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1. Introducción
La ovinocultura en Colombia comenzó como una tradición cultural; sin embargo, con el paso del tiempo su cría ha incrementado a pesar de que es un sistema productivo joven comparado con el de otros países. Dentro de los departamentos del trópico alto con más inventario ovino, encontramos a Boyacá con un aproximado de 137.097 cabezas de ganado generando una participation del 7 % en la producción nacional de carne ovina para el año 2016 [1]. Los sistemas de producción del municipio de Socota-Boyacá, Colombia, principalmente están enfocados en la obtención de carne y lana, basándose en una dieta de pastoreo y suplementación con sal y concentrados comerciales para bovinos. No obstante, la suplementación se ha visto afectada debido a los altos costos de los productos comerciales, y ha ocasionado que los productores utilicen residuos de cosecha de papa, caña y diferentes cereales como alternativa nutricional [2].
El inconveniente de suministrar de forma directa los residuos, es que normalmente no se suplen los requerimientos nutricionales de los animales, por lo que la transformation y potencialización de la composición nutricional de las materias de poca calidad nutricional es indispensable. Dentro de las alternativas más destacadas encontramos la fermentación en estado sólido (FES) que es un proceso metabólico de oxidación, en el cual, bajo condiciones específicas, microorganismos benéficos, crecen sobre materiales sólidos sin la presencia de agua logrando optimizar la composition nutricional en los alimentos [3]. Es una metodología bio-tecnológica de bajo costo y sencilla de realizar a traves de la cual se consigue incrementar la composition nutricional de las materias primas. La utilización de alimentos no convencionales como materiales fibrosos, residuos de cosecha, desechos industriales y algunos recursos forestales procesados a traves de fermentación, ha permitido obtener alimentos energético proteicos de buena calidad con altos contenidos de proteína, bajos en fibra y digestibilidades adecuadas para el aprovechamiento por los animales [4].
El valor nutricional de un alimento destinado al consumo animal, se evalúa a traves de su composition química determinando los componentes de materia seca, humedad, proteína cruda, extracto etéreo, cenizas, materia orgánica, hemicelulosa, fibra detergente neutra y fibra detergente acida. Además, se debe considerar los efectos en los procesos de digestion, absorción y metabolismo del animal determinando la digestibilidad in situ del alimento ya que entre mayor sea el valor de la digestibilidad, mejor será el aprovechamiento de los nutrientes del alimento [5]. Por tanto, se propone: i. Evaluar la utilidad de la fermentación en estado sólido como metodología biotecnológica para la obtención de un producto alimenticio conteniendo tamo de cereales que supla los requerimientos nutricionales de los ovinos, y ii. Conocer el efecto del tiempo de fermentación y de dos porcentajes de inclusión de tamo de cereales en la calidad del producto alimenticio para ovinos.
2. Materiales y métodos
2.1. Preparación del producto alimenticio
La cantidad de materia prima, inoculante, material secante y aditivo detallado en la tabla 1, se mezcló hasta obtener una pasta homogénea que denominaremos producto fes de cada dieta según método descrito por Elías et al. [6]. Se utilizaron bolsas de polietileno negro para dosificar 1.0 kg de peso fresco de la pasta homogénea.
Las bolsas con el producto fes, se cerraron e incubaron a 20°C durante 24 y 48 horas utilizando una incubadora marca Biobase®. Al inicio (hora 0) y al finalizar cada periodo de fermentación, cada bolsa se abrió y se tomaron muestras para determinar pH, composition nutricional y microbiología de las fermentaciones.
2.2. Determinación del pH
En un Erlenmeyer de 100 ml se colocó 5 g de cada dieta y 45 ml de agua destilada estéril, se agitó durante 30 minutos utilizando un agitador eléctrico marca Adams® y posteriormente se filtro por medio de gasas esteriles, al producto filtrado se le midio pH utilizando un pHmetro marca Okaton®, siguiendo la metodología descrita por Moyano [7].
2.3. Evaluación de la calidad nutricional
La composition bromatológica de las muestras recolectadas antes y Después de la fermentación se determinó mediante análisis de humedad ( %H), materia seca ( %MS), cenizas ( %CZ), proteína cruda ( %PC), extracto etereo ( %EE), fibra detergente neutra ( %FDN) y fibra detergente acida ( %FDA) siguiendo los metodos citados por AOAC [8, 9].
