Álvaro García
El ensilado de maíz es una fuente clave de alimentación en las industrias estadounidenses de producción de leche y carne de vacuno. Según datos del USDA, en 2023 se cultivaron cerca de 3 millones de hectáreas de maíz para ensilado, con un rendimiento aproximado de 7,6 millones de toneladas. Sin embargo, esta producción a gran escala genera preocupaciones ambientales significativas debido a las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) durante las fases de fermentación y consumo del ensilado. Entre estos gases destacan el dióxido de carbono (CO₂), el metano (CH₄) y el óxido nitroso (N₂O). Para abordar este desafío, los inoculantes para ensilado ofrecen una solución efectiva. En particular, las bacterias homofermentativas presentes en algunos inoculantes mejoran la eficiencia del proceso de fermentación al reducir las pérdidas de materia seca y minimizar la emisión de CO₂ asociado al material residual fermentable. Por otro lado, los inoculantes que incluyen enzimas como celulasas y xilanasas facilitan la descomposición de las fibras vegetales, optimizando su digestibilidad en el rumen. Este proceso no solo aumenta el aprovechamiento nutricional del ensilado, sino que también puede contribuir a la reducción de las emisiones de metano derivadas de la fermentación entérica. Dado el impacto ambiental y la magnitud de la producción de ensilado de maíz en Estados Unidos, la incorporación de inoculantes microbianos representa una estrategia prometedora para mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en la industria ganadera, promoviendo una producción más sostenible y eficiente.
El ensilado de maíz contribuye de manera significativa a las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), especialmente de dióxido de carbono (CO₂) y óxido nitroso (N₂O), durante las fases de fermentación y eliminación del ensilado. Para ponerlo en contexto, las emisiones agrícolas generadas por las explotaciones en Estados Unidos ascienden a aproximadamente 233 millones de toneladas métricas de CO₂ equivalente al año, siendo los cultivos de maíz y soja los principales responsables (USDA ERS, 2023). De este total, se estima que las emisiones de N₂O provenientes del maíz fertilizado para ensilado podrían aportar hasta 16 millones de toneladas métricas de CO₂ equivalente, debido tanto a la aplicación de nitrógeno al cultivo como a la actividad microbiana en el suelo. Además, el ensilado de maíz genera compuestos orgánicos volátiles (COV), como el etanol, que también contribuyen indirectamente a las emisiones. Las condiciones anaeróbicas durante la fermentación favorecen la producción de metano, el cual, aunque su intensidad varía, incrementa el impacto global de las emisiones asociadas al ensilado de maíz en las dietas del ganado. La incorporación de inoculantes homofermentativos con enzimas como celulasas, amilasas y xilanasas podría ayudar a los ganaderos a mitigar algunas de estas emisiones. Estas enzimas aceleran y facilitan la descomposición de la fibra, lo que podría reducir las emisiones de CO₂ y N₂O al mejorar la estabilidad del ensilado y la digestibilidad de la fibra. Esto, a su vez, podría disminuir las emisiones derivadas del estiércol.
Motivos para utilizar inoculantes homofermentativos mejorados con enzimas
El ensilado de maíz contribuye a las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) tanto de manera directa como indirecta. Durante el proceso de fermentación, se generan GEI a través de las siguientes reacciones:
- Los inoculantes que contienen bacterias homofermentativas, como el Plantilactibacillus plantarum, convierten los carbohidratos en ácido láctico, generando una menor cantidad de subproductos:
C6H12O6 (glucosa) -> 2C3H6O3 (2 moléculas de ac. láctico)
- Los inoculantes que contienen bacterias heterofermentativas, como el Lentilactibacillus buchneri, transforman los carbohidratos en diversos compuestos, incluyendo ácido láctico, etanol (o ácido acético) y dióxido de carbono:
C6H12O6 (glucosa) -> C3H6O3 (ac. láctico) + C2H5OH (etanol) + CO2 (dióxido de carbono)
O, en el caso de la producción de ácido acético:
C6H12O6 (glucosa) -> C3H6O3 (ac. láctico) + CH3COOH (ácido acético) + CO2 (dióxido de carbono)
La principal diferencia entre las bacterias homofermentativas y heterofermentativas radica en su proceso de fermentación. Aunque ambas utilizan la glucosa como sustrato principal, la procesan de manera diferente. En el ensilado de maíz, aunque existen pequeñas cantidades de azúcares simples como la glucosa (un monosacárido) y la sacarosa (un disacárido), la mayor parte de los carbohidratos está presente en forma de polisacáridos complejos, como la celulosa y la hemicelulosa. En este sentido, enzimas como la celulasa y la xilanasa son fundamentales para descomponer estos polisacáridos en azúcares más simples y fermentables, que pueden ser aprovechados por las bacterias durante la fermentación. Además, la alfa-amilasa facilita la descomposición de disacáridos como la sacarosa, que ni las bacterias homofermentativas ni las heterofermentativas son capaces de fermentar en su forma intacta. La incorporación de estas enzimas aumenta la disponibilidad de glucosa, optimizando la eficacia de la fermentación y mejorando la descomposición de los carbohidratos presentes en el ensilado.
