Composición química y digestibilidad in vitro en porcinos del Biofermentado en Estado Sólido (BIOFES) de raíz de yuca (Manihot esculenta Crantz) con Azolla spp en condiciones de Pastaza, Ecuador

W O Caicedo^1,2, L G Caicedo², Eliza Saltos¹, H A Uvidia¹, P E Arias¹ y L M Borras-Sandoval³

¹Departamento de Producción Animal, Universidad Estatal Amazónica, km 2 ½, Puyo, Pastaza, Ecuador
orlando.caicedo@yahoo.es
²Productora, Procesadora y Comercializadora Amazónica de Productos Agropecuarios Caicedo S.A.S. B.I.C., parroquia Tarqui, Puyo, Pastaza, Ecuador
³Escuela de Medicina Veterinaria y Zootecnia, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia UPTC, Avenida Central del Norte, vía Paipa, Tunja 150003, Boyacá, Colombia

Resumen

El objetivo de esta investigación consistió en evaluar la composición química y digestibilidad in vitro en porcinos del biofermentado en estado sólido (BIOFES) de raíz de yuca (Manihot esculenta Crantz) con Azolla spp en condiciones de Pastaza, Ecuador. Para este estudio, se desarrolló BIOFES a partir de una mezcla de raíz de yuca fresca (58%), Azolla pre-secada (25%), afrecho de trigo (10%), carbonato de calcio (0.5%), premezcla vitamínica mineral (1%), inóculo microbiano (2%), melaza (2%), sulfato de magnesio (0.5%) y urea (1%), la mezcla se fermentó durante (0, 12, 24, 36, 48, 96 y 192 h), y se determinó la composición química; pH, materia seca (MS), proteína bruta (PB), fibra bruta (FB), cenizas, fibra detergente neutra (FDN), fibra detergente ácida (FDA), calcio (Ca), fósforo (P); y la digestibilidad in vitro de la MS y FDN. La investigación se realizó bajo un diseño completamente aleatorizado y se efectuó ANOVA para la comparación de medias. El BIOFES presentó las mejores características a las 96 horas, pH (5.98), MS (45.17%), FB (4.08%), PB (16.47%) y digestibilidad in vitro de la MS (87.89%) y FDN (64.75%). El alimento BIOFES (yuca-Azolla) presentó una buena composición nutricional con baja fibra, pudiendo constituir una alternativa local sostenible para uso en dietas de cerdos.

Palabras claves: alimento proteico-energético, Amazonia ecuatoriana, cerdos, fermentación en estado solido

Chemical composition and in vitro digestibility in pigs of Solid-State Biofermented (SSBF) of cassava root (Manihot esculenta Crantz) with Azolla spp under conditions in Pastaza, Ecuador

Abstract

The objective of this research was to evaluate the chemical composition and in vitro digestibility in pigs of the solid-state biofermented (SSBF) of cassava root ( Manihot esculenta Crantz) with Azolla spp. under conditions in Pastaza, Ecuador. For this study, SSBF was developed from a mixture of fresh cassava root (58%), pre-dried Azolla (25%), wheat bran (10%), calcium carbonate (0.5%), vitamin-mineral premix (1%), microbial inoculum (2%), molasses (2%), magnesium sulfate (0.5%), and urea (1%). The mixture was fermented for (0, 12, 24, 36, 48, 96, and 192 h), and the chemical composition was determined. pH, dry matter (DM), crude protein (CP), crude fiber (CF), ash, neutral detergent fiber (NDF), acid detergent fiber (ADF), calcium (Ca), phosphorus (P); and the in vitro digestibility of DM and NDF were measured. The research was conducted using a completely randomized design, and ANOVA was performed for mean comparisons. SSBF exhibited the best characteristics at 96 hours: pH (5.98), DM (45.17%), CF (4.08%), CP (16.47%), and in vitro digestibility of DM (87.89%) and NDF (64.75%). The SSBF (cassava-Azolla) feed presented a good nutritional composition with low fiber content, potentially constituting a sustainable local alternative for use in swine diets.

Keywords: protein-energy food, Ecuadorian Amazon, swine, solid-state fermentation

Introducción

En la producción porcina, la dieta convencional constituye la base para obtener ganancias de productividad, el maíz aporta con almidones de alta digestibilidad, mientras que la soya provee proteína de calidad, es rica en aminoácidos esenciales como la lisina. En este sentido, los piensos representan el mayor componente del costo total de producción de los cerdos, influyendo directamente en la economía del sistema (Caicedo et al 2023).

