Tema: aplicación de fermentaciones-ensilado



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Universidad Nacional de Río Negro

Ingeniería Agronómica

Cátedra de Microbiologia Agrícola

Tema: aplicación de fermentaciones-ensilado

Profesor: Sergio Damián Abate

Alumnos: Darío Oller – Marcos Juárez

Año: 2013

ENSILADOS

La conservación de forrajes o alimento, en ausencia de aire, ha sido empleada por el hombre desde hace miles de años. En el caso de los alimentos para el ganado, la finalidad del proceso es conservar los forrajes con la mayor calidad posible, por un lapso mas o menos prolongado, de forma de emplearlos en el momento que se les necesite. Conservar el valor nutritivo del forraje a diferencia del proceso de secado al aire (heno).

El forraje fresco de cultivos como maíz, trigo y alfalfa, puede ser conservado por medio del ensilaje. En muchos países los forrajes ensilados son muy apreciados como alimento animal. Para producir un ensilaje de buena calidad es esencial asegurar que se produzca una buena fermentación microbiana en el ensilado. El proceso de fermentación no depende sólo del tipo y la calidad del forraje, sino también de la técnica empleada para la cosecha y para el ensilaje. El presente estudio reseña el conocimiento actual de los aspectos microbiológicos del ensilaje, con el propósito de ayudar a elegir la estrategia más apropiada para producir un ensilaje de alta calidad.

EL PROCESO DEL ENSILAJE

El ensilaje es una técnica de conservación de forraje que se logra por medio de una fermentación láctica espontánea bajo condiciones anaeróbicas. Las bacterias epifíticas de ácido láctico (BAC) fermentan los carbohidratos hidrosolubles (CHS) del forraje produciendo ácido láctico y en menor cantidad, ácido acético. Al generarse estos ácidos, el pH del material ensilado baja a un nivel que inhibe la presencia de microorganismos que inducen la putrefacción. Una vez que el material fresco ha sido almacenado, compactado y cubierto para excluir el aire, el proceso del ensilaje se puede dividir en cuatro etapas que transforman al forraje en un ensilado con propiedades bioquímicas distintas (Weinberg y Muck, 1996; Merry et al., 1997).



Fase 1 - Fase aeróbica. En esta fase -que dura sólo pocas horas- el oxigeno atmosférico presente en la masa vegetal 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 mantenga en el rango normal para el jugo del forraje fresco (pH 6,5-6,0).

Azucares + O2 CO2 + H2O + CALOR

Efectos:


  • Disminución de carbohidratos.

  • Producción de CO2 y H2O.

  • Aumento de la temperatura.

  • Disminución de O2 en la masa.

La detención de la respiración y la muerte rápida de las células se puede lograr por distintas vías:

  • Artificialmente, por el agregado de ácidos (acético, etc.)

  • Naturalmente, permitiendo la evolución de los procesos naturales, como es la fermentación. La rapidez y eficacia de la eliminación de aire puede depender del estado fenológico del cultivo, contenido de humedad, sistema de cosecha (tiempo). Si se impide lo mejor posible la entrada de aire esta fase se hace breve y anula la actividad de microorganismos aerobios.

Fase 2 - Fase de fermentación. Esta fase comienza al producirse un ambiente anaeróbico. 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 BAC 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.

Un buen ensilado se caracteriza por poseer:



  • Alta proporción de ácido láctico

  • Niveles variables, pero bajas de ácido acético

  • Muy baja y casi nula cantidad de ácido butírico.

Fase 3 - Fase estable. Mientras se mantenga el ambiente sin aire, ocurren pocos cambios. La mayoría de los microorganismos de la Fase 2 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.

Fase 4 - Fase de deterioro aeróbico. Esta fase comienza con la apertura del silo y la exposición del ensilaje al aire. Esto es inevitable cuando se requiere extraer y distribuir el ensilaje, pero puede ocurrir antes de iniciar la explotación por daño de la cobertura del silo (p. ej. roedores o pájaros). 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 ensilaje, como algunos bacilos. La última etapa también incluye la actividad de otros microorganismos aeróbicos -también facultativos- 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 que oscilan entre 1,5 y 4,5 por ciento de materia seca diarias pueden ser observadas en áreas afectadas. Estas pérdidas son similares a las que pueden ocurrir en silos herméticamente cerrados y durante períodos de almacenaje de varios meses (Honig y Woolford, 1980).

