Introducción
Según las estimaciones de la FAO, la población mundial puede aumentar a 9.800 millones para el año 2050 [1]. Este crecimiento acelerado ha despertado preocupación en todo el mundo, principalmente debido a la dificultad de producir más alimentos sin afectar la seguridad alimentaria y de hacerlos accesibles a toda la población. Entre las posibles estrategias que se pueden implementar para aumentar la producción de piensos en todo el mundo, la producción de huevos está surgiendo como una alternativa viable para avanzar hacia el segundo Objetivo de Desarrollo Sostenible (acabar con el hambre, lograr la seguridad alimentaria y mejorar la nutrición, y promover la agricultura sostenible) [2].
Desde un punto de vista nutricional, los huevos son una fuente esencial de proteínas, fosfolípidos, vitaminas (por ejemplo, tiamina, riboflavina, niacina, vitamina B12, vitamina A, vitamina E, vitamina D y vitamina K), minerales (por ejemplo, hierro, selenio, calcio, magnesio, fósforo, potasio, sodio y zinc) y antioxidantes, y su consumo podría cubrir parte de las necesidades diarias de este tipo de nutrientes [3,4]. Además, este producto presenta ventajas frente a otras fuentes proteicas, principalmente por su bajo costo comercial, que ha incrementado su consumo y producción a nivel mundial. Se estima que entre 2018 y 2020, la producción de huevos aumentó en más del 8% en todo el mundo [5]. A pesar del crecimiento de esta industria y del valor nutricional del huevo, algunos factores limitan su producción, como los costos asociados a la alimentación animal, que pueden superar el 70% de los costos variables [6]. Una estrategia efectiva para reducir los costos de producción de huevos es la implementación de segundos ciclos de producción en aves. Al adoptar este método, se obtienen diferentes beneficios, como el aumento de los ciclos de postura y el tamaño de los huevos, que proporcionan capacidad de respuesta a las fluctuaciones en los costos asociados con los insumos de producción [7]. Para que la producción del segundo ciclo sea eficiente, se deben definir los requisitos nutricionales de las aves ponedoras. Sin embargo, estos requisitos varían según las líneas genéticas, el volumen de producción, las condiciones ambientales y la edad de las aves [8].
Derechos de autor: © 2023 por los autores. Titular de Licencia MDPI, Basilea, Suiza. Editores académicos: Ray E. Sheriff y Chiew Foong Kwong Este artículo es un artículo de acceso abierto distribuido según los términos y condiciones de la licencia Creative Commons Attribution (CC BY)
Los aminoácidos son componentes críticos en la nutrición y la productividad de las gallinas ponedoras. Por lo tanto, un déficit o exceso de estos compuestos puede configurarse como una desventaja desde el punto de vista económico [9]. Entre los aminoácidos que forman parte de la dieta de las gallinas ponedoras, la lisina (Lys), los aminoácidos de azufre (metionina y cisteína; Met + Cys) y la treonina (Thr) son los más relevantes. Lys es un aminoácido esencial (AAEs) para el mantenimiento, crecimiento y producción de aves, con la función principal de participar en la síntesis de proteínas corporales [9,10]. Como las fuentes de proteínas de origen vegetal tienen bajos niveles de Met + Cys, estos son los primeros aminoácidos limitantes para las dietas de aves de corral [9]. El tercer aminoácido limitante en las dietas de aves de corral es el Thr [11], que está relacionado con el mantenimiento de la integridad de la barrera intestinal y la producción de anticuerpos que desempeñan un papel esencial en la inmunidad de las aves [9]. Varios estudios han evaluado la proporción óptima de aminoácidos en la dieta de las gallinas ponedoras para mejorar la productividad o el tamaño de los huevos [12,13]. Sin embargo, solo algunos estudios se han centrado en minimizar el costo del pienso por kilogramo de huevo (FCK por sus siglas en inglés) mediante la evaluación de los requerimientos nutricionales asociados a los aminoácidos en la dieta.
