detergente ácida (FDA) (d) de la pulpa de café sometida a dos procesos de secado
| Livestock Research for Rural Development 29 (8) 2017 | Guide for preparation of papers | LRRD Newsletter | Citation of this paper |
El objetivo de este trabajo fue determinar el efecto del método de secado sobre la digestibilidad in situ de la pulpa de café. Pulpa fresca de café fue sometida a dos procesos de secado: en estufa de ventilación forzada a 65º C por un lapso de 48 horas (SEC-E) y por la adición de Salitre (SEC-S) a la muestra, en razón de 2:1 (pulpa:salitre) y sometida exposición directa al sol por un periodo de 2 días. Tres vacas secas (repeticiones) de raza Holstein con cánula ruminal permanente se emplearon para determinar la digestibilidad in situ de la pulpa de café. Tres sacos por horario de incubación se emplearon para garantizar suficiente disponibilidad de muestra para los análisis químicos posteriores a la incubación ruminal. Los tiempos de incubación fueron 0, 6, 12, 24, 48, 72 y 96 horas. La pulpa de café y los residuos de degradación in situ fueron analizados para estimar las concentraciones de materia seca, proteína cruda, fibra detergente neutra y ácida, celulosa, hemicelulosa y lignina.
Los datos fueron analizados de forma independiente en cada horario de incubación siguiendo un modelo lineal mixto que considero como efectos fijos los métodos de secado y como efecto aleatorio el animal. Las medias de tratamientos se compararon empleando la prueba de comparación de medias de Tukey. El método de secado tuvo influencia directa sobre la humedad residual (HR) de la materia prima. La HR del material secado en estufa (SEC-E) fue 1.8%, en tanto que el material secado con salitre (SEC-S) presentó una HR del 8.5%. El secado al sol con salitre, redujo la digestibilidad potencial de la MS de la pulpa de café en 30.4%. La digestibilidad potencial de la PC y la FDA siguieron la misma tendencia, con reducciones del 24.4% y 24.6%, respectivamente. La digestibilidad del FDN a pesar de ser diferente entre tratamientos (88.9% vs 82.5%), resultó ser la fracción menos alterada. La mayor concentración de solutos en la pulpa de café con salitre, habría disminuido la actividad de agua dentro del sustrato, limitando el proceso de colonización y degradación del mismo por parte de los microorganismos ruminales.
Palabras clave: actividad de agua, deshidratación, salitre, subproducto agroindustrial
The objective of this study was to determine the effect of the drying method on the in situ digestibility of the coffee pulp. Fresh coffee pulp was submitted to two drying processes: in a forced ventilation oven at 65º C for a period of 48 hours (SEC-E) and by the addition of saltpeter (SEC-S) to the sample, at the ratio 2:1 (pulp: saltpeter) and subject to direct sun exposure for two days. Three dry Holstein cows (replicates) with permanent ruminal cannula were used to determine the in situ digestibility of the coffee pulp. Three bags per incubation time were used to ensure sufficient sample availability for chemical analyzes subsequent to ruminal incubation. Incubation times were 0, 6, 12, 24, 48, 72 and 96 hours. Coffee pulp and in situ degradation residues were analyzed to estimate the concentrations of dry matter (DM), crude protein (CP), acid (ADF) and neutral detergent fiber (NDF), cellulose, hemicellulose and lignin. The data were analyzed independently at each incubation time following a mixed linear model that considered as fixed effects the drying methods and animal as random effect. Treatment averages were compared using the Tukey test. The drying method had a direct influence on the residual moisture (RH) of the raw material. The HR of the oven dried material (SEC-E) was 1.8%, while the pulp dryed with saltpeter (SEC-S) presented a HR of 8.5%. Sun drying with saltpeter, reduced the potential digestibility of the DM of the coffee pulp by 30.4%. The potential digestibility of CP and ADF followed the same trend, with reductions of 24.4% and 24.6%, respectively. NDF digestibility, despite being different between treatments (88.9% vs 82.5%) (p <0.01), was the least affected fraction. The higher concentration of solutes in the coffee pulp with saltpeter would have diminished the water activity within the substrate, limiting the process of colonization and degradation by the rumen microorganisms.
