Seminario -Taller Internacional sobre Manejo de La Protena en Produccin de Ganado Bovino

IMPORTANCIA DE LA PROTENA EN LA NUTRICIN DE RUMIANTES CON NFASIS EN LA UTILIZACIN DE PROTENAS DE ESPECIES ARBREAS.Diego Chamorro Viveros Zootecnista CMSc

INTRODUCCION

L

a mayor parte de la ganadera en Colombia se encuentra ubicada en regiones donde la poca de sequa ocasiona una disminucin drstica en la disponibilidad y calidad de la oferta forrajera; el aporte de protena, se convierte en el factor decisivo para lograr eficiencia durante esta poca, dada la drstica disminucin del porcentaje de protena en las gramneas, factor que incide en bajos consumos voluntarios de materia seca y repercute directamente en la respuesta animal; esto, conlleva a que las empresas ganaderas tradicionales estn limitadas en su productividad. Por lo tanto, es importante redisear estos sistemas de alimentacin de produccin bovina, aplicando los nuevos conceptos en el manejo de la protena e incorporarlos con nuestros recursos tropicales con nfasis en la utilizacin estratgica de especies arbreas multipropsito integradas ntimamente al sistema de produccin, disminuyendo as la dependencia de fertilizantes y suplementos alimenticios. El conocimiento del metabolismo de las protenas en los rumiantes, la caracterizacin de las diferentes fracciones de la protena presentes en los recursos arbreos permite darles a las arbustivas leosas perennes un valor agregado como forraje y/o suplemento proteico. Se ha demostrado que la incorporacin de arbreas leguminosas en praderas, en sistemas silvopastoriles de ramoneo y/o sombra es una alternativa sostenible y productiva para la ganaderia bovina tropical al aumentar la disponibilidad y calidad de la oferta, incrementar el consumo voluntario y estimular la eficiencia en la utilizacin de nutrientes. El reto de los nutricionistas es incrementar el consumo voluntario de los bovinos en pastoreo, este esta muy asociado con el flujo de protena al tracto gastrointestinal, es muy importante el aporte proteico del componente leguminoso, dado la interaccin de las diferentes fracciones proteicas, el follaje de leguminosas herbceas, arbustivas y arbrjeas ofrece a los rumiantes protena soluble, protena lentamente degradable y un alto porcentaje de protena de paso principalmente en leguminosas arbreas. El consumo de leguminosas en praderas depende de

muchos factores, pero principalmente de la precipitacin relacionada ntimamente con la disponibilidad total MS, la arquitectura de la pradera y la proporcin de los componentes gramnea-leguminosa, la facilidad de acceso al follaje, de metabolitos secundarios presentes en las arbustivas y arbreas principalmente y de la cultura de consumo de los animales.. Los mayores porcentajes de leguminosas en la dieta se presentan durante la poca de sequa en un 36.11%, con relacin a la poca de mxima precipitacin 18.21% (Chamorro D. 1999). Afortunadamente en la mayora de las fincas ganaderas del trpico bajo Colombiano la biodiversidad de leguminosas nativas herbceas, arbustivas y arbreas todava es alta, estas ayudan directamente al mejoramiento de la produccin y calidad nutritiva de la gramnea asociada, principalmente en sus niveles de protena y minerales (Chamorro D. 1998), adicionalmente las arbreas ofrecen una oportunidad de reducir el estrs calrico y permitir como en el caso de sistemas silvopastoriles multiestratos ofrecer mayor tiempo de pastoreo, principalmente en las horas de mayor temperatura ambiental, permitiendo una mayor entrada de nutrientes. No obstante, los ganaderos optan por tener pasturas limpias ya que en la mayora de los casos existe un desconocimiento de las relaciones entre el suelo-pradera-rbol-animal y ambiente, o se cree que existe una competencia entre el recurso herbceo y arbreo, con los sistemas silvopastoriles se logra potencializar estas relaciones haciendo un uso ptimo del espacio y de la diversidad biolgica y principalmente reteniendo mayor humedad en el suelo situacin que permite desencadenar procesos que inciden directamente en la estabilidad y mejoramiento de los componentes del sistema Es as como las leguminosas arbreas en los sistemas silvopastoriles ocupan un papel fundamental en la relacin suelo- planta,- mejorando la fertilidad del suelo , adems favorecen el reciclamiento de nutrientes a los componentes de la pradera , mejoran las poblaciones de micro, meso y macrofauna, mejorando la degradacin de la hojarasca que aporta el rbol, incrementan la humedad y porosidad del suelo. Con la fijacin biolgica del nitrgeno, incrementan los niveles de protena en la gramnea y en algunas especies con el doble efecto del Rhizobium y Microrrizas mejoran los niveles de minerales principalmente fsforo (Rey, A. 2002 Comunicacin personal) La oferta de forraje y / o frutos de los rboles con alto valor proteico y energtico permiten un mejor balance de los cidos grasos voltiles glucognicos/cetognicos, la fraccin proteica de las arbreas presentan baja o media degradabilidad ruminal, lo cual incrementa el flujo de protena al intestino delgado y mejora el balance protena energa en los nutrientes absorbidos. Igualmente, con el aporte de micro nutrientes y metabolitos secundarios incrementan la fase logartmica poblacional y la actividad enzimatica de bacterias y hongos ruminales estrechamente relacionado con un aumento en la degradabilidad de los carbohidratos estructurales de la dieta seleccionada. (Beltrn J. C 1993, Cortes J. E 1997, Navas y col 1992, Daz A y col 1993).