Sin embargo, en Ecuador la producción interna de materia prima para elaborar dietas balanceadas es baja, y se depende de las importaciones. Al respecto, surge la necesidad de realizar investigaciones enfocadas en una alimentación alternativa como estrategia complementaria y económica en la cual se aprovechan estos recursos regionales, optimizando costos para el productor (Borrás-Sandoval et al 2015). A nivel país se encuentran diversas opciones de ingredientes alternativos que pueden abaratar los costes del sistema, sobre todo en pequeñas y medianas producciones de cerdos. Entre los subproductos de destacan las raíces y tubérculos, frutas, plátano y banano y algas acuáticas proteicas como la Azolla spp.

La raíz de yuca ( Manihot esculenta Crantz) es una fuente energética de gran calidad, con alto nivel de almidón que el cerdo puede transformar rápidamente en glucosa de fácil asimilación. En sus raíces frescas, contiene cerca del 60-70% de agua, 30-38% de materia seca, 60-80% de almidón, 1-3% de proteína bruta, 0.2-0.5% de lípidos, 1-2% de fibra, y minerales como potasio, calcio, fósforo (Morgan and Choct 2016). Por otra parte, Azolla spp presenta buen contenido proteico, resaltando aminoácidos esenciales como lisina, metionina, treonina, además de; fibra, minerales y vitaminas (Sharma et al 2020).

Bajo esta perspectiva de combinación de raíz de yuca y Azolla, surge como una oportunidad estratégica para desarrollar alimentos proteicos mediante fermentación en estado sólido (BIOFES) optimizando su valor nutricional y digestibilidad para la alimentación de animales (Fonseca-López et al 2018; Álvarez et al 2024). Para tener un proceso exitoso de BIOFES se deben controlar parámetros dentro del sistema, por ejemplo, la humedad debe estar entre (50-70%), temperatura de (20-35°C), pH (4-6), tiempo de fermentación (0-192 horas), para evitar la contaminación microbiana y la pérdida de nutrientes del alimento fermentado.

Por otro lado, existen diversas técnicas para evaluar la digestibilidad de los alimentos para animales, dentro de las que se destacan la in vivo (requiere de animales a tiempo fijo), in situ (rumen), in vitro (simulación en laboratorio). La digestibilidad in vitro se emplea por tener una eficiencia, bajo costo y permitiendo evaluar la degradación de nutrientes sin necesidad de utilizar animales en ensayos directos (Boisen and Fernández 1995; Camacho et al 2022). Esta investigación tuvo como objetivo evaluar la composición química y digestibilidad in vitro en porcinos del biofermentado en estado sólido (BIOFES) de raíz de yuca ( Manihot esculenta Crantz) con Azolla spp en condiciones de Pastaza, Ecuador.

Materiales y métodos

Localización del experimento

Esta investigación se llevó a cabo en el Laboratorio de Bromatología de la Universidad Estatal Amazónica, cantón Pastaza, ciudad de Puyo, esta zona se caracteriza por un clima subtropical húmedo. El lugar de estudio se encuentra a 76° 40` y 78° 10´de longitud Oeste y entre los 1° 10´ y 2° 35´de latitud Sur, con una precipitación anual superior a 4.000 mm, temperaturas que oscilan entre los 18 y 33 °C y humedad relativa entre 75.2 y 89.9% (INAMHI 2014).

Preparación del inóculo

Para la elaboración del inóculo se siguió el procedimiento desarrollado por (Borrás-Sandoval et al 2020), se utilizó un recipiente plástico limpio con capacidad para 50 L, y se puso 10% de melaza de caña, 1% de urea, 0.2% de sulfato de magnesio, 1% de premezcla vitamínica mineral, 2% de yogur natural, 85.8% de agua de botellón para consumo humano, y se hizo una mezcla homogénea por 3 minutos. Inmediatamente el tanque se puso bajo techo a temperatura ambiente, se removió por 3 veces al día (07 am; 12 pm; 18 pm) durante 3 días antes de su uso.

