ARTÍCULO ORIGINAL/ORIGINAL ARTICLE

Producción de alimentos para animales a través de fermentación en estado sólido – FES

Animal feed production by solid state fermentation – SSF

Produção De Alimentos Para Animais A Través De Fermentação Em Estado Sólido – FES

Luis M. Borrás-Sandoval¹ Giovanny Torres-Vidales²

1 Zootecnista, MSc, PhD (c), Universidad pedagógica y Tecnológica de Colombia, Facultad Ciencias Agropecuarias, Grupo de Investigación GIBNA, Tunja, Colombia.
2 MVZ, Esp, Universidad pedagógica y Tecnológica de Colombia, Facultad Ciencias Agropecuarias, Grupo de Investigación GIDIMEVEZ, Tunja, Colombia. Email: Lumibo30@yahoo.es

Recibido: septiembre 02 de 2013 Aceptado: agosto 30 de 2016

Resumen

La Fermentación en Estado Sólido (FES), se consolida como una alternativa para la alimentación animal, gracias a este proceso biotecnológico los residuos de cosecha y desechos agroindustriales se pueden convertir en alimentos energético -proteicos, de alto valor nutricional que en un momento dado sustituyan total o parcialmente los alimentos balanceados, que encarecen sensiblemente los costos de producción, haciendo cada vez menos rentables las explotaciones pecuarias, es por esto que la FES, se convierte no solo en una alternativa económicamente viable, sino ambientalmente sostenible, a partir del manejo de residuos de alto potencial contaminante. La presente revisión, busca mostrar la FES como una alternativa biotecnológica para la obtención de alimentos que pueden ser utilizados en la producción animal.

Palabras clave: Fermentación en estado sólido, Biotecnología, Alimento animal.

Abstract

Solid state fermentation (SSF) has become an alternative for animal feed; this biotechnological process means that harvesting residues and agro-industrial waste can be converted into energy-providing-protein-based feed having high nutritional value which, at any given moment, will totally or partially substitute balanced foods which significantly increase production costs, making livestock farms less profitable. SSF thus becomes not just an economically viable alternative but also an environmentally sustainable one by managing residues having highly contaminating potential. This review has been aimed at highlighting SSF as a biotechnological alternative for obtaining feed which can be used in animal production.

Key words: solid state fermentation, biotechnology, animal food.

Resumo

A fermentação em estado sólido (FES), está se tornando numa ótima opção para o uso de resíduos vegetais e resíduos agro-industriais, graças a este processo biotecnológico podem ser convertidos em alimentos energéticos e proteícos de alto valor nutricional, num determinado momento pode substituir total ou parcialmente os alimentos balanceados, que aumentam os custos de produção fazendo tornar significativamente explorações pecuárias menos rentáveis, por isso a FES, torna-se não só numa alternativa viável economicamente, mas a gestão de resíduos ambientalmente sustentável com elevado potencial poluente. A presente revisão tem como objetivo mostrar uma alternativa para a obtenção de alimentos biotecnológicos a serem utilizados na produção animal.

Palavras-chave: Fermentação em estado sólido, Biotecnologia, Alimentação animal.

Introducción

La alimentación animal, históricamente ha competido por materias primas con la alimentación humana, ya que algunas de ellas como el maíz, el sorgo, la soya, etc. Se constituyen en la base de los alimentos concentrados y es allí donde se genera la rivalidad entre estos; en este momento, a dicha disputa entra un tercer actor y son los biocombustibles, los cuales se basan para su producción en muchos de estos cereales y granos, escaseándolos y por ende encareciéndolos; por tal razón, es necesario plantear alternativas de alimentación animal basada en fuentes y alimentos no convencionales (residuos de cosecha, materiales fibrosos, desechos de la industria, etc.) y es aquí, donde opciones biotecnológicas como las fermentaciones y en especial la fermentación en estado sólido (FES), se consolidan como una alternativa para la generación de alimentos proteico-energéticos de buena calidad y de bajo costo, esto necesariamente mejorará la rentabilidad del agronegocio ganadero y en general de las producciones pecuarias, dando una alternativa económicamente viable y ambientalmente sostenible, si se piensa en estos residuos como posibles contaminantes ambientales si no se les da un manejo adecuado.

La fermentación es un proceso catabólico de oxidación incompleta, con alto grado de anaerobiosis, siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones.