Para evitar fracasos, es importante controlar y optimizar el proceso de ensilaje de cada fase. En la fase 1, las buenas prácticas para llenar el silo permitirán minimizar la cantidad de oxígeno presente en la masa ensilada. Las buenas técnicas de cosecha y de puesta en silo permiten reducir las pérdidas de nutrientes (CHS) inducidas por respiración aeróbica, dejando así mayor cantidad de nutrientes para la fermentación láctica en la Fase 2. Durante las Fases 2 y 3, el agricultor no tiene medio alguno para controlar el proceso de ensilaje. Para optimizar el proceso en las Fases 2 y 3 es preciso recurrir a aditivos que se aplican en el momento del ensilado y cuyo uso se discutirá más adelante. La Fase 4 comienza en el momento en que reaparece la presencia del oxígeno. Para minimizar el deterioro durante el almacenaje, es preciso asegurar un silo hermético; las roturas de las cubiertas del silo deben ser reparadas inmediatamente. El deterioro durante la explotación del silo puede minimizarse manejando una rápida distribución del ensilaje. También se pueden agregar aditivos en el momento del ensilado, que pueden reducir las pérdidas por deterioro durante la explotación del silo.



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. Los indeseables son aquellos organismos que causan el deterioro anaeróbico (p. ej. clostridios y enterobacterias) o deterioro aeróbico (ej. levaduras, bacilos, Listeria sp. y mohos). Muchos de estos organismos indeseables no sólo reducen el valor nutritivo del ensilaje sino que pueden además afectar la salud de los animales o alterar la calidad de la leche, o ambas (p. ej.: Listeria sp., clostridios, hongos y bacilos).

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. 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 (Woolford, 1984; McDonald et al., 1991).

Los componentes BAC que se asocian con el proceso de ensilaje pertenecen a los géneros:LactobacillusPediococcusLeuconostocEnterococcusLactococcus y Streptococcus. La mayoría de ellos son mesófilos, o sea que pueden crecer en un rango de temperaturas que oscila entre 5° y 50°C, con un óptimo 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

Tomando en cuenta su metabolismo de los azúcares, los miembros BAC pueden ser clasificados como homofermentadores obligatorios, heterofermentadores facultativos o heterofermentadores obligatorios. Los homofermentadores obligatorios producen más de 85 por ciento de ácido láctico a partir de hexosas (azúcares C6) como la glucosa, pero no pueden degradar las pentosas (azúcares C5) como la xilosa. Los heterofermentadores facultativos también producen principalmente ácido láctico a partir de hexosas, pero además pueden degradar algunas pentosas produciendo ácido láctico, ácido acético y/o etanol. Los heterofermentadores obligatorios degradan las hexosas y las pentosas, pero se distinguen de los homofermentadores en que degradan las hexosas en proporciones equimolares de ácido láctico, CO2, ácido acético y/o etanol. Los homofermentadores obligatorios reúnen especies como Pediococcus damnosus y Lactobacillus ruminis. Los heterofermentadores facultativos incluyen a Lactobacillus plantarumL. pentosus,Pediococcus acidilacticiP. pentosaceus y Enterococcus faecium. Los heterofermentadores obligatorios incluyen miembros del género Leuconostoc y algunos Lactobacillus como L. brevisL.



Microorganismos indeseables

Levaduras

Las levaduras son microorganismos eucarióticos, anaeróbicos facultativos y heterotróficos. En todo ensilaje, tanto la actividad de levaduras anaeróbicas como aeróbicas son indeseables. Bajo condiciones anaeróbicas las levaduras fermentan azúcares produciendo etanol y CO2(Schlegel, 1987; McDonald et al., 1991). La producción de etanol no sólo disminuye el azúcar disponible para producir ácido láctico, sino que también produce un mal gusto en la leche (Randby et al., 1999). 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

Las poblaciones de levaduras pueden alcanzar hasta 107 unidades formadoras de colonias (UFC) por gramo durante las primeras semanas del proceso de ensilaje; un período prolongado de almacenaje reduce gradualmente la presencia de levaduras. La supervivencia de las levaduras durante el almacenaje depende de la severidad de la anaerobiosis y la concentración de ácidos orgánicos. La presencia de oxígeno facilita la supervivencia y el desarrollo de las levaduras durante el almacenaje, mientras que un contenido elevado de ácido fórmico o ácido acético reducen su supervivencia

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. 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.



