Efecto de la adición de urea y el tipo de fermentación en la estabilidad de silajes de Caña de Azúcar
Jorge A. Borges Yanireth Bastardo Espartaco Sandoval Mariana Barrios Rogelio Ortega Scielo
RESUMEN
Se estudió el efecto de la adición de 1%, 2% y 3% de urea y dos fermentaciones (FAe= aeróbica y FAn= anaeróbica), sobre parámetros fermentativos y microbiológicos en microsilos con caña de azúcar, confeccionados en bolsas de polietileno negro de capacidad 3 Kg.
Los tratamientos evaluados fueron: caña sola (testigo) y caña adicionada con 3 niveles de urea en función del peso fresco, sometidos a 2 fermentaciones durante 30 d.
Se evaluaron las variables Materia Seca (MS), nitrógeno amoniacal (N-NH3), pH y recuento de flora fúngica, estos dos últimos a las 0, 24 y 48 h de exposición aeróbica post-fermentación.
Se utilizó un diseño factorial 4 x 2 (4 tratamientos x 2 fermentaciones) con 3 repeticiones.
Los datos obtenidos fueron procesados a través del programa estadístico InfoStat.
Se observó mayor porcentaje de MS con la adición de urea al 1% bajo ambas fermentaciones (FAn= 23,02% y FAe= 26,45%), disminuyendo a medida que se incrementó el nivel de urea en los microsilos.
En cuanto al porcentaje de N-NH3 se evidenció un ascenso a medida que se aumentó los niveles de urea, obteniéndose los mayores valores para FAn (2,13%) y FAe (1,45%) al adicionar urea al 3%.
Fueron encontrados valores de pH aceptables para la FAn (3,43; 4,38 y 4,54), después de ser sometida la masa ensilada a condiciones aeróbicas durante 0, 24 y 48 h respectivamente, mientras que para FAe (3,26; 3,93 y 5,90) llegó a niveles cercanos a la neutralidad transcurridas 48 h.
En cuanto al desarrollo fúngico, se corroboró el efecto fungistático de la urea a partir del 1% de concentración, aún cuando el silo estuvo expuesto al aire por 48 h, siendo Aspergillus sp. la especie más resistente a los tratamientos.
En conclusión, la adición de urea al 1% en silajes de caña de azúcar contribuye a mantener la estabilidad del silo una vez expuesto a condiciones aeróbicas pos-fermentación.
Palabras clave
Deterioro aeróbico, silaje, caña de azúcar, desarrollo fúngico.
Effect of the urea addition and type of fermentation in the sugarcane silage stability
ABSTRACT
The effect of the addition of 1%, 2% and 3% urea levels and two fermentations (FAe = aerobic and FAn = anaerobic) on fermentation and microbiological parameters were study in sugar cane microsilos, made in 3 kg black polyethylene bags capacity.
Treatments were: sugarcane (control) and sugarcane added to the 3 levels of urea in fresh weight basis, subject to the 2 fermentations for 30 days.
Variables evaluated were dry matter (DM), ammonia nitrogen (N-NH3), pH and counting of fungal flora, the latter two at 0, 24 and 48 hours post-fermentation aerobic exposure.
We used a factorial design 4 x 2 (4 treatments x 2 fermentation) with 3 replications.
The data were processed through InfoStat program.
Showed higher percentage of MS with the addition of urea to 1% in both fermentations (FAn = 23.02% and FAe= 26.45%), decreasing as increased the level of urea in the microsilos.
As the percentage of N-NH3rise was observed as it increased the levels of urea, yielding the highest values for FAn (2.13%) and FAe (1.45%) to add 3% urea.
pH values were found acceptable to the FAn (3.43, 4.38 and 4.54) after the silage mass to be subjected to aerobic conditions for 0, 24 and 48 hours respectively, while for FAe (3.26; 3.93 and 5.90) reached levels close to neutrality within 48 hours.
With regard to fungal development, was corroborated fungistatic effect of urea from 1% concentration, even when the silo was exposed to air for 48 hours, with Aspergillus sp. the species most resistant to treatment.
In conclusion, the addition of urea to 1% in sugarcane silage helps maintain the stability of the silo once exposed to aerobic post-fermentation conditions.