La fermentación fue descubierta por Louis Pasteur, que la describió como la vie sans l'air (la vida sin el aire). Es un proceso catabólico de oxidación incompleta, totalmente anaeróbico, siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones. La fermentación típica es llevada a cabo por las levaduras, sin embargo algunos metazoos y protistas son capaces de realizarla. (Mena, 2013).

Tipos de fermentación dependiendo su producto final.

Fermentación acética, es la fermentación bacteriana por Acetobacter, un género de bacterias aeróbicas que trasforman el alcohol en ácido acético. La formación de ácido acético (CH3COOH) resulta de la oxidación de un alcohol por la bacteria del vinagre en presencia de oxígeno. Estas bacterias a diferencia de las levaduras productoras de alcohol requieren de un suministro generoso de oxígeno para su funcionamiento. (Resendiz, 2009).

Fermentación alcohólica, transformación de azúcares en etanol y CO2, por levaduras, como Saccharomyces cerevisiae, durante la elaboración de vinos, cervezas y similares (Zanabria, 2009).

Fermentación láctica, la fermentación láctica da como resultado ácido láctico a partir de la degradación de la lactosa. De igual manera se produce en las células musculares cuando existe una deficiencia de oxígeno en los músculos; a partir de ácido pirúvico. (Carmona et al., 2010).

Fermentación Butírica, es la conversión de los glúcidos en ácido butírico, por acción de bacterias de la especie Clostridium Butirycus. Se produce a partir de la lactosa, con formación de ácido butírico y gases como dióxido de carbono, metano ácidos grasos volátiles e hidrogeno. Se caracteriza por la aparición de olores pútridos y desagradables. (Ocampo, 2011).

Estas biotécnicas funcionan con bacterias, hongos filamentosos, levaduras y algas unicelulares. Sus avances se soportan en la manipulación de estos microorganismos, que son útiles para la producción de alimentos, medicamentos y otros productos. Específicamente las bacterias desarrollan una gran capacidad de producción de proteínas; las fermentaciones microbianas tienen la ventaja de utilizar poca energía, dado que la fermentación puede utilizar procedimientos que no requieren altas temperaturas. (Ramos et al., 2007).

La biotecnología es una herramienta importante para el desarrollo sostenible de la agricultura, la pesca y la actividad forestal, así como de las industrias alimentarias. Cuando se integra debidamente con otras tecnologías para la producción de alimentos, productos agrícolas y servicios, puede contribuir en gran medida a satisfacer, en el nuevo milenio, las necesidades de una población en crecimiento y cada vez más urbanizada.

El Convenio sobre la diversidad biológica (CDB) define la biotecnología como "toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos". (FAO, 2000).

Fermentación en Estado Sólido

La fermentación en estado sólido (FES) consiste en hacer crecer un microorganismo sobre un sustrato, empleando una fuente de nitrógeno y sales mineralizadas (ricas en macro y micronutrientes), bajo ciertas condiciones de humedad, pH, aireación y temperatura. La FES no presenta agua libre en su estructura, aunque conlleva determinados requerimientos de humedad (Doelle et al., 1992; Echavarría et al., 2003).

Onteru et al., (2010), resaltan los procesos biotecnológicos desarrollados en los países en desarrollo lo que han llamado la "revolución ganadera", dentro de ellos la FES para la producción de enzimas fibrolíticas, utilizadas en la producción de alimentos para animales. Como antecedentes la FES, es un proceso antiguo que se ha utilizado especialmente en la obtención de productos como panes, quesos, kojí, shoyu y bebidas como el Sake. Además Pastrana (1996), cita a (Kumar y Losane, 1989) quienes reportan aplicaciones industriales de los cultivos en estado sólido entre las que se encuentran la producción de enzimas, ácidos orgánicos, toxinas, antibióticos y otros metabolitos de interés. Ajila et al., (2012), presentan los residuos agrícolas e industriales, como una fuente importante de biomasa para ser utilizada en la alimentación animal, por procesos como la FES, la cual enriquece estos residuos y los hace más digestibles para los animales.

Pandey et al., (2000), Singhaniaa et al., (2009), manifiestan que estos procesos fermentativos se consideraban décadas atrás como de baja tecnología, hoy en día son una alternativa muy prometedora, no solo para la producción de alimento animal sino con muchos otros usos, farmacéuticos, bioremediación, biodegradación de compuestos peligrosos, etc.

Ventajas e inconvenientes de los procesos de fermentación en estado sólido

Pastrana (1996), enumera una serie de ventajas de los procesos generales de la fermentación en estado sólido (FES) entre las que se incluyen:

Alimentos producidos por medio del proceso de fermentación en estado sólido (FES), para alimentación animal.