Los desafíos y tendencias en la avicultura requieren inversión en tecnología e innovación, especialmente en análisis de datos, para mejorar la eficiencia, rentabilidad, sostenibilidad y competitividad de la industria [14]. El análisis de datos puede apoyar la planeación y la reducción de costos en la producción de huevos al estimar el comportamiento productivo de las gallinas ponedoras en diversas condiciones nutricionales, sanitarias, ambientales y económicas [10,12,15,16].
Los modelos predictivos son herramientas valiosas para abordar los desafíos de la producción avícola en términos de gestión empresarial y reducción de costos [17–19]. Pueden proporcionar beneficios tales como mejorar el control y el seguimiento de los indicadores de la granja para identificar problemas de salud o nutrición; realizar análisis comparativos entre diferentes condiciones de producción para evaluar el desempeño y la rentabilidad de las empresas e identificar áreas de mejora o corrección; y apoyar a las empresas para que se adapten a los cambios del mercado o ambientales, estimar escenarios y planear acciones alineadas con sus objetivos.
En este estudio, se aplicaron dos modelos basados en RNA para evaluar la dependencia del costo de pienso por kilogramo de huevo (FCK) de las ingestas dietéticas de los tres AAEs principales para gallinas ponedoras. El modelo con el mejor ajuste se utilizó para minimizar la FCK y determinar la importancia relativa de Lys, Met + Cys y Thr en gallinas ponedoras H&N Brown de segundo ciclo (SCLH por sus siglas en inglés) en condiciones de campo.
Materiales y métodos
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Resultados
3.1. Costo del huevo y resultados zootécnicos
Los valores de FCK observados estuvieron entre 0,998 y 1,559 USD/kg /huevo en la semana 8, entre 0,949 y 1,214 USD/kg/huevo en la semana 12, entre 0,928 y 1,090 USD/kg / huevo en la semana 16, y entre 0,919 y 1,041 USD/kg / huevo en la semana 20 (Tabla 3). La FCK generalmente disminuye con el tiempo, ya que los costos de los piensos se amortizan a medida que aumenta la producción de huevos de las gallinas a lo largo del ciclo de producción.
La FCK más baja corresponde a la dieta 13 en las semanas 8, 12, 16 y 20, seguida de la dieta 12 en las semanas 12, 16 y 20 y la dieta 3 en la semana 20 (Tabla 3). En estas dietas, los valores de iLys oscilaron entre 728,4 mg/ gallina – día (dieta 3) y 943,7 mg/gallina – día (dieta 13); los valores de iMetCys oscilaron entre 852,1 mg/gallina – día (dieta 3) y 858,3 mg/gallina – día (dieta 13); y los valores de iThr oscilaron entre 712,4 mg/gallina – día (dieta 3) y 876,8 mg/ gallina – día (dieta 13) (Tabla 1).
El CR observado fue entre 2.02 y 2.36 kg de pienso/kg /huevo, comparable a los valores para gallinas comerciales a las 20 semanas de producción [25]. La dieta 13 presentó valores de CR entre 3.40 ± 0.19 kg de pienso/kg / huevo (semana 4) y 2.18 ± 0.16 kg de pienso/kg / huevo (semana 20) (Tabla 4).
La producción de huevos osciló entre el 83,1% y el 85,3%, lo que concuerda con los valores informados para las gallinas comerciales a las 20 semanas de producción en la guía de manejo de Hy-Line Brown [25]. La dieta 13, el tratamiento con la FCK más baja, presentó las siguientes tasas de producción de huevos: 72,1 ± 4,7% (semana 4); 80,9 ± 5,1% (semana 8); 81,2 ± 9,1% (semana 12); 77,1 ± 6,5% (semana 16); y 80 ± 4,9% (semana 20) [12]. En la semana 20, la dieta 13 mostró 105,1 ± 4,2 huevos de gallina, una media de 5,25 huevos por semana.
