Producción de proteína microbial a partir de manzana de desecho con fermentación aerobia a temperatura de 32º C controlada

El objetivo fue estudiar las condiciones ideales para la producción de proteína microbial a partir de desecho de manzana. En una primera fase, se estudiaron las condiciones de pH, temperatura y aireación con el propósito de lograr una buena fermentación aeróbica. En una segunda fase se evaluaron cuatro tratamientos con diferentes fuentes de nitrógeno: manzana sola (T1); manzana más soya (T2); manzana más soya y maíz (T3) y; manzana más alfalfa (T4).

En todos los tratamientos se utilizaron los siguientes ingredientes: Urea (1.5%), Sulfato de amonio (0.2%), y una premezcla de vitaminas y minerales traza (0.5%). Se utilizaron seis repeticiones, las cuales se depositaron en charolas de aluminio, bajo una temperatura controlada de 32º C por un periodo de 96 h. Los muestreos se realizaron a los siguientes tiempos de fermentación; 0, 3, 6, 9, 12, 15,  18, 21, 24, 30, 36 42, 48, 60, 72 y 96 h.

Las variables evaluadas fueron; potencial hidrógeno (pH), proteína cruda (PC), proteína verdadera (PV), humedad de la materia seca (MS) y densidad óptica (DO).

Se notó un incremento en el pH a partir de las 48 h para T3 y T4 lo que afectó significativamente la fermentación (P<0.01) así como la producción de PC y PV. En el caso de T1 y T2 se mantuvo el pH en un rango de 4.4 a 4.7, lo que permitió una mayor producción de PC (44.3 y 39.2%) y de PV (39.6 y 27.6%), respectivamente.

La fermentación en estado sólido (FES) es un proceso que permite el aprovechamiento de fuentes no convencionales de carbohidratos para la alimentación animal mediante el uso de microorganismos. En la región noroeste del estado de Chihuahua se produjeron alrededor de 409,778 ton de manzana en el año 2005 [6], 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 [7], 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 azúcares y celulósicos, la energía que se libera y la urea como fuente de nitrógeno son utilizados para el crecimiento de la microflora epifita de los subproductos [2].  De esta manera, se logra duplicar la biomasa en alrededor de 5 min [9], lo que permite un incremento en la población de bacterias y levaduras principalmente, esto aun en la fase de secado, sin la utilización de inóculo en el sistema [3].

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 microbial nativa y potencialmente elevar su valor nutritivo mediante adiciones como el caso de nitrógeno no proteico [2]. 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 fue determinar el efecto de la fermentación de la manzana de desecho en condiciones aeróbicas y de temperatura controladas con la adición de diferentes fuentes de nitrógeno.

Estos resultados permitirán mejorar los esquemas de alimentación y de nutrición animal de los ganaderos establecidos en la región noroeste del estado de Chihuahua, al bajar costos, incrementar la producción de carne y leche, y participar en reducir los niveles de contaminación por estos subproductos.    

 

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

Material y equipo experimental.El material utilizado para este experimento fue manzana de desecho, pasta de soya, maíz molido, heno de alfalfa molida, premezcla de minerales y vitaminas, urea, sulfato de amonio, picadora estacionario , molino willey^MR, balanza analítica, charolas de aluminio, estufa, potenciómetro manual, microscopio, cámara de Neubauer^MR, aparato Kjeldahl para determinar proteína cruda y verdadera.

Tratamientos. Se utilizaron 4 tratamientos (T1 Manzana; T2 manzana mas 3.5% de pasta de soya; T3 manzana mas 3.5% de pasta de soya mas 10% de maíz molido; T4 manzana mas 10% de alfalfa molida). Todos los tratamientos contaron con la adición de 1.5% de urea, 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 aluminio con 1 kg de la mezcla, las cuales que fueron alojadas para su fermentación en una estufa con temperatura controlada. Durante el periodo de fermentación de la manzana, fueron tomadas 3 muestras aleatorias de las charolas de cada tratamiento en diferente tiempos (0, 3, 6, 9, 12, 15,  18, 21, 24, 30, 36 42, 48, 60, 72, 96 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 el experimento consistió de 25 kg de  manzana  de desecho de la variedad Golden delicious que fue molida en una picadora estacionaria al igual que el maíz y la alfalfa, para posteriormente preparar porciones de 1 kg  por charola, mismas que fueron  alojadas en estufa con temperatura constante de 32 ºC  durante  96 h, posteriormente se aumento la temperatura a 55 ºC y se mantuvo constante hasta las 120 h para lograr el secado de las mezclas. Finalmente se muestreo en los tiempos ya mencionados, donde se realizo una homogenización de cada una de las muestras.

