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Aprovechamiento y uso de la manzana de desecho en la ganadería del estado de Chihuahua

Publicado: 29 de junio de 2015
Por: M en C. Daniel Díaz Plascencia Facultad de Zootecnia y Ecología / Universidad Autónoma de Chihuahua, México
Resumen

Con el objetivo de caracterizar nutricionalmente un alimento producido mediante fermentación en estado sólido (FES) de subproductos de manzana, se desarrolló una metodología para producir “manzarina” nombre que se le dio al producto fermentado utilizando bagazo y manzana de desecho. Posteriormente a partir de este producto fermentado se desarrolló un inoculo de levaduras, “el Yakult para los animales” por así nombrarlo, dichas levaduras fueron identificadas a través de la amplificación del ADNr 18S mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR, por sus siglas en ingles), posteriormente fueron multiplicadas a escala mediante la fermentación solida sumergida (FSS).

Se llevaron a cabo diversas evaluaciones a nivel laboratorio a fin de determinar el valor nutritivo de este subproducto; los resultados mostraron que la manzarina posee características nutritivas para ser utilizado como un suplemento proteico en la alimentación de los animales y como un producto benéfico para la salud de los mismos, ya que se encontró un alto nivel de levaduras y polifenoles los cuales presentan cualidades antioxidantes y debido a esto, podemos considerar que la manzarina posee grandes propiedades nutraceuticas. El inoculo de levaduras está enfocado principalmente en la reducción del uso indiscriminado de antibióticos en la producción animal, formando parte de los prebióticos, prebióticos y simbióticos que se perfilan como las opciones más destacadas respecto de la utilización de antibio ticos en animales y como una solución promotora de la calidad y de la seguridad alimentaria, actuando de manera directa en el sistema inmunológico del animal que lo consume, reduciendo de esta manera la frecuencia del uso de antibióticos

Introducción general
La fermentación en estado sólido (FES), fermentación en estado líquido (FEL) y la fermentación solida sumergida (FSS) son un proceso que permite el aprovechamiento de fuentes no convencionales de carbohidratos para la alimentación animal mediante el uso de microorganismos. A nivel mundial se producen aproximadamente 60 millones de toneladas de manzana al año en una superficie de 5.6 millones de hectáreas, siendo China el principal productor con más de 20 millones de toneladas, seguido de Estados Unidos de América con 5.0 millones. Estos países aportan el 45% de la producción mundial, mientras que México aporta 0.46 millones de toneladas al año; de este total en la región Noroeste del Estado de Chihuahua, México; se produjeron alrededor de 409,778 toneladas de manzana (SAGARPA, 2007) de este total, cerca de 145,000 toneladas se comercializaron como manzana de desecho (UNIFRUT, 2007).
Este desecho, no apto para consumo humano, es utilizado en su mayoría en la industria de la extracción para la elaboración de jugo; proceso del cual se obtiene un residuo o subproducto conocido como bagazo de manzana o pomasa. Gran parte de este bagazo es utilizado inadecuadamente en la alimentación animal y el resto, junto con buena parte de manzana de desecho que se queda en la huerta sin utilización alguna, dan origen a un problema de contaminación del medio ambiente por su alta velocidad de putrefacción, con la consecuente pérdida de nutrientes y dinero para el productor. Se estima una producción de pomasa de aproximadamente 32,000 toneladas al año 2 (UNIFRUT, 2007) la cual no es aprovechada, o en algunos casos, se sub-utiliza en la alimentación animal.
Durante la fermentación en estado sólido de algunos subproductos agroindustriales ricos en azucares y celulósicos, la energía que se libera y la urea como fuente de nitrógeno son utilizados para el crecimiento de la micro flora epifita de los subproductos (Pandey et al,2001; Elias, 2004; Becerra et al., 2008; Rodriguez, 2009; Rodriguez-Muela et al., 2010). De esta manera, se logra duplicar la biomasa en alrededor de 5 minutos (Meyer et al., 1992; Nigan, 2000), lo que permite un incremento en la población de bacterias y levaduras principalmente, esto aun en la fase de secado, sin la utilización de inoculo en el sistema (Elias y Lezcano, 1994).