3.2. Ajuste de las curvas y criterios estadísticos
El FCK se modeló utilizando dos enfoques diferentes (Tabla 5). En el primer enfoque, los modelos polinómicos multivariados presentaron valores de RMSE de 0.0818 y 0.0841 y valores de R2adj de 0.8642 y 0.8519 para el entrenamiento y validación, respectivamente.
El mejor modelo polinómico para el FCK fue la ecuación de tercer orden en la Ecuación (14), donde las variables independientes de iLys, iMetCys, iThr y t se representan como x1, x2, x3 y x4, respectivamente.
Los mejores resultados para el FCK utilizando modelos de la RNA se obtuvieron utilizando una arquitectura de cascada directa, nueve neuronas en la capa oculta y una función de transferencia softmax (Tabla 5).
Los resultados del ajuste presentaron valores de RMSE de 0.042 y 0.043 y valores de R2adj de 0.9534 y 0.9564 para el entrenamiento y la validación, respectivamente.
RMSE es el error cuadrático medio; R2adj es el coeficiente de determinación ajustado; AIC es el criterio de información de Akaike; valor p es la probabilidad de probar la validez de la hipótesis nula de que los residuos provienen de una distribución normal, de acuerdo con la prueba de Lilliefors.
Los modelos RNA mostraron resultados de mejor ajuste que otros enfoques de modelado, presentando valores de R2adj más altos, RMSE más bajos y AIC más bajos. Además, los modelos RNA predijeron el comportamiento de FCK utilizando una arquitectura de red simple (Ecuaciones (4) y (7)), lo que facilitaría el posterior análisis y optimización. Los parámetros (pesos y sesgos) del mejor modelo RNA se presentan en la Tabla 6.
3.3. Optimización
La FCK mínima durante 20 semanas de producción se obtuvo con niveles medios de aminoácidos de 909.5 mg/gallina-día de iLys, 830.71 mg/gallina día de iMetCys y 881 mg/gallina-día de iThr (Tabla 7).
Discusión
4.1. Costo del huevo y resultados zootécnicos
El requerimiento de iLys de 943.7 mg/gallina-día encontrado en la dieta 13, correspondiente al tratamiento con FCK inferior (Tabla 4), es similar al reportado por Schneider [26], quien indicó 942 mg/gallina-día para la máxima producción, y está por encima de los valores observados por Rostagno et al. [27], Schmidt et al. [28] y Kakhki et al. [29] de 807 mg/ gallina – día , 824 mg/ gallina – día y 848 mg/ gallina – día, respectivamente.
El requisito de iMetCys de 858.3 mg/ gallina-día encontrado en la dieta 13 está por encima de los valores de 747.46 mg/ gallina – día, 786.51 mg/ gallina – día, 791 mg/ gallina – día y 811 mg/ gallina – día, informados para la producción máxima por Macelline et al. [9], Polese et al. [30], Schmidt et al. [28] y Rostagno et al. [27], respectivamente.
El requisito de iThr de 876.8 mg/ gallina -día observado en la dieta 13 está por encima de los valores informados para la producción máxima por Agustini et al. [31], Schmidt et al. [32] y Rostagno et al. [27] de 516,26 mg/ gallina – día, 525,04 mg/ gallina – día y 621 mg/ gallina – día, respectivamente.
Para el mejor tratamiento con FCK (dieta 13), la CR fue de 2.16 ± 0.14 kg de pienso /kg de huevo (Tabla 4) para las gallinas ponedoras H&N Brown de segundo ciclo a las 20 semanas de producción (111 semanas de edad). Este resultado es menor que el obtenido por Sariozkan et al. [33], quienes encontraron 2.2 a 2.4 kg de pienso /kg de huevo en la semana 20 de producción en gallinas ponedoras H&N Brown de segundo ciclo entre 81 y 92 semanas de edad. El resultado de la relación de conversión alimenticia (CR) para la dieta 13 encontrado a las 16 semanas (2.18 ± 0.17 kg de pienso/kg / huevo) es mayor que los 1.97 kg de pienso/kg / huevo reportados para gallinas ponedoras ISA Brown a las 16 semanas (103–106 semanas de edad) [34] y 2.04 kg de pienso/kg de huevo reportados para gallinas ponedoras H&N Brown de segundo ciclo a las 14 semanas de producción (81–95 semanas de edad) [35].
