Efecto de la amonificación con diferentes niveles de urea en la conservación y componentes químicos del tubérculo fresco de camote (Ipomoea batata L.)

M H Ruiloba y C Solís¹

Grupo de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo, GRUCITED. República de Panamá
mruiloba15@hotmail.com
¹ Facultad de Ciencias Agropecuarias, Universidad de Panamá. República de Panamá

Resumen

Se determinó el efecto de la amonificación con diferentes niveles de urea en la conservación y componentes químicos del tubérculo fresco de camote. Se utilizó un DCA con tres niveles de urea (NU): 1.5 (NU_1.5), 3.0 (NU_3.0) y 4.5% (NU_4.5), en base al material fresco. Al tubérculo fresco y entero (9.0 kg) se le aplicó la urea disuelta en 0.25 L de agua y se colocó en una bolsa plástica negra, la que se cerró herméticamente. A los 90 días de tratamiento, los materiales se conservaron sin presencia de moho pero con alteraciones en el olor, color y textura, dependiendo del tratamiento. El NU_1.5 presentó un olor a ensilado (pH 4.9), mientras que los otros tratamientos un olor amoniacal, más fuerte en el tratamiento alto en urea. El NU1.5 presentó un olor a ensilado (pH 4.9), mientras que los otros tratamientos un olor amoniacal, más fuerte en el tratamiento alto en urea (pH 7.00 y 7.89). Con respecto al tubérculo fresco. el tubérculo conservado presentó un mayor contenido de MS, PB y N-NH3, un menor contenido de FDN y no sufrió cambio en la MO, FDA y almidón (AL). NU incrementó el contenido de PB y N-NH3 y disminuyó el de FDN. En términos de balance cuantitativo (ganancia o pérdida), todos los componentes químicos presentaron un balance negativo (pérdida) con respecto a la cantidad inicial aportada por el tubérculo y la mezcla inicial tubérculo-urea, excepto la PB que resultó con balance positivo (ganancia) con respecto al tubérculo fresco. Al aumentar el NU la pérdida de agua, MS, MO y AL disminuyeron, la de FDN no se afectó y la de PB y FDA aumentó. Con respecto al tratamiento NU1.5, el costo del tubérculo conservado resultó mayor en 8.2 y 12.5% para NU3.0 y NU4.5, respectivamente. Sin embargo, al considerar los cambios ocurridos en los parámetros químicos, se concluyó que al nivel alto de urea (4.5%) se logró un material con mejores características nutritivas.

Palabras clave: almidón total, balance de nutrientes, nivel de urea, tubérculo de camote

Effect of ammonification with different levels of urea on conservation and chemical components of the fresh tuber of sweet potato (Ipomoea batata L.)

Abstract

The effect of ammonification with different levels of urea on the conservation and chemical components of fresh sweet potato tuber was determined. A DCA with three levels of urea (NU) was used: 1.5 (NU1.5), 3.0 (NU3.0) and 4.5% (NU4.5), based on fresh material. Urea dissolved in 0.25 L of water was applied to the fresh and whole tuber (9.0 kg) and placed in a black plastic bag, which was hermetically sealed. After 90 days of treatment, the materials were preserved without the presence of mold but with alterations in smell, color and texture, depending on the treatment. NU1.5 presented an odor of silage (pH 4.9), while the other treatments had an ammoniacal odor, stronger in the high urea treatment (pH 7.00 y 7.89). With respect to the fresh tuber, the preserved tuber presented a higher content of DM, CP and N-NH3, a lower content of NDF and did not change in OM, ADF and starch (AL). NU increased the content of PB and N-NH3 and decreased that of FDN. In terms of quantitative balance (gain or loss), all the chemical components presented a negative balance (loss) with respect to the initial amount provided by the tuber and the initial tuber-urea mixture, except CP, which resulted in a positive balance (gain ) with respect to the fresh tuber. As the NU increased, the loss of water, MS, MO and AL decreased, that of FDN was not affected and that of PB and FDA increased. With respect to the NU1.5 treatment, the cost of the preserved tuber was higher by 8.2 and 12.5% for NU 3.0 and NU4.5, respectively. However, when considering the changes that occurred in the chemical parameters, it was concluded that at a high level of urea (4.5%) a material with better nutritional characteristics was achieved.