Key words: agroindustrial subproduct, dehidratation, saltpeter, water activity
Colombia es el mayor productor de café suave arábigo lavado del mundo. Durante 2016 la producción alcanzo los 14.4 millones de sacos de 60 kilogramos (Federación Nacional de Cafeteros 2016). En la industria del café se estima que menos del 5% de la biomasa generada en el cultivo se aprovecha en la elaboración de la bebida (Rodríguez y Zambrano 2010). La biomasa perdida está representada en materiales lignocelulósicos, frutos verdes que caen durante la recolección, pulpa o exocarpio del fruto y el ripio que se genera en las fábricas de café soluble o cuando se prepara la bebida a partir del grano tostado y molido (Rodríguez y Zambrano 2011).
La pulpa del fruto es el primer residuo que se obtiene en el beneficio del café y puede representar cerca del 44% del peso del fruto fresco (Montilla et al 2008). De acuerdo con Rodríguez y Zambrano (2010) por cada millón de sacos de 60 kilogramos de café que Colombia exporta, se producen 162.900 toneladas de pulpa fresca, con un potencial contaminante equivalente a la generada por las excretas y orina de una población de 868 mil habitantes durante un año. Frente a este escenario, diferentes alternativas han sido propuestas para el manejo de la pulpa de café: como combustible directo (Porres et al 1987), biomasa para la producción de biogás (Chinappi y Jerez 2008), producción de bioetanol (Rodríguez 2013) y alimentación animal (Ortiz et al 2014; 2016).
Una de las restricciones en la utilización de la pulpa de café en alimentación animal es su alto contenido de humedad, hecho que limita su preservación, almacenamiento e incorporación en suplementos concentrados para el ganado. Por otra parte el costo asociado al proceso de secado incrementa significativamente el valor de esta materia prima restringiendo su participación en la dieta.
El objetivo de este trabajo fue determinar el efecto del método de secado sobre la digestibilidad in situ de la pulpa de café.
Cinco kilogramos de pulpa fresca de café fue colectada de una finca cafetera localizada en el municipio de Jardín (Antioquia – Colombia). La muestra fue refrigerada a 4º C y transportada al laboratorio de nutrición animal (Nutrilab – GRICA) de la Universidad de Antioquia para ser sometida a dos procesos de secado y su posterior análisis químico.
En el laboratorio la muestra de pulpa fresca fue divida en dos fracciones de 2.5 kg cada una y sometidas a dos procesos de secado que constituyeron los tratamientos. La primera fracción fue sometida a secado en estufa (SEC-E) de ventilación forzada a 65º C por un lapso de 48 horas. La segunda fracción fue secada por la adición de Salitre (SEC-S) a la muestra, en razón 2:1 (pulpa:salitre) y sometida a exposición directa al sol por un periodo de 2 días. El salitre es una mezcla compleja de sales (sulfatos, cloruros, nitratos, boratos, carbonatos (Na, Ca, Mg y K)) que al ser mezclados con residuos agroindustriales húmedos incrementan la presión osmótica y reducen la actividad de agua facilitando el proceso de secado al sol.
Tres vacas secas Holstein (repeticiones) con cánula ruminal permanente se emplearon para estimar la digestibilidad in situ de la pulpa de café sometida a dos procesos de secado. Los animales se manejaron en un sistema de pastoreo rotacional con pasto Kikuyo (Cenchrus clandestinus (Hochst ex Chiov.) Morrone) y suplementadas con 2 kg de concentrado comercial.