Un buen nivel de aminoácidos en la dieta, especialmente aminoácidos de azufre (Met + Cys), es esencial en el segundo ciclo de producción ya que influyen directamente en el tamaño del huevo [36]. La diferencia en el tamaño de los huevos también podría contribuir a que la dieta 13 sea el tratamiento más rentable. El porcentaje de huevos que pesaban 60 gramos o más (94%) fue mayor que el de la dieta 2 (92%) [12], que presentó la FCK más alta.
Finalmente, los resultados de la dieta 13 con respecto a la producción de huevos y la CR en la semana 20 [12] muestran la importancia de cada AAE para satisfacer las necesidades nutricionales de las gallinas ponedoras H&N Brown de segundo ciclo. A partir de las 8 semanas de producción de huevos, los niveles productivos aumentaron con el consumo de Lys en la dieta porque este AAE se considera fisiológicamente crucial para el mantenimiento, crecimiento y producción de gallinas ponedoras, y su función principal es la síntesis de proteína muscular. Además, la producción de huevos responde a altos niveles de Lys, posiblemente debido al aumento de la concentración de albúmina plasmática, que es la principal proteína requerida por el cuerpo para la síntesis de proteína de huevo en el oviducto [36].
4.2. Modelo RNA para analizar el costo del huevo en función de los AAEs y el tiempo
Los modelos RNA describieron con precisión el comportamiento no lineal de las gallinas ponedoras H&N Brown de segundo ciclo en comparación con los otros modelos. Estos modelos también permitieron la predicción efectiva de FCK basada en iLys, iMetCys, iThr y el tiempo (Tabla 5). Los resultados del ajuste fueron mejores tanto para los conjuntos de datos de entrenamiento como de validación. Los valores de AIC también mostraron que los modelos RNA presentaron una mejor generalización que los modelos polinómicos.
Los modelos RNA fueron apropiados para estimar el FCK, según lo confirmado por la distribución normal y equilibrada de los residuos alrededor de cero, con un 98,2% de ellos que oscilan entre -0,12 y 0,12 USD/kg de huevo (Figura 2), a pesar de la no normalidad de los residuos (valor p < 0,05) (Tabla 5).
De acuerdo con los resultados anteriores [12], los modelos RNA fueron más precisos al describir la FKC que la producción de huevos basada en AAEs y el tiempo en gallinas ponedoras H&N Brown de segundo ciclo. Aunque este es el primer estudio de este tipo, que aplica la RNA para analizar simultáneamente la influencia de los factores nutricionales y el tiempo en los costos de los piensos, otros estudios han informado que los modelos RNA son más precisos que otros modelos de regresión no lineal en la estimación de parámetros zootécnicos [37,38].
La versatilidad de las RNA permite estimar los requerimientos de nutrición semanal, general o final en términos de costos para el segundo ciclo de producción. Las mejores estimaciones del FCK describiendo el FKC que la producción de huevos en función de los AAEs y el tiempo en gallinas ponedoras H&N Brown de segundo ciclo cubren los niveles intermedios de AAEs, entre los evaluados en el diseño experimental (tabla 1) Por lo tanto, el modelo RNA estimó los niveles de iLys para valores bajos de FCK a las 20 semanas. (Figura 3) comparable a los 942 mg/ gallina-día recomendados por Schneider [26] para gallinas ponedoras Shaver Brown de segundo ciclo. Por el contrario, otros autores recomiendan niveles más bajos: 713 mg/gallina-día para gallinas en la fase posterior a la muda (peleche) [25], o 751 mg/gallina – día [9], 848 mg/ gallina – día [29], y 807 mg/gallina-día para gallinas ponedoras en el primer ciclo de producción [27].
