Efecto del nivel de urea y pasta de soya en la fermentación en estado sólido de subproductos de manzana

Con el objetivo de evaluar el efecto del nivel de urea y pasta de soya en la fermentación en estado sólido (FES) de subproductos de manzana, para la producción de proteína microbial, fue realizado un experimento a temperatura controlada de 28 ºC. Para ello fueron utilizados cuatro tratamientos conteniendo manzana de desecho molida más 1.5 o 2% de urea (UR), así como 0 y 3.5% de pasta de soya (PS) en la mezcla, en un diseño con arreglo factorial de 2 x 2. Todas las mezclas fueron adicionadas con 0.2% de sulfato de amonio y 0.5% de un suplemento mineral y vitamínico. Cada tratamiento contó con 6 repeticiones consistentes de charolas de un kg de muestra, las cuales fueron depositadas en  una estufa a temperatura controlada de 28º C durante 196 horas, con mezclado cada 6 horas y muestreos cada 12 horas. Las variables evaluadas fueron pH, proteína cruda (PC), proteína verdadera (PV), y densidad óptica de levaduras (DO).

Los resultados mostraron un incremento en el pH a partir de las 48 horas de inicio de la fermentación y solo se detectó efecto de adición de PS (P<0.01) con valores de 4.9 y 5.7 para los niveles de 0 y 3.5% de PS en la mezcla, respectivamente, en tanto que los valores detectados por efecto de UR (P>0.05) fueron de 5.5 y 5.1 para los niveles de 1.5 y 2% de UR en la mezcla, respectivamente. La PC al final de la fermentación mostró diferencia (P<0.01) por efecto de la adición de PS con valores de 76.18 y 55.57% de PC con los niveles de 0 y 3.5% de PS en la mezcla, respectivamente. Igualmente, la PC mostró efecto (P<0.01)  por la adición de UR a la mezcla con valores de 61.90 y 69.85% de PC  para los niveles 1.5 y 2% de UR en la mezcla, respectivamente.

Hubo una interacción para PV entre los factores UR y PS indicando que hay una respuesta favorable en la producción de PV por la adición de 3.5% de PS a la mezcla solo cuando el nivel de UR en la misma es de 1.5%, aunque con los niveles de 2% de UR y 3.5% de PS se observó con ayuda de la cámara de Neubauer una DO a las 196 horas de fermentación un conteo de 450x10⁶ Ufc/ml de muestra. Se concluye que la adición de UR hasta en un 2% en la FES de manzana favorece la producción de PC y PV en tanto que la PS solo mejora la PV cuando la UR no excede del 1.5% de la mezcla. 

 

 

La fermentación en estado sólido (FES) es un proceso microbiológico que ocurre comúnmente en la superficie de materiales sólidos que tienen la propiedad de absorber y contener agua, con o sin nutrientes solubles. Las levaduras son microorganismos unicelulares de crecimiento vegetativo que, dependiendo de la especie, pueden utilizar compuestos como las pentosas, metil-pentosas, alcoholes de azúcar, ácidos orgánicos, polisacáridos e incluso compuestos como el i-inositol y casi todas las especies, con raras excepciones, utilizan iones de amonio para la síntesis de proteína (Miller, 1977). En el año 2005 en la región noroeste del estado de Chihuahua, se produjo alrededor de 409,778 ton de manzana (SAGARPA, 2005), de este total, cerca de 120,000 ton se comercializaron como manzana de desecho. Este desecho se utiliza 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. Se estima una producción de pomasa de aproximadamente 25,000 ton anuales, la cual no es aprovechada, o en algunos casos, se sub-utiliza en la alimentación animal. Durante el proceso de fermentación de sustratos ricos en azúcares y celulosa, la biomasa microbial se duplica debido a que utiliza la energía contenida junto con el nitrógeno no proteico (NNP), adicionado para el crecimiento de la microflora. Como resultado, se produce un incremento en la población de bacterias y levaduras, aún en la fase de secado sin la utilización de inóculo en el sistema (Valiño et. al., 1992).