Las muestras secas de pulpa de café, fueron molidas en un molino estacionario Thomas Wiley a través de criba de 5 mm. Cinco gramos de la muestra molida fueron pesados en sacos de nylon (25 cm de largo x 10 cm de ancho) con porosidad de 50 mm. Los sacos fueron cerrados colocando una argolla metálica de 2 cm de diámetro en el extremo abierto del saco y asegurada con bandas elásticas. Tres sacos por horario de incubación se emplearon para garantizar suficiente disponibilidad de muestra para los análisis químicos posteriores a la incubación ruminal. Los tiempos de incubación fueron 0, 6, 12, 24, 48, 72 y 96 horas. Antes de ser incubados en el rumen, todos los sacos fueron sumergidos en agua tibia (40º C) durante 10 minutos. Los sacos se introdujeron en el rumen en orden inverso, iniciado con el horario 96 horas, esto para garantizar que una vez cumplido el intervalo de incubación, todos los sacos se retiraran del rumen al mismo tiempo. Después de retirados los sacos del rumen, se lavaron con agua corriente y se procedió a su secado en estufa de ventilación forzada a 60º C por 72 horas.
La cinética de degradación de la materia seca (MS), proteína cruda (PC), fibra detergente neutra (FDN) y fibra detergente ácida (FDA) fue modelada de acuerdo con el modelo matemático propuesto por Orskov y McDonald (1979):
Digestibilidad en el tiempo (t) = a + b* (1-exp(-kd * tiempo), donde:
a = fracción soluble potencialmente degradable
b = fracción de lenta degradación
kd = tasa constante de degradación de la fracción b
La pulpa de café y los residuos de degradación in situ fueron analizados para estimar las concentraciones de MS (AOAC 1990), PC (AOAC 1985), FDN, FDA, celulosa, hemicelulosa y lignina (Van Soest et al 1991).
Los datos fueron analizados de forma independiente en cada horario de incubación siguiendo un modelo lineal mixto que considero como efecto fijo el método de secado y como efecto aleatorio el animal. Las medias de tratamientos se compararon empleando la prueba de Tukey con una probabilidad del 5%. El paquete estadístico empleado fue SAS University Edition (SAS.com 2016).
En la Tabla 1 se describe la composición química de la pulpa de café empleada en este ensayo. Este subproducto agroindustrial se caracteriza por presentar un alto contenido de humedad (79.2%), lo que dificulta su manejo, transporte y uso directo en la alimentación animal (Noriega et al 2008). El producto seco, sin embargo, contiene una significativa concentración de carbohidratos estructurales (46.8%) y azúcares reductores. Braham y Bressani (1978) reportan que los principales carbohidratos presentes en la pulpa de café son: celulosa (27.7%), azúcares reductores como glucosa (12.4%), azúcares no reductores (2%) y sustancias pecticas (6%). El contenido celular (53.2%) estimado por el método Van Soest et al (1991) sugiere que el material tiene un relativo alto nivel de nutrientes aprovechables por los rumiantes.
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Tabla 1. Composición química de la pulpa de café |
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Componente |
Valor |
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Materia seca, % |
20.8 |
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Proteína cruda, % de la MS |
11.2 |
|
Contenido celular, % de la MS |
53.2 |
|
Fibra detergente neutro, % de la MS |
46.8 |
|
Fibra detergente ácido, % de la MS |
35.8 |
|
Hemicelulosa, % de la MS |
11 |
|
Celulosa, % de la MS |
18.6 |
|
Lignina, % de la MS |
17.2 |
|
Cenizas, % |
7.1 |
El método de secado tuvo influencia directa sobre la humedad residual (HR) de la materia prima. La HR del material secado en estufa (SEC-E) fue 1.8%, en tanto que el material secado con salitre (SEC-S) presentó una HR del 8.5%. A pesar de que la HR es menor en el secado con estufa, es importante resaltar que la HR alcanzada con el salitre es adecuada para el almacenamiento y procesamiento de la materia prima con miras a ser incorporada en dietas para rumiantes.
Los parámetros de degradación ruminal se presentan en la Tabla 2. Claramente, el secado al sol con salitre, redujo la digestibilidad potencial de la MS de la pulpa de café en 30.4% (Figura 1). La digestibilidad potencial de la PC y la FDA siguieron la misma tendencia, con reducciones del 24.4% y 24.6%, respectivamente. La digestibilidad del FDN a pesar de ser diferente entre tratamientos (88.9% vs 82.5%), resultó ser la fracción menos alterada.