Metabolismo del nitrgeno en rumiantes y fraccionamiento de la protena Las protenas son compuestos orgnicos conformados por aminocidos unidos por enlaces peptdicos estos que intervienen en diversas funciones vitales esenciales, como el metabolismo, la contraccin muscular o la respuesta inmunolgica. El metabolismo proteico en el rumen es bastante complejo; los microorganismos degradan los alimentos, destruyendo inicialmente la pared de las clulas e iniciando el proceso hidroltico continuo de las protenas. La destruccin proteica por desaminacin fermentativa produce dixido de carbono, amoniaco y cidos grasos de cadena corta. Los aminocidos, urea y nitratos, son convertidos en amoniaco, usado por los microorganismos para sintetizar sus protenas; una parte de l se absorbe en el rumen, pasa a la sangre y se excreta en la orina en forma de urea. El sistema de prediccin desarrollado por la Universidad de Cornell Cornell Net Carbohydrate and Protein System, (CNCPS); descrito y validado por Russell et al., 1992), define esta fraccin como A, y esta compuesta principalmente por nitrgeno no proteico (NNP) que en el rumen se transforma en amoniaco; adems, el reciclamiento por la saliva y las paredes ruminales se estima como el 15% del nitrgeno ingerido, esta fraccin esta incluida dentro la protena soluble y se la cuantifica dentro de la protena soluble. El amoniaco liberado por esta fraccin en el rumen es absorbido a la sangre, conducido al hgado en donde se forma urea (ciclo de la urea), la cual se puede reciclar en la saliva, o por las paredes del rumen o eliminarse a travs de la orina, el proceso de reciclaje es ms eficiente cuando la dieta tiene niveles bajos de protena, permitiendo tener niveles de nitrgeno amoniacal para crecimiento microbiano. En el rumen se absorben aminocidos en cantidades pequeas ya que la mayora de aminocidos libres son desaminados para dar lugar a cidos grasos voltiles de cadena ramificada, CO2 y CH4. El nivel de cidos grasos voltiles de cadena ramificada en el liquido ruminal es un ndice de la degradacin de aminocidos en el rumen, ya que estos normalmente se derivan a partir de la fermentacin de valina, leucina, isoleucina y prolina, y son conocidos como cido isobutrico, cido isovalrico, cido 2-metilbutirato y valerato. Los AGV de cadena ramificada son utilizados por las bacterias como factores de crecimiento.(Preston y Leng, 1990) El sistema CNCPS cuantifica la protena verdadera soluble, cuyos aminocidos se liberan prcticamente en su totalidad en el rumen. y se define como Fraccin B1, existe una fraccin compuesta por la protena verdadera insoluble no ligada a la Fibra en detergente neutro (FDN) la cual se utiliza en el rumen entre el 70 y 85%; el resto pasa al intestino delgado donde es completamente digerida es definida como Fraccin B2.y su cuantificacin se realiza utilizando la siguiente formula:

Fraccin B2 = 100 - ( Protena soluble + B3 +C)

