por: d. ph. daniel díaz plascencia correo: …€¦ · nopal cardón (o. streptacantha): especie...
TRANSCRIPT
FERMENTACIÓN IN VITRO DE NOPAL FORRAJERO (Opuntia spp) GENOTIPO AN-TV6 CON UN INOCULO DE LEVADURA
Kluyveromyces Lactis
POR:
D. Ph. Daniel Díaz Plascencia Correo: [email protected]
Facultad de Zootecnia y Ecología
Universidad Autónoma de Chihuahua, Chih., México.
Chihuahua, Chih., México Noviembre, 2011
2
CONTENIDO
Página
LISTA DE CUADROS…………………………………………………….. 4
LISTA DE GRAFICAS…………………………………………………….. 5
INTRODUCCION GENERAL…………………………………………….. 6
OBJETIVO GENERAL……………………………………………………. 8
Objetivos Específicos…………………………………………….. 8
REVISION DE LITERATURA……………………………………………. 9
La Ganadería y el Nopal Forrajero………………………………. 9
El Nopal Forrajero Como Alimento en la Nutrición Animal…… 12
El Nopal en la Alimentación de Ovinos…………………………. 16
Uso Alternativo del Nopal Forrajero…………………………….. 18
Fermentación del Nopal…………………………………………. 19
Valor Nutritivo y Propiedades Funcionales del Nopal……….. 20
Actividad Antioxidante del Nopal……………………………….. 21
Actividad Prebiótica del Nopal………………………………….. 22
MATERIALES Y METODOS……………………………………………… 24
Procedimiento de las Muestras…………………………………. 26
Mediciones en muestras líquidas……………………………….. 26
pH……………………………………………………………………. 27
Temperatura………………………………………………………… 27
3
Página
Azucares Solubles (AS)………………………………………….. 27
Conteo de Levaduras (CL)……………………………………….. 27
Nitrógeno Amoniacal (N-NH3)……………………………………. 28
Ácido Láctico (AcL)……………………………………………….. 29
Mediciones en las Muestras Deshidratadas…………………… 31
Materia Seca (MS)…………………………………………………. 31
Proteína Cruda (PC)………………………………………………. 32
RESULTADOS Y DISCUSIÓN…………………………………………… 33
Temperatura (T)…………………………………………………….. 33
pH……………………………………………………………………. 34
Conteo de Levaduras (CL)……………………………………….. 37
Nitrógeno Amoniacal (N-NH3)……………………………………. 38
Ácido Láctico (AcL)……………………………………………….. 41
Azucares Solubles (AS)…………………………………………… 43
Proteína Cruda (PC)………………………………………………. 45
Materia Seca (MS)………………………………………………… 47
CONCLUSIONES………………………………………………………….. 48
BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………. 50
4
LISTA DE CUADROS
Cuadro Página
1 Análisis bromatológico de diferentes géneros, especies y
variedades de nopal……………………………………………..
14
2 TRATAMIENTOS………………………………………………... 25
5
LISTA DE GRÁFICAS
Gráfica Página
1 Comportamiento de la temperatura durante la fermentación… 35
2 Comportamiento del pH en las diferentes horas de
fermentación……………………………………………………….
36
3 Producción de levaduras en los diferentes sustratos y con las
diferentes levaduras durante el tiempo de fermentación……..
39
4 Comportamiento del Amoniaco por tratamiento a diferentes
tiempos de fermentación…………………………………………
40
5 Comportamiento del Acido Láctico en los tratamientos y en
diferentes horas de fermentación………………………………
42
6 Comportamiento de la perdida de azucares durante el periodo
de fermentación……………………………………………………
44
7 Comportamiento de la PC durante la fermentación en los
diferentes tratamientos y en las diferentes horas…………….
46
6
INTRODUCCIÓN GENERAL
El nopal es una planta propia del paisaje mexicano y uno de los símbolos
más importantes de la nacionalidad Mexicana. El nopal forrajero es una planta
muy atractiva como alimento para el ganado, particularmente por su alta
eficiencia al convertir agua en biomasa, y por su contenido de energía
digestible. El nopal forrajero es útil no sólo porque sobrevive a las sequías, sino
también porque es más eficiente que muchas gramíneas o pastos forrajeros de
hoja ancha.
En México se llama nopal a varias especies del género Opuntia de la
familia Cactaceae, todas ellas endémicas en América. De sus 377 especies
reconocidas, 104 se encuentran silvestres en México y de éstas 60 son
endémicas (Velázquez, 1998). La importancia del nopal como forraje en el siglo
XIX fue reflejo de la necesidad de alimentación del ganado en zonas áridas del
país, y en aquellas donde los periodos de sequía son muy prolongados,
constituyendo el nopal un excelente alimento para el ganado (Flores y Aguirre,
1979).
Los sistemas de producción de nopal forrajero han cambiado con el
tiempo, sobre todo en las nopaleras silvestres, siendo estas las primeras en ser
utilizadas y las más abundantemente distribuidas en la República Mexicana,
pues se reportan aproximadamente 3, 000,000 de hectáreas, en los estados de
Zacatecas, Aguascalientes, San Luís Potosí, Jalisco, Coahuila, Nuevo León,
Tamaulipas y Chihuahua (Flores y Aguirre 1992). Se ha comprobado que las
plantaciones de Opuntia spp con fines forrajeros son costeables
comercialmente, así lo demuestran trabajos realizados en México (Barrientos,
7
1969, Flores, 1992).
Las zonas áridas y semiáridas en México ocupan más de la mitad del
territorio nacional y en estas áreas, las condiciones agroclimáticas dificultan la
producción de forraje, por lo que la actividad ganadera enfrenta limitaciones
para la alimentación adecuada del ganado. Tal situación ha provocado que los
productores ganaderos acudan a la utilización de plantas adaptadas a
condiciones adversas.
(Carranza, 2001), indica que el área ocupada de nopal para forraje en la
parte norte y centro de México es de 15.84% de la superficie total, donde
justifican su uso por ser un forraje fresco, suculento, de buena palatabilidad y
susceptible de explotarse durante todo el año.
8
OBJETIVO GENERAL
Evaluar el efecto de un inoculo de levadura Kluyveromyces Lactis en la
fermentación aeróbica en estado sólido del nopal forrajero. Opuntia spp.
Genotipo AN-TV6.
Objetivos Específicos
Evaluar el comportamiento de los tratamientos, con el inoculo de
levadura Kluyveromyces Lactis en el nopal forrajero. Verificar la funcionalidad
del fermentador. Evaluar y monitorear el crecimiento de levaduras en los
distintos tratamientos y en los diferentes tiempos de fermentación.
9
REVISION DE LITERATURA
La Ganadería y el Nopal Forrajero
Cuando México obtuvo su independencia, en 1821, la superficie nacional
era de cuatro millones de kilómetros cuadrados, incluyendo los territorios de
Texas, Nuevo México, Arizona y California. En estos territorios el nopal se usó
como forraje desde 1857, mismo que se le proporcionaba picado o chamuscado
al ganado (Flores y Aguirre, 1979), práctica que sin duda también se llevó a
efecto en los estados mexicanos colindantes con los EE. UU. Así lo confirma el
estudio realizado en México por Kaerger (1986), que tenía por objetivo ver en
qué aspectos agropecuarios podían invertir los alemanes, sobre todo tomando
en cuenta las facilidades que el gobierno de Porfirio Díaz daba a los
extranjeros. Investigación que entre otras cuestiones permite conocer
diferentes aspectos de la ganadería en México, y particularmente la utilización
de las diferentes variedades del nopal que utilizaban los productores del norte
del país para alimentar al ganado.
En el México independiente, la ganadería se desarrolló principalmente en
el norte del país, se estableció en enormes ranchos; a tal grado llegó la
concentración de la tierra que la familia Terrazas era dueña de casi todo el
territorio del estado de Chihuahua. La cría masiva de ganado ovino, a finales
del siglo XIX, se llevaba a cabo en el noroeste del país, especialmente en los
estados de Zacatecas, Tamaulipas y Chihuahua, donde había haciendas que
tenían entre 70, 000 y 80, 000 cabezas cada una (Kaerger, 1986). Las cabras
abundaban en Puebla, Zacatecas, Aguascalientes, Tamaulipas y San Luis
Potosí. El ganado vacuno se criaba fundamentalmente en el norte de México y
10
en la región costera de Veracruz, donde habían empezado a mejorar la raza
nacional con la introducción de toros Durham y Herford. Dentro de los potreros
de engorda destacaron los ubicados en la Huasteca, la zona costera del norte
de Veracruz y la región sureña de la costa de Tamaulipas, la mayor parte del
estado de Tamaulipas se dedicaba a la cría de ganado menor.
En el norte del país los vaqueros, además de recorrer diariamente a
caballo una determinada superficie de la hacienda para cuidar al ganado de
posibles robos, y para atender animales enfermos, tenían la tarea de
conseguirles alimento durante la seca. Lo hacían tumbando el agave conocido
como sotol y trozando sus hojas y sobre todo cortando pencas de nopal y
quemando sus espinas para que el ganado pudiera fácilmente consumirlas, aún
cuando en muchas ocasiones las comían cuando la planta estaba en pie. Las
nopaleras se encontraban con más frecuencia en San Luis Potosí, Tamaulipas
y Nuevo León, en donde los agricultores distinguían las siguientes variedades
(Kaerger, 1986):
Nopal rastrero: cactus que se desarrolla más hacia los lados y no hacia
arriba. Es más consumido por las cabras que por el ganado vacuno. Nopal
cuyo: cactus delgado con pocas espinas, muy preciado por el ganado vacuno.
Nopal cardón (O. streptacantha): especie de tuna, con hojas anchas, cuyas
frutas se utilizan para preparar, por fermentación, un tipo de vino mezclado con
granos de maíz, manzanas y aguardiente de caña. El ganado vacuno sólo
puede consumirlo durante las secas, ya que en las temporadas de lluvias se
hincha demasiado (Bazant, 1980). Nopal segador: muy consumido por el
ganado, aunque provoca ceguera en caso de que las espinas entren a sus ojos.
11
Cardenche o cojonostle: tiene hojas grandes y cilíndricas (trozos de tronco),
comidas con gusto por el ganado. Tasajillo: similar al anterior, aunque sus hojas
son más pequeñas y de menor calidad. Las cabras comen mucho sus frutas
(Kaerger, 1986).
Del nopal se utiliza: las pencas para alimento del ganado vacuno, cuando
están frescas, y cuando están secas son un magnífico combustible, y las tunas,
de las cuales se hace una riquísima bebida fermentada que se llama colonche;
se hace también exquisita miel de tuna, se hacen melcochas y quesos,
pudiéndose extraer también aguardiente de tuna (Márquez, 1986).
Las especies forrajeras más importantes según Flores y Aguirre (1979),
son: Robusta (tapona, S.L.P.; Bartolona, Zac.): Aguascalientes, San Luis Potosí
y Zacatecas. O. imbricata (nopal blanco): Aguascalientes. San Luís Potosí,
Zacatecas, Durango, Coahuila y Nuevo León. O. lindheimeri (cacanapo):
Aguascalientes, Tamaulipas, Nuevo León y Coahuila. O. rastrera (rastrero):
Zacatecas San Luis Potosí, Nuevo León y Coahuila. O. cantabrigensis (cuijo):
Coahuila, Nuevo León y Tamaulipas. O. streptacantha (cardón): Zacatecas y
San Luis Potosí, Aguascalientes, Hidalgo y Estado de México. O. leucotricha
(duraznillo): Aguascalientes, Durango, Zacatecas, San Luis Potosí.
El ganado también come plantas cubiertas con espinas o aguijones, sin
que hayan sido chamuscadas por los vaqueros. A este grupo de plantas
pertenece el mezquite, la lechuguilla (Agave lechuguilla), el agave del noreste
utilizado para preparar las fibras de ixtle y el huapile, una Bromeliacea que
cubre grandes superficies. La lechuguilla es muy nutritiva, aunque tiene la
desventaja de volver salvajes a los animales al no necesitar tomar agua por la
12
gran jugosidad de sus hojas (Kaerger, 1986).
El Nopal Forrajero Como Alimento en la Nutrición Animal
Uno de los problemas fundamentales que impiden el desarrollo de la
industria ganadera nacional es la escasez de forraje. Esta se acentúa
considerablemente en las zonas áridas y semiáridas del país, las que
representan en su conjunto el 52% de la superficie total del territorio nacional.
Lo anterior ha originado que los productores de ganado recurran a la
utilización de plantas adaptadas a la sequía, entre las que Marroquín, (1964)
menciona a considerables especies del género Opuntia. En México se localizan
61 géneros de los 92 que existen en América del norte, esto lo ubica como
centro de diseminación (Bravo, 1978). Carranza (2001), indica que el área
ocupada de nopal para forraje en la parte norte y centro de México es de
15.84% de la superficie total, donde justifican su uso por ser un forraje fresco,
suculento, de buena palatabilidad y susceptible de explotarse durante todo el
año.
Es importante conocer la digestibilidad del nopal forrajero (Opuntia spp.)
para su utilización como una fuente de alimentación para el ganado, ya que
permite conocer la cantidad de alimento que es digerida por el animal. Existen
diferentes métodos para la estimación de la digestibilidad de los alimentos, una
de las más utilizadas es la bolsa de nylon, que consiste en colocar una muestra
de alimento en bolsas hechas de material indigestible (nylon, dacrón o seda) en
el rumen de animales fistulados por diferentes períodos de tiempo y se mide por
la pérdida de materia seca o contenido de nutrientes después de un período
especifico de incubación. Inicialmente esta técnica fue utilizada por Quin et al.,
13
(1938) citado por Romero (1990); usando bolsas cilíndricas de seda muy fina
para medir la cantidad de alimento digerido en el rumen de ovejas.
Posteriormente, la seda fue reemplazada por materiales sintéticos totalmente
resistentes a la degradación ruminal; así Schoeman et al., (1972), citado por
Hernández (1995) utilizaron bolsas de poliéster, y Meherz y Orskov, (1977)
sugirieron la utilización de bolsas de nylon, que junto con las de dacrón, son las
más utilizadas actualmente.
Basado en el proceso anterior el presente trabajo tuvo como objetivo:
Evaluar el valor nutritivo de cuatro especies de nopal Opuntia lindheimeri Var.
Lindheimeri, Opuntia rastrera, Opuntia. megacantha y Opuntia. lindheimeri Var.
Subarmatha mediante la determinación de la digestibilidad in-situ r el análisis
químico proximal de diferentes variedades nopaleras (Cuadro 1 ).
Felker (1999) reporta un gran número de revisiones regionales de nopal
forrajero alrededor del mundo las cuales son técnicamente satisfactorias, por
ejemplo para el Norte de África (Monjauze y Le Houérou, 1965), Sudáfrica
(Wessels, 1988), México (Flores-Valdez y Aguirre- Rivera, 1992; Fuentes-
Rodríguez, 1991), Brasil (Domingues, 1963) y para los Estados Unidos (Felker,
1992). El Nopal (Opuntia sp) se ha dado como alimento al ganado de leche y
carne, a bueyes, ovejas y puercos, eliminando las espinas por medio del
chamusque). Bajo condiciones de nopaleras silvestres se tiene que el nopal lo
consumen los venados, jabalíes, conejos, liebres rata de campo, otros roedores
y también pájaros como cuervos y carpinteros.
14
Cuadro 1. Análisis bromatológico de diferentes géneros, especies y
variedades de nopal.
Especie MS MO PC GC Fibra Ceniza ELN Autor
O. rastrera 14.41 59.89 2.78 0.76 6.18 40.11 43.23 Palomo, 1963
O. cantabrigiensis 11.86 68.46 4.79 1.09 3.71 31.54 58.87 Palomo, 1963
O. lindehimeri 11.57 74.51 4.15 1.03 3.02 25.5 66.25 Palomo, 1963
O. robusta 10.38 81.41 4.43 1.73 17.63 18.59 57.61 Palomo, 1963
O. ficus – indica 11.29 86.93 3.81 1.38 7.62 13.07 74.13 Bauer y Flores, 1969
var. Amarillo oro
Nopalea spp. 10.69 73.79 8.92 1.51 17.21 26.21 50.7 Griffiths y Hare, 1906
Clave: MS: materia seca, MO; materia orgánica, PC; proteína cruda, GC; Grasa cruda, ELN;
extracto libre de nitrógeno.
15
En el Caso del venado cola blanca la Comisión Estatal sobre Flora y
Fauna Silvestre del Estado de Nuevo León, reporta que en exámenes de los
alimentos consumidos y depositados en el rumen de este animal, se ha podido
detectar que hasta un 80% de su dieta está constituida por nopal. Con respecto
a las variedades cultivadas de nopal las cuales tienen poca espina, el conejos
ejerce una presión extrema sobre los materiales sin espina.
En Estados Unidos especialmente en Texas, Arizona, Nuevo México y
en menor proporción California, al nopal forrajero silvestre se le ha considerado
de gran valor para el ganado bovino. En la región noroeste semiárida de Brasil
se cultivan cerca de 300,000 ha de nopal sin espinas para forraje (Domingues,
1963). En la primavera de 1992, Felker observó que como resultado de la
sequía no se tuvo germinación del maíz, pero que cada 10 km había una
plantación viva de nopal sin espinas de 2 a 10 ha y en crecimiento.
Las plantaciones de nopal sin espina de Brasil están protegidas con una
cerca estándar de alambre o de madera de 1.2 m. En contraste, en Texas y el
norte de México las plantaciones de materiales sin espina deben estar muy
protegidos (con cerca de alambre de 2.4 m de alto y malla de 5 cm en la base)
contra herbívoros como conejos, ratas y animales silvestres (especialmente
venados y pecaris), en otros países las ovejas, las cabras y el ganado pueden
ser un problema. El uso de cercas eléctricas puede permitir que el ganado
coma de una sola hilera a la vez, de la plantación del nopal sin espinas.
Mientras que las plantaciones de nopal sin espina necesitan de protección, los
tipos con espinas no necesitan de cercas; sin embargo se deben de eliminar las
espinas por medio del chamuscadora.
16
El Nopal en la Alimentación de Ovinos
Delgado y Delgado (1997) evaluaron la composición química de cinco
variedades de nopal y encontraron contenidos de proteína de entre 8.8 y 9.6%
(base seca) en las variedades Chicomostoc, Esmeralda y San Lorenzo,
respectivamente. De acuerdo con Ramírez (2004), el nopal de la región noreste
de México contiene entre 4 y 6% de proteína cruda en las diferentes estaciones
del año.
La principal causa que limita el consumo de nopal en borregos es su alto
contenido de agua, aunque en condiciones de sequía esto puede representar
una ventaja, ya que se ha observado que borregos pueden estar consumiendo
nopal fresco por varios meses sin tener acceso a agua de bebida. Cuando se
quiera que los borregos consuman mayor cantidad de nopal se recomienda
deshidratar o marchitar por unas horas el nopal picado para antes de
suministrarlo en los comederos.
Flores y Aguirre (1992) muestran claramente en su revisión, que
borregos consumiendo nopal con diferentes concentraciones de materia seca
ya sea en forma de nopal fresco, oreado o deshidratado, su consumo de agua
en bebedero aumentaba considerablemente al disminuir la concentración de
agua en el nopal, representando el agua suministrada por el nopal el 99, 77 y
12 %, cuando se ofreció fresco, oreado y seco, respectivamente. Esto es similar
en los bovinos, aunque los borregos y cabras son mucho más eficientes para
llenar sus requerimientos de agua a partir del nopal por dos razones: las
excretas de ovinos y caprinos contienen mayor materia seca, y porque los ovi-
caprinos consumen mayor cantidad de alimento en base a su peso vivo que los
17
bovinos.
Para el caso de ovinos, Flores y Aguirre (1992) reportan consumos de
nopal fresco de 6.5 a 11 kg/animal/día, lo que equivale a un consumo de
materia seca de 0.85 a 1.4 kg/animal/día. Es muy importante señalar que para
obtener los consumos máximos de forrajes deficientes en proteína cruda (como
es el nopal) resulta indispensable hacer la suplementación correspondiente
para evitar así deficiencias de nitrógeno a los microorganismos del rumen, una
deficiencia de proteína en el rumen imposibilitaría a los microorganismos a
hacer la digestión normal de la fibra. (Hernández, 1995)
El alto nivel de humedad del nopal hace que normalmente no sea posible
para el animal consumir la materia seca requerida para lograr mejor
comportamiento animal en términos de producción de leche o ganancias de
peso. Borregos recibiendo nopal oreado o fresco consumieron un 22 y 32 %
menos materia seca que borregos recibiendo nopal deshidratado (507 g/d).
Los altos niveles de humedad, aunados al alto contenido de minerales y
baja concentración de proteína cruda, hacen que el ganado recibiendo nopal
como única dieta presente diarreas, compactación ruminal y pérdida de peso.
Por lo anterior, la estrategia elemental consiste en utilizar las máximas
cantidades de nopal en la dieta, siempre y cuando estén presentes fuentes de
proteína cruda, fósforo y otros nutrientes que permitan al animal expresar
adecuados índices productivos al más bajo costo. (Hernández, 1995).
En general, el uso del nopal en la alimentación del ovino bajo
condiciones semi-estabuladas debe de ser para complementar el consumo de
18
forraje que el borrego está realizando directamente a través del pastoreo. Esta
práctica puede ser adecuada para el hato de borregas adultas en situaciones de
mantenimiento o los primeros 3 meses de preñez. La suplementación de
proteína en conjunto con la alimentación del nopal dependerá del estado de
madurez del forraje pastoreado por el hato.
Uso Alternativo del Nopal Forrajero
El nopal forrajero es una planta muy atractiva como alimento para el
ganado, particularmente por su alta eficiencia al convertir agua en biomasa, y
por su contenido de energía digestible. El nopal forrajero es útil no sólo porque
sobrevive a las sequías, sino también porque es más eficiente que muchas
gramíneas o pastos forrajeros de hoja ancha. La importancia forrajera del nopal
Opuntia spp aplica para el ganado, pero también ha sido usado como forraje
para cerdos. Aún durante los períodos de sequía en el verano o el invierno, el
nopal permanece verde, con buen nivel de vitamina A. Sin embargo, debe ser
combinado con otros alimentos para complementar la dieta diaria, debido a que
tiene bajo contenido de proteína, a pesar de ser rico en carbohidratos y calcio.
Las variedades sin espinas son preferidas para la producción de forraje
debido a su facilidad de manejo y proceso, ya que con estas especies se evita
el chamusque cuando se alimenta al ganado. Las variedades de nopal
COPENA F1, Liso Forrajero, Pabellón, etc. sin espinas pueden llegar a producir
de 200 a 400 t/ha de peso fresco dependiendo de del manejo del cultivo
(Vazquez y Gallegos, 1997), por lo que pueden proveer una reserva
considerable de alimento para el ganado.
Sin embargo, los costos de establecimiento y manejo de este tipo de
19
variedades de nopal sin espinas no necesariamente lleva a generar sistemas de
producción rentables por lo que se requiere continuar observando los usos
tradicionales del nopal nativo (chamuscado o no chamuscado) de tal manera
que esto contribuya a contar con diferentes opciones para el productor
agropecuario. Además, en algunos sitios muy particulares en la zona de los
municipios de China, General Bravo y Paras, N. L., el nopal puede llegar a ser
considerado como una planta seriamente invasora, y en este caso, con su
aprovechamiento no solo se logra obtener recursos forrajeros de alta calidad,
sino que además se realiza un mejoramiento de las praderas que tienen pastos
introducidos (como el zacate Buffel).
Fermentación del Nopal
La fermentación dirigida de ingredientes de alta digestibilidad como la
melaza, pulpa de cítricos, subproductos de frutas etc. ha sido utilizada por
muchos años en Cuba (Elías y Lezcano, 1993; Elías, 2007) y recientemente en
México (Aranda, 2006). Hasta ahora, la tecnología que ha sido propuesta para
su aplicación por investigadores brasileños y mexicanos (Aranda, 2006)
involucra una tecnología laboriosa y de alto costo ya que se requiere
deshidratar y moler el nopal previo a la fermentación, situación que compromete
su aplicación para aquellos pequeños y medianos productores.
Existen ingredientes similares en calidad al nopal como la melaza,
subproductos de manzana, cítricos etc que pueden ser mejorados
sustancialmente a través de los procesos de fermentación dirigida. Gutiérrez et
al., (2007) han estado utilizando este tipo de procesos para producir un
fermentado del bagazo de manzana teniendo como objetivo el obtener un
20
producto de mayor calidad debido al aumento en el nivel y calidad de las
proteínas. Lo anterior se logra a través de las levaduras y los carbohidratos que
posee el bagazo, elementos fundamentales para llevar a cabo el proceso de
fermentación aerobia. El proceso es sencillo y económico, ya que solo se
necesita del bagazo, una superficie plana forrada de concreto, urea adicionada
en una proporción del 1.5 %, sulfato de amonio en 0.4 % y sales minerales en
0.5 % Becerra y Díaz (2006). La fermentación del nopal podría contribuir a
mejorar la cantidad y la calidad de la proteína para los animales.
Valor Nutritivo y Propiedades Funcionales del Nopal
Últimamente la tendencia general en el consumo de alimentos es buscar
un buen aporte de nutrientes y que además los alimentos sean beneficiosos
para la salud. En este contexto existe una nueva gama de alimentos: son los
llamados alimentos funcionales, de los que se espera no solo un aporte
nutritivo, sino un beneficio para la salud y para la prevención de enfermedades
(Saenz, 2004).
Los compuestos funcionales son aquellos que tienen efectos
beneficiosos para la salud y tanto los frutos como los cladodios de la tuna son
una fuente interesante de tales componentes, entre los que destacan la fibra,
los hidrocoloides (mucilagos), los pigmentos (betalainas y carotenoides), los
minerales (calcio, potasio), y algunas vitaminas como la vitamina C, buscada
entre otros motivos, por sus propiedades antioxidantes; todos estos compuestos
son muy apreciados desde el punto de vista de una dieta saludable y también
como ingredientes para el diseño de nuevos alimentos (Saenz, 2004). Los
contenidos de estos compuestos son distintos en frutos y cladodios, siendo la
21
pulpa de la fruta la parte más rica en vitamina C mientras que los cladodios son
más ricos en fibra. Los pigmentos solo se encuentran en los frutos y tanto las
betalainas como los carotenoides pueden estar presentes en la cascara y en la
pulpa de los diversos ecotipos y variedades.
Estos compuestos forman parte de los alimentos que se conocen como
alimentos funcionales, los cuales se definen como un alimento o bebida que
proporciona un beneficio fisiológico, que fortalece la salud, ayuda a prevenir o
tratar enfermedades, o mejora el rendimiento físico o mental por la adición de
un ingrediente funcional, por la modificación de un proceso o por el uso de la
biotecnología (Sloan, 2000).
Actividad Antioxidante del Nopal
Actualmente se ha demostrado que extractos de nopal presenta una
considerable actividad antioxidante, inhibiendo la producción de especies
reactivas de oxigeno como los aniones superoxido (O2.-), radicales hidroxilo
(·OH) y otros radicales como los DPPH, peroxinitrito (ONOO-) entre otros.
Diversas investigaciones han aislado un gran número de componentes con
actividad secuestrante a los radicales libres, lo cual confiere su actividad
antioxidante, y utilizando diferentes sistemas de evaluación han podido definir
un efecto dependiente de la dosis. Los extractos de nopal y tuna, han mostrado
ser efectivos protectores contra el rompimiento de hebras de ADN (Guevara,
2009).
En células corticales de ratón han mostrado actividad neuroprotector al
evitar la oxidación de las mismas, mediante el secuestro de radicales oxidativos
como el ONOO-. Este efecto neuroprotector se atribuye al poder antioxidante
22
de compuestos presentes en el extracto como la quercetina y derivados. En
humanos se ha demostrado que el consumo de nopal y tuna afecta
positivamente el balance redox corporal, decrece el daño oxidativo en lípidos y
mejora el estado antioxidante general. Estudios in vitro y en animales han
mostrado que extractos de tuna al 25% poseen efectos anticancerígenos
(inducción de apoptosis), lo cual se ha demostraron en líneas células
cancerosas de tejido cervicouterino, ovario y vejiga. Es importante señalar que
el extracto de tuna indujo cambios morfológicos y afectó de diferente manera el
ciclo celular de las diferentes líneas celulares. Tales efectos se asociaron a su
elevada capacidad antioxidante (Guevara, 2009).
Actividad Prebiótica del Nopal
Los probióticos y los prebióticos se definen como microorganismos vivos
seleccionados que, al ser ingeridos vivos en cantidades suficientes ejercen un
efecto positivo para la salud más allá de los efectos nutricionales tradicionales.
Las cuales están siendo estudiados hace más de 30 años.
Además son limpiadores del intestino, eliminan toxinas y las fibras
ayudan a mejorar el tiempo de transito, las bacterias de la pared intestinal son
despojadas alterando desfavorablemente el equilibrio de las 100 billones de
bacterias que son residentes en dicha pared. Adicionalmente, los limpiadores o
fibras no hacen nada para ayudar a nuestro cuerpo a vigilar la carga
astronómica adicional de bacterias que atraviesan nuestros cuerpos todos los
días, que constituye un mínimo del 40% del peso seco de la materia fecal.
Los prebióticos estimulan la activación del crecimiento de otras bacterias
buenas en el intestino. Estas no son digeribles. Tales prebióticos serian los
23
oligosacaridos en alimentos que promueve el crecimiento normal, y se
encuentran en el colon. También existen otras sustancias en alimentos como
almidón, fibras que pueden trabajar como prebióticos. Los probióticos son las
bacterias es decir son cultivos activos, tales como las bacterias del ácido láctico
y alimentos que lo contengan que ayudan el intercambio de bacterias en el
intestino. Lactobacillis y Bifidobacterias están en el yogurt.
Los prebióticos son ingredientes alimenticios que presentan la
característica de resistir la digestión en el estomago e intestino delgado y llegan
a ser disponibles en el colon, donde son selectivamente fermentados por
Bifídobacterias y Lactobacilos, generando ácidos grasos de cadena corta
(butírico, acético y propiónico), (Sáenz, 2006).
Estos microorganismos son denominados probióticos y se han asociado
con efectos benéficos para la salud, entre los que destacan, el incremento en la
resistencia contra la colonización de microorganismos patógenos, estimulación
del sistema inmune del hospedero, inducción de la apoptosis de células
cancerosas, entre otros. Los pectin-oligosacáridos (PO) presentes en el nopal
estimulan el desarrollo de bifidobacterias, por su parte los mucílago-
oligosácaridos (MO) generan un incrementó en el desarrollo de Lacto bacilos.
La suplementación MO y PO de nopal generó un incremento de hasta el
35% en la producción de ácidos grasos de cadena corta.
24
MATERIALES Y METODOS
Esta investigación se llevó a cabo en la Facultad de Zootecnia de la
Universidad Autónoma de Chihuahua, en el laboratorio de Nutrición Animal. La
precipitación media anual es de 336 mm. La temperatura media anual es de
18.6 ºC, con un periodo libre de heladas de 223 d (INEGI, 2001). Esta
investigación se llevo acabo de Septiembre a Octubre de 2009.
25
TRATAMIENTOS
CUDRO 2.
Ingredientes T1 T2 T3 T4
Nopal 10 Kg. 10 Kg. 10 Kg. 10 Kg.
Inoculo de Levadura Kluyveromyces Lactis 0 0 100 ml 100 ml
Urea 20 gr 20 gr 20 gr 20 gr
Calcio 0 10 gr 0 10 gr
Minerales 5 gr 5 gr 5 gr 5 gr
Sulfato de amonio 2 gr 2 gr 2 gr 2 gr
26
Procedimiento de las Muestras
Se prepararon cuatro tratamientos, (t) para evaluar la fermentación en
estado sólido de nopal forrajero. T1) 10 kg de nopal forrajero. T2) 10 kg de
nopal forrajero mas 10 gr de calcio. T3) 10 kg de nopal forrajero mas 100 ml de
inoculo de levadura Kluyveromyces lactis. T4) 10 kg de nopal forrajero mas 100
ml de inoculo de levadura Kluyveromyces lactis y 10 gr de calcio. Todos los
tratamientos contaron con la adición de 20 gr de Urea, 2 gr de sulfato de
amonio, 5 gr de minerales traza para favorecer el crecimiento de levaduras.
Sus combinaciones fueron evaluadas en 1 fermentador vertical, mecánico
eléctrico de 15 kg cada tratamiento consto de 3 repeticiones. Durante el periodo
de fermentación se ponía a trabajar el fermentador por 30 minutos antes de
cada muestreo, esto con la finalidad de proporcionar el oxigeno necesario en el
fermentador para que se desarrollen los microorganismos aeróbicos y tener un
producto más homogéneo de las muestras. Fueron tomadas 3 muestras por
tratamiento en los diferente tiempos (0, 6, 12, 24 y 48 h). A lo que posterior
mente se determinó: temperatura, pH, Amoniaco, Acido Láctico, Conteo de
levaduras, Azucares Solubles, Proteína cruda y Materia seca.
Mediciones en muestras líquidas
De la hora 0 a la 48 se tomo una muestra de cada repetición de 200 gr, en
frascos de platico y se congeló a -5°C para detener el proceso de fermentación
y posteriormente, se descongelaron a temperatura de refrigeración 4°C para
determinar Amoniaco, Acido Láctico y conteos de levaduras como se describe a
continuación.
27
pH. Se midió directamente en los frascos de plástico, donde se
recolectaron las muestras a la hora mencionada de cada muestreo, se
determinó el pH midiéndolo con un potenciómetro digital de una precisión de
±0.1 unidades, se tomo como base la metodología descrita por Rodríguez et al.
(2001).
Temperatura. Se midió directamente con la ayuda de un termómetro
digital de una precisión de ±0.1.
Azucares Solubles (AS). Se determino por medio de un Refractómetro
digital HI 96811, utilizando 3 gotas de muestra de los diferentes tratamientos en
las diferentes horas de muestreo para evaluar el contenido de azúcar y lo
convierte en unidades Brix % de azúcar en la concentración.
Conteo de Levaduras (CL). Para este análisis se tomó como base, la
metodología descrita por Díaz (2006) y Rodríguez et al. (2001). Se realizó en
todas las muestras en las diferentes horas de muestreo, las muestras de 30 ml
fueron depositadas en frascos de plástico con tapa de 50 ml; en cada muestra,
se agregaron dos agotas de solución de formalina al 10% para preservarla en
refrigeración hasta realizar el conteo.
El CL se realizó por microscopía; con una pipeta de volumen variable con
un rango de 100 a 1000 µl y puntas desechables se tomó 1 ml de muestra
líquida y se preparó una dilución serial utilizando agua destilada como diluyente;
con una pipeta de volumen variable con un rango de 0.5 a 10 µl y puntas
desechables se tomaron 10 µl de la dilución -3 o -4 de cada muestra, y se
colocaron en un hematocímetro (cámara de Neubauer) para el conteo.
La solución de muestra más agua destilada preparada inicialmente, se
28
consideró la dilución -1; la cámara de Neubauer se lavó con alcohol etílico
desnaturalizado después de cada CL. Cada célula o grupo aglomerado de
células identificadas como levaduras se consideró como una unidad formadora
de colonias (ufc), se calculó el promedio de ufc por cuadrante y se multiplicó por
10,000 para obtener la cantidad de ufc*ml-1 y por 10-n para obtener las ufc*g-1
de muestra (-n es la dilución con la que se realizó el conteo), los datos se
convirtieron al logaritmo base 10 (Log10 ufc*g-1 MS) para su análisis estadístico.
Nitrógeno Amoniacal (N-NH3). De las muestras líquidas obtenidas del la
h0 a la h48 se tomaron 30 ml de la solución, se colocaron en recipientes de
plástico, se agregaron dos gotas de ácido ortofosfórico y se congelaron (-5°C)
para su conservación hasta el momento de la determinación de N-NH3 al
momento de la determinación, las muestras se descongelaron a temperatura de
refrigeración, (4°C) la concentración de N-NH3 de las muestras líquidas se
determinó por colorimetría según el procedimiento de Taylor (1996), en un
espectrofotómetro Coleman Junior® II modelo 6|20. Fue necesario diluir las
muestras líquidas con agua destilada, a una concentración de 80 µg de la
muestra.
La ecuación de predicción para calcular la concentración de N-NH3 en las
muestras líquidas, se obtuvo del análisis por triplicado de soluciones estándar
con concentraciones de 0, 5, 10, 15, 20 y 25 µg de N-NH3 *ml-1; se utilizó H2Od
como blanco (estándar con concentración de 0 µg*ml-1).
El procedimiento para medir la absorbancia de las muestras líquidas
diluidas, de las soluciones estándar y de los blancos (0 µg*ml -1), se realizó por
triplicado y consistió en lo siguiente: en tubos de ensayo se agrego 920 µg de
29
agua destilada y 80 µg de la muestra concentrada para completar 1 ml, se
mezclaron en vórtice (Vortex Genie II) posteriormente se tomo 50 µg de la
muestra diluida para cada repetición y se deposito en tubos de ensayo, a lo que
se le agrego 2.5 ml de fenol y se mezclo en un vórtice, posteriormente se
agrego 2 ml de hipoclorito y se mezclo nuevamente, para el estándar o del
blanco, se agrego 50 µg de agua destilada, 2.5 ml de fenol y 2 ml de
hipoclorito, las soluciones obtenidas se mezclaron en un vórtice y se incubaron
por 5 minutos en baño de agua caliente (temperatura de 95~100°C).
Posteriormente, las muestras se dejaron enfriar por 5 minutos a
temperatura ambiente para después tomar la lectura de la absorbancia del
contenido de cada muestra, se midió a una longitud de onda de 630 nm;
previamente el valor de la absorbancia fue ajustado a 0 utilizando los blancos
como referencia. Este procedimiento se describe brevemente por Madrid et al.
(1999), ellos utilizaron 6 ml de solución de H2SO4 concentrado y 1 ml de
muestra líquida para el análisis, en este trabajo se modificó a 3 ml de H2SO4 y
0.5 ml de muestra debido al tamaño de las celdas del espectrofotómetro. Con
los resultados de la absorbancia de las muestras líquidas diluidas, la ecuación
de predicción obtenida con las soluciones estándar y el porcentaje de dilución
de las muestras líquidas en agua, se calculó la concentración de N-NH3 en
miligramos por gramo de muestra (mg*g-1) en base húmeda (BH).
Ácido Láctico (AcL). De las muestras líquidas obtenidas de la h0 a la h48
para determinar pH, se tomaron 30 ml de la solución, se colocaron en
recipientes de plástico, se agregaron tres gotas de ácido orto fosfórico y se
congelaron (-5°C) para su conservación hasta el momento de la determinación
30
de AcL. Al momento de la determinación, las muestras se descongelaron a
temperatura de refrigeración, se centrifugaron a 1,500 g por 15 minutos y
permanecieron en refrigeración (no más de 48 h) mientras se procedió con el
análisis. La concentración de AcL de las muestras líquidas se determinó por
colorimetría según el procedimiento de Taylor (1996), en un espectrofotómetro
Coleman Junior® II modelo 6|20. Fue necesario diluir las muestras líquidas con
H2Od, a una concentración de entre 3 y 7.5% dependiendo de la muestra.
La ecuación de predicción para calcular la concentración de AcL en las
muestras líquidas, se obtuvo del análisis por triplicado de soluciones estándar
con concentraciones de 0, 5, 10, 15, 20 y 25 µg de AcL*ml -1; se utilizó H2Od
como blanco (estándar con concentración de 0 µg*ml-1).
El procedimiento para medir la absorbancia de las muestras líquidas
diluidas, de las soluciones estándar y de los blancos (0 µg*ml -1), se realizó por
triplicado y consistió en lo siguiente: en las celdas del espectrofotómetro, se
agregaron 3 ml de H2SO4 concentrado y 0.5 ml de la muestra diluida, del
estándar o del blanco, las soluciones obtenidas se mezclaron en vórtice (Vortex
Genie II) y se incubaron por 10 minutos en baño de agua caliente (temperatura
de 95~100°C).
Posteriormente, las celdas con solución se enfriaron en baño de agua a
temperatura ambiente para después, agregar 100 µl de solución de CuSO4 al
4% y 200 µl de solución de 1.5% de p-fenilfenol en etanol al 95% en cada celda;
las soluciones obtenidas se mezclaron en vórtice nuevamente y se dejaron
reposar por al menos 30 minutos a temperatura ambiente (no menos de 20°C).
Por último, la absorbancia del contenido de cada celda se midió a una
31
longitud de onda de 570 nm; previamente el valor de la absorbancia fue
ajustado a 0 utilizando los blancos como referencia. Este procedimiento se
describe brevemente por Madrid et al. (1999), ellos utilizaron 6 ml de solución
de H2SO4 concentrado y 1 ml de muestra líquida para el análisis, en este trabajo
se modificó a 3 ml de H2SO4 y 0.5 ml de muestra debido al tamaño de las
celdas del espectrofotómetro. Con los resultados de la absorbancia de las
muestras líquidas diluidas, la ecuación de predicción obtenida con las
soluciones estándar y el porcentaje de dilución de las muestras líquidas en
agua, se calculó la concentración de AcL en miligramos por gramo de muestra
(mg*g-1) en base húmeda (BH).
Mediciones en las Muestras Deshidratadas
Las muestras de sustrato tomadas de la h0 a la h48 conservadas en
congelación, fueron descongeladas a temperatura de refrigeración, después de
haber utilizado una parte de estas para obtener las muestras líquidas, se tomo
el resto de cada muestra, se registró su peso y se deshidrataron a 60°C por 48
h, de este modo se calculó su contenido de humedad y posteriormente, con
estos datos se calculó la proporción y el comportamiento de la MS de los
diferentes sustratos (tratamientos) durante el proceso de FES.
Las muestras deshidratadas de la h0, h6, h12, h24 y h48 de cada uno de
los tratamientos, se molieron (malla de 1 mm, molino Wiley) y se utilizaron para
las determinaciones que se mencionan a continuación.
Materia Seca (MS). Se determinó la MS en las muestras deshidratadas
de la h0, de cada unos de los diferentes tratamientos utilizando los
procedimientos de la A.O.A.C. (1990); el porcentaje de muestra libre de
32
humedad se multiplicó por el porcentaje de MS de la muestra deshidratada para
calcular el porcentaje de MS total.
Proteína Cruda (PC). Se determinó PC utilizando de 0.2 g de las
muestras deshidratadas a 60°C y molidas a 1mm obtenidas de las h0, h6, h12,
h24 y h48, de cada uno de los diferentes tratamientos evaluados del proceso de
fermentación únicamente, el análisis se hizo con el procedimiento Kjeldahl
(A.O.A.C., 1990), el resultado se expresó en porcentaje de PC en BS.
33
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Con la finalidad de estudiar y evaluar el comportamiento de la
fermentación del nopal, por medio de la fermentación en estado sólido (FES) y
el efecto del calcio y el inoculo de levadura Kluyveromyces Lactis en el nopal
forrajero, genotipo AN-TV6; estudiar la funcionalidad del fermentador utilizado,
así como monitorear el crecimiento de levaduras y la proteína cruda (PC) en los
distintos tratamientos y en los diferentes tiempos de fermentación en
condiciones de laboratorio.
Temperatura (T). Los organismos que consumen oxigeno, producen
calor debido a su actividad metabólica, por esta razón esta variable es un
indicador de actividad metabólica y es importante en la (FES) ya que indica si
existe o no este tipo de actividad biológica. Esta variable tuvo un
comportamiento similar para todos los tratamientos entre sí, la temperatura se
incremento a partir de la h6 siendo así que a la h12 presento la temperatura
más alta de 25.5 °C para el T1; 24.7 para el T4; 24.5 para el T3 y de 22.7 para
el T2; posteriormente disminuyo la temperatura de manera gradual para todos
los tratamiento hasta mantenerse cerca de la temperatura de incubación a la
h6, el calor acumulado en los sustratos fermentados es el resultado de la
actividad metabólica de los microorganismos presentes y también puede ser
afectada por la conductividad del material biológico fermentado.
En el proceso de obtención de la Saccharina que es (similar al de
manzarina), la T interna tiende a mantenerse constante a pesar de los cambios
de T ambiental; aun así, esta puede influenciar ligeramente la T del sustrato
(Ruiz et al., 2002). Según los datos estimados, en todos los tratamientos, la T
34
se comporto de una manera similar para los tratamientos de nopal en los
diferentes tiempos y con el sustrato de levadura, indicando una actividad
biológica como lo menciona Ibarra et al., (2002). La fermentación del nopal no
fue la excepción ya que este mismo efecto se presento a partir de la hora de
incubación a las 6h de haber iniciada la fermentación y alcanzo su pico más alto
a las 12h para todos los tratamientos y posteriormente fue disminuyendo de una
manera similar y gradual para todos los tratamientos manteniendo una
temperatura de 22.5 °C a las 48h de fermentación (Grafica1).
pH. Es una condición química que refleja la concentración de productos
acidificantes o alcalinizantes en un medio, este indicador representa una
condición química, cuando se encuentra a un nivel bajo, inhibe la proliferación
de ciertas bacterias, su nivel alto o bajo es dependiente de la presencia de
asidos y otros compuestos como el NH3. La adición de calcio en los
tratamientos 2 y 4 se vio reflejada a lo largo de toda la fermentación en
comparación con los tratamientos 1 y 3 que no tenían, siendo así que se vio
favorecida la producción de levaduras (grafica 2).
Según los valores estimados, de la h 0 a la h 48 de FES, el pH del t1 se
vio afectado de 4.91 h0 a 4.67 en la h48. El pH del t2 se incremento de 4.87
h0 a 5.05 en la h12 con la adición del calcio y posteriormente se redujo a 4.55
h48. El t3 puedo mantenerse estable hasta la h6 y se vio afectado a 4.36 h48.
El t4 se mejoro de 4.73 h0 a 4.3 h12 con la adición de calcio y posteriormente
se vio ligeramente afectado hasta llegar a los 4.45 h48.
35
Temperatura por tratamiento en las diferentes horas
0 6 12 24 48
T1 26.6 24.4 25.5 24.3 23.0
T2 20.3 20.6 22.7 22.4 22.5
T3 20.8 23.3 24.7 23.0 22.4
T4 20.5 20.9 24.5 23.2 20.9
Grafica 1. Comportamiento de la temperatura durante la fermentación.
36
pH por tratamientos en las diferentes horas
0 6 12 24 48
T1 4.91 4.61 4.54 4.56 4.67
T2 4.87 4.97 5.05 4.74 4.55
T3 4.91 4.91 4.70 4.60 4.36
T4 4.73 4.75 4.83 4.47 4.45
Grafica 2. Comportamiento del pH en las diferentes horas de
fermentación.
37
38
En algunos sustratos, la disminución de pH está relacionada con el
incremento de la concentración de ácidos orgánicos; la producción de ácidos
orgánicos que es el resultado del consumo de carbohidratos de fácil
fermentación (Calderón et al., 2005). El incremento de pH está relacionado
directamente con la producción de NH3 y con una menor producción de ácidos
orgánicos.
El incremento de pH en los tratamientos 2 y 4 fue favorecido por la
aportación del calcio hasta la h12, por lo que hubiera sido conveniente utilizar
otra fuente de calcio para mantener estable el pH a lo largo de la fermentación,
ya que los tratamientos que no tenían calcio los pH se mantuvieron bajos en
comparación con los otros tratamientos, ya que es de vital importancia en este
tipo de fermentaciones mantener el pH arriba de 5 para obtener una mejor
fermentación.
Conteo de Levaduras (CL). La concentración más alta de levaduras se
observo en el t3 y t4 que contenían el inoculo de levaduras, siendo de 8.6*107
cel*ml/L en el t3 en la h12 y para el t4 de 8.5*107 cel*ml/L en la h12, mientras
que el t1 y t2 que no se le aplico el inoculo fue mucho menor, con 1.7*107
cel*ml/L para el t1 a la h48 y 2.1*107 cel*ml/L en la h48.
El crecimiento de algunos microorganismos que se encuentran presentes
de manera natural en diferentes tipos de sustratos, se ve potencializado por la
presencia de carbohidratos fermentables, iniciando así con el proceso de FSS
cuando hay condiciones de presencia de oxigeno disuelto en el medio y otros
nutrientes como el NNP. En este caso las levaduras son más favorecidas por
NNP que fue aportado por la urea y el sulfato de amonio (Elías et al., 1990). El
39
calcio también pudo favorecer la fermentación y la producción de levaduras en
los tratamientos 2 y 4 ya que los pH fueron más estables que el de los
tratamientos 1 y 3 (grafica 3). Cabe mencionar que el aporte del inoculo en los
tratamientos 3 y 4 si contribuye a mejorar la fermentación del nopal, aunque
hubiera sido mejor si hubiéramos agregado algo de melaza de caña y salvado
de trigo para estimular el crecimiento de las levaduras y aumentar la materia
seca del nopal.El incremento en la calidad nutritiva de algunos sustratos
fermentados, se puede atribuir en gran parte al incremento de la población de
levaduras, es conocido desde hace décadas que su valor proteico es alto.
Cabe mencionar que el nopal tiene sus propias levaduras y sus propios
microorganismos que ayudarían a fermentar el nopal de una manera natural,
por lo que bastaría agregar Urea, Sulfato de amonio y minerales para obtener
una fermentación y una producción de levaduras del nopal.
Nitrógeno Amoniacal (NH3). Se observo diferencia entre tratamientos
(Graficas 4). En este trabajo, de la h0 a la h48 de la FES, la concentración de
NH3 en los tratamientos se incremento de 0.25 a 0.35 mM/ml en el t1, para el
t2 de 0.37 a 0.88 mM/ml, para el t3 de 0.45 a 0.42 mM/ml y para el t4 de 0.14 a
0.39 mM/ml indicando actividad de los microorganismos ureoliticos. El NH3
como compuesto puede ser utilizado por ciertos microorganismos que no
hidrolizan la urea agregada, como resultado de esto, la cantidad de algunos
microorganismos presentes en los sustratos fermentados se puede incrementar
(Valiño et al., 2002).La urea añadida a los sustratos en procesos de FES, es
transformada a NH3 por efecto de especies microbianas ureoliticas (Valiño et
al., 2002; Calderón et al., 2005), si el sustrato tiene un aporte energético bajo,
40
Levaduras por tratamientos en las diferentes horas
0 6 12 24 48
T1 7.8E+06 1.1E+07 1.2E+07 1.6E+07 1.7E+07
T2 8.9E+06 1.1E+07 1.2E+07 1.6E+07 2.1E+07
T3 3.0E+07 3.2E+07 8.6E+07 5.3E+07 5.4E+07
T4 3.7E+07 5.4E+07 8.5E+07 6.3E+07 4.5E+07
41
Grafica 3. Producción de levaduras en los diferentes sustratos y con las
diferentes levaduras durante el tiempo de fermentación.
42
Amoniaco por tratamientos en las diferentes horas
0 6 12 24 48
T1 0.25 0.26 0.27 0.34 0.35
T2 0.37 0.49 0.66 0.88 0.53
T3 0.45 0.38 0.29 0.42 0.40
T4 0.14 0.26 0.39 0.33 0.36
Grafica 4. Comportamiento del Amoniaco por tratamiento a diferentes tiempos
de fermentación.
43
los microorganismos no pueden incorporarlo en la formación de aminoácidos
para su crecimiento o lo hacen en una proporción baja. Cuando se tiene un pH
bajo, el NH3 producido es retenido en el sustrato (Rodríguez et al., 2001). El
NH3 también puede producirse por actividad desaminativa (Calderón et al.,
2005).
Cabe señalar que el comportamiento del pH es algo similar con el
incremento del NH3 en la fermentación del nopal mas no con la producción de
levaduras levaduras, al parecer la disponibilidad de NH3 en los tratamientos de
nopal se vio afectado por el pH.
Ácido Láctico (AcL). Se observo diferencias por tratamiento sobre la
concentración de AcL en BH; su comportamiento fue distinto en cada
tratamiento (grafica 5). En el t4 fue mayor la cantidad de AcL en la h12 la
concentración de AcL fue similar el comportamiento para el resto de los
tratamientos presentando un efecto claro a las 12h de iniciada la fermentación
entre tratamientos y similar para el resto de las horas de fermentación. El AcL
es producido por la metabolización de carbohidratos (Rodríguez et al., 2001), es
un indicador de la fermentación de forrajes en condiciones anaerobias (Madrid
et al., 1999) y es un producto común en el ensilaje del BM; en el cual se puede
empezar a acumular desde su almacenamiento (Anrique y Viveros, 2002).
En los tratamientos que contenía el inoculo de levadura (t3 y t4), se
deben haber creado micro áreas con condiciones de anaerobiosis como sucede
en la FES de mezclas de caña de azúcar con boniato (Rodríguez et al., 2001),
permitiendo la formación de AcL en los primeras horas de FES.
44
Acido Láctico por tratamientos en las diferentes horas
0 6 12 24 48
T1 9.17 11.55 19.42 23.71 43.82
T2 5.85 32.20 49.96 36.04 31.52
T3 5.17 29.08 29.57 46.55 75.14
T4 32.49 38.94 77.88 46.55 63.33
Grafica 5. Comportamiento del Acido Láctico en los tratamientos y en diferentes
horas de fermentación.
45
El pH bajo y su reducción, coincide con una mayor producción de AcL en
el t3 y t4. Una alta proporción de AcL puede ser tóxica y limitante para el
crecimiento de levaduras (Elías et al., 2001), esta condición pudo haber
afectado el contenido de levaduras en la fermentación del nopal.
Azucares Solubles (AS). Los grados Brix se miden en el cociente total
de sacarosa disuelta en un líquido. Una solución de 25 ° grados brix tiene 25 g
de azúcar (sacarosa) por 100 g de líquido o, dicho de otro modo, hay 25 g de
sacarosa y 75 g de agua en los 100 g de la solución.
En este trabajo la finalidad de la variable azucares disueltos, nos brinda
información muy útil ya que al observar el comportamiento de los azucares
disponibles en el medio liquido, entendemos mejor como es el comportamiento
de las levaduras en los diferentes sustratos, y en los diferentes tiempos que se
multiplican las levaduras (Grafica 8). El comportamiento de los azucares en la
fermentación fue distinto por tratamientos, esto coincide con el comportamiento
de producción de levaduras, en donde se muestra una clara apreciación de
cómo los azucares juegan un papel importante en la producción de levaduras;
sien do así que la disminución de azucares se manifiesta a las 12h de
fermentación para los tratamiento 1 y 4 mientras que para los tratamientos 2 y 3
tiene una tendencia similar hasta la 48h de fermentación. Este mismo
comportamiento está muy ligado en la misma trayectoria que siguió el acido
láctico.
46
Comportamiento de Azucares Solubles
0 6 12 24 48
T1 8.0 8.0 7.0 5.0 4.0
T2 6.0 6.0 6.0 6.0 5.0
T3 8.0 7.0 6.0 6.0 5.0
T4 7.0 7.0 5.0 4.0 4.0
Grafica 6. Comportamiento de la perdida de azucares durante el periodo
de fermentación.
47
Proteína Cruda (PC) Durante la FES, la PC de los diferentes
tratamientos se incremento (Calderón et al., 2005; Ibarra et al., 2002; Joshi y
Sandhu, 1996). Esta variable, mostró un comportamiento similar para los
diferentes tratamientos durante la FES. El comportamiento para el tratamiento
control también fue ascendente iniciando a la h0 con un valor de 7.17 y fue
aumentando durante el tiempo de la fermentación hasta llegar a la h48 con un
valor de 9.50 de una manera natural utilizando puro nopal y utilizando la
aireación para que los microorganismos que contiene el nopal y sus levaduras
pudieran desarrollarse.
Los valores de concentración de PC más altos se encontraron en la h12
de FES, en el t3 con un valor de 17.33 mientras que los valores de
concentración de PC para los demás tratamientos en la h24 fue de 16.43 para
t1, siento este tratamiento el mas estable,15.84 para t2 y para t4 de 16.43 en la
h6. La PC en BS puede disminuir ligeramente debido a una pérdida de NH3 por
volatilización (Rodríguez et al., 2001), esto pudo haberse en este experimento,
ya que la disminución en la concentración de PC, coincide con el incremento de
NH3 en BH.
La fermentación del nopal por medio de esta técnica mostro excelentes
resultados al incrementar de una manera significativa el valor de proteína en
comparación con el tratamiento control que solo fue aireado, la adición del
inoculo de levaduras mostro excelentes resultados desde la h0 para los
tratamientos 3 y 4 (grafica 9).
48
PC por tratamientos en las diferentes horas
0 6 12 24 48
T1 11.95 16.43 16.43 16.43 15.54
T2 10.46 13.45 14.94 15.84 14.94
T3 14.34 15.54 17.33 16.43 17.03
T4 15.24 16.43 15.24 16.14 15.84
Control 7.17 7.50 8.15 9.00 9.50
49
Grafica 7. Comportamiento de la PC durante la fermentación en los diferentes
tratamientos y en las diferentes horas.
50
Materia Seca (MS) La concentración de MS, puede indicar en la FES el
tiempo en que se puede obtener un producto fermentado con posibilidad de
almacenarse. Al llevar a cabo una FES de nopal para obtener la sopa de nopal
a gran escala, el proceso debe ser detenido por deshidratación para poder
almacenar el producto; el momento ideal para detener el proceso, puede ser
determinado en función a la concentración de PC o PV, ya que este es uno de
los mejores indicadores de la síntesis microbiana de proteína (Rodríguez et al.,
2001), los resultados de esta variable para el nopal en MS fue de 10.57.
Es conocido que los sustratos pierden MS durante la FES (Hang et al.,
1981; Peñaloza et al., 1985; Rolz et al., 1986; Joshi y Sandhu, 1996; Rodríguez
et al., 2001b; Ruíz et al., 2002; Calderón et al., 2005) provocando un incremento
en la concentración relativa en BS de algunos componentes, como por ejemplo
la fibra, proteína cruda (Rodríguez et al., 2001b) y la concentración de cenizas
(Peñaloza et al., 1985; Joshi y Sandhu, 1996).
51
CONCLUSIONES
De acuerdo a los resultados obtenidos en la presente investigación y a
los objetivos propuestos se concluye:
El nopal forrajero sometido a la fermentación en estado sólido (FES)
incremento significativamente su valor de proteína de un 7.17 a 17.33% de PC,
siendo una excelente alternativa para ser usado en la alimentación animal y
reducir de una manera importante los consumos de agua.
La sopa de nopal producida bajo este tipo de fermentación contribuirá de
una manera significativa en los animales alimentados a base de pasto, ya que
contribuirá a reducir costos de producción, utilizando la sopa de nopal como un
alimento proteico.
La principal causa que limita el consumo de nopal en borregos es su alto
contenido de agua, aunque en condiciones de sequía esto puede representar
una ventaja, ya que se ha observado que los borregos pueden estar
consumiendo nopal fresco por varios meses sin tener acceso a agua de bebida,
por lo que será necesario incrementar en la fermentación del nopal la materia
seca para obtener mejores resultados.
El inoculo de levaduras y el calcio favoreció la fermentación del nopal
incrementando el valor proteico del nopal y reducir el periodo de fermentación
52
de 48 a 12 horas.
Uno de los problemas fundamentales que impiden el desarrollo de la
industria ganadera nacional, es la escasez de forraje por lo que el nopal
sometido a un proceso de fermentación puede ser la solución para producir
carne y leche a un costo menor y reducir los consumos de agua en las zonas
áridas de nuestro país.
Una característica importante en la utilización de las levaduras en la
fermentación del nopal y en la nutrición animal, es que estabilice y optimice la
función del sistema digestivo del animal, el beneficio directo es que el ganadero
logre un mejor comportamiento productivo de su ganado, mientras que las
ventajas que se pueden mencionar son: Mayor resistencia a enfermedades
infecciosas, mayor aprovechamiento de los pastizales y del potencial genético
del animal. Con la fermentación del nopal pretendemos reducir el periodo de
engorda y el ganado mejore la conversión alimenticia (menos alimento para
lograr el peso deseado).
Sera conveniente seguir trabajando con el nopal y buscar más
alternativas que incrementen su valor proteico y mejorar su nivel energético,
con la finalidad de conseguir un producto proteico energético que nos permita
suplementar animales en agostaderos.
53
BIBLIOGRAFIA
Alvídrez, A. González, B. E. Martínez, Z. Tendencias en la producción de alimentos funcionales. 2002. Facultad de Salud Publica y Nutrition. Universidad Autónoma de Nuevo León. Vol. 3 No.3 Disponible en http://www.uanl.mx/publicaciones/respyn/iii/3/ensayos/alimentos_funcionales.html accesado el 30/Sep/2009
A.O.A.C. 1990. Official Methods of Analysis. 15ª Edición. Association of Official Analytical Chemists. Arlington, Virginia. Estados Unidos de América.
Anaya, M., Bautista R. 2008. El nopal forrajero en México del siglo XVI al siglo XX. Programa Universitario de Ciencias Sociales y Humanidades. Universidad Autónoma de Chapingo. Volumen 5, Numero 2. Pp. 167-171
Anrique G., R. y M. P. Viveros. 2002. Efecto del Ensilado Sobre la
Composición Química y Degradabilidad Ruminal de la Pomasa de Manzana. Arch. Med. Vet. 34(2):189-197. Disponible en http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0301-732X2002000200005&lng=es&nrm=iso. Accesado el 06/Oct/2009.
Aranda, O. G. 2006. Enriquecimiento del nopal para el ganado. V Simposium- Taller sobre Producción y Aprovechamiento del Nopal en el Noreste de
México. Marín Nuevo León, México. Bravo, H. H. 1978. Las cactáceas de México. Tomo I. Universidad Nacional
Autónoma de México. Ciudad Universitaria. México, D. F. pp67-71, 147, 334.
Barrientos P., F. 1969. El nopal y su utilización en México. Rev. Soc. Méx. Hist. Nat. 26; México. Pp. 87 – 94.
Bazant, J. 1980. Cinco Haciendas Mexicanas. El Colegio de México. México.
230 p. Becerra, B. A. 2006. Aprovechamiento de subproductos de manzana mediante
la producción de proteína microbiana con fermentación en estado sólido para la alimentación animal. Tesis Doctoral. Facultad de Zootecnia. Universidad Autónoma de Chihuahua. Chihuahua, Chih. Mex.
Calderón A., J. O., A. Elías I. y M. Valdivie N. 2005. Dinámica de la
Fermentación en Estado Sólido de las camas de Cascarilla de Café en Inicio de Ponedoras Inoculadas con Vitafert. Revista Electrónica de Veterinaria REDVET. 6(5). Disponible http://www.veterinaria.org/revistas/redvet/n050505/050521.pdf. Accesado el 18/Oct/2009.
54
Carranza, S. J. A. 2001. Caracterización morfológica del cladodios de Opuntia spp. Del campo experimental de la URUZA. U. A. Ch. Tesis profesional. Chapingo. Mex. Pp 82.
Díaz P., D. 2006. Producción de Proteína Microbial a Partir de Manzana de
Desecho Adicionada con Urea y Pasta de Soya. Tesis de Maestría. Facultad de Zootecnia. Universidad Autónoma de Chihuahua. Chihuahua. México.
Delgado H., J. y J. Delgado S. 1997. Evaluación de las cualidades forrajeras de cinco variedades de nopal Opuntia spp. para Aguascalientes. Memorias del VII Congreso Nacional y V Congreso Internacional sobre conocimiento y aprovechamiento del nopal.
Elías, A., O. Lezcano, P. Lezcano, J. Cordero y L. Quintana. 1990. Reseña
Descriptiva sobre el Desarrollo de una Tecnología de Enriquecimiento Proteico de la Caña de Azúcar Mediante Fermentación en Estado Sólido (Saccharina). Revista Cubana de Ciencia Agrícola. 24(1):3-12.
Elias, A. y Lezcano, O. 1993. Efecto de la fuente de N y algunos factores de
crecimiento en la población de levaduras que se establece en la Producción de Saccharina. Rev. Cubana de Cienc. Agric. 27:227.
Elias, A. 2007. Estrategia para la producción de alimentos para animales a
través de procesos biotecnológicos sencillos que protejan el medio ambiente. II Congreso Internacional de Producción Animal Tropical. La Habana, Cuba.
Flores V., C. A., y J. R. Aguirre R. 1979. El nopal como forraje. Universidad
Autónoma Chapingo, México. 91 Pp. Flores V., C.A. y J.R. Aguirre R. 1992. El nopal como forraje. Universidad
Autónoma Chapingo. México. 80 p. Segunda Reimpresión Flores V., C. A., J. R. Aguirre R. 1992. El nopal como forraje. (2ª ed).
Universidad Autónoma de Chapingo. Texcoco, Tex. México. 77 p. Fuentes, R., J. M. Jiménez, C., L. Suárez, G., L. Torres, H., M. Murillo, S., M.E.
López, G., J. y Ortiz, D., B. (2003). Evaluación nutricional de cuatro especies de nopal (Opuntia spp) forrajero. 1Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro. Buenavista, Saltillo, Coahuila, México.
Guevara-Arauza, J.C., 2009. Tecnología Postcosecha y uso medicinal del nopal
y la tuna. Editorial Trillas, México, D.F. En prensa. Gutiérrez, E., Vázquez, R. 2005. Uso del nopal en la alimentación de ovinos.3er
Ciclo de conferencias, La producción ovina en Nuevo Leon. P. 30-33
55
Gutiérrez, F., C. Rodríguez, H. García, A. García, O. Ruiz y J. Jiménez. 2007. Alimento producto de la FES de subproductos de manzana en dietas para vacas Holstein en producción.
Hang, Y. D., C. Y. Lee, E. E. Woodams y H. J. Cooley. 1981. Production of
Alcohol from Apple Pomace. Applied and Environmental Microbiology. 42(6):1128-1129.
Hernández, R.J. 1995. Degradabilidad de la materia seca, proteína cruda, y
carbohidratos estructurales de cuatro gramíneas forrajeras. Tesis Profesional. UAAAN. Buenavista, Saltillo, Coahuila, México. Pp 67.
Ibarra, A., Y. García, E. Valiño, J. Dustet, N. Albelo y T. Carrasco. 2002.
Influence of Aeration on the Bioconversion of Sugarcane Bagasse by Trichoderma viride M5-2 in a Static Bioreactor of Solid Fermentation. Cuban Journal of Agricultural Science. 36(2):152-158.
INEGI. 2001. Carta topográfica. Anuario estadístico del estado de Chihuahua.
Gobierno del Estado. Joshi, V. K. y D. K. Sandhu. 1996. Preparation and Evaluation of an Animal
Feed Byproduct Produced by Solid-State Fermentation of Apple Pomace. Bioresource Technology. 56:251-255.
Madrid, J., A. Martínez-Teruel, F. Hernández y M. D. Megías. 1999. A
Comparative Study on the Determination of Lactic Acid in Silage Juice by Colorimetric, High-Performance Liquid Chromatography and Enzymatic Methods. Journal of the Science of Food and Agriculture. 79:1722-1726.
Marroquín, J. S. 1964. Estudio ecológico y dasonómico de las zonas áridas del
Norte de México. INIF. Publicación Especial. México, D. F. pp 166. Márquez, E. 1986. San Luis Potosí. Textos de su historia. México, Instituto de
Investigaciones Dr. José María Luis Mora. 548 p. Merhez, A. Z., E. R. Orskov. 1977. A Study of the artificial fiber bag technique
for determining the digestibility of feeds in the rumen. J. Agric. Sci. (Camb) 88:645-650.
Peñaloza, W., M. R. Molina, R. Gómez-Brenes y R. Bressani. 1985. Solid-
State Fermentation: an Alternative to Improve the Nutritive Value of Coffee Pulp. Applied and Environmental Microbiology. 49(2):388-393.
Ramirez L. R.G., G.F. Alanis, F. y Ma. Nuñez G. 2000.Dinamica estacional de la
digestiónruminal de la materia seca del nopal. Ciencia UANL. 3(3):267-273.
56
Rodríguez, Z., A. Elías, R. Bocourt y O. Núñez. 2001. Efectos de los Niveles de Nitrógeno Ureico en la Síntesis Proteica Durante la Fermentación de Mezclas de Caña (Saccharum officinarum) y Boniato (Ipomea batata Lam.). Revista Cubana de Ciencia Agrícola. 35(1):29-36.
Rodríguez, Z., R. Bocourt, A. Elías y M. Madera. 2001b. Dinámica de
Fermentación de Mezclas de Caña (Saccharum officinarum) y Boniato (Ipomea batata). Revista Cubana de Ciencia Agrícola. 35(2):147-151.
Romero, F. 1990. Utilización de la técnica de digestión in situ para la
caracterización de forrajes. Nutrición de Rumiantes. Guía Metodológica de Investigación ALPARISPA. Editorial IICA, San José Costa Rica. pp 100-105.
Rolz, C., R. de León, M. C. de Arriola y S. de Cabrera. 1986. Biodelignification
of Lemon Grass and Citronella Bagasse by White-Rot Fungi. Applied and Environmental Microbiology. 52(4):607-611.
Ruíz, C. J., M. Ruíz, G. Ruíz y V. Torres. 2002. Effect of Inclusion of
Ammonium Sulfate on the Elaboration of Rustic Saccharina. Cuban Journal of Agricultural Science. 36(2):147-152.
Sáenz, C. 2004. Compuestos funcionales y alimentos derivados de Opuntia
spp. p. 211-222. In: Esparza, G.,Valdez, R. y Mendez, S. eds. El Nopal, Topicos de actualidad. Universidad Autonoma de Chapingo, Mexico.
Sáenz C., Corrales, J., Galleti, L., Garcia de Cortázar, V., Higuera, I.,
Mondragón C., Rodríguez-Felix, A., Sepúlveda, E. y Varnero, M.T., 2006. Utilización Agroindustrial del nopal. Boletín de Servicios Agrícolas de la FAO, No. 162.
Stintzing, F.C. y Carle, R., 2005. Review Cactus stems (Opuntia spp.): A review
on their chemistry, technology, and uses. Molecular Nutrition Food Research, 49, 175-194.
Sloan, E. 2000. The Top Ten Functional Food. Food Tech. 54 (4):33-62 Taylor, K. A. C. C. 1996. A Simple Colorimetric Assay for Muramic Acid and
Lactic Acid. Applied Biochemistry and Biotechnology. 56:49-58.
Kaerger, K. 1986. Agricultura y Colonización en México en 1900. México, Universidad Autónoma Chapingo-Centro de Investigaciones y Estudios Superiores en Antropología Social. 350 p.
Valiño, E., A. Elias, V. Torres y N. Albelo. 2002. Study of the Microbial
Contenton Fresh Sugar Cane Bagasse as Substrate for Animal Feeding by Solid State Fermentation. Cuba Journal of Agricultural Science.
57
36(4):359-364. Velázquez, E. 1998. El nopal y su historia. México, Clio, Libros y Videos. 96 p. Vázquez A., R. E. y C. Gallegos V. 1997. Banco de Germoplasma de Nopal
para las condiciones ambientales del estado de Nuevo León. VII Congreso Nacional y V Congreso Internacional sobre el Conocimiento y Uso del Nopal (Memorias). Marín,N.L