La utilización del desecho de manzana ha recibido muy poca atención, a pesar de considerarse como una fuente de energía barata y debido a su gran contenido de humedad (70-80%). Estos parámetros pudieran ser aprovechados por la flora microbiana nativa y potencialmente elevar su valor nutritivo mediante adiciones como el caso de nitrógeno no proteico (Rodriguez-Muela et al., 2007; Becerra et al., 2008). Tanto la manzana de desecho como los subproductos que aporta la industrialización de esta fruta, representan una potencial fuente de alimento para los animales, con la ventaja de ser de bajo costo y de poseer nutrientes altamente fermentables por microorganismos como levaduras y bacterias (Rodriguez-Muela et al., 2006a; Rodriguez- Muela et al., 2010).
Como resultado de este proceso, la producción de proteína microbiana será de gran utilidad en la nutrición animal.
Objetivo general
El objetivo principal de este trabajo fue desarrollar una metodología para el aprovechamiento de la manzana de desecho en estado sólido y la elaboración de un inoculo líquido a base de levaduras, obtenidas del bagazo de manzana para ser usado como una alternativa en la alimentación animal.
Objetivos específicos
1) Obtener un alimento proteico resultado de la fermentación en estado sólido de la manzana de desecho; monitorear los cambios de temperatura, pH, conteos de levaduras y proteína durante el proceso de fermentación usando urea y pasta de soya como ingredientes para el desarrollo de microorganismos.
2) Evaluar dos cepas de levaduras mediante la fermentación solida sumergida para la preparación de un inoculante bajo condiciones aeróbicas utilizando oxigenadores en un medio de cultivo líquido.
Los resultados obtenidos de estas investigaciones serán de utilidad para productores, profesionales del área e investigadores interesados en conocer la importancia de los microorganismos presentes en la manzana de desecho de forma natural en esos subproductos; este trabajo permitirá también tener una base para elegir cual subproducto, o cual combinación es la mejor opción para la obtención de un inoculo de levaduras con propiedades nutraceuticas.
Producción de Manzarina
En el año 2006, investigadores de la Facultad de Zootecnia y Ecología de la Universidad Autónoma de Chihuahua, desarrollaron un proceso biotecnológico del cual obtuvieron un producto al que llamaron manzarina el cual usan en la alimentación animal, que se obtiene de la fermentación en estado sólido de la manzana. En este proceso la energía de los carbohidratos disponibles y la urea como fuente de nitrógeno son utilizadas para el crecimiento de la microbiota epifita de la manzana.
El crecimiento microbiano es el factor principal en la obtención de la manzarina, es un fenómeno complejo por el número de variables que se involucran y por la interacción de especies que se origina en este ecosistema. Para la obtención de manzarina, se requiere un molino de martillos o un extrusor, superficie de asfalto o cemento para la fermentación, secado y disponer de urea y sales minerales para su enriquecimiento. En los últimos años ha cobrado gran importancia el enriquecimiento proteico de residuos agroindustriales y subproductos ricos en celulosa mediante sistemas de fermentación en fase solida con destino a la producción de proteína microbiana.
El desarrollo biotecnológico de la manzarina como alimento alternativo para consumo animal, está llamada a constituir un elemento importante en el desarrollo de la producción animal en el Estado de Chihuahua, demostrando la factibilidad de aprovechar los recursos alimenticios de bajo valor nutritivo, como son los subproductos de manzana a través de la fermentación en estado sólido.
El uso de la fermentación en estado sólido de subproductos de manzana constituye una alternativa para el aprovechamiento de estos, evitando la contaminación ambiental provocada por la rápida descomposición de los mismos (Diaz-Plascencia et al., 2010a).