Las fracciones que se degradan en rumen producen principalmente amoniaco, la cantidad de amoniaco que permite una digestin mxima en el rumen y a su vez una poblacin alta de microorganismos, variar deacuerdo a la dieta. El nivel critico se reporta desde 50 a 250 mg de nitrgeno amoniacal/litro de lquido ruminal, por lo tanto es importante que los niveles de amoniaco en el rumen permanezcan altos.(Preston y Leng, 1990) La mayora de los microorganismos ruminales pueden sintetizar protena a partir de amoniaco proveniente de fuentes no proteicas tales como la urea. Desde un punto de vista nutricional y econmico, esto se ha explotado utilizando fuentes nitrogenadas de bajo costo en lugar de protenas costosas en las dietas de los rumiantes, permitiendo la sntesis microbiana de protena para satisfacer las necesidades del hospedero. En el rumen, cierta cantidad de protena de la dieta puede escapar a la degradacin ruminal y pasar al intestino sin modificaciones, a sta se le denomina protena de paso o sobrepasante. La protena microbiana, pasa con las protenas de la racin que no fueron modificadas a travs del omaso, abomaso, hasta el intestino en donde son digeridas por accin de enzimatica (Pepsina, tripsina, quimiotripsina, carboxipeptidasa y aminopeptidas). Por lo tanto, la fraccin de la protena de la dieta de mayor eficiencia para el rumiante es el Nitrgeno verdadero ligado a la Fibra en detergente neutro que en el rumen se utiliza del 10-25%; el resto pasa al intestino delgado donde las proteasas intestinales digieren el 80% de esta protena, se defina como la fraccin B3, o protena de paso. El rumiante, utiliza las protenas microbianas y la protena no degradada en rumen fraccin B3 para metabolizarlas y poder as cubrir sus requerimientos. Es importante que no solamente las fracciones de protena que se degradan en rumen estn disponibles para el crecimiento microbiano, el sincronismo entre la fuente de degradacin proteica y la fuente energtica se debe dar para evitar perdidas y lograr mayor eficiencia en sntesis celular, por lo tanto este crecimiento esta dependiendo estrechamente entre el aporte de nutrientes y la velocidad a la cual los microorganismos del rumen los utilizan, se ha definido que existe una estrecha relacin en entre los compuestos resultantes del proceso de degradacin de carbohidratos y protenas y la sntesis de protena microbial. Las protenas o el nitrgeno no proteico (NNP) y los carbohidratos son utilizados para la produccin ruminal de microbios, AGV, amoniaco, metano y bixido de carbono y generalmente se expresa como gramos de carbohidratos fermentados por gramo de protena microbial producida en un determinado tiempo, o gramos de clulas microbianas sintetizadas por cada mol de ATP disponible. El sistema CNCPS tambin, define las fracciones de los carbohidratos dependiendo de su degradabilidad ruminal y los clasifica en cuatro fracciones: dentro de los ccarbohidratos no estructurales esta la fraccin A compuesta por Azucares y la fraccin B1 conformada por Almidones y pectinas, cuya degradabilidad ruminal es del 90-100 %, el residuo es prcticamente degradado y