Las combinaciones de iLys, iMetCys e iThr para minimizar FCK en diferentes semanas se pueden encontrar en la figura 3. Para la semana 8 los valores de FCK menores a 1.076 uds/Kg se logran con 943–1000 mg/gallina-día de iLys, 800–1000 mg/gallina-día de iMetCys y 717–881 mg/gallina-día de iThr. Para la semana 12, los niveles recomendados son 943–1000 mg/gallina-día de iLys, 853–961 mg/gallina-día de iMetCys, y 881 mg/gallina-día de iThr, lo que puede resultar en valores de FCK menores a 0.973 USD/Kg. Para la semana 16, los niveles adecuados son 943 -1.000 mg/gallina-día de iLys, 853-961mg/gallina-día deiMetCys, y 881 mg/gallina-día de iThr, lo que puede llevar a valores de FCK menores a 0.948 USD/kg huevo.
Para la semana 20, varias combinaciones posibles de AAEs para gallinas en la fase posterior a la muda [25], o 751 mg/gallina – día [9], 848 mg/ gallina – día de [29 ingesta de AAEs pueden producir valores de FCK por debajo de 0.922 USD/kg de huevo, como se muestra en la Figura 3. Para 807 mg/gallina-día para gallinas ponedoras en el primer ciclo de producción [27].
El concepto de aminoácido limitante se basa en la interrupción de la síntesis de proteínas debido a la deficiencia de aminoácidos en la dieta proporcionada. Para las aves, la metionina es el primer aminoácido limitante, no solo debido a la alta demanda de cisteína para formar plumas y metionina para formar ovoalbúmina, sino también debido a la composición de la dieta generalmente utilizada para esta especie [39].
Como agentes glucogénicos, la metionina y la cisteína se metabolizan a ácido pirúvico a través de succinil-CoA y participan en la gluconeogénesis, el proceso de producción de glucógeno en el hígado y en el músculo, lo que mejora la recuperación corporal de las aves [36].
Figura 3. Dependencia del costo del pienso por kilogramo de huevo (FCK) en las ingestas de lisina (iLys), metionina + cisteína (iMetCys) y treonina (iThr) a las 8, 12, 16 y 20 semanas (99, 103, 107 y 111 semanas de edad para para las gallinas ponedoras H&N Brown de segundo ciclo.
La iThr estimada a las 20 semanas también es diferente de los 562 mg/ gallina – día para las gallinas Shaver Brown (75–90 semanas de edad) [31], 462 mg/ gallina – día para las gallinas ponedoras Lohmann Brown de segundo ciclo (79–95 semanas de edad) [32] y 499 mg/ gallina – día para las ponedoras comerciales Hy-Line [25]. Estos niveles informados son más bajos que los 876.8 mg/día de iThr recomendados en este estudio para para las gallinas ponedoras H&N Brown de segundo ciclo.
La treonina se vuelve más relevante a medida que envejecen las gallinas porque su relación de mantenimiento aumenta [40]. Por lo tanto, una suplementación adecuada de Thr permite al ave expresar su máximo potencial de producción. Por lo tanto, es importante considerar su demanda nutricional en la producción de huevos, aunque sea indirectamente [41]. Los grandes portadores de membrana se encuentran en el íleon, lo que sugiere que este es un sitio crucial para la captación de Thr. Del mismo modo, la mucosa intestinal se desarrolla al crecer vellosidades más altas y densas, lo que significa más células epiteliales y una mejor digestión y absorción de nutrientes [42].
El modelo RNA muestra cómo cada AAE afecta los diferentes resultados de FCK (Figura 3), lo que indica que es necesario validar escenarios de interés técnico y económico para los productores y estudios donde se puedan utilizar otros requisitos nutricionales para las diferentes etapas de producción.