2.4. Análisis de digestibilidad in situ
La determinación de la digestibilidad in situ de la materia seca se realizó en el laboratorio de química analítica del Centro de Investigation de Turipana, vinculado a la Corporation Colombiana de Investigation Agropecuaria (AGROSAVIA), localizado en Cerete, Cordoba, Colombia por medio de la tecnica descrita por Orskov y McDonald [10]. Previamente, las muestras se secaron a 60°C durante 24 horas en una estufa de secado de la marca Memmert® y se estimo el %DMS utilizando la siguiente ecuacion:
2.5. Análisis microbiológico
El analisis microbiológico se realizo en el Laboratorio de Control Biológico localizado en la ciudad de Tunja, Boyacá, Colombia. Se analizó el recuento de bacterias ácido lácticas (ISO 15214:1998, [11]), aerobios mesófilos [12], coliformes totales y fecales (ICMSF:2000 NMP, [13]), esporas de Clostridium sulfito reductor (ISO 15213:2003, [14]), presencia de Salmonella (ISO 6579-1:2017, [15]), y recuento de mohos y levaduras (ISO 21527:2008, [16]).
2.6. Diseño experimental y analisis estadístico
Los tratamientos de realizaron siguiendo un diseño experimental aleatorizado, con repeticiones por triplicado (Tabla 2). Los resultados se analizaron mediante análisis de varianza (ANOVA) y las medias con diferencias estadísticamente significativas se compararon mediante la prueba de Tukey con el fin de conocer el efecto del tiempo de fermentación y del porcentaje de inclusión de tamo de cereales en la producción de PC, MS, H, CZ, EE, FDN, FDA, materia orgánica, digestibilidad in situ y recuento microbiológico. El análisis de los datos se realizó con el programa estadístico R para Windows.
3. Resultados y discusión
3.1. Determinación del pH
Un importante indicador inicial del progreso y adecuado proceso de fermentación es el pH. Se ha reportado que un pH entre 3.5-6.0 permite el crecimiento de microorganismos benéficos, los cuales utilizan cada uno de los ingredientes y los transforman en un producto de mejor calidad [6, 17]. En los tratamientos evaluados, el pH inicio en 6.4 y disminuyo paulatinamente a las 24H con leves diferencias de acuerdo con el porcentaje de inclusión de tamo hasta 5.3 y 5.6 para 10 y 20 % de inclusión respectivamente. Después de 48 horas de fermentación se alcanzó un pH de 5.3 y 5.4, respectivamente. Resultados similares respecto a disminución y estabilización del pH durante la fermentación en estado sólido de papa como parte de un alimento fueron reportados por Borrás-Sandoval et al. [18]. Los autores muestran un pH inicial de 6.7 y estabilización en 5.0. Lo anterior indica que el porcentaje de tamo de cereales incluido en el producto fes obtenido en este estudio no altera en general los resultados de pH durante el proceso de fermentación.
El descenso de este indicador podría estar relacionado con la producción de ácido láctico, vinculado a la presencia de azucares y almidones procedentes de la papa y las bacterias acido lácticas provenientes del inoculante microbiano [7]. Al respecto, Caicedo et al. [19] hacen referencia a la importancia del pH en los procesos FES, logrando estabilizarse entre las 48 y 96 horas de fermentación por acción de las bacterias acido lácticas, que transforman los carbohidratos solubles en ácido láctico, y hacen que baje rapidamente el pH hasta estabilizarse generando una buena conservation y preservation del alimento.
3.2. Evaluación de la calidad nutricional
Los análisis de calidad nutricional del producto fes, muestran un efecto del tiempo de fermentación y el porcentaje de inclusión de tamo de cereales en la producción de proteína cruda, materia seca, humedad, cenizas, extracto etéreo, fibra detergente neutra y acida (tabla suplementaria 1, p>0,05).
Proteína cruda. En relation con la producción de proteína cruda, se evidenció un ascenso a medida que transcurrió el tiempo de fermentación. Con la inclusión de 20 % de tamo de cereales se cuantifico un aumento de 2.2 puntos porcentuales a las 48 h de fermentación (Figura 1). Comparado con los resultados obtenidos por Borras-Sandoval et al. [18] quienes analizaron un producto alimenticio obtenido con los mismos ingredientes y porcentajes de inclusión similares, pero excluyendo el tamo, se puede concluir que existe un efecto positivo y estadísticamente significativo del tiempo de fermentación y el porcentaje de inclusión en la obtención de proteína cruda, cuantificándose la mayor producción 17,57 % al incluir 20 % de tamo en el alimento.
Resultados similares fueron obtenidos por Saavedra et al. [20] y Caicedo et al. [19], quienes cuantificaron los mayores valores de proteína cruda Después de 48 horas de fermentación; mientras que Jimenez et al. [21] encontraron la concentration maxima de proteína cruda Después de 24 horas de fermentación de cascara de pina, atribuyendo el resultado al mantenimiento del proceso dentro de un rango adecuado de pH para el crecimiento de los microorganismos.