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 .Además, la presencia de clostridios en el ensilaje altera la calidad de la leche ya que sus esporas sobreviven después de transitar por el tracto digestivo y se encuentran en las heces; esto puede resultar en la contaminación de la leche, ya sea directamente o por ubres mal aseadas. La especie de mayor importancia en las lecherías es Clostridium tyrobutyricum, un organismo ácido tolerante. Además de poder fermentar carbohidratos, C. tyrobutyricum también puede degradar el ácido láctico en ácido butírico, H2 y CO2, según la reacción siguiente:

2 ácido láctico Þ 1 ácido butírico + 2 H2 + 2 CO2

La fermentación butírica no sólo interfiere con la fermentación láctica del ensilaje y de los quesos, sino que también es responsable de una abundante producción de gas, lo que causa en los quesos duros y semiduros el defecto conocido como "soplado tardío", común en quesos Emmental, Grana, Gouda y Parmesano (Gibson, 1965; Goudkov y Sharpe, 1965; Klijn et al., 1995).



Bacterias productoras de ácido acético

Estas bacterias son ácido tolerante y aeróbicas obligatorias. Hasta la fecha, todas estas bacterias aisladas de muestras de ensilaje pertenecen al género Acetobacter (Spoelstra et al., 1988). La actividad de Acetobacter spp. en el ensilaje es perniciosa porque puede iniciar una deterioración aeróbica, ya que puede oxidar el lactato y el acetato produciendo CO2 y agua. Generalmente, las responsables principales del inicio del deterioro aeróbico son levaduras; las bacterias acéticas se encuentran ausentes o juegan un papel poco importante en este problema. No obstante, existe evidencia que estas bacterias pueden iniciar un deterioro aeróbico en el ensilaje de maíz cuando incluye toda la planta, grano y forraje.



Bacilos

Los bacilos se asemejan a los clostridios: son bacterias de forma cilíndrica que forman esporas. Sin embargo, se los puede distinguir fácilmente ya que son aeróbicos facultativos, mientras que los clostridios son todos anaeróbicos obligatorios Para disminuir el desarrollo de Bacillus en el ensilaje, la temperatura de almacenaje no debería ser muy alta y se deberá minimizar el ingreso de aire. Además se debe reducir toda contaminación inicial del ensilaje con tierra o estiércoles.



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 que producen muchas especies. Los mohos se desarrollan en cualquier sitio del ensilaje donde encuentren oxígeno, inclusive solo trazas. En un buen ensilaje eso ocurre sólo al inicio del almacenamiento y se restringe a la capa exterior de la masa ensilada, pero durante el deterioro aeróbico (Fase 4) todo el ensilaje puede ser invadido por mohos. Las especies que se han identificado más frecuentemente en el ensilaje pertenecen a los géneros PenicilliumFusariumAspergillusMucorByssochlamys,AbsidiaArthriniumGeotrichumMonascusScopulariopsis.Las técnicas de ensilaje que minimizan el ingreso de aire (p. ej. buena compactación y cierre hermético del ensilaje), y la inclusión de aditivos que inhiben el deterioro aeróbico, podrán prevenir o limitar el desarrollo de mohos.



TIPOS DE SILOS





Los tipos de silo a construirse, deben reunir una serie de condiciones como:
Paredes firmes para evitar el intercambio de oxigeno y soportar la presión del forraje apisonado.
Buen drenaje, para asegurar la salida de los líquidos del forraje húmedo picado y ensilado.
La ubicación del silo debe estar en terrenos firmes con una cierta pendiente ósea con un declive, lejos de las fuentes de agua y canales de riego cerca de los establos.




imagen


Existen numerosos tipos y formas de silos para la conservación de forrajes muchos de ellos requieren bastante inversión, mientras que otros solamente mano de obra, el silo casero o montón se caracteriza por ser el más fácil y bajo costo por que solo se necesita nailon para cubrir y luego tierra con piedras en los bordes, cualquiera que sea el tipo de silo es necesario tomas en cuenta los siguientes aspectos:

Silos superficiales; entre los que tenemos:



  • Silo tipo bunker

  • .

