Métodos de Formulación de Raciones

Indice1. Introducción 2. Definiciones básicas 3. Nutrientes 5. Métodos de formulación de raciones 6. Programación lineal: raciones de mínimo costo 7. Bibliografía

1. Introducción

Para enfrentar un proceso productivo, el profesional zootecnista se apoya en la alimentación animal, que permite abordar aspectos como los factores nutricionales de los alimentos, los mismos que constituyen la base para un proceso productivo ganadero cada vez más demandante. La optimización de raciones y su utilización eficiente en los sistemas producción pecuaria, abarca un aspecto importante en la alimentación animal. Así, para lograr mezclas de alimentos de mínimo costo, se dispone de métodos de optimización como la programación lineal que nos permite minimizar el costo de la ración. Este aspecto viene relacionado con el valor alimenticio de ingredientes o alimentos usados frecuentemente o no en las raciones, los mismos que serán tomados como referencia y posterior ajuste en el cálculo de raciones, vinculado a las consideraciones básicas de las necesidades nutricionales de las diferentes especies animales. Este artículo ha sido elaborado en actividad estudiantil, durante los últimos semestres en Zootecnia, UNSAAC pensando en los compañeros de entonces, quienes siempre han deseado abordar temas importantes de una forma sencilla. Se publica luego de algunas revisiones finales, pretendiendo proporcionar alcances simples y prácticos para los problemas de inicio en la formulación de raciones, abarcando desde los métodos más elementales hasta los usados en la actividad productiva moderna.

2. Definiciones básicas

Alimentos Alimento es una sustancia que contribuye a asegurar en todas sus manifestaciones (producción, reproducción) la vida del animal que la consume. Para ser exacta, esta definición debe completarse con las siguientes advertencias: lo que es un alimento para un ser vivo puede no serlo para otro; encontramos efectivamente, al respecto, frecuentes ejemplos entre las diferentes especies de animales de granja; por tanto, la noción de valor alimenticio va ligada a la especie que aprovecha el alimento. Por otra parte la técnica correcta de alimentar consiste en asociar las diferentes clases de alimentos de que disponemos para integrar una ración capaz de cubrir las necesidades nutritivas de los animales, de tal modo que el alimento integrado en el conjunto de una ración y no aisladamente es capaz de asegurar la vida. Observemos, finalmente, que el valor de un alimento depende de los restantes constituyentes de la ración, lo que pone de manifiesto la noción equilibrio alimenticio.

3. NutrientesUn nutriente es un elemento constitutivo de las sustancias alimenticias, ya sean de procedencia vegetal o animal, que ayuda a mantener la vida. Puede ser un elemento simple como el hierro o el cobre o puede ser un compuesto químico complicado como el almidón o la proteína, compuesto de muchas unidades diferentes. Se sabe que unos 100 nutrientes diferentes tienen valor en las raciones del ganado y de las aves de corral. Muchos son necesarios individualmente para el metabolismo corporal, crecimiento y reproducción; otros o no son esenciales o pueden sustituirse por otros nutrientes. No existen dos alimentos que contengan los nutrientes en la misma proporción. Cada alimento suele contener una mayor o menor proporción de uno o varios de estos principios. Estas diferencias hacen necesario que se regule la cantidad de cada alimento, de tal manera que la total composición de sus nutrientes sea la requerida en cada caso, variable según la especie, edad, producción, etc. La clasificación de los nutrientes según su origen: Orgánicos (Carbohidratos, Grasas, Proteínas, Vitaminas), e Inorgánicos (Agua, Sales minerales). Según su misión principal: Energéticos (carbohidratos y lípidos), Plásticos y energéticos (proteínas), Plásticos y biorreguladores (macroelementos minerales), y Biorreguladores (microelementos minerales, vitaminas y antibióticos).