Cenizas y extractos etereos. El tiempo de fermentación afecta significativamente la producción de CZ y EE (p<0,05). Los valores de CZ del producto fes, incrementaron durante el proceso de fermentación. Al incluir 10 % de tamo de cereales se evidenció un aumento de 1.5 puntos porcentuales, y con 20% 2.3 puntos (figura 1). El aumento porcentual encontrado en este trabajo concuerda con los incrementos reportados por Moyano [7] en FES de papa y con los resultados encontrados por Caicedo et al., Saavedra et al. y Jiménez et al. [19, 20,21] quienes reportaron aumentos de 1.7 puntos porcentuales de CZ con el paso del tiempo de fermentación. Los contenidos de CZ en los procesos de fermentación en estado sólido son importantes para el metabolismo y crecimiento de los microorganismos y por tal motivo se añade premezcla mineral como ingrediente a la dieta [21]. Las fuentes energéticas utilizadas se encuentran relacionadas con el porcentaje de CZ lo que puede llevar a la variación entre dietas con diferentes materias primas [23].
Los resultados de EE muestran una leve disminución del contenido de grasa del producto fes con el transcurso del tiempo, lo cual podría afectar la calidad del producto alimenticio, principalmente cuando se incluye 20 % de tamo de cereales que fue la dieta donde se cuantifico la mayor disminución (figura 1).
Materia seca y humedad. En la tabla suplementaria 1, se evidencia que el tiempo afecta significativamente la producción de MS y H (p<0,05). Se evidencia una relation inversamente proporcional respecto a MS y H, a medida que disminuye la MS aumenta la humedad del producto fes (figura 2A). Teniendo en cuenta que para conservar de forma adecuada el alimento e inhibir el crecimiento de microorganismos daninos como Clostridium se deben tener niveles superiores al 30 % de MS [19], en este estudio los niveles de MS se mantuvieron por encima del 30 %, partiendo con 46 % y terminando la fermentación con 43.5 y 44.3 % para 10 y 20% de inclusión de tamo de cereales. Resultados similares fueron obtenidos por Brea et al. [22], quienes encontraron diferencias significativas en la materia seca sobre el tiempo de fermentación. La materia seca paso de 36,31 % a las 0H a 33,68% a las 48H; mientras que Fonseca et al. [23] en FES de zanahoria con inclusiones del 20 % de repila de trigo evidencio un aumento (59,7 %) de MS entre las 24 y 48H de fermentación relacionado con la utilización de carbohidratos solubles como fuentes energéticas.
Respecto a humedad, Moyano [7] recomienda mantener la humedad entre 30 y 70 % para proporcionar un medio de cultivo ideal para los microorganismos. Los incrementos de humedad encontrados en este estudio estan entre los rangos recomendados para un adecuado proceso fermentativo y el crecimiento microbiano, cuya posible causa es la liberation de agua por los procesos metabólicos desarrollados por los microorganismos. No obstante, Mejía, Saavedra et al. y Caro et al. [24, 20, 25] evidenciaron una disminución en la humedad al transcurrir las horas de fermentación debida a la evaporación de agua por medio de la actividad metabólica de los microorganismos.
Fibra detergente neutra y acida. El análisis de los componentes fibrosos, muestra diferencias estadísticamente significativas, el porcentaje de inclusión de tamo de cereales y el tiempo de fermentación afectan la cantidad de FDN y FDA obtenida, mientras que el contenido de materia orgánica y la hemicelulosa permanecen estables (tabla suplementaria 1).
Los valores de FDN y FDA aumentan con el paso del tiempo. Un aumento de 10.5 puntos porcentuales de FDA al final del proceso de fermentación se cuantifico al incluir 10% de tamo de cereales. La FDN aumenta entre 3 y 4 % durante el proceso de fermentación (figura 2B). Incrementos similares fueron reportados por Peláez et al. [26], quienes atribuyeron los incrementos a la síntesis de ácidos orgánicos y el consumo de carbohidratos solubles por el hongo P. sapidus durante la FES de caña de azucar. Jimenes et al. [21] reportaron incrementos de la FDN y FDA en la FES de cascara de pifia, los cuales atribuyen a que los microorganismos utilizan primero los azucares que se encuentran disponibles en el contenido celular para síntesis proteica quedando los carbohidratos más complejos, como almidón, celulosa y hemicelulosa, que requieren de una acción enzimática para ser convertidos en azucares simples.