Keywords
Aerobic deterioration, silage, sugar cane, fungal development.
INTRODUCCIÓN
El uso de la caña de azúcar para la alimentación de rumiantes ha venido incrementándose continuamente como una alternativa durante la época seca en los sistemas ganaderos de doble propósito del país, suministrándose tanto fresca como conservada mediante la técnica del ensilaje.
Por esta razón, la búsqueda de información sobre las tecnologías para elaborar silajes de caña de azúcar, así como los resultados de su uso en el desempeño productivo de los animales está siendo demandada, lo que justifica las investigaciones respectivas a esta alternativa.
Entretanto, una de las grandes barreras para la confección de estos ensilajes es la intensa fermentación alcohólica que ocurre cuando esta planta es ensilada sola, debido a la gran población de levaduras, naturalmente, presentes en la caña de azúcar en el momento de ensilarla (Lopes y Evangelista, 2010).
Trabajos realizados por Lima et al., (2002) y Molina et al., (2002), han demostrado que silajes de caña de azúcar a los cuales se les adicionaron de 0,5 a 1,5% de urea presentaron mejores patrones fermentativos y composición bromatológica.
La urea depende de la hidrólisis que realizan las ureasas microbianas y/o vegetales y de la presencia de agua para su transformación en amoníaco, reaccionando para formar hidróxido de amonio y cierta cantidad de gas amoniacal, lo que provoca un aumento en el pH (Brown, 1993).
De acuerdo a Rodríguez-Romero et al., (2002), el crecimiento de los microorganismos está influenciado por el pH del medio donde se encuentran.
Los mohos y levaduras crecen dentro de un intervalo de pH entre 5 y 6, mientras que los pH ácidos y la alcalinidad inhiben el crecimiento microbiano (Tortora et al., 1993).
El principio fundamental de la conservación de forrajes ensilados es lograr rápidamente una disminución del pH, a través de la fermentación producida por las bacterias ácido lácticas y el mantenimiento de las condiciones anaeróbicas en todo el silo (Woolford, 1990).
Cuando el deterioro aeróbico tiene lugar, hay cambios en los parámetros químicos del forraje ensilado.
El nivel de pH tiende a aumentar, el amoniaco y las aminas se acumulan, y los niveles de ácidos orgánicos tienden a disminuir (Jonsson, 1989).
La susceptibilidad al deterioro aeróbico del ensilaje está determinada por factores físicos, químicos y microbiológicos, tales como el contenido de MS en el ensilaje, tamaño de las partículas ensiladas, velocidad de llenado, densidad de embalaje en el silo, entre otros (Johnson et al., 2002).
Por su parte Jobim y Gonçalves (2003), advirtieron sobre el efecto de la entrada de aire al ensilado, ya que el oxígeno promueve la actividad de microorganismos deteriorantes y reductores de los azúcares solubles y ácidos orgánicos, resultando en un incremento del pH y disminución en la digestibilidad y contenido de energía.
En consecuencia, los ensilajes deteriorados pueden conducir a pérdidas económicas elevadas y bajo desempeño productivo en los animales.
Durante los últimos años, mucho se ha mejorado la calidad de los procesos de fermentación del silaje, desafortunadamente lo mismo no puede decirse de la estabilidad aeróbica de los ensilados durante su apertura y uso (Honig et al., 1999).
La mejoría en la eficiencia de fermentación implicó una reducción en la formación de ácidos butírico, propiónico y acético, ácidos que naturalmente tiene actividad antimicótica.
Generalmente, es por esta razón, que los ensilajes bien conservados se consideran más susceptibles al deterioro aeróbico por crecimiento de levaduras y hongos, en comparación con los ensilajes que tuvieron procesos de fermentación más pobres (Cai et al., 1999).
Por consiguiente, el objetivo de esta investigación fue evaluar el efecto que tiene la adición de tres niveles de urea y dos tipos de fermentación sobre los parámetros fermentativos y microbiológicos de silajes de caña de azúcar, como indicadores de la estabilidad aeróbica.
MATERIALES Y MÉTODOS
Este ensayo fue realizado en el INIA Yaracuy Planta Sede, zona caracterizada como Bosque Seco Tropical (BsT), de acuerdo a la clasificación de Holdridge (1967).
