Uso de un anti-microbiano natural y una fuente de fosforo para el crecimiento de levaduras mediante fermentación sólida sumergida

A través del tiempo se han implementado diversas técnicas para hacer más eficiente la producción animal mediante el uso de aditivos alimenticios. Las levaduras son microorganismos vivos unicelulares que se utilizan en el rumen para mejorar la producción de carne o leche. La especie Saccharomyces cerevisiae es un ejemplo de una levadura de gran utilidad, ya que ha contribuido en gran medida al desarrollo de la humanidad (Gonzalez & Valenzuela, 2001) Sontakke (2012) describió que la levadura Saccharomyces cerevisiae es de alta importancia a nivel industrial, ya que tiene la habilidad de convertir azúcares en etanol y dióxido de carbono. En dietas para rumiantes, los cultivos de esta especie son bien aceptados y ampliamente utilizados, debido a que contribuye en la prevención de desórdenes en la flora ruminal, mejorando el aumento del consumo de materia seca y la utilización de fibra, así como la digestibilidad. Los cultivos de levaduras pueden realizarse en un medio líquido o en la superficie de uno sólido.

La fermentación sólida sumergida es aquella que presenta al menos la misma concentración de sustrato y agua durante el proceso. La levaduras se desarrollan directamente en el medio de cultivo (Couto y Sanroman, 2006). En este proceso, la melaza de caña de azúcar es utilizada frecuentemente como una fuente de minerales y energía rápida. Sin embargo, presenta la desventaja de ser deficiente en fósforo, un nutriente esencial para el crecimiento de levaduras (Perez, 1995).  Por otro lado, en el proceso de fermentación, existe el problema de la competencia microbiana por el sustrato (Pavlou, 2006). Los aceites esenciales son considerados como antibióticos naturales,los cuales son metabolitos secundarios obtenidos de plantas por medio de destilación por vapor. Calsamiglia et al. (2007) describieron al carvacrol y el timol como componentes del aceite esencial de orégano, los cuales tienen una considerable actividad antimicrobial en contra de bacterias gram positivas y negativas. El objetivo del presente estudio fue evaluar el efecto de la adición del aceite esencial de orégano y una fuente de fosforo en el crecimiento de levaduras. Los resultados del experimento permitirán mejorar las técnicas de cultivos para hacer más eficiente la producción de levaduras en producción animal. 

 

 

El experimento se realizó en los laboratorios de nutrición animal y de procesado de alimentos en la Facultad de Zootecnia y Ecología de la Universidad Autónoma de Chihuahua. Localizada en el km 1 sobre el periférico Francisco R. Almada en la ciudad de chihuahua; Latitud norte 28º 35´, longitud oeste 106º 04. La temperatura promedio durante el experimento fue de 18 ºC. Se utilizaron 4 tratamientos diferentes incluyendo el tratamiento testigo. El primer tratamiento (T1) (testigo) fue a base de melaza de caña diluida en agua en una concentración del 25 % de materia seca con 1 % de urea y sulfato de amonio al 0.2 % además del 0.1 % del inoculo de levaduras. El segundo tratamiento (T2) fue T1 más 1.0 % de ácido fosfórico. El tratamiento 3 (T3) consiste en el mismo T1 adicionado con 0.3 % de aceite esencial de orégano y el tratamiento 4 (T4) constituido por el T1 más 1.0 % de ácido fosfórico y 0.3 % de aceite esencial de orégano. Cada tratamiento se realizó en cuatro repeticiones en cada matraz y esto se llevó a cabo utilizando una fermentación sólida sumergida durante 96 h tomando mediciones a las horas 0, 3, 6, 12, 24, 48 y 96.

Material y Equipo Experimental: El material utilizado para el experimento consistió en: un inóculo de levaduras del genero de Saccharomyces cerevisiae, provenientes de bagazo de manzana, agua destilada, melaza de caña, balanza analítica, matraces Erlenmeyer de 1000 mL, bombas de oxígeno, conexiones de plástico, mangueras, envases de plástico de 30 mL, potenciómetro de mesa, refractómetro modelo HI96801 con termómetro digital integrado, cámara de Neubauer, microscopio y espectrofotómetro modelo 6120. 

Variables Evaluadas pH. Las lecturas de esta variable se tomaron de manera directa utilizando un potenciómetro digital de precisión, basándose en la metodología de Rodríguez et al. (2001). Conteo de Levaduras (CL). Las muestras obtenidas en las diferentes horas fueron almacenadas en frascos de 30 mL. A los cuales les fueron agregadas 2 gotas de una solución de formalina al 10% para su preservación durante su almacenamiento. El conteo fue realizado al microscopio, para lo cual se prepararon diluciones según la población de levaduras, tomando 1 mL de la muestra y 9 ml de agua destilada. Se tomaron 10 µL de dilución de cada muestra utilizando una micropipeta de volumen variable y posteriormente fue colocada en la cámara de Neubauer para proceder al conteo. La cámara de Neubauer se lavó con agua destilada después de cada conteo. La cantidad de levaduras, se contó en las cuatro esquinas del Hematocimetro, para calcular un promedio de levaduras por cuadrantes y así calcular la cantidad de células por mililitro, de acuerdo a la metodología descrita por Díaz (2006). Azúcares Solubles (AS). El análisis se realizó utilizando un refractómetro digital de precisión de ±0.2. Se procedió a colocar 2 gotas de cada muestra en la cámara de lectura y leer los valores entregados por el dispositivo. Análisis estadístico. El diseño del experimento empleado fue un diseño completamente al azar teniendo como efectos fijos el aceite de orégano, el ácido fosfórico y su interacción; como efecto aleatorio el matraz y tiempo de fermentación. Todos los datos fueron evaluados en el programa SAS (2002) con el procedimiento MIXED.