Los niveles óptimos de Lys, Met + Cys y Thr para gallinas ponedoras de segundo ciclo han sido inconsistentes en diferentes estudios a pesar de ser los AAEs más críticos para las gallinas ponedoras. Este estudio demostró la importancia de las interacciones entre los AAEs para predecir el costo de los huevos en las gallinas ponedoras, utilizando los modelos RNA como un enfoque novedoso.
Conclusiones
Según este estudio, el costo del pienso por kilogramo de huevo para las gallinas ponedoras H&N Brown de segundo ciclo se describe mejor mediante las redes neuronales artificiales que mediante modelos polinomiales multivariantes. Las redes neuronales artificiales (RNA) también pueden estimar la ingesta de aminoácidos esenciales para minimizar los costos del pienso, ofreciendo excelentes resultados en la producción de huevos y la relación de conversión.
Los requisitos de lisina, metionina + cisteína y treonina en las gallinas ponedoras H&N Brown de segundo ciclo para minimizar el costo de pienso por kilogramo de huevo difieren de los definidos para maximizar la producción de huevos cuando se utilizan modelos basados en redes neuronales artificiales. Esta metodología de modelado permitirá a los productores diseñar dietas rentables y productivas de acuerdo con los escenarios cambiantes del sector avícola.
4.3. Optimización
El FCK mínimo disminuyó entre las semanas 8 y 20 de 1.040 a 0.873 USD/kg de huevo. Los niveles de iLys e iMetCys digeribles disminuyeron entre 8 y 20 semanas de 965.91 mg/ gallina – día a 727 mg/ gallina – día y de 864.45 a 741.39 mg/gallina – día, respectivamente. Los niveles de iThr digeribles fueron de 881 mg/gallina-día para todas las semanas analizadas (Tabla 7). A las 20 semanas de producción, la relación iMetCys/iLys fue del 102% y la relación iThr/iLys fue del 121%.
Las gallinas ponedoras H&N Brown de segundo ciclo mostraron requisitos de Thr de 881 mg/gallina-día, superiores a los de las gallinas ponedoras en el primer ciclo de producción, para lograr una excelente producción de huevos y resultados de conversión alimenticia con el FCK más bajo. La suplementación con Thr permite a los animales hacer uso de proteínas y de aminoácidos menores en los piensos [31]. La síntesis de proteínas y el recambio de proteínas corporales dependen de la Thr. Además, la Thr y la serina son esenciales para la formación de plumas, representando el 20% de los requisitos de AAEs [40]. La producción de mucina, necesaria para la salud intestinal, la absorción de nutrientes y la producción de anticuerpos, también requiere de la Thr [43].
La relación iThr/iLys a las 20 semanas de 121.18% para las gallinas ponedoras H&N Brown de segundo ciclo, es mayor que la estimación de AAEs de 77% para gallinas ponedoras durante el primer ciclo de producción [27]. La relación iMetCys/iLys a las 20 semanas de 101.98% para las gallinas ponedoras H&N Brown de segundo ciclo también es mayor que el 98% informado por Rostagno et al. [27].
Los requisitos óptimos promedio (Tabla 7) están cerca de las ingestas de AAEs en la dieta 13. En la dieta 13, el FCK observado entre las semanas 8 y 20 disminuyó en un 7,92% (Tabla 3), lo que corresponde a un incremento del 2,45% en la producción de huevos [12] y una disminución del 3,36% en la CR (Tabla 4). Al comparar el FCK observado y estimado, encontramos errores porcentuales de menos del 2% entre las semanas 12 y 20, lo que refleja la precisión del modelo de la RNA.
Referencias
Walter Morales Suárez
Facultad de Ingeniería Agronómica. Universidad del Tolima, Ibagué
wmoraless@ut.edu.co
Luis Daniel Daza
lddazar@ut.edu.co
Henry A. Váquiro*
havaquiro@ut.edu.co