absorbido en su totalidad en el intestino delgado. Dentro de los Carbohidratos estructurales se encuentra la fraccin B2 carbohidratos disponibles para la flora ruminal, la degradabilidad de esta fraccin oscila entre el 50-75%, el resto pasa al intestino grueso donde la microflora fermenta el 20% de estos carbohidratos y por ltimo el sistema CNCPS considera el Nitrgeno verdadero ligado a la Fibra en detergente cida no utilizable por los rumiantes. y la define como fraccin C (lignocelulosa lignocarbohidratos). La relacin que existe entre la disponibilidad de carbohidratos y la de protenas (o nitrgeno) ejerce un fuerte impacto sobre la produccin de clulas microbianas y por lo tanto sobre la nutricin del husped, por lo tanto se debe buscar que las fracciones de protena y carbohidratos estn en sincrona, o sea fraccin A de protena con fraccin A de carbohidratos, fraccin B1 con fraccin B1; as los microorganismos utilizaran el nitrgeno y los cidos grasos voltiles para conformar su protena Por otra parte, para corregir algunos errores de prediccin del NRC el sistema CNCPS clasifica la microbiota ruminal en dos grupos: Bacterias que degradan carbohidratos estructurales, bacterias que utilizan como sustrato energtico nicamente los hidratos de carbono que forman parte de la FND, y como sustrato nitrogenado utilizan solamente amoniaco y el otro grupo esta conformado por bacterias que degradan carbohidratos no estructurales, bacterias que utilizan como sustrato energtico hidratos de carbono (almidn, pectinas y azcares libres) y como sustrato nitrogenado utilizan tanto aminocidos del alimento como amoniaco; adems, estas bacterias amilolticas captan muchos ms aminocidos de los que finalmente integran en sus protenas, desaminando el resto. Adicionalmente el sistema CNCPS permite cuantificar la cantidad de protena microbiana formada con cada alimento en concreto; la cantidad de bacterias formadas depende de la velocidad de trnsito ruminal del alimento (kp), oscilando esta velocidad entre 3 a 6%, la composicin media de estas bacterias es: 12% grasa, 21% carbohidratos, 4.5% cenizas, 37.5% protena verdadera digestible en el intestino delgado, 15.5% protena verdadera ligada a la pared bacteriana y no digestible, y 9.5% cidos nucleicos que se absorben y se excretan en la orina una vez transformados en purinas. El sistema CNCPS para cuantificar la cantidad de protena microbiana formada, requiere parmetros de degradacin de cada una de las fracciones tanto de protenas como de carbohidratos, el sistema calcula la biomasa microbiana utilizando las siguientes ecuaciones: Bacterias celulolticas Bacterias amilolticas ... Bacterias amilolticas = (FDN Disponible) / (0.05/Kp+ 2.5) = CNE /(0.15/Kp+2.5), si la disponibilidad de CHOS no estructurales es limitante. = N disponible*Kp/0.01

El modelo determin los requerimientos de mantenimiento de las bacterias y es as como las bacterias que degradan carbohidratos no estructurales presentan mayores requerimientos (0.15 g de CHOS/g de bacteria/h, en relacin con las bacterias que degradan carbohidratos estructurarles(0.05 g de CHOS/g de bacteria/h). En resumen las protenas o compuestos nitrogenados que conforman las diferentes fracciones del sistema CNCPS y la degradabilidad en rumen y digestibilidad intestinal de las mismas se muestran en la figura 1 y 2F ig u r a 1 .. F R A C C IO N A M IE N T O D E L A P R O T E I N A C N C P S F ig u r a 1 F R A C C IO N A M IE N T O D E L A P R O T E I N A C N C P S A N N PP A NN P r o te n a so lu b le N itr ito s N itr a to s P r o te n a so lu b le P . R a p im e n . D e g r . B 2 PP D R B 2 DR A A lib r e s P p tid o s G lo b u lin a s A lg u n a s a lb m in a s

B1

PDR

P r o te n a b a ja so lu b ilid a d A lb m in a s G lu te lin a s P r o te n a in so lu b le d ig e stib le P r o la m in a s B3N D IN

C A D IN C A D IN

P r o te n a in d ig e stib le R e a c c i n d e M a illa r d A s o c ia d o s c o n lig n in a

Figura 2. D EG R AD AB IL ID AD Y D IG E STIB IL ID A D D E Figura 2. D EG R AD AB IL ID AD Y D IG E STIB IL ID A D D E L AS FR AC C IO NE S PR O TE IC A S L AS FR AC C IO NE S PR O TE IC A SD egrad abilidad D egrad abilidad R um inal R um inal %/hr) (( %/hr) %/hr) D igestibilidad D igestibilidad Intestinal Intestinal (%) (%)

Fraccin Fraccin

' ' & 344432 22222

! " '00) ( '"$ ' ' 3@B9%9BEFDB9A37975 E 6 E G A 6 C@ 6 @8 6

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Fraccionamiento de la protena de los recursos arbreos Con el objeto de conocer el valor nutricional de los recursos arbreos e incorporarlos en sistemas de alimentacin de bovinos se desarrollo a 29 especies de arbreas multipropsito de la Costa caribe Colombiana el fraccionamiento de la protena y de los carbohidratos, segn la metodologa de Licitra y col 1993, muchas de las especies estn presentes en toda la zona del bosque seco tropical Colombiano, las de mayor utilizacin como forraje se encuentran en la siguiente tabla. Nombre Comn Caranganito Trupillo Uvito Totumo Orejero Mora Polvillo Vainillo Peralejo Guasimo Sietecueros Gallinero Jobo Divi-divi

