Efecto de diferentes aditivos sobre la composición y el perfil de fermentación del ensilaje de cáscaras de Maracuyá (Passiflora edulis)

R R Noguera, S Valencia y S L Posada

Universidad de Antioquia, Facultad de Ciencias Agrarias - Grupo de Investigación en Ciencias Agrarias - GRICA,
AA 1226, Medellín, Colombia.
ricnoguera@gmail.com

Resumen

El objetivo de este estudio fue evaluar el efecto que tienen diferentes aditivos sobre la calidad nutricional y el perfil de fermentación del ensilaje de cáscaras de maracuyá (Passiflora edulis), subproducto proveniente de la industria procesadora de frutas. Para el proceso de ensilaje se utilizaron 20 silos de laboratorio (5 repeticiones por tratamiento) fabricados con tubos de PVC y con una capacidad de 3 kg. Los tratamientos evaluados fueron: MAR =100% de cascaras y semilla de maracuyá; MM = 97% de cascaras y semillas de maracuyá + 3% de melaza; MMU = 96% de cascaras y semillas de maracuyá + 3% melaza y 1% urea ; MHM = 98% de cascaras y semillas de maracuyá + 2% de harina de maíz. En el material ensilado fueron evaluadas las siguientes variables: Composición bromatológica, digestibilidad in situ y perfil de fermentación.

La utilización de aditivos no tuvo efecto sobre los porcentajes de materia seca del material ensilado (P>0.05), los valores fluctuaron entre 12.1 y 13.5%. Los contenidos de carbohidratos estructurales fueron afectados por los tratamientos. Para estas fracciones las menores concentraciones fueron encontradas en los tratamientos que incluyeron melaza (MM) y melaza + urea (MMU) en su composición. La utilización de aditivos incrementó la degradabilidad ruminal del ensilaje de cascaras de maracuyá (P<0.05). A pesar del alto contenido de humedad de las cascaras de maracuyá, la utilización de aditivos en el ensilaje permitió obtener un adecuado proceso de conservación. La adición de melaza, urea y maíz al ensilaje de cascaras de maracuyá incrementó significativamente la digestibilidad del material ensilado.

Palabras clave: conservación, digestibilidad, rumiantes, subproductos agroindustriales

Effect of different additives on the composition and silage fermentation profile of Passion fruit (Passiflora edulis) peel

Abstract

The aim of this study was to evaluate the effect of different additives on the nutritional quality and silage fermentation profile of passion fruit peel ( Passiflora edulis), product of the fruit processing industry. In the silage process, 20 laboratory silos were used (5 repetitions per treatment). The silos were made with PVC tubes with approximate capacity of 3 kg. The treatments were: MAR = 100% passion fruit peels and seeds; MM = 97% passion fruit peels and seeds + 3% molasses; MMU = 96% passion fruit peels and seeds + 3% molasses and 1% urea; MHM = 98% passion fruit peels and seeds + 2% maize meal. In the silage the following variables were evaluated: Chemical composition, in situ digestibility and fermentation profile.

The use of additives had no effect on the percentage of dry matter of silage (P> 0.05), the values ranged between 12.1 and 13.5%. Structural carbohydrate contents were affected by the treatments. For these fractions the lowest concentrations were found in the treatments that included molasses (MM) and molasses + urea (MMU) in its composition. The use of additives increased the ruminal digestion of passion fruit peel silage (P <0.05). Despite the high moisture content of passion fruit peels, the use of additives in the silage allowed an adequate process of preservation. The addition of molasses, urea and maize grain to the silage increased significantly the silage digestibility.

Key words: agroindustrial byproducts, conservation, digestibility, ruminant

Introducción

Colombia es un país con vocación agropecuaria; su posición geográfica y diversidad de zonas orográficas hacen de éste, un lugar privilegiado para la producción de frutas tropicales. La creciente industria de jugos y pulpas de fruta genera una considerable cantidad de residuos que pueden ser utilizados en la alimentación animal por su aporte de pectinas, azúcares y aceites esenciales.

El área destinada en Colombia para la producción de maracuyá en el año 2011, fue de 5950 hectáreas, las cuales produjeron 79458 toneladas de fruta (Agronet, 2013). El rendimiento industrial del maracuyá para la obtención de jugo es 35%, el 65% restante es un subproducto que está constituido por cascara y semillas. Considerando la producción nacional de este fruto, la agroindustria genera 52144 toneladas de residuos con potencial para ser utilizados en la alimentación de rumiantes.