La utilización del desecho de manzana ha recibido muy poca atención, a pesar de considerarse como una fuente de energía barata, debido a su gran contenido de humedad (70-80%). Estos parámetros pudieran ser aprovechados por la flora microbial nativa y potencialmente elevar su valor nutritivo mediante adiciones como el caso de nitrógeno no proteico (Elías, 2004). 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. Como resultado de este proceso, se permitiría la producción de proteína microbial de gran utilidad en la nutrición animal. El objetivo del presente estudio, fue evaluar los nivel de urea y pasta de soya en la fermentación de manzana de desecho en condiciones aeróbicas con temperatura controlada de 28 ºC. Con  estos resultados permitirán mejorar los esquemas de alimentación y de nutrición animal de los ganaderos establecidos en la región noroeste del estado de Chihuahua, brindar opciones de aprovechamiento de los subproductos a los fruticultores y reducir el riesgo de contaminación por estos subproductos.

El presente estudio se desarrolló en el laboratorio de nutrición animal de la Facultad de Zootecnia de la Universidad Autónoma de Chihuahua, México.

Tratamientos. Se utilizaron 4 tratamientos (T1 Manzana mas pasta de soya 0%, urea 1.5%; T2 manzana mas 3.5% de pasta de soya, urea 1.5%; T3 manzana mas 0% de pasta de soya, urea 2%; T4 manzana mas pasta de soya 3.5%, urea 2%). Todos los tratamientos contaron con la adición de 0.2% de sulfato de amonio y 0.5% de premezcla de vitaminas y minerales traza para favorecer el crecimiento de levaduras. Cada tratamiento constó de 6 repeticiones consistentes en charolas de plástico con 1 kg de la mezcla, las cuales fueron alojadas para su fermentación en una estufa con temperatura controlada de 28 ºC  durante 192 h. Durante el periodo de fermentación de la manzana, fueron tomadas 6 muestras por tratamiento en diferente tiempos (0,12, 15, 24, 36, 48, 60, 72, 84, 96,108, 120, 132, 144, 156, 168, 180 y 192 h. Durante los cuales se determinó el pH y se realizó un mezclado en las charolas para favorecer la oxigenación y el secado de las mezclas.

Metodología del trabajo. La materia prima para cada experimento consistió de manzana  de desecho de la variedad Golden delicious que fue molida en un molino de martillos sin criba,  para posteriormente preparar porciones de 1 kg  por charola, mismas que fueron  alojadas en una incubadora a temperatura constante de  28 ºC durante 192 h. Se tomaron 6 muestras de cada tratamiento de 10 g aproximadamente de cada una de ellas, se depositaron en bolsas de plástico y se guardaron en un congelador a una temperatura de -5 ºC, para su posterior evaluación bromatológica. Los análisis bromatológicos que se realizaron fueron: Humedad, proteína cruda (PC) y proteína verdadera (PV) utilizando las técnicas descritas en AOAC, (1984). Para la densidad óptica (DO) de levaduras se peso 1 gramo de la muestra seca mezclado en solución salina de NaCl al 0.1%, agitándolo durante 10 minutos, posteriormente se filtro en 4 gasas y finalmente se procedió al conteo de levaduras de acuerdo al número de diluciones requeridas para su medición microscópica en la cámara de Neubauer^MR

Análisis Estadístico. El diseño estadístico utilizado, fue un diseño completamente al azar con arreglo factorial de 2 x 2. La información fue evaluada con el procedimiento (General Linear Models) del programa SAS (2002).

 

La pérdida de humedad durante la fermentación fue constante, desde las 0 h hasta las 150 h se observó que a medida que se disminuyó el porcentaje de manzana molida en las mezclas la pérdida de humedad fue mas lenta. Los resultados mostraron un incremento en el pH a partir de las 48 horas de inicio de la fermentación y se detectó efecto de adición de PS (P<0.01), con valores de 4.9 y 5.7 para los niveles de 0 y 3.5% de PS en la mezcla, respectivamente. No se detectó efecto de UR (P>0.05), con valores de 5.5 y 5.1 para los niveles de 1.5 y 2% de UR en la mezcla, respectivamente. En contraste (Elías y Lezcano, 1994), obtuvieron valores de pH similares cuando utilizaron niveles de urea inferiores a los evaluados en este trabajo, quienes reportan valores de 4.18 y 5.8 para niveles de urea 1 y 1.5% con  temperatura de 37 ºC. 