El método de secado no alteró las tasas de degradación estimadas por el modelo para la MS y la PC, las cuales fueron cercanas a 0.09/hora (Tabla 2). Para el caso de la fracción fibrosa, el salitre incrementó la velocidad de degradación de la fracción de lenta degradación de la FDN y FDA.
| Tabla 2. Parámetros de degradación ruminal de la pulpa de café sometida a dos procesos de secado | |||
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Parámetros1 |
SEC-E |
SEC-S |
Valor p |
|
materia seca |
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a |
25.9 |
18.3 |
0.001 |
|
b |
54.8 |
37.9 |
0.001 |
|
kd |
0.09 |
0.088 |
0.245 |
|
a+b |
80.7 |
56.2 |
0.001 |
|
R2 |
98.9 |
96.2 |
|
|
proteína cruda |
|
||
|
a |
19.5 |
17.5 |
0.001 |
|
b |
60.3 |
42.8 |
0.001 |
|
kd |
0.088 |
0.088 |
0.521 |
|
a+b |
79.8 |
60.3 |
0.001 |
|
R2 |
97.4 |
96.1 |
|
|
Fibra detergente neutro |
|
||
|
a |
18.8 |
33.7 |
0.001 |
|
b |
70.1 |
48.8 |
0.001 |
|
kd |
0.15 |
0.23 |
0.001 |
|
a+b |
88.9 |
82.5 |
0.001 |
|
R2 |
96.2 |
96.5 |
|
|
Fibra detergente ácido |
|
||
|
a |
38.5 |
40 |
0.001 |
|
b |
37.7 |
17.4 |
0.001 |
|
kd |
0.063 |
0.077 |
0.001 |
|
a+b |
76.2 |
57.4 |
0.001 |
|
R2 |
98.8 |
99.9 |
|
|
1 a = fracción soluble potencialmente
degradable (%); |
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La adición de salitre a la pulpa fresca de café claramente favoreció el proceso de extracción de agua que posteriormente fue evaporada por acción de la energía solar. Este proceso reduce los tiempos de secado y la energía requerida para remover el agua. El proceso de deshidratación ocurre a través del proceso de osmosis. El salitre intenta alcanzar el equilibrio con el contenido de sales de la pulpa, extrayendo el agua disponible, insertando moléculas de sal dentro de alimento y reduciendo la actividad de agua (AA) en su interior.
El secado con la adición de salitre desfavoreció la degradación de la MS, PC, FDN y FDA (Figura 1). La menor digestibilidad registrada, se explica por el mismo proceso que favoreció el secado inicial de la materia prima. Las sales presentes en el salitre disminuyen la AA del producto final, hecho que pudo haber limitado el proceso de colonización y degradación del sustrato por parte de los microorganismos ruminales.
De acuerdo con Clayton et al (2007) la AA de los alimentos frescos es 0.99 mientras que la AA para inhibir el crecimiento de la mayoría de las bacterias es aproximadamente 0.9. Esta baja actividad de agua inicial habría retardado el proceso de colonización y degradación del sustrato incubado.
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| Figura 1.
Degradación in situ de la materia seca (a),
proteína cruda (b), fibra detergente neutra (FDN) (c)
y fibra detergente ácida (FDA) (d) de la pulpa de café sometida a dos procesos de secado |
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Por otra parte, el salitre al ser una mezcla de sales (sulfatos, cloruros, nitratos, boratos, carbonatos) y adicionarse a la pulpa permite el incremento del aporte mineral de la materia prima. Sin embargo, este mayor aporte mineral no se vio reflejado en la digestibilidad de la pulpa de café.
Los autores agradecen al Comité para el Desarrollo de la Investigación – CODI (Estrategia Sostenibilidad 2016 – 2017 otorgada al Grupo de Investigación en Ciencias Agrarias - GRICA) y a COLCIENCIAS quien a través del proyecto: “Efecto de la suplementación con arbóreas y subproductos agroindustriales sobre la eficiencia energética y la emisión de gases de efecto invernadero en ganado cebú” (código: 1115-569-33853) financiaron este trabajo.
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Received 25 January 2017; Accepted 19 July 2017; Published 1 August 2017