del Dr. John Patience (Universidad de Iowa) en el Congreso AMVEC 2009, México:

“La mayoría de los nutricionistas en EE.UU. prefieren el sistema de Energía Metabolizable; sin embargo, en Canadá, el sistema de Energía digestible está siendo poco a poco sustituido por el sistema de Energía Neta.  En Europa se trabaja Energía Neta desde hace 4 décadas”.

En Grupo Nutec, desde hace dos años hemos usado, para granjas comerciales, el sistema de Energía Neta, con muy buenos resultados de campo y ahorro en el costo de las raciones.  Esto es resultado de la alianza tecnológica de Grupo Nutec con la empresa francesa CCPA quienes, tienen 15 años formulando con el sistema de Energía Neta.

Continúa el Dr. Patience:
“Al comparar el sistema de Energía Digestible y el de Energía Metabolizable, resulta que el sistema de Energía Neta tiene un mejor desempeño al asignar el valor económico relativo a los ingredientes. Esto se debe a que la Energía Neta toma en cuenta el costo metabólico de convertir las fuentes de energía de la dieta en formas comunes de energía que puedan ser usadas por el cerdo.  No es un sistema perfecto; sin embargo, en definitiva tiene ventajas sobre los sistemas de Energía Digestible y Energía Metabolizable”. 

“Para situaciones de producción porcina comercial en EE.UU., aún hay dudas; sin embargo, el sistema de Energía Neta nunca ha provocado un rendimiento menor de los cerdos; así que, los nutricionistas deberían estar a gusto con el sistema de Energía Neta al valorar económicamente mejor a los ingredientes, sin perjudicar el desempeño de los cerdos; eso sí, siempre y cuando se sepa utilizar el sistema de EN”.

Y esto lo afirmo yo:
Un 2% de ahorro podrá parecer poco pero, el nutricionista actualizado cuenta con una serie de estrategias para hacer más eficientes sus fórmulas (proteína ideal y aminoácidos digestibles, fitasa, ractopamina, uso de fibra, otros aditivos, etcétera).  La suma de pequeños ahorros conforman un ahorro bastante interesante en el costo del alimento además, de mejoras en la eficiencia productiva.  Al final todo se traduce en lo que debe importar a todo productor: una mayor rentabilidad.


Bibliografía consultada:

  1.  
    1. Aherne F., Foxcroft G, Pettigrew J.  Nutrition of the Sow  in: Diseases of Swine, 8th ed. Straw B, D’ Allaire S, Mengeling W, Taylor D. Iowa State University Press (pp 1029 – 1042). 
    2. Close W and Cole DJA.  Nutrition of Sows and Boars.  Nottingham University Press.  United Kingdom. 2000 (pp 29).
    3. De Lange C.  Efficiency of Utilization of Energy from Protein and Fiber in the Pig – a Case for NE systems.  Feedinfo.  2008 Midwest Swine Nutrition Conference (Indiana, USA).
    4. Implementing net energy into swine diets.  Pig International.  December 2008.  (pp 6-8).
    5. Lange C. and Möhn S.  Feeding Management of Grower - Finisher Pigs in: Diseases of Swine, 8th ed. Straw B, D’ Allaire S, Mengeling W, Taylor D. Iowa State University Press. (pp 1057 – 1065).
    6. Maynard L. et al.  Nutrición Animal.  7ª Ed. McGraw-Hill. 1992 (pp 63-77).
    7. Noblet J.  Sistemas de evaluación de energía para alimentos de cerdos. Noblet J.  INRA-UMRVP.  1er seminario técnico Ajinomoto Biolatina e Indukern México.  Mex. Feb 2002
    8. NRC. 1998.  Nutrient requirements of swine.  10th ed.  National Academy Press. Washington, DC.
    9. Patience J.  Selected Strategies for the Development of Feeding Programs to Optimize Pig Performance and Maximize Net Income.  Memorias del XLIV Congreso AMVEC, Puerto Vallarta, Jalisco, Mex.  22 a 25 de Julio 2009 (pp 41 – 47).  Con 5 referencias bibliográficas. 
 
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