La Manzarina en la Alimentación Animal
La manzarina ha sido utilizada como ingrediente en la elaboración de bloques multinutricionales (Rodriguez-Muela et al., 2006a) los cuales fueron evaluados en la alimentación de becerros en engorda (Rodriguez-Muela et al., 2006c). Se ha obtenido a mediana escala en condiciones rusticas para utilizarla y evaluarla como ingrediente en dietas para rumiantes. Se encontró que puede sustituir parte de los ingredientes en dietas de vacas lecheras, con incrementos en la producción láctea (Gutierrez, 2007) y beneficios en la salud del animal (Gallegos, 2007). Han sido evaluadas como ingrediente en la dieta para la alimentación de borregos en engorda (Hernández, 2008) y como parte del suplemento en alimentación de bovinos de carne (Rodriguez-Muela et al., 2006b). Se encontró que puede disminuir el costo de las raciones.
Rodriguez-Muela et al., (2006c) reportaron que becerros en engorda, alimentados con bloques multinutricionales, elaborados con un 14.6% de manzarina como ingrediente puede tener ganancias diarias de peso de 0.570 kg d-1; la dieta se basó en el uso de forraje verde picado, ensilaje y rastrojo de maíz y como concentrado proteico, mineral y energético, se utilizaron los bloques multinutricionales.
El consumo de bloque fue de 1.52 Kg a-1 d-1, el costo de la materia prima para la elaboración de los bloques fue menor al utilizar la manzarina (Rodriguez-Muela et al., 2006a), comparado con el costo de la materia prima que se requiere para elaborar bloques multinutricionales con harinolina como principal fuente de proteína.
Fermentación Sólida
La fermentación solida puede ser definida como un cultivo de microorganismos adheridos a un soporte solido poroso y humedecido en el cual el medio liquido está extendido en una capa muy fina en contacto con una interface aérea. Las bacterias, levaduras y hongos son los microorganismos que pueden crecer en la fermentación sólida, pero la mayoría de las investigaciones se llevan a cabo con hongos filamentosos. El crecimiento en forma de micelio y su tolerancia a bajas actividades de agua y condiciones de alta tensión osmótica hacen que los hongos sean la microflora natural más adecuada para la fermentación sólida.
Pandey et al., (2010) define como fermentación en estado sólido al crecimiento de microorganismos en un material sólido y húmedo, siendo el material solido la fuente energética, el sustrato también puede estar formado por un material solido inerte y húmedo, al cual se le adiciona una fuente energética. A este proceso, por sus iniciales se le conoce como FES.
En un proceso de FES, generalmente no se requiere agregar agua si el sustrato tiene un contenido alto de humedad (Pandey et al., 2010) y no necesariamente se tiene que inocular con alguna especie de microorganismo, si existe la posibilidad de potencializar el crecimiento de algunas de las especies microbianas de las que se encuentran de manera natural en los sustratos; algunos de estos tienen una amplia diversidad de microorganismos, en este caso se tiene un sistema heterogéneo (Valino et al., 2002).
El modelo de crecimiento miceliar da una ventaja adicional los hongos filamentosos sobre los microorganismos unicelulares en la colonización de la matriz sólida y en la utilización de los nutrientes del medio de cultivo.
El modelo básico de crecimiento de los hongos es una combinación del crecimiento apical con la generación de nuevas hifas por ramificación. Mientras que el crecimiento apical se lleva a cabo de manera lineal, la ramificación se lleva a cabo de manera exponencial y como resultado se logra una alta velocidad de crecimiento y una gran capacidad de cubrir eficientemente la superficie de cultivo.
La estructura de la pared celular unida al crecimiento por las puntas y la ramificación da a los hongos una estructura sólida y firme que les permite penetrar en el interior de la matriz sólida. Las enzimas hidroliticas son excretadas por las puntas de las hifas sin que se diluyan como en el caso de la fermentación liquida lo que hace la acción de las enzimas hidroliticas muy eficiente y les permite penetrar en la mayoría de los substratos sólidos, lo que aumenta la disponibilidad de los nutrientes del interior de los substratos (Raimbault, 1998).