La digestibilidad in situ de la materia seca, no se ve afectada por el tiempo de fermentación, ni por el porcentaje de inclusión de tamo en el producto fes (tabla suplementaria 1, p> 0,05). No obstante, valores similares a los encontrados en este estudio sobre digestibilidad fueron reportados por Blandino y Pineda [27] en FES de caña de azúcar con inclusión de harina de granos de Canavalia, con una digestibilidad de la materia seca entre el 71,77 % al 73,42% haciendo referencia a que la digestibilidad de la FES dependerá en cierta medida de la composition nutricional y digestibilidad de los sustratos utilizados en el proceso fermentativo. Caicedo et al. [19] al evaluar la digestibilidad aparente en cerdos de la materia seca para el FES de banano fiorito encontraron digestibilidades que sobrepasan el 90%.
La digestibilidad de la materia seca se encuentra relacionada con los materiales vegetales utilizados en la fermentación sin dejar de lado el papel que realizan los microorganismos mejorando la calidad del alimento por su capacidad de producir enzimas que ayudan a la hidrólisis de los nutrientes, logrando resultados mucho mejores comparados con alimentos que no reciben tratamiento antes de ser suministrados [7, 19, 23, 28].
3.3. Análisis microbiológicos.
Ninguna de las condiciones evaluadas, tiempo de fermentación ni porcentajes de inclusión de tamo de cereales afectan significativamente los recuentos de aerobios mesófilos, coliformes fecales y totales, mohos, levaduras, bacterias acido lácticas, salmonella y esporas de Clostridium (tabla suplementaria 2). Sin embargo, se encontró que el pH tiene un efecto estadísticamente significativo en el recuento de bacterias acido lácticas mesófilas.
Figura 1: Proteína cruda (PC), cenizas (CZ) y extractos etereos (EE) cuantificados durante la fermentación en estado sólido de tamo de cereales.
Figura 2: Cuantificación de A. Materia seca (MS), humedad (H) y B. Fibra detergente neutra (FDN), Fibra detergente acida (FDA) y hemicelulosa durante la fermentación en estado sólido de tamo de cereales.
En un proceso de fermentación las bacterias aerobias mesofilas, expresan la carga total y la actividad de los microorganismos en presencia de oxígeno, a temperaturas que oscilan entre 15 y 45°C [29]. De acuerdo con los resultados obtenidos se cuantifico un aumento de bacterias aerobias mesófilas a medida que transcurrió el tiempo de fermentación. Caro et al. [25] reportaron un comportamiento similar en el recuento de mesófilos aerobios debido principalmente a la estabilización del pH al generarse el consumo de carbohidratos para la formation de proteína microbiana, inhibiendo el crecimiento de entero bacterias por la presencia de bacterias ácido lácticas (BAL).
En este estudio se utilizaron bacterias del género Lactobacillus y Streptococcus como BAL, las cuales requieren para su multiplicación azucares como glucosa y lactosa, aminoácidos, vitaminas y otros factores de crecimiento, la mayoría de los cuales son proporcionados por la leche [30], excelente medio de crecimiento para BAL y producción de metabolitos [31]. Una relation inversamente proporcional fue evidenciada al cuantificarse un aumento del recuento de BAL a medida que disminuyó el pH. Ademáis, de un efecto positivo al incluir 20 % de tamo de cereales, ya que al final de la fermentación el recuento de BAL fue mayor comparado con 10% de inclusion. Las bacterias acido lácticas se desarrollan de manera adecuada en valores de pH entre 4,5 y 6 mientras que a valores menores de 3,8 se ve detenida su actividad metabólica [32]. La incorporation de BAL para la elaboración del producto fes logra mejorar las características del alimento especialmente de rumiantes [33], y el aumento de la proteína y la digestibilidad del alimento relacionado a la concentración de ácido láctico y ácidos orgánicos producidos durante la fermentación.
Finalmente, los productos fes obtenidos con los dos porcentajes de inclusión de tamo, no presentan esporas de Clostridium, ni Salmonella, resultado que avala su calidad para utilizarlos como productos sanitariamente seguros en los animales sin perjudicar su salud [34].
4. Conclusiones
La fermentación en estado sólido mostro ser una herramienta biotecnológica útil a traves de la cual, utilizando desechos agronómicos como el tamo de cereales incluido como ingrediente en un producto alimenticio, se transforman y obtienen alimentos de buena calidad nutricional e inocuos para ser suministrados a ovinos.
El porcentaje de inclusión de material vegetal fibroso influye en la calidad del producto alimenticio durante el tiempo de fermentación, en este estúdio, 20 es el porcentaje de inclusión de tamo de cereales favorable para obtener incremento en proteína cruda, cenizas, recuento de bacterias ácido lácticas y mejorar la calidad del alimento.