Los datos climáticos de los últimos 3 años para la zona reportan promedios de temperatura de 24,39ºC, precipitaciones de 79,97 mm y humedad relativa del 76,34%.
Para la realización de este trabajo se confeccionaron microsilos de laboratorio a partir de caña de azúcar cosechada el mismo día, procedente de un lote diferido de 16 meses de edad, variedad PR69-2176 y ubicado en el municipio Manuel Monge del estado Yaracuy, zona de clasificada como Bosque Seco Tropical en Transición según Holdridge (1967).
La caña fue cosechada de forma manual, aprovechando tallos, hojas y cogollos, siendo repicada en partículas de aproximadamente 0,5 cm., usando una picadora mecánica a gasolina, marca SANDI, modelo MP500 de fabricación en el país.
Se tomaron 3 Kg de caña repicada para preparar las mezclas según los tratamientos descritos a continuación:
T1: Caña de azúcar repicada (100%).
T2: Caña de azúcar repicada + 30 gr. de Urea (1%)
T3: Caña de azúcar repicada + 60 gr. de Urea (2%)
T4: Caña de azúcar repicada + 90 gr. de Urea (3%)
Los porcentajes de urea perlada (Marca Pequiven) agregados a los tratamientos fueron en base al peso fresco total de la caña ensilada.
Cada mezcla fue preparada por separado, compactada y sellada en bolsas doble de polietileno negro tipo jardinería, de capacidad 10 kg.
Se prepararon tres microsilos por tratamiento bajo fermentación anaeróbica (compactados) y replica sin compactar para garantizar la presencia de aire en su interior (fermentación aeróbica).
Los microsilos fueron almacenados por un período de 30 d, a temperatura ambiente dentro de un deposito con iluminación natural (12 h luz – 12 h oscuridad), sin radiación solar directa.
Cumplidos los 30 d de fermentación, se procedió a aperturar los microsilos, tomando muestras representativas de aproximadamente 500 g en cada uno, previa homogeneización del material ensilado, a las cuales se les realizaron las siguientes evaluaciones:
pH: se tomaron 10 g de muestra a los cuales se les adicionó 90 mL de agua destilada en un beaker, agitándose con una varilla de vidrio y filtrando posteriormente la solución.
Se determinó el pH directamente a través de un potenciómetro con electrodo de vidrio (Oakton pH Meter 510 Series).
Materia Seca: Según norma COVENIN 1553-80 para la determinación de humedad.
Nitrógeno amoniacal (N-NH3): Según norma COVENIN 1195-80 para determinaciones de nitrógeno por el método de Kjeldahl.
Recuento e identificación de flora fúngica: Se trituraron 10 g de la muestra colocándose en un erlenmeyer con 90 mL de agua de peptona al 0,1% (dilución 10-1).
Se procedió a agitar la mezcla durante 5 minutos en agitador rotatorio (Digisistem Vortex Mixer 2000), transfiriéndose, posteriormente, una alícuota (1 mL) de la solución matriz a tubos con 9 mL de agua de peptona 0,1% (dilución 1 – 100).
Se sembró en superficie 0,1 mL de la dilución final en medio papa-dextrosa-agar (PDA) por duplicado, las cuales fueron colocadas dentro de una cámara de flujo laminar (Marca C4, modelo CSB-85) a 25ºC durante 5 d con intermitencia de 12 h luz – 12 h oscuridad.
Se realizó el recuento expresándose los resultados como unidades formadoras de colonias/gramo (UFC/g).
A partir de estas colonias se hicieron repicajes y siembras nuevamente en medio PDA, se sometieron a las condiciones de luz y temperatura anteriormente mencionadas, y posterior a su crecimiento se procedió a su identificación.
Todo esto se realizó adaptado a la metodología descrita por Carrillo (2003) para el procesamiento microbiológico de muestras de forrajes.
Tanto la evaluación de pH como el recuento de flora fúngica se realizaron para los tiempos 0, 24 y 48 h de exposición aeróbica luego de ser abiertos.