Existe un gran interés en la utilización de S. cerevisiae para transformar desechos agroindustriales en productos bioquímicos de valor comercial, por medio de la fermentación solida (FS), porque se ha encontrado que durante la FS se manifiestan características fisiológicas diferentes en los microorganismos en comparación con la Fermentación liquida (FL). Entre los productos comerciales más importantes, se encuentran algunas enzimas que son excretadas al medio y cuya producción por FL se presenta en forma muy disminuida debido a los fenómenos de represión catabólica (Solis-Pereira et al., 1996). A veces, las enzimas producidas por FS tienen características modificadas, como un aumento en su termo resistencia, menores tiempos de producción y mayor actividad (Solis-Pereira et al., 1996).
Los efectos que se derivan de la utilización de FS sobre los microorganismos son múltiples como modificaciones en el transporte de azucares, la composición de la pared, la membrana celular y en la actividad enzimática (Pandey et al., 1992). Mientras que las bacterias y las levaduras requieren de alta actividad de agua (Aw, > 0.98), los hongos filamentosos pueden crecer con valores de Aw tan bajos como 0.85, y por esta razón, son microorganismos muy bien adaptados para la fermentación sólida. Pandey, (1992) sugiere incluso que un bajo nivel de Aw favorece la germinación y el crecimiento miceliar de los hongos (Pandey, 1992; Raimbault, 1998).
De acuerdo con Raimbault (1998) el soporte de la fermentación solida debe cumplir con varios requerimientos como son: Poseer una matriz porosa que puede ser biodegradable o inerte, y requiere presentar una gran superficie de área por volumen dentro del rango de l03 o l06 cm2/cm3 que permita el crecimiento microbiano en la interface solido-liquido. Debe absorber agua en una o varias veces su propio peso con una actividad de agua relativamente grande en la interface solido-líquido para poder permitir una alta velocidad de los procesos bioquímicos.
La mezcla de oxigeno con otros gases y aerosoles deben pasar a través del cultivo con relativa facilidad, la superficie solido-liquido debe ser un buen hábitat para permitir el crecimiento de microorganismos que crecen rápidamente como bacterias y hongos. La matriz solida debe resistir la compresión y un mezclado suave que podría requerir cada tipo de fermentación. Esto requiere partículas pequeñas y granulosas que no tiendan a unirse unas a otras.
Fermentación Semi Sólida
Es este tipo de fermentación, utilizada básicamente para hongos, el microorganismo se desarrolla en la superficie húmeda de un material sólido, el cual generalmente es algún grano de cereal procesado, aunque se han realizado intentos para utilizar materiales de desecho. Esto permite al hongo crecer en condiciones similares a las encontradas en la naturaleza; las esporas, mediante los cuales el hongo sobrevive e infecta insectos, son producidas en el aire. Aunque las fermentaciones semi solidas son relativamente fáciles de desarrollar en pequeña escala, el escalado de las mismas a las proporciones necesarias para productos comerciales es bastante difícil (Tavorsky, 1992).
En el caso de los hongos entomopatogenos, los países en vías de desarrollo han aplicado métodos de fermentación en sustrato sólido, pero estos presentan muchas restricciones para la producción a nivel comercial. Por un lado, el escalado se dificulta por problemas asociados con la esterilización del sustrato, intercambio gaseoso, control de la temperatura, mantenimiento de cultivos puros y recuperación del producto a partir del sustrato.
Por otra parte, el tiempo de fermentación necesario para la esporulación en sustratos solidos (generalmente requiere semanas), la cantidad de personal y la infraestructura (grandes espacios físicos), son factores que aumentan los costos de gran manera en este tipo de metodologías (Jackson et al., 2004).
Fermentación Sumergida
Frente al panorama descrito antes para la fermentación semi sólida, la fermentación sumergida se perfila como el método más económico para la producción de agentes biocontroladores. Se trata, como su nombre lo indica, del crecimiento de microorganismos en sistemas totalmente líquidos (Tavorsky, 1992). Existen gran cantidad de ventajas que hacen de esta metodología más efectiva, entre las que se destaca la necesidad de menos mano de obra para operar el fermentador y manejo del producto. Se cuenta además con la posibilidad de controlar de manera más sencilla factores ambientales como la temperatura, aireación y pH, manteniendo más estable el medio de crecimiento, cuya homogeneidad favorece las etapas de procesamiento posteriores (Jackson, 1997).