Se tomaron tres muestras de cada tratamiento, se recolectaron muestras de 20 gr 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: materia seca (MS), humedad, proteína cruda (PC) y proteína verdadera (PV) utilizando las técnicas descritas en [1] 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.Para realizar el análisis estadístico, se utilizo un diseño completamente al azar de 4 tratamientos mediante  el programa GLM del paquete estadístico SAS [8].

Al analizar el comportamiento de los 4 tratamientos usados en el experimento, se observo una rápida perdida de humedad durante la fermentación en el tratamiento T4 a las  72 horas de haber iniciado la fermentación. A partir de las 48 horas de fermentación, se observó un rápido incremento en el pH de los tratamientos T3 y T4 como se observa en la (Gráfica 1), en tanto que los otros dos tratamientos permanecieron con pH mas o menos constante de 4.5 lo que favoreció una mejor fermentación y por lo tanto una mayor producción de proteína microbial. El aumento en el pH de los tratamientos T3 y T4 pudo haberse debido a los niveles altos de calcio en el maíz y la alfalfa, el cual tiene propiedades bufferantes que mantiene el pH superior a 6, lo que posiblemente deje fuera de rango la actividad microbial de las levaduras presentes en la manzana.

Para la determinación de (DO) de levaduras utilizando la solución salina de acuerdo a la técnica descrita por [4], no se encontró una clara tendencia en el crecimiento de levaduras como se observa en la (Gráfica 2), Ello pudo deberse, a que el crecimiento de levaduras se lleva a cabo incluso en estado seco como lo mencionan[9]. En la determinación de proteína cruda como se observa en la (Gráfica 3), se detectó un claro incremento en esta variable en los tratamientos T1 y T2 a partir de las 48 horas de iniciada la fermentación, con valores de 44.3 y 39.2% de PC a las 96 horas, respectivamente, lo que probablemente se debe al mayor crecimiento de levaduras gracias a un pH adecuado como se mostró en la (Gráfica 1), en donde se observa una mejor estabilidad de pH en las mezclas conteniendo únicamente manzana como fuente de carbohidratos y urea y pasta de soya como fuente de nitrógeno.

Los tratamientos T3 y T4 solo pudieron alcanzar valores de 25.7 y 24.2% de PC a las 96 horas de fermentación, muy inferiores a los encontrados en el T1 y T2 (P<0.01). Los valores inferiores de los tratamientos T3 y T4 pudieron haberse debido a un menor crecimiento de levaduras ya sea por un inadecuado pH o bien, porque tanto la alfalfa como el maíz cuentan con una menor disponibilidad de carbohidratos solubles, lo cual concuerda con lo reportado por [4], quienes mencionan que la inclusión de maíz en caña de azúcar, no mejoró la producción de levaduras al considerar que el maíz tiene alto contenido de almidones y bajo contenido de carbohidratos solubles en agua, mismos que son aportados por la caña de azúcar, situación que pudo haberse presentado en este experimento.

Los análisis indicaron que durante la fermentación de la manzana se produjo un nivel aceptable de (PV)  superior incluso a la encontrada en la elaboración de Saccharina rústica por [5]. Los valores encontrados para PV en este experimento fueron de 39.2, 27.6, 12.1 y 9.8% de PV a las 96 horas de fermentación (P<0.01) para los tratamientos T1, T2, T3 y T4, respectivamente, (Gráfica 4). La producción de PV en éste experimento se disparó en los tratamientos T1 y T2 a partir de las 48 horas de inicio de la fermentación, lo que nuevamente muestra como la estabilidad en el pH de las mezclas con valores de 4.4 y 4.7 a las 96 horas de T1 y T2, respectivamente, favoreció el crecimiento de levaduras y por lo tanto la producción de proteína verdadera y total de las mezclas.

1. AOAC. 1984. Official Methods of Analysis (14th Ed.). Association of Analytical Chemists, Washington, D.C.

2. 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.

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

4. 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. Agric. 27:277.

5. Fundora, O., P. Martín, A. Elías y R. Llerandi. 1996. Efecto de la suplementación proteica de raciones basadas en Saccharina rústica para bovinos en crecimiento-ceba. Rev. Cubana de Cienc. Agric. 30:163.

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

7. UNIFRUT, Unión de Fruticultores del Estado de Chihuahua. 2004.

8. SAS. Instutute. 202. SAS. User Guide. SAS Institute inc. Cary, NC.

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