Keywords: total starch, nutrient balance, urea level, sweet potato tuber

Introducción

El cultivo de camote (I. batatas, L.) representa una alternativa para la alimentación bovina, por su alta producción de biomasa (follaje y tubérculo) y sus características nutricionales (Solís, 2011). Experimentalmente, Batista (2006) informó rendimientos promedio de tubérculo (raíz) entre 26.0 y 38.0 ton ha-1 frescas, 8.30 y 12.20 ton MS ha-1. En la alimentación de bovinos se ha informado sobre su utilización como alimento fresco (Goyzueta 1963), seco (Vásquez et al 2007) o ensilado (Ruiloba 2005). El tubérculo presenta un alto contenido promedio de azúcares (16.0%, Aliaga y Nieto 2009) y almidones 64.2%, (DeBlas et al 2010, Grüneberg et al 2015, Solís 2020), atributos que lo clasifican como un alimento energético.

En condiciones de almacenamiento post cosecha a 30^oC y 60% de humedad relativa, García et al (2016) informaron pérdidas diarias de peso fresco del tubérculo de 2.51% durante los primeros 13 días de almacenamiento. Observaciones de campo de los autores del presente estudio también mostraron rápido deterioro post cosecha del tubérculo bajo sombra natural. Esta situación representa una limitante para su utilización como material fresco en alimentación animal, por lo que es necesario buscar alternativas para su conservación, tanto ensilado como amonificado; sin embargo, sobre la amonificación del tubérculo prácticamente no se dispone de información.

La amonificación es un método químico de conservación de forrajes frescos que utiliza productos nitrogenados como la urea (DeBartolo, 2013), la cual se transforma en amonio, compuesto que elimina los microorganismos y evita el deterioro del material. Por otra parte, el amonio degrada parte de las estructuras lignocelulósicas del sustrato y aumenta su contenido de nitrógeno (N) (Reis et al 1995, Botero 2007). Adicionalmente, permite mejorar la calidad nutritiva del material al conservar sus azúcares, almidones y proteínas verdaderas (Botero 2007). El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de la amonificación con diferentes niveles de urea en la conservación y cambios en componentes químicos del tubérculo fresco de camote.

Materiales y métodos

Con un diseño completamente al azar se estudiaron tres niveles de urea (NU) para la amonificación del tubérculo de camote: 1.5 (NU_1.5), 3.0 (NU_3.0) y 4.5% (NU_4.5), en base al tubérculo fresco. Se utilizó la variedad Tainung-66, cultivada de acuerdo al manejo agronómico descrito por Ruíz et al (2012) y cosechada a los 120 días después de la siembra. El proceso de amonificación se realizó en bolsas plásticas de tamaño 23 x 30 cm, color negro. En cada bolsa se colocaron 9.0 kg de tubérculo fresco entero y de acuerdo al tratamiento se le adicionó 0.135, 0.270 y 0.405 kg de urea para NU_1.5, NU_3.0 y NU_4.5, respectivamente, disuelta en 0.25 L de agua, la que se roció sobre el tubérculo dentro de la bolsa, material que constituyó la mezcla inicial tubérculo-urea. A cada bolsa se le extrajo manualmente gran parte del aire y se cerró herméticamente para lograr un sistema impermeable al agua y gases. Las bolsas se almacenaron a temperatura ambiente por 90 días. Se utilizaron tres repeticiones por tratamiento.