Fermentación Líquida
Se puede definir a la fermentación liquida (FL) o sumergida como un cultivo de células microbianas dispersas en forma homogénea en un recipiente agitado que puede no ser aireado por medios mecánicos. La forma de fermentación liquida más utilizada en los laboratorios de investigación es el matraz agitado.
El desarrollo de esta técnica ha sido importante porque ha permitido el cultivo de organismos aeróbicos en condiciones homogéneas con una densidad moderada de la biomasa y ha simplificado el estudio de la fisiología de los organismos. A su vez, el cultivo de suspensiones de células en fermentadores agitados ha evolucionado a gran escala, pues no es raro ver fermentadores con volúmenes superiores a 10 mil litros, en los cuales se producen todo tipo de compuestos derivados del metabolismo microbiano.
En estos sistemas, la agitación mecánica permite aumentar la transferencia del gas a la biomasa de tres formas básicas: 1) Dispersa el gas en burbujas más pequeñas incrementando el área de interface gas-liquido. 2) Incrementa el tiempo de contacto de líquido con las burbujas de gas. 3) Disminuye el grueso de la capa estacionaria del líquido al aumentar la turbulencia del cultivo. Además, la agitación mezcla el cultivo manteniéndolo homogéneo. Esto es particularmente importante para la dispersión de la biomasa y la transferencia de calor (Henzler y Schedel, 1991).
Los productos metabólicos y el calor se dispersan fácilmente, por lo que, no son un factor limitante para el crecimiento del microorganismo. La barrera principal de transferencia del O2 en la FL, es su baja solubilidad en el agua y, al hacerse mayor la capa de agua que debe cruzar, aumenta la dificultad para que llegue a la célula. Gran parte del gasto energético que debe realizarse en la FL está relacionado con la necesidad de satisfacer la demanda de oxígeno en el crecimiento de los microorganismos, esto es muy claro en el caso de Aspergillus niger, que es un organismo aeróbico estricto y necesita una alta tasa de transferencia de oxígeno para mantener su crecimiento y producir muchos de los metabolitos de interés (Raimbault, 1998).
Principales características del cultivo microbiano
Jones y Thomas (1987) mencionan que los cultivos de levadura presentan varias características importantes: 1) No son patógenos, ni tóxicos, 2) No se absorben en el tracto digestivo, 3) No dejan residuos en los tejidos animales, 4) Se utilizan en pequeñas cantidades, 5) Proliferan in vivo e in vitro, 6) Promueven el crecimiento de bacterias celuloliticas, 7) Son estables a temperaturas elevadas y 8) No causan mutación.
Condiciones de Crecimiento de Saccharomyces Cerevisiae
Las levaduras requieren para su optimo crecimiento un ambiente acuoso, pH con rango de 3.5 a 5.0, posiblemente debido a que la actividad de las proteínas plasmáticas de las levaduras en los límites de su membrana se da en estos valores de pH (Rose et al., 1987a); en estas condiciones de pH requerido para el crecimiento de la levadura, la actividad bacteriana a nivel ruminal tendría consecuencias para los microorganismos y para los rumiantes.
Las levaduras mantienen su actividad metabólica y resisten el estrés físico asociado con el secado, calentamiento y exposición al pH acido en condiciones anaeróbicas (Dawson et al., 1989).
No obstante, se ha demostrado que S. cerevisiae presenta crecimiento limitado bajo esas condiciones y es incapaz de mantener una población productiva dentro del ecosistema ruminal (Arambel y Rung-Syin 1987), no pueden mantener una población viable en el rumen y son incapaces de establecerse permanentemente (WiIliams et al., 1990); por tal motivo, no es comun que desarrolle crecimiento a nivel ruminal, en forma adicional a lo anterior el crecimiento de las levaduras se ve afectado por la presencia de ácidos grasos insaturados, tales como el colesterol y el ácido nicotínico (Rose et al., 1987b).