Un estudio realizado por Yepes et al (2008) muestra que en la ciudad de Medellín (Colombia) anualmente las fabricas productoras de jugos y pulpas de fruta generan 59495 toneladas de residuos. El destino final de estos residuos en su gran mayoría son los rellenos sanitarios, sin considerar otras alternativas de manejo que permitan generar un beneficio económico. Los mismos autores manifiestan que además del costo ambiental que debe ser asumido por el inapropiado manejo de estos subproductos, se le suma el costo económico que las empresas deben pagar por la disposición final de este material, el cual se estima en 3 centavos de dólar/kg.

Los residuos de frutas pueden ser utilizados para la alimentación animal dado su alto contenido de carbohidratos estructurales (celulosa, hemicelulosas, pectinas, rafinosa y estafiosa) y polisacáridos no estructurales (gomas y mucilagos). Este tipo de residuos se caracterizan por su alto contenido de humedad, hecho que dificulta su almacenamiento y preservación. Una alternativa para preservar este tipo de materiales es la elaboración de ensilajes, método que permite almacenar grandes volúmenes de material a bajo costo en época de cosecha y suministrarlo de forma regular a lo largo del año.

El objetivo de este estudio fue evaluar el efecto que tienen diferentes aditivos sobre la calidad nutricional y el perfil de fermentación del ensilaje de cascaras de maracuyá (Passiflora edulis), subproducto proveniente de la industria procesadora de frutas.

Materiales y métodos

Material ensilado

Fueron utilizadas cascaras de maracuyá provenientes de fábricas dedicadas a la obtención de pulpa de fruta. Durante el proceso de obtención de pulpa, las cascaras son trituradas y poseen un porcentaje de humedad del 85%. Para el proceso de ensilaje se utilizaron 20 silos de laboratorio (5 repeticiones por tratamiento) fabricados con tubos de PVC y con capacidad aproximada de 3 kg. El material a ensilar fue compactado en los silos, los cuales fueron sellados a presión con tapas dotadas de válvulas tipo bunsen por un periodo de 56 días. Para garantizar igual densidad en los silos, la cantidad de material compactado fue pesado, buscando que todos silos quedaran con la misma masa ensilada.

Variables evaluadas

Cincuenta y seis días después de elaborados los ensilajes, los silos fueron abiertos y el contenido de cada uno fue retirado y homogenizado en un balde de plástico. El contenido de cada silo fue dividido en dos submuestras. La primera submuestra se utilizó para determinar la composición bromatológica de los ensilajes y la digestibilidad in situ del material ensilado. Esta submuestra fue secada en una estufa de ventilación forzada a 65º C por 72 horas, pesada y molida utilizando un molino de laboratorio Thomas - Willey Modelo No 4 con criba de 1 mm. En ella, fueron determinados los porcentajes de materia seca total (MST) por el secado de la muestra en estufa de ventilación forzada a 105º C (934.01 AOAC, 2005), proteína bruta (PB) por el método Kjeldahl (984.13 AOAC, 2005), cenizas (MI) por incineración a 550º C, de acuerdo con los procedimientos descritos por la AOAC (1990), fibra en detergente neutro (FDN) y fibra en detergente ácido (FDA) conforme a lo descrito por Van Soest (1991).

Para la determinación de la digestibilidad in situ, el material ensilado fue molido mediante una criba de 2 mm. Bolsas de naylon de 10 x 15 cm de área efectiva que contenían 5 g de muestra fueron incubadas en el rumen de una vaca Holstein provista de cánula ruminal permanente. Los horarios de incubación fueron 0, 6, 12, 24, 48 y 72 horas. Los parámetros de degradación fueron estimados por regresión no lineal utilizando el modelo propuesto por Ørskov y McDonald (1979):

Y = a + b* (1- exp (- c*t))

Donde:

