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Cuban Journal of Agricultural Science

Print version ISSN 0864-0408On-line version ISSN 2079-3480

Cuban J. Agric. Sci. vol.55 no.1 Mayabeque Jan.-Mar. 2021  Epub Mar 01, 2021

 

Ciencia Animal

Efecto de la inclusión de materiales fibrosos en la fermentación en estado sólido de residuos poscosecha de Solanum tuberosum, inoculados con un preparado microbiano

1Pedagogical and Technological University of Colombia, GIBNA research group UPTC. Avenida Central del Norte, Tunja, Boyacá, Colombia

2Animal Science Institute of Cuba. Carretera Central, km 47 y medio, San José de las Lajas, Apartado Postal 24

Resumen

Con el propósito de evaluar la fermentación en estado sólido de residuos poscosecha de S. tuberosum (papa), inoculados con un preparado microbiano, se realizó análisis de varianza según diseño completamente aleatorizado con arreglo factorial (3 x 3) para los indicadores fermentativos proteína bruta, proteína verdadera, materia seca, fibra neutro detergente, fibra ácido detergente, pH, ácidos orgánicos, ácido láctico, NH3 y análisis microbiológico. Los factores fueron 15 y 25 % de inclusión de tres materiales vegetales fibrosos (salvado de trigo, harina de alfalfa y harina de arroz) y tres tiempos de fermentación (0, 24 y 48 h) con tres repeticiones. La inclusión del 15 como del 25 % de los distintos materiales fibrosos en las fermentaciones se realizó en las mismas condiciones, y mostró interacción entre los indicadores evaluados y el tiempo de fermentación (P < 0.0001). El pH, materia seca, fibra neutro detergente y fibra ácido detergente disminuyeron notablemente en los tres materiales fibrosos. Se encontraron valores muy bajos de ácido láctico y amoniaco (P < 0.0001) con efecto dilutivo por la fibra. No hubo presencia de microorganismos patógenos, y sí valores significativos de bacterias ácido lácticas, a las 48 h, en la mezcla con harina de alfalfa de 3.03 x 107 y 7.67 x 107 UFC/mL para 15 y 25 % de inclusión, respectivamente. La proteína bruta y verdadera se incrementaron en 25 % con harina de alfalfa, y la materia seca alcanzó al término del proceso 75.80 % para este tratamiento. Se concluye que la inclusión de materiales fibrosos en la fermentación en estado sólido de residuos poscosecha de S. tuberosum, inoculados con un preparado microbiano con actividad ácido láctica, tiene efecto positivo en su composición química y microbiológica. Se recomienda por los indicadores de calidad del producto final, la utilización de 25% de la harina de alfalfa, fermentado a 20°C durante 48 h.

Palabras clave: papa; salvado de trigo; harina de arroz; alfalfa; bacterias lácticas

La papa (Solanum tuberosum L.) es la cuarta cosecha de alimento en el mundo, con 377 millones de toneladas después del maíz, arroz y trigo (FAO 2015). Este cultivo genera abundantes residuos del tubérculo, no aptos para el consumo humano, que contaminan el ambiente. Estos desechos se pudieran transformar con tecnologías sencillas en alimento de buena calidad para el ganado, a costos muy bajos (Elías et al. 2008 y Borras 2017).

En Colombia, los residuos poscosecha de la papa se utilizan como una alternativa en la alimentación animal. Se incorporan a las dietas en estado fresco, a bajos niveles, por lo que se desecha una buena cantidad, proceder que genera problemas ambientales y sanitarios, debido a la propagación de plagas en los cultivos. Sin embargo, la aplicación de la tecnología de fermentación en estado sólido (FES) de estos residuales, como alternativa de uso en la nutrición animal, pudiera cumplir dos funciones: mejorar la calidad nutricional (Zhou et al. 2019) de los alimentos utilizados y, especialmente, disminuir la contaminación ambiental que genera la disposición final de estos residuales. Además, el conocimiento profundo del metabolismo y la fisiología de las bacterias ácido lácticas (BAL) en preparados microbianos, como inoculantes (Muck et al. 2018) previos a la fermentación de distintos sustratos de fermentación, permitirá generar mezclas microbianas cada vez más definidas y reproducibles en la calidad del producto final (Bintsis 2018) y actividad probiótica (FAO 2016).

Borras (2017), en un estudio realizado en fermentaciones de desechos de papa con un preparado microbiano con actividad láctica, sugirió que dichas fermentaciones deben ser corregidas con la inclusión de materiales vegetales fibrosos que actúen como secante y provean de más consistencia, debido a la alta humedad que conservan, aún después de añadirle carbonato de calcio (CaCO3) como aditivo secante. De esta forma, mejoran las condiciones organolépticas, se evitan posibles pérdidas de nutrientes por excesiva lixiviación en los desechos poscosecha durante la fermentación, y se logra además su preservación en el tiempo (Bartova et al. 2015).

A partir de lo anterior, el objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de la inclusión de materiales fibrosos en la fermentación en estado sólido de residuos poscosecha de S. tuberosum, inoculados con un preparado microbiano con actividad ácido láctica.

Materiales y Métodos

El experimento de fermentación en estado sólido (FES) se realizó en las condiciones del trópico alto (2860 m s.n.m.), en el laboratorio de bioquímica y nutrición animal de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia (UPTC), ubicado en la avenida central del norte, vía Tunja-Paipa, en el municipio de Tunja, departamento de Boyacá, Colombia. Esta región posee una temperatura promedio de 15 °C y precipitación media anual de 553 mm.

Procedimiento experimental. Se elaboró un yogurt con las cepas activas de Lactobacillus delbrueckiis ssp bulgaricus y Streptococcus thermophilus (comercial liofilizado, Liofast Y452B, SACCO ®), el cual se utilizó como inóculo (2 %, v/v y concentración de 0.99 x 108 UFC/mL) para la obtención del preparado microbiano, según metodología de Borras (2017). El preparado (2 %) se mezcló con los materiales vegetales secantes, carbonato de calcio (0.5 %) y residuos poscosecha de la papa, previamente limpios y troceados. Los materiales vegetales se añadieron al 15 y 25 %. La composición de los mismos se describe en la tabla 1.

Tabla 1 Composición del material vegetal fibroso utilizado en la fermentación en estado sólido de residuos poscosecha de S. tuberosum. 

Indicadores (%) Materiales vegetales fibrosos
Salvado de trigo Harina de alfalfa Harina de arroz
MS 87.7 87.5 91.7
Cz 5.0 10.4 8.3
PB 15.1 16.0 13.0
FB 9.8 34.6 7.5
EE 3.5 1.98 17.2

Fuente: Laboratorio de Nutrición y Alimentación Animal (UPTC 2013)

Los ingredientes se mezclaron hasta obtener una pasta homogénea. Se distribuyeron en bolsas plásticas, con capacidad de 1 kg. Posteriormente, se incubaron las bolsas a temperatura de 20 °C en incubadoras individuales, marca Memmert®, durante 48 h. Cada bolsa representó una unidad experimental, con tres repeticiones cada una, según cada tratamiento. Se tomaron muestras a las 0, 24 y 48 h de fermentación.

El contenido de las bolsas de cada tratamiento se recolectó en su totalidad y se homogenizó. Luego, se tomaron 5 g de muestra, que se colocaron en Erlenmeyer de 100 mL y se les adicionó 45 mL de agua destilada estéril, con tres repeticiones. La preparación se agitó durante 30 min. en un agitador eléctrico, marca Adams®. Luego, se obtuvo el filtrado para la medición del pH en un potenciómetro automático, marca Okaton®, con el propósito de realizar el análisis microbiológico.

El total de los sólidos que quedó en las bolsas se secó y molió en un molino de martillo, marca UDY®, con criba de 1 mm, para el análisis de cuantificación química. Para el análisis de materia seca (MS) y proteína bruta (PB) se procedió según la AOAC (2005). Para la proteína verdadera (PV) se siguió a Berstein, citado por Meir (1986), y para la fibra neutro detergente (FND) y fibra ácido detergente (FAD), a van Soest et al. (1991).

El amoniaco (NH3) se determinó por la técnica de Berthelot (Martínez et al. 2003). La cuantificación de ácidos de cadena corta (AGCC) se realizó por el método sugerido por Dinkci et al. (2007). Por medio de cromatografía líquida de alta eficiencia HPLC se utilizó la columna Gemini 5u C18 110A (PHENOMENEX), con detector de luz UV vis a 214 nm, a temperatura ambiente (15 °C), con fase móvil de (NH4)2 PO4 0.5 % P/V; Acetonitrilo 0.4%V/V. Se ajustó el pH a 2.24 con H3PO4 (filtrada con membrana de 0.22 µm de poro, desgasificada por sonicación y burbujeo con hidrógeno) y se aplicó un flujo de 0.5 mL/min. Se cuantificó con el programa Claritychrom, versión 5.0.5.98.

Se determinó la composición microbiológica a las muestras de 0, 24 y 48 h de fermentación, en un laboratorio certificado para el control microbiológico, ubicado en Boyacá, Colombia. Para aerobios mesófilos (unidades formadoras de colonia por mililitro, UFC/mL) (AOAC 966.23.C: 2001), coliformes totales y fecales, número más probable (NMP) (ICMSF NMP: 2000), esporas de Clostridium sulfito reductor (UFC/mL), (ISO 15213:2003), hongos y levaduras (UFC/mL) (ISO 7954:1987), Salmonella (AS 5013.10:2009), bacterias ácido lácticas (BAL) (NTC 5034: 2002).

Se realizó análisis de varianza según diseño completamente aleatorizado, con arreglo factorial (3 x 3), para los indicadores PB, PV, MS, FDN, FDA, pH, ácidos orgánicos, ácido láctico y NH3. Los factores, para 15 y 25 % de inclusión, fueron los materiales vegetales fibrosos (salvado de trigo, harina de alfalfa y harina de arroz) y el tiempo de fermentación (0, 24 y 48 h).

Se aplicó la dócima de Duncan (1955) para P < 0.05 en los casos necesarios. El paquete estadístico utilizado para los análisis fue INFOSTAT, versión 2012 (Di Rienzo et al. 2012). Para los conteos microbianos, los datos no siguieron la distribución normal, por lo que se transformaron según logX.

Resultados y Discusión

Los indicadores en estudio para la dinámica de FES de los residuos poscosecha de S. tuberosum, inoculados con el preparado microbiano, mostraron interacción entre los materiales fibrosos evaluados y el tiempo de fermentación (tablas 2, 3 y 4).

Con los tres materiales vegetales evaluados disminuyó el pH de la fermentación. A las 48 h, y con la inclusión de salvado de trigo, se obtuvo el valor más bajo (4.73). En este caso no se estabilizó el indicador, aun cuando se añadió 0.50 % de las poblaciones de BAL (Borras 2017). La inclusión de 15 % de harina de alfalfa y de arroz favoreció, al parecer, este indicador, manteniendo valores en los rangos para el crecimiento microbiano (P < 0.0001). Estos resultados se pueden deber, probablemente, a la composición química de las fibras de cada material.

La concentración de amoníaco aumentó ligeramente en la fermentación con la inclusión de los tres materiales fibrosos, y el mayor valor se obtuvo para la harina de alfalfa (7.07 meq/L). Según Aranda et al. (2012), durante el proceso de FES, los microorganismos requieren fuentes de nitrógeno como la urea, y de carbohidratos solubles como la miel, para convertir mediante reacciones metabólicas el nitrógeno no proteico en nitrógeno proteico, maximizando el uso eficiente del NH3 en la síntesis de aminoácidos. Además, cuando se tiene bajo pH, el NH3 producido durante la fermentación se retiene en el sustrato, por lo que se concentra y su utilización es limitada por parte de los algunos microorganismos que prevalecen en el producto para la formación de su protoplasma celular. Zhang y Wang (2013) manifestaron que en la fermentación de residuos de alimentos, el CaCO3 logra mantener la estabilidad necesaria para obtener buen rendimiento y crecimiento microbiano. Por tanto, la adición de este aditivo en 0.50 % logró mantener la estabilidad en la producción de ácidos orgánicos.

Los resultados del estudio de los ácidos orgánicos muestran ausencia del ácido acético, butírico, isovalérico, isobutírico, y ligera producción de ácido láctico con harina de maíz, lo que puede indicar que la adición de 15 % de fibra de los diferentes materiales vegetales afecta el rendimiento fermentativo de las BAL, con la disminución del ácido láctico, aun cuando se adicionó CaCO3 en 0.50 % para la estabilidad del pH. Sin embargo, a las 48 h, con la adición de harina de arroz fue más alta (8.23 mmol/L). Según Pejin et al. (2015), el carbonato de calcio tiene efecto significativo en la producción del ácido láctico por L. lactis como agente neutralizante, lo que le proporciona un microambiente favorable a la célula. Además, Martínez et al. (2003) informaron que las partículas minerales como el calcio pueden beneficiar el crecimiento y la actividad de los microorganismos, y absorber parte de la materia orgánica. Esto podría ser utilizado por las bacterias para sintetizar y transformar en energía, activando muchas reacciones enzimáticas o manteniendo el estado normal fisiológico de los microorganismos, lo que no se observó para estos indicadores, probablemente por un efecto dilutivo o disgregativo con la fibra añadida.

Tabla 2 Efecto de la inclusión de 15 % del material vegetal fibroso en el pH, NH3 y ácido láctico de la fermentación sólida de residuos poscosecha de Solanum tuberosum, inoculados con un preparado microbiano. 

Indicadores Tiempo, h Material vegetal fibroso (15 %) EE ± Sign
Salvado de trigo Harina de alfalfa Harina de arroz
pH 0 6.77 h 6.18 g 6.78 h 0.014 P<0.0001
24 5.38 d 5.72 e 5.82 f
48 4.73 a 5.17 c 5.04 b
NH3 (meq/L) 0 2.15 a 3.46 c 2.90 b 0.004 P<0.0001
24 4.55 e 6.63 g 4.53 d
48 6.79 h 7.07 i 5.87 f
Ácido láctico (mmol/L) 0 0.002a 0.002a 0.002 a 0.003 P<0.0001
24 0.002a 0.002a 1.02 c
48 0.002a 0.67b 8.23 d

a, b, c, d, e, f, g, h,i Medias con letras distintas indican diferencias a P < 0.05, según Duncan (1955)

En la tabla 3 se muestra el efecto de inclusión de 15 % del material vegetal fibroso en el contenido de proteína y fibra durante la fermentación sólida de residuos poscosecha de S. tuberosum, inoculados con el preparado microbiano. Los resultados mostraron interacción entre los indicadores evaluados y el tiempo de fermentación (P < 0.0001).

En la composición de las materias primas utilizadas como material vegetal fibroso, la PB del salvado de trigo, harina de alfalfa y harina de arroz fue 15, 16 y 13 %, respectivamente. Ocurre un notable incremento cuando se mezclan con el preparado microbiano como acelerador biológico con respecto al tiempo de fermentación (P < 0.0001), según lo publicado por Borras (2015). Además, se observó un efecto marcado en el salvado de trigo a las 24 h, con diferencia de 16,74 unidades porcentuales con respecto a la proteína del material de origen. Para la harina de alfalfa y harina de arroz, estas diferencias fueron de 8.57 y 12.79 unidades porcentuales. Sin embargo, la relación (PV/PB x 100) indica que para este por ciento de inclusión es mayor este indicador en la harina de alfalfa (61.55 %). Le sigue el salvado de trigo (55.48 %), y luego la harina de arroz (53.48 %) a las 24 h. Estos resultados señalan que los indicadores de la fermentación (pH y ácidos orgánicos) favorecieron esta relación con incremento de la biomasa en todos los casos con respecto al control (8.84 %) de la fermentación con el preparado microbiano, según estudios previos de Borras (2017).

Ramos (2006), al emplear diferentes sustratos por FES con bajo contenido de proteína, como harina de arroz, maíz, sorgo, pulpa de cítrico deshidratada y fuentes energéticas, logró incrementar los valores de PB, de 17.5 a 22.9 %, y la PV de 10.6 a 13.3 %. Este autor afirmó que este tipo de alimento pudiera competir con alimentos comerciales, al aumentar su valor nutritivo.

En cuanto a la materia seca, la inclusión de 15 % de los materiales vegetales favoreció este indicador en todos los casos, con interacción significativa durante el tiempo de fermentación (P < 0.0001), y al mostrar la acción secante de los materiales evaluados. A las 48 h de fermentación, hubo disminución del indicador para el salvado de trigo y la harina de alfalfa, de 10.27 y 12.23 unidades porcentuales, con respecto a las 0 h, respectivamente; mientras que con harina de arroz se observó un efecto de concentración. La disminución de la MS se pudo deber a la hidrólisis de la urea contenida en la mezcla del preparado microbial y, posiblemente, en menor escala, a la desaminación de péptidos y aminoácidos con la producción de amoníaco. Sin embargo, estos valores fueron bajos. Según Rodríguez (2004), el amoníaco se pudiera volatilizar, en dependencia del pH final del proceso, por parte de los microorganismos presentes en el ecosistema durante el proceso metabólico para la síntesis celular, oxidándolos a ácidos grasos, CO2 y H2O.

En la harina de alfalfa fermentada, la FDN disminuyó en 18.17 unidades porcentuales, mientras que en la harina de arroz la reducción fue de 6.02 %. Sin embargo, en el salvado de trigo este indicador se concentró en 12.5 unidades porcentuales, probablemente debido a la composición propia del material. Es posible que la disminución en la fibra, al adicionar el material fibroso esté relacionada con un efecto de disgregación (Ramos et al. 2007), y que los microorganismos utilizados en el preparado microbiano, producen concentraciones de ácido láctico y otros ácidos que actúan en la fibra. Un efecto similar se encontró para la FAD, donde hubo reducción con la inclusión de salvado de trigo (3.98 %) y harina de alfalfa (14.3 %), no siendo así para la harina de arroz. Para los indicadores contenido celular y hemicelulosa, se encontraron variaciones según los materiales fibrosos y el tiempo, sin un comportamiento preciso.

Tabla 3 Efecto de inclusión de 15 % del material vegetal fibroso en la composición química durante la fermentación sólida de residuos poscosecha de S. tuberosum, inoculados con el preparado microbiano. 

Indicadores, % Tiempo, h Material vegetal fibroso (15 %) EE ± Sign
Salvado de trigo Harina de alfalfa Harina de arroz
PB 0 23.65 c 19.75 a 23.73 c 0.416 P<0.0001
24 31.74 e 19.01 a 21.05 b
48 29.36 d 21.90 b 24.38 c
PV 0 17.44 e 13.55 c 16.43 d 0.158 P<0.0001
24 17.61 e 11.63 a 11.60 a
48 16.57 d 12.93 b 13.89 c
MS 0 73.40 g 77.86 i 76.78 h 0.011 P<0.0001
24 66.67 d 68.47 f 61.98 a
48 63.13 b 65.63 c 67.07 e
FND 0 48.61 c 53.93 e 63.34 i ±0.013 P<0.0001
24 46.94 b 49.44 d 62.66 h
48 61.11 g 35.76 a 57.32 f
FAD 0 18.96 g 26.26 i 5.74 b ±0.015 P<0.0001
24 23.02 h 15.24 f 4.84 a
48 14.98 e 11.96 d 6.95 c
Contenido celular 0 51.39c 46.07b 36.66a 0.010 P<0.0001
24 53.06c 50.56b 37.34a
48 38.89a 64.24c 42.68b
Hemicelulosa 0 29.65b 27.67a 57.60c 0.020 P<0.0001
24 23.92a 34.20b 57.82c
48 46.13b 23.80a 50.37c

a, b, c, d, e, f, g, h, i Medias con letras distintas indican diferencias a P < 0.05, según Duncan (1955)

En la tabla 4 se muestra el efecto de inclusión de 15 % del material vegetal fibroso en las concentraciones microbianas durante la fermentación sólida de residuos poscosecha de S. tuberosum, inoculados con el preparado microbiano. En el análisis de las muestras no se encontraron patógenos potenciales (Salmonella y Clostridium), ni coliformes, y sí hubo crecimiento de levaduras y bacterias lácticas. Estas últimas muestran un crecimiento muy importante a las 48 h, cien veces más en harina de alfalfa y salvado de trigo, a diferencia de la harina de arroz. Esto demuestra la eficacia del inóculo utilizado, y que los materiales vegetales usados limitaron muy poco su crecimiento. Este resultado coincide con lo hallado en los indicadores químicos evaluados.

Tabla 4 Análisis microbiológico de la fermentación de los residuales poscosecha de S. tuberosum con el preparado microbial e inclusión de 15 % de material fibroso. 

Indicador log UFC/mL (UFC/mL) Tiempo de incubación Material fibroso vegetal (15 %) EE± sign
Salvado de trigo Harina de alfalfa Harina de arroz
Aerobios mesófilos 0 5.12c (1.3x105) 5.07b (1.2x105) 5.22d (1.7x105) 0.02 P<0.0001
24 7.99g (9.7x107) 7.65f (4.4x107) 5.01 a (1.0x105)
48 8.06h (1.0x108) 7.67f (4.7x107) 6.97e (9.3x106)
Levaduras 0 4.44e (2.7x104) 4.04cd (1.1x104) 3.98c (1.0x103) 0.02 P<0.0001
24 3.78b (6.0x103) 4.06d (1.2x104) 3.78b (6.0x103)
48 3.48a (3.0x103) 5.56f (3.6x105) 5.81g (6.5x105)
Bacterias ácido lácticas 0 5.70c (5.0x105) 5.04a (1.0x105) 5.31b (2.0x105) 0.01 P<0.0001
24 7.41f (2.6x107) 7.05e (1.1x107) 5.30b (2.0x105)
48 7.99h (9.9x107) 7.48f (3.0x107) 6.59d (3.9x106)

a, b, c, d, ….k Medias con letras distintas indican diferencias a P < 0.05, según Duncan (1955) Los datos se transformaron acorde a log10 (X) porque no cumplieron con la distribución normal. ( ) Media de las unidades formadoras de colonia por mililitros (UFC•mL-1)

En la dinámica de FES de los residuos poscosecha de S. tuberosum, inoculados con el preparado microbiano, la inclusión de 25 % de los distintos materiales fibrosos mostró interacción entre los indicadores evaluados y el tiempo de fermentación (P < 0.0001) (tablas 5, 6 y 7).

Los indicadores fermentativos pH, concentración de NH3 y ácidos orgánicos (tabla 5) tuvieron un comportamiento similar al observado con la inclusión de 15% de los materiales fibrosos, excepto para el ácido láctico. Este indicador se incrementó con el tiempo, y fue mayor cuando se utilizó harina de alfalfa (11,01 mmol/L).

Tabla 5 Efecto de la inclusión de 25 % del material vegetal fibroso en el pH, NH3 y ácido láctico en la fermentación sólida de residuos poscosecha de S. tuberosum, inoculados con preparado microbial. 

Indicadores Tiempo (h) Material vegetal fibroso (25%) EE ± Sign
Salvado de trigo Harina de alfalfa Harina de arroz
pH 0 6.85 h 6.33 f 6.63 g 0.045 P<0.0001
24 6.12 e 6.30 f 5.87 d
48 4.91a 5.22 b 5.63 c
NH3 meq.L-1 0 2.96 a 3.74 c 3.05 b 0.003 P<0.0001
24 4.57 d 6.34 h 5.14 e
48 5.59 f 6.73 i 5.81 g
Ácido láctico mmol.L-1 0 0.002 a 0.002 a 0.002 a 0.003 P<0.0001
24 0.002 a 0.002 a 0.002 a
48 10.02 a 11.01 c 9.13 b

a, b, c, d, e, f, g, h, i Medias con letras distintas indican diferencias a P < 0.05, según Duncan (1955)

En la tabla 6 se muestra que la inclusión de 25 % de los materiales vegetales fibrosos favorece el proceso fermentativo con salvado de trigo y harina de arroz, de acuerdo con los valores de PB. Sin embargo, en todos los casos hubo disminución de la PV en el tiempo, probablemente debido al efecto dilutivo de la inclusión de la fibra vegetal, y a una actividad proteolítica y desaminativa producida por los microorganismos que se establecieron durante el proceso de FES. A su vez, esto se refleja en el aumento de la concentración de amoniaco (tabla 5), aún con valores bajos, así como en el caso del ácido láctico producido.

La relación proteína verdadera con respecto a la proteína bruta, a las 48 h, es alta para la harina de alfalfa (67.86 %) y el salvado de trigo (57.99%) y, en menor cuantía, para la harina de arroz (53.54 %). Sin embargo, en las características de la fermentación final con harina de alfalfa hubo mayor consistencia, lo que se expresa en la materia seca (75.80 %), además del olor agradable y de otras características organolépticas que no se presentaron en el resto, y solo se registraron cualitativamente.

Tabla 6 Efecto de la inclusión de 25 % del material vegetal fibroso en el comportamiento de indicadores químicos durante la fermentación sólida de los residuos poscosecha de S. tuberosum, inoculados con el preparado microbiano. 

Indicadores, % Tiempo, h Material vegetal fibroso (25 %) EE ± Sign.
Salvado de trigo Harina de alfalfa Harina de arroz
PB 0 27.24 e 22.73 a 24.57 c 0.296 P<0.0001
24 26.42 de 23.51 ab 24.36 bc
48 29.97 f 23.18 a 25.79 d
PV 0 20.37 f 16.32 d 17.29 e 0.152 P<0.0001
24 16.65 d 14.47 b 14.42 b
48 17.38 e 15.73 c 13.81 a
MS 0 82.60 i 80.86 h 79.28 g 0.012 P<0.0001
24 69.96 d 70.70 e 64.61 b
48 65.38 c 75.80 f 62.52 a
FND 0 62.71 i 59.61 g 53.98 e 0.013 P<0.0001
24 52.63 d 58.42 f 50.54 c
48 50.34 b 50.16 a 62.40 h
FAD 0 16.13 e 41.89 i 8.91 c 0.014 P<0.0001
24 16.96 f 25.97 h 8.33 b
48 10.13 d 23.44 g 7.46 a
Contenido celular 0 37.29a 40.39b 46.02c 0.010 P<0.0001
24 47.37b 41.58a 49.46c
48 49.84c 49.66b 37.60a
Hemicelulosa 0 46.58c 17.72a 45.07b 0.020 P<0.0001
24 26.66a 41.46b 42.21c
48 40.21b 26.72a 54.94c

a, b, c, d, e, f, g, h,i Medias con letras distintas indican diferencias a P < 0.05, según Duncan (1955)

Nkosi et al. (2015) evaluaron la calidad de un ensilaje elaborado con desechos de papa, e inoculados con BAL, que se suministró a carneros alimentados con heno de alfalfa. Estos autores observaron aumento de la cantidad de proteína, reducción de la fibra y aumento de la digestibilidad en los animales. Además, el material secante utilizado mejoró el contenido de materia seca del ensilaje. Este comportamiento es similar a lo ocurrido en el presente trabajo con la incorporación de las diferentes materias primas, que actuaron como materiales secantes dentro del alimento, y mejoraron sensiblemente el contenido de la MS a las 48 h.

En este estudio, a las 48 h, se encontraron diferencias en la MS de 17.22, 5.06 y 16.76 unidades porcentuales en salvado de trigo, harina de alfalfa y salvado de arroz, respectivamente, en relación con el inicio de la fermentación. Esto indica que en salvado de trigo y harina de arroz tienen mayor implicación en los procesos de proteólisis y desaminación por la microbiota presente en la fibra y la que se adiciona con el preparado microbiano. En la harina de alfalfa, este efecto es menor con mayor consistencia, debido a la alta relación de proteína bruta y verdadera encontrada.

Lo antes expuesto pudiera estar asociado a lo planteado en numerosos estudios, donde se refiere que en los procesos de FES la calidad nutricional (Zhou et al. 2019 y Van et al. 2019) varía según los desechos poscosecha utilizados. Esto puede estar relacionado con las tecnologías de cultivo de la papa, suelo (Motalebifard et al. 2013) y clima (Ngobese et al. 2017), entre otros.

El comportamiento del contenido celular y de la hemicelulosa fue similar a lo observado con la inclusión de 15 % de los materiales fibrosos. En cambio, el comportamiento de la FDN fue diferente. En esta ocasión, disminuyó para el salvado de trigo y la harina de alfalfa, mientras que se concentró con harina de arroz. La FDA, en comparación con los valores iniciales, mostró descenso marcado, pero este efecto fue menor en la harina de arroz. Esto coincide con los trabajos de Ramos (2006) y Elías y Herrera (2008), al utilizar harina de maíz, tubérculo de boniato y yuca, como elementos disgregadores, con los que lograron reducción de hasta 50 % del componente fibroso.

En la tabla 7 se muestra el análisis microbiológico de los alimentos con inclusión del 25 % de material fibroso. No hubo presencia de microorganismos patógenos y, al igual que con 15 %, se observó incremento importante de las BAL, especialmente cuando se utilizó la harina de alfalfa como material secante, lo que demuestra condiciones superiores al mejorar el contenido de humedad en el alimento. Este comportamiento se replicó en los demás indicadores. Thomas et al. (2013) mostraron la importancia de inocular con BAL en la elaboración del ensilaje de papa. Estos autores lograron mejorar los indicadores fermentativos y las características del alimento final para la alimentación animal, especialmente en rumiantes.

Las BAL pudieran controlar el período inicial de la fermentación, con la supresión de enterobacterias, clostridias y otros microorganismos, con la consiguiente reducción de la proteólisis y la pérdida de materia seca en la fermentación con la excreción de exopolisacáridos. En el período de fermentación activa se pudiera esperar una acción más rápida, y valores más bajos podrían preservar la proteína durante el ensilaje, y contribuir a la digestibilidad del alimento (Muck et al. 2018). En este sentido, los aspectos de mayor importancia son la selección adecuada de la cepa o mezclas de estas (Pardo y Ferrer 2019), el medio de cultivo y las condiciones fermentativas que permitan obtener alto nivel de viabilidad durante el proceso (FAO 2016).

Tabla 7 Análisis microbiológico de la fermentación de los residuales poscosecha de S. tuberosum con el preparado microbial e inclusión del 25% de material fibroso. 

MicroorganismoLog 10 UFC/mL (UFC/mL) Tiempo, h Material fibroso vegetal 25 % EE ± Sign.
Salvado de trigo Harina de alfalfa Harina de arroz
Aerobios mesófilos 0 4.96a (9.0x104) 5.17c (1.4x105) 5.11 b (1.3x105)
24 5.00a (1.0x105) 7.92g (8.3x107) 7.79f (6.2x107) 0.020 P<0.0001
48 7.25e (1.8x107) 7.95g (8.9x107) 6.91d (8.2x106)
Levaduras 0 4.27e (1.9x104) 3.90c (8.0x103) 3.60b (4.0x103)
24 3.99d (9.9x103) 4.29e (2.0x104) 1.98a (1.0x102) 0.020 P<0.0001
48 5.60g (4.0x105) 5.68h (4.8x105) 5.37f (2.4x105)
Bacterias ácido lácticas 0 5.31c (2.0x105) 5.00a (1.0x105) 5.26c (1.9x105) 0.020 P<0.0001
24 5.15b (1.4x105) 7.57g (3.7x107) 6.71d (5.2x106)
48 6.90f (8.0x106) 7.88h (7.7x107) 6.85e (7.1x106)

Medias con una letra común no son significativamente diferentes (P < = 0.05)

*Data were transformed according to log10 (X) because they do not follow a normal distribution ( ) means of the colony forming units per milliliters (cfu•mL-1)

Por las razones anteriores, el mantenimiento de la estabilidad y viabilidad celular durante todo el proceso es de gran importancia para la producción exitosa de biopreparados, cuando se mezclan materiales fibrosos que contribuyen al aroma, sabor, textura y valor nutricional de alimentos fermentados.

Los resultados permiten concluir que la inclusión de materiales fibrosos en la fermentación en estado sólido de residuos poscosecha de S. tuberosum, inoculados con un preparado microbiano, tiene efecto positivo en su composición química y microbiológica. Se recomienda, por los indicadores de calidad del producto final, la utilización de 25 % de la harina de alfalfa, fermentado a 20 °C, durante 48 h.

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Recibido: 02 de Febrero de 2020; Aprobado: 25 de Junio de 2020

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