Tesis / 0027 / I.AG.

EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE PSEUDOTALLOS DE Musa spp. PARA LA ELABORACIÓN DE BLOQUES NUTRICIONALES DESTINADOS AL CONSUMO ANIMAL

JEINSLENY MARTÍNEZ PATIÑO JESSICA VIVIANA RODRÍGUEZ RICO

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL BOGOTÁ D.C 2016

EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE PSEUDOTALLOS DE Musa spp. PARA LA ELABORACIÓN DE BLOQUES NUTRICIONALES DESTINADOS AL CONSUMO ANIMAL

JEINSLENY MARTINEZ PATIÑO JESSICA VIVIANA RODRIGUEZ RICO

TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO AGROINDUSTRIAL

DIRECTOR INGENIERO DEIVIS SUÁREZ RIVERO MÁSTER EN BIOLOGÍA VEGETAL

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL BOGOTÁ D.C 2016

NOTA DE ACEPTACIร N

PRESIDENTE DEL JURADO

JURADO

JURADO

Bogotรก D.C., 10 de Junio del 2016

Dedicatoria A Dios, por guiar nuestros pasos y permitirnos poder culminar esta carrera exitosamente.

A nuestros padres, por ser el pilar esencial en nuestra formación, por ser ejemplo de perseverancia y sobre todo por su apoyo incondicional.

Al Ingeniero Deivis Suárez Rivero, por el tiempo compartido, por su gran apoyo, permanencia y motivación en la elaboración de este proyecto y en nuestro desarrollo profesional.

Agradecimientos Gracias a Dios y nuestros padres por el esfuerzo, apoyo y motivación para el cumplimiento satisfactorio de este proceso.

A la Fundación Universitaria Agraria de Colombia – UNIAGRARIA, en especial al programa de Ingeniería Agroindustrial dirigido por la Ing. Adriana Mejía Terán, por facilitar las instalaciones y equipos para llevar a cabo esta investigación; y al área de los laboratorios dirigido por la Sra. Olga Marín Mahecha, por facilitar los espacios y el personal para el desarrollo del proyecto.

Al Ingeniero Deivis Suárez Rivero, por su paciencia y confianza, permitiéndonos desarrollar de su mano este proyecto, que nos llena de satisfacción; y a todos los docentes que durante nuestro período de formación aportaron al enriquecimiento cognitivo a nivel personal y profesional, especialmente a los Ing. Mauricio Sierra y la Ing. Yudtanduly Acuña, por promover nuestro interés en la investigación y el desarrollo.

RESUMEN El cultivo de plátano en Colombia ha sido un sector tradicional de la economía campesina, lo que lo convierte en una fuente de materia prima de gran volumen con alto potencial de aprovechamiento, debido a la cantidad de desechos que permanecen en campo después de la cosecha, entre ellos, el de mayor volumen es el pseudotallo. Por lo anterior, el objetivo de esta investigación fue identificar la potencialidad del pseudotallo de Musa spp. como materia prima para la elaboración de bloques nutricionales para consumo animal, tomando como referente la caracterización, pretratamiento y combinación de dicho subproducto con desechos de otras cadenas de producción agroindustrial y con potencial nutricional (melaza, glicerina y torta de palmiste). Se evaluaron dos factores, el primero resultó ser la procedencia (San Francisco – Cundinamarca y Tibaná – Boyacá) del tallo y el segundo el pretratamiento (Tallo en fresco y Tallo ensilado). Se construyeron bloques nutricionales teniendo en cuenta los dos factores de investigación y sus combinaciones a fin de establecer el comportamiento de los pretratamientos en la calidad nutricional de estos. Adicionalmente se realizaron análisis bromatológicos de los pseudotallos en fresco de las dos procedencias y los bloques nutricionales de los cuatro tratamientos. Los resultados evidenciaron una variación en la composición de los pseudotallos según su procedencia, en el contenido de lignina (a1: 3.95%, a2: 2.03%), cenizas (a1: 5.23%, a2: 12%), hemicelulosa (a1: 3.95%, a2: 2.03%), carbohidratos no estructurales, así como el sodio y manganeso. Con relación a los bloques, en todos los tratamientos el nivel de lignina se redujo hasta un 0%, se obtuvo un incremento del contenido de proteína hasta un 30%, así como una mejora en el balance de los minerales. Los tratamientos con mayor contenido de fibra en detergente neutro fueron los bloques elaborados con ensilaje, presentando un 46,39% para T1S y un 47,57% para T2S. Desde el punto de vista fisicoquímico los bloques de pseudotallo de plátano se encontraron dentro de los rangos establecidos para alimentación animal, principalmente rumiantes, convirtiéndolos en un suplemento alimenticio con gran potencial de aprovechamiento.

Palabras Clave: Pseudotallo, subproductos, aprovechamiento, ensilaje, bloque nutricional, suplemento alimenticio.

ABSTRACT Plantain crop in Colombia has been a traditional sector of the rural economy, making it into a source of raw material with high-volume and high potential for use, due to the amount of waste remaining in the field after harvesting, among them, the largest volume is the pseudostem. Therefore, the objective of this investigation was to identify the potential of the pseudostem of Musa spp as raw material for the production of nutritional blocks for animal feed, based on the characterization, pretreatment and combination of such byproduct waste from other agroindustrial production chains with nutritional potential (molasses, glycerin and palm kernel cake). Were evaluated two different factors, first the Pseudostems provenances (San Francisco – Cundinamarca and Tibaná – Boyacá), and second, the different pre-treatments (chopped fresh pseudostem- silage pseudostem). Nutritional blocks were built given the two factors of investigation and there combinations in order to set up the behavior of the pre-treatments in the nutritional quality. Additionally, were made bromatological analysis for pseudostem fresh from the two provenances and a nutritional block for each of the four treatments. The results demonstrated a variation in the composition of the pseudostems according to his origin, in the content of lignina (a1: 3.95 %, a2: 2.03 %), ashes (a1: 5.23 %, a2: 12 %), hemicelulosa (a1: 3.95 %, a2: 2.03 %), not structural carbohydrates, as well as the sodium and manganese. With relation to the blocks, in all the treatments the level of lignina diminished up to 0 %, there was obtained an increase of the content of protein up to 30 %, as well as an improvement in the balance sheet of the minerals. The treatments with major content of fiber in neutral detergent were the blocks elaborated with silaje, presenting 46,39 % for T1S and one 47,57 % for T2S. From the physicochemical point of view the blocks of pseudostem of banana were inside the ranges established for animal feed, principally ruminants, turning them into a food supplement with great potential of utilization.

Key Words: Pseudostem, byproducs, exploitation, silage, nutritional block, nutritional supplement.

CONTENIDO INTRODUCCIÓN

1.MARCO TEÓRICO

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1.1.TAXONOMÍA DEL GENERO Musa spp. Y CARACTERÍSTICAS RELEVANTES DE LA ESPECIE 10 1.1.1. Morfo-fisiología de la planta de Musa spp.

12

1.1.2. Producción Mundial y Nacional del género Musa spp.

12

1.2. USOS POTENCIALES Y SUBPRODUCTOS

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1.3. TÉCNICAS DE DESHIDRATACIÓN

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1.3.1. Técnicas de Secado.

17

1.4. PROCESO DE ENSILAJE

18

1.4.1. La microflora del Ensilaje.

20

1.5. PROCESOS FERMENTATIVOS EN EL ESTÓMAGO DE UN RUMIANTE. 22 1.5.1. Ecosistema microbiano para la digestión fermentativa.

22

1.5.2. Metabolismo ruminal de los hidratos de carbono.

25

1.5.3. Metabolismo ruminal de los compuestos nitrogenados.

26

1.5.4. Metabolismo ruminal de los lípidos.

27

1.5.5. Metabolismo ruminal de minerales.

28

2.MATERIALES Y MÉTODOS

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2.1.LOCALIZACIÓN DEL ESTUDIO

29

2.2. DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL VEGETAL

29

2.3. ANÁLISIS POR MÉTODOS CUANTITATIVOS Y CUALITATIVOS DE LOS COMPONENTES NUTRICIONALES PRESENTES EN EL PSEUDOTALLO DE MUSA SPP SEGÚN SU PROCEDENCIA. 30 2.4.EFICIENCIA DEL PROCESO DE DESHIDRATACIÓN MEDIANTE LA CURVA DE SECADO PARA LA MATERIA PRIMA SEGÚN SU PROCEDENCIA. 32 2.5.1.Determinación de Masa Seca por método de Curva de Secado y Eficiencia del Proceso.

32 2.5. EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE LA MATERIA PRIMA FERMENTADA Y SIN FERMENTAR EN LA ESTABILIDAD FISICOQUÍMICA DE LOS BLOQUES NUTRICIONALES. 34 2.5.2. Adecuación de Materias Primas para elaboración de bloques.

34

2.5.3. Elaboración de bloques nutricionales.

35

2.5.4. Estabilidad fisicoquímica de los bloques.

38

2.6. DISEÑO EXPERIMENTAL

39

2.6.1. Contexto del diseño experimental.

39

2.6.2.Diseño experimental de comportamiento de la materia prima en la estabilidad de los bloques nutricionales.

39 2.6.3. Análisis estadístico de los datos.

40

3.

41

RESULTADOS Y DISCUCIÓN

3.1. ANÁLISIS POR MÉTODOS CUANTITATIVOS Y CUALITATIVOS DE LOS COMPONENTES NUTRICIONALES PRESENTES EN EL PSEUDOTALLO DE Musa spp.

41

3.1.1. Evaluación bromatológica de pseudotallo fresco de Musa spp.

41

3.2. EFICIENCIA DEL PROCESO DE DESHIDRATACIÓN MEDIANTE LA CURVA DE SECADO PARA LA MATERIA PRIMA SEGÚN SU PROCEDENCIA 44

3.2.1. Establecimiento de Curva de Secado y Eficiencia del Proceso.

44

3.3. EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE LA MATERIA PRIMA FERMENTADA Y SIN FERMENTAR EN LA ESTABILIDAD FISICOQUÍMICA DE LOS BLOQUES NUTRICIONALES 46

3.3.1. Adecuación de las Materias Primas para elaboración de bloques.

46

3.3.2. Estabilidad física de los BN elaborados con pseudotallo de Musa spp.

49

3.3.3. Composición química de los bloques elaborados con pseudotallo de Musa spp.

53

4. CONCLUSIONES

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5. RECOMENDACIONES

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BIBLIOGRAFIA

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ANEXOS

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Taxonomía, clasificación y nomenclatura de los bananos y plátanos comestibles que se cultivan en Colombia _______________________________11 Figura 2. Principales países productores a nivel mundial de plátano (años 20002009). __________________________________________________________13 Figura 3. Interacción de los factores reguladores del pH ruminal______________25 Figura 4. Ubicación del estudio, Fundación Universitaria Agraria de Colombia. __29 Figura 5. Corte de pseudotallo de Musa spp._____________________________30 Figura 6. Corte transversal de Pseudotallo de Plátano _____________________32 Figura 7. Proceso para establecer las curvas de secado en Pseudotallo de plátano__________________________________________________________33 Figura 8. Proceso de pretratamiento de pseudotallo de Musa spp_____________34 Figura 9. Proceso de Fermentación Láctica______________________________35 Figura 10. Diagrama de flujo para la elaboración de Bloques Nutricionales______36 Figura 11. Características nutricionales de un bloque nutricional_____________37 Figura 12. Variación porcentual de humedad con respecto al tiempo.__________45 Figura 13. Variación de pH con respecto al tiempo del ensilaje de Pseudotallo deshidratado enriquecido con melaza (a1 y a2). %H Inicial por tratamiento por ensayo._________________________________________________________ 46 Figura 14. Comparación del pH inicial del ensilaje entre los bloques con pseudotallo.______________________________________________________48 Figura 15. Comparación del pH final del ensilaje entre los bloques con pseudotallo.______________________________________________________ 48 Figura 16. Variación del %H en BH con respecto al tiempo. ________________ 49 Figura 17. Progresión de pérdida de humedad a través del tiempo de los bloques_________________________________________________________ 50 Figura 18. Prueba de rangos múltiples para evaluación de variación en peso de los bloques nutricionales en cada tratamiento.______________________________51 Figura 19. Tamaño de partícula del material vegetal y la estabilidad estructural de los bloques. (a) Tamaño de partícula. (b) Compactación al interior del balde-molde. (c) Estabilidad del bloque fuera del balde-molde.__________________________ 52

Figura 20. Prueba de rangos múltiples para evaluación de penetrometría de los bloques nutricionales en cada tratamiento. ______________________________53 Figura 21. Porcentaje de humedad Bloques Nutricionales vs Porcentaje de humedad en el Pseudotallo de Musa spp. fresco.__________________________55 Figura 22. Porcentaje de cenizas Bloques Nutricionales vs Porcentaje de cenizas en los Pseudotallos de Musa spp. frescos._______________________________56 Figura 23. Porcentaje de cenizas Bloques Nutricionales vs Porcentaje de cenizas en los Pseudotallos de Musa spp. frescos._______________________________57 Figura 24. Partes por millón de Macro y Microelementos contenidos en los Bloques Nutricionales vs los contenidos en los pseudotallos de Musa spp. frescos.______57 Figura 25. Porcentaje de FDN en los Bloques Nutricionales vs Porcentaje de FDN en los Pseudotallos de Musa spp. fresco. _______________________________58 Figura 26. Porcentaje de lignina, celulosa y hemicelulosa contenido en los tratamientos y en los pseudotallos de Musa spp. _________________________60 Figura 27. Comparación del porcentaje de Fibra en Detergente Ácido entre los bloques y los pseudotallos de Musa spp _______________________________ 61

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Área y Producción por Departamento en Colombia para el año 2008. _ 14 Tabla 2. Composición Porcentual Vegetal de una planta de Musa spp. _______ 15 Tabla 3. Características fisicoquímicas de los subproductos del cultivo de Musa._16 Tabla 4. Clasificación funcional de las bacterias ruminales. ________________ 23 Tabla 5. Matriz - Bromatología _______________________________________ 31 Tabla 6. Tipos de Ingredientes y Proporciones que se pueden emplear para preparar BN. _____________________________________________________ 37 Tabla 7. Técnicas y parámetros de análisis vida útil ______________________ 38 Tabla 8. Resumen de Tratamientos a evaluar ___________________________ 39 Tabla 9. Análisis Bromatológico -Van Soest de las muestras de pseudotallo fresco de Musa spp._____________________________________________________42 Tabla 10. Resumen de Análisis Estadístico de evaluación de pH inicial y final del ensilaje._________________________________________________________47 Tabla 11. Resumen de Análisis Estadístico de evaluación de peso inicial y final de los bloques.______________________________________________________ 50 Tabla 12. Resumen estadístico del análisis de penetrometría._______________ 52 Tabla 13. Análisis Bromatológico -Van Soest de los bloques de Musa spp.____________________________________________________________ 54

LISTA DE ANEXOS

Anexo A. Matriz - Bromatología. ______________________________________70 Anexo B. Descripción análisis bromatológico Van Soest.___________________71 Anexo C. Análisis Bromatológico – Van Soest del Pseudotallo de Musa spp. proveniente de San Francisco (Cundinamarca). __________________________73 Anexo D. Análisis Bromatológico – Van Soest del Pseudotallo de Musa spp. proveniente de Tibaná (Boyacá). ______________________________________74 Anexo E. Análisis Bromatológico – Van Soest del tratamiento T1F. __________75 Anexo F. Análisis Bromatológico – Van Soest del tratamiento T2F.