Y = degradación de material ensilado en el tiempo t

a = Fracción soluble del material ensilado

b = Fracción de lenta degradación

c = Tasa de degradación de la fracción b

En la segunda submuestra, se determinó el perfil de fermentación del material ensilado. Una vez retirada la muestra de cada silo, ésta fue comprimida en una prensa hidráulica para la extracción del jugo del ensilaje. Parte de ese jugo fue inmediatamente utilizado para la determinación del valor de pH mediante la utilización de un potenciómetro y el porcentaje de nitrógeno amoniacal (NNH3), por destilación con óxido de magnesio y cloruro de calcio, utilizando solución receptora de ácido bórico y titulación con ácido clorhídrico 0.01 N. El fluido restante fue conservado a -20º C previo tratamiento con 25% de ácido metafosfórico (1 ml ácido: 4 ml jugo) para la posterior determinación de ácidos grasos volátiles (AGV) por cromatografía gaseosa según lo descrito por Packett y McCune (1965).

Los tratamientos evaluados fueron:

MAR =100% de cascaras y semilla de maracuyá;

MM = 97% de cascaras y semillas de maracuyá + 3% de melaza con respecto a la masa ensilada;

MMU = 96% de cascaras y semillas de maracuyá + 3%melaza y 1% urea adicionadas con respecto a la masa ensilada;

MHM = 98% de cascaras y semillas de maracuyá + 2% de harina de maíz con respecto a la masa ensilada

Análisis estadístico

Los datos fueron evaluados mediante un análisis de varianza siguiendo un diseño completamente aleatorizado con cinco repeticiones por tratamiento. Las medias de tratamientos fueron comparadas a través de la prueba de Duncan (P<0.05) con ayuda del paquete estadístico SAS ® (2001).

Resultados

La composición química de las cascaras de maracuyá es presentada en la Tabla 1. Puede verificarse que se trata de un residuo con alto contenido de humedad, lo que dificulta su almacenamiento y conservación. Por otra parte, la cascara de maracuyá hace un buen aporte de proteína bruta (11.3%) y fibra detergente neutro (53.6%), por lo que resulta interesante su inclusión en dietas para rumiantes.

La Tabla 2 describe la composición química de los ensilajes evaluados. No fueron encontradas diferencias significativas para los contenidos de materia seca (P > 0.05), los valores fluctuaron entre 12.1 y 13.5%. En el caso de la proteína bruta, el mayor valor fue registrado en el tratamiento MMU con 19.8%. Este valor fue significativamente diferente (P < 0.05) de los encontrados para los tratamientos MM, MHM y MAR (13.2, 9.3 y 9.2%, respectivamente).

Los contenidos de FDN y FDA fueron afectados por los tratamientos. Para estas fracciones las menores concentraciones fueron encontradas en los tratamientos que incluyeron melaza (MM) y melaza + urea (MMU) en su composición (Tabla 2). Los tratamientos MAR, MM y MMU presentaron equivalentes contenidos de ceniza que variaron entre 6.93 y 8.7%. El tratamiento MHM presentó el menor porcentaje para esta misma fracción (5.9%).

Los parámetros de degradación estimados por regresión no lineal (Tabla 3), mostraron que los tratamientos que incluyeron aditivos (MM, MMU y MHM) presentaron una mayor fracción soluble (parámetro a) (P<0.05) que los ensilajes elaborados con sólo cáscaras de maracuyá (MAR). Por su parte, la fracción de lenta degradación (parámetro b) fue estadísticamente superior en los tratamientos que incluyeron melaza + urea (MMU) y harina de maíz (MHM) con valores de 45.2 y 47.3%, respectivamente. Valores de 43.6 y 43.1% para los tratamientos MAR y MM, fueron encontrados para este mismo parámetro.

La tasa de degradación (parámetro c) para el tratamiento MHM fue de 0.053/hora, valor estadísticamente superior (P<0.05) a los registrados en los tratamientos MAR (0.043/hora), MM (0.048/hora) y MMU (0.046/hora).

La desaparición del alimento en el rumen ocurre por un proceso combinado entre las velocidades de degradación y tránsito por el retículo – rumen. Considerando una velocidad de transito de 0.02/horas los tratamientos MM, MMU y MHM presentaron una mayor degradabilidad efectiva (P<0.05) (68.8, 69.3 y 72.8%, respectivamente) que el tratamiento MAR (66.0%). Cuando la degradabilidad efectiva se calculó con una tasa de pasaje del 0.05/hora, la mayor degradación se observó en el tratamiento MHM con 62.8%, valor que fue estadísticamente superior (P<0.05) del registrado para el tratamiento MAR (56.4%) y equivalente (P>0.05) de los encontrados para los tratamientos MM (59.5%) y MMU (59.6%).