Sin embargo, se ha observado cierto grado de viabilidad ruminal (Dawson et al., 1990; Hession et al., 1992), que se puede explicar en parte por los estudios in vitro realizados por Cobos (1996) en condiciones anaeróbicas y con una concentración de bacterias similar a la esperada en el rumen, donde se observó que la viabilidad de las diferentes cepas de levadura S. cerevisiae es mínima después de 12 h; por lo tanto, se estima una alta tasa de degradación de las levaduras por parte de las bacterias ruminales.
El rango de temperatura óptima para el crecimiento de las levaduras es de 28 a 30oC, con sobrevivencia a 37oC por medio de la formación de ascosporas (Dengis et al., 1995), aunque a 39oC que es la temperatura del ambiente ruminal, se ve afectado su crecimiento y disminución de la viabilidad de la levadura a 48 h de incubación (Mendoza et al., 1993).
Fermentación en estado Sólido comparada con el sumergido en líquido
Doelle et al., (1992) consideran como ventajas los siguientes aspectos: Los medios de cultivo son simples, generalmente subproductos agrícolas que presentan un alto contenido de los nutrientes necesarios. La baja actividad del agua es de gran ayuda para evitar las contaminaciones, especialmente de bacterias y levaduras.
La aireación forzada es facilitada por la porosidad del soporte, lo que permite una alta transferencia de oxígeno al microorganismo. Pueden emplearse, frecuentemente conidios como inoculo en los procesos de crecimiento de hongos, lo cual disminuye los costos y las manipulaciones en la preparación del inoculo. Los conidios de los hongos que se producen son mucho más resistentes y tienen mejor adaptabilidad a las condiciones en las que se aplican como agente de biocontrol. El proceso de recobrado es simplificado. Algunos productos son utilizados integralmente, como alimento animal, productos para el control biológico. Los procesos se consideran generalmente como tecnologías limpias.
Entre las principales desventajas se encuentran: Su aplicación se limita a microorganismos que crecen en bajos contenidos de humedad. La extracción del calor metabólico puede ser un problema, sobre todo cuando se trabaja a gran escala y no se controla el proceso. La naturaleza solida del sustrato trae problemas al medir los parámetros de la fermentación tales como el pH, la temperatura, el contenido de humedad y la concentración de sustrato y productos. Los procesos de transferencia de masa son limitados por la difusión.
Muchos aspectos ingenieriles como el diseño de reactores y el escalado están muy poco caracterizados. El tiempo de fermentación es mayor debido a que generalmente se utilizan microorganismos que presentan bajas velocidades específicas de crecimiento.
Es bueno recalcar que algunas de estas desventajas son relativas, por ejemplo, el tiempo de fermentación ya que actualmente se están empleando bacterias en los procesos de FES. Se realizan grandes esfuerzos en la búsqueda de soluciones parciales a las dificultades antes mencionadas, algunos como Gervais y Bazelin (1986) experimentaron con un reactor que permitía la regulación de la humedad relativa del aire y su temperatura en circulación, ya que según Richard-Molard et al., (1985), demostraron que durante el desarrollo del hongo, la variación de la actividad del agua en el medio, puede influir en el crecimiento miceliar o en la germinación de las esporas y esto puede ser útil para optimizar la producción de conidios en fermentadores con sustrato sólido, donde la suplementación de oxígeno y la cosecha de conidios, resulta más fácil que en fermentaciones liquidas.
Para el caso específico del control biológico, en la producción de hongos por fermentación sumergida, en determinados casos, se obtienen blastosporas, que si bien son estructuras infectivas, resultan poco resistentes a los cambios de las condiciones climáticas (temperatura, aireación, humedad, etc.), a diferencia de los conidios que se producen en las fermentaciones en fase sólida. Se caracterizan las primeras por presentar cubiertas delgadas y lisas, que influyen negativamente en cuanto a su eficiencia y persistencia después de las aplicaciones dificultando, además, la formación de epizootias.
Optimización de Medios de Cultivo
Pueden ocurrir situaciones en las cuales sea imperativa la optimización de los medios de cultivo (Ertola et al., 1994). Entre ellas podemos mencionar las siguientes: La no existencia de información respecto a coeficientes de rendimiento de macro y micro elementos para el cultivo del microorganismo determinado.