_____ 76

Anexo G. Análisis Bromatológico – Van Soest del tratamiento T1S.__________ 77 Anexo H. Análisis Bromatológico – Van Soest del tratamiento T2S. __________78

INTRODUCCIÓN El cultivo de plátano en Colombia ha sido un sector tradicional de economía campesina caracterizada principalmente por ser de subsistencia para pequeños productores, de alta dispersión geográfica y de gran importancia socioeconómica desde el punto de vista de seguridad alimentaria y de generación de empleo. Se estima que del área cultivada en plátano en Colombia, un 87% se encuentra como cultivo tradicional asociado con café, cacao, yuca y frutales, y el restante 13%, está como monocultivo tecnificado (Observatorio Agrocadenas Colombia, 2005). En el año 2015 la cadena productiva de plátano en Colombia comenzó transformaciones sustantivas en materia de productividad y competitividad, llevando su rendimiento de 7,3 a 10,0 toneladas por hectárea, los costos de producción se han reducido en un 5%, el área de producción alcanzó las 600.000 hectáreas con una producción de 6.024.000 toneladas y con un incremento del 4% al 10% de la producción destinadas al comercio internacional, con procesos de investigación y mejoramiento genético como soporte fundamental de estos propósitos (SIOC, 2015).

A lo anterior se puede añadir que el plátano es un producto básico en la dieta con un consumo per cápita estimado de 155 kg/año. Este es también uno de los principales productos de la canasta familiar (en fruta fresca o procesada) y es usado en la agroindustria para la producción de harina y de alimentos concentrados para la alimentación animal (Ruiz M. & Urueña del Valle, 2009).

Por otro lado, según estudios realizados por Bao et. al. (1987), referenciados por Botero L. & Mazzeo M. (2009); una planta de Musa spp. al momento de su cosecha tiene un peso promedio de 100 kg, los cuales se encuentran repartidos en 15 kg de hojas; 50 kg de pseudotallo; 33 kg de plátano y 2 kg de raquis. Esto lógicamente indica que más del 75% del volumen total de producción lo constituyen los desechos que no aprovecha el hombre sistemáticamente como fuente de alimentos tradicionales y pudiera emplearse en la alimentación animal. Según Márquez (1991), citado por Oviedo (2009); el pseudotallo y las hojas representan más del 60% de la biomasa que se produce en las plantaciones de plátano sin embargo en la mayoría de los casos estos subproductos quedan en el campo o se les da poco uso como fuente de alimento para los animales. Si se toman como referentes los anteriores estudios, es evidente que el impacto ambiental generado es alto, ya que dichos residuos, en la mayoría de los casos son incinerados o se depositan al aire libre en vertederos con bajo nivel de manejo tecnológico. Adicionalmente es de resaltar que estos contaminan las fuentes de agua, sirven como hospedero de plagas que causan enfermedad a la misma plantación, generan reducción de

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espacios y un problema de higiene por la acumulación de basuras (Botero L. & Mazzeo M., 2009).

Partiendo de lo anterior, se observa que el uso de los residuos foliares de plátanos y bananos en la alimentación animal se justifica, por ser cultivos tropicales perennes (puede una plantación ser sostenible hasta por cinco años, aunque cada planta producirá solo una vez) que presentan una alta producción de biomasa por unidad de superficie anualmente. Los subproductos foliares del plátano al igual que otros desechos agrícolas y algunos forrajes presentan la dificultad de ser bajos en materia seca y altos en fibras, lo cual limita su utilización en dietas de animales (por ejemplo: los monogástricos). Estas dificultades, según Godoy y (1981) y Babatunde (1992), referenciados por Oviedo (2009); han traído como consecuencia su uso fundamentalmente en rumiantes. No obstante también existen algunas referencias del empleo de estos residuos foliares en la alimentación del cerdo en Indonesia.

(Oviedo, 2009).

Hoy se puede afirmar que en tiempos de crisis económicas y ambientales, se hace evidente un significativo aumento en los precios de los cereales que obliga a buscar alternativas de alimentación para el ganado, que sean más económicas y rindan los mismos resultados que los cereales. Esto obliga a los productores pecuarios a buscar nuevas alternativas de alimentación para el ganado, que sean más rentables e igualmente productivas que los productos convencionales. La caracterización del aporte nutricional contenidos en los subproductos de la agroindustria bananera representan, entonces, una fuente de innovación de gran valor, puesto que puede asumir un papel muy importante para resolver los problemas actuales de la alimentación animal.

Tomando en consideración lo expuesto anteriormente, esta investigación se propone dar respuesta al siguiente problema científico:

¿Qué influencia ejercen la procedencia y los pretratamientos realizados a los pseudotallos de Musa spp. sobre las características nutricionales del producto final que le permiten ser empleado como bloques nutricionales para la alimentación animal?

Para dar solución a este problema científico, el objetivo general a desarrollar en este trabajo es: Determinar el potencial nutricional que posee el pseudotallo de Musa spp. que le permita ser empleado en la elaboración de bloques nutricionales para el consumo animal.

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Para ello se plantean los siguientes objetivos específicos: • Analizar por métodos cuantitativos y cualitativos los componentes nutricionales presentes en el pseudotallo de Musa spp. según su procedencia.

• Establecer la eficiencia del proceso de deshidratación mediante la curva de secado para la materia prima según su procedencia.

• Evaluar la estabilidad fisicoquímica de los bloques nutricionales según el estado de la materia prima fermentada y sin fermentar así como la procedencia.

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1. MARCO TEÓRICO

1.1. TAXONOMÍA DEL GENERO RELEVANTES DE LA ESPECIE

Musa

spp.

Y

CARACTERÍSTICAS

La planta del plátano al igual que la del banano son monocotiledóneas, las que por poseer sépalos coloreados y ovario adherente ínfero, se han situado dentro del orden de las Escitamíneas. De acuerdo con lo anterior los plátanos y los comestibles hacen parte de la familia de las Musáceas, que a su vez está dividida en tres subfamilias, una de las cuales es la Musaceae, cuyos miembros poseen, entre otras características, hojas dispuestas en espiral y flores frecuentemente unisexuales (Belalcázar, 1991). La subfamilia Musaceae está formada por dos géneros muy conocidos y difundidos por todo el mundo, como son el Ensete y el Musa, siendo este último el de mayor interés para el hombre, ya que por su naturaleza partenocárpica incluye un gran número de especies comestibles, aunque también forman parte de él algunas especies seminíferas (Belalcázar, 1991).

El género Musa está constituido por dos grupos con dos series o secciones cada uno, cuyas diferencias, entre otros parámetros, están basadas en el número de cromosomas (Belalcázar, 1991). La Figura 1 presenta un resumen claro en cuanto se refiere a la taxonomía de las musáceas, junto con la designación de los plátanos y bananos comestibles cultivados en el país.

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Figura 1. Taxonomía, clasificación y nomenclatura de los bananos y plátanos comestibles que se cultivan en Colombia

Fuente: Adaptado de (Belalcázar, 1991).

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1.1.1. Morfo-fisiología de la planta de Musa spp.

Los plátanos y bananos son plantas monocotiledóneas herbáceas y perennes, con falsos tallos aéreos formados por las vainas foliares, y con los verdaderos tallos subterráneos constituidos por bulbos sólidos. Las hojas fotosintéticas están dispuestas en forma de espiral y son variables en cuanto a tamaño y se forman durante todo el período vegetativo de la planta, hasta la aparición de la inflorescencia, donde se transforman en espatas o brácteas, denominadas “hojas placenta” las que preceden a la “parición” (Restrepo de Fraume, 1989). La inflorescencia polígama que tiene forma de racimo es larga y pedunculada, con brácteas grandes y sésiles en espiral, cada una de las cuales cubren el glomérulo de flores (Restrepo de Fraume, 1989). Los frutos son bayas tricarpelares provenientes de un ovario ínfero (Restrepo de Fraume, 1989).

1.1.2. Producción Mundial y Nacional del género Musa spp.

El plátano es uno de los productos básicos más importantes de la dieta alimentaria de la población más pobre de los países tropicales, ya que, junto con las raíces y los tubérculos, aporta cerca del 40% del total de la oferta de alimentos en términos de calorías. Además, su siembra constituye una importante fuente de empleo e ingresos para pequeños productores en numerosos países en vías de desarrollo (Ruiz M. & Urueña del Valle, 2009). La duración de una plantación de plátano es de 6 a 15 años, dependiendo de las condiciones ambientales y de las prácticas culturales.

En el año 2007, en el mundo se produjeron 33,9 millones de toneladas de plátano, de las que se comercializan internacionalmente más de 500.000, de las cuales el 72%, equivalen a 24,3 millones de toneladas, se concentraron en los países africanos, el 25% en países de Centroamérica, Suramérica y el Caribe, y el 3% en países asiáticos. Aunque los países africanos participan con un amplio volumen dentro de la producción mundial, la mayor parte de éste se destina al consumo interno, razón por la cual tienen una participación marginal en el mercado internacional (Ruiz M. & Urueña del Valle, 2009). Uganda, el principal productor de plátano en el mundo, produjo 9,2 millones de toneladas en el 2007, equivalentes al 27,2% de la producción mundial. Le siguen en importancia Nigeria, Ghana y Colombia que participaron en el mismo año con el 8,8%, 8,6% y 8,2%, respectivamente. La región suramericana participó con el 18% de la oferta mundial de plátano, equivalente a 6,1 millones de toneladas que se producen principalmente en Colombia (2,8 millones de toneladas) y Perú (1,8 millones de toneladas).

Colombia pasó de ser el segundo productor mundial de plátano en 2004 a ser el cuarto en 2007, siendo desplazado por Nigeria y Ghana que muestran destacadas tasas de crecimiento anual promedio de la producción de 5% y 4,7%, respectivamente, entre 1995 y 2007, frente a un relativo estancamiento de la producción colombiana que tan sólo creció 1,1% en el mismo período, pasando de 2,9 millones de toneladas en 1995 a 2,8 millones de toneladas en 2007 (Ruiz M. & Urueña del Valle, 2009).

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De las 5,4 millones de hectáreas de plátano que se cosecharon en el mundo en 2007, Uganda participó con el 31% y creció al 1% anual promedio entre 1995 y 2007. Siguen en importancia Nigeria y Ghana, con participaciones de 8,8% y 5,6%, respectivamente y con tasas de crecimiento anual promedio de 5,9% y 2,9% en el mismo período. Colombia, el cuarto país en importancia, muestra un crecimiento anual de 0,5%. De nuevo, se destacan las tasas de crecimiento anual promedio del área cosechada en plátano en Nigeria (5%) y en Ghana (4,7%), entre 1995 y 2007.

En cuanto a los rendimientos, según las estadísticas de la FAO, el promedio mundial es de 6,3 ton/ha/año y se ha mantenido estable durante el período de estudio (19952007). Kenia es el país que en el año 2007 mostró los mayores rendimientos de 14,4 ton/ha/año, seguido por Perú con 12,2 ton/ha/año y por Myanmar con 10,5 ton/ha/año (Ruiz M. & Urueña del Valle, 2009). La Figura 2 muestra la relación de producción a nivel mundial de los principales países productores de plátano entre los años 2000 y 2009.

Figura 2. Principales países productores a nivel mundial de plátano (años 20002009).

Fuente: FAO, Tomado de (Piedrahíta Y., 2010).

El cultivo de plátano en Colombia es uno de los principales productos de la canasta familiar y es usado en la agroindustria para la producción de harina y de alimentos concentrados para la alimentación animal, y la producción de plátano procesado.

En 2008 alcanzó 2,8 millones de toneladas, de las cuales se exporta el 3,6%, cerca del 1% se destina al consumo de la agroindustria y se estiman pérdidas equivalentes al 10% de la producción. El resto se consume en los hogares rurales y urbanos del 13

país. El cultivo del plátano en Colombia está localizado en zonas de climas templado y cálido, y es desarrollado, en su mayoría, por pequeños productores para quienes se constituye en su medio de vida. Las variedades cultivadas a nivel nacional son el dominico hartón, el dominico, el hartón, el pelipita y el cachaco o popocho y su distribución geográfica depende de las condiciones agroecológicas a las cuales se adaptan las distintas variedades.

Las explotaciones de tipo empresarial, generalmente se dedican a la exportación y, están ubicadas, en su mayoría, en la zona de Urabá, en la Zona Cafetera y el Quindío (Ruiz M. & Urueña del Valle, 2009).

Colombia participa con el 8,6% de la producción mundial de plátano, con un comportamiento relativamente estable, alcanzando una producción de 2.815.069 toneladas en 2008, con una tasa de crecimiento anual promedio de 1,1%, entre 1995 y 2008. El principal departamento productor es el departamento de Antioquia, seguido de los departamentos de Quindío y Meta quienes en el año 2008, participaron con el 13,0%, 11,2% y 10,5% de la producción, respectivamente (Ruiz M. & Urueña del Valle, 2009). La Tabla 1 muestra el área y producción de plátano por departamento para el año 2008.

Tabla 1. Área y Producción por Departamento en Colombia para el año 2008.

Departamento

Área cosechada (ha.)

Producción (Ton.)

Participación (%)

Tasa de crecimiento anual promedio (1995-2008) 3,5% 0,7% 1,0% 1,8% 0,2% 6,5%

Antioquia 55.525 365.910 13,0% Quindío 34.472 316.021 11,2% Meta 18.059 296.173 10,5% Caldas 15.705 170.036 6,0% Tolima 23.828 165.808 5,9% Risaralda 19.499 149.735 5,3% Valle del 16.069 137.188 4,9% -0,9% Cauca Nariño 22.467 134.369 4,8% 5,0% Córdoba 17.416 127.729 4,5% 3,4% Santander 8.987 101.984 3,6% -1,9% Otros 130.095 850.116 30,2% -0,4% Total 362.122 2.815.069 100,0% 1,1% Fuente: Agronet®. Tomado de: (Ruiz M. & Urueña del Valle, 2009).