4. Formulación de raciones

La alimentación representa la mayor parte de los recursos necesarios en la producción animal; por tal razón, su eficiencia, costos económicos, condicionan grandemente el éxito de los sistemas de producción animal. Contrariamente, todo error en el cálculo de raciones, toda falta de exactitud en la apreciación de las necesidades, contribuye, con el tiempo, a limitar la productividad de los animales genéticamente más aptos para la producción. En este contexto, la formulación de raciones debe entenderse como el ajuste de las cantidades de los ingredientes que, según se desee, conformarán la ración, para que los nutrientes que contenga por unidad de peso o como porcentaje de la materia seca correspondan a los que requiere el animal por alimentar. Así, el cálculo de raciones balanceadas obedece a varias razones; entre estas se pueden mencionar las siguientes:

• Solo con raciones balanceadas se pueden lograr producciones acordes con el potencial genético de los animales.
• Solo con una alimentación adecuada pueden lograrse producciones económicas. Esto obedece a que la alimentación representa el mayor porcentaje de los costos totales de producción (45% o más).
• Solo con animales bien alimentados se aprovechan en su totalidad las mejoras que se hagan en lo genético y en sanidad.

Para iniciar un programa de formulación de raciones bajo diferentes situaciones, se requiere de información básica, y se tienen:

• Necesidades nutricionales del animal.
• Alimentos.
• Tipo de ración.
• Consumo esperado de alimentos.

Estos aspectos deben ser considerados para alimentar a los animales, siendo indispensable completar las raciones alimenticias diarias con las bases constructoras de las proteínas, vitaminas, etc., todo esto correctamente balanceado en concordancia y de acuerdo con las respectivas etapas de su desarrollo y producción. Las técnicas de balanceo de raciones son desarrolladas con ejemplos simples y algunos más elaborados que, dependiendo de la práctica del estudiante o productor, presentarán cierto grado de dificultad para su solución.

5. Métodos de formulación de raciones

Existen varios métodos que se emplean para balancear raciones, desde los más simples hasta los más complejos y tecnificados, entre ellos: prueba y error, ecuaciones simultáneas, cuadrado de Pearson, programación lineal. El método más fácil para el cálculo de raciones balanceadas es mediante el empleo de prueba y error, siendo el de programación lineal el utilizado en la formulación científica de alimentos balanceados.

Prueba y errorEs uno de los métodos más empleados para balancear raciones debido, básicamente, a su facilidad en el planteamiento y operación. Manualmente está sujeto a la utilización de pocos alimentos y nutrientes. Sin embargo, cuando se utilizan hojas de cálculo, este método es bastante práctico, permitiendo balancear con 10 – 15 alimentos y ajustar unos 6 nutrientes.

Ejemplo 1 Se requiere formular una ración para broilers 6-8 semanas cuyo requerimiento es 18% de Proteína C. y 3200 Kcal/kg de Energía M. (NRC, 1994). Primeramente se plantea una ración en forma arbitraria, como se muestra en la mezcla 1:

El maíz y torta de soja aportan 3370 y 2430 Kcal/kg de E.M., además 8.8 y 44% de P.C. respectivamente. La mezcla propuesta, está cerca de satisfacer las necesidades de energía, pero es deficiente en proteína.

En este caso, es necesario incluir una fuente de proteína que en nuevas combinaciones, no reduzca significativamente el aporte energético. Para esto se incluirá harina de pescado con 2880 Kcal/kg de E.M. y 65% de P.C.

En la mezcla 2, el nivel de energía prácticamente está cubierto y la proteína presenta un exceso de 0.22%. Si ajustamos con más detalles estas cantidades, puede obtenerse la mezcla 3 que corresponde a los requerimientos nutricionales de broilers 6-8 semanas.

Ejemplo 2

Para este ejemplo se utilizará una hoja electrónica para calcular una ración. Las necesidades son para broilers 6-8 semanas. En la siguiente tabla se tiene la composición de los alimentos y necesidades de los animales.