  • Silo tipo torre.

  • Silo bolsa.

  • Silo montón o casero.

FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA FERMENTACIÓN MICROBIANA

Como ya vimos la fermentación se ve afectada también por microorganismos indeseables, pero existen factores previos externos con el contenido de humedad previo de los vegetales antes de ensilar, el picado de los vegetales, el contenido de aire principalmente que retarda el proceso de fermentación. Y dentro de los que son los microorganismos la variación de temperatura y pH que promueven los distintos MO. Como ya se vio previamente.



CALIDAD Y VALOR NUTRITIVO DE LOS ENSILADOS:

Tenor de azucares y proteínas en forrajes:

forraje

Carbohidratos

Proteínas

Maíz y sorgo

Elevado

Muy bajo

Gramíneas

Alto

Regular

Gramíneas + leguminosas

Mediano

Mediano

Leguminosas

Muy bajo

Elevado

ADITIVOS

El uso de algunos productos agregados al forraje al momento de su descarga en el silo constituye una alternativa para mejorar las condiciones de fermentación y conservación, particularmente para aquellos forrajes que presentan condiciones difíciles de ensilar. Forrajes que tienen bajos contenidos de carbohidratos solubles no logran disminuir suficientemente el pH de la masa ensilada como para prevenir la acción de bacterias indeseables. En esto también influye la humedad del material.

Las condiciones de pH requeridas para evitar el desarrollo y la acción de Clostridium son menores en la medida en que el contenido de agua en el material es más alto. En consecuencia, es conveniente que la concentración de carbohidratos solubles en estos casos sea alta. Una deficiencia puede corregirse, en parte, a través del uso de aditivos.

Existe una clasificación de los aditivos de acuerdo a la forma en que contribuyen a mejorar la preservación de los forrajes ensilados. Los mejores resultados se han obtenido con los que aportan carbohidratos fermentables (melaza, suero de quesería deshidratado, granos, etc.) o con compuestos destinados a acidificar la masa ensilada (ácido fórmico u otros ácidos orgánicos) o a inhibir la acción microbiana (formalina, metabisulfito de sodio, etc.). La sal común (cloruro de sodio) no debe ser empleada en la preparación de ensilajes porque ejercerá una acción contraria a la preservación ácida del forraje.



HENIFICACIÓN

La henificación es un método de conservación de forraje seco producido por una rápida evaporación del agua contenida en los tejidos de la planta. Esta humedad debe estar siempre por debajo del 20% y se estabiliza alrededor del 15% durante el almacenaje.

Si bien los procesos de producción en la confección del heno son de vital importancia, la calidad potencial del mismo estará determinada por la pastura que le dé origen. El correcto manejo, desde que se inicia la confección del heno hasta que se lo suministra a los animales, ayuda a minimizar las pérdidas. La calidad del forraje conservado en forma de heno nunca será superior al material que le dio origen.

Es imprescindible partir de una pastura de calidad, para lo cual antes de decidir el destino del forraje, se deben tener en cuenta los siguientes conceptos: composición de las pasturas; presencia de malezas en el lote; sanidad; densidad de plantas; estadio fenológico de las pasturas al momento del corte; estructura de la planta; elección de los lotes.

El lote que se destine a corte debe presentar un excelente stand de plantas para elevar la capacidad de trabajo y facilitar la amortización de los equipos, debido a la elevada cantidad de materia seca de alta calidad en forma de heno que se obtendrá por hectárea.

BIBLIOGRAFÍA

1-Frioni, Lillian

Microbiología: básica, ambiental y agrícola- 1ª ed. – Buenos Aires: Orientación Grafica, 2011. 768 p. 23 x 16 cm.



2-https://www.google.com.ar/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&ved=0CCsQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.fao.org%2Fdocrep%2F005%2Fx8486s%2Fx8486s04.htm&ei=_62AUvr_M9XI4AO80YGQDw&usg=AFQjCNHk1oD05qe4DfvH5LgrhZf2CI2lUw&sig2=eX_mNcIByS2Bd8RPn3RbKA



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