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1.2.

USOS POTENCIALES Y SUBPRODUCTOS

Colombia participa con el 8,19% de la producción mundial y para el año 2014, ocupaba el quinto lugar dentro de los países con mayor producción y el quinto lugar en el valor internacional en dólares, de la producción (MADR, 2014). Cabe decir que, al momento de cosechar el plátano con fines tanto de exportación como de consumo interno, se generan residuos de aproximadamente el 80% del total de la planta.

Tabla 2. Composición Porcentual Vegetal de una planta de Musa spp.

Componente Porcentaje en Porcentaje Principal Componente Total en Planta Pseudotallo 73,76% Licor 22,77% 30,87% Hojas 8,42% Racimo 17,82% Fruto 60% 10,692% Cáscara 25% 4,455% Raquis 15% 2,673% Fuente: Adaptado de (Martínez Y., Reyes P., & Rodríguez E., 2005) En el Eje Cafetero se han realizado investigaciones que giran alrededor de la industrialización del plátano y el aprovechamiento de los subproductos en general; estos estudios han tenido cierto grado de aceptación, pero continúan sin visibles resultados frente a su aplicación con miras a fortalecer la cadena productiva del plátano. El raquis o vástago, es uno de los residuos generados tanto en la cosecha como en la postcosecha del plátano que se puede industrializar a fin de obtener productos alimenticios de alto valor nutricional y con características sensoriales y microbiológicas óptimas para su consumo (Botero L. & Mazzeo M., 2009).

Si se tiene en cuenta que de la composición de una planta completa de Musa spp (Tabla 2); hay un pequeño aprovechamiento por los artesanos de la fibra del pseudotallo, la que llaman guasca, además del fruto; se estaría presentando un desperdicio del alrededor del 80% de la planta total (Martínez Y., Reyes P., & Rodríguez E., 2005); sin embargo, las hojas y pseudotallo son fuentes de forraje muy útiles en muchos países tropicales, sobretodo en la época seca. Se pueden triturar y distribuir frescos o se pueden ensilar. Tiene niveles muy bajos en proteínas y minerales, por ello es necesario agregar alguna fuente rica en proteína, como harinas de oleaginosas, bloques de Multinutricionales (BMN), hojas de yuca, orujos, etc. para mejorar su respuesta productiva (Fernández M., 2010).

Babatunde (1991), citado por Hernández et. al. (2009 ); señala que la mejor perspectiva para desarrollar nuevos productos para la alimentación animal lo representan los pseudotallos y hojas, que generalmente se pierden a nivel de campo

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(Hernández, y otros, 2009 ). La Tabla 3 muestra los componentes fisicoquímicos de los diferentes subproductos del cultivo de Musa.

Tabla 3 Características fisicoquímicas de los subproductos del cultivo de Musa.

Hojas

Raquis

% de Humedad

81,4

68,5

Cáscara (Verde) 58,1

% Materia seca

18,6

31,5

41,9

8

% Grasa

1,12

0,1

0,1

0

% Nitrógeno

1,18

1,29

1,41

0,33

% Proteína

7,38

8,06

8,81

2,06

% Cenizas

0,92

3,42

2,23

0,49

6,2 23,7 7,7 Fuente: (Botero L. & Mazzeo M., 2009)

6,7

% Fibra

Pseudotallo 92

Los subproductos foliares del plátano al igual que otros desechos agrícolas y algunos forrajes presentan la dificultad de ser bajos en materia seca y altos en fibras lo cual limita su utilización en dietas de animales monogástricos. La dificultad del alto contenido de pared celular vegetal confiere a los residuos foliares del plátano la característica de que su utilización como fuente de alimento sea fundamentalmente orientada a rumiantes (García & Martínez, 1999). La fibra, como nutriente, contribuye al mantenimiento del funcionamiento ruminal (llenado ruminal y estímulo de las contracciones ruminales) y de las condiciones ruminales (pH, a través de la secreción salivar dependiente de la masticación y la rumia. Estas dos funciones dependen de la composición, la degradabilidad y la forma de presentación de la fibra. Por otro lado, la fibra supone un inconveniente, en el sentido que limita el contenido energético de las raciones (baja digestibilidad) y el potencial de ingestión (Hernández G., 2010).

Rojas, Palavicini, & Sánchez (1988) cita investigaciones de Foulkes y Preston, (1978b) y Delio et al., (1979), en las cuales se han empleado el pseudotallo como un componente forrajero, mezclado con hojas y con caña de azúcar integral, y han informado digestibilidades aparentes de la materia seca del pseudotallo de 75,4%; 67,5% y 67,5%, respectivamente. En Costa Rica, según Rojas, Palavicini, & Sánchez (1988); Pezo y Fanola (1980) señalaron valores de 77,4% de digestibilidad in vitro, calificando a este producto como promisorio para el desarrollo de sistemas de alimentación e indicando como factor limitante el alto contenido de humedad.

Los pseudotallos se pueden triturar y ensilar una vez que el racimo ha sido cosechado y se ha cortado la planta. Si al ensilar se agrega una fuente fácilmente fermentable de carbohidratos como melaza o raíces cortadas y alimentos ricos en proteína se obtiene un buen ensilaje (Botero L. & Mazzeo M., 2009).

Adicionalmente, es importante resaltar que al ser una fuente importante de fibra,

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sirven como materia prima en la industria textil y automotriz. Según información citada por Mazzeo, León, Mejía, Guerrero, & Botero (2010), de INFOMUSA (1994), la fibra común que se extrae de los pecíolos secos y el pseudotallo de la planta son utilizados en la fabricación de ciertos papeles. También se han demostrado las propiedades antioxidantes del polvo del pseudotallo, las cuales le confieren al producto cualidades promotoras de salud (Mazzeo, León, Mejía, Guerrero, & Botero, 2010). Por su parte, el vástago o raquis, comúnmente se utiliza como alimento para ganado, pero también se ha venido utilizando en forma de harinas con el mismo fin; y también pueden ser fuente de materiales fibrosos como papel, materiales de construcción y artesanías (Mazzeo, León, Mejía, Guerrero, & Botero, 2010).

1.3.

TÉCNICAS DE DESHIDRATACIÓN

A nivel general, el secado implica la remoción de cantidades de agua relativamente pequeñas de cierto material hasta que su contenido esté en equilibrio con el aire que le rodea; la evaporación se refiere a la eliminación de cantidades de agua bastante grandes; además, ahí el agua se elimina en forma de vapor a su punto de ebullición. En el secado, el agua casi siempre se elimina en forma de vapor con aire (Geankoplis, 1998); y la deshidratación, consiste en la eliminación prácticamente total del agua que pueda contener. La diferencia entre estos conceptos es, básicamente cuantitativa (Marcilla G., 1999).

El secado o deshidratación de materiales biológicos (en especial los alimentos), se usa también como técnica de preservación. Los microorganismos que provocan la descomposición de los alimentos no pueden crecer y multiplicarse en ausencia de agua. Además, muchas de las enzimas que causan los cambios químicos en alimentos y otros materiales biológicos no pueden funcionar sin agua. Los microorganismos dejan de ser activos cuando el contenido de agua se reduce por debajo del 10% en peso. Sin embargo, generalmente es necesario reducir este contenido de humedad por debajo del 5% en peso en los alimentos, para preservar su sabor y su valor nutritivo. Los alimentos secos pueden almacenarse durante periodos bastante largos (Geankoplis, 1998).

1.3.1. Técnicas de Secado.

Los métodos y procesos de secado se clasifican de diferentes maneras; se dividen en procesos por lotes, cuando el material se introduce en el equipo de secado y el proceso se verifica por un periodo; o continuos, si el material se añade sin interrupción al equipo de secado y se obtiene material seco con régimen continuo (Geankoplis, 1998). Los procesos de secado se clasifican también de acuerdo con las condiciones fisicoquímicas o mecánicas usadas para adicionar calor y extraer

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vapor de agua. Para el desarrollo experimental de este proyecto es pertinente conocer algunos de los principales métodos de secado.

Secado Fisicoquímico.

Evaporación Superficial: el calor se añade por contacto directo con aire caliente a presión atmosférica, y el vapor de agua formado se elimina por arrastre con el mismo aire.

Secado al Vacío, la evaporación del agua se verifica con más rapidez a presiones bajas, y el calor se añade indirectamente por contacto con una pared metálica o por radiación (también pueden usarse bajas temperaturas con vacío para ciertos materiales que se decoloran o se descomponen a temperaturas altas). (Geankoplis, 1998) Secado Mecánico.

Prensado: consiste en separar un líquido de un sistema sólido-líquido, por compresión del sistema en condiciones que permitan que el líquido escape mientras que el sólido quede retenido entre las superficies que los comprimen.

Centrifugación: consiste en aplicar una fuerza centrífuga suficientemente elevada, de forma que el líquido se desplaza en la dirección de la fuerza produciéndose la separación. (Marcilla G., 1999).

1.4.

PROCESO DE ENSILAJE

El ensilaje es un método de conservación de pastos y forrajes basado en la fermentación anaeróbica de la masa forrajera que permite mantener durante periodos prolongados de tiempo la calidad que tenía el forraje en el momento del corte (Sánchez Matta, 2005). El ensilaje puede ser directo o con pre secado. En el ensilaje directo, tradicional o 'húmedo', el corte del forraje debe realizarse cuando la humedad se encuentra entre 68% y 72%, procediendo de inmediato al picado y acondicionamiento en el silo; en el ensilaje con pre secado, también denominado 'henolaje', el forraje cortado se deja extendido en el campo para disminuir el nivel de humedad hasta 45% o 55%, siendo recogido posteriormente para su almacenamiento (Sánchez Matta, 2005).

Se diferencian cuatro fases en el proceso: La fase aeróbica que comprende los cambios del forraje inmediatamente después del corte y antes de eliminar el aire (Sánchez Matta, 2005); en ella el oxígeno atmosférico presente en la masa vegetal se disminuye rápidamente debido a la respiración de los materiales vegetales y a los microorganismos aeróbicos y aeróbicos facultativos como las levaduras y las enterobacterias. Además hay una actividad importante de varias enzimas vegetales, como las proteasas y las carbohidrasas, siempre que el pH se 18

mantenga en el rango normal para el jugo del forraje fresco (pH 6,5 a 6,0) (Oude E, Driehuis, Gottschal, & Spoelstra, 2001). Según Muck (1996) y Weiss (1996), citados por Sánchez Matta (2005); en esta actividad aeróbica y por acción de enzimas vegetales los azúcares son convertidos en dióxido de carbono, agua y calor.

Los procesos de oxidación reducen el nivel de oxígeno en la masa forrajera, presentándose lisis celular con liberación de proteasas, las cuales incrementan los niveles de nitrógeno no proteico a expensas de proteína, actividad de máximo nivel durante las primeras 48 horas. De esta manera, procesos ineficientes de transporte y llenado del silo originan prolongadas fases aeróbicas, las cuales se acompañan de elevación de temperatura del forraje, e incremento de proteólisis, con elevadas pérdidas de energía y Materia seca (MS) (Sánchez Matta, 2005).

La fase anaeróbica o periodo real de fermentación, corresponde a los cambios de la masa forrajera después de eliminar el aire (Sánchez Matta, 2005). Dura de varios días hasta varias semanas, dependiendo de las características del material ensilado y de las condiciones en el momento del ensilaje. Si la fermentación se desarrolla con éxito, la actividad BAC1 proliferará y se convertirá en la población predominante. A causa de la producción de ácido láctico y otros ácidos, el pH bajará a valores entre 3,8 a 5,0. Los cambios químicos que se presentan en la masa forrajera durante la fase anaeróbica del proceso son originados por microorganismos, los cuales pueden originar tres tipos de fermentación anaeróbica: acética, láctica y butírico siendo la láctica la fermentación ideal para el proceso de ensilaje. Las bacterias ácido lácticas responsables de la fermentación en ensilajes, se caracterizan principalmente por fermentar azúcares hasta ácido láctico (Sánchez Matta, 2005). Sin embargo, algunas especies también producen ácido acético y etanol durante la fermentación, razón por la cual se clasifican en dos grupos: heterofermentativas y homofermentativas (Sánchez Matta, 2005).

La fase estable, que se desarrolla mientras se mantenga el ambiente sin aire. La mayoría de los microorganismos de la fase anaeróbica lentamente reducen su presencia. Algunos microorganismos acidófilos sobreviven este período en estado inactivo; otros, como clostridios y bacilos, sobreviven como esporas. Sólo algunas proteasas y carbohidrasas, y microorganismos especializados, como Lactobacillus buchneri que toleran ambientes ácidos, continúan activos pero a menor ritmo (Oude E, Driehuis, Gottschal, & Spoelstra, 2001).

La fase de alimentación o vaciado que se inicia después de la apertura del silo (Sánchez Matta, 2005). El período de deterioro puede dividirse en dos etapas.

La primera se debe al inicio de la degradación de los ácidos orgánicos que conservan el ensilaje, por acción de levaduras y ocasionalmente por bacterias que producen ácido acético. Esto induce un aumento en el valor del pH, lo que permite el inicio de la segunda etapa de deterioro; en ella se constata un aumento de la temperatura y la actividad de microorganismos que deterioran el 1

Microorganismos benéficos - Bacterias que producen ácido láctico (BAC).

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ensilaje, como algunos bacilos. La última etapa también incluye la actividad de otros microorganismos aeróbicos como mohos y enterobacterias. El deterioro aeróbico ocurre en casi todos los ensilajes al ser abiertos y expuestos al aire.

Sin embargo, la tasa de deterioro depende de la concentración y de la actividad de los organismos que causan este deterioro en el ensilaje. Las pérdidas por deterioro oscilan entre 1,5% y 4,5% de MS diarias. (Oude E, Driehuis, Gottschal, & Spoelstra, 2001).

1.4.1. La microflora del Ensilaje.

La microflora del ensilaje juega un papel clave para el éxito del proceso de conservación. Puede ser dividida en dos grupos principales: los microorganismos benéficos y los microorganismos indeseables. Los microorganismos benéficos son los microorganismos BAC (Oude E, Driehuis, Gottschal, & Spoelstra, 2001).

Microorganismos benéficos - Bacterias que producen ácido láctico (BAC).

