Envases de polietilentereftalato molidos y su función como sustituto de fibra en la dieta de borregos

Ground polyethylene terephthalate bottles and its function as fiber sustitute in diets for lambs

Mario A. Cobos–Peralta^1*, Miguel A. Mata–Espinosa², Marcos Pérez–Sato³, David Hernández–Sánchez¹, Ronald Ferrera–Cerrato⁴

¹ Ganadería. Campus Montecillo. Colegio de Postgraduados. 56230. Montecillo, Texcoco, Estado de México. * Autor responsable: (cobos@colpos.mx).

² Unidad Regional Universitaria Zonas Áridas. Universidad Autónoma Chapingo. Carretera Gómez Palacio–Ciudad Juárez, Bermejillo, Durango, México.

³ Unidad Académica de la Escuela de Ingeniería Agrohidráulica, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Puebla, México.

Recibido: Noviembre, 2009.
Aprobado: Diciembre, 2010.

Resumen

Los métodos usados para reciclar envases de polietilentereftalato (PET) son insuficientes y han causado un problema serio de contaminación ambiental en varios países. Una alternativa para reciclar estos envases es incluirlos como fuente de fibra o material inerte en dietas para rumiantes. Con el objetivo de probar esta alternativa se alimentaron 30 borregos (peso vivo promedio de 23.4 kg; 10 por tratamiento) con dietas sin (T1=PET–0) y con 100 (T2=PET–100) y 200 g (T3=PET–200) de envases de PET triturados kg^–1 MS en sustitución de rastrojo de maíz. Las dietas se formularon para cubrir los requerimientos nutritivos de borregos en crecimiento con una ganancia promedio de peso de 200 g d ^–1. Las variables consumo de alimento, ganancia de peso y conversión alimenticia fueron similares (p>0.05) durante el experimento (60 d). La concentración de acetato y propionato ruminal fue similar (p>0.05) entre tratamientos, mientras que la concentración de butirato fue superior (p≤0.05) en el fluido ruminal de los borregos del tratamiento PET–200. El pH ruminal vatio de 6.54 a 7.2 sin diferencias (p>0.05) entre tratamientos. La concentración de bacterias totales tuvo un intervalo de 2.84Xl0¹⁰ y 2.97Xl0¹⁰ mL^–1 y la de bacterias celulolíticas de 1.32X10⁸ a 1.66X10⁸ mL^–1de fluido ruminal, sin diferencias (p>0.05) entre tratamientos. La concentración de protozoarios disminuyó (p≤0.05) después de 45 d en los borregos del tratamiento PET–200 con respecto al tratamiento PET–0 (1.64 vs 2.49Xl0⁵ mL^–1), aunque estos valores son normales en rumiantes (10⁴ a 10⁶ protozoarios mL^–1 de fluido ruminal). Se concluye que los envases de PET molidos pueden sustituir al rastrojo de maíz como fuente de fibra, sin efecto negativo en eficiencia productiva, fermentación ruminal o concentración de bacterias y protozoarios ruminales.

Palabras clave: bacterias ruminales, envases de plástico, reciclaje de PET, PET.

The methods used for recycling polyethylene terephthalate (PET) bottles are insufficient and have caused a serious problem of environmental contamination in several countries. An alternative for recycling these bottles is to include them as a source of fiber or inert material in diets for ruminants. With the objective of testing this alternative, 30 lambs (average live weight 23.4 kg; 10 per treatment) were fed diets without (T1 = PET–0) and with 100 (T2=PET–100) and 200 g (T3=PET–200) of ground PET bottles kg^–1 DM in substitution of corn stalks. The diets were formulated to cover the nutritional requirements of growing lambs with an average weight gain of 200 g^–1. The variables feed intake, weight gain and feed conversion were similar (p>0.05) during the experiment (60 d). The concentration of acetate and ruminal propionate was similar (p>0.05) among treatments, whereas the concentration of butyrate was higher (p≤0.05) in the ruminal fluid of the lambs of the treatment PET–200. The ruminal pH varied from 6.54 to 7.2 without differences (p>0.05) among treatments. The concentration of total bacteria had an interval of 2.84X10¹⁰ and 2.97X10¹⁰ mL^–1 and that of cellulolytic bacteria of 1.32X10⁸ to 1.66X10⁸ mL^–1 of ruminal fluid, without differences (p>0.05) among treatments. The concentration of protozoa decreased (p≤0.05) after 45 d in the lambs of treatment PET–200 with respect to treatment PET–0 (1.64 vs 2.49 x 10⁵ mL^–1), although these values are normal in ruminants (10⁴ to 10⁶ protozoa mL^–1 of ruminal fluid). It is concluded that ground PET bottles can substitute corn stalks as a fiber source, without any negative effect on productive efficiency, ruminal fermentation or concentration of ruminal bacteria and protozoa.

