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Sorgo: un grano que prospera en tiempos de cambio climático

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Cecilia Cajarville

DMTV, PhD, Prof Titular Facultad de Veterinaria, Udelar
Cecilia Cajarville

José Luis Repetto

Departamento Producción Animal y Salud de Sistemas Productivos - IPAV Facultad de Veterinaria, UdelaR, Uruguay.
José Luis Repetto

El sorgo, un grano que prospera en tiempos de cambio climático (Parte I): ¿Cuáles son sus características y cómo podemos mejorar su valor nutritivo para rumiantes?

El grano de sorgo posee varias virtudes para la utilización en rumiantes. Una de sus particularidades es la de ser una gramínea C4, con un mecanismo de absorción del CO2 que le proporciona un mayor rendimiento fotosintético y, por lo tanto, una mayor eficacia en condiciones de calor y sequedad

» Se trata de un cultivo que funciona bien en secano y que es resistente a las plagas, implicando menor uso de insumos.

» Si se lo compara con el grano de maíz, históricamente ha tenido una relación de precios favorable, siendo además capaz de prosperar en lugares no propicios para el cultivo de éste.

Ante este conjunto de características es de esperar que en condiciones de crisis climáticas como la que vivimos actualmente, el cultivo de sorgo continúe en crecimiento al menos en regiones geográficas donde la falta de agua es un problema cada vez mayor. 

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En suelos con una profundidad media, las necesidades en agua del sorgo son claramente inferiores a las de otros cultivos de primavera-verano. No sólo es un cereal resistente al cambio climático, sino que además puede contribuir a cuidar un recurso tan valioso como el agua dulce.

Sin embargo, el sorgo tiene características que lo desfavorecen ante otros granos. Hay una heterogeneidad muy grande entre genotipos de grano, con algunos de difícil digestión. Es así, que desde el punto de vista de su valor nutritivo podemos encontrar materiales que compiten en el aporte de nutrientes con el mejor de los otros granos y otros que ni siquiera podrían ser considerados concentrados de acuerdo con los nutrientes que aportan

Por otra parte, el aprovechamiento de un grano en particular es difícil de predecir, más allá de estimaciones “a ojo” de acuerdo con el tamaño y color. Es decir, faltan indicadores claros y rápidos para valorar su calidad

En los próximos párrafos intentaremos explicar por qué sucede esto y cómo podemos superar el cuello de botella de la heterogeneidad en la calidad de granos de sorgo, principal escollo para explotar su capacidad para aportar energía. 

 

EL ALMIDÓN: CLAVE PARA EL APORTE ENERGÉTICO DE LOS GRANOS

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Los granos son ampliamente utilizados en las dietas por su aporte energético, que proviene del almidón, su principal constituyente. Los almidones son homopolisacáridos, mezcla de moléculas de amilosa y amilopectina. 

La amilosa está constituida por cadenas lineales de glucosa unidas por enlaces glucosídicos α (1,4), mientras que la amilopectina es una cadena ramificada, cuyas ramificaciones se unen a una cadena central mediante enlaces α (1,6). Aunque las proporciones que representan la amilosa y la amilopectina son variables de acuerdo con la especie y genotipo del grano, en general la amilosa es minoritaria

 

El contenido de almidón y los porcentajes de amilosa y amilopectina dentro de una misma especie puede modificarse genéticamente. En general se acepta que la digestibilidad del almidón está en relación inversa a su contenido en amilosa, que es menos soluble en agua y en otras sustancias, comparada con la amilopectina.

Esta última afirmación es cierta para monogástricos, humanos y rumiantes muy jóvenes, pero es menos importante para rumiantes, en los que otras características del grano cobran más importancia. 

En rumiantes adultos, la estructura de la matriz donde se dispone el almidón es determinante tanto de la magnitud como del sitio de digestión de los almidones. Dentro de los granos el almidón está contenido en el endospermo, estructura de reserva que representa entre el 80 y 85% del peso total (Montiel y Elizalde, 2004). A su vez, en el endospermo, el almidón se dispone en forma de gránulos rodeados por una matriz proteica (Figura 1).

 

Figura 1. Microfotografía del endospermo de sorgo mostrando los gránulos que contienen almidón recubiertos por una matriz proteica (Imagen extraída de Black, 2004)

La matriz proteica del endospermo limita el acceso de las bacterias ruminales a los gránulos y está demostrado que cuanto más organizada es esta estructura, menor es la cantidad y la velocidad con que fermentan los cereales en el rumen (McAllister et al., 1993).

 

De acuerdo con las características de la matriz podemos diferenciar al menos dos capas en el endospermo de los granos, que se esquematizan en la Figura 2

  • Una capa más periférica, en la que la matriz y los gránulos están muy organizados, denominada “endospermo vítreo o córneo”
  • Una parte central, con mayor concentración de almidón y con una estructura granular más desorganizada, con una matriz proteica discontinua o menos evidente denominada “endospermo harinoso”. 
En acuerdo con sus características, el almidón contenido en el endospermo harinoso es mucho más susceptible a la degradación ruminal y a los procesos digestivos en general, así como a la acción de diferentes procesamientos, y una mayor abundancia relativa de este almidón determina que el grano sea más degradable en el rumen y que, por lo tanto, su digestión sea mayoritariamente por fermentación y no por digestión enzimática intestinal (Corona et al., 2006).