Elaboración del BIOFES de raíz de yuca con Azolla

Para la elaboración del BIOFES se utilizó raíz de yuca de 3 días de cosecha, proveniente de un cultivar de 4 meses de establecido en el cantón Loreto. La Azolla spp recibió un proceso de presecado solar por 3 días, esta se cosechó de estanques cultivados en la parroquia Valle Hermoso, Santo Domingo de los Tsáchilas. El afrecho de trigo, premezcla vitamínica y mineral, melaza, carbonato de calcio, sulfato de magnesio y urea se adquirieron en locales de Insumos Agrícolas y Químicos de la ciudad de Puyo.

Seguidamente se picó la raíz de yuca en partículas de 1 cm con una picadora PEC7K e inmediatamente se colocó en una mezcladora horizontal de ensilaje y se puso los restantes componentes en las siguientes proporciones: raíz de yuca troceada (58%), Azolla pre-secada (25%), afrecho de trigo (10%), carbonato de calcio (0.5%), premezcla vitamínica mineral (1%), inóculo microbiano (2%), melaza (2%), sulfato de magnesio (0.5%) y urea (1%), se hizo un mezclado por 5 minutos y se empacó en fundas negras de 6 pulgadas, con capacidad para 40 kg, se realizó un cerrado no hermético, y se dejó fermentar por (0, 12, 24, 36, 48, 96 y 192 h).

Caracterización fisicoquímica del BIOFES de raíz de yuca con Azolla

En todas las muestras se midió el pH a través del método potenciométrico. La materia seca (MS), proteína bruta (PB), fibra bruta (FB), grasa bruta (GB), cenizas siguiendo los procedimientos descritos por (AOAC 2005). La fibra detergente neutra (FDN) y Fibra detergente acida (FDA) (Van Soest et al 1991). El Calcio (Ca) y fosforo (P) por espectrofotometría de absorción atómica.

Digestibilidad in vitro del BIOFES de raíz de yuca con Azolla

La digestibilidad in vitro de la materia seca (DIVMS) y de la fibra detergente neutra (DIVFDN) se llevó a cabo mediante pepsina-pancreatina-viscozyme de acuerdo con Boisen and Fernández (1991).

Diseño Experimental y Análisis Estadístico

Se utilizó un diseño completamente aleatorizado con siete tratamientos y tres repeticiones por cada uno. El contraste de medias se realizó mediante la prueba de Duncan (1955) con un valor de significación del 5%. Todos los análisis de los resultados se ejecutaron con el software estadístico InfoStat, versión 2020 (Di Rienzo et al 2020).

Resultados y discusión

En la Tabla 1 se muestra la composición química del BIOFES (yuca-Azolla), durante la evaluación se evidenció diferencias significativas (p<0.05) para todas las variables objeto de estudio.

El pH mostró una tendencia decreciente (p<0.0001) a medida que transcurrió el tiempo de fermentación. Al inicio (hora cero), el valor fue de 6.48, descendiendo gradualmente hasta alcanzar un valor de 5.98 a las 96 h. Este comportamiento se debe a la degradación de los carbohidratos solubles presentes en la yuca por parte de las bacterias ácido lácticas, este resultado es adecuado para la producción de un BIOFES. Estos resultados coinciden con (Cubillos-Orjuela et al 2024) quienes reportaron una caída inicial del pH de 6.4 a 5.3-5.4 después de 48 horas de la fermentación del tamo de cereales, con bacterias ácido lácticas, papa, alfalfa, urea y melaza, ambos estudios demuestran una acidificación temprana debido a las bacterias que actúan en la degradación de carbohidratos.

Los valores de pH del BIOFES superiores a 5 se relacionan con la inclusión de carbonato de calcio, nitrógeno (urea) y Azolla, estos actúan como un agente amortiguador (buffer), elevando el pH del medio y contrarrestando la acidificación producida por ácidos orgánicos, esto favorece el crecimiento microbiano, incrementa la síntesis de proteína verdadera y mejora la estabilidad aeróbica del producto final (Brea-Maure et al 2015; Pulido-Súarez et al 2016; Jiménez-Alfaro et al 2020).

En la MS se observa un incremento significativo desde la hora cero (32.67%), hasta estabilizarse alrededor de las 96 h del proceso fermentativo debido a la concentración de los nutrientes. El aumento de la concentración de materia seca del BIOFES (yuca-Azolla) se relaciona de manera directa con la inclusión del material secante (Borras-Sandoval et al 2017), un valor superior a 40% es ideal para conservar los BIOFES ya que previenen la proliferación de microbios descomponedores, evitando la degradación de los nutrientes en el medio (Caicedo et al 2025).

