Bioconversión de la torta de palmiste con el hongo Pleurotus ostreatus : efectos en la alimentación de rumiantes y las emisiones de metano entérico

Abstract

La bioconversión de subproductos agroindustriales lignocelulósicos, mediante el uso de Pleurotus ostreatus ha sido considerada como un enfoque de bajo costo para mejorar la calidad nutricional de estos materiales con fines a la alimentación de rumiantes. El objetivo de esta tesis fue evaluar el efecto de la bioconversión de la torta de palmiste (TP, o PKC por sus siglas en inglés) mediante el hongo Pleurotus ostreatus (Jacq.) P. Kumm sobre la nutrición de rumiantes y la reducción de las emisiones de metano entérico. Para lo cual, se llevaron a cabo cuatro experimentos in vitro (EIV) y un ensayo de campo. En el primer EIV, se llevó a cabo una fermentación en estado sólido durante trece días de 3 subproductos: torta de palmiste, cuesco y fibra para identificar la biomasa lignocelulosa donde se aumenta la actividad enzimática lacasa. El segundo EIV consistió en una fermentación líquida y sólida para optimizar a través de un diseño central compuesto y un diseño de vértices extremos el proceso de bioconversión de la torta de palmiste para determinar la fuente de nitrógeno inorgánico y la relación carbono:nitrógeno (C:N) que maximiza la producción de biomasa y la expresión de genes de enzimas lignocelulolíticas en P. ostreatus creciendo en TP. Para el tercer EIV, se escaló el proceso fermentativo en estado sólido, ajustando la relación C:N para determinar la composición química y perfil de ácidos grasos de la TPFPo. En el cuarto EIV, se evaluó a través de la técnica de gases, el efecto de la inclusión de la TPFPo sobre la composición química, la degradabilidad in vitro de componentes fibrosos y los principales parámetros de fermentación ruminal in vitro, incluida la producción de metano (CH4), en dietas de forrajes tropicales. Para la etapa de campo, se llevó a cabo un experimento con vacas mestizas multíparas en lactancia, asignadas aleatoriamente a cuatro tratamientos experimentales que consistieron en: animales en pastoreo sin suplementación (CON); animales en pastoreo más suplementación con 1,0 kg MS/día de torta de palmiste no fermentada (ATPNF); animales en pastoreo más suplementación con 1,0 kg MS/día de torta de palmiste fermentada con P. ostreatus (ATPFPo1), y animales en pastoreo más suplementación con 1.5 kg MS/día de torta de palmiste fermentada con P. ostreatus (ATPFPo2) con el fin de determinar el nivel óptimo de suplementación con TPFPo que maximiza en consumo de materia seca en la pradera (CMSp), mejora la producción y modifica la calidad composicional de la leche en términos de perfil lipídico, a la vez que reduce las emisiones de metano entérico. Los resultados mostraron que, enriquecer la TP con urea, ajustando la relación C:N a 34:1, para la fermentación con P. ostreatus, optimiza la producción de biomasa fúngica, estimula la expresión de genes relacionados con la síntesis de enzimas lignocelulolíticas, aumenta el contenido de proteína cruda (PC), y ácidos grasos insaturados, además de reducir la proporción de fibra en detergente neutro (FDN), fibra en detergente ácido (FDA) y lignina (LIG) en el sustrato fermentado. Adicionalmente, la degradabilidad de componentes nutritivos de la dieta (PC, FDN y FDA) aumentó, y la producción de CH4 in vitro, disminuyó hasta en un 30% en las dietas forrajeras con la inclusión de TPFPo. En el ensayo de campo se encontró que, ofrecer 0,86 kg/vaca/día de TPFPo, que correspondió a un nivel de inclusión del 9,8% del CMS total, resultó en un aumento en la producción de leche vendible y en una mayor concentración de ácidos grasos poliinsaturados en la grasa láctea, además de contribuir hasta en un 30% en la reducción de las emisiones de metano entérico en los bovinos. En conclusión, la optimización del proceso de bioconversión de la torta de palmiste con Pleurotus ostreatus constituye una estrategia innovadora para la producción de suplementos enriquecidos, con calidad nutritiva y biológica mejorada, destinados a vacas doble propósito en sistemas de pastoreo tropical, con el potencial de mejorar la producción y calidad composicional de la leche, además de reducir las emisiones de CH4 entérico. (Tomado de la fuente)

The bioconversion of lignocellulosic agro-industrial by-products using Pleurotus ostreatus has been considered a low-cost approach to improve the nutritional quality of these materials for ruminant feeding. The objective of this thesis was to evaluate the effect of palm kernel cake (PKC) bioconversion by the fungus Pleurotus ostreatus (Jacq.) P. Kumm on ruminant nutrition and the reduction of enteric methane emissions. To this end, four in vitro experiments (EIV) and one field trial were conducted. In the first IVE, a solid-state fermentation of three by-products—palm kernel cake, palm kernel shell, and fiber—was carried out for thirteen days to identify the lignocellulosic biomass with the highest increase in laccase enzymatic activity. The second experimental phase involved liquid and solid-state fermentation to optimize the bioconversion process of palm kernel cake using a central composite design and an extreme vertices design, in order to determine the inorganic nitrogen source and the carbon-to-nitrogen (C:N) ratio that maximize biomass production and the expression of lignocellulolytic enzyme genes in P. ostreatus growing on PKC. For the third EIV, a solid-state fermentation process was scaled up, adjusting the C:N ratio to determine the chemical composition and fatty acid profile of TPFPo. In the fourth EIV, using the gas production technique, the effect of TPFPo inclusion was evaluated on chemical composition, in vitro degradability of fibrous components, and key in vitro ruminal fermentation parameters, including methane (CH₄) production, in tropical forage-based diets. For the field trial, an experiment was conducted with multiparous lactating crossbred cows, randomly assigned to four experimental treatments: animals grazing without supplementation (CON); animals grazing plus supplementation with 1.0 kg DM/day of non-fermented palm kernel cake (ATPNF); animals grazing plus supplementation with 1.0 kg DM/day of PKC fermented with P. ostreatus (ATPFPo1); and animals grazing plus supplementation with 1.5 kg DM/day of PKC fermented with P. ostreatus (ATPFPo2), to determine the optimal level of TPFPo supplementation that maximizes pasture dry matter intake (pDMI), improves milk yield, modifies milk compositional quality in terms of lipid profile, and reduces enteric methane emissions. The results showed that enriching PKC with urea, ratio adjusted to 34:1, for fermentation with P. ostreatus optimizes fungal biomass production, stimulates the expression of genes related to lignocellulolytic enzyme synthesis, increases crude protein (CP) content and unsaturated fatty acids, and reduces the neutral detergent fiber (NDF), acid detergent fiber (ADF), and lignin (LIG) contents in the fermented substrate. Additionally, the degradability of nutritional components (CP, NDF, and ADF) increased, and in vitro CH₄ production decreased by up to 30% in forage-based diets supplemented with TPFPo. In the field trial, providing 0.86 kg/cow/day of TPFPo, corresponding to 9.8% of total DM intake, resulted in an increase in marketable milk yield and a higher concentration of polyunsaturated fatty acids in milk fat, while also contributing to a reduction of up to 30% in enteric methane emissions from cattle. In conclusion, optimizing the bioconversion process of palm kernel cake with Pleurotus ostreatus represents an innovative strategy for producing enriched supplements with improved nutritional and biological quality for dual-purpose cows under tropical grazing systems, with the potential to enhance milk yield and compositional quality, while reducing enteric CH₄ emissions.