Figura 2. Esquema de la estructura de un grano de cereal

El endospermo córneo predomina en granos menos degradables en el rumen como el maíz o el sorgo y el harinoso en granos de rápida degradación como el trigo o la cebada. La relación endospermo córneo/harinoso está regulada genéticamente, aunque algunos factores son capaces de incrementarla, como la maduración del grano y la fertilización nitrogenada (Owens y Zinn, 2005).

 

¿Y COMO ES EL CASO DEL SORGO?

En la Figura 3 presentamos la concentración de almidón comparada de diferentes granos de cereales de acuerdo con Humer y Zebeli (2017). Como se observa en la figura, el sorgo es de los granos que contiene más almidón, lo cual no se condice con su baja reputación ni con su menor valor en el mercado.

Figura 3. Concentración de almidón comparada entre distintos granos de cereales (adaptado de Humer y Zebeli, 2017)

Esta menor reputación se explica en parte por algunas características estructurales y porque, como ya mencionamos, el grano de sorgo se caracteriza por una gran variabilidad en su composición química y tipo de endospermo según el genotipo y también determinada por las condiciones ambientales durante el crecimiento y maduración (Hibberd et al., 1982). 

Es así como se pueden encontrar grandes diferencias en el sitio y magnitud de la digestión del grano tanto entre genotipos como dentro de un mismo genotipo (Streeter et al., 1991).

Los granos de sorgo generalmente tienen una capa denominada endospermo periférico, compuesta por las primeras capas de células debajo de la aleurona. Este tejido se caracteriza por ser extremadamente duro, denso y resistente a la entrada de agua.

Los gránulos de almidón que contiene son pequeños y están rodeados de un gran número de cuerpos proteicos compuestos por prolaminas (Montiel y Elizalde, 2004). Esto lo vuelve muy poco disponible para la degradación enzimática, tanto de las enzimas del animal como de los microoganismos del rumen

 

Además, algunas variedades de sorgo pueden producir importantes cantidades de taninos, que pueden alcanzar concentraciones de hasta un 7 %, valor muy elevado si se tiene en cuenta que un grano promedio contiene entre 0,1 y 1 % de este tipo de compuesto (Evers et al., 1999). En la Figura 4 representamos esquemáticamente como es la estructura del endospermo en el grano de sorgo.

Figura 4. Esquema de la estructura de un grano de un grano de sorgo

Los taninos son metabolitos secundarios de las plantas que cumplen funciones de defensa.

Por ello, los genotipos de sorgo con mayor contenido en taninos poseen ciertas ventajas agronómicas, como una mayor resistencia a la germinación antes de la cosecha, la resistencia a las plagas (insectos, pájaros), o a la contaminación fúngica. En general el rendimiento del cultivo es alto, con granos sanos, aún en condiciones adversas, y es lo que los hace comunes en algunos mercados. 

Químicamente, los taninos son polímeros de compuestos fenólicos que tienen la habilidad de formar complejos indigestibles con las proteínas. Los taninos del sorgo serían capaces de precipitar proteínas en cantidades 12 veces superiores a su propio peso (Duodu et al., 2003). Existen dos grandes tipos de taninos: los hidrolizables y los condensados, ambos con capacidad de formar complejos con las proteínas, pero con diferencias. 
Cuando los rumiantes consumen taninos hidrolizables, se forman complejos proteína-tanino en el rumen (con un pH cercano a la neutralidad), haciendo indigestibles las proteínas para la población ruminal. Pero este tipo de complejo es dependiente del pH, y en el abomaso se desdoblan dejando libre la proteína para la digestión intestinal. 

 

En otras palabras, transformaron a la proteína del alimento en proteína de pasaje para el rumiante. A través de este mecanismo es que los taninos pueden ejercer efectos beneficiosos en el rumiante, previniendo el timpanismo y aportando proteína de pasaje (Wang et al. 1996). 

Sin embargo, cuando se trata de taninos condensados, la unión con las proteínas se produce mediante puentes de hidrógeno. Dicha unión es resistente a pH bajos por lo que los complejos no se desdoblan en el abomaso y terminan dificultando la digestión de las proteínas, que terminan excretándose en las heces. 

Dada la estructura granular del endospermo de los granos, tanto la baja degradabilidad ruminal de la proteína que recubre los gránulos como el contenido en taninos, afectan la degradación ruminal del almidón del sorgo. De hecho, parece haber una estrecha relación entre el contenido en taninos del sorgo y la degradabilidad de materia seca, la proteína y el almidón del grano, como puede apreciarse en la Figura 5

Figura 5. Degradación ruminal de la materia seca (DMS), del almidón (Dalmidón) y de la proteína (DPB) de diferentes híbridos de sorgo (16 h de incubación en el rumen), según Montiel et al. (2011).