Primeramente, se ingresa un valor arbitrario al primer alimento, en este ejemplo para el maíz = 1000 en la columna Cantidad (kg), similar proceso se efectúa para los demás alimentos. En la columna Mezcla (%) se representa el valor de la mezcla en porcentaje automáticamente basado en la cantidad en (kg), que es la que se debe utilizar.

Una vez ingresado los valores arbitrarios, se analiza la columna que corresponde a los Nutrientes. Para el ejemplo, se tiene un déficit en energía (3120.87 kcal/kg), la proteína es poco elevada, al igual que los demás nutrientes (Mezcla 1).

Si realizamos algunas modificaciones, que son rápidas en la hoja de cálculo, es posible obtener la siguiente mezcla de alimentos (Mezcla 2).

La mezcla de alimentos final obtenida, satisface las necesidades de broilers 6-8 semanas, observándose además, el nivel de precisión obtenida en energía, proteína, calcio y fósforo disponible; además de la inclusión de alimentos fijos como aceite acidulado, sal común y premezcla vit-min en niveles de 3.50, 0.30 y 0.10 % respectivamente. Para la solución de la mezcla del ejemplo se empleó la hoja de cálculo Zootec (Ver bibliografía si desea una copia).

Ecuaciones simultáneas Este método emplea el álgebra para el cálculo de raciones, planteándose sistemas de ecuaciones lineales donde se representan mediante variables a los alimentos, cuya solución matemática representa la ración balanceada.

Ejemplo 3 Se tiene Maíz grano (MG) y Torta de soya (TS) con contenidos de Proteína Cruda de 8.8% y 45% respectivamente. Se desea una mezcla que tenga un contenido de PC del 15%. Expresados los valores por kg de dieta: X +     Y = 1.00 … (1) 0.088X + 0.45Y = 0.15 … (2) Donde: X = MG en la mezcla. Y = TS en la mezcla.

La primera columna representa al Maíz y la segunda, Torta de soja. La primera ecuación (fila 1) representa la mezcla final igualada a la unidad, la misma multiplicada por 100 nos dará el 100% que es la mezcla deseada. La ecuación 2 nos indica los niveles de proteína de los insumos, y son igualados a 0.15 (15%) que es el requerido para la ración ejemplo. Para resolver este sistema, la ecuación (1) se multiplica por -0.088 para eliminar una de las variables incógnitas: -0.088X – 0.088Y = -0.088 0.088X + 0.450Y = 0.150 ————————– 0.450Y – 0.088Y = 0.062                Y = 0.1713

Reemplazando en la ecuación (1): X + 0.1713 = 1.00 X = 0.8287 Se multiplica por 100 para volver a expresarse en porcentaje. X = (0.8287)100 = 82.87% Y = (0.1713)100 = 17.13%                  ——–                  100.00%

La ración obtenida requiere ser comprobada en su contenido de proteína, para esto se multiplica el contenido de proteína de los insumos por su respectivo porcentaje en la ración, el total debe dar el 15% deseado: (0.088 * 0.8287)100 = 7.29 (0.450 * 0.1713)100 = 7.71 7.29 + 7.71 = 15%

Es posible observar la exactitud del método algebraico en la formulación de raciones balanceadas, obteniéndose 82.87% de Maíz y 17.13% de Torta de soja haciendo una cantidad final de 100%, cumpliendo además el 15% de PC exigido. Si se quiere ajustar 3 nutrientes y 1 mezcla final, se tiene que utilizar 4 alimentos y plantear un sistema de 4 ecuaciones simultáneas.

Ejemplo 4 Como siguiente ejemplo se formulará una ración balanceada para cerdos en crecimiento (10-20 kg) cuyo requerimiento de nutrientes es: 3.25Mcal/kg de EM, 18% de PC, 0.95% de Lisina, 0.70% de Calcio y 0.32% de Fósforo disponible (NRC, 1988); teniéndose los alimentos

La letra X y los subíndices identifican a los 4 alimentos en el sistema de ecuaciones a plantear y lograr la mezcla final, energía, proteína y lisina requeridos. Para cubrir los requerimientos de Calcio y Fósforo no fitado, se incluirá como alimentos fijos Fosfato dicálcico y Carbonato de calcio en cantidades de 1% y 0.7% respectivamente; además de Harina de Pescado (3.5%), Grasa de Pescado (3.5%) y Premezcla (0.3%).

