ALIMENTACIÓN DE RUMIANTES Y MONOGÁSTRICOS, MEDIANTE

MICROORGANISMOS CELULOLÍTICOS .

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN La presente invención se engloba dentro del campo de la utilización de un proceso de fermentación industrial controlada, mediante el acondicionamiento de un sustrato de pajas u otros lignofibrosos con la adición de una fuente de nitrógeno, sembrado con una flora digestiva específica, la flora celulolítica, y la aplicación de condiciones anaerobias. ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR A LA INVENCIÓN

Las células vegetales están compuestas por los

"contenidos celulares", que son los nutrientes que se encuentran en el interior de las células vegetales: carbohidratos, proteínas y grasas, muy digestibles, que están protegidos por las "cutículas o paredes celulares" compuestas por hemicelulosas, celulosas, lignina, cutina, etc. Dichas paredes celulares resultan totalmente indigestibles para los monogástricos, mientras que en el caso de los rumiantes las dos primeras resultan digestibles gracias a la actividad fermentativa del rumen, y a la posibilidad de triturar mediante una segunda masticación las duras paredes celulares, lo que les permite digerir y utilizar la mayor parte de las paredes celulares .

Los rumiantes han adaptado su aparato digestivo para transformar su estómago en un perfeccionado tanque de fermentaciones, en el que gracias a la actividad de multitud de bacterias, hongos e infusorios, y a las

condiciones de ausencia de oxígeno, temperatura regulada, control del pH, humedad adecuada, su capacidad de regurgitar los alimentos bastos para someterlos a una segunda masticación, etc., logran degradar y digerir las fibras vegetales para transformarlas en ácidos grasos volátiles absorbibles a través de las vellosidades de la pared rumial, que son la principal fuente de energía metabolizable de estos animales. Asimismo, estas bacterias son capaces de sintetizar sus propias proteínas a partir de fuentes de nitrógeno no proteicas como urea, biuret, u otros productos generadores de amoniaco (actividad proteosintética) . Esto permite a la flora microbiana mantener su intensísima capacidad reproductiva. Además, sintetizan importantes cantidades de vitaminas, sobre todo el complejo B y de otros factores de crecimiento, los cuales junto con la digesta y los cuerpos microbianos generados durante la fermentación rumial, pasan al cuajar e intestino, donde serán digeridos, absorbidos y utilizados por la bioquímica metabólica de los animales.

La fermentación de alimentos fibrosos y subproductos, objeto de la presente invención, pretende imitar las condiciones que existen en el interior del estómago de los rumiantes, para predigerir y enriquecer estos alimentos, siguiendo modernas técnicas de ensilaje. Así, se crea un medio totalmente anaerobio que, además, permite una perfecta conservación de la masa fermentada durante meses o años, produciéndose un aumento de la energía metabolizable de su materia seca y de su contenido en proteína rica en aminoácidos. De esta

forma, el producto resultante se puede ofrecer a los animales en forma de raciones completas para su mantenimiento, o servir como fibra de soporte añadiéndole concentrados, en caso de necesidades productivas elevadas de leche o carne.

Serla imposible producir una fermentación in vi tro fuera del estómago del rumiante, si previamente no se ha acondicionado el sustrato con los alimentos adecuados para permitir un importante crecimiento microbiano en el seno de la masa de fermentación. Se trata de crear un medio de cultivo eugenésico, en el que los microorganismos sembrados se reproduzcan en cantidad suficiente, y que, mediante su actividad enzimática, puedan digerir y degradar los nutrientes del sustrato, la celulosa y hemicelulosa, a hidratos de carbono más sencillos. Una vez ingeridos por el ganado, estos productos serán bien absorbidos a nivel rumial, ácidos grasos volátiles como el acético, propiónico y butírico, o bien serán digeridos en mayor grado, junto con los propios microorganismos, en el cuajar, para su posterior absorción intestinal.

Para obtener dicho medio eugenésico, es necesaria la presencia de una fuente de nitrógeno que pueda ser utilizada como base para la síntesis proteica. En el caso de los microorganismos celulolíticos, esta fuente debe ser amoniaco o una fuente capaz de transformarse en amoniaco. Además, no sería posible el desarrollo microbiano en el sustrato, si no lo dotamos de un grado de humedad. Este nivel de humedad está comprendido entre márgenes muy amplios, como mínimo y para que la

fermentación sea enérgica, se necesita un 35%, pero puede llegar a sobrepasar ampliamente el 80%.