Al inicio y final del proceso de amonificación se le determinó materia seca (MS), materia orgánica (MO), proteína bruta (PB), nitrógeno amoniacal (N-NH ₃) (Latimer 2016), fibra detergente neutra y ácida (FDN y FDA) (Goering y Van Soest 1970) y almidón (AL) (Megazyme 2017), tanto al tubérculo fresco como a la mezcla tubérculo-urea inicial y conservada. Al finalizar el periodo de tratamiento se determinó visualmente la condición del material conservado de cada bolsa en cuanto a daño microbiológico, color, olor y textura. Inmediatamente después, en cada bolsa se separó la fracción líquida (efluente) y material conservado; estas fracciones se pesaron y se les determinó el pH de acuerdo a la metodología de Corral et al (2010). Los análisis químicos se realizaron en el Laboratorio de Bromatología de la Estación Experimental Carlos Manuel Ortega, Gualaca, Chiriquí, Instituto de Investigación Agropecuaria de Panamá (IDIAP).

La variación en el contenido de cada componente químico del material conservado con respecto al tubérculo fresco se determinó como la diferencia entre el contenido en el material conservado y en el tubérculo fresco, expresada porcentualmente con respecto al contenido en el tubérculo fresco, base seca.

El balance, ganancia o pérdida cuantitativa, de cada componente químico en el proceso de conservación se obtuvo como la diferencia entre la cantidad final e inicial (kg), expresada porcentualmente con respecto a la cantidad inicial.

El costo de producción del tubérculo se determinó con información en dos cultivos realizados en parcelas de 1.0 y 1.5 hectáreas (ha), con registro de insumos, equipos y mano de obra. Para el costo del grano de maíz entero se utilizó el precio de mercado del maíz importado en Panamá, año 2021.

Los resultados fueron sometidos a la prueba de normalidad (Shapiro y Wilk 1965) y para su análisis estadístico se utilizó el paquete estadístico Infostat (Di-Rienzo et al 2012) y la dócima de comparación de medias de Tukey-Kramer (Kramer 1956) con un alpha de 0.05.

Resultados y discusión

El contenido de MS, MO y PB del tubérculo fresco (tabla 1) fue similar al informado por DeBlas et al (2010) y LI Jian-nan et al (2014), mientras que el contenido de FDN fue superior al descrito por otros autores, los que informaron 10.0 y 12.7%, base seca, respectivamente. Sin embargo, Alvarado (2015) indicó 24.6% de FDN. Estas diferencias pueden estar relacionadas con la variedad, edad de cosecha y factores edafoclimáticos. En la mezcla inicial tubérculo-urea, la urea produjo aumentos de 6.6 y 208.0% en el contenido de MS y PB con respecto al tubérculo fresco pero una disminución de 11.3, 4.2, 2.9 y 11.4% en el contenido de FDN, FDA, AL y N-NH₃, respectivamente. En ambas situaciones el efecto se incrementó con NU y la disminución se debió a la dilución causada por la urea.

No se observaron daños microbiológicos visibles, presencia de moho ni deterioro microbiano en ninguno de los materiales conservados; sin embargo, se detectaron alteraciones en el olor, color y textura del tubérculo de acuerdo al tratamiento. En el nivel bajo de urea (NU_1.5) el material presentó un olor típico de ensilado, mientras que los otros tratamientos presentaron un olor amoniacal que se incrementó con NU. En el nivel bajo de urea el tubérculo mantuvo su color natural externo (marrón claro) y su textura firme, mientras que en el nivel intermedio y alto el color se tornó chocolate oscuro y la textura disminuyó ligeramente en la medida que aumentó el nivel de urea. En la parte interna del tubérculo, el color natural (naranja) se oscureció ligeramente con el aumento del NU. El pH resultó afectado por NU (p≤0.01), con un promedio de 4.9, 7.0 y 7.9 para NU_1.5, NU_3.0 y NU_4.5, respectivamente, valores que confirmaron que al nivel bajo de urea ocurrió un proceso fermentativo y en los niveles más altos uno de amonificación.

El contenido de MS, MO, y AL de la mezcla conservada no resultó afectado por NU (tabla 1), con promedio de 25.5, 95.6, 4.6 y 60.5%, respectivamente. El contenido de PB se incrementó con el nivel de urea (p<0.05), en cambio los contenidos de FDN y FDA disminuyeron linealmente al aumentar el nivel de urea (figura 1).