Enseguida, es necesario conocer el aporte de nutrientes de los ingredientes considerados fijos en la mezcla, así como los nuevos requerimientos nutricionales. El 9% de alimentos (Hna. pescado, Grasa pescado, Fosfato dicálcico, Carbonato de calcio y Premezcla) proporcionan proteína, energía y lisina, esto se resta del total requerido por el cerdo, 3.25-0.38=2.87 para energía, 18-2.28=15.72 para proteína y 0.95-0.17=0.78 para lisina. Cada nueva necesidad se igualará en el sistema de ecuaciones a plantear.

Establecido los requerimientos, se tiene:

X1 +       X2 +      X3 +       X4 = 0.9100 Kg 3.3000X1 + 2.5500X2 + 2.820X3 + 3.1400X4 = 2.8700 Mcal/kg 0.0880X1 + 0.1500X2 + 0.450X3 + 0.0900X4 = 0.1572 Kg/kg 0.0024X1 + 0.0065X2 + 0.029X3 + 0.0022X4 = 0.0078 Kg/kg

Para solucionar este sistema de ecuaciones, recurrimos a una calculadora científica que hará más rápido el cálculo. Ingresado la información a la calculadora, se obtiene los siguientes resultados (Para una solución manual, consultar textos de álgebra lineal o el libro de Trujillo, 1987. Ver bibliografía): X1 = 0.5592 X2 = 0.0167 X3 = 0.2095 X4 = 0.1246

Estos valores, reemplazados en las ecuaciones, deben dar las igualdades establecidas para comprobar la veracidad de los resultados. Según lo explicado en el ejemplo anterior, estos valores deben ser llevados a porcentaje de la mezcla final y a partir de esta, puede expresarse en otras cantidades (80 kg, 600 kg, 2.5 TM).

Nuevamente se aprecia la precisión del método al obtener los resultados deseados. Los valores de Calcio y Fósforo disponible, no fueron establecidos en el sistema de ecuaciones, estos son aporte de los alimentos una vez efectuado la mezcla, teniéndose un déficit muy pequeño de Calcio (0.004%) y un exceso de 0.043% de Fósforo no fitado, valores no significativos.

Es preciso aclarar que a mayores cantidades de nutrientes a balancear se debe tener cuidado en elegir los alimentos para la mezcla; dado que, se tiene que equilibrar los nutrientes de cada alimento con los nutrientes requeridos en la ración, y así poder percibir la factibilidad de una solución y no obtener valores negativos para una variable o alimento.

Cuadrado de Pearson

Permite mezclar dos alimentos que tienen concentraciones nutricionales diferentes para obtener como resultado una mezcla que tiene la concentración deseada (proteína, energía). Un ejemplo simple es aquel donde se balancea un nutriente, proteína o energía generalmente, considerando dos ingredientes en el proceso.

Ejemplo 5 Se requiere una mezcla de alimentos que contenga 20% PC, teniendo Cebada grano con 11.5% PC y Harina de pescado con 65% PC. La funcionalidad de este método está sujeto a:

• El contenido nutricional de un alimento deberá ser mayor (HP=65% PC) al requerido (20%), y
• Otro menor (CG=11.5% PC).

Se ordenan los datos (ilustración), restando el menor valor del mayor. (20-11.5 y 65-20).

Finalmente se tiene la mezcla deseada y el contenido proteico ajustado:

(0.115 * 0.8411)100 = 9.67% (0.65 * 0.1589)100 = 10.33%

El método también permite realizar raciones con mayor número de ingredientes y nutrientes, teniéndose mayor cuidado en elaborar la ración.