Las bacterias BAC pertenecen a la microflora epifítica de los vegetales. Su población natural crece significativamente entre la cosecha y el ensilaje. Esto se explica por la reactivación de células latentes y otras no cultivadas, y no por la inoculación de las máquinas cosechadoras o por el simple crecimiento de la población original. Para Woolford (1984) y McDonald et al. (1991), citados por Oude E, Driehuis, Gottschal, & Spoelstra (2001); las características del cultivo como, contenido de azúcares, contenido de materia seca y composición de los azúcares, combinados con las propiedades del grupo BAC así como su tolerancia a condiciones ácidas o de presión osmótica, y el uso del substrato, influirán en forma decisiva sobre la capacidad de competencia de la flora BAC durante la fermentación del ensilaje. Los componentes BAC que se asocian con el proceso de ensilaje pertenecen a los géneros: Lactobacillus, Pediococcus, Leuconostoc, Enterococcus, Lactococcus y Streptococcus. La mayoría de ellos son mesófilos, o sea que pueden crecer en un rango de temperaturas óptimo que oscila entre 25° y 40°C. Son capaces de bajar el pH del ensilaje a valores entre 4 y 5, dependiendo de las especies y del tipo de forraje. Todos los miembros del BAC son aeróbicos facultativos, pero muestran cierta preferencia por la condición anaeróbica (Oude E, Driehuis, Gottschal, & Spoelstra, 2001). Tomando en cuenta su metabolismo de los azúcares, los miembros BAC pueden ser clasificados como homofermentadores obligatorios, heterofermentadores facultativos o heterofermentadores obligatorios (Oude E, Driehuis, Gottschal, & Spoelstra, 2001). Los homofermentadores reúnen especies como Pediococcus damnosus y Lactobacillus ruminis. Los heterofermentadores incluyen a Lactobacillus plantarum, L. pentosus, Pediococcus acidilactici, P. pentosaceus y Enterococcus faecium (Oude E, Driehuis, Gottschal, & Spoelstra, 2001).

Microorganismos indeseables.

Levaduras: Las levaduras son microorganismos eucarióticos, anaeróbicos facultativos y heterotróficos. En todo ensilaje, tanto la actividad de levaduras 20

anaeróbicas como aeróbicas son indeseables. Bajo condiciones anaeróbicas las levaduras fermentan azúcares produciendo etanol y CO2 (Oude E, Driehuis, Gottschal, & Spoelstra, 2001). Bajo condiciones aeróbicas, muchas especies de levaduras degradan el ácido láctico en CO2 y H2O. La degradación del ácido láctico eleva el valor del pH del ensilaje, lo cual a su vez permite el desarrollo de otros organismos indeseables (Oude E, Driehuis, Gottschal, & Spoelstra, 2001).

Enterobacterias: Las enterobacterias son organismos anaeróbicos facultativos. Se considera que la mayoría de las enterobacterias presentes en el ensilaje no son patógenas. Pese a ello su desarrollo en el ensilaje es perjudicial porque compiten con los integrantes del BAC por los azúcares disponibles, y porque además pueden degradar las proteínas (Oude E, Driehuis, Gottschal, & Spoelstra, 2001). Las enterobacterias no proliferan en ambientes con valores bajos de pH. Las técnicas de ensilaje que aseguren un rápido y significativo descenso del pH en el ensilaje, provocarán una inhibición del desarrollo de las enterobacterias (Oude E, Driehuis, Gottschal, & Spoelstra, 2001).

Clostridios: Los clostridios son bacterias anaeróbicas que forman endosporas.

Muchas de ellas pueden fermentar tanto carbohidratos como proteínas, por lo cual disminuyen el valor nutritivo del ensilaje. Se pueden presentar serios problemas de salud pueden por ciertos tipos de clostridios. Un "ensilaje clostridial" típico muestra un alto contenido de ácido butírico (más de 5 g/kg de MS), un pH alto (>5 en ensilajes con bajo contenido de MS), y alto contenido tanto de amoníaco como de aminas. Las técnicas de ensilaje que permiten una caída rápida y significativa del pH evitarán el problema, puesto que tanto el desarrollo de enterobacterias como de clostridios se inhibe con valores bajos de pH (Oude E, Driehuis, Gottschal, & Spoelstra, 2001).

Bacterias productoras de ácido acético: Según Spoelstra et al. (1988), citado por Oude E, Driehuis, Gottschal, & Spoelstra (2001); estas bacterias son ácido tolerantes y aeróbicas obligatorias. Hasta la fecha, todas estas bacterias aisladas de muestras de ensilaje pertenecen al género Acetobacter. (Oude E, Driehuis, Gottschal, & Spoelstra, 2001).

Bacilos: Los bacilos aeróbicos facultativos fermentan un amplio rango de carbohidratos generando compuestos tales como ácidos orgánicos o etanol, 2,3butanodiol y glicerol. Algunos Bacillus spp. son capaces de producir substancias fungicidas, y se los ha usado para inhibir el proceso de deterioro aeróbico en ensilajes. Con la excepción de estas familias, el desarrollo de los bacilos en el ensilaje es en general considerado como indeseable. Esto se debe a que los bacilos no sólo son menos eficaces como productores de ácido láctico y acético comparado con el grupo BAC, si no que en las etapas finales, incrementan la deterioración aeróbica (Oude E, Driehuis, Gottschal, & Spoelstra, 2001).

Mohos: Los mohos son organismos eucarióticos. Es fácil identificar un ensilaje infestado por mohos debido a los filamentos de diversos colores y de gran tamaño

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que producen muchas especies. Las especies que se han identificado más frecuentemente en el ensilaje pertenecen a los géneros Penicillium, Fusarium, Aspergillus, Mucor, Byssochlamys, Absidia, Arthrinium, Geotrichum, Monascus, Scopulariopsis y Trichoderma (Oude E, Driehuis, Gottschal, & Spoelstra, 2001). Los mohos no sólo disminuyen el valor nutritivo y la palatabilidad del ensilaje, sino que también son un riesgo para la salud de los animales y las personas. Las técnicas de ensilaje que minimizan el ingreso de aire y la inclusión de aditivos que inhiben el deterioro aeróbico, podrán prevenir o limitar el desarrollo de mohos (Depositos de documentos de la FAO, 2001).

Listeria: Los integrantes del género Listeria son organismos aeróbicos o anaeróbicos. Con relación a los efectos negativos sobre la calidad del ensilaje, la más importante especie es el L. monocytogenes, anaeróbico facultativo, que es una especie patogénica para varios animales y para el hombre. El desarrollo y supervivencia de Listeria spp. en el ensilaje están determinados por fallas en asegurar un ambiente anaeróbico, y por el valor pH del ensilaje. L. monocytogenes puede tolerar bajos niveles de pH entre 3,8 a 4,2 por largos períodos siempre que exista oxígeno, aún a exiguas concentraciones. Sin embargo, en un ámbito estrictamente anaeróbico, perece rápidamente al existir un valor de pH bajo.

Generalmente L. monocytogenes no se desarrolla en ensilajes bien fermentados que tienen un nivel bajo de pH (Depositos de documentos de la FAO, 2001) .

1.5.

PROCESOS FERMENTATIVOS EN EL ESTÓMAGO DE UN RUMIANTE.

1.5.1. Ecosistema microbiano para la digestión fermentativa.

Los microorganismos responsables de la digestión fermentativa incluyen bacterias, protozoos y hongos (Relling & Mattioli, 2003). Las bacterias representan la fracción de la población ruminal imprescindibles para la vida del rumiante. El neonato adquiere esta flora por el contacto directo con otros bovinos o bien por contacto indirecto a través de elementos contaminados como forrajes o agua de bebida. Si bien existe una amplia variedad de bacterias y alternativas para clasificarlas, resulta útil agruparlas en base a los sustratos que emplean y a los productos finales de su fermentación (Relling & Mattioli, 2003). La Tabla 4 muestra la clasificación funcional de las bacterias ruminales; debe tenerse en cuenta que esta clasificación en grupos no es excluyente, sino que una misma especie bacteriana puede cumplir más de una función metabólica. Por otro lado los microorganismos actúan en sistemas cooperativos dentro de un complejo ecosistema, en el cual simplemente sobresale la acción de una especie como productora de una actividad, pero ésta depende de las condiciones que establecen en conjunto toda la biomasa (Relling & Mattioli, 2003).

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Tabla 4 Clasificación funcional de las bacterias ruminales.

Grupo de bacterias

Celulíticas

Amilolíticas

Sacarolíticas

Característica funcional Fermentan hidratos de carbono estructurales de la pared celular (celulosa, hemicelulosa y pectinas) fermentan hidratos de carbono de reserva de granos (almidón) fermentan hidratos de carbono simples (azúcares vegetales)

Principales productos finales de su metabolismo AGV (especialmente acetato) AGV (especialmente propionato) AGV (especialmente butirato)

Lactolíticas

metabolizan el lactato

Lipolíticas

metabolizan las grasas

Proteolíticas

degradan las proteínas

AGV (especialmente propionato) Ácidos grasos libres y AGV (especialmente propionato) AGV y amoníaco (NH3)

Metanógenas

producen metano

Metano (CH4).

Ureolíticas

hidrolizan la urea Fuente: (Relling & Mattioli, 2003).

CO2 y NH3.

10

11

El número de bacterias varía entre 10 y 10 por gramo de líquido ruminal, lo cual representa entre 3 y 8 kilos de bacterias en el rumen de un bovino adulto. Esta concentración varía en relación directa con el contenido energético de la dieta. Otro factor que afecta el desarrollo bacteriano es el pH ruminal. La importancia nutricional de las bacterias radica en que son responsables de la mayor parte de la actividad celulolítica del rumen, y por otro lado son capaces de sintetizar sus proteínas a partir de compuestos nitrogenados no proteicos (NNP), especialmente amoníaco (NH3) (Relling & Mattioli, 2003).

Los protozoos representan la microfauna ruminal, desarrollan preferentemente a pH superior a 6 y a pesar de estar normalmente presentes no son imprescindibles para la función ruminal ni para la supervivencia del animal. Si bien se encuentran en menor concentración que las bacterias, a razón de 104a 106/ml de líquido ruminal, al tener mayor tamaño poseen una masa total que puede llegar a ser semejante a la bacteriana. Desde el punto de vista metabólico los protozoarios se diferencian de las bacterias por poseer una menor capacidad celulolítica (5% al 20% del total) y

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además son incapaces de sintetizar proteínas a partir de NNP. Son beneficiosos al moderar la fermentación amilolítica, debido en parte a que consumen preferentemente bacterias amilolíticas y además engloban trozos de almidón que pasan al intestino dentro del protozoo y evitan la fermentación ruminal, proveyendo de esa forma una fuente directa de glucosa para el animal. Con respecto al metabolismo proteico favorecen al rumiante aumentando el valor biológico de la proteína, pero se cree que es a un elevado costo energético por la recirculación de nitrógeno. A esto se le suma el dogma de que la mayoría de los protozoos mueren en el rumen, por lo cual sus proteínas son liberadas al medio ruminal donde las bacterias las van a degradar en las cadenas carbonadas y amoníaco para cubrir sus necesidades (Relling & Mattioli, 2003).

Los hongos representan alrededor del 8% de la biomasa ruminal. Poseen una importante actividad celulolítica, en especial cuando el rumiante consume forrajes demasiado maduros o encañados. Los hongos no predominan en el rumen debido a su baja tasa de multiplicación en comparación con las bacterias, algunas de las cuales a su vez reprimen su crecimiento, como el Ruminococcus spp. (Relling & Mattioli, 2003).

El pH ruminal debe regularse para efectivizar la degradación ruminal del alimento.

Los hidratos de carbono (H2OC) representan el componente más abundante en la dieta de los rumiantes. El tipo de H2OC predominante en la dieta condiciona el desarrollo del tipo de flora adecuada para su fermentación y el ajuste del pH a su rango ideal. Así, una ración rica en almidón es fermentada por una flora amilolítica que desarrolla mejor a un pH de 5,5 a 6,0 mientras que una ración compuesta por forraje con alto contenido de H2OC estructurales (celulosa, hemicelulosa y pectinas) será fermentada por una flora celulolítica que desarrolla mejor a pH de 6 a 6,9 (Relling & Mattioli, 2003). Para comprender la regulación del pH ruminal en función del tipo de dieta, se debe analizar la importancia relativa de cada factor en dietas en las que predomina el forraje, y que requerirá para su digestión un pH ruminal mayor de 6 que facilite el desarrollo de la flora celulolítica, y por otro lado lo propio en dietas con altas concentraciones de almidón para las cuales el pH debe descender de 6, rango óptimo para la flora amilolítica. La secuencia de eventos para ambos casos se observan en la Figura 3.

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Figura 3 Interacción de los factores reguladores del pH ruminal.

Ración rica en forraje (alto contenido de HC estructurales)

Ración rica en concentrado (alto contenido de almidón)

Largo tiempo de rumia (45-70 min/kg materia seca)

Corto tiempo de rumia (35-45 min/kg materia seca)

Alta producción de saliva (aprox.

12-14 litros/kg materia seca)

Baja producción de saliva (aprox.

10-12 litros/kg materia seca)

pH ruminal elevado (6 - 6,8)

pH ruminal bajo (5,5 - 6)

Concentración y velocidad de absorción de AGV bajas

Concentración y velocidad de absorción de AGV altas

Tomado de (Relling & Mattioli, 2003).

1.5.2. Metabolismo ruminal de los hidratos de carbono.

Los hidratos de carbono pueden ser de reserva, estructurales o bien azúcares, y la degradación de cada tipo posee características propias. En base a su estructura y función los H2OC pueden clasificarse en polisacáridos de reserva, como el almidón, polisacáridos estructurales como la celulosa, la hemicelulosa y la pectina, y finalmente H2OC simples o azúcares, entre los cuales encontramos mono y disacáridos (Relling & Mattioli, 2003).

La degradación de los H2OC estructurales sigue los siguientes pasos: 1. Los microorganismos celulolíticos se adhieren a la superficie de los trozos de fibra vegetal, cortada por efecto de la masticación, mezclado y rumia con el fin de exponer la pared celular. Si bien el ataque bacteriano puede realizarse sobre la superficie de la hoja, esta está recubierta por ceras que perjudican la adhesión 25

celular y en este caso las bacterias inician su acción sobre los estomas foliares libres de ceras, de cualquier modo la degradación sería muy lenta si no mediase la ruptura del forraje.

2. Los microorganismos liberan en el medio ruminal celulasas que realizan la digestión extracelular de la celulosa produciendo residuos pequeños, especialmente celobiosa (disacárido).

3. La celobiosa es incorporada a la bacteria y atacada por la celobiasa, que la desdoblará en dos glucosas.

4. La glucosa es utilizada por el microorganismo para obtener energía vía glucolítica y producir AGV como producto final, principalmente acetato, que es eliminado del soma bacteriano.