Figura 1. Efecto del nivel de urea en el contenido de FDN y FDA del tubérculo conservado

El tratamiento con urea permitió la conservación del tubérculo fresco, pero también produjo cambios cuantitativos en la composición química con respecto al tubérculo fresco y mezcla inicial tubérculo-urea. La variación porcentual en la composición química de la mezcla conservada tubérculo-urea con respecto al tubérculo fresco se presenta en la tabla 2. La MS aumentó con respecto al tubérculo fresco, variación que se incrementó con el NU (p<0.02), comportamiento que pudo deberse a que la urea produjo un incremento en el contenido de MS en la mezcla inicial tubérculo-urea pero también a la perdida de agua durante el periodo de tratamiento. Con distintos recursos forrajeros se ha informado diferentes efectos de la amonificación sobre el contenido de MS del material conservado. En forraje de maíz fresco y niveles de amonia hasta 3.0%, base seca, Pabón et al (1987) no obtuvo efecto de la amonificación en el contenido de MS. En cambio, en la amonificación de Kudzú (Pueraria phaseoloides) fresco, Ruiloba (2002) encontró que el contenido MS aumentó con el nivel de urea, mientras que en el ensilado de pasto elefante enano (Pennisetum purpureum cv Mott), Araujo et al (1996) informaron un efecto inverso de la urea sobre el contenido de MS.

La variación en el contenido de MO con respecto al tubérculo fresco no resultó afectada por el NU (tabla 2); en cambio la variación en el contenido de PB aumentó apreciablemente con el incremento del nivel de urea (p<0.01). Gutiérrez y Murillo (2011) y Rodríguez et al (2002) indicaron que este efecto es debido a la fijación del amonio al material conservado.

En el presente estudio el contenido de N-NH₃ en la mezcla conservada aumentó de 6.4 a 20.8% (p<0.01) con NU. El tubérculo de camote contiene niveles altos de azúcares y almidones, lo que puede favorecer la conversión de este N en proteína microbiana a nivel ruminal, en especial si ocurre una adecuada sincronización energía-N (Herrera et al 1990).

El contenido de FDN de la mezcla conservada disminuyó con respecto al tubérculo fresco, variación que aumentó con NU. En cambio, el contenido de FDA aumentó al nivel bajo de urea, comportamiento que indicó la posibilidad que esta fracción no sufrió degradación y aumentó como resultado de la disminución en otros componentes de la MS. Sin embargo, esta fracción disminuyó en los otros niveles de urea (p<0.01), lo que indicó degradación. El contenido de AL de la mezcla conservada varió muy poco con respecto al tubérculo fresco (tabla 2), sin efecto de NU (p>0.95), comportamiento que pudo deberse a pérdidas proporcionales de AL y MS, lo que no permitió cambios en su contenido.

El balance cuantitativo (ganancia o pérdida) de los componentes químicos con respecto al tubérculo fresco se muestra en la tabla 3. El balance del agua resultó negativo, con pérdidas que disminuyeron con NU (p<0.02). De acuerdo a Alvarado (2015), en procesos fermentativos ocurre ruptura de membranas celulares, lo que ocasiona perdida de agua y MS. Los resultados obtenidos indican que este efecto de ruptura celular fue mayor con el proceso fermentativo que con el de amonificación. En procesos de ensilaje el amonio formado contribuye a amortiguar la caída del pH (Pabón et al 1987), efecto que pudo prolongar la acción fermentativa y aumentar el rompimiento de membranas celulares.

La MS y MO también presentaron pérdidas (tabla 3), las que disminuyeron al aumentar el nivel de urea (p<0.01). Las rupturas de membranas celulares y gránulos de almidón que ocurren en estos procesos de fermentación y amonificación exponen su contenido a la acción enzimática microbiana y química del amonio; en la fermentación esto implica pérdida por acción microbial y en ambos procesos pérdidas en efluentes y volatilización. La PB presentó un balance positivo (ganancia), efecto que aumentó con el nivel de urea (p<0.01).