Los resultados del presente trabajo sugieren que las variaciones de pH parecen estar relacionadas con los niveles de urea y pasta de soya utilizados, por lo que los mayores  valores de pH obtenidos pueden estar influidos por la presencia de algunas especies de levaduras y bacterias que se desarrollan a  temperatura de 28 ºC (Bergey 1984; Elías y Lezcano. 1993). La PC al final de la fermentación mostró diferencia (P<0.01), por efecto de la adición de PS con valores de 76.18 y 55.57% de PC con niveles de 0 y 3.5% de PS en la mezcla, respectivamente (Cuadro 1). La disminución de PC de 76.18 a 55.57% al adicionar el 3.5% de pasta de soya pudo ser provocada por una sobrepoblación de bacterias que hidrolizan la urea en amoniaco NH₃  como Staphylococcus epidermidis, Acinetobacter calcoacético y Proteus vulgaris, que son bacterias que desempeñan un papel relevante en la hidrólisis de la urea con la producción de NH_3, metabolito importante para algunas de estas especies en la síntesis celular, lo que produce un incremento de biomasa total en el producto  (Valiño et. al., 1994). La PC mostró efecto por la adición de UR a la mezcla (P<0.01), con valores de  61.90 y 69.85% de PC para los niveles de 1.5 y 2% de UR en la mezcla, respectivamente. Hubo una interacción para PV entre los factores UR y PS indicando que hay una respuesta favorable en la producción de PV por la adición de 3.5% de PS a la mezcla solo cuando el nivel de UR en la misma es de 1.5% (Gráfica 1).

La mejor respuesta en el crecimiento de levaduras se  obtuvo con los niveles de 2% de UR y 3.5% de PS, donde se observó con ayuda de la cámara de Neubauer una DO a las 196 horas de fermentación un conteo de 450x10⁶ Ufc/ml de muestra,  con respecto a los demás tratamientos, los conteos se mantuvieron alrededor de 300x10⁶ UFC/ml durante las 100 a 150 horas de haber iniciado la fermentación microbial. Esta situación pudo ser originada debido a que este tratamiento contó con los niveles máximos de ambos factores y una mayor disponibilidad de nitrógeno, en el que las  levaduras mostraron una mejor respuesta al nivel de 2% de urea, 0.4% de sulfato de amonio y al 1% de la mezcla mineral con los cuales las levaduras encontraron sus requerimientos para su crecimiento (Elías y Lezcano, 1994).

CUADRO 1. Medias de Proteína Cruda  ±  Error Estándar de manzana de desecho fermentada a  28 ºC con dos niveles de urea y dos de pasta de  soya  a 196 horas de fermentación

^{a, b}   Literales distintas indican diferencia (p<0.01) entre filas

^{c, d}   Literales distintas indican diferencia (p<0.01) columnas

 

AOAC. 1984. Official Methods of Analysis (14th Ed.). Association of Analytical Chemist, Washington, DC.

Bergey 1984. Manual of determinative bacteriology. The Williams y Wil kings company baltimore.

Elías A. Y O. Lezcano. 1993. Efecto de la fuente de N y algunos factores de crecimiento en la población de levaduras que se establece en la producción de Saccharina. Rev. Cubana de Cienc. Agríc. 27:277.

Elías, A. y O. Lezcano. 1994. Efecto de la inclusión de niveles de harina de maíz en la fermentación de la caña de azúcar. Rev. Cubana de Cienc. Agric. 28:319.

Elías A. 2004. Procesos biotecnológicos para la producción y utilización de alimento animal. Simposium internacional, tendencias actuales de la producción de carne en zonas áridas. Chihuahua, Chihuahua, México.

Miller M.W. 1977 McGraw-Hill Enciclopedia of Food, Agriculture and Nutrition. 4^th Edition. McGraw-Hill, Inc. New York USA p 679.

SAGARPA, 2005. Sistema integral de información agroalimentaria y pesca del Estado de Chihuahua.

SAS.  2002. User Guide. SAS Institute inc. Cary, NC.

Valiño, E., A. Elías, E. Álvarez, E. Regalado & J. Cordero. 1992. Dinámica de crecimiento de la microbiota de la caña de azúcar durante la obtención de saccharina. Rev. Cubana de Ciencia. Agric. 26:297.

Valiño, E., A. Elías., E. Álvarez., M. Quintana  y N. Montes de Oca. 1994. Composición de especies de bacterias aisladas del proceso de obtención de la Saccharina. 1. Bacterias Gram negativas. Rev. Cubana de Cienc. Agric. 28:69.