La Tabla 4 reporta el perfil de fermentación del ensilaje de cascaras de maracuyá con diferentes aditivos. Los ensilajes elaborados sólo con cascara de maracuyá presentaron los menores valores de pH (3.7), valor que fue estadísticamente diferente de los valores encontrados para los tratamientos MM (4.0), MMU (4.0) y MHM (3.9). El nitrógeno amoniacal (N-NH3) expresado como porcentaje del nitrógeno total (N) fue mayor en los tratamientos MM y MMU con valores de 0.16 y 0.17%, respectivamente. Estos valores fueron superiores (P<0.05) a los encontrados en los tratamientos MAR y MHM con 0.13 y 0.11%, respectivamente.

En cuanto a las concentraciones de ácido acético, el tratamiento que incluyó únicamente cascaras de maracuyá (MAR), presentó el menor valor (3.9%) (P<0.05) comparado con los tratamientos MM (4.5%), MMU (5.7%) y MHM (4.8%). Los mayores valores de ácido propiónico y butírico se evidenciaron en el tratamiento MHM con 0.28 y 0.77%, respectivamente. Estos valores fueron superiores (P<0.05) de los encontrados para los tratamientos MAR, MM y MMU, los cuales presentaron concentraciones de ácido propiónico y butírico de 0.21 y 0.52%; 0.22 y 0.58% y 0.19 y 0.56%, respectivamente.

Discusión

Las cáscaras de maracuyá utilizadas en este ensayo presentaron altos contenidos de humedad 85.3% (Tabla 1). Los materiales con altas cantidades de agua dificultan el proceso de ensilaje puesto que todos los nutrientes se encuentran diluidos y se favorece el crecimiento de flora microbiana indeseable, principalmente clostridios (Haigh 1990). De acuerdo con McDonald et al (1991) el valor crítico de pH en el que cual el crecimiento clostridiano es inhibido varia directamente con el contenido de humedad del material ensilado.

Aparentemente, la mayor disponibilidad de carbohidratos y nitrógeno soluble con la adición de melaza, almidón y urea habrían permitido la mayor fermentación de los carbohidratos estructurales presentes en la cáscara de maracuyá durante el ensilaje. Los contenidos de PB y FDN de las cáscaras de maracuyá previo al proceso de ensilaje fueron 11.3% y 53.6%, respectivamente. Lousada et al (2005), evaluando la digestibilidad de subproductos del procesamiento de frutas en ovinos, reporta digestibilidades aparentes para estas mismas fracciones de 54.4 y 56.2%, respectivamente. Desde esta perspectiva y considerando los aportes nutricionales de las cáscaras de maracuyá, este subproducto puede ser utilizado en la alimentación de rumiantes, principalmente en animales que consumen dietas con bajos contenidos de fibra y altos niveles de suplementación con granos.

En promedio, el contenido de MS en los ensilajes fue de 12.9% (Tabla 2), valor bajo, considerando lo reportado por Paiva (1976) y McDonald et al (1991) quienes recomiendan porcentajes de MS entre 20 y 35% para obtener ensilajes de buena calidad. En condiciones prácticas, los altos contenidos de humedad son asociados a pérdidas por lixiviados, pérdidas de proteínas y carbohidratos solubles, crecimiento de enterobacterias, hongos y pudrición.

La adición de urea y melaza al ensilaje incrementó los contenidos de proteína y redujo las concentraciones de FDN y FDA en los tratamientos MM y MMU (Tabla 2). La reducción en las concentraciones de fibra se debe a que la urea en medio acuoso se hidroliza, libera sus grupos amino, que en presencia de agua forman hidróxido de amonio, responsable por la ruptura de las cadenas de polisacáridos estructurales, haciendo más accesible la fracción fibrosa para las bacterias durante el proceso de ensilaje (Silva y Ørskov 1988). Por su parte, la mayor disponibilidad de energía para los microorganismos con la adición de melaza habría favorecido su crecimiento y multiplicación, garantizado un adecuado proceso de fermentación.

