26-10-2020 PONENCIA SOBRE EL APORTE A LA MITIGACIÓN AMBIENTAL MEDIANTE EL USO DE MICROORGANISMOS PARA REDUCIR LA PRODUCCIÓN DE METANO EN RUMIANTES
Date
2020-10-26
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Se muestra una ponencia basada en el artículo “Aporte a la mitigación ambiental mediante el
uso de microorganismos para reducir la producción de metano en rumiantes” por Díaz-Monroy
(2014) [1].
Introducción
Los rumiantes (cabras, vacas, ovejas, etcétera) son animales con un sistema digestivo muy
sorprendente, diferente al que poseen los no rumiantes, ya que este está muy especializado
además de que consta de cuatro divisiones capaces de digerir y aprovechar los nutrientes que
se encuentran en la materia orgánica de las plantas, su manera de hacerlo consta de
fermentaciones a partir de microorganismos. El sistema digestivo de un rumiante empieza
cuando éste ingiere el alimento y apenas lo mastica, lo pasa al primer compartimento, llamado
rumen; aquí es donde los microorganismos fermentan y degradan la celulosa. A continuación,
el material degradado pasa al segundo compartimento llamado retículo, donde también ocurren
fermentaciones. Antes de pasar al tercer compartimento (llamado omaso), el alimento debe
estar bien rumiado, para eso, las paredes del rumen y del retículo son capaces de mezclar el
contenido y facilitar la fermentación y degradación. Cuando esto no sucede de manera correcta,
el rumiante es capaz de regresar el alimento a la boca para volver a masticar el alimento y así,
facilitar la degradación, a esto se le conoce como rumia. Una vez que el alimento está bien
degradado, llega al omaso donde se absorben los ácidos grasos, agua y algunos nutrientes.
Finalmente, llega al abomaso donde el material degradado sufre una digestión gracias a
enzimas y ácido del rumiante.
Durante la fermentación dentro del rumen, se producen gases como metano y dióxido de
carbono que son excretados a través del eructo del animal. Sin embargo, presentan gran
problema para el medio ambiente ya que producen el 97 % del metano generado por los
animales domésticos [1]. Además, este proceso es el responsable del 18% del efecto
invernadero producido en la atmósfera [1]. Para reducir esta problemática se ha demostrado
que las prácticas de alimentación de rumiantes que aumentan el consumo y velocidad de
digestión o que acorten el tiempo de permanencia de los alimentos en el rumen disminuyen la
producción de metano por unidad de forraje digerido [1].
Para eso, levaduras como Saccharomyce cerevisiae son capaces de activar la población
microbiana ruminal, siendo una posibilidad estudiada para reducir la producción de metano en
el rumen. El contenido de fibra influye en la densidad poblacional de metanógenos en el rumen.
Gracias a su importante papel dentro de la fermentación ruminal incrementando la densidad de
población de bacterias celulolíticas que permiten mejor digestión y a su vez mayor
aprovechamiento de nutrientes alimenticios, ya que se encargan de producir celulasas y así
hidrolizar la celulosa del alimento del rumiante.
Materiales y Métodos
Se hicieron dos experimentos iguales, pero en lugares diferentes. Uno de ellos fue en el
Laboratorio de Microbiología del Rumen del Instituto de Ciencia Animal, en Cuba, y el
segundo, en el Laboratorio de Biotecnología y Microbiología Animal de la Escuela Superior
Politécnica de Chimborazo, Ecuador. En ambos se aplicó la misma metodología, diseño
experimental y análisis estadístico.
Se compararon tres tratamientos:
● C) Cynodon nlemfuensis (Pasto estrella) como control
● S) Cynodon nlemfuensis + Saccharomyces cerevisiae
● L) Cynodon nlemfuensis + Levica 25
Los tres tratamientos contenían líquido ruminal de macho adulto canulado con una dieta de
forraje de gramínea, sin suplementación y con libre acceso al agua.
El experimento se llevó a cabo bajo condiciones in vitro para simular las condiciones dentro
del rumen animal, utilizando una técnica que permite determinar la extensión y la cinética de
degradación durante la fermentación. Dentro de las técnicas de cultivo utilizadas y para el
conteo de microorganismos, se utilizaron tubos roll bajo condiciones anaeróbicas estrictas. La
siembra de bacterias viables totales y celulolíticas se hizo mediante la técnica de Hungate, para
la cual no se le agrega contenido ruminal clarificado, pero se les agregan los componentes
químicos requeridos por esta microbiota. De la misma manera se realizó el conteo para las
bacterias metanogénicas, sin embargo, se utilizó una mezcla de hidrógeno y dióxido de carbono
(60:40). Los protozoos se preservaron en formol al 10% en una dilución 1:1 (v/v). Las muestras
preservadas se guardaron en refrigerador a 4oC y se contaron posteriormente al microscopio
óptico en cámara de Neubauer. Para ello, los protozoos se tiñeron con una solución de violeta
de genciana al 0,01% en ácido acético glacial al 1%.