 

 

pH. Variable con efecto (P<0.01) de interacción tiempo por tratamiento; para T1 el valor de pH fluctuó de 5.28 a 5.59 para posteriormente caer a 5.28, en el T2 el valor inicial fue de 5.01 en el cual hubo un decremento hasta 4.66, para T3 se el valor inicial de pH fue de 5.33 con un incremento a 5.52 y finalmente en T4 también hubo un descenso en el pH de 5.04 hasta 4.72. T1 y T3 presentaron un aumento del pH en contraste con T2 y T4 que redujeron su valor influenciado por el tipo de tratamiento con ácido fosfórico. Los descensos de pH en los tratamientos a partir de la hora 6 son debido a que durante el proceso de la fermentación la levadura consume carbohidratos lo cual aumenta la concentración de ácidos orgánicos. Azúcares Solubles. Esta variable presento efecto (P<0.01) de interacción tiempo x tratamiento; esto indica que hubo diferencias entre tratamientos en cuanto al consumo de los azucares por las levaduras. T1 muestra una reducción de 18.5°Brix a hasta 11.3°Brix, T2 muestra una reducción de 18.8°Brix a 11.5°Brix. Cabe señalar que las levaduras en estos 2 tratamientos mostraron más consumo de azucares solubles en comparación con T3 que presento valores de 18.6°Brix a 14.1°Brix y T4 de 19.1°Brix a 12.7°Brix. El consumo de los azucares por las levaduras comienza a partir de la hora 24 como se aprecia en la figura 1. Conteo de Levaduras. Esta variable presento efecto (P<0.01) de la interacción de tratamiento por tiempo, lo que indica que existe un diferencia en la población de las levaduras en los tratamientos a través del tiempo. Los cuatro tratamientos muestran un incremento en la población de levaduras. En la figura 2 se aprecia que a la hora 96 los tratamientos con aceite esencial de orégano T3 y T4 mostraron una mayor población, seguidos de T2 que fue adicionado con una fuente de fósforo como nutriente adicional, este tratamiento también tuvo un comportamiento creciente, no así T1 que si bien tiene un crecimiento gradual, a partir de la hora 24 comienza a mostrar un decremento en la población, mostrando un conteo total final de levaduras de 8.85 x 1007 cel/mL, T2 de 1.17 x 1008 cel/mL, T3 de 1.61 x 1008 cel/mL y T4 de 1.57 x 1008cel/mL.

 

 

La adición de aceite esencial de orégano a los tratamientos favoreció una mayor cantidad de levaduras al final de la fermentación. Los tratamientos adicionados con una fuente de fósforo también mostraron efecto positivo en la población final de las levaduras, aunque no significativo. El tratamiento testigo mostró un crecimiento más rápido en las levaduras en comparación con los otros tratamientos pero a la finalización del experimento se encontró una caída considerable en la población de levaduras. Los tratamientos adicionados con ácido fosfórico mostraron un pH más bajo, lo que ocasionó una respuesta más lenta durante en el crecimiento de levaduras.

 

 

Calsamiglia, S., Busquet, M., & Cardozo, P. 2007. The use of essential oils in ruminants as modifiers of rumen microbial fermentation. J. Dairy Sci., 90:2580–2595.

Couto, S. & Sanroman, M. 2006. Application of solid-state fermentation to food industry-A review. J. Food. Eng., 76: 291-302.

Díaz P.D. 2006. Producción de proteína microbial a Partir de Manzana de Desecho Adicionada con Urea y Pasta de Soya. Tesis de Maestría. Facultad de Zootecnia. Universidad Autónoma de Chihuahua. Chihuahua. México.

Gonzalez, A. y Valenzuela, L. 2001. Saccharomyces cerevisae. http://www.biblioweb.tic.unam.mx/libros/microbios/Cap16/ Consultado Ene. 16, 2014.

Pavlou, S. 2006. Microbial competition in bioreactors. Chemical Industry and Chemical Engineering Quarterly, 12

Perez, R. 1995. Molasses. In Tropical Feed and Feeding Systems. Pag. 233. FAO Electronic Conference.

Rodríguez, Z., Bocourt, R.,Elías,A. y Madera,M. 2001. Dinámica de Fermentación de Mezclas de Caña (Saccharum officinarum) y Boniato (Ipomea batata). Revista Cubana de Ciencia Agrícola. 35:147-151.

Sontakke, U. 2012. Benefits of Saccharomyces Cerevisiae as a feed additive in ruminants. http://en.engormix.com/MA-dairy-cattle/nutrition/articles/benefits-saccharomycescerevisiae-feed-t2366/141-p0.htm Consultado Mar 6,2014