Los parámetros de degradación in situ fueron afectados por los tratamientos. La fracción soluble de los ensilajes que contenían melaza, melaza + urea y harina de maíz fueron mayores que los observados para el tratamiento que contenía únicamente cáscaras de maracuyá (Tabla 3). Este hecho era esperado dada la alta solubilidad de la melaza y la urea y la rápida tasa de degradación de los almidones presentes en el grano de maíz. La degradabilidad potencial de los ensilajes y sus velocidades de degradación fueron favorecidas con la utilización de aditivos. Los ensilajes MM, MMU y MHM registraron velocidades de degradación 12% superiores al tratamiento que contenía solo cáscaras de maracuyá (MAR).

De acuerdo con Yang et al (2004), la presencia de azúcares es el factor limitante para obtener productos fermentados de buena calidad. Los almidones y azúcares en el ensilaje ofrecen a los microorganismos esqueletos de carbono que favorecen su crecimiento y actividad fermentativa. Prueba de ésta mayor actividad se evidencia en la degradabilidad efectiva. Los tratamientos que incluyeron aditivos en su composición presentaron degradaciones efectivas superiores a las encontradas para el tratamiento MAR (Tabla 3).

Pese a los altos contenidos de humedad de las cáscaras de maracuyá, todos los ensilajes presentaron adecuados valores de pH (Tabla 4). Esta situación indica que, aún sin la utilización de aditivos, es posible obtener ensilajes de calidad a partir de cáscaras de maracuyá, dado su buen contenido de carbohidratos fermentables. Yang et al (2004) manifiesta que altos contenidos de agua (>70%) y moderados valores de pH (>4.5) favorecen la actividad clostridial. Por su parte, McDonald et al (1991) manifiesta que en materiales con altos contenidos de humedad, los valores de pH son más críticos que en materiales con baja humedad para obtener ensilajes de buena calidad. Enterobacterias y clostridios son inactivos en ensilajes con 28% de MS, en tanto que, en materiales con 15% de MS y valores de pH debajo de 4, son condiciones que pueden no inhibir totalmente su crecimiento (Tomich et al 2003).

A pesar de encontrar diferencias estadísticas en las concentraciones de N-NH3 entre los ensilajes, todos presentaron bajas concentraciones de este componente, indicando que durante el proceso de fermentación la actividad proteolítica de las bacterias fue reducida. El tratamiento MMU presentó la mayor concentración de N-NH3, hecho explicado por la adición de urea en su elaboración.

Diferentes ácidos orgánicos son producidos durante la fermentación anaerobia. Los ácidos acético y butírico son los más frecuentemente utilizados para evaluar el proceso de ensilaje. Los ensilajes que incluyeron aditivos presentaron mayores concentraciones de ácido acético cuando fueron comparadas con el tratamiento control (Tabla 4). La mayor presencia de ácido acético está asociada con caídas lentas y mayores valores finales de pH en el ensilaje. Los altos contenidos de acetato en los ensilajes son producto de la acción prolongada de enterobacterias, bacterias lácticas heterofermentativas y clostridios, ocasionando mayores pérdidas de materia seca y energía en el ensilaje (Muck y Bolsen 1991). Aunque las concentraciones de acetato en los tratamientos con aditivos fueron mayores a las registradas para el tratamiento control (MM), los valores se consideran adecuados para un ensilaje bien preservado (Tomich et al 2003).

Las concentraciones de butirato variaron entre 0.52 y 0.77 % de la MS, valores que indican una extensa actividad clostridiana asociada con los altos contenidos de humedad del material ensilado. Altas concentraciones de este ácido en los ensilajes han sido asociadas con reducciones en el consumo y palatabilidad del ensilado.

Conclusión

• La utilización de aditivos en el ensilaje de cáscaras de maracuyá no provocó una reducción significativa en los valores de pH, aunque permitieron incrementar la producción de ácidos grasos volátiles en el silo.
  
  
• La presencia de almidón y urea en el ensilaje mejoró la degradabilidad de los constituyentes de la pared celular, probablemente por la mayor disponibilidad de energía para la microflora dentro del silo o por la formación de hidróxido de amonio que facilitó la hidrólisis de carbohidratos estructurales.

Referencias

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Received 23 June 2014; Accepted 29 August 2014; Published 5 September 2014

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