Una vez alcanzado el máximo crecimiento, dicho crecimiento tiende a paralizarse, bien por agotamiento de los nutrientes, o bien porque los productos del metabolismo secretados al medio resultan tóxicos e impiden su crecimiento. De este modo, el proceso fermentativo se ralentiza primero, para cesar completamente cuando ha transcurrido tiempo suficiente. El medio se ha convertido en disgenésico para la vida microbiana, de forma que los microorganismos que no tienen capacidad de esporular mueren, mientras que los que forman esporas, adquieren esta forma de resistencia y permanecen en forma de vida latente durante meses o años, hasta que, una vez consumidos por los animales, eclosionan de nuevo en el medio favorable del interior del rumen, y colaboran en la digestión con la flora microbiana natural. Muchos de los enzimas que se produjeron durante la fermentación, permanecen activos y continúan su acción durante esta nueva fase de digestión.

Otro aspecto a tener en cuenta en la elaboración de un alimento destinado a rumiantes, es el tamaño de las fibras vegetales. La celulasa que produce la flora microbiana para digerir las celulosas, no se difunde en el medio, sino que es necesario el contacto físico de la membrana externa de los microorganismos con estos nutrientes para que se produzca su hidrólisis. De esta forma, si usamos la paja entera, tal como se cosecha en el campo, al ser tan dura, larga y resistente, y estar

protegida por lignina, el acceso de los gérmenes a la celulosa está dificultado. Así, para obtener mejores resultados en la degradación de los productos lignofibrosos , es conveniente picarlos y triturarlos, incrementando así la superficie de contacto con los microorganismos que llevan a cabo su degradación. A su vez, los rumiantes necesitan de un tamaño adecuado de fibra larga para ralentizar su velocidad de tránsito en el rumen, de forma que no escapen rápidamente del mismo y se impida su total digestión, y que no se imposibilite la rumia, necesaria para incorporar gran cantidad de saliva que actúa como tampón para evitar la acidosis ruminal . Por estas razones la paja debe poseer una longitud comprendida entre 3 cm y 8 era, si bien cualquiera que fuera su tamaño sería atacada por los microorganismos celulolíticos .

En el ensilado tradicional para la conservación de alimentos húmedos, es requisito indispensable la presencia de cierta cantidad de azúcares sencillos, de modo que las pajas solas, sin incorporación de azúcares o carbohidratos simples, son difíciles de conservar mediante estos métodos . Esto se debe a que en el interior del silo, y gracias a la existencia de estos azúcares, se desarrolla flora láctica de tipo Lactobacillus o Streptococcus lactis, que transforman los azúcares en ácido láctico el cual acidifica la masa fermentada hasta pH muy bajos, de entre 5 y 4 e incluso inferiores, lo que impide el desarrollo de otros tipos de gérmenes que producen putrefacción. Es por tanto, la acidez láctica y el permanecer totalmente aislado de la

masa de oxígeno aéreo, lo que permite su conservación. Durante esta fermentación se produce siempre una pérdida del contenido energético de la masa, y una producción de gases (anhídrido carbónico y metano) , con disminución de la materia seca y de la capacidad nutritiva del ensilado .

El proceso de fermentación con microorganismos celulolíticos es totalmente diferente. Al desarrollarse dichos microorganismos celulolíticos en un medio idóneo con gran contenido en fibras vegetales de alto contenido en celulosa y hemicelulosa, independientemente del grado de lignificación, produce ácidos grasos volátiles, sobre todo acético, y en menor proporción propiónico y butírico, que también disminuyen el pH de la masa fermentada hasta niveles similares a los anteriormente mencionados, garantizando su conservación. En una primera fase de esta fermentación, mediante la actividad enzimática de los gérmenes, se degrada la fuente de amoniaco, lo que alcaliniza la masa fermentada hasta niveles de pH comprendidos entre 8 y 9. Así, se hidrolizan las fuertes uniones que unen la lignina a los carbohidratos de las fibras vegetales, lo que permite el ataque de dichos carbohidratos por los enzimas celulolíticos y su degradación a compuestos asimilables. Para su crecimiento y multiplicación, la flora transforma el amoniaco en sus propias proteínas que serán digeridas por el rumiante, con lo que poco a poco disminuye la alcalinidad de la masa hasta que el pH se sitúa en un nivel ácido de entre 4 y 5, lo que impide su deterioro a lo largo del tiempo, a la vez que produce un

aumento de la digestibilidad de la masa y de la proteína digestible. En este proceso fermentativo no se producen gases, o son muy escasos, con lo que la pérdida de materia seca es prácticamente nula. Además, al aumentar fuertemente la digestibilidad del sustrato, también aumenta el contenido energético del mismo para su ulterior utilización digestiva.