Por su parte, la FDN resultó con el mayor balance negativo, con pérdidas promedio de 43.0%, sin diferencia entre NU (p>0.50). Estos resultados indican que esta fracción del tubérculo es altamente degradable, tanto por la acción enzimática como la química. Al respecto, se considera que esta acción degradativa ocurrió principalmente sobre la hemicelulosa y celulosa. En cambio, la fracción FDA presentó mayores pérdidas con el proceso de amonificación. En este caso la acción degradativa ocurrió sobre remanentes de hemicelulosa y celulosa como también de lignina, proteínas y cenizas, componentes que forman parte de esta fracción. El proceso de amonificación solubiliza la hemicelulosa y celulosa (Klopfenstein 1978, Aguilera et al 1990) separándola de la lignina, efecto que la hace más digerible (Botero 2007). La pérdida de FDN que se obtuvo por acción fermentativa indicó que este componente del tubérculo no solo es altamente degradable por la acción fermentativa del proceso de ensilaje, también podría ser por la acción fermentativa ruminal, lo que favorecería la calidad energética del tubérculo, debido a que este presenta contenidos variables pero relativamente altos de esta fracción (9.0 a 25.0%), base seca (DeBlas et al 2010, Alvarado 2015). Otro aspecto en consideración es que el balance negativo que presentó la FDA al nivel bajo de urea, lo que indicó que esta fracción sufrió degradación fermentativa y que el aumento en contenido con respecto al tubérculo fresco que presentó a este nivel de urea se debió a la pérdida de FDN y AL.

El almidón resultó con balance negativo pero este disminuyó al aumentar el nivel de urea (p<0.01). Esto indicó que la amonificación brindó mayor protección a este carbohidrato que la fermentación. Sin embargo, la pérdida de almidón obtenida con los dos primeros niveles de urea se considera alta, debido a que este es una fuente energética de importancia nutricional. En este sentido, (Solís y Ruiloba 2017) destacaron la importancia de este almidón al sustituir la energía del grano de maíz por la del ensilado de camote integral al no afectarse la ganancia de peso vivo de bovinos en crecimiento. En ensilajes se ha reportado pérdidas de almidón entre 8.0 y 40.0% (Xiccato et al 1994, Woolford 1990). En el proceso de ensilaje la degradación de almidones y otros carbohidratos produce compuestos que son parcial o totalmente metabolizados por las bacterias; en cambio en el proceso de amonificación no hay actividad microbiana, lo que favorece el ahorro de energía y mejora la calidad energética del material conservado. En el ensilaje, la hidrólisis enzimática del almidón depende de varios factores que incluyen forma y tamaño del granulo (Hernández et al 2008), uniformidad de la superficie del granulo (Dreher et al 1984), presencia de matriz proteica (Gómez et al 2016) o complejos insolubles fosfolípidos-amilosa o amilopectina (Singh et al 2010), relación amilosa-amilopectina (Brewer et al 2012), hidratación y rompimiento del gránulo y posiblemente otros, los cuales pueden aumentar o disminuir su degradación. En el caso de la amonificación, se considera que varios de estos factores en la acción degradativa del amonio sobre el almidón, lo que en parte sustenta la menor pérdida obtenida en este proceso.

La pérdida de FDN, FDA y AL por acción del amonio no necesariamente representa una pérdida neta de MO, debido a que estos componentes son degradados a unidades más simples, una parte que se pierde en los efluentes pero el resto se mantiene como parte del material conservado. En el caso de la FDN y FDA, la acción fermentativa o química que ocurrió también pudo implicar liberación o solubilización de complejos presentes en estas fracciones como el de celulosa-lignina, lo que favorecería su utilización a nivel ruminal (Aguilera et al 1990, Botero 2007).