El uso de medios de cultivo conteniendo elementos en exceso respecto de los requerimientos nutricionales del microorganismo en cuestión, que pueden causar inhibición del crecimiento. El ensayo de sustancias estimulantes, activadoras e inhibidoras del crecimiento y formación del producto. El empleo de fuentes nutricionales no convencionales. Acerca de esto existen en la literatura diferentes ejemplos sobre técnicas que hacen posible la optimización de los medios de cultivo. La mayoría de estas, basan la formulación de los mismos en la composición elemental del microorganismo a estudiar o de otros similares que puedan servir de referencia para realizar un balance de materia apropiado (Dreyer et al., 2000).
La optimización de los medios de cultivo con fines industriales, en la mayoría de los casos ha sido efectuada mediante procedimientos empíricos de ensayo y error, no solo en la formulación del medio de cultivo, sino también en las condiciones de operación. De cualquier manera es probable que el medio de cultivo original pueda ser optimizado, modificando el porcentaje de los componentes del mismo y las materias primas utilizadas, siendo factible en muchos casos optimizar un medio de tal manera que no sea solamente más productivo, sino de menor o igual costo que el original, para lo cual se requiere del uso de varios métodos de optimización (Dreyer et al., 2000).
Un aspecto relevante en la optimización de un medio de cultivo de interés industrial no es solo el logro de una formulación raciona del mismo, sino también la posible inclusión de materias primas de bajo costo que hagan rentable el proceso. Ello ha llevado a la búsqueda de subproductos de bajo valor comercial que puedan sustituir componentes costosos y que puedan ser utilizados como fuentes de carbono o nitrógeno (Dreyer et al., 2000).
Metabolismo Aeróbico
En base a sus requerimientos o sensibilidad al oxigeno los microorganismos pueden ser clasificados como anaerobios, aerobios estrictos y aerobios facultativos. Para los microorganismos aeróbicos, la presencia del oxígeno juega un papel muy importante en la regulación de sus actividades metabólicas.
Los microorganismos aeróbicos necesitan oxígeno para obtener la energía de los alimentos, y la concentración del oxígeno en el medio de cultivo juega un papel central en la regulación metabólica por ello, en el cultivo de este tipo de microorganismos, el aire debe ser distribuido al Interior del líquido de fermentación para pasar al interior de las células por difusión simple, tras esto debe cruzar el citoplasma hasta el lumen mitocondrial de este modo, el oxígeno consumido por los microorganismos debe pasar a través de varias barreras antes de alcanzar la matriz mitocondrial donde se usara como aceptor de protones al final de la fosforilacion oxidativa.
La concentración de CO2 que es ligeramente superior al 21% en el aire llega a ser casi nula en la matriz de la mitocondria. El proceso de transferencia de oxigeno se debe a su gradiente de concentración entre las diferentes fases del cultivo. La concentración y la velocidad de transporte del oxígeno del aire a la biomasa puede modificar de manera importante el comportamiento del microorganismo en el cultivo al controlar la producción de ATP y con ello todo la producción energética de los microorganismos (Righelato, 1975).
Uso de Levaduras Obtenidas de la Manzarina en la Alimentación Animal
Diaz-Plascencia et al., (2010a) coinciden en que durante la FES del BM, el producto obtenido se ve enriquecido nutricionalmente y esto es resultado del incremento de la cantidad de levaduras con que se inoculo o de la potencialización del desarrollo poblacional de aquellas que se encuentran presentes de manera natural en el BM; esto genera que en el caso de la manzarina, se pueda asumir que además de ser un alimento rico en PV, sea un alimento con un aporte importante de levaduras, debido a la alta cantidad de levaduras que contiene, ya sea obtenida del bagazo de manzana (Becerra et al., 2008) o de manzana de desecho (Rodriguez-Muela et al., 2010).
Una célula de levadura puede llegar a pesar 7.922*10-11 g, tomando esto en cuenta, las levaduras pueden representar una fracción importante de la MS de la manzarina, considerando que se han obtenido conteos de hasta 4.5*108 cel/mL-1 (Rodriguez-Muela et al., 2006b), en base seca esa cantidad puede ser hasta 10 veces mayor.