Ejemplo 6 Para esto se formulará una ración para broilers que contenga 18% de PC, 3200 kcal/kg de EM, 0.8% de Ca, 0.3% de fósforo disponible, 0.85% de Lisina y 0.32% de Metionina (NRC, 1994); teniéndose como Ingredientes Fijos (IF), 2.0% de Espacio de Reserva (ER), 3% de Pasta de algodón y 3% de Harina de pescado. La ración final debe ajustarse con Maíz grano, Torta de soja, Salvado de trigo y Aceite acidulado de pescado. Se calcula, primeramente, el aporte de nutrientes de los ingredientes necesarios o fijos en la ración. Los valores de Ca, P, Lisina y Metionina, no serán establecidos en el cuadrado, estos se ajustarán al final de la mezcla a través del espacio de reserva.

Del aporte nutricional de los ingredientes fijos, se determina los nutrientes que faltan aun para el resto de la ración (18–3.03=14.97 para proteína, 3.20–0.15=3.05 para energía).

Enseguida, se ordena la composición nutricional de los alimentos a utilizar en el ajuste final de la ración.

A diferencia del método de ecuaciones simultáneas donde se trabaja con los nuevos datos obtenidos, en el cuadrado de Pearson se lleva, por comodidad, los nuevos requerimientos en 92% al 100% (aunque no necesariamente), así:

PC = (14.97/92)100 = 16.27%

EM = (2.91/92)100 = 3.32 Mcal/kg

Con estos nuevos valores se procede a realizar el cálculo de la ración, colocándose la cantidad de energía (3.32 Mcal/kg) en el centro del cuadrado, que representa el nivel de energía a proporcionarse mediante el 92% restante de los insumos a balancear.

El porcentaje de proteína obtenido (8.92) procede de multiplicar el porcentaje de proteína cruda del Maíz y Salvado de trigo por los porcentajes de estos alimentos presentes en M1, la misma que debe ser menor o mayor al nivel de proteína requerido (16.27%) para el posterior ajuste en un tercer cuadrado.

(0.088 * 0.9806)100 = 8.63 (0.15 * 0.0194)100 = 0.29 8.63 + 0.29 = 8.92% de PC

Obtenido la mezcla 2, con un contenido de proteína cruda mayor a 16.27% (38.29%), se realiza un tercer cuadrado para la mezcla final.

Efectuado el tercer cuadrado, se calcula el porcentaje de los alimentos de M1 y M2 presentes en la Mezcla 3 para expresarlos como porcentaje de la mezcla final.

Finalmente es necesario conocer el contenido nutricional de la ración.

En la mezcla final se presenta un déficit de Calcio y Fósforo. Se procede en este caso a cubrir el Espacio de Reserva con fuentes de Ca y P. Para esto, se inicia primeramente con el nutriente que menor déficit presenta, en este caso el fósforo si se utiliza fosfato dicálcico que aporta los dos minerales deficitarios.

Para Fósforo: Fosfato dicálcico: Ca = 23.3% P = 18.2% 0.095/0.182 = 0.522% de Fosfato dicálcico. El fosfato dicálcico también aporta calcio, y es necesario hallar el aporte de este mineral en 0.522%: 0.522 * 0.233 = 0.122 de Ca en Fosfato dicálcico. 0.611 – 0.122 = 0.489% que aun falta de Ca. Para Calcio: Roca caliza: Ca = 35.8% 0.489/0.358 = 1.366% de Roca caliza.

Composición final del Espacio de Reserva: 0.522% Fosfato dicálcico. 1.366% Roca caliza. 0.112% Sal común. —— 2.000% Espacio de reserva.

Ajustado el calcio y fósforo a través del Espacio de reserva, los porcentajes de fosfato dicálcico y roca caliza hallados deberán incluirse en la mezcla final para asegurar el requerimiento del animal en calcio y fósforo. Al no cubrirse el 2% del ER, se añadió sal común para llenar el vacío.