Se utilizó un diseño factorial 4 x 2 (4 tratamientos x 2 fermentaciones evaluadas), con 3 repeticiones cada uno.
Los datos obtenidos fueron procesados mediante un análisis de varianza y separación de medias a través de la prueba de Tukey, con el uso del programa estadístico InfoStat.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Efecto de la adición de urea y el tipo de fermentación sobre la MS y concentración de nitrógeno amoniacal.
Se observaron mayores porcentajes de MS en el tratamiento adicionado con 1% de urea en ambas fermentaciones, y entre éstas, los microsilos fermentados en presencia de aire (FAe), mostraron mayor contenido de MS (26,45%).
También se observó disminución de la misma a medida que se incrementó el contenido de urea en los microsilos (Cuadro 1).
Los promedios de ambas fermentaciones para MS mostraron poca diferencia entre ellos (±1), evidenciando poco efecto de la presencia de aire dentro del microsilo sobre el porcentaje final de esta variable.
Resultados similares fueron reportados por Araujo-Febres et al., (1996) y Selaman (2004), en silajes de pasto elefante enano y King Grass, respectivamente, ambos adicionados con urea al 3%.
Ferreira et al., (2007), reportó el mismo efecto en silajes de caña de azúcar adicionados con 0,5% de urea a partir del primer día de fermentación.
Por su parte, López et al., (1976), asociaron las pérdidas de MS por pudrición en silajes con la adición de urea o amoniaco.
La reducción de MS se relaciona con disminución de contenido celular, especialmente de los carbohidratos solubles durante la fermentación (Woolford, 1984).
McDonald et al., (1991), informó que otras vías comunes de pérdidas de MS son la producción de residuos y la pérdida de agua como resultado de las reacciones metabólicas, coincidiendo con lo expresado a su vez por Lopes y Evangelista (2010), ya que en el caso de la caña de azúcar ensilada, el rápido inicio del proceso fermentativo se debe al elevado número de levaduras que se encuentran en el material de forma natural, por lo que las pérdidas de MS causada por el metabolismo de estos organismos puede llegar a ser bastante significativa.
Los valores porcentuales del N-NH3 presentes en base seca en los microsilos experimentales muestran un comportamiento creciente a medida que se incrementan los niveles de urea adicionados a los mismos (Cuadro 1), obteniéndose mayores concentraciones en aquellos microsilos adicionados con el mayor porcentaje de urea (T3= 3% urea).
En comparación, los tratamientos bajo fermentación anaeróbica mostraron mayor incremento en los niveles de N-NH3 que aquellos fermentados en condición aeróbica, mientras que la diferencia observada entre los promedios de ambas fermentaciones es baja (0,22).
Esto permite inferir que la presencia de oxigeno dentro del silo facilita la volatilización de este compuesto en forma de amoniaco, el cual fue liberado al momento de aperturar los microsilos.
Valores cercanos a los encontrados en este trabajo fueron señalados por Urdaneta et al., (2009), en silajes de caña adicionados con 3% de urea los cuales presentaron un valor de 4,86% de N-NH3.
En contraposición, no se encontró concordancia con los resultados señalados por Ferreira et al., (2007) y Castro Neto et al., (2008), quienes reportan valores de 29,93 y 33,3% de N-NH3 en silajes de caña adicionados con 0,5% de urea, lo cual es indicativo de mala fermentación en el silo.
Una rápida y adecuada compactación durante el proceso del ensilaje contribuye a que ocurra una baja tasa de proteólisis en el material ensilado, produciéndose entonces bajas concentraciones de N-NH3.
Al ser hidrolizada por la ureasa, la urea es transformada en N-NH3 que reacciona con agua para producir hidróxido de amonio (Sundstol y Coxworth, 1984), elevando la concentración de N-NH3.
En principio, esta reacción parece ser indeseable, pero en silajes de caña de azúcar la presencia del amoníaco puede ser una ventaja al controlar la presencia de levaduras (Siqueira et al., 2007).
Efecto de la adición de urea y los tipos de fermentación sobre el pH y los períodos de exposición aeróbica.
En el Cuadro 2 se presentan los resultados de pH para ambas fermentaciones y períodos de exposición aeróbica.