La celulosa representa del 10% al 30% de la MS del forraje y su digestibilidad varía entre el 50% y el 75%. La hemicelulosa se encuentra en una concentración algo menor (10% a 25% de la MS) y su digestibilidad varía entre el 35% y el 80%. Las variaciones en la digestibilidad de ambas están provocadas fundamentalmente por la concentración de lignina en el forraje. Estructuralmente la lignina no es un carbohidrato, sino un polímero de unidades fenil-propano. Representa menos del 3% de la materia seca en forrales tiernos y aumenta con el ciclo vegetativo hasta concentraciones superiores al 15%. Como no es digestible ni por las enzimas digestivas del animal ni por las microbianas del rumen, carece de valor nutricional y además bloquea el acceso de los microorganismos a los H2OC de la pared. Una de las características funcionales más importantes de los hongos en el ecosistema ruminal es su capacidad para degradar celulosa unida a lignina. Esta propiedad se debería al efecto mecánico de las hifas que se introducen en las cutículas y paredes celulares lignificadas y al dividirse la rompen, exponiendo los H2OC estructurales.

Por esta razón los hongos adquieren importancia en dietas que emplean forrajes muy lignificados como la paja de trigo, duplicando la capacidad celulolítica de las bacterias (Relling & Mattioli, 2003).

1.5.3. Metabolismo ruminal de los compuestos nitrogenados.

El metabolismo de las proteínas posee características diferentes en los rumiantes en relación con los no rumiantes. A nivel intestinal la degradación de las proteínas es similar en rumiantes y en no rumiantes. Las proteínas y los péptidos son degradados hasta oligopéptidos por la acción de las enzimas proteolíticas pancreáticas (tripsina, quimotripsina y carboxipeptidasa), luego los oligopéptidos son degradados por las oligopeptidasas de la membrana apical de los enterocitos liberando aminoácidos di y tripéptidos que finalmente son absorbidos. Sin embargo, a diferencia de los no rumiantes, la proteína que llega al intestino del rumiante es diferente de la ingerida con la dieta, debido a que los microorganismos ruminales degradan más de la mitad las proteínas consumidas. Una vez incorporados al microorganismo los péptidos son hidrolizados hasta aminoácidos, los cuales pueden ser empleados para sintetizar proteína microbiana o bien, como ocurre con

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la mayor parte de ellos, son utilizados como fuente energética. En este caso los microorganismos separan el grupo amino del aminoácido y lo liberan al medio ruminal como un producto de desecho, y emplean la cadena carbonada para obtener energía como si se tratara de un hidrato de carbono (Relling & Mattioli, 2003). Independientemente del aporte proteico de la dieta, la mayor parte de las proteínas que llegan al intestino del rumiante son propias del soma bacteriano.

Así como los microorganismos cubren una parte de sus requerimientos energéticos desdoblando aminoácidos, las bacterias y los hongos pueden re-sintetizarlos siguiendo el camino inverso, uniendo cadenas carbonadas, proveniente especialmente de los hidratos de carbono, con grupos amino provenientes del NH4+ o desde otra fuente de nitrógeno no proteico (NNP). Es importante tener en cuenta que el exceso de NH4+ perjudica al animal en dos aspectos. Por un lado aumenta el pH ruminal y puede alterar su funcionamiento si éste supera el rango normal y por otra parte el NH4+ es absorbido por el rumen y detoxificado en el hígado, mediante la formación de urea, con el consecuente gasto energético adicional para el rumiante (Relling & Mattioli, 2003). Cuando la proteína es un elemento costoso de suplementar, el metabolismo ruminal aporta la posibilidad de reemplazar una parte de las proteínas de la dieta por alguna fuente de NNP más económica, como la urea. Sin embargo, esta alternativa se va perdiendo a medida que el animal aumenta su producción y en consecuencia aumentan también sus requerimientos proteicos, haciendo que dependa cada vez más para cubrirlos de la fracción de proteína verdadera que pasa al intestino sin degradarse en el rumen (proteína pasante). Otro aspecto importante a considerar es que si bien pueden estar equilibradas las cantidades de NNP y de energía en la dieta, puede existir un desequilibrio en la dinámica de disponibilidad ruminal. Esto puede presentarse cuando se usa urea como NNP y granos como fuente energética. La urea es rápidamente desdoblada por la flora ureolítica y deja libre una cantidad excesiva de amoníaco, debido a que el grano tarda más tiempo en ser degradado (Relling & Mattioli, 2003).

1.5.4. Metabolismo ruminal de los lípidos.

Los lípidos se encuentran normalmente en bajas cantidades en los alimentos de origen vegetal. Los forrajes frescos poseen lípidos celulares y de superficie. Los primeros incluyen principalmente fosfolípidos, semejantes a los vistos en las membranas animales y glucolípidos de membrana, especialmente galactolípidos, ricos en ácidos grasos esenciales. Las tortas, subproductos de la extracción del aceite, contienen hasta un 3% de lípidos, mientras que los granos de cereales varían entre el 2,1% (trigo) y el 7,1% (avena) (Relling & Mattioli, 2003). Cuatro procesos ocurren a nivel ruminal con los lípidos: hidrólisis, biohidrogenación, síntesis y saponificación de ácidos grasos. El proceso de síntesis de grasas a nivel ruminal depende de la cantidad de ácidos grasos consumidos (Relling & Mattioli, 2003). El primer paso de la digestión de las grasas en el rumen consiste en procesos de

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hidrólisis por lipasas bacterianas, ubicadas en la superficie de los microorganismos, por lo cual las bacterias necesitan adherirse a la superficie del alimento. Como principal producto de la hidrólisis se liberan ácidos grasos y glicerol, sumados a alcoholes aminados derivados de los fosfolípidos y galactosa de los galactolípidos.

Estos últimos junto con el glicerol son metabolizados y convertidos en AGV, que se absorben por la pared ruminal.

A continuación, los ácidos grasos insaturados sufren un proceso de hidrogenación microbiana, o biohidrogenación, especialmente por bacterias adheridas al alimento.

Esto se debería por un lado a que los ácidos grasos al ser moléculas bipolares disminuyen la digestibilidad de los alimentos, lo que dificulta el acceso de las enzimas digestivas bacterianas. Por otro lado, los ácidos grasos insaturados alteran la tensión superficial y la permeabilidad de las membranas bacterianas, perjudicando especialmente a la flora celulolítica. Esta hidrogenación no es completa, afecta entre el 70% y el 90% de los ácidos grasos y queda un remanente que en parte es incorporado al propio soma bacteriano, pasando a ser una fuente de ácidos grasos esenciales e insaturados para el rumiante al ser absorbidos en el intestino. Muchas veces la biohidrogenación no es completa quedando productos intermedios, de los cuales algunos tienen funciones metabólicas en los animales. El porcentaje de hidrogenación está en relación con la cantidad de ácidos grasos poliinsaturados que lleguen al rumen y del pH ruminal. La biohidrogenación resulta también útil al inactivar ciertos compuestos tóxicos como alcaloides, fenoles y estrógenos vegetales, y representa para el organismo un ahorro de vitamina E, encargada de proteger a los ácidos grasos insaturados de los procesos oxidativos.

Debido al pH ácido del rumen los lípidos se saponifican formando jabones insolubles de calcio y de magnesio, y esta es la forma como el 70% a 80% de los lípidos abandonan el rumen. El resto de los lípidos llegan al abomaso como fosfolípidos, especialmente de origen microbiano (Relling & Mattioli, 2003).

1.5.5. Metabolismo ruminal de minerales.

Los minerales se dividen en macroelementos y microelementos. Los macroelementos se distribuyen en mayor proporción en los tejidos de sostén, como son los huesos. Los Microelementos, forman parte del sistema enzimático y hormonal, como por ejemplo el Hierro es constituyente de la hemoglobina. El Calcio, Magnesio y Fósforo, forman los huesos, siendo estos la reserva o el acumulador del Ca y P. Cuando la ingestión de alguno de ellos no es suficiente, el organismo los toma de esas reservas satisfaciendo momentáneamente los requerimientos. El Sodio y Cloro están diluidos como parte de los líquidos del animal y tienen como reserva al Rumen de las vacas y ovejas. El Potasio se encuentra en los líquidos internos de las células. El Cobre se deposita en el hígado. Hay otros elementos, como el Zinc y el Selenio, que no tienen un órgano de depósito definido o de fácil acceso y cuando se produce una deficiencia, el organismo del animal tiene dificultades para compensar rápidamente los efectos de la carencia (Mufarrege, 1999).

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2. MATERIALES Y MÉTODOS

2.1. LOCALIZACIÓN DEL ESTUDIO El proyecto de investigación se realizó en la Fundación Universitaria Agraria de Colombia – UNIAGRARIA, la cual está ubicada en la Calle 170 No 54A -10 en la ciudad de Bogotá (Colombia), Figura 4. Se encuentra a 2650 msnm, con una humedad relativa del 94% y temperatura anual promedio de 14°C. El procedimiento de adecuación, pretratamiento de las materias primas y elaboración de los bloques se realizó en el laboratorio de fitoquímica de UNIAGRARIA. Figura 4. Ubicación del estudio, Fundación Universitaria Agraria de Colombia.

Fuente: Google Maps, 2015.

2.2. DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL VEGETAL Las muestras vegetales de pseudotallo de Musa spp. se toman de plantas nativas provenientes de los municipios de San Francisco de Sales, Cundinamarca, Colombia y Tibaná, Boyacá, Colombia, con 20ºC y 16ºC de temperatura media y una altitud aproximadamente de 1520 y 2115 msnm, respectivamente.

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El corte de los pseudotallos se hace a una distancia de 1 m a partir de la base del vástago, el tipo de corte es transversal y se corta una longitud aproximada de 50 cm (Figura 5). Estos se transportan a temperatura ambiente en hojas de papel hasta los laboratorios de la UNIAGRARIA. Antes de ser empacadas se eliminan rastros de material vegetal muerto y de tierra e insectos que se encuentran superficialmente. Una vez las muestras a analizar llegan al destino, se cortan en rodajas de 2 cm de ancho y se almacenan en bolsas plásticas con cierre hermético a temperatura de 4°C en una nevera.

Figura 5. Corte de pseudotallo de Musa spp.

Fuente: Autores, 2015.

2.3. ANÁLISIS POR MÉTODOS CUANTITATIVOS Y CUALITATIVOS DE LOS COMPONENTES NUTRICIONALES PRESENTES EN EL PSEUDOTALLO DE MUSA SPP SEGÚN SU PROCEDENCIA. Inicialmente se efectúa una caracterización fisicoquímica de la materia prima (pseudotallo) proveniente de cada lugar, para determinar su composición. En la Tabla 5 presenta los parámetros de matriz bromatológica que comprende los parámetros evaluados en los pseudotallos (contenido de humedad (H), contenido de cenizas, extracto etéreo o grasa cruda (GC), fibra, proteína, carbohidratos, extracto libre de nitrógeno (ELN), entre otros.), junto con el método empleado y su respectiva referencia (Anexo A).

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Tabla 5. Matriz - Bromatología PARÁMETRO Humedad Cenizas Proteína Fibra Grasa ELN Nitrógeno total

K, Ca, Mg, Na, Cu, Mn, Fe, Zn.

Fósforo Boro Azufre Celulosa Hemicelulosa Lignina TDN FDN FDA FDK Carbohidratos no estructurales Energía Sílice Cloruros

MÉTODO Gravimétrica Gravimétrica Cálculo Gravimétrica Gravimétrica Cálculo Kjeldahl

REFERENCIA 1LBC 135 LBC 137 (Ver Anexo B) LBC 260 LBC 50 (Ver Anexo B) NTC 4657

Digestión ácida – cuantificación por espectrofotometría de absorción atómica con llama directa aire acetileno

LBC 257 Y LBC 258

Colorimetría con molibdato vanadato de amonio Colorimetría con azometina Turbidimetría Cálculo

Gravimetría

LBC 261 LBC 263 LBC 262 (Ver Anexo B) (Ver Anexo B) (Ver Anexo B) (Ver Anexo B) LBC 46 LBC 47 LBC 48 (Ver Anexo B)

Cálculo Volumetría

(Ver Anexo B) (Ver Anexo B) LBC 259

Fuente: Adaptado de Laboratorios Doctor Calderón Asistencia Técnica Agrícola LTDA, 2015.

1

*LBC – Referencia a método interno de Doctor Calderón Asistencia Técnica Agrícola LTDA.

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2.4. EFICIENCIA DEL PROCESO DE DESHIDRATACIÓN MEDIANTE LA CURVA DE SECADO PARA LA MATERIA PRIMA SEGÚN SU PROCEDENCIA.

2.5.1. Determinación de Masa Seca por método de Curva de Secado y Eficiencia del Proceso.

Para ello se tomaron dos muestras de pseudotallo de diferente procedencia San Francisco (a1) y Tibaná (a2) con cuatro repeticiones cada una, y con dos diferentes condiciones de secado: temperaturas de 45°C y 35°C, a fin de identificar el porcentaje de masa seca de cada uno y la eficiencia del proceso con respecto a la temperatura. El material fue cortado, como se muestra en la Figura 6 y se colocaron aproximadamente 40g de pseudotallo en cada bandeja. Para lo anterior se procede según lo observado en la Figura 7.

Figura 6. Corte transversal de Pseudotallo de Plátano.

Fuente: Autores, 2015.

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Figura 7. Proceso para establecer las curvas de secado en Pseudotallo de plátano.

Fuente: Autores, 2015.

El contenido de humedad del material se determina por la diferencia de peso entre el material fresco y la materia seca del material, Ecuación 1. % de Humedad Total =

masa húmeda - masa seca × 100 masa húmeda

(1)

El contenido de humedad parcial se obtiene por interpolación, Ecuación 2: % de Humedad Parcial = %HT +

M1 - M2 × (%MS - %HT ) M3 - M2

(2)

Donde:  M1. Masa del material parcialmente seco.  M2. Masa del material fresco.  M3. Masa del material seco.  %HT. Porcentaje de Humedad Total.  %MS. Porcentaje de masa seca (100% - %HT).

Para obtener el contenido de materia seca a 105 °C, se realiza las mismas operaciones.

33

2.5. EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE LA MATERIA PRIMA FERMENTADA Y SIN FERMENTAR EN LA ESTABILIDAD FISICOQUÍMICA DE LOS BLOQUES NUTRICIONALES.

2.5.2. Adecuación de Materias Primas para elaboración de bloques.

2.5.2.1.

Pretratamiento general aplicado al Pseudotallo de Musa spp.

Con el fin de trabajar con un material homogéneo durante el proceso experimental se desarrolló un pretratamiento, que abarca desde la recepción del material vegetal hasta su adecuación y deshidratación. En la Figura 8 puede observarse el diagrama del proceso.

Figura 8. Proceso de pretratamiento de pseudotallo de Musa spp.

Fuente: Autores, 2015

34

2.5.2.2.

Ensilaje.