Nombre Cientfico Senna atomaria Prosopis juliflora Cordia dentata Crescentia cujete Enterolobium cyclocarpum Morus tinctoria Tabebuia chrysantha Planifolia andre Curatella americana Guasuma ulmifolia Trilobiam cyclocarpum Pithecellobium sp Spondias mombin Libidivia coriaria

Adicionalmente, se compararon los resultados del fraccionamiento de la protena segn Cornell y el procedimiento de tres pasos desarrollado por Calsamiglia y Stern en 1995 de la tcnica in vitro para estimar la digestin intestinal de protenas en rumiantes y valido por Abada B y Prez, A. (2001). Esta metodologa tiene ventajas sobre las mediciones in vivo, puesto que no requiere que los animales sean quirrgicamente preparados con cnulas en el abomaso o duodeno e leo, y manejarlo durante toda la fase de evaluacin lo cual es costoso y dispendioso. La comparacin de las tcnicas se realiz con follaje de Gliricidia sepium, Leucaena Leucocephala (Leu), semilla de algodn y torta de soya. Dado que la digestin de la protena que abandona el rumen puede ser diferente del de la protena original en el alimento, la metodologa utilizada cuantifica diferentes fracciones: la protena ingerida que no se degrada en el rumen llamada tambin protena sobrepasante (RUP por sus siglas en ingles), la protena que fue degradada en el intestino con respecto al valor de la protena que qued de la incubacin ruminal (ID) y la protena que fue degradada en el intestino con respecto a el valor de la protena cruda inicial (IADP), simulndose a nivel de

laboratorio los procesos digestivos que se llevan a cabo en el animal, la (IADP), se asemeja dentro del sistema de Cornell a la fraccin B3 Para realizar la cuantificacin de la fraccin proteica digerida en intestino la tcnica desarrolla tres pasos 1. Incubacin ruminal: Las muestras se secan y se muelen a un tamao de partcula de 2 mm de la cual se pesa aproximadamente 3 g de alimento de en un bolsa de Nylon de 17 x 9 cm; esta se suspende en el rumen durante 16 h. Despus del periodo de incubacin se lavan las bolsas y se secan en un horno a 55C durante 48 h. Se remueve el contenido de cada bolsa y se cuantifica la protena por el mtodo Micro- Kjeldahl (AOAC, 1995). 2. Digestin enzimtica Abomasal: En un tubo de centrfuga se pesa una muestra de alimento que haya sufrido fermentacin ruminal y que provea al menos unos 15 mg de nitrgeno residual. Se adicionan 10 ml de solucin de HCl 0.1 N a pH 1.9 que contenga 1g/l de Pepsina (Sigma P- 7012), y se mezcla por vortex. La muestra se incuba durante 1 h a 38C en bao de mara con agitacin; despus de la incubacin se adiciona 0.5 ml de NaOH 1 N. 3. Digestin enzimtica Intestinal: Al residuo obtenido en el paso 2, se le adiciona 13.5 ml de Buffer Pancreatina (0.5 M KH2PO4 de buffer estandarizado a pH 7.8 que contiene 50 ppm de Timol y 3g/l de Pancreatina (Sigma P-7545)) y mezclar, Incubar durante 24 h a 38C en un bao de mara con agitacin mezclando cada 8 h aproximadamente. Adicionar 15 ml de TCA al 10% para precipitar las protenas sin digerir, mezclar e incubar a temperatura ambiente durante 15 minutos, se centrifuga 7500 rpm durante 15 minutos y cuantifique el sobrenadante para protenas por Micro-Kjeldahl (AOAC, 1995). (Abada B y Prez, A. 2001) Fracciones Proteicas de las Especies Arbreas Seleccionadas La comparacin entre las fracciones de 29 recursos arbreas usados en algn momento del ao en la Regin Caribe como forrajes, se pude ver en la figura 3. En ella se indican los promedios el mximo y el mnimo valor, observndose valores contrastantes en la mayora de las fracciones.