Key words: ruminal bacteria, plastic bottles, PET recycling, PET.

INTRODUCCIÓN

El polietilentereftalato (PET) es un plástico usado para envasar agua y bebidas carbonatadas y la aceptación de este plástico se debe a que las botellas de PET son reciclables y no dañan la salud humana. Sin embargo, el reciclaje es mínimo; en el 2005 se produjeron en el mundo 9 millones de t de envases de PET y sólo se recicló 28 %, y en el 2010 se calculó una producción de 12.5 millones de t y un reciclaje de 32 % (Bertelli, 2009). En países latinoamericanos el reciclado es aún menor; en México dos de cada 10 botellas de PET son recicladas de 9 billones de botellas vendidas anualmente (Operadora de Fondos Lloyd, S.A., 2005). Entonces, los problemas de contaminación de suelos y agua son evidentes.

Las botellas usadas de PET son transformadas química o físicamente en sus monómeros o en fibras y pueden ser recicladas en la producción de envases para productos de limpieza, aislante térmico de bolsas de dormir, alfombras, mangos de herramientas y autopartes (Gurudatt et al., 2005). Sin embargo, la oferta excede la demanda y los métodos de reciclaje resultan insuficientes. Una alternativa para reciclar cantidades elevadas de envases de PET es mediante su uso como sustituto de fibra o material inerte para rumiantes. El nivel adecuado de fibra en la dieta de rumiantes es importante para estimular la masticación y la rumia; así, el pH ruminal se mantiene cerca de la neutralidad y los animales no desarrollan acidosis ruminal subclínica (Zebeli et al., 2008).

En la literatura revisada no se encontró información sobre el uso de envases de PET como fuente de fibra. El PET es biológicamente inerte si es ingerido y no tiene actividad mutagénica o carcinogénica (de Fusca et al., 1990; Monarca et al., 1994). El uso de envases de PET para la desinfección solar de agua (6 h a radiación solar y temperaturas elevadas) no presenta riesgos a la salud humana pues el material no libera compuestos químicos (Schmid et al., 2008).

En ambientes anaerobios se han aislado bacterias que pueden transformar ácido tereftálico, precursor del PET, en metano y bióxido de carbono (Qiu et al., 2003; Jiaxi y Ji–Dong, 2006; ). Sin embargo, se requiere 3 a 12 meses para esta biotransformación (Kleerebezem et al., 1999, Wu et al., 2001), por lo cual se espera una mínima degradación de PET en el rumen.

El objetivo del presente estudio fue evaluar el efecto de 100 y 200 g de envases de PET triturados kg^–1 MS en la dieta de borregos sobre la eficiencia productiva, fermentación ruminal, y concentración de bacterias y protozoarios del rumen.

MATERIALES Y MÉTODOS

Fuente de PET

Botellas de PET transparentes y de color verde, fueron obtenidas del centro de reciclaje de plásticos del Departamento de Agroecología de la Universidad Autónoma de Chapingo. Las botellas lavadas y sin etiquetas fueron trituradas en un molino para plásticos con malla de 5 mm.

Animales

Treinta borregos machos (SuffolkxCorriedale; peso promedio de 24.87±1.7 kg) fueron distribuidos aleatoriamente en tres grupos, alojados individualmente en corrales (1.0X2.4 m), durante 70 d: periodo de adaptación 10 d, y experimental 60 d. Durante la adaptación los borregos recibieron antiparasitarios y un suplemento con vitamina ADE.

Tratamientos y dietas

Los tratamientos fueron tres dietas: sin PET (Tl=PET–0) o con 100 (T2=PET–100) y 200 g (T3=PