Inclusión de vinaza de caña y su efecto sobre el perfil de fermentación y calidad nutricional del ensilaje de pasto Maralfalfa (Penissetum sp)

S A Vargas, R R Noguera¹ y S L Posada

Departamento de Producción Animal, Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín. Calle 59A No 63 - 20, Medellín (Colombia)
ricnoguera@gmail.com
¹ Universidad de Antioquia, Facultad de Ciencias Agrarias - Grupo de Investigación en Ciencias Agrarias - GRICA, AA 1226, Medellín, Colombia

Resumen

Este trabajo tuvo por objetivo evaluar el efecto del nivel de inclusión y la concentración de vinaza de caña (Saccharum oficinarum) sobre el proceso de fermentación y calidad nutricional del ensilaje de pasto Maralfalfa (Penissetum sp). En la elaboración de los ensilajes se utilizó pasto Maralfalfa (Pennisetum sp.) cosechado manualmente a una edad de 60 días. Los tratamientos consistieron en evaluar tres niveles de inclusión ( 3, 6 y 9%) con tres concentraciones diferentes (20, 30 y 40%) más un tratamiento control sin vinaza.

La inclusión de vinaza incrementó las concentraciones de proteína y redujo los contenidos de constituyentes de la pared celular en los ensilajes. Los bajos contenidos de nitrógeno amoniacal, ácido acético y butírico en los ensilajes con vinaza fueron un indicativo de que la vinaza limitó la actividad microbiológica durante el proceso fermentativo. La vinaza de caña a pesar de su carácter ácido, no tuvo efecto sobre los valores finales de pH en los ensilajes. El aporte de azúcares y aminoácidos de la vinaza habría promovido el crecimiento microbiano y como consecuencia de esa mayor actividad, una rápida acidificación del medio que permitió obtener ensilajes de excelente calidad. Niveles de inclusión de hasta un 9% de vinaza permitieron obtener ensilajes de excelente calidad a pesar de los altos contenidos de humedad del forraje.

Palabras claves: aditivos, conservación del forraje, inhibidores de la fermentación

Inclusion of sugarcane vinasse and its effect on fermentation profile and nutritional quality of Maralfalfa grass (Penissetum sp) silage

Abstract

The aim of this study was to evaluate the effect of inclusion level and the concentration of sugarcane vinasse on fermentation and nutritional quality of Maralfalfa (Penissetum sp) silage. The grass used was harvested manually at 60 days of age. Treatments consisted of three levels of inclusion (3, 6 and 9%) with three different concentrations (20, 30 and 40%) and a treatment control, without vinasse.

The inclusion of vinasse led to increased protein concentration and reduced cell wall constituents in the silage . The low content of ammonia nitrogen and the reduced concentration of acetic and butyric acid in the silages with vinasse indicate that vinasse reduced the microbiological activity during the fermentation process. The sugarcane vinasse despite its acidic condition, had no effect on the pH values in the silages. The contribution of sugars and amino acids from stillage may have favored microbial growth and caused a rapid acidification of the medium, facilitating the conditions for high quality silage. Levels of vinasse of 9% led to excellent quality silage.

Keywords: additives, fermentation inhibitors, forage preservation

Introducción

El ensilaje consiste en una estrategia de planificación forrajera que permite al productor preservar recursos alimenticios en el tiempo, para satisfacer las exigencias nutricionales de los rumiantes y sostener la oferta de forraje con pérdidas mínimas de materia seca y máxima calidad nutricional (Garcés et al 2004). El éxito del proceso de conservación radica en una vertiginosa caída del pH mediada por la presencia de azúcares de rápida fermentación presentes en el forraje. El pH ácido inhibe el crecimiento microbiano y consecuentemente la descomposición del material ensilado.

En los ensilajes, altos contenidos de ácido acético y butírico están relacionados con una desaceleración en la caída del pH que se corresponden con la actividad prolongada de enterobacterias, bacterias heterofermentativas y clostridios, los cuales acarrean perdidas de materia seca y energía del material ensilado (Muck y Bolsen 1991). Diferentes estrategias para provocar una rápida reducción del pH en el ensilaje pueden ser utilizadas, entre ellas están la adición de ácidos orgánicos, cultivos microbianos y la incorporación de carbohidratos de rápida fermentación.

Los aditivos acidificantes han sido empleados buscando producir una rápida y estable condición ácida que inhiba el deterioro aeróbico y microbiano, principalmente en forrajes con alta humedad y bajo contenido de carbohidratos solubles (Schroeder 2004; McKersie 1985). En ese sentido, la vinaza de caña ( Saccharum oficinarum) como residuo líquido de la destilación del etanol, presenta características físico químicas y composicionales como la alta acidez (pH 3.8-4.5), azúcares residuales (37% de la MS) y aminoácidos (1.6% de la MS) , que le confieren un alto potencial para su aprovechamiento y aplicación como aditivo en la elaboración de ensilajes destinados para la alimentación de rumiantes (Devendra y Göhl 1970).

Es bien conocido el efecto adverso del contenido de agua del material ensilado sobre el proceso de fermentación y calidad del producto final. En este sentido, la inclusión de vinaza en el ensilaje estaría limitada por su alto contenido de agua. La deshidratación de la vinaza es un proceso costoso con un elevado gasto energético que inviabiliza su utilización como aditivo. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto del nivel de inclusión y la concentración de vinaza de caña (Saccharum oficinarum) sobre el proceso de fermentación y calidad nutricional del ensilaje de pasto Maralfalfa ( Penissetum sp).

Materiales y métodos

Ensilaje y análisis químico

El estudio se realizó en la hacienda “El Progreso”, perteneciente a la Universidad de Antioquia y ubicada en el municipio de Barbosa (Antioquia). Sus condiciones medio ambientales son: altitud de 1350 msnm, temperatura promedio de 24°C, humedad relativa del 70% y precipitación anual de 1800 mm, por lo que se ubica en la zona de vida bosque húmedo premontano (bh-PM), de acuerdo con la clasificación de Holdridge (1947).

En la elaboración de los ensilajes se utilizó pasto Maralfalfa (Pennisetum sp.) cosechado manualmente a una edad de 60 días. Inmediatamente después de cosechado, el pasto fue picado en una picadora estacionaria, con un tamaño de partícula de 2 cm. Varias muestras del material picado fueron tomadas para luego realizar una muestra compuesta la cual fue secada y almacenada para posteriores análisis. El forraje picado fue homogenizado y fraccionado para su mezclado con la vinaza de acuerdo al tratamiento asignado. Las mezclas de forraje y vinaza fueron realizadas en base fresca. Se evaluaron tres niveles de inclusión (3, 6 y 9%) en tres concentraciones de vinaza (10, 20 y 30%) (v/v). Se utilizó como control un tratamiento sin adición de vinaza (Tabla 1).

 La vinaza empleada en este estudio provino de la Fabrica de Licores de Antioquia, empresa dedicada a la producción de alcoholes. La vinaza fue concentrada al 80% mediante tratamiento con calor y presión antes de su utilización.

Una vez realizada la mezcla, el material fue ensilado en silos de laboratorio confeccionados con tubos de "PVC" de 10 cm de diámetro, 40 cm de largo y un volumen de 3.1 litros. Para garantizar homogeneidad en las condiciones de anaerobiosis y fermentación, antes del sellados de los silos, la masa ensilada fue pesada con el propósito de que todos los silos tuvieran densidades semejantes. Finalmente, los silos fueron cerrados con tapas “PVC”, pesados, marcados y sellados con cinta adhesiva.

Los tubos de PVC fueron abiertos treinta días después del ensilaje. El material ensilado se exprimió para obtener una muestra líquida sobre la cual fue determinado el pH y la concentración de nitrógeno amoniacal (N-NH3) por el método de Kjeldahl (AOAC 2005). Después de estas determinaciones el liquido restante (20 ml, aprox.) fue acidificado con ácido sulfúrico al 96% hasta lograr un pH entre 2.0 y 2.5, y almacenado a una temperatura entre 0 y 4 °C para posterior determinación de los ácidos grasos volátiles (AGV) (acético, propiónico y butírico) por cromatografía gaseosa, según el procedimiento descrito por Packett y McCune (1965).

La parte sólida de los ensilajes junto con el material de forraje original fueron secados en estufa de ventilación forzada (65°C, 48 h). Las muestras fueron molidas a través de criba de 1 mm y se determinaron las concentraciones de materia seca (MS) (934.01 AOAC 2005), fibra detergente neutra (FDN) y fibra detergente acida (FDA) (Robertson y Van Soest 1981), hemicelulosa por diferencia entre FDN y FDA, proteína cruda (PC) por el método de Kjeldahl (984.13 AOAC 2005), nitrógeno insoluble en detergente ácido (NIDA) (Sniffen et al 1992) y cenizas por incineración a 550°C por 4 horas (Ayala 2004).

Análisis estadístico

Fue verificado el cumplimiento de normalidad utilizando la prueba de Kolmogorov Smirnov y para analizar la homocedasticidad de las varianzas en cada variable estudiada, se realizó el test de Bartlet (1937). El análisis indicó que los datos siguen una distribución normal y por tanto las varianzas de los errores son constantes, con excepción de los valores observados de AGV como proporción de los AGVT y como proporción de la MS. Para ello, se utilizó el procedimiento de transformación logarítmica como medida correctiva para minimizar la desviación de las variables de la distribución normal.

Para determinar el efecto de la inclusión y concentración de vinaza sobre el perfil de fermentación y la composición química del material ensilado, se utilizó un arreglo factorial 3 x 3 + 1 (tres niveles de inclusión x tres niveles de concentración más un control), con 5 repeticiones por tratamiento. El modelo estadístico planteado fue:

Y_ijk: µ + V_i + C_j + (V * C)_ij + ε_ijk i= 1,…,a; j=1,…,b; k=1,…,n

Dónde:

Y_ijk = Observación k en el i-ésimo nivel de inclusión de vinaza y la j-ésima concentración de vinaza

µ= Media general

V_i= Efecto del i-esimo nivel de inclusión de la vinaza

C_j= Efecto de la j-esima concentración de vinaza

(V_i * C_j)_k = Efecto de la interacción entre el i-esimo nivel de inclusión y la j-esima concentración de vinaza

ε_ijk = Error aleatorio con media 0 y varianza σ²

a= niveles de inclusión de vinaza; b= niveles de concentración de vinaza; n= número de observaciones para cada combinación nivel de inclusión de vinaza x concentración de vinaza

Los efectos simples y su interacción fueron analizados empleando los procedimientos PROC GLM y PROC MIXED del programa SAS (2001). La comparación de medias se realizó por medio de la prueba de Tukey con un nivel de significancia del 5%. Fueron utilizados contrastes ortogonales para comparar las medias del grupo de tratamientos que contenían vinaza con el tratamiento control, utilizando para ello el procedimiento PROC GLM y las instrucciones CONTRAST y ESTIMATE del paquete estadístico SAS (2001).

Resultados

La composición química del pasto Maralfalfa y la vinaza son descritos en la Tabla 2.

 La inclusión de vinaza aumentó la concentración de MS en los ensilajes con respecto al tratamiento control (Tabla 3). Este mismo efecto se verificó al comparar los diferentes niveles de inclusión, donde los ensilajes con 9% de vinaza presentaron los mayores valores de MS. La concentración de la vinaza no tuvo efecto sobre los contenidos de MS del ensilaje.

Los valores de PC fueron mayores (p<0.05) en los ensilajes tratados con vinaza con respecto al promedio de los valores del tratamiento control (7.14 vs 6.0, respectivamente). El contenido de PC en los silos incrementó conforme aumento el nivel de inclusión de la vinaza (p<0.01). La concentración de la vinaza no tuvo efecto sobre el contenido final de PC dentro del silo (p>0.05). Con respecto al NIDA, la vinaza no incrementó esta fracción en los ensilajes, sin embargo pudo evidenciarse que mayores niveles de inclusión pueden incrementar significativamente ( p>0.05) el nitrógeno ligado a estructuras de la pared celular.

El contenido mineral en los ensilajes aumentó significativamente en función de la participación de la vinaza en el ensilaje y su nivel de inclusión ( p<0.01) (Tabla 3).

Con respecto a los componentes de la pared celular, la adición de vinaza redujo (p<0.01) las concentraciones de FDN (54.7%), FDA (29.9%) y hemicelulosa (24.9%) cuando comparada con los valores obtenidos para el tratamiento control para estas mismas fracciones (63.0, 34.0 y 29.0%, respectivamente). Esta reducción es atribuida a un efecto de dilución de la vinaza que aumenta conforme se incrementa su participación en el ensilaje. Al comparar las concentraciones de FDN y FDA determinadas a través del análisis químico de los ensilajes con las concentraciones teóricas (Tabla 4), puede observarse que los valores analíticos son superiores a los teóricos. El factor concentración y su interacción con el nivel de inclusión no tuvieron efecto sobre las concentraciones de FDN y hemicelulosa (p>0.05) (Tabla 3).

El efecto del nivel de inclusión y concentración de vinaza de caña (Saccharum oficinarum) sobre los parámetros fermentativos del ensilaje de pasto Maralfalfa (Penissetum sp), se describe en la Tabla 5.

 Los ensilajes con y sin vinaza tuvieron equivalentes valores de pH que variaron entre 4.2 y 4.25. Los niveles de inclusión del 3 y 9% lograron reducir significativamente los valores de pH (4.22 y 4.18, respectivamente) con respecto a los ensilajes con 6% de vinaza (4.37). La concentración de la vinaza y su interacción con el nivel de inclusión no tuvieron efecto sobre el pH final de los ensilajes.

Los ensilajes tratados con vinaza presentaron valores de N-NH3 menores (0.89%), con respecto al tratamiento control (1.28%) por efecto de la inclusión y concentración de la vinaza.  Los factores nivel de inclusión y concentración tuvieron efectos contrarios respecto a las concentraciones de N-NH₃. Conforme el nivel de inclusión aumentó, se registro una disminución en el valor de N-NH₃ pasando de 0.90% con el nivel de inclusión del 3% a 0.70% con el nivel de inclusión del 9%. En el caso de la concentración, el N-NH₃ aumentó a medida que la vinaza se incluyó en el silo con una mayor concentración (Tabla 5).

Las concentraciones de AGV (acético, propiónico y butírico) no fueron afectadas por la adición de vinaza en los ensilajes. Las concentraciones de ácido butírico no fueron afectadas por los factores nivel de inclusión de vinaza, concentración y su interacción. Los ácidos acético y propiónico solo fueron afectados por el nivel de inclusión de vinaza y mostraron una tendencia a reducir sus concentraciones conforme aumentó el nivel de inclusión de la vinaza (Tabla 5).

Discusión

La inclusión de vinaza en los ensilajes incrementó los contenidos de MS conforme aumentó la participación de la vinaza en el ensilaje. Este hecho era esperado dado el aporte de sólidos de este componente (Tabla 3). Hecho semejante ocurrió con las concentraciones de PC que incrementaron significativamente en los ensilajes con vinaza cuando se compararon con el tratamiento control (Tabla 3). McDonald et al (1991), sugiere que un ensilado de excelente calidad debe contener un valor de MS que oscile entre 35 a 40%. Sin embargo, en este trabajo, a pesar de obtener contenidos de MS por debajo del 30%, no se observaron en los ensilados colonias sobresalientes de microorganismos indeseables y malos olores como bioindicadores del deterioro del material ensilado.

Los contenidos de FDN, FDA y hemicelulosas cuando se comparan con los contenidos de estas mismas fracciones en el tratamiento control se redujeron un 26.2,% 30.8% y 8.7%, respectivamente. La adición de vinaza, un material con alta humedad y carente de fibra, fue la responsable de la reducción en las concentraciones de FDN y FDA por un efecto de dilución. El calculo de los valores esperados de FDN y FDA con base en la composición de los materiales ensilados (Tabla 4) permite evidenciar que el proceso de ensilaje concentra los componentes estructurales de la pared celular. Esta concentración es el resultado de la perdida de la MS por la fermentación de carbohidratos y proteínas por la microflora en el silo.

El considerable contenido de minerales presentes en la vinaza contribuyó a incrementar el contenido de cenizas en los ensilajes conforme aumentó su participación en el mismo (Tabla 3).

A pesar del carácter ácido de las vinazas, su adición al ensilaje no redujo significativamente los valores de pH (Tabla 5). Los valores para esta variable fluctuaron entre 4.15 y 4.56, valores que permitieron obtener ensilajes de buena calidad a pesar de los altos contenidos de agua del material original.

La actividad proteolítica dentro del silo fue reducida por la adición de vinaza (Figura 1). La proteólisis es inevitable durante el proceso de ensilaje, sin embargo factores como altos valores de pH, altos contenidos de agua y bajas temperaturas de fermentación favorecen la hidrólisis enzimática de esta fracción. De acuerdo con Devendra (1970) y Baez-Smith (2006) la vinaza de caña en su composición aporta aminoácidos, azúcares y posee una alta demanda bioquímica de oxigeno (cantidad de materia orgánica susceptible de ser consumida por medios biológicos) que se constituyen en sustratos energéticos para los microorganismos, favoreciendo su actividad, crecimiento y promoviendo la rápida caída en el pH en el silo, factor que finalmente es el responsable de la conservación del material ensilado. La rápida acidificación del medio habrían evitado la extensa proteólisis dentro del silo (Figura 1).

Figura 1. Efecto del nivel de inclusión de vinaza sobre las concentraciones de nitrógeno amonical en el ensilaje de pasto Maralfalfa

Se considera que las concentraciones ideales de ácidos acético y butírico en los ensilajes deben ser menos de 2.5% de la MS para el caso del acético y menos del 0.1% de la MS para el caso del ácido butírico. En este trabajo todos los ensilajes tuvieron concentraciones menores a los valores reportados como ideales, indicando un adecuado proceso de fermentación y conservación. La presencia de altas concentraciones de estos ácidos refleja la extensión de la actividad de clostridios bacterias lácticas heterofermentatibas y enterobacterias, de igual manera se asocian con ensilajes que presentan grandes perdidas de MS y energía (McDonald et al 1991). Inadecuados procesos fermentativos también son asociados a perdida de palatabilidad del material ensilado y reducciones en el consumo voluntario (Muck y Bolsen 1991).

El ácido acético en los ensilados se presenta como producto secundario del catabolismo de las bacterias epifíticas (BAC) y por efecto de flora indeseable como Bacillus spp (aerobias facultativas) o especies de heterofermentadores obligatorios (Pediococcus damnosus y Lactobacillus ruminis), Acetobacter spp., mohos y listeria que fermentan un amplio rango de carbohidratos produciendo ácidos orgánicos (acetatos, lactatos y butiratos), etanol, CO₂, 3-butanodiol o glicerol. (Hammes et al 1992; Schleifer y Ludwig 1995).

Conclusiones

• La vinaza de caña a pesar de su carácter ácido, no tuvo efecto sobre los valores finales de pH en los ensilajes.
  
  
• Niveles de inclusión de hasta un 9% de vinaza permitieron obtener ensilajes de excelente calidad a pesar de los altos contenidos de humedad del forraje.

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Received 2 October 2014; Accepted 14 November 2014; Published 1 December 2014

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