El proceso de ensilaje se llevó a cabo con una fracción de pseudotallo deshidratado por cada procedencia y, para estimular el desarrollo de niveles adecuados de ácido láctico, se le agrega melaza como una fuente fácilmente fermentable de carbohidrato. La Figura 9 describe el proceso de fermentación, el cual se llevó a cabo realizando cuatro repeticiones por cada pseudotallo.

Figura 9. Proceso de Fermentación Láctica.

Fuente: Autores, 2015. ** Después de la segunda semana, debe monitorearse el pH de la pasta, cuando este alcance un rango entre 4 y 4,2 y se mantenga estable por más de 4 días, es indicador de que ya se puede utilizar la pasta para elaborar el bloque nutricional.

La intención principal del ensilado es la fermentación de azucares que permita un mejor aprovechamiento del material vegetal por parte del animal; así como la influencia de este tipo de pretratamientos en el material foliar en el tiempo de vida útil y calidad nutricional en la construcción de bloques nutricionales con materias primas alternativas.

2.5.3. Elaboración de bloques nutricionales.

Por cada vástago proveniente de San Francisco y de Tibaná se plantea la elaboración de dos tipos de bloques (con cuatro repeticiones cada uno), cuya diferencia radica principalmente en el estado de materia prima con el que se constituye el bloque: pseudotallo deshidratado y pseudotallo deshidratado –

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ensilado. El proceso para la elaboraci贸n de los bloques nutricionales se ilustra en la Figura 10.

Figura 10. Diagrama de flujo para la elaboraci贸n de Bloques Nutricionales.

Fuente: Autores, 2015.

2.5.3.1.

Formulaci贸n.

Se establece que el peso total del bloque es de 1kg y a partir de la literatura se determinan las relaciones nutricionales de cada componente del bloque, teniendo en cuenta las materias primas a utilizar y su funci贸n en el bloque (Figura 11); con el fin de hacer de este producto un suplemento que satisfaga los requerimientos nutricionales del animal (Tabla 6).

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Figura 11. Características nutricionales de un bloque nutricional.

Fuente de Energía y Aglutinante •Glicerina •Melaza •Cal •Cemento

Fuente de Nitrógeno no Proteíco (NNP)

Fuente de Fibra

Fuente de Proteína

• Pseudotal lo de Musa spp • Torta de Palmiste

• Torta de Palmiste

Fuente de Humedad • Pseudotal lo de Musa spp • Glicerina

Fuente de Minerales • Sulfato de Magnesio • Cal • Pseudotall o de Musa spp • Torta de Palmiste

• Urea

Fuente: Adaptado de (Tobía R. & Vargas G., 2013) y (Fariñas, y otros, 2009) Tabla 6. Tipos de Ingredientes y Proporciones que se pueden emplear para preparar BN. Componentes Proporción en el Bloque Fuente de Energía

25-65%

Fuentes de Nitrógeno no Proteico

5-10%

Fuentes Minerales

5-10%

Fuentes de Proteína

15-35%

Fuente de Fibra

3-5%

Fuente Aglutinante

10%

Fuente: Adaptado de (Fariñas, y otros, 2009) A partir de lo anterior, las proporciones de cada una de las materias primas establecidas dentro del bloque son: 55% pseudotallo (550g), 21,5% torta de palmiste (215g), 10% glicerina (100g), 5% urea (50g), 5% melaza (50g), 2% cal (20g), 1% cemento (10g) y 0,5% de Sulfato de Magnesio (5g).

2.5.3.2.

Mezclas.

El proceso de mezclado se realiza en tres fases:  Mezcla de urea, cal, cemento y de Sulfato de Magnesio (M1).  Mezcla de pseudotallo, torta de palmiste, glicerina y melaza (M2).  Mezcla de M1 y M2.

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2.5.3.3.

Homogenizado.

Al contar con la mezcla final de los productos, en un recipiente y de forma manual, se procede a unificarla hasta formar una pasta homogénea, lo suficientemente consistente.

2.5.3.4.

Moldeado y Almacenamiento.

La pasta obtenida se deposita en un molde (balde plástico) y se somete a presión constante para sacar el aire que esta contenga, posterior al fraguado el bloque se saca del molde y se deja secar para luego ser almacenado.

2.5.4. Estabilidad fisicoquímica de los bloques.

Para el análisis sobre la influencia de los pretratamientos del material foliar en la calidad nutricional de los BN, se realiza un análisis bromatológico por cada tratamiento y procedencia del pseudotallo según lo reflejado en la Tabla 5.

Con relación al almacenamiento de los bloques nutricionales, estos son conservados bajo techo con una temperatura promedio de 22°C, para evitar la pérdida o ganancia de humedad por efecto de las lluvias o las altas temperaturas, considerando las variables físico-químicas y sensoriales presentes en la Tabla 7 por ser las de mayor influencia sobre la calidad del producto.

QUÍMICOS

FÍSICAS

Tabla 7. Técnicas y parámetros de análisis para la estabilidad física del bloque nutricional PROPIEDADES MÉTODOS Pérdida de Peso Pérdida de Humedad

Gravimétrico Gravimétrico

Firmeza

Penetrómetro

pH

pH-Metro

Fuente: Autores

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2.6. DISEÑO EXPERIMENTAL 2.6.1. Contexto del diseño experimental.

La base del diseño experimental será el estudio del efecto de la procedencia y pretratamiento de la materia prima, sobre la calidad nutricional de los bloques.

2.6.2. Diseño experimental de comportamiento de la materia prima en la estabilidad de los bloques nutricionales.

2.6.2.1.

Hipótesis del Diseño Experimental.

Hipótesis Alternativa (H1): la procedencia y pretratamiento del pseudotallo de Musa spp. afectan significativamente la estabilidad fisicoquímica y sensorial de los bloques nutricionales.

Hipótesis Nula (H0): la procedencia y pretratamiento del pseudotallo de Musa spp. no tiene ninguna influencia sobre la estabilidad fisicoquímica y sensorial de los bloques nutricionales.

2.6.2.2.

Variables y tratamientos.

En el diseño experimental se tendrán en cuanta las siguientes variables: Variables Independientes: Procedencia, estado de materia prima (fermentado y sin fermentar).

Variable Dependiente: Calidad nutricional del bloque.

Para estas variables se va a utilizar un Modelo factorial de 22 de la siguiente forma: Factor A: Procedencia de la materia prima a1= municipio 1: San Francisco de Sales (Cundinamarca) a2= municipio 2: Tibaná (Boyacá) Factor B: Pretratamiento b1= pseudotallo deshidratado. b2= pseudotallo ensilado.

Tabla 8 Resumen de Tratamientos a evaluar

TRATAMIENTOS

PROCEDENCIA Municipio San Municipio Tibaná Francisco de (a2) Sales (a1)

NIVELES

Pseudotallo T1F (a1 b1) deshidratado (b1) PRETRATAMIENTO Pseudotallo T1S (a1 b2) ensilado (b2) Fuente: Autores

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T2F (a2 b1) T2S (a2 b2)

2.6.3. Análisis estadístico de los datos.

Se realizó un análisis de varianza (ANOVA) simple entre las medias de las muestras por tratamiento con un nivel de significancia del 95% (α=0,05) para establecer si existen diferencias significativas para las variables en evaluación. En caso de no presentarse diferencias significativas entre las muestras se realizó una prueba de rangos múltiples empleando el paquete estadístico Statgraphics Centurion.

40

3. RESULTADOS Y DISCUCIÓN Con el fin de sustentar los resultados obtenidos del proceso experimental planteado en la metodología, a lo largo de este capítulo se presentan los registros de cada etapa del proceso y su respectivo análisis, interpretación y discusión.

3.1. ANÁLISIS POR MÉTODOS CUANTITATIVOS Y CUALITATIVOS DE LOS COMPONENTES NUTRICIONALES PRESENTES EN EL PSEUDOTALLO DE Musa spp.

3.1.1. Evaluación bromatológica de pseudotallo fresco de Musa spp.

A fin de identificar los componentes fisicoquímicos aprovechables del pseudotallo de Musa spp. se realizó un análisis bromatológico – Van Soest para cada procedencia (San Francisco y Tibaná), en base a la matriz bromatológica realizada por los Laboratorios Doctor Calderón Asistencia Técnica Agrícola LTDA, Tabla 5.

Para realizar el análisis bromatológico se requirió de 250 g de cada uno de los pseudotallos. Los resultados del análisis bromatológico realizado se reportan en la Tabla 9 (Los documentos que certifican la realización de estos análisis se encuentran en los anexos C - D).

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Tabla 9. Análisis Bromatológico -Van Soest de las muestras de pseudotallo fresco de Musa spp. a1 SAN FRANCISCO 51,88 20,13 13,96 91,48 0,56 5,23 0,32

a2 TIBANÁ

FDN 60,61 FDA 16,21 FIBRAS (%) FDK 11,59 Humedad 92,04 Extracto Etéreo 0,48 Cenizas 12 Sílice 0,29 Materia Seca Digestible 73,75 76,49 (TDN) ANÁLISIS PROXIMAL (%) Proteína Bruta 2,5 3 Lignina 3,95 2,03 Celulosa 12,66 8,96 Hemicelulosa 29,31 39,22 Carbohidratos No 45,79 34,31 Estructurales Fósforo 0,08 0,06 Potasio 1,72 5,27 Calcio 0,45 0,15 Nitrógeno 0,4 0,48 MINERALES (%) Macroelementos Magnesio 0,12 0,08 Azufre 0,02 0,02 Cloruros 0,28 0,34 Sodio (ppm) 472 71 Hierro 24 1 Manganeso 34 434 MINERALES Cobre 7 6 (ppm) Microelementos Zinc 28 39 Boro 7 6 E. Digestible 3.252 3.373 E. Metabolizable 2.666 2.766 ENERGÍAS E.N. de Lactancia 1.691 1.758 (Kcal/Kg) E.N. de Mantenimiento 1.850 1.930 E.N. de Ganancia de 1.130 1.210 Peso Fuente: Adaptado de Laboratorios Doctor Calderón Asistencia Técnica Agrícola LTDA, 2015.

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De acuerdo con estos resultados, los pseudotallos están compuestos en su mayor parte por agua, dado que, como se indica en la tabla 9, la humedad es de 91,48% para a1 y 92,04% para a2. Estos valores fueron muy similares a los conseguidos por Botero y Mazzeo (2009); sin embargo, los porcentajes de cenizas, extracto etéreo y nitrógeno fueron mayores a los encontrados por dichos autores que solo fueron de 0,49%, 0% y 0,33%, respectivamente. Cabe señalar que estudios han reportado para esta materia prima, que es un subproducto bajo en materia seca y alto en fibras, como consecuencia su uso fundamental estaría enfocado en dietas de rumiantes (Izquierdo, 2009) El porcentaje de proteína bruta obtenido para ambas muestras (a1: 2,5% - a2: 3%) está dentro del rango que figura en la literatura para este subproducto (2,06% – 3,7%; Dormond et. al., 2000; Botero y Mazzeo, 2009). Su contenido en proteína es bajo, por lo cual su uso requiere suministrarlos con ingredientes ricos en proteína.

El contenido general de minerales del pseudotallo no es muy alto, sin embargo comparando los valores de macro y microelementos del Pseudotallo de San Francisco frente al Pseudotallo de Tibaná, se observa un porcentaje mayor de calcio, hierro, magnesio y sodio en el material proveniente de San Francisco; lo que no ocurre con el potasio, manganeso y zinc. Lo anterior puede ser influenciado por los diversos factores de crecimiento de la planta, principalmente por las condiciones nutritivas del suelo de cada zona, su composición y estructura. Ambos pseudotallos presentan altas concentraciones de ciertos elementos: sodio en la muestra a1, manganeso y potasio en la a2, lo que podría causar daños en el animal al suministrar altos volúmenes de producto; según Mufarrege (1999), los niveles máximos permitidos en la dieta de un rumiante para sodio, potasio y manganeso son 4%, 3% y 1000 ppm respectivamente; por lo tanto, los niveles de sodio y manganeso se encuentran por debajo de límites máximos, sin embargo, el potasio se encuentra por encima del mínimo establecido, por lo cual representa riesgo al suministrar el pseudotallo al animal sin un pretratamiento.

En cuanto al contenido de fibra detergente ácida (FDA) y detergente neutra (FDN) se registran diferencias significativas entre las muestras y la literatura. La muestra a1 presenta 3,92% más de FDA que a2, pero un 7,27% menos que lo reportado por Dormond et. al. (2000); mientras que el contenido de FDN en a2 fue superior en un 8,11%. La diferencia entre los valores de fibra entre a1 y a2 podría atribuirse a la variedad específica de cada muestra.

Los carbohidratos (estructurales y no estructurales) representan la base de la alimentación de los rumiantes, ya que las poblaciones de bacterias del rumen pueden degradarlos (Trigueros, 2013). La celulosa y la hemicelulosa son los azúcares que, con la lignina, aportan la estructura a la planta. La lignina no es un carbohidrato y es casi indigestible en el rumen. Mientras va madurando la planta, resulta más rígida porque la cantidad de lignina en las paredes de sus células aumenta (Maiztegui, 2011). Al no ser el pseudotallo un tallo verdadero presenta un 43

contenido bajo en lignina, 3,95% para a1 y 2,03% para a2, lo cual beneficia la degradación y la eficiencia ruminal. El valor reportado por Sosa et al. (2011) sobre el porcentaje de lignina en el pseudotallo es muy superior (11,58%) con relación a los resultados obtenidos, estos se acercan más a los alcanzados por Dormond et al. (2000) que fueron de 4,42%, según los datos reportados por Dormond et. al.

(2000). Las diferencias entre los valores de lignina informados en cada estudio, pueden estar asociadas con la madurez fenológica de la planta que se estudió, mayor madurez mayor lignina.

Por otro lado, el porcentaje de Carbohidratos no estructurales del pseudotallo de procedencia a1 (San Francisco) es de 45,79% y el de procedencia a2 (Tibaná) de 34,31%, una diferencia importante de más del 10% favorable al pseudotallo de San Francisco.

La digestibilidad de la materia seca presenta valores normales para este tipo de muestra vegetal ya que en los estudios anteriormente realizados la digestibilidad se encuentra con un porcentaje del orden de 75% a 77,5%, según investigaciones de Kimambo et. al. (1991), reportadas por Dormond et. al. (2000). Con relación a las energías, los valores fueron similares para ambos pseudotallos.