Figura 3. FRACCIONAM IENTO DE PROTEINAS DE 29 ESPECIES ARBOREAS FORRAJERAS9082.3 78.2 71.8 66.8 62.8 52.7 55.0

80 70 60 50 4029.9

30 20 10 0PC %16.4 6.63

28.5

26.7 19.7

27.9

13.4 9.32 3.31 4.59 2.71 4.29 1.15

NNP (% P S )

PSOL (A +B 1)

B1

B2

B3

C

Chamorro y Col, 2002

En este articulo haremos la comparacin y anlisis de las once especies ms utilizadas en los sistemas de produccin de bovinos y de las cuales tenemos un numero representativo de anlisis de fraccionamiento en el laboratorio, almacenados en la base de datos del programa de fisiologa y nutricin animal de Corpoica Figura 4. Figura 4. FRACCIONAMIENTO DE PROTEINAS EN ONCE PRINCIPALES ARBOREAS FORRAJERAS70 60 50 40 30 20 10 0an la um li a ia a a nd ha or am rp u pi i fo an i fl dr e la ni fo P li a is n m bi te or

om

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T. G

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NNP (%PS)

B1

E

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B3

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.

ul

ul

C

Chamorro y Col, 2002

an

ct

Los valores de la PC inicial para todas las especies estn en un rango aceptable a los reportados en la literatura (Flores, 1975; ICA, 1974; Cheftel, 1989; J. Bernal, 1994; Chamorro et al., 1998). El mayor valor fue de 21.60%, el menor de 12.58% para un promedio de 16.92%. Se destacan las especies Planifolia andre (Vainillo) con 21.60%; 98 L.leucocephala. con 21.50% Gliricia sepium con un valor de 20.98%. En el fraccin de la protena soluble se presentaron valores que fluctuaron entre 12.25 y 55.9%, con una media de 25.87%, en esta fraccin las especie T. gigantea presento los valores ms altos 55.9%, seguido de Guazuma ulmifolia (35.52%), los valores mas bajos los present S. Mombin (Jobo) con un valor de 12.58%. Las especies de mayores contenidos de NNP fraccin A fueron T. gigantea con un valor de 36.37% seguida de Spondias mombin (34.75%), en esta fraccin se presento un promedio de 25.77% La fraccin B1, protena verdadera soluble se presentaron unos rangos de 8.07 a 35.56%, con un promedio de 19.52%, los mayores valores los reporto la especie T. gigantea 35.56%, seguido de Guazuma ulmifolia (32.95%),, en la fraccin B2 la especie de mayores niveles de protena lentamente degradable fue E. cyclocarpum con un valor de 41.60%, superando al G. sepium con 34.95%, seguramente estos valores estn asociados con niveles bajos de taninos, que le permite a la fraccin proteica mayor permanencia en el rumen. La protena que se degrada lentamente proporciona aminocidos y peptidos para el crecimiento microbial y acta como fuente de nutrientes sobrepasantes. Una de las fracciones de mayor importancia es la fraccin B3 o protena de paso, en esta fraccin el valor mayor lo presentaron las especies Morus tinctoria con un valor de 62.47% y Planifolia andre con un porcentaje del 57.06%, esta fraccin esta muy ligada a los niveles de taninos en el follaje, los menores valores los presento T. gigantea 23.8%,el promedio de las especies fue de 43.10%, indicando que existe una gran oportunidad de utilizar estas fuentes de protena protegida como suplementos para animales de alta produccin. La fraccin que no se utiliza en ningn compartimiento del tracto gastro intestinal es la fraccin C, en esta los valores de las especies fluctuaron entre.3.55 y 15.9%, los menores valores los reportaron las especies P. juliflora con un valor de 3.55%, seguido de T. gigantea y E. cyclocarpum con promedios de 8.81 y 8.83 respectivamente Relacin Entre La Digestibilidad Y Las Fracciones Proteicas En Recursos Arbreos. Una de las variables ms importantes en la caracterizacin de recursos alimenticios y en la prediccin de respuesta animal es la digestibilidad in vitro de la materia seca (DIVMS), en esta investigacin encontramos que existe una

relacin lineal muy estrecha entre la fraccin soluble y la DIVMS (figura 5), esta es explicada en un 51.4% por la fraccin soluble (P