La FB, FDN y FDA mostraron un efecto decreciente en función del tiempo de estudio. Borras-Sandoval et al (2017) manifiestan que esto se debe a una degradación microbiana profunda de los componentes lignocelulósicos. La reducción en la fracción estructural (celulosa, hemicelulosa y lignina) evidencia la eficiencia de la microbiota para degradar la pared celular vegetal, transformando la matriz fibrosa en compuestos de mayor digestibilidad (Cárdenas et al 2008). Es meritorio resaltar que los valores de fibra encontrados en este estudio están adecuados para uso en dietas de cerdos. Al respecto, Jha et al (2019) manifiestan que, en animales monogástricos, niveles elevados reducen la digestibilidad de otros nutrientes, y que, un aporte adecuado favorece la regulación del tránsito intestinal y promueve la saciedad.

La PB inició con un valor de (13.96%) en la hora cero, y se incrementó en función del tiempo, obteniendo el mejor valor a las 96 h (16.53%), esto se atribuye a las síntesis de proteína unicelular. Durante la fermentación en estado sólido, los microorganismos generan biomasa con alto contenido proteico a partir del consumo de carbohidratos y otros compuestos presentes en el sustrato, lo que se refleja en un incremento progresivo de la proteína cruda a lo largo del proceso (Caro-Cusba et al 2021). Este aumento puede explicarse tanto por la transformación de carbohidratos complejos en proteína microbiana como por la síntesis de enzimas proteicas por parte de la microbiota. Sin embargo, conforme avanza la fermentación, la disminución de sustrato disponibles y los cambios en las condiciones del sistema, como el pH, la disponibilidad de agua y la acumulación de metabolitos, restringen el crecimiento microbiano, conduciendo a una fase de estabilización en la que el contenido proteico tiende a mantenerse constante (Álvarez et al 2025).

Las cenizas se incrementaron en función del tiempo con valores entre (5.74 y 8.08%), el aumento de las cenizas se relaciona con el consumo de materia orgánica (azúcares y almidones) por parte de microrganismos, así como también, por la precipitación de sales tras el equilibrio iónico de la lactofermentación (Álvarez et al 2025).

El calcio y fósforo presentaron un ligero aumento durante la evaluación. El calcio se incrementó impulsado por la caída del pH del medio, esto facilita la disociación del carbonato de calcio y de las materias primas ricas en Ca (Borras-Sandoval et al 2017). El ligero incremento en el fósforo se debe a la hidrólisis de fitatos orgánicos durante la fase acetogénica (Caro-Cusba et al 2021).

En la Tabla 2 se muestran los resultados de los coeficientes de digestibilidad de la MS y FDN, se encontró diferencias significativas (p<0.05) para las dos variables durante las horas de fermentación.

Los valores de digestibilidad de la MS se incrementaron en función del tiempo de fermentación pasando de 82.47% hora cero a 87.57 en la hora 192. Estos valores son superiores a los reportados por Caicedo et al (2015) en estudios de digestibilidad in vitro del FEL de tubérculos de taro obtuvieron un coeficiente de DIVMS de 74.65% al día 7 de fermentación. El aumento se debe a la hidrólisis microbiana natural que ocurre durante la fermentación sólida, esto mejora la disponibilidad de nutrientes en comparación con materias primas sin procesamiento (Bachmann et al 2021). De hecho, Palowski et al (2021) demostraron que la digestibilidad in vitro de la materia seca en ingredientes destinados a cerdos varía significativamente según la composición estructural del alimento, especialmente el contenido de fibra y proteína asociada a la matriz vegetal.

La DIVFDN tuvo un ligero incremento a medida que avanzo el tiempo de fermentación, evidenciando una degradación parcial de la fracción estructural debido a la acción microbiana. Estos resultados son consistentes con lo reportado por Barman et al (2023) quienes demostraron que, aunque la fibra limita la digestibilidad en cerdos, una proporción de esta es susceptible de degradación.

Conclusiones

· La combinación de la raíz de yuca con Azolla pre-secada produjo un alimento BIOFES de óptima calidad nutricional, y surge como una alternativa local para la alimentación porcina sostenible.

· A las 96 horas de fermentación, el alimento BIOFES yuca-Azolla presentó una buena composición nutricional en MS y PB con baja fibra, relacionándose directamente con los altos coeficientes de digestibilidad in vitro de la MS y FDN.

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