3.2. EFICIENCIA DEL PROCESO DE DESHIDRATACIÓN MEDIANTE LA CURVA DE SECADO PARA LA MATERIA PRIMA SEGÚN SU PROCEDENCIA

3.2.1. Establecimiento de Curva de Secado y Eficiencia del Proceso.

Las pruebas de secado arrojaron datos de la variación de la humedad del material con respecto al tiempo, para ello se utilizaron dos temperaturas de secado, 35°C y 45°C, por un tiempo de 26 horas y 41 horas respectivamente; seguido a esto se introdujeron las muestras (a1: procedencia San Francisco, Cundinamarca y a2: procedencia Tibaná, Boyacá) por cuatro horas adicionales en el horno a 107°C. Los datos arrojados se emplean en la construcción de los gráficos de contenido de humedad en función del tiempo. Lo anterior permite estimar de manera directa el tiempo de secado necesario de materia prima siempre y cuando se conserven las mismas condiciones de secado, y la eficiencia del proceso a nivel energético. La Figura 12 ilustra la dinámica de la variación porcentual con respecto al tiempo para las dos temperaturas de evaluación utilizadas.

44

%Humedad

Figura 12. Variación porcentual de humedad con respecto al tiempo.

100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0

10

20

30

40

Tiempo (Horas) a1: 45°C

a1: 35°C

a2: 45°C

a2: 35°C

Fuente: Autores (2015) Se puede observar en la Figura 12 como el porcentaje de humedad de la materia prima es bastante alta (90% para a1 y 92% para a2), y que el porcentaje de masa seca en base húmeda (BH) es de 10% para a1 y 8% para a2. La relevancia de conocer los valores de masa seca radica en el hecho de que la dieta de un animal se basa en el porcentaje de materia seca digestible de este; por lo que el rendimiento del pseudotallo como materia prima para producir bloques nutricionales es bajo, debido al alto porcentaje de humedad que posee. Se evidencia, además, que la velocidad de secado a 45°C es mayor en comparación con el tratamiento a 35°C par las dos muestras; sin embargo, la disminución de humedad a 35°C es homogénea para las dos muestras (a1 y a2), mientras que a 45°C la muestra a2 tiende a perder humedad a mayor velocidad que la muestra de a1. Puesto que la diferencia de masa seca en BH para a1 y a2 no es mayor al 2%, y teniendo en que la mayor cantidad de agua se libera durante las primeras 18 horas y que la meseta de equilibrio se alcanza después de la hora 20 para las dos temperaturas, es posible definir que la mejor temperatura para llevar a cabo el proceso, en miras de la eficiencia de este, es a 35°C, debido a los costos energéticos que requiere alcanzar una temperatura mayor a esta.

45

50

3.3. EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE LA MATERIA PRIMA FERMENTADA Y SIN FERMENTAR EN LA ESTABILIDAD FISICOQUÍMICA DE LOS BLOQUES NUTRICIONALES

3.3.1. Adecuación de las Materias Primas para elaboración de bloques.

3.3.1.1.

Ensilaje.

A fin de evaluar la influencia del pretratamiento de la materia prima en los contenidos nutricionales del bloque final, con respecto a la implementación de pseudotallo deshidratado regular, se realizó un ensilaje del pseudotallo enriquecido con melaza, como fuente de azucares fermentables, debido a que, como se puso observar en los análisis bromatológicos de la Tabla 9, el contenido de azucares no estructurales es relativamente bajo, lo que permitió inferir que el proceso de fermentación requería el enriquecimiento de azucares fermentables.

La Figura 13 permite visualizar la variación de pH de los silos a través del tiempo, a la vez que da referencia de los porcentajes iniciales de humedad para cada tallo.

6

45% 44% 43% 42% 41% 40% 39% 38% 37% 36% 35%

5 a2

pH

4 3 a1

2 1 0

D0

D1

D5 a1

D7 D8 Tiempo (Días) a2

D11

Fuente: Autores (2015).

46

D14

%H inicial

D21

%Humedad en BH

Figura 13. Variación de pH con respecto al tiempo del ensilaje de Pseudotallo deshidratado enriquecido con melaza (a1 y a2). %H Inicial por tratamiento por ensayo.

En la Figura 13, se puede observar la relación entre los valores iniciales de %H y pH; donde a1 tenía un %H inicial de 39% y un pH de 4,47, mientras a2 presentaba un 42% de humedad inicial y un pH de 5,5. Esta relación puede deberse a que un elevado contenido de humedad, diluye tanto los carbohidratos disponibles para la producción de ácido como el ácido formado (Cárdenas M., Solorio S., & Sandoval C., 2004).

En la actualidad el pH es una variable que sirve como referencia un indicador de la calidad fermentativa en ensilados con bajo contenido de MS (Mier Q., 2009); adicionalmente, según lo referenciado por Betancourt et. al. (2005), entre más rápido ocurra el descenso de pH, será más factible garantizar un hábitat desfavorable para las bacterias clostrídicas y reducir la respiración; evitando así la proteólisis y la proliferación de los microorganismos indeseables en el proceso. Por lo tanto, se consideró que en cuanto el pH del silo se encontrara por debajo de 4,2 debía abrirse para armar los bloques. El día 11 del tratamiento, cuando el pH de los tratamientos era de 3,75 para a1 y 4,25 para a2, se armaron los bloques nutricionales.

Al comparar el tiempo de fermentación entre el pseudotallo proveniente de San Francisco (a1) y el proveniente de Tibaná (a2), se observa que en los dos ensayos la velocidad del proceso de fermentación es mayor en a 1 que en a2, esto se debe no solo al %H de cada muestra, sino que también está ligado al contenido de carbohidratos no estructurales (o fácilmente fermentables) de cada pseudotallo, ya que estos (los carbohidratos) constituyen el sustrato nutricional del cual depende primordialmente la acción de la microflora fermentativa del forraje. Al analizar los pseudotallos, la mayor concentración de azucares fermentables se encontró en a 1, en consecuencia, el proceso de ensilado fue más rápido para a 1 que para a2. La Tabla 10 muestra resumen de los datos estadísticos más relevantes en la evaluación variación comparativa de pH tanto al inicio como al final del proceso de ensilaje.

Tabla 10. Resumen de Análisis Estadístico de evaluación de pH inicial y final del ensilaje. pH INICIAL T1S T2S

FINAL T1S

T2S

PROMEDIO

4,375

5,25

3,75

4,5

DESVIACIÓN ESTÁNDAR

0,478

0,288

0,288

0,439

PRUEBA FISHER

b

a

b

a

Fuente: Autores (2015)

47

Figura 14. Comparación del pH inicial del ensilaje entre los bloques con pseudotallo.

Fuente: Autores (2015) Figura 15. Comparación del pH final del ensilaje los bloques con pseudotallo.

Fuente: Autores (2015) A nivel estadístico, los promedios de pH de los tratamientos fueron contrastados mediante la prueba de Fisher, la cual demuestra que no existe homogeneidad entre los diferentes promedios de pH, tanto al inicio como al final del proceso; lo cual indica diferencias estadísticamente significativas entre la agrupación de los promedios, esto puede evidenciarse en la Figura 14 y Figura 15 dado que no existen intersecciones graficas entre ninguno de los tratamientos utilizados, el análisis se realizó con un nivel de confianza 95,0%. La diferencia significativa en los valores de pH radica básicamente en la diferencia que presentan las muestras para liberar agua, mostradas en la Figura 12, lo que como se mencionó anteriormente, está directamente relacionado con los valores de pH de las muestras debido a la concentración de MS en el silo.

48

3.3.2. Estabilidad física de los BN elaborados con pseudotallo de Musa spp.

La Figura 16 muestra la variación en peso reflejado como %H en base húmeda de los bloques a través del tiempo, en el proceso experimental. Es notable la diferencia de velocidad de pérdida en peso del tallo (a1), con respecto al tallo (a2), tanto en el tratamiento del bloque con pseudotallo deshidratado, como ensilado; sin embargo, el porcentaje de humedad final es bastante proximal en todos los tratamientos. Por otro lado, las Figuras 18 y 19 reflejan las diferencias y similitudes de carácter estadístico en una prueba de rangos múltiples para los pesos iniciales y finales de los bloques en cada tratamiento.

Por otro lado, es posible identificar que la mayor pérdida de peso la sufrió el tratamiento T2F y a mayor velocidad que el resto de los tratamientos, esto puede deberse a factores tanto internos como externos, tales como, las condiciones climáticas de temperatura y humedad en el invernadero de secado, y las diferencias en los contenidos de humedad y calidad de compactación de los bloques.

Condiciones del tejido vegetal, la madurez de la planta de Musa spp., afecta directamente las condiciones de transpiración del material vegetal al momento de la cosecha; sumado a condiciones de humedad relativa y variaciones de temperatura en el invernadero pudieron influir significativamente en la diferencia representativa de este tratamiento frente a los demás.

% de Humedad en BH

Figura 16. Variación del %H en BH con respecto al tiempo.

50% 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 0

5

10

15

20

25

30

35

Tiempo (días) T1F

T2F

T1S

T2S

Fuente: Autores (2015) La Figura 17 permite, visualmente, identificar la pérdida de humedad de los bloques de forma progresiva, tras el día 9 fue necesario cambiar el papel para evitar hongos por exceso de humedad. Adicionalmente, se observaron cambios en el aspecto físico de los bloques, opacándose durante los últimos días, debido principalmente a

49

la pérdida excesiva de humedad y calidad en la compactación y homogenización de los componentes.

Figura 17. Progresión de pérdida de humedad a través del tiempo de los bloques.

Fuente: Autores Para la evaluación estadística de los datos se elaboraron pruebas de rangos múltiples, el cual aplica un procedimiento de comparación múltiple para determinar cuáles medias son significativamente diferentes de otras. La mitad inferior de la salida muestra las diferencias estimadas entre cada par de medias. Al igual que en la evaluación de pH para el pretratamiento del ensilaje, los promedios de los tratamientos fueron contrastados mediante la prueba de Fisher con un 95% de confianza. La Tabla 11 muestra un resumen de los datos estadísticos más relevantes en la evaluación de variación en peso de los bloques.

Tabla 11. Resumen de Análisis Estadístico de evaluación de variación en peso de los bloques.

PROMEDIO DESVIACIÓN ESTÁNDAR PRUEBA FISHER

T1F 0,1497

VARIACIÓN EN PESO T2F T1S 0,1632 0,1599

T2S 0,1364

1,358 X10-3

6,722 X10-3

5,204 X10-3

3,099 X10-3

b

a

a

c

Fuente: Autores (2015)

50

Figura 18. Prueba de rangos múltiples para evaluación de variación en peso de los bloques nutricionales en cada tratamiento.

Fuente: Autores (2015) La Figura 18 muestra que no existe diferencia significativa entre los tratamientos T1S y T2F, mientras que no existe relación estadística entre la variación en peso entre los tratamientos T1F y T2S; estas diferencias son debidas principalmente a factores metodológicos durante el pesaje de componentes para el armado de los bloques. Lo cual indica que el pretratamiento no es un factor diferenciador en la variación en peso, sin embargo, el tratamiento T2S presento mayor disminución de peso en comparación con el resto de los tratamientos, lo cual podría estar relacionado con la humedad inicial de los pseudotallos con los cuales se elaboraron los silos, baja calidad en la compactación, y condiciones ambientales en las que se desarrolló el secado dentro del invernadero.

La Figura 19 muestra el tamaño de partícula empleado para la construcción de los bloques y la estabilidad estructural de los mismos. El forraje fue disminuido de tamaño por medio de un molino de cuchillas, el cual facilitó la inclusión de este en el bloque y facilitó la compactación. La importancia en la compactación radica en la cantidad de producto que el animal tendrá la posibilidad de arrastrar al lamer el bloque; ya que el animal al lamer o morder las aristas y ángulos del bloque, pueden desprender mayores o menores cantidades del suplemento (Birbe et al., 2006).

Adicionalmente, debido a las condiciones exteriores en las que se aprovechará el bloque, un nivel de compactación optimo evita sedimentación y lixiviados que puedan afectar la salud del animal en caso de ser consumidos; así como las condiciones de estabilidad nutricional y organoléptica del bloque. Se observa como el tamaño de partícula permite a las fibras entrecruzarse, generándose un bloque completamente redondo y con bordes definidos.

51

Figura 19. Tamaño de partícula del material vegetal y la estabilidad estructural de los bloques. (a) Tamaño de partícula. (b) Compactación al interior del balde-molde. (c) Estabilidad del bloque fuera del balde-molde.

Fuente: Autores (2015) Durante el secado de los bloques, la dureza, según Araujo (2005), es el factor que afecta en mayor proporción el consumo del bloque; adicionalmente, Birbe et. al.

(2006) infieren que a mayor compactación, aumenta el peso de los bloques multinutricionales y la densidad seca; en base a esto se realizó un análisis con el penetrómetro al ensayo 2, mostrado en la PENETROMETRIA T2F T1S 10,775 9,425

PROMEDIO

T1F 11,125

T2S 9,125

DESVIACIÓN ESTÁNDAR

1,789

1,117

2,506

3,122

PRUEBA FISHER

a

a

a

a

Fuente: Autores (2015).

Figura 20. Prueba de rangos múltiples para evaluación de penetrometría de los bloques nutricionales en cada tratamiento.

La Tabla 12 muestra un resumen de los datos estadísticos más relevantes en la evaluación de penetrometría de los bloques.

52

Tabla 12. Resumen estadístico del análisis de penetrometría.

PENETROMETRIA T2F T1S 10,775 9,425

PROMEDIO

T1F 11,125

T2S 9,125

DESVIACIÓN ESTÁNDAR

1,789

1,117

2,506

3,122

PRUEBA FISHER

a

a

a

a

Fuente: Autores (2015).

Figura 20. Prueba de rangos múltiples para evaluación de penetrometría de los bloques nutricionales en cada tratamiento.

Fuente: Autores (2015) La prueba de rangos múltiples en la evaluación de dureza con el penetrómetro, bajo el método de Fisher, no arrojó diferencia estadística significativa entre los tratamientos, con una 95% de confianza; lo que permite inferir que el pretratamiento del ensilado del pseudotallo, no afecta significativamente la capacidad de compactación del pseudotallo con los demás componentes en la construcción del bloque nutricional.

No fue posible realizar evaluación de penetrometría al ensayo 1, debido a la baja compactación de los bloques, lo que produjo grietas en los núcleos y particiones en los bordes.

53

3.3.3. Composición química de los bloques elaborados con pseudotallo de Musa spp.

La composición química de los bloques nutricionales se determinó en los Laboratorios Doctor Calderón Asistencia Técnica Agrícola LTDA considerando las metodologías respectivas de la Tabla 5. Mediante un análisis bromatológico – Van Soest se evaluaron los contenidos de proteína bruta (PB), cenizas, extracto etéreo, fibras, entre otros. La Tabla 13 presenta los resultados obtenidos por cada tratamiento (Anexos E- H).