Los tratamientos bajo fermentación anaeróbica mantuvieron niveles de acidez aceptables al aperturar los microsilos luego de 30 d de fermentación, según los rangos señalados por Gutiérrez (2009), e incluso se mantuvieron estables luego de ser sometidos a exposición aeróbica durante 24 y 48 h pos-fermentación.
Por su parte, los tratamientos bajo fermentación aeróbica mostraron un comportamiento similar a los anteriores durante las h 0 y 24 de exposición aeróbica pos-fermentación, notándose un incremento del pH a las 48 h, alcanzando niveles cercanos a la neutralidad.
En ambos casos, los microsilos a los cuales se les adicionó urea presentaron valores relativamente mayores a los del testigo, con diferencias significativas entre los tratamientos y las fermentaciones, siendo común encontrar mayor acidez en aquellos microsilos donde no se adicionó urea (testigos).
Los resultados de pH inicial pos-fermentación (0 h) coinciden con los encontrados por Lima et al., (2002) y Siqueira et al., (2007), quienes reportaron valores de pH 3,75 y 4,2 respectivamente en silajes de caña de azúcar con 60 d de almacenamiento, a los cuales se les adicionó 1,5% de urea.
En trabajo previo, Borges y Urdaneta (2009) inducieron el deterioro aeróbico en silajes de caña + urea (3%), encontrando valores finales de pH 9,16, así como un aumento del mismo en silajes bajo fermentación anaeróbica sometidos a 72 h de exposición aeróbica pos-fermentación (de 4,8 a 7,7).
Al respecto, Rodríguez et al., (1997), concluyen que la estabilidad de los ensilajes depende de la especie, contenido de MS y duración de la fermentación del material ensilado, demostrando a su vez que el deterioro de ensilajes ocurre después de 2 de que el material es expuesto a condiciones aeróbicas.
La velocidad de mantenimiento del pH resulta más importante que el pH final, pues es directamente proporcional a la disminución de la acción de los microorganismos indeseables en el silo y aisladamente no es suficiente para impedir el desenvolvimiento de las levaduras, debido a que el ácido láctico tiene bajo poder fungicida (McDonald et al., 1991).
Efecto de la adición de urea y los tipos de fermentación sobre la presencia y desarrollo de flora fúngica.
Las principales especies de hongos identificadas en los microsilos fueron: Aspergillus flavus, Aspergillus sp., Fusarium tricinctum, Fusarium sp. y Penicillium sp.
De estas, sólo A. flavus y Fusarium sp. se encontraron en los microsilos con urea al 1 y 2%, mientras que para el tratamiento con 3% de urea se encontró solamente Aspergillus sp.
En evaluaciones realizadas durante el período 2007-2010, Borges et al., (2010), reportaron especies del géneroFusarium como principales responsables de contaminación y deterioro en silajes de caña de azúcar con y sin aditivos.
Reyes et al., (2006), encontraron estos mismos géneros asociados con ensilajes de maíz, obteniendo recuentos promedios de 6,5 104 ufc/g para Aspergillus sp. y Penicillium sp., mientras que para Fusarium sp. fue de 3,5 106 ufc/g.
Estos resultados coinciden con lo señalado por Rodríguez-Romero et al., (2002), quienes obtuvieron un comportamiento similar en las especies de hongos encontradas en henolaje amonificado de B. humidicola, donde a medida que se incrementaban los niveles de urea, disminuían estas especies, encontrándose también alta resistencia de Aspergillus sp. a las aplicaciones de urea.
Al respecto, Tortora et al., (1993), señalan que la presencia de materia orgánica y el pH del medio en que están presente los microorganismos podrían determinar si un agente químico resulta inhibitorio o letal para los microorganismos.
Sin embargo, para los tratamientos sin urea se evidenció un mayor desarrollo de hongos al momento de la apertura del microsilo, incrementándose al ser sometidos a exposición aeróbica durante 2 d (48 h), con mayor expresión en el testigo bajo fermentación aeróbica.
Los microsilos adicionados con urea mostraron un perfil bajo para desarrollar colonias fúngicas, durante los 3 tiempos de exposición aeróbica (0, 24 y 48 h) (Figura).