Compuestos orgánicos volátiles y la calidad del aire
Los compuestos orgánicos volátiles (COV) son sustancias químicas orgánicas que se evaporan fácilmente, contribuyendo a la contaminación atmosférica y representando riesgos potenciales para la salud debido a su alta reactividad y su papel en la formación de ozono a nivel del suelo. La investigación de Mitloehner et al. (2014) destacó el impacto de los COV, como el etanol, el acetato de etilo y el acetato de metilo, generados por algunos inoculantes de ensilado, sobre la calidad del aire. Reducir la emisión de estos COV podría mejorar significativamente la calidad del aire y disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), ya que tanto el etanol como los ésteres de acetato contribuyen de manera considerable a las emisiones asociadas al ensilado.
La producción de compuestos orgánicos volátiles (COV) durante la fermentación del ensilado puede comenzar con la glucosa (C₆H₁₂O₆) como sustrato principal. Cuando las bacterias heterofermentativas fermentan la glucosa, generan diversos subproductos, como etanol, ácido acético y dióxido de carbono, los cuales pueden contribuir significativamente a las emisiones de COV.
El procedimiento general para la producción de compuestos orgánicos volátiles (COV) a partir de la fermentación de glucosa en un proceso heterofermentativo es el siguiente:
De la fermentación de la glucosa a los COV:
- Se empieza por la glucosa:
C₆H₁₂O₆ -> CH3CH2OH + CH3COOH + CO2
- Resultados:
- Etanol: un COV que afecta a la calidad del aire.
- Ácido acético: forma parte de los COV y reacciona con ellos para producir ésteres.
- Dióxido de carbono: gas de efecto invernadero que se emite durante la fermentación.
Reacciones secundarias:
- El ácido acético puede combinarse con el etanol para formar acetato de etilo, otro COV que contribuye a los problemas relacionados con la calidad del aire.
- También puede generarse metanol en pequeñas cantidades a partir de la desmetilación de la pectina durante el proceso de fermentación.
Bacterias homofermentativas y heterofermentativas
Las bacterias homofermentativas, como ciertos Lactobacillus, tienen una ventaja significativa, ya que su vía de fermentación específica convierte exclusivamente la glucosa en ácido láctico, evitando la producción de acetato o etanol. De este modo, se reduce la generación de COV y se minimizan las emisiones que podrían afectar la calidad del aire o representar riesgos para la salud. Al centrarse únicamente en la producción de ácido láctico, las bacterias homofermentativas mejoran la calidad del ensilado sin generar los COV típicos de la fermentación heterofermentativa. Por lo tanto, los inoculantes homofermentativos, especialmente aquellos que se combinan con enzimas que degradan los hidratos de carbono, constituyen una opción más respetuosa con el medio ambiente, ya que no solo mejoran la calidad del ensilado, sino que también conservan mejor los nutrientes y reducen las emisiones de gases de efecto invernadero.
Las bacterias ácido-lácticas heterofermentativas, como Lentilactobacillus buchneri, se utilizan con frecuencia para mejorar la estabilidad aeróbica del ensilado debido a su producción de ácido acético. Sin embargo, este proceso suele generar mayores emisiones de compuestos orgánicos volátiles (COV), incluidos etanol y ácido acético, lo que limita su capacidad para mitigar los gases de efecto invernadero (GEI). Hafner et al. (2014) señalaron que los inoculantes con L. buchneri incluso pueden aumentar los niveles de propanol-1, lo que agrava el perfil de emisiones de COV. En cambio, las bacterias ácido-lácticas homofermentativas, cuando se combinan con enzimas degradadoras de carbohidratos, evitan la producción de estos COV, favoreciendo un perfil estable de ácido láctico sin las emisiones adicionales asociadas al etanol o al acetato.
Los inoculantes homofermentativos reforzados con enzimas juegan un papel clave en la fermentación del ensilado. Estos aceleran la producción de ácido láctico, lo que provoca una rápida disminución del pH y limita el crecimiento de microorganismos indeseables, estabilizando así el ensilado en las primeras fases del proceso de fermentación. Además, las enzimas que descomponen la celulosa y la hemicelulosa aumentan la biodisponibilidad de los nutrientes, mejorando la utilización de la fibra en el rumen. Esta mejora en la digestibilidad de la fibra no solo incrementa la eficiencia de la producción, sino que también reduce las emisiones de metano asociadas a la descomposición de la fibra en el rumen.
Es necesario investigar sobre el terreno
Aunque los primeros resultados son prometedores, factores como el contenido de humedad, la duración del ensilado y las poblaciones microbianas pueden influir en la eficacia de los aditivos para ensilado en la reducción de emisiones. Mitloehner et al. (2014) observaron que la producción de COV variaba según los diferentes aditivos de ensilado y que estaba influenciada por las condiciones de almacenamiento, lo que resalta la necesidad de seguir investigando para optimizar estos aditivos en sus aplicaciones prácticas. Los futuros estudios deben centrarse en las interacciones entre los inoculantes de ensilado, las enzimas y los aditivos químicos, con el objetivo de ofrecer un enfoque integral que permita reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en la gestión del ensilado.
En conclusión, el uso de inoculantes de ensilado homofermentativos enriquecidos con enzimas como celulasas, amilasas y xilanasas se presenta como una estrategia efectiva para reducir las emisiones de CO₂ en el ensilado de maíz. Al minimizar la producción de etanol y ácido acético, y mejorar la utilización de la fibra en el rumen, este tipo de inoculantes ofrece importantes ventajas frente a los inoculantes heterofermentativos, contribuyendo así a una producción ganadera más sostenible.
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