54

Tabla 13. Análisis Bromatológico -Van Soest de los bloques de Musa spp. a1 San Francisco T1F T1S Bloque Tallo Deshidratado

Bloque Tallo Ensilado

a2 Tibaná T2F Bloque Tallo Deshidratado

T2S Bloque Tallo Ensilado

FDN 35,46 46,39 41,96 47,57 FDA 18,82 25,72 23,63 20,72 FDK 11,28 9,63 11,12 11,27 Humedad 33,33 38,65 35,96 33,22 Extracto Etéreo 10,97 11,54 10,62 9,71 Cenizas 12,32 12,74 11,4 13,02 Sílice 0,27 0,29 0,24 0,26 Materia Seca 74,66 69,84 71,3 73,34 ANÁLISIS Digestible (TDN) PROXIMAL (%) Proteína Bruta 35,5 32,5 30 30 Lignina 0 0 0 0 Celulosa 8,6 6,85 8,65 8,46 Hemicelulosa 3,88 7,82 6,62 12,86 Carbohidratos 28,73 28,55 32,71 25,95 No Estructurales Fósforo 0,2 0,21 0,19 0,15 Potasio 2,23 1,64 1,58 2,2 Calcio 3,53 3,1 2,91 2,66 MINERALES Nitrógeno 5,68 5,2 4,8 4,8 (%) Magnesio 0,31 0,3 0,28 0,27 Macroelementos Azufre 0,46 0,41 0,36 0,38 Cloruros 0,64 0,52 0,49 0,5 Sodio (ppm) 163 134 97 129 Hierro 154 140 118 119 Manganeso 110 82 95 140 MINERALES Cobre 12 15 12 14 (ppm) Microelementos Zinc 22 18 13 16 Boro 17 27 25 21 E. Digestible 3.292 3.079 3.144 3.233 E. Metabolizable 2.699 2.525 2.578 2.651 E.N. de 1.713 1.595 1.631 1.681 Lactancia ENERGÍAS E.N. de (kcal/kg) 1.877 1.737 1.779 1.838 Mantenimiento E.N. de Ganancia de 1.157 1.016 1.059 1.118 Peso Fuente: Adaptado de Laboratorios Doctor Calderón Asistencia Técnica Agrícola LTDA, 2015.

FIBRAS (%)

55

Teniendo en cuenta los parámetros de calidad (composición química) reportados por Ruiz (2003) citado por Salazar & Gutierrez (2008), el bloque nutricional debe tener valores de energía entre 2,8 y 3,14 Mcal/kg, un porcentaje de proteína que puede estar entre el 20,45% y 31,4%, minerales como el calcio y fósforo en una concentración del 0,55 – 1,5% y 0,29 – 1,9%, respectivamente. Al comparar los anteriores datos con los valores obtenidos se puede decir que los valores de energía, en general de los cuatro tipos de bloques, se encuentra dentro de lo normal, lo cual puede estar determinado por el nivel de lípidos presente en estos, que llegó hasta 11.54%; sin embargo el contenido de proteína de los bloques T1F y T1S es más alto (35,5% y 32,5%) que el reportado por Ruiz (2003), lo mismo pasa con los porcentajes de calcio en los cuatro bloques: T1F: 3,53%, T1S: 3,1%, T2F: 2,91% y T2S: 2,66%. Con relación a los valores de fósforo se tiene que para los bloques T1F, T1S y T2F el porcentaje fue de 0,2%, mientras que para T2S fue 0,15%; es decir que todos los tratamientos presentaron porcentajes bajos en relación con los informados por el autor antes mencionado.

Figura 21. Porcentaje de humedad Bloques Nutricionales vs Porcentaje de humedad en el Pseudotallo de Musa spp. fresco.

100

92,04

91,48

90

HUMEDAD (% )

80 70 60 50 40

33,33

38,65

35,96

33,22

30 20 10 0 a1 (Tallo Fresco) T1F (Bloque Tallo T1S (Bloque con a2 (Tallo Fresco) T2F (Bloque Tallo T2S (Bloque con Deshidratado) Silo) Deshidratado) Silo)

Fuente: Autores (2015) Los niveles de humedad presentados en los bloques son casi tres veces menos que los contenidos en el material vegetal en fresco (Figura 21), lo cual es favorable ya que inicialmente era una limitante física puesto que disminuía la capacidad de consumo del animal.

El porcentaje de cenizas hace referencia al residuo que queda tras la incineración completa de los componentes orgánicos, en otras palabras, el contenido de cenizas 56

es una medida del total de minerales presentes en un alimento. El contenido en los bloques nutricionales comerciales reportan un contenido de cenizas entre 10% y 16%, al comparar los cuatro tratamientos con estos valores se tiene que el contenido de cenizas se encuentra dentro de este rango. Sin embrago al comparar los bloques entre sĂ­, se observan diferencias significativas entre T2F y T2S (Figura 22). Por otro lado, al comparar el pseudotallo a1 y los bloques elaborados con este, se observa un incremento importante en el contenido de cenizas por parte de los bloques, mientras que en a2 y los bloques T2F y T2S el porcentaje de cenizas no varĂ­a mucho.

Figura 22. Porcentaje de cenizas Bloques Nutricionales vs Porcentaje de cenizas en los Pseudotallos de Musa spp. frescos.

14

12,32

12,74

13,02 12

CENIZAS (%)

12

11,4

10 8 6

5,23

4 2 0 a1 (Tallo Fresco) T1F (Bloque Tallo T1S (Bloque con Deshidratado) Silo)

a2 (Tallo Fresco) T2F (Bloque Tallo T2S (Bloque con Deshidratado) Silo)

Fuente: Autores (2015) La cantidad de cada elemento contenido en los bloques y tallos se presenta en la Figura 23 y 24, en esta se aprecia que los minerales de mayor presencia son el nitrĂłgeno, calcio, potasio, sodio, hierro y manganeso.

57

Figura 23. Comparaci贸n entre el porcentaje de macroelementos contenidos en los Bloques Nutricionales y los pseduotallo de Musa spp. en estado fresco.

6

MINERALES (%)

5

4

3

2

1

0 F贸sforo

Potasio

a1 (Tallo Fresco) a2 (Tallo Fresco)

Calcio

Nitr贸geno

Magnesio

T1F (Bloque Tallo Deshidratado) T2F (Bloque Tallo Deshidratado)

Azufre

Cloruros

T1S (Bloque con Silo) T2S (Bloque con Silo)

Fuente: Autores (2015) Figura 24. Partes por mill贸n de Macro y Microelementos contenidos en los Bloques Nutricionales vs los contenidos en los pseudotallos de Musa spp. frescos.

500 450

MINERALES (ppm)

400 350 300 250 200 150 100 50 0 Sodio a1 (Tallo Fresco) a2 (Tallo Fresco)

Hierro

Manganeso

Cobre

T1F (Bloque Tallo Deshidratado) T2F (Bloque Tallo Deshidratado)

Fuente: Autores (2015) 58

Zinc

Boro

T1S (Bloque con Silo) T2S (Bloque con Silo)

En las Figuras 23 y 24 también se representan los minerales contenidos en los vástagos, se observa que los elementos que estaban en exceso en los dos pseudotallos disminuyen poco más de la mitad en los bloques, lo que es favorable ya que evita intoxicaciones en el animal; adicionalmente se observa que el porcentaje de nitrógeno de los bloques aumenta frente al porcentaje del pseudotallo, esto se relaciona con la adición de urea en el bloque, ya que esta es una fuente de nitrógeno para los rumiantes.

La cantidad de fibra aportada por el alimento se determina mediante la fibra detergente neutra (FDN), la cual está compuesta por celulosa, hemicelulosa y lignina. La FDN es usada para predecir la ingestión de alimento y está relacionada con el tiempo de rumia (Hutjens, 2003). Como se puede observar en la Figura 25 los tratamientos con mayor contenido de fibra en detergente neutro fueron los bloques elaborados con ensilaje, presentando un 46,39% para T1S y un 47,57% para T2S. De lo anterior se podría inferir que el proceso de ensilaje aumentó las fracciones de FDN de los bloques.

Figura 25. Porcentaje de FDN en los Bloques Nutricionales vs Porcentaje de FDN en los Pseudotallos de Musa spp. fresco.

70

FIBRA DETERGENTE NEUTRO (%)

60,61 60 51,88 50

47,57

46,39 41,96

40

35,46

30 20 10 0 a1 (Tallo Fresco) T1F (Bloque Tallo T1S (Bloque con a2 (Tallo Fresco) T2F (Bloque Tallo T2S (Bloque con Deshidratado) Silo) Deshidratado) Silo)

Fuente: Autores (2015) Es importante tener en cuenta que a medida que aumenta el porcentaje de fibra detergente neutra, la ingestión de materia seca generalmente disminuye. Al contrastar los valores de FDN de los bloques hechos con pseudotallo de musáceas

59

frente a los pseudotallos frescos o en estado verde, se aprecia que el contenido de esta fibra es mayor en los vástagos que en los bloques nutricionales; los bloques con tallo deshidratado tienen entre un 16 y 18% menos de fibra detergente neutra, mientras que los bloques con tallo ensilado tienen un 5 y 13% menos de dicha fibra La calidad de la FDN depende de la proporción relativa de sus componentes ya que la lignina es indigestible mientras que la celulosa y la hemicelulosa sí lo son. A su vez, la celulosa es menos digestible que la hemicelulosa (Palladino, Wawrzkiewicz, & Bargo, 2006). En la Figura 26 es apreciable que de los cuatro tratamientos los de mayor contenido de celulosa fueron los bloques con pseudotallo deshidratado con un 8,6%, seguido por el bloqueT2S con un 8,4% y por último el bloque T1S con un 6,85%. Respecto a los valores de hemicelulosa, los bloques elaborados con pseudotallo ensilado presentan los mayores porcentajes con un 12,86% para T2S y un 7,82% para T1S. Si se observa los contenidos de estos carbohidratos estructurales en los pseudotallos y se confrontan con los de los bloques, se ve que los valores de celulosa en los pseudotallos son mayores que en los bloques, en especial en el vástago proveniente de San Francisco (a 1); lo mismo sucede con la hemicelulosa, donde se presentan diferencias de más de 20 unidades porcentuales entre los tallos y los bloques. Llama la atención ver que porcentualmente el contenido de lignina disminuye hasta niveles insignificantes (0%) en los cuatro tratamientos, lo cual se puede explicar por los tratamientos de deshidratación y picado que sufrió el material vegetal, debido a que la lignina se encuentra ubicada en las paredes celulares del forraje. Por tanto, el efecto negativo que la lignina tiene sobre la digestión en la alimentación animal se elimina de los bloques.

60

Figura 26. Porcentaje de lignina, celulosa y hemicelulosa contenido en los tratamientos y en los pseudotallos de Musa spp.

CARBOHIDRATOS ESTRUCTURALES (%)

45 39,22

40 35 29,31

30 25 20 15

8,6

10 5

12,86

12,66

3,95 0

0

2,03

8,96 6,85

8,65 8,46

7,82

6,62

3,88 0

0

0 Lignina a1 (Tallo Fresco) a2 (Tallo Fresco)

Celulosa T1F (Bloque Tallo Deshidratado) T2F (Bloque Tallo Deshidratado)

Hemicelulosa T1S (Bloque con Silo) T2S (Bloque con Silo)

Fuente: Autores (2015) La fibra detergente acida (FDA), está formada por la celulosa, lignina y componentes nitrogenados lignificados (también llamados proteína dañada por el calentamiento o nitrógeno de FDA) (Hutjens, 2003). Atendiendo a la Figura 27, el bloque T1S contiene el mayor porcentaje de FDA, seguido por T2F quien tuvo los valores más altos de celulosa. Las ecuaciones para predecir el contenido de energía de los alimentos están basadas normalmente en el contenido de FDA, a medida que aumenta la FDA, declina el contenido de energía (Hutjens, 2003); esto se comprueba con el bloque T1S ya que tiene los niveles más altos de FDA pero a su vez los más bajos de energía.

61

Figura 27. Comparación del porcentaje de Fibra en Detergente Ácido entre los bloques y los pseudotallos de Musa spp.

30

FIBRA DETERGENTE ÁCIDA (%)

25,72 23,63

25 20,13 20

20,72 18,82 16,21

15

10

5

0 a1 (Tallo Fresco)

T1F (Bloque T1S (Bloque con a2 (Tallo Fresco) T2F (Bloque T2S (Bloque con Tallo Silo) Tallo Silo) Deshidratado) Deshidratado)

Fuente: Autores (2015)

El total de nutrientes digestibles de un alimento, es una medida aproximada de la digestibilidad del mismo, por lo que un valor mayor de TDN, teóricamente indicará un mayor valor nutritivos para dicho alimento (Mora B., 2007). Los bloques registran un porcentaje alto de TDN, teniendo para T1F un 74,66%, seguido de T2S: 73,34%, T2F: 71,3% y por último T1S: 69,84%. De acuerdo a esto, los bloques presentan valores favorables para su uso en la alimentación animal.

62

4. CONCLUSIONES 

Al realizar un análisis de VAN SOEST a las materias primas en fresco se puedo detectar el alto potencial nutricional que presentan los pseudotallos de Musa spp. y la diferencia que puede existir para esta materia prima desde su composición si se tiene en cuenta la procedencia.



Se destacó como elementos de mayor variación en la composición de los pseudotallos el contenido de lignina, cenizas, hemicelulosa, carbohidratos no estructurales, así como el sodio y manganeso.



Se presentó una pérdida de humedad al inicio del proceso con mayor velocidad con el empleo de temperatura 45°C indistintamente de la procedencia de los pseudotallos, solo que esta se estabilizó al cabo de las 18 horas en conjunto con las muestras que fueron tratadas a 35°C.



Aunque inicialmente, el proceso de estabilización de los bloques nutricionales pertenecientes a cada uno de los tratamientos presentó diferencias en el proceso de estabilización, indistintamente a la procedencia, se logró que se encontraran dentro de los rangos establecidos desde el punto de vista fisicoquímico para alimentación animal, principalmente rumiantes.

62

5. RECOMENDACIONES

o Realizar estudios enfocados al análisis de estabilidad microbiológica y de vida útil del producto, con el fin de establecer un margen de utilidad del producto en el mercado. o Desarrollar pruebas en laboratorio con distintas cantidades de cal, cemento y melaza, a fin de identificar las concentraciones adecuadas para garantizar el mejor fraguado y dureza en los bloques. o Disminuir el tamaño de partícula, tanto para el proceso de ensilaje, como para la construcción del bloque final, a fin de garantizar una buena compactación en el bloque, y disminuir la probabilidad de aireación en el ensilaje que pueda provocar fermentaciones secundarias. o Programar volteos periódicos a los bloques durante el proceso de secado, que permita que el proceso se desarrolle de forma homogénea en todo el bloque.

63

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