Para la preparación de la muestra de pasto, se utilizó Cynodon nlemfuensis, o mejor conocido
como pasto estrella, obtenido de un área sin pastorear del Instituto de Ciencia Animal. Se
recolectaron las hojas con sus pecíolos para asemejar el bocado animal. Posteriormente la
muestra se secó y se molió para determinar su composición química según AOAC (1995).
En la obtención del preparado microbiano de Saccharomyces cerevisiae y Levica 25, se
prepararon preinóculos para cada uno de los tratamientos, por lo que se tomaron varias asas de
cultivos en cuña de ambas levaduras con 24 horas de crecimiento y se disolvieron en 10 mL de caldo extracto de malta. Se incubaron a 30oC durante 16 horas. El preparado que se utilizó en
el experimento se obtuvo después de inocular los 10 mL anteriormente obtenidos en 100 mL
de caldo extracto de malta, incubando a 300 °C por 16 horas. Se obtuvieron dos preparados
microbianos, los que corresponden a levaduras con una concentración inicial de células de 1 x
107
cel.mL-1 (1). La formulación del material de fermentación para 100 mL fue: líquido
ruminal 20 mL, solución amortiguadora 60 mL y preparado con levaduras 20 mL, a este líquido
se añadió 1 g de material vegetal (pasto estrella triturado y seco), se evaluaron los diferentes
indicadores fermentativos y microbiológicos a las 8, 12 y 24 h de fermentación [1].
Resultados y discusión
La evaluación de la metanogénesis ruminal in vitro por efecto de preparados microbianos con
levaduras viables, donde no se registraron diferencias estadísticas en el pH dentro de los
horarios de fermentación. Sin embargo, comparando Levica 25 y el tratamiento control, se
pueden ver diferencias de pH del líquido ruminal, donde Levica 25 tuvo un pH más bajo a
comparación de la otra levadura y el tratamiento control. Saccharomyces cerevisiae, tuvo un
pH mayor, y el tratamiento control tuvo un pH alcalino. La importancia de esto es que, de
manera fisiológica, los rumiantes tienen un pH alcalino en el rumen, generalmente esta
entre 5.8 y 7. A medida que este pH baja, van desapareciendo poblaciones microbianas,
(primero bacterias, después levaduras, y después hongos y protozoos.
Producción de gas total (ml.g-1): Levica 25 tiene mayor diferencia a comparación de
Saccharomyces cerevisiae en las 24 horas de fermentación, seguida de las 12 y 8 horas, de la
disminución significativa de producción de gas total dentro del rumen.
Producción de gas metano (μl): De igual manera, podemos decir que Levica 25 tuvo mayor
diferencia significativa en cuanto a la disminución de la producción de metano dentro del
rumen, mostrándose más significativa dentro de las 24 horas de fermentación. Según Hungate,
los metanógenos que viven en el interior o adheridos a la superficie de los protozoos ciliados
del rumen son responsables de más del 37% de las emisiones de metano, donde estos utilizan
diferentes sustratos, pero los principales son el H2
y el CO2
. La eliminación de estos gases,
principalmente del H2
, garantiza la estabilidad del pH, lo que favorece una óptima
fermentación ruminal [1].
Efectos de los preparados microbianos con levaduras viables en la población microbiana
ruminal in vitro: La Población de bacterias viables totales con Levica 25, mostró la menor
población de bacterias viables totales a las 24 horas, a comparación de la otra Levadura y el
tratamiento control, encontrándose mayor densidad en el tratamiento control, seguido de
Saccharomyces cerevisiae.
Población de bacterias celulolíticas: Levica 25 mostró mayor producción de bacterias
celulolíticas a las 24 horas de fermentación, a comparación de la otra levadura y el tratamiento control. Donde se confirma que la levadura LEVICA 25 resultó ser la más promisoria para su
empleo como activadora de la fermentación ruminal celulolítica.
Población de bacterias metanogénicas: Con Levica 25, se mostró una disminución significativa
en la densidad de bacterias metanogénicas, siendo mayor a las 8 horas y menor a las 24 horas
de fermentación.
Población de protozoos: Dentro del tratamiento control se observa una mayor densidad de
protozoos a las 24 horas, en el tratamiento con Levica 25, se observa que a las 8 horas de
fermentación una mayor densidad de protozoos, disminuyendo a las 12 y 24 horas.
En el caso de Saccharomyces cerevisiae, en Ecuador, se determinó que la densidad de
protozoarios decrece en relación al incremento del tiempo de fermentación; así se ha
determinado una disminución en la población de protozoarios a partir de la hora 8 decreciendo
progresivamente hasta las horas 12 y 24 de fermentación.
Conclusión
Finalmente, Levica 25 demostró ser la levadura que reduce el contenido de gas y metano
producido al final de la fermentación ruminal, lo que indica una menor densidad de población
de bacterias metanogénicas y protozoos, lo que favorece el crecimiento de bacterias
celulolíticas dentro del rumen. Así mismo, se recomienda utilizar preparados microbianos que
contengan Saccharomyces cerevisiae y Levica 25 para una óptima digestión y
aprovechamiento de nutrientes, así como seguir realizando investigaciones acerca de la
metanogénesis ruminal.
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