La utilización de la FES se consolida en la producción de alimento para animales, utilizando diversas materias primas para este fin, si bien es cierto, se destaca que el proceso fermentativo ha dado origen a diversos alimentos desde tiempos remotos, la utilización de este tipo de tecnologías en la alimentación animal, es más reciente y hoy frente a los diversos escenarios de escases y encarecimiento de materias primas tradicionales utilizadas en la alimentación humana y animal, se convierte en gran alternativa para este fin, en especial, si se tiene en cuenta la posibilidad de uso de otras fuentes no convencionales para la alimentación animal, como los residuos de cosecha, materiales con alto contenido fibroso y bajo nivel nutricional, todos ellos gracias a las bondades de la fermentación en estado sólido, se pueden transformar en alimentos económicos y de gran valor nutricional. A continuación se describen algunos desarrollos realizados de amplio uso en la alimentación de diversas especies animales con evidentes resultados zootécnicos y de producción animal.

La Saccharina como punto de partida para la elaboración de alimentos para uso animal elaborados por FES

Elías et al., (1990), reportan la elaboración de un alimento bajo la tecnología de fermentación en estado sólido, el cual, tuvo como objeto el enriquecimiento proteico de la caña de azúcar y que gracias a la FES, lograron un producto proteico-energético, de gran importancia para la alimentación animal, el cual se denominó Saccharina. Se reporta que este producto presenta valores en proteína bruta similares al maíz y el trigo y valores de energía bruta de 16 MJ/kg MS. Los niveles de fibra varían del 25 al 30%, destacándose que la mayor parte está formada por celulosa y hemicelulosa. Es importante destacar que la caña utilizada es limpia sin hojas ni cogollo. También se han realizado trabajos con caña integral (tallos, hojas y cogollo) con resultados similares, es decir, con calidad nutricional muy parecida a la Saccharina elaborada con la caña limpia (Vivas y Carvajal, 2004; Monroy et al., 2006). Torres et al., (2007) realizaron una variación en la elaboración de Saccharina utilizando tallos quemados de caña, sin encontrar diferencias en la calidad nutricional.

Zarragoitia et al., (1990), reportaron la utilización de la Saccharina y la Leucaena (Leucaena leucocephala) como suplemento a hembras bovinas (Holstein) en crecimiento, en pastizales de gramíneas de secano, en este trabajo se obtuvo ganancias diarias de peso promedio de 735gr/día, con un concentrado que contenía 58% de Saccharina en la dieta.

En cuanto a la utilización de la Saccharina en otros animales de importancia zootécnica, se presenta el trabajo, "Consumo y digestibilidad en carneros alimentados con diferentes proporciones de Saccharina en el concentrado", elaborado por Ruiz et al., (1990). En este trabajo se sustituye maíz y trigo en dietas de carneros por Saccharina, en porcentajes de inclusión de esta hasta el 90% en la dieta, incrementando la digestibilidad de la fibra bruta, hasta 62%, además, se reporta que la energía suministrada con adición del 70% de Saccharina en la dieta, solo representó una diferencia de tan solo 5% con respecto a concentrado de granos (maíz, trigo). Lo anterior, valida la posibilidad de utilizar altas proporciones de Saccharina en dietas de rumiantes. Al respecto cabe anotar lo encontrado por Aguirre et al., (2010), quienes al alimentar ovinos con distintos tipos de caña de azúcar entre ellas las fermentadas, destacan que efectivamente los residuos de caña fermentados mejoraron significativamente su valor nutricional, pero no mejoran la respuesta zootécnica de los animales.

Diversos autores han publicado trabajos en varias especies animales, donde se puede evidenciar diferentes niveles de sustitución de alimentos concentrados por Saccharina sin afectación en los parámetros productivos (Tabla 1).

Se ha encontrado que al inocular preparados microbianos en los procesos de FES se evidencia una mejora en la digestibilidad y en la calidad nutricional de los alimentos producidos bajo esta tecnología. Hsu, et al., (2013), utilizaron la FES, para tratar forrajes (elefante y pangola), inoculando bacterias celulolíticas se encontró que estas enriquecían el contenido proteico de las gramíneas y mejoraron la digestibilidad en los pollos. En la tabla 2, se puede observar diferentes trabajos con la utilización de preparados microbianos para el mejoramiento de FES.