Estudio de los ácidos grasos de la leche procedentes del metabolismo microbiano ruminal

Abstract

La grasa de la leche de las hembras rumiantes se distingue de las de otros mamíferos terrestres por contener más de 400 ácidos grasos, diversidad debida al metabolismo lipídico de los microorganismos ruminales y la actividad enzimática de la glándula mamaria. La grasa láctea contiene ácidos grasos singulares procedentes de la biohidrogenación ruminal de los ácidos grasos insaturados de la dieta y de la síntesis de novo bacteriana a partir de los ácidos grasos volátiles producidos durante la fermentación ruminal de los carbohidratos y los aminoácidos. El aporte de estos ácidos grasos a la dieta humana depende, casi exclusivamente, de la grasa láctea y han despertado gran interés en los últimos anos porque numerosos estudios señalan que algunos de ellos pueden tener efectos beneficiosos sobre la salud humana. Estos descubrimientos han propiciado un creciente interés por la manipulación del perfil l de ácidos grasos de la grasa láctea mediante la modificación de las características y la composición de la dieta ofrecida a los animales, especialmente la inclusión de fuentes de grasa vegetales ricas en ácidos grasos insaturados. Así mismo, las relaciones entre los isómeros de la biohidrogenación ruminal y los ácidos grasos impares y pueden usarse como indicador no invasivo de los efectos de la dieta sobre las bacterias ruminales. Establecer las relaciones de los isómeros de la biohidrogenación ruminal con los ácidos grasos impares y ramificados de los lípidos bacterianos en la grasa láctea seria clave para interpretar el impacto de la dieta suministrada al rumiante sobre las poblaciones microbianas del rumen y su repercusión en los atributos nutritivos de la grasa de la leche y sus productos derivados. Por ello, los objetivos planteados en la presente Tesis fueron: 1) Esclarecer las relaciones entre los ácidos grasos de la leche derivados del metabolismo lipídico de las bacterias del rumen –ácidos grasos impares y ramificados e intermediarios de la biohidrogenación ruminal; 2) Uso de técnicas estadísticas avanzadas para determinar la utilidad de los ácidos grasos de la leche derivados del metabolismo lipídico microbiano como predictores de la composición de la dieta consumida por los animales; 3) estudiar los cambios en los contenidos de algunos ácidos grasos e índices de la grasa láctea, relevantes desde el punto de vista de la salud humana, tras la inclusión de aceite vegetales con diferente grado de instauración en la dieta. Para la consecución del primer objetivo se utilizaron los datos de composición de la grasa láctea de 112 muestras individuales, obtenidas en una serie de cinco experimentos que investigaron los cambios de los ácidos grasos de la leche en respuesta a la inclusión de aceites vegetales en la dieta de cabras. En todos los experimentos, las condiciones de manejo y la ración basal suministrada fue similar, con excepción del aceite añadido. Se obtuvieron numerosas correlaciones significativas. Los cambios opuestos simultáneos en los contenidos de algunos ácidos grasos de ambos grupos permitieron identificar a determinadas especies bacterianas del rumen por su doble papel en la degradación de los carbohidratos y en la biohidrogenación ruminal de los ácidos grasos de la dieta. En este sentido, se observó que las condiciones que favorecieron la acumulación relativa de isómeros monoinsaturados respecto a su producción tuvieron un efecto negativo sobre las bacterias del grupo B de la biohidrogenación, así como un efecto negativo sobre las bacterias celulolíticas. Igualmente, las relaciones negativas observadas reflejaron cambios en la actividad enzimática de la glándula mamaria. En conjunto, los resultados obtenidos indican que las relaciones entre los ácidos grasos impares y ramificados y los isómeros de la biohidrogenación ruminal en la grasa láctea pueden utilizarse como un indicador no invasivo de los efectos de la dieta suministrada a los animales sobre las bacterias del rumen y la actividad de las enzimas de la glándula mamaria. Los contenidos en ácidos grasos impares y ramificados (OBCFA) determinados mediante cromatografía gaseosa en 94 muestras de grasa láctea se utilizaron para identificar el tipo de ración consumida por cabras mediante análisis discriminante lineal. De un total de 21 variables en la dieta, cuatro fueron seleccionadas como predictores válidos. La prueba de Wilks fue altamente significativa, indicando que el análisis discriminante era aplicable a los datos del presente estudio. Los resultados obtenidos indican que los OBCFA de la grasa láctea no sirven para identificar el tipo de aceite vegetal incluido en la ración de cabras, pero permiten diferenciar la grasa láctea de las raciones con y sin aceite añadido mediante análisis discriminante lineal. Para evaluar la influencia de la incorporación de aceite de lino (30 g/día) en la dieta de cabras lecheras, comparando a su vez dos tipos de concentrado, uno rico en fibra neutro detergente y otro con alto contenido en almidón se dispusieron cuatro dietas y se suministraron durante 25 días. Se tomaron muestras de leche en diferentes días y se investigaron los efectos que los distintos tratamientos ejercían sobre los ácidos grasos derivados del metabolismo microbiano ruminal, principalmente ácidos grasos de cadena impar, ramificada y ácidos grasos trans. La alimentación con un concentrado rico en fibra neutro detergente mostro los contenidos más elevados de los ácidos grasos 15:0, 14:0 iso y 16:0 iso en leche, que disminuyeron significativamente cuando ese mismo concentrado se suplemento con aceite de lino. En contraste, el concentrado rico en almidón presento niveles más bajos de 15:0, 14:0 iso y 16:0 iso, y sus porcentajes no variaron cuando se adiciono el aceite. Respecto a los ácidos grasos trans, sus niveles aumentaron significativamente en los tratamientos que incluyeron aceite de lino en su composición, pero no se observaron diferencias según la composición del concentrado. En el presente trabajo se detalla la evolución temporal de estos ácidos grasos minoritarios relacionados con el metabolismo microbiano y se discute la presencia de los mismos en la grasa láctea, fruto del proceso de biohidrogenación ruminal del ácido α-linolénico.