Adicionalmente, la flora láctica es incapaz de producir esporas como forma de resistencia, por lo que una vez que se ha acidificado la masa, los gérmenes dejan de reproducirse y mueren, porque las condiciones del medio se vuelven disgenésicas. Sin embargo, la flora celulolltica, cuando la masa es demasiado acida, forma esporas que pueden permanecer años en forma de vida latente hasta que las condiciones del medio vuelven a revitalizarlas .

Las transformaciones químicas producidas durante la fermentación son detectables mediante análisis químico del alimento obtenido, y mediante pruebas de alimentación In vivo con animales en granjas de experimentación . DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un procedimiento de preparación de un producto alimenticio para rumiantes y monogástricos, caracterizado porque comprende la fermentación de sustratos fibrosos y lignofibrosos mediante microorganismos celulolíticos . Dichos sustratos fibrosos y lignofibrosos están seleccionados preferentemente entre fibras vegetales (pajas de cereales tales como trigo, cebada, avena, centeno,

triticale, arroz, cañotes de maíz, sorgo o mezclas de los anteriores) y residuos de cultivos agrícolas (hojas y ramones de olivo y de huerta, y mezclas de ellos) , o mezclas de los mismos. Dicho procedimiento comprende, además, añadir una fuente de amoniaco como puede ser amoniaco anhidro puro, amoniaco en disolución acuosa, sales amoniacales como el cloruro amónico, urea, biuret, o mezclas de los anteriores . Este procedimiento de preparación de un producto alimenticio para rumiantes y monogástricos está caracterizado porque puede comprender incorporar un grado de humedad al sustrato de entre 25% y 85%, y preferentemente este rango de humedad se encuentra entre el 40% y el 50%. A medida que se aumenta la humedad, se facilita la fermentación del sustrato, y se acorta su duración. La humedad puede incorporarse al sustrato usando subproductos húmedos o simplemente añadiendo agua. Según dicho procedimiento se pican y trituran estos sustratos fibrosos y lignofibrosos , de modo que preferentemente poseen una longitud de entre 3cm y 8cm, para favorecer la acción de los gérmenes y la digestión por parte del ganado . Además, según una realización preferente, este procedimiento comprende añadir subproductos industriales como pueden ser subproductos de la industria cervecera

(bagazo, levaduras frescas, raicillas de malta, y mezclas de ellos) , de la industria azucarera (pulpas de remolacha frescas, hojas, coronas y rabillos, los

cañotes y hojas de las cañas de azúcar, las melazas, y mezclas de ellos) , de la molinería (glumas y cascarillas de cereales, semillas y cascarillas de algodón, semillas y cascarillas de girasol, salvados, y mezclas de ellos), de la viticultura (hollejo, pulpas, orujo de uva, y mezclas de ellos) , de la extracción de aceites (orujo, pulpas de aceituna, y mezclas de ellos) , subproductos de la huerta y sus destríos (subproductos de la industria del tomate, destríos y cascabullos de pimientos, y mezclas de ellos) , pulpas frescas de cítricos, cápsulas y borras de algodón, y mezclas de todos los anteriores.

Para un funcionamiento preferente de dicho procedimiento es necesario el inmediato aislamiento del sustrato del medio aéreo tras la siembra con microorganismos celulolíticos, preferentemente mediante el ensilado a alta presión y con absoluta estanqueidad del producto. Las condiciones de presión necesarias serían las mismas que en un ensilado tradicional, dependientes de la materia prima y el porcentaje de humedad, y se entiende que un experto en la materia sería capaz de establecerla en cada caso. Es necesario utilizar el sistema de ensilaje del sustrato porque este sistema es el único en el que queda eliminado el oxígeno, que es una condición indispensable para el proceso de fermentación.

Según el procedimiento de preparación de un producto alimenticio para rumiantes y monogástricos mediante la fermentación con microorganismos celulolíticos, dicha fermentación posee preferentemente una duración de entre 1 y 2 meses, momento en el que el

pH del producto se sitúa por debajo de 6 (indicando el fin de la fermentación) y puede iniciarse su consumo.