La interacción entre proteínas y taninos no solo modifica la digestibilidad del grano, sino que también afecta su palatabilidad. La astringencia es la sensación causada por la unión de taninos y glicoproteína salivar, llevando a un aumento en la salivación y menor aceptabilidad (Besharati et al., 2022). 

 

¿QUÉ PODEMOS HACER ENTONCES PARA MEJORAR EL APROVECHAMIENTO DIGESTIVO DEL GRANO DE SORGO EN RUMIANTES?

Este va a ser el tema central de la parte II de esta entrega, aunque aquí realizaremos algunos comentarios a modo de introducción. Primero que nada, debemos saber que hay varias cosas que podemos hacer para mejorar el aprovechamiento del sorgo por los rumiantes. Como siempre, todo tratamiento que realicemos trae asociado un costo, que tendremos que considerar cuando tomemos la decisión de su empleo. 

Tratar el grano de sorgo resulta imprescindible ya que se trata de un grano que, a las dificultades que presenta para su digestión, se suma el pequeño tamaño. Esto hace que al menos, debamos molerlo antes de su suministro

 

Otro aspecto a tener en cuenta es que, cuando se trata mejorar el aprovechamiento digestivo de un grano para los rumiantes, el partido se juega en el rumen. En general es cierto que el almidón (y por lo tanto los granos) que se aprovechan poco en el rumen, tienen una segunda oportunidad en el intestino, ya que el rumiante tiene amilasas a este nivel.

Sin embargo, cuando se trata de un grano de difícil digestión como es el sorgo, la digestión intestinal no alcanza para compensar una pobre degradación en el rumen. Por ello, si no hacemos lo posible por aumentar la fermentación (y degradación) del grano en rumen, el resultado será una baja digestibilidad global.   

Por último, a modo de introducción de la próxima entrega sobre el tema, presentamos gráficamente en la Figura 6 los tratamientos que han sido más ensayados en el grano de sorgo y su capacidad para mejorar la degradación/fermentación en rumen. 

Figura 6. Tratamientos posibles para aumentar la degradación del sorgo en el rumen y favorecer a ese nivel la fermentación del almidón

Por supuesto que la posibilidad de tratar un grano depende de varios factores (infraestructura, equipamiento disponible en las cercanías, etc.), pero veremos que no necesariamente tendremos que recurrir a los tratamientos más costosos, que implican vapor y presión (como el extrusado), para lograr buenos resultados

Tratamientos como el reconstituido (que consiste en remojar el grano cosechado seco y luego ensilarlo), o el grano húmedo (que consiste en cosechar el grano de la parcela cuando todavía tiene 25% de humedad o más y luego ensilarlo), pueden ser tan o más efectivos para alimentar rumiantes que los procesos que involucran más maquinaria o energía y que deben realizarse en plantas especializadas. 

 

Bibliografía

Besharati M., Maggiolino A., Palangi V., Kaya A., Jabbar M., Eseceli H., De Palo P., Lorenzo J.M. 2022. Tannin in Ruminant Nutrition: Review. Molecules 27, 8273. https://doi.org/10.3390/molecules27238273

Black J.L. 2004. Animal Feed. En: Encyclopedia of Grain Science, Ed: C. Wrigley, Elsevier pp: 11-20. 

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Duodu K. G., Taylor J. R. N., Belton P. S., Hamaker B. R. 2003. Factors affecting sorghum protein digestibility. J. of Cereal Sci. 38: 117-131.

Evers A. D., Blakeney A. B., Brien L. O. 1999. Cereal structure composition. Aust. J. Agric. Res. 50: 629-650. 

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Humer E., Zebeli, Q. 2017. Grains in ruminant feeding and potentials to enhance their nutritive and health value by chemical processing. Animal Feed Science and Technology, 226:133-151. 

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Montiel M. D. y Elizalde J. C. 2004. Factores que afectan la utilización ruminal del grano de sorgo en vacunos. Rev. Arg. Prod. Anim. 24 (1-2): 1-20.  

Montiel M.D., Elizalde J.C., Santini, F y Giorda, L. 2011. Características físicas y químicas del grano de sorgo. Relación con la degradación ruminal en bovinos. Arch. Zootec. 60, 231: 533-541. 

Owens F.N., Zinn R. A. 2005. Corn Grain for Cattle: Influence of Processing on Site and Extent of Digestion. Proc. Southwest Nutr. Conf.: 86-112.

Steeter M. N., Wagner D. G., Owens F. N., Hibberd C.A. 1991. The effect of pure and partial yellow endosperm sorghum grain hybrids on site and extent of digestion in beef steers. J. Anim. Sci. 69: 2571-2584.

Wang Y., Douglas G. B., Waghorn G. C., Barry T. N., Foote A.G. 1996. Effect of condensed tannins in Lotus corniculatus upon lactation performance in ewes. J. Agric. Sci., 126: 353-362.

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