El balance del agua con respecto a la mezcla inicial tubérculo-urea indicó perdidas (tabla 4), las que disminuyeron con NU. Estas pérdidas fueron mayores a las obtenidas con respecto al tubérculo fresco, debido a que se utilizó agua para disolver la urea y gran parte de esta se eliminó en los efluentes. La MS y MO también presentaron pérdidas aunque solo con una tendencia a disminuir con NU. Estas pérdidas resultaron mayores que las obtenidas con respecto al tubérculo fresco, en parte debido a que la urea adicionada aumentó la cantidad inicial de MS y MO pero al degradarse a amonio parte de este se perdió en forma volátil y en los efluentes. Estas pérdidas de urea llevó a que el mayor balance negativo lo presentará la PB, el que aumentó con NU (p<0.03). Rodríguez et al (2004) indicaron que en el proceso de amonificación una de las vías de pérdida de N es la volatilización en forma de amonio, tal como ocurrió en el presente estudio, donde las bolsas se inflaron, principalmente en los niveles altos de urea y por el olor se determinó que el gas era básicamente amonio. Aguilera et al (1990) indicaron que en el proceso de amonificación parte del N se transforma en sales amoniacales solubles que pueden adherirse al material conservado o perderse en los efluentes. Una forma independiente al proceso de conservación que se traduce en pérdida de N es el método de calor utilizado en el secado de la muestra para análisis de laboratorio (Rodríguez et al 2004). Las pérdidas de FDN, FDA y AL fueron iguales a las informadas con respecto al tubérculo fresco, producto que la urea no contiene estos componentes químicos, por lo tanto no afectó sus balances.

En términos de efluentes (agua + MS), la cantidad promedio fue de 0.158 kg/kg de mezcla inicial tubérculo-urea, sin diferencia entre NU (p ≥ 0.51), valor muy superior al obtenido por Alvarado (2015) al ensilar el tubérculo fresco picado por 30 días, 0.042 kg de efluente kg^-1 de tubérculo fresco.

La utilización del tubérculo en forma entera pudo limitar la actividad fermentativa microbiana y la acción química del amonio, aunque no afectó su conservación. El tiempo de tratamiento (90 días) también pudo afectar alguno de los parámetros estudiados. En el nivel bajo de urea, la acción amortiguadora del amonio pudo extender el proceso fermentativo, causando un mayor gasto energético, no sólo a expensas de azúcares y almidones, también de otros componentes nutricionales y estructurales que pudieron ser solubilizados y degradados. En los niveles altos de urea el tiempo de conservación favoreció la acción química del amonio sobre el tubérculo. Preston y Leng (1987) indicaron que en el trópico el proceso de amonificación ocurre durante los primeros 10 días de exposición a la urea. Sin embargo, la acción del amonio sobre los componentes de la MO puede continuar, tal como indicaron resultados de Ruiloba (2002) con forraje de Kudzú tratado con urea durante 45 y 90 días en condiciones tropicales, los que evidenciaron aumentos en el contenido de N y DIVMS, así como disminución en el contenido de FDN a los 90 días.

El costo de producción del tubérculo fue $0.15 kg^-1 de MS ($: dólar USA). Al considerar las pérdidas de MS ocurridas en el proceso de conservación con respecto a la mezcla inicial tubérculo-urea (tabla 4), el costo por tratamiento fue $0.24, 0.26 y 0.27 kg^-1 MS conservada para NU_1.5, NU_3.0 y NU_4.5, respectivamente, costos competitivos con los de otras fuentes energéticas de referencia como el grano de maíz. Con respecto a NU_1.5, el costo fue 9.4 y 15.7% mayor para NU_3.0 y NU_4.5, respectivamente; sin embargo, hubo aportes positivos de la amonificación en términos de mayor contenido de PB, degradación de la FDA y protección degradativa del almidón, efectos importantes en términos de calidad nutritiva del material conservado.

Conclusiones

• El material conservado no presentó daños microbiológicos, aunque si alteraciones en el olor, color y textura.
  
  
• En el nivel bajo de urea ocurrió un proceso fermentativo y en los niveles altos uno de amonificación.
  
  
• Los niveles medio y alto de urea presentaron mejor composición y balance de componentes químicos, en especial el alto, principalmente en términos de nitrógeno y almidón.
  
  
• El costo del tubérculo conservado se incrementó con el nivel de urea; sin embargo se recomienda la utilización del nivel 4.5%, ya que permitió un mayor contenido de PB, menor pérdida de MS, MO y AL y mayor degradación de la FDA.

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