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Cuban Journal of Agricultural Science

versión impresa ISSN 0864-0408versión On-line ISSN 2079-3480

Cuban J. Agric. Sci. vol.52 no.3 Mayabeque jul.-set. 2018  Epub 01-Sep-2018

 

Ciencia Animal

Efecto del suero de leche en la fermentación en estado sólido de la pulpa de café (Coffea arabica L.) para uso en la alimentación de rumiantes

L. A. Aguirre1  * 

Zoraya Rodríguez2 

R. Boucourt2 

V. Saca1 

R. Salazar1 

M. Jiménez1 

1Universidad Nacional de Loja, La Argelia, Casilla letra S, Loja, Ecuador

2Instituto de Ciencia Animal, Apartado postal 24, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba

Resumen

Para evaluar el efecto de la inclusión de diferentes niveles de suero de leche en la fermentación en estado sólido de la pulpa de café, se realizó un experimento mediante diseño completamente aleatorizado con arreglo factorial 4 x 4, con tres repeticiones. El factor A correspondió a los niveles de suero de leche (0, 5, 10 y 15%) y el B, al tiempo de fermentación (0, 24, 48 y 72 horas). La fermentación se realizó en Erlemeyer de 1000 mL, cada frasco constituyó una unidad experimental. Se midieron los indicadores fermentativos (pH y NH3) y se realizó el análisis bromatológico: materia seca, cenizas, proteína cruda, fibra cruda, proteína verdadera, fibra detergente neutro y contenido celular. Los resultados mostraron interacción entre los factores en estudio para el contenido de NH3, materia seca, proteína cruda, fibra cruda, fibra detergente neutro y contenido celular. No fue así para el pH, proteína verdadera y cenizas. Se destacó el alto contenido de proteína cruda (28.2 %, P<0.001), proteína verdadera (17.21 %, P<0.001) y la relación proteína cruda/proteína verdadera (64.7 %, P < 0.001) en el tratamiento con 10 % de suero de leche hasta las 48 h de fermentación. Se concluye que la inclusión de 10 % de suero de leche en la fermentación en estado sólido de pulpa de café hasta las 48 h mejora el proceso fermentativo, con marcado incremento de la proteína cruda, proteína verdadera, y relación PC/PV. Aunque los componentes fibrosos se mantienen elevados, se podría propiciar el uso del suero de leche en la elaboración de raciones para la alimentación de rumiantes.

Palabras clave: residuos agrícolas; indicadores fermentativos; nutrientes

El uso de residuos agroindustriales en la alimentación animal es una tendencia en el nuevo milenio (Martin 2009). Esta práctica contribuye a disminuir la contaminación ambiental (Saval 2012), ayuda a mejorar el régimen alimentario de los animales y permite además, incrementar los indicadores técnicos y económicos en los sistemas de producción pecuaria (Gómez et al. 2013).

El beneficio del café húmedo (Coffea arabica L) genera grandes volúmenes de pulpa. Según varios autores (Bressani et al. 1972, Ramírez et al. 1999, Morgan 2003, Munguía 2015 y Pinto et al. 2017), la pulpa de café posee un valor nutritivo apreciable. Sin embargo, su alto contenido de humedad, fibra y sustancias anti nutricionales limitan su uso como dieta única en la alimentación animal (Noriega et al. 2009), por lo que necesita un proceso previo de trasformación.

La fermentación en estado sólido (FES) permite mejorar la calidad nutritiva de los residuos agrícolas. A partir del uso de los carbohidratos y en presencia de una fuente nitrogenada, se logra la síntesis de proteína microbiana, la reducción de sustancias anti nutricionales, así como mejora sus características organolépticas (Chávez et al. 2009, Peláez et al. 2011 y Palmerín et al. 2011). El crecimiento y desarrollo de la microflora epífita presente en el sustrato se puede potenciar con la adición de nitrógeno no proteico, carbohidratos de fácil fermentación y minerales (Elías et al. 1990, Valiño et al. 1998 y Rodríguez 2004). Morgan (2003) mediante FES, con adición de 10 % de miel, 1.5 % de urea y 0.5 % de sales minerales, obtuvo la pulpa de café enriquecida, con composición química de 91.15 % de MS residual, 23.5 % de PC, 16.4 % de proteína verdadera, 20.5 % de FC y de 17.8 de cenizas.

En la provincia de Loja, Ecuador, es alta la disponibilidad de pulpa de café y subproductos como el suero de leche vacuna, que son de bajo costo y que tienen un uso limitado en la alimentación animal. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de la inclusión de diferentes niveles de suero de leche en la FES de la pulpa de café, para contribuir a mejorar su valor nutritivo y facilitar su utilización en la alimentación de rumiantes.

Materiales y Métodos

Localización. El experimento se realizó en el laboratorio de bromatología de la Universidad Nacional de Loja, Ecuador, ubicada al sur occidente de la ciudad de Loja, a una altitud de 2160 msnm, temperatura media de 16.2 ºC, precipitación media anual de 1338 mm y humedad relativa de 76 % (INAMHI 2014).

Tratamientos y diseño experimental. Se evaluó el efecto de la inclusión de suero de leche en la FES de la pulpa de café mediante un diseño completamente aleatorizado, con arreglo factorial 4 x 4. El factor A correspondió a los niveles de suero de leche (0, 5, 10 y 15 %) y el B, al tiempo de fermentación (0,24, 48 y 72 horas).

Obtención del material experimental. La pulpa de café correspondió a la especie Coffea arabica, variedad Typica. Se obtuvo en la planta de la Asociación Agro-artesanal de Productores Ecológicos de Café Especial (APOCAEL), ubicada en la parroquia San Pedro de Vilcabamba, del cantón Loja (Ecuador). La obtención del residuo se realizó al tercer día del despulpe mediante muestreo estratificado. Posteriormente, se llevó al laboratorio en recipiente de polietileno. El suero de leche, utilizado como fuente de carbohidratos de fácil fermentación, correspondió a un subproducto fresco, obtenido en el procesamiento de la leche de vaca para la producción de queso fresco con el uso de enzimas, por lo que también se le conoce como suero dulce. La tabla 1 muestra la composición bromatológica de la pulpa de café fresca y del suero de leche utilizados en el experimento:

Procedimiento experimental. La FES se realizó en Erlenmeyer de 1000 mL, cada uno constituyó una unidad experimental. Se emplearon tres repeticiones por cada tratamiento. En función de los tratamientos experimentales, se pesaron 100 g totales del sustrato que incluyó la pulpa de café y el suero de leche (SL), según correspondía. Se adicionó 1.5 % de urea y 0.5 % de sales minerales a todos los tratamientos. Se incubó a 26 °C durante los períodos establecidos. Para la determinación de los indicadores de fermentación, se realizó la toma de muestras según la metodología de Elías et al. (1990). El pH se midió con potenciómetro digital portátil de cuatro dígitos (marca ATC) y el amoniaco, según la técnica de McCulloug (1967), con lecturas de absorbancia a 650 nm. Se utilizó para ello un espectrofotómetro marca Shimadzu UV 1800.

Table 1 Bromatological composition of fresh coffee pulp and cow whey. 

El resto del producto fermentado se llevó a la estufa para su deshidratación a 65 ºC. Luego del molido, se continuó el análisis bromatológico. La materia seca (MS), cenizas (C), fibra cruda (FC) y proteína cruda (PC) se determinaron según procedimientos de la AOAC (2005); proteína verdadera (PV) por Bernstein (1970). La fibra detergente neutro (FND) y el contenido celular (CC) se calcularon según procedimiento de Van Soest et al. (1991).

Análisis estadístico. Los datos se procesaron con el paquete estadístico Insfostat V2 (Di Rienzo et al. 2012). Para determinar la diferencia entre medias se aplicó la dócima de Duncan (1955).

Resultados y Discusión

La FES de pulpa de café con diferentes niveles de suero de leche (0, 5, 10 y 15 %) y tiempo de fermentación (0, 24, 48 y 72 h) reveló interacción en algunos indicadores como NH3, MS, PC, FC, FDN y CC, no así en el pH, PV y cenizas.

La tabla 2 muestra el comportamiento del pH. De acuerdo con el tiempo de fermentación, se mantuvo estable hasta las 48 h, y se incrementó 0.77 unidades a las 72 h (P<0.001). Con respecto a los niveles de inclusión de suero de leche (SL), no hubo modificación del pH en los niveles inferiores, con valores cercanos a 5. Esto se pudo deber, probablemente, a que la pulpa estuvo acumulada en la planta durante tres días, lo que favoreció su fermentación natural. Este estado generó ácidos orgánicos a partir de los carbohidratos presentes, hecho que se evidenció en el calor metabólico en la pila. Sin embargo, en el nivel del 15 % de SL, el pH se incrementó en 1.32 unidades, con respecto al tratamiento sin SL. Esto se podría explicar por el incremento de NH3, debido a la desaminación de la urea y otros aminoácidos presentes en el suero o también por la disminución de la concentración de ácdos grasos de cadena corta (AGCC), como resultado de la síntesis de proteína microbiana.

Table 2 Effect of whey (W) on pH during the dynamics of SSF of coffee pulp 

abc Different superscripts indicate significant differences (P<0.05), Duncan (1955)

También informaron incrementos del pH en el tiempo, Pulido et al. (2016) en la FES de residuos de pera (40 % pera, 25 % harina de arroz, 25 % salvado de trigo y 10 % urea), al igual que Borras et al. (2017) en la FES de residuos de papa, inoculados con un preparado microbial y la inclusión de 15 % de materiales fibrosos, aunque los valores a las 48 h no superaron los 5.2. Sin embargo, Morgan (2003), en la FES de pulpa de café con diferentes niveles de miel final, obtuvo incremento de pH a las 48 h, con valores cercanos a la alcalinidad. Brea et al. (2015) en la FES de harina de frutos de árbol del pan y Chafla (2016) en cáscara de cacao con diferentes niveles de urea, también informaron valores alcalinos de pH.

Los valores de pH obtenidos en este estudio se encuentran en los rangos adecuados para el crecimiento de microorganismos en procesos de FES. Según Pandey et al. (2001) y Elías et al. (2001), estos se deben mantener entre 3.5 y 6.

El contenido de NH3 (tabla 3) fue más bajo (9.66 meq/L) a la hora cero en ausencia de SL (P=0.0013). Mientras, a las 48 h y con la adición de 15 % de SL se registró el mayor contenido con 48.59 meq/L. En ausencia de SL, no se modificó el NH3 hasta las 48 h. Luego, se incrementó 2.6 veces a las 72 h con respecto a la hora cero. Con 5 % de inclusión, se mantuvo hasta las 24 h y se incrementó a las 48 h.

Table 3 Effect of whey (W) on NH content during the dynamics of SSF of coffee pulp 

abcdefgDifferent superscripts indicate significant differences (P<0.05), Duncan (1955)

Estuvo estable hasta las 72 h. Con 10 % de inclusión, se modificó a las 24 h y luego se estabilizó hasta las 72 h. Finalmente, con 15 % de inclusión de SL se alcanzó el mayor pico de NH3 a las 48 h, para luego disminuir y estabilizarse a las 72 h.

Morgan (2003) también informó interacción de los factores en estudio en la FES de la pulpa de café, con la inclusión de diferentes niveles de miel final (0, 5 y 10 %), así como Brea et al. (2015), aunque con valores inferiores. Borras et al. (2017) en la FES de residuos de papa, inoculados con un preparado microbiano y con la inclusión de 15 % de materiales fibrosos, observó que la concentración de NH3 se reduce con el tiempo de fermentación. Estas diferencias en los resultados de los autores citados podrían estar relacionadas con la naturaleza de los sustratos utilizados.

Varios estudios de FES en caña de azúcar y bagazo de caña (Elías et al. 1990, Valiño et al. 1996, Valiño et al. 1997, Valiño et al. 1998 y Rodríguez et al. 2001) afirman que hay relación directa entre el pH y la concentración de NH3. Sin embargo, en este experimento, no se encontró esta relación, lo que podría deberse a la presencia de ácidos orgánicos en el sustrato. Como se manifestó anteriormente, se inició un proceso de fermentación natural en la pila por el alto contenido de azúcares y pectinas de fácil y rápida fermentación, lo que generó AGCC que no se determinaron, y la combinación de ambos metabolitos establecen el pH (Rodríguez 2004).

En la tabla 4 se muestran las variaciones en el contenido de MS y PC. La fermentación se inició con valores aproximados de 24 % de MS. A las 72 h, se registró el valor más bajo (17.8) en el nivel de 15 % de SL. De manera general, se constata disminución de la materia seca, en la medida que avanzó el tiempo de fermentación (P < 0.001), lo que probablemente estuvo asociado a la transformación de los carbohidratos solubles en AGCC que se utilizan como fuente de energía para el mantenimiento y crecimiento de la población microbiana (Rodríguez 2004). Asimismo, Valiño et al. (1997), Morgan (2003) y Rodríguez (2004) mencionaron que la fermentación microbiana aeróbica de los carbohidratos solubles da lugar a CO2 y H2O que incrementan la humedad y, en consecuencia, ocasionan la disminución de la MS. Otra consideración a tener en cuenta es que la inclusión de SL incrementa la humedad y disminuye la MS, lo que resultó evidente en 15 % de inclusión.

El comportamiento de la MS en este estudio también se manifestó en otros trabajos de FES desarrollados por Morgan (2003), Brea et al. (2015) y Borras et al. (2017). Sin embargo, difieren de los informados por Chafla (2016), en la FES de cáscara de cacao con diferentes niveles de urea, donde se produjo incremento de 3.33 unidades porcentuales de la MS, debido probablemente a que, por las características de sustrato, parte del agua contenida pudiera evaporarse por el calor metabólico que se genera durante el proceso de FES, pues los estudios se realizaron por tiempos más prolongados.

Table 4 Effect of whey on DM and CP content in SSF of coffee pulp up to 72 hours 

abcdefghiDifferent superscripts indicate significant differences (P<0.05), Duncan (1955)

La reducción de la materia seca en este estudio provocó efecto de concentración relativo del resto de los indicadores, expresados en valores porcentuales respecto a ella. Este es el caso de la PC, que se explica en la tabla 4.

El contenido de PC disminuyó, aproximadamente, 2.5 unidades a las 72 h (P = 0.0040). Mientras, la inclusión de SL provocó incremento (P < 0.001) en los niveles superiores de inclusión, pero sin diferencias entre ellos. Esta tendencia se mantuvo hasta las 72 h, probablemente debido al aporte que realiza este subproducto.

Morgan (2003) y Chafla (2016) también informaron disminución en el tiempo del contenido de proteína cruda en la FES de pulpa de café y cáscara de cacao, respectivamente. Mientras que Brea et al. (2015), en la FES de harina de frutos de árbol del pan, y Borras et al. (2017) en la FES de residuos de papa, refirieron un comportamiento diferente. Es decir, que la PC se incrementó con el tiempo, lo que también se podría atribuir a las características de los sustratos.

La PV se relaciona directamente con los procesos de síntesis de proteína a nivel del citoplasma celular de los microorganismos que participan en la FES, y constituye uno de los nutrientes de mayor valor en la alimentación animal. La tabla 5 muestra el comportamiento de la PV, la eficiencia de síntesis proteica (Rel. PV/PC*100) y el contenido de cenizas. En este estudio se observó mayor síntesis de PV a las 48 h (P=0.0068), sin detectarse diferencia respecto a las 24 h. Mientras, de acuerdo con los niveles de inclusión de SL, 10 y 15 % revelaron mayor actividad de síntesis (P<0.0001), sin diferencias estadísticas entre ellos.

Los índices de conversión de PC a PV, expresados en porcentaje, tienen relación con los valores de PV. De acuerdo al tiempo, se registró mayor actividad anabólica en la medida que avanzó la dinámica, y superó en 6.7 unidades al valor inicial. De acuerdo con los niveles de inclusión, se revela que con 10 % de SL se logra la máxima síntesis de PV (P < 0.001), que corresponde con 64.7 %. Un comportamiento similar de la síntesis de proteína en el tiempo refirió Morgan (2003) en la FES de pulpa de café con diferentes niveles de miel final. Asimismo, Rodríguez et al. (2006), Ramos et al. (2007), Rodríguez- Muela et al. (2010), Brea et al. (2015), Chafla et al. (2016) y Borras et al. (2017) encontraron respuestas semejantes, aunque con valores inferiores por tratarse de sustratos diferentes.

Table 5 Effect of whey on the content of TP, TP/CP relation and ashes during the dynamics of SSF of coffee pulp 

abcDifferent superscripts indicate significant differences (P<0.05), Duncan (1955)

Según Pandey et al. (2001), la PV puede ser una vía indirecta para medir el crecimiento microbiano en los procesos de FES, ya que la microbiota mixta que se establece en el sistema transforma el nitrógeno no proteico (NNP) de la urea en nitrógeno proteico (NP). Los incrementos de PV obtenidos en este estudio confirman la efectividad de la síntesis microbiana a partir de los carbohidratos y el nitrógeno ureico.

Según Elías y Lezcano (1993), la eficiencia con la que el NNP de la urea se convierte en NP varía en relación con los sustratos utilizados y con el manejo de la FES, pero sobre todo con la disponibilidad de energía y las fuentes de carbono (carbohidratos solubles, almidón y grasas), aminoácidos, péptidos, vitaminas y minerales. Varios autores (Elías et al. 1990, Valiño et al. 1996, Valiño et al. 1997, Valiño et al. 1998 y Rodríguez 2004) destacan la importancia de la urea como fuente de nitrógeno y el valor de los carbohidratos de fácil fermentación en el aporte de energía, para lograr mayor eficiencia en la síntesis de proteína microbiana. Su comportamiento guarda correspondencia con la dinámica del pH y NH3, explicada anteriormente.

Los resultados indican que la adición de SL pudo haber favorecido mayor sincronización entre la presencia de energía (AGCC) producto de la fermentación de los carbohidratos del sustrato y el nitrógeno amoniacal procedente de la hidrólisis de la urea. Sin embargo, no se puede descartar la presencia de aminoácidos libres, péptidos y otros factores de crecimiento, aportados por el suero de leche. Todo ello contribuye, posiblemente, a mayor síntesis de proteína microbiana.

El contenido de cenizas (tabla 5) no se modificó durante el tiempo de fermentación, pero se incrementó en 1.68 unidades con 15 % de inclusión de SL, lo que podría estar relacionado con el aporte de minerales del suero y por la concentración relativa que se produce por disminución de la MS. Comportamientos similares fueron notificados por Morgan (2003), en la FES de pulpa de café, pues al incluir niveles crecientes de miel final se incrementó el contenido mineral, pero no varió en el tiempo. Pulido et al. (2016), en la fermentación de residuos de pera, con niveles de inclusión de carbonato de calcio y adición de harina de arroz, salvado de trigo y urea, evidenciaron un marcado incremento del contenido de cenizas en relación con el tiempo, lo que probablemente estuvo relacionado con procesos de concentración relativa.

Robinson et al. (2001) refirieron que entre las cenizas, se encuentran el fósforo, el azufre y otros minerales que, en pequeñas cantidades, son importantes para el metabolismo de la microbiota. De igual manera, Elías y Lezcano (1993) demostraron la importancia de los elementos trazas y vitaminas del complejo B para el crecimiento acelerado de las levaduras que se establecen durante la FES de la caña de azúcar. Por estas razones, resulta necesario destacar la apreciable presencia de cenizas (10 a 12%) en la pulpa de café, lo que pudo favorecer la síntesis de proteína microbiana.

El comportamiento de la FC, FDN y CC se resume en la tabla 6. Se observó que en ausencia de SL hasta las 48 h, el contenido de FC disminuyó, y luego se mantuvo estable hasta las 72 h. Sin embargo, cuando se empleó SL, con independencia del nivel, no se modificaron los tenores de FC en el tiempo (P=0.0134). Se observó el mayor incremento (5,17 unidades) en el nivel de 15 % a las 72 h, lo que puede explicarse por la concentración relativa de los nutrientes, que es resultado de la disminución de la MS. Una tendencia similar refirió Morgan (2003) en la fermentación de pulpa de café, y Pulido et al. (2016) en la de residuos de pera.

Table 6 Effect of whey on the content of CF, NDF and CC in SSF of coffee pulp up to 72 hours (%) 

abcdefghDifferent superscripts indicate significant differences (P<0.05), Duncan (1955)

Varios autores (Rodríguez et al. 2001, Ramos 2005, Berradre et al. 2009 y Aranda et al. 2012) afirman que la FC tiende a incrementarse con el tiempo, debido a que los microorganismos que están presentes en el sistema usan los azúcares de fácil fermentación del contenido celular, lo que incrementa significativamente el contenido de paredes celulares en el sustrato. Estos elementos fibrosos presentan estructuras más complejas, por lo que son los menos degradados en los procesos de FES, cuando se realizan por tiempos relativamente cortos y no se utilizan microrganismos con elevada capacidad celulolítica.

Los resultados obtenidos para FDN y CC confirman lo antes expuesto. Así se observó mayor contenido de FDN (45.52%) a las 48 h en el nivel 15 % de SL; mientras que el comportamiento inverso se manifiesta en el CC, con 54.49 % (P=0.0071). Resultados similares informaron Morgan (2003) y Chafla (2016) en la fermentación de pulpa de café y cáscara de cacao, respectivamente.

Conclusión

Se concluye que la inclusión de 10 % de SL en la FES de la pulpa de café hasta las 48 h mejora el proceso fermentativo, con marcado incremento de PC, PV y relación PC/PV. Aunque los componentes fibrosos se mantienen elevados, se podría propiciar su uso en la elaboración de raciones para la alimentación de rumiantes.

Agradecimientos

Se agradece a la Universidad Nacional de Loja por el apoyo brindado para la ejecución del presente trabajo, a la Dra. C. Verena Torres y al grupo de bioestadística del Instituto de Ciencia Animal, Cuba, por la ayuda en el procesamiento y análisis de los resultados.

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Recibido: 28 de Noviembre de 2017; Aprobado: 12 de Julio de 2018

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