The milk fat of the ruminant females is distinguished from those of other terrestrial mammals because it contains more than 400 fatty acids, this diversity is due to the lipid metabolism of ruminal microorganisms and the enzymatic activity of the mammary gland. Dairy fat includes unique fatty acids from the ruminal biohydrogenation of unsaturated fatty acids from the diet and the synthesis of bacterial de novo from volatile fatty acids produced during the ruminal fermentation of carbohydrates and amino acids. The contribution of these fatty acids to the human diet depends almost exclusively on milk fat and it has aroused great interest in recent years because numerous studies indicate that some of them may have beneficial effects on human health. Th ese discoveries have led to a growing interest in the manipulation of the fatty acid profi le of milk fat by modifying the characteristics and composition of the diet that is offered to animals, especially the inclusion of vegetable fat sources rich in unsaturated fatty acids. Likewise, the relationships between the isomers of ruminal biohydrogenation and odd fatty acids can be used as a non-invasive indicator of the eff ects of diet on ruminal bacteria. Establishing the relationships of the isomers of ruminal biohydrogenation with the odd and branched fatty acids of bacterial lipids in milk fat would be key to interpreting the impact of the diet supplied to the ruminant on the microbial populations of the rumen and its eff ects on nutritional attributes. of milk fat and its derived products. Th erefore, the objectives set out in this Th esis were: 1) Clarifying the relationships between milk fatty acids derived from the lipid metabolism of rumen bacteria (odd and branched fatty acids and intermediates of ruminal biohydrogenation); 2) Th e use of advanced statistical techniques to determine the utility of milk fatty acids derived from microbial lipid metabolism as predictors of the composition of the diet that is consumed by animals; 3) Studying the changes in the contents of some fatty acids and milk fat indices, which are relevant from the point of view of human health, after the inclusion of vegetable oils with different degrees of unsaturation in the diet. For the achievement of the first objective, the data on the composition of milk fat from 112 individual samples were used, these were obtained in a series of five experiments that investigated changes in milk fatty acids in response to the inclusion of vegetable oils in the diet of goats. In all experiments, the handling conditions and the basal ration provided were similar, with the exception of the added oil. Numerous significant correlations were obtained. The simultaneous opposite changes in the contents of some fatty acids of both groups allowed to identify certain bacterial species of the rumen due to its double role in the degradation of carbohydrates and in the ruminal biohydrogenation of dietary fatty acids. In this sense, it was observed that the conditions that favored the relative accumulation of monounsaturated isomers with respect to their production had a negative effect on the B group bacteria of the biohydrogenation, as well as a negative effect on the cellulolytic bacteria. Likewise, the negative relationships observed reflected changes in the enzymatic activity of the mammary gland. Taken together, the results obtained indicate that the relationships between odd and branched fatty acids and isomers of ruminal biohydrogenation in milk fat can be used as a non-invasive indicator of the effects of the diet given to animals on rumen bacteria and the activity of the mammary gland enzymes. The odd and branched fatty acid (OBCFA) contents determined by gas chromatography in 94 samples of milk fat were used to identify the type of ration consumed by goats by linear discriminant analysis. From a total of 21 variables in the diet, four were selected as valid predictors. The Wilks test was highly significant, indicating that the discriminant analysis was applicable to the data of the present study. The results obtained indicate that the OBCFA of the milk fat do not serve to identify the type of vegetable oil included in the ration of goats, but they allow to differentiate the milk fat from the rations with and without oil added by linear discriminant analysis. In order to evaluate the infl uence of the incorporation of flax oil (30 g / day) in the diet of dairy goats, in turn comparing two types of concentrate, one rich in neutral detergent fiber and another with high starch content four diets were arranged and were supplied for 25 days. Milk samples were taken on different days and the effects that different treatments exerted on fatty acids derived from ruminal microbial metabolism, mainly odd, branched chain fatty acids and trans fatty acids, were investigated. Feeding with a concentrate rich in detergent neutral fi ber showed the highest contents of 15: 0, 14: 0 iso and 16: 0 iso fatty acids in milk, which decreased significantly when that same concentrate was supplemented with fl ax oil. In contrast, the starchrich concentrate showed lower levels of 15: 0, 14: 0 iso and 16: 0 iso, and their percentages did not change when the oil was added. Regarding trans fatty acids, their levels increased significantly in treatments that included flax oil in their composition, but no differences were observed according to the composition of the concentrate. In this work, the temporal evolution of these minor fatty acids related to microbial metabolism is detailed and their presence in milk fat is discussed, as a result of the ruminal biohydrogenation process of α-linolenic acid.