En la alimentación de rumiantes, las levaduras agregadas en la dieta influencian el metabolismo microbiano ruminal (Miller-Webster et al., 2002); se ha reportado que al agregar cultivos de levaduras en dietas con una alta proporción de concentrado, se puede reducir la producción de lactato e incrementar un poco el pH en el rumen (Moya et al., 2008); incluso la adición de cultivos de levaduras en la dieta de vaquillas lecheras puede incrementar la cantidad total de bacterias viables en el rumen (Lazcano y Heinrichs, 2008).
Sin embargo, aun y cuando algunas levaduras son anaerobias facultativas, debido a su hábitat natural aerobio (requieren oxígeno para el desarrollo normal de sus poblaciones), 24 h después de suspender su suplementación en la dieta, la cantidad de levaduras viables en condiciones ruminales puede ser indetectable (Kung et al., 1997).
Cuando se incluyen en dietas para ganado lechero, las vacas alimentadas muestran tendencias a tener menor concentración de ácidos grasos no esterificados en la circulación sanguínea periférica, después del parto (AlIbrahim et al., 2008); tienden a incrementar el porcentaje de grasa en la producción de leche (Wang et al., 2001), tienden a incrementar la producción de leche (Bitencourt et al., 2008), pueden incrementar el consumo de materia seca (Dann et al., 2000) e incluso pueden disminuir la perdida de condición corporal antes del parto (Robinson, 1997). Se han utilizado en dietas para crías de ganado lechero en un 1% de la dieta en BS, aparentemente esto reduce la susceptibilidad a las infecciones (Seymour et al., 1995).
En no rumiantes, productos obtenidos de las levaduras, tienen un efecto benéfico en la ecología microbiana del conducto gastrointestinal; disminuyen la población de Clostridium perfringens (Hernot et al., 2008); pueden capturar bacterias patógenas en el conducto gastrointestinal, esto debido a que esas bacterias se unen a las paredes celulares de levaduras (Ganner et al., 2008), permitiendo tener un efecto de modulación en la concentración microbiana en el intestino de cerdos destetados (Weedman et al., 2008).
Los cultivos vivos de levaduras permiten la estabilización de la micro flora normal del ciego cuando se ofrecen en la dieta a cerdas gestantes y lactantes (Walker et al., 2008), existiendo la posibilidad de incrementar su productividad, debido a incrementos en la ganancia de peso de las camadas y reducción del número de días del destete al empadre exitoso (Kim et al., 2008).
Alimento Funcional
Cualquier alimento en forma natural o procesada, que además de sus componentes nutritivos contiene componentes adicionales que favorecen a la salud, la capacidad física y el estado mental de una persona. El calificativo de funcional se relaciona con el concepto bromatológico de “propiedad funcional”, o sea la característica de un alimento, en virtud de sus componentes químicos y de los sistemas fisicoquímicos de su entorno, sin referencia a su valor nutritivo.
En Europa se define alimento funcional a “aquel que satisfactoriamente ha demostrado afectar benéficamente una o más funciones específicas en el cuerpo, mas allá de los efectos nutricionales adecuados en una forma que resulta relevante para el estado de bienestar y salud o la reducción de riesgo de una enfermedad” (Roberfroid, 2000).
En México, aunque el termino de alimentos funcionales se utiliza familiarmente entre la comunidad científica a la fecha no hay leyes que reglamenten específicamente el uso de estos alimentos.
Producto Nutracéutico
Cualquier producto que pueda tener la consideración de alimento, parte de un alimento, capaz de proporcionar beneficios saludables, incluidos la prevención y el tratamiento de enfermedades. El concepto de alimento nutraceutico ha sido recientemente reconocido como “aquel suplemento dietético que proporciona una forma concentrada de un agente presumiblemente bioactivo de un alimento, presentado en una matriz no alimenticia y utilizado para incrementar la salud en dosis que exceden aquellas que pudieran ser obtenidas del alimento normal” (Zeisel, 1999). 
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Autores:
Daniel Díaz Plascencia
Universidad Autónoma de Chihuahua - Mexico
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