Así, el presente procedimiento de preparación de un producto alimenticio para rumiantes y monogástricos está caracterizado según una realización preferente, porque comprende : picar y triturar sustratos fibrosos y lignofibrosos, de modo que posean una longitud de entre 3cm y 8cm, la incorporación de una fuente de amoniaco, la adición de subproductos industriales, la incorporación de humedad entre el 25% y el 85%, sembrar microorganismos celulolíticos , - ensilar el producto a alta presión garantizando su absoluta estanqueidad, y la fermentación de dicho producto durante un periodo de 1 a 2 meses .

Por otra parte, puesto que los microorganismos celulolíticos son capaces de formar esporas una vez que las condiciones del medio se vuelven disgenésicas, puede utilizarse el propio producto alimenticio obtenido por el procedimiento descrito anteriormente, como fuente de microorganismos celulolíticos para< futuros procedimientos de fermentación.

Del mismo modo, la presente invención también se refiere a un producto alimenticio para rumiantes y monogástricos caracterizado porque comprende sustratos fibrosos y lignofibrosos fermentados mediante

microorganismos celulolíticos . Dichos sustratos están seleccionados preferentemente entre fibras vegetales, residuos de cultivos agrícolas y mezclas de los mismos, •y, en una realización preferente, estos sustratos se encuentran picados y triturados, siendo la longitud óptima obtenida de entre 3cm y 8cm.

Este producto alimenticio comprende, en una realización preferente, una fuente de amoniaco. Además, este producto puede contener un grado de humedad de entre 25% y 85%, y preferentemente entre 40% y 50%. Por último, una realización preferente de dicho producto comprende además, subproductos industriales en su composición.

¹ Naturalmente, cada materia prima y cada subproducto requieren un tratamiento distinto, y muchos pueden l ^' fermentarse solos o en mezclas con pajas y/u otros subproductos. Algunos, como los subproductos de cerveza, o de la industria azucarera, y productos de huerta y sus destríos, contienen un elevado grado de humedad, que debe aprovecharse para proporcionar humedad al sustrato, con lo que éste se enriquece con todos los nutrientes disueltos en ella. De acuerdo con la composición química y nutricional de cada materia a fermentar, se pueden formular raciones específicas para las ^• distintas especies según su estado de producción. MODO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se ilustra adicionalmente mediante el siguiente ejemplo en modo alguno limitativo.

EJEMPLO

Este ejemplo compara la composición analítica de las pajas tal como se recolectan, y las que han sido fermentadas usando microorganismos celulolíticos obtenidos mediante el procedimiento descrito en la Solicitud de Patente n° P200500017, así como sus contenidos en energía, proteína y su capacidad de ingestión.

En la realización según la presente invención, denominada paja de trigo fermentada, se prepara una composición que posee un 50% de paja (picada y triturada hasta un tamaño de entre 3cm y 8cm) , 47% de agua y 3% de urea. Es decir, como fuente de amoniaco se utiliza la urea que contiene un 46% de nitrógeno, de modo que cada tonelada de esta mezcla contiene 138 gramos de nitrógeno. Finalmente, a esta composición se añade 0,5 kg de microorganismos celulolíticos por cada tonelada, se lleva a cabo el ensilado y se permite que se produzca la fermentación durante 2 meses . El crecimiento en energía es enorme. Pasa de 0,18 a 0,63 UFL, lo que representa un 350% más. La ingestión voluntaria (IMS por kg de peso metabólico) pasa de 27g a 65g, lo que representa un incremento de un 240%. Por último, para lograr que el ganado ingiera .1 UFL, necesitan ingerir 5,55 kg de paja normal, mientras que de paja fermentada sólo necesitan 1,58 kg.

ELN: extractivas l bres de nitrógeno

UFL: unidades forrajeras leche

UFC: unidades forrajeras carne

E.: energía en kilocalorías

E. DIGESTIBLE R.: energía digestible rumiantes en kilocalorías

E . NETA me : energía neta para el mantenimiento más producción de carne

TDN: nutrientes digestibles totales

FND: fibra neutro detergente

FAD: fibra ácido detergente

LAD: lignina ácido detergente

C. CELULARES: contenido celulares

PDIE: proteína digestible intestinal energía

PDIN: proteína digestible intestinal nitrógeno

IMS/Pm 0,75g: Ingesta de materia seca/peso metabólico 0,75g