Coincide esto también con lo señalado por Rodríguez-Romero et al., (2002), los cuales señalaron un retardo en la aparición de las especies de hongos cuando se le adicionaba urea al henolaje.
Esto permite inferir que el amoniaco proveniente de la urea actúa como fungicida hasta cierto nivel para algunas especies, mientras que para otras actúa como fungistático (inhibidor del crecimiento), previniendo la descomposición del material por hongos, tal como se observó en este experimento y en concordancia con los autores anteriormente señalados.
El total de las ufc/g de hongos en un silaje es determinante de su calidad. Van Saun y Heinrichs (2008), señalan conteos de hongos menores a 300.000 ufc/g como indicativos de silajes de calidad, mientras que por encima de 600.000 ufc/g pueden comprometer la calidad del silo; así mismo, contaminaciones extremas que excedan de 1.000.000 ufc/g donde predomine una sola especie fúngica que se considere toxigénica, como es el caso de Aspergillus, Fusarium o Penicillium, puede estar relacionada con la presencia de micotoxinas en el ensilaje.
Asociaciones entre las variables, los tipos de fermentación y los períodos de exposición aeróbica post-fermentación.
Se pudo detectar correlación positiva significativa entre los tratamientos (microsilos de caña adicionados con niveles crecientes de urea) y el N-NH3 (r = 0,81 y P = 0,0159), así como también correlación altamente significativa entre tratamientos y pH (r = 0,81 y P = <0,0001).
Este comportamiento permite señalar que la adición de urea en niveles crecientes se encuentra asociada directamente con el incremento en los contenidos de nitrógeno amoniacal y del pH, por lo que la adición de porcentajes mayores a los evaluados en esta investigación podrían interferir negativamente en la fermentación y calidad final del silaje.
Para los tipos de fermentaciones se obtuvieron correlaciones positivas significativas para la fermentación anaeróbica entre el tratamiento y N-NH3 (r = 1,00 y P = 0,0017), tratamiento y pH a las 0 h pos-fermentación (r = 0,96 y = P <0,0001); para la fermentación aeróbica se detectaron entre tratamiento y pH a las 0 y 48 h pos-fermentación (r = 0,87 y P = 0,0002 / r = 0,82 y P = 0,0012), respectivamente, así como no significativa para pH a las 24 h posfermentación y la flora fúngica desarrollada a las 24 h (r = 0,72 y P = 0,27).
Estas asociaciones encontradas y conjuntamente con los resultados encontrados en esta investigación nos permiten demostrar que una adecuada elaboración y fermentación anaeróbica en los silaje es una de las mejores medidas para evitar el crecimiento de hongos que puedan causar deterioro en el material ensilado y posiblemente producir toxinas, coincidiendo con lo reportado por Gaggiotti et al., (2001).
La adición de urea al 1% permite mantener la estabilidad aeróbica del silaje sin inteferir significativamente en el patrón fermentativo del mismo.
De igual forma, estos resultados contribuyen en el fortalecimiento de las tecnologías para mejorar la calidad de los silajes de caña de azúcar para la alimentación animal en el trópico.
CONCLUSIONES
La adición de urea en silajes de caña de azúcar contribuye a mantener la estabilidad del silo una vez expuesto a condiciones aeróbicas pos-fermentación.
La concentración del 1% de urea no afectó los contenidos de MS y ejerció un efecto fungistático para las especies de hongos encontradas en los silos, tanto en condiciones de anaerobiosis como en aerobiosis durante el proceso fermentativo.
La adición de urea al 2 y 3% disminuyó los contenidos de MS e incrementó los porcentajes de nitrógeno amoniacal presentes en el silo, lo cual puede afectar la calidad final del mismo.
La fermentación inducida por ausencia de aire (anaerobiosis), en silajes de caña asegura la calidad e inocuidad del mismo, disminuyendo la formación de microorganismos indeseables durante el proceso.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen a la Finca Sincelejo por la cesión de sus instalaciones para la preparación de los microsilos, a la Fundación CIEPE por los análisis químicos realizados. Igualmente a los bachilleres Joel Figueroa y Nirvio Rodríguez quienes apoyaron la realización de esta investigación.
LITERATURA CITADA
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