Caracterización físico-química y microbiológica de la vinaza concentrada de destilería de alcohol
Publicado: 7 de marzo de 2019
Por: Katia Hidalgo, Dr. Ramón Boucourt Salabarria, L. Mora, and A. Albelo. Instituto de Ciencia Animal,Cuba
Resumen
Se estudió la vinaza concentrada de destilería de alcohol para su posible utilización como aditivo en la alimentación animal. Para ello se seleccionaron muestras de diferentes depósitos y se analizó la composición química, física, microbiológica y estabilidad (pH y peso específico). En cada depósito se tomaron muestras por triplicado en frascos esterilizados de 25 mL y se realizó el muestreo durante cinco meses. Para el estudio de estabilidad, que se extendió doce meses, se utilizó la vinaza almacenada en el laboratorio. Los resultados indican que la vinaza concentrada presenta bajo valor de pH y 30 % aproximadamente de materia seca, siendo superior a las producidas antes en Cuba. Con el estudio microbiológico se demostró la inocuidad de la vinaza, al no informarse presencia de E. Coli ni de hongos. El análisis de estabilidad mostró que las vinazas no experimentan transformaciones en los indicadores analizados (pH 4.2 a 5.21 y peso específico 1.02 a 1.14 g/cm3 ) durante los cinco meses. Con los resultados obtenidos en el estudio se demuestra la potencialidad de la vinaza concentrada como aditivo en la alimentación animal.
Palabras clave: vinaza, composición, materia seca, estabilidad, aditivo
Según Potter y Hotchkiss (1995), la definición de "calidad y seguridad" de un alimento se fundamenta en el conocimiento de los procesos nutritivos e higiénicotoxicológicos en los que se basa su producción. De ahí que la evaluación físico-química de los productos alimentarios, según Doorenbos et al. (2004), es uno de los aspectos más importantes en la valoración nutritiva. Esta permitirá conocer los posibles efectos en las funciones gastrointestinales y metabólicas del organismo animal, lo que contribuirá a formular dietas más equilibradas y adecuadas para obtener mejor eficiencia productiva.
En Cuba se estudian productos, subproductos y residuales que por sus propiedades químicas y nutricionales pueden constituir un complemento alimenticio y proveer de nutrientes la dieta de los animales. Entre estos se encuentra la vinaza de destilería, residual de la producción de alcohol, que se destaca por presentar ácidos orgánicos, levaduras, vitaminas y minerales (Mc-Pherson et al. 2002). Estos componentes pueden incrementar la resistencia al estrés y enfermedades infecciosas, al funcionar como sustancias estimulantes de la respuesta inmune de tipo innata.
Como respuesta a su utilización en cerdos y patos, se informan disminuciones en los costos de alimentación y resultados productivos más eficientes (Lewicki 2001 y Stemme et al. 2005). Se refiere además, efecto estimulante en el consumo y el comportamiento animal, como respuesta al alto contenido de vitaminas del complejo B presentes en la vinaza (Gohl 1991).
Sarria y Serrano (2008) describen la variabilidad de la composición de las vinazas, al tener en cuenta los diferentes puntos de la cadena productiva. No obstante, se hace referencia a ellas como alimento animal. Sin embargo, la literatura existente no es abarcadora en cuanto a su composición químico-física.
Por lo anterior, es necesario profundizar en el estudio de la composición químico-física y microbiológica de la vinaza concentrada de destilería, producida en la Ronera Havana Club Internacional, ubicada en San José de las Lajas, Mayabeque, para su utilización como aditivo en la alimentación animal.
Materiales y Métodos
Material biológico. Se colectaron muestras de vinaza concentrada procedente de la Ronera Havana Club Internacional, ubicada en San José de las Lajas. Las muestras (tabla 1) se tomaron en cuatro depósitos de almacenaje, Silo vertical de la fábrica (P-1), camión cisterna (P-2), tanque horizontal del Instituto de Ciencia Animal (P-3) y tanque laboratorio (P-4).
El muestreo se realizó de forma aleatoria en las llaves de salida y cada 10 min. para P-1 y la P-2. En el caso de la P-3 y P-4, se removió el contenido durante 15 min. y se muestreó la superficie, el centro y el fondo. Las muestras se tomaron por quintuplicado en cada momento, se almacenaron en frascos plásticos esterilizados de 250 mL y se conservaron a temperatura ambiente hasta su posterior análisis.
Análisis físico-químico de la vinaza concentrada. La composición y fraccionamiento de los compuestos químicos se realizó en muestras preparadas para ese fin. Se determinaron los indicadores de materia seca (MS), proteína bruta (PB) y cenizas, según AOAC (2016). La fibra detergente neutro (FDN) y la fibra detergente ácido (FDA) se determinaron según van Soest (1994) y la proteína verdadera (PV) de acuerdo con Bernstein et al. (1977).
Determinación de pH. Se utilizó potenciómetro digital con electrodo de vidrio, soluciones reguladoras de pH 4 y 7, y un agitador electromagnético.
Medición de grados Brix (ºBx). Se tomaron tres gotas de cada muestra y se colocaron en el refractómetro de mano, con escala de 0 a 80 %.
Determinación de minerales (macro y micro). La identificación y cuantificación de P, Ca, Na, Fe, As y Pb se realizó por emisión atómica con plasma inductivo, el K por absorción atómica y el S por turbidimetría al 10 % y glicerina, según las técnicas descritas en la AOAC (2016).
Determinación de aminoácidos. Se realizó en dos muestras de vinaza concentrada (P-1 y P-4) y en la torta de soya (como patrón de referencia). El análisis se realizó por cromatografía líquida de alta presión (CLAP) según la técnica de Krishnamurti et al. (1984). La hidrólisis de la muestra se realizó con HCl 6N a 110 ºC de temperatura (Knecht y Chang 1986).
Determinación de carbohidratos reductores directos. Se utilizó la técnica descrita por Dubois et al. (1956) y Mancilla (2006) y se leyó la absorbancia en un espectofotómetro UV-Visible a 490 nm.
Caracterización microbiológica. Se utilizaron dos muestras (P-1 y P-4), de las que se empleó 1 mL de cada una y 9 mL del medio de dilución (1:10). Se agitó durante un minuto y luego se tomaron tres muestras de cada dilución para la siembra en condiciones de anaerobiosis o aerobiosis, al tener en cuenta que existen grupos de microorganismos facultativos que pueden vivir en presencia o ausencia de oxígeno.
Para el conteo de viables totales, se sembró en agar plata y para la Escherichia coli en agar MacConkey, ambas en condiciones de aerobiosis a 36 °C. Para las levaduras y hongos, se empleó el extracto de malta en condiciones aeróbicas a 25 °C. Para los Lactobacillus spp. se utilizó Agar M.RS en condiciones de anaerobiosis a 36 °C y se utilizó la metodología descrita por la United States Department of Agriculture (USDA-FSIS 2008).
Indicadores de estabilidad. Se utilizó la muestra P-4, en la que se analizaron los valores de pH y peso específico (peso/volumen). Para la lectura de peso específico, se usó una balanza digital con precisión de ± 1 g y una probeta graduada.
Registro de datos y análisis estadístico. El registro de datos se realizó mensualmente durante cinco meses para los estudios físico-químicos. Para la estabilidad se registraron datos durante doce meses de almacenamiento.
Para el análisis de los resultados se aplicó el sistema de cómputo Infostat, según Di Rienzo et al. (2008). En la caracterización físico-química se usó el método de análisis de varianza, según modelo de clasificación simple y se aplicó dócima de Duncan para P < 0.05. En el caso del estudio de estabilidad, se realizó análisis descriptivo.
Resultados y Discusión
Los resultados (tabla 2) muestran que no existen diferencias en la composición de la vinaza entre los diferentes depósitos de almacenaje. Corroboran que la vinaza concentrada de la Ronera Havana Club International presenta valor bajo de pH, característico en este tipo de residual. Estos datos coinciden con lo informado por Christofoletti et al. (2013), Moraes et al. (2014), Vázquez et al. (2014) y Camacho et al. (2016) e indican que es posible su almacenamiento por un período prolongado y su utilización en la conservación de alimentos.
Los grados brixs en las muestras estuvieron entre 32 y 33 %, valores superiores a los que se informan en la literatura (Aristizábal 2015). Estos valores se relacionan con la concentración de sólidos solubles totales existentes en la vinaza. Es decir, con los azúcares provenientes de las paredes de las levaduras y con las sales presentes en las cenizas, a diferencia de otras vinazas en las que se colecta la levadura para la producción de proteína
Las vinazas mostraron bajo contenido de carbohidratos reductores directos, lo que pudiera estar relacionado con la presencia de glucanos y mananos provenientes de la levadura utilizada en el proceso de fermentación de alcohol. Resultados similares describieron Tungland y Meyer (2006), quienes sugieren la realización de evaluaciones directas en animales, pues la vinaza contiene oligosacáridos resistentes a la digestión, los que llegan al ciego y provocan una respuesta fisiológica positiva.
Estos compuestos podrían tener un efecto positivo en el sistema inmune de los animales, además de prevenir la colonización de bacterias patógenas en el tracto gastrointestinal. Según Urias y López (2006), la fermentación de estos en el ciego genera ácidos grasos de cadena corta (AGCC), a los que se le atribuyen efectos positivos en la salud, como mayor absorción de nutrientes inorgánicos y disminución de glucosa, triglicéridos y colesterol en sangre (Gibson y Roberfroid 2008).
Los indicadores químicos muestran que los valores de MS son superiores a los informados en los mostos de otras destilerías de Cuba. Bermúdez et al. (2000) refieren rangos de MS entre 5 y 8 %, razón por la que denominamos vinaza concentrada a la obtenida en la Ronera Havana Club Internacional.
Resultados similares hallaron Sarria y Serrano (2008), quienes describen la concentración de estos residuales en el Valle del Cauca (15.4 a 47.6 % de MS). Estos autores refieren que el proceso de concentración permite elevar el contenido de nutrientes que aportarían las vinazas a las dietas de los animales. Resaltan además, que esta característica es una de las más importantes para su manejo, pues permite disminuir los costos de transportación y facilita su conservación y almacenamiento.
En cuanto a los valores para la proteína bruta y verdadera (tabla 2), son similares a los obtenidos por Scull et al. (2012) al estudiar la vinaza proveniente de esta fábrica durante el proceso de estandarización de la tecnología. Sin embargo, resultan superiores a los informados en Cuba hasta el momento y se relacionan con el contenido de levadura presente en este residual.
García et al. (1991) señalan que este residuo permite hacer aportes importantes a la dieta de los animales adultos, si se emplea en forma de harina deshidratada al 90 %.
El contenido de cenizas en las muestras tiene valores entre 6.14 y 6.74 %, lo que representa baja variabilidad. Estos valores se relacionan de forma directa con el grado de concentración de la vinaza. Según Lugo (2017), el contenido de cenizas puede ser de 6 % en vinazas, con 22 % de MS y 16.4 % en vinazas con 47.1 % de MS.
Otro aspecto de importancia es el contenido de minerales en la vinaza (tabla 3). Este presentó bajos valores, excepto para K, Fe y P. El P podría estar disponible casi en su totalidad por provenir de la levadura utilizada en el proceso de fermentación. Contrariamente, Berón (2005) halló que el contenido mineral en las vinazas estudiadas en Colombia presenta resultados inferiores, en cuanto al contenido de fósforo, pero superiores en relación con el potasio, siendo este uno de los mayores inconvenientes para la utilización de altos volúmenes en la alimentación animal. Sin embargo, Zuñiga y Gandini (2013) describen a las vinazas como un residual que presenta contenido de minerales bajo o adecuado, que no conducen a trastornos fisiológicos en los animales al realizar bajos consumos. Ponce de León (2008) enfatiza en el aporte de minerales de gran importancia en la alimentación animal para la formación de órganos, tejidos, fluidos corporales o como controladores de reacciones metabólicas, enzimáticas y hormonales.
La composición aminoacídica de la vinaza en estudio determina que sea una fuente proteica de baja calidad (tabla 4). Los valores más bajos correspondieron a los amino ácidos azufrados: metionina (0-0.08) y cisteina (0.03-0.07), lo que coincide con lo descrito por Gallo et al. (1986). Sin embargo, mencionan que el resto de ellos se encontraban en concentraciones relativamente altas, a diferencia de los que se registran en este estudio.
Según la Fundación Española para el Desarrollo de la Nutrición Animal (FEDNA 2017), los amino ácidos que se aportan por las vinazas de remolacha presentan digestibilidad baja real en aves y cerdos. Se infiere que deben tener el mismo comportamiento en las vinazas obtenidas a partir de las melazas de caña. Por tanto, esta desventaja unida al bajo nivel de inclusión en la dieta permite concluir que los mino ácidos incluidos en la dieta no influyen en los resultados.
Los resultados microbiológicos se muestran en la tabla 5. Se debe destacar la inocuidad del producto, al no registrarse la presencia de Escherichia coli ni de hongos en las muestras. De Blas et al. (2010) comentaron que la evaluación microbiológica de los productos o alimentos a utilizar en los animales es de gran importancia, pues permite confirmar la calidad sanitaria de los mismos.
Los lactobacilos en las vinazas se encuentran en bajas concentraciones (5 a 6 x 105 ) y por el contrario, las levaduras se encuentran en altas concentraciones (10 x 108 ).
Con respecto al empleo de levaduras en la producción animal, se puede comentar que brindan grandes ventajas. Estas se utilizan como microingredientes por su acción profiláctica (Anon 2007) y entre las principales ventajas se destaca que son fuentes de nucleótidos, fuente natural del complejo B, inclusive inositol que se considera un promotor de crecimiento. Se menciona además, que mejoran la calidad de la ración, que mejoran la integridad intestinal por la presencia de manano oligosacáridos (MOS) y que tienen alto poder de absorción de micotoxinas.
Las levaduras están compuestas entre 20 a 40 % de carbohidratos en la pared celular representadas en su gran mayoría por glucanos y mananos, los cuales tienen impacto en el sistema inmunológico y la habilidad de prevenir la colonización de bacterias patogénicas en el tracto gastrointestinal (Gibson y Roberfroid 2008).
Los indicadores en estudio para determinar la estabilidad de la vinaza (pH y peso específico) no mostraron variación, siendo un aspecto de gran importancia, pues la baja estabilidad de los compuestos líquidos que se emplean en la alimentación animal constituye una desventaja al utilizar fuentes alternativas (Valdivié et al. 2010).
Para el pH, los valores fluctuaron entre 4.2 y 5.21 (figura 1), lo que es un rasgo característico de las vinazas de destilerías (Saura 2008). Esta estabilidad pudo estar en relación con la presencia de ácidos de cadena corta, que según Leeson (2006) se consideran agentes conservantes de los alimentos.
Según Gómez (2009), el control del pH es un aspecto importante en la elaboración de los productos alimentarios, como indicador de las condiciones higiénicas y para el control de los procesos de transformación. Comenta además, que el pH unido a la temperatura y la humedad, son importantes para la conservación de los alimentos y para la inhibición de la multiplicación de agentes patógenos. Este autor refiere que los productos fermentados llegan a tener mejor estabilidad, debido a la formación de productos finales en la oxidación que se lleva a cabo en el proceso de fermentación, entre los que menciona las quinonas y los acetaldehídos (Gómez 2009).
El estudio del peso específico se relacionó con la variación de la MS por la posible evaporación del contenido líquido de la vinaza, al tener en cuenta las altas temperaturas que caracterizan a Cuba (figura 2).
Cabe resaltar que la composición de las vinazas es semejante sin importar la materia prima. Sin embargo, la variabilidad en los valores estará siempre relacionada con la fuente de azúcares empleada para producir alcohol o aguardiente (jugo o mieles de caña, mieles de remolacha, de agave, de maíz o cebada). A este aspecto se le adiciona la eficiencia de la industria y la colecta o no de la levadura utilizada en el proceso de fermentación.
De manera general, los resultados descritos permiten catalogar al residual como vinaza concentrada, al tener en cuenta los valores de MS. Se destaca además, la inocuidad de la vinaza y su estabilidad en el tiempo. Igualmente, la caracterización físico-química de la vinaza concentrada permite su valoración como candidato a aditivo, ya que contiene compuestos y microorganismos que podrían causar efectos positivos en la salud y en el comportamiento animal.
Agradecimientos
Los autores agradecen a la Dr.C. Mercedes G. López y la MSc. Ana S. García del CINVESTAV, Irapuato, México, por el apoyo en la realización de estas investigaciones. Asimismo, se expresa gratitud a la Dr.C. Christine Iben de la Universidad de Vienna y a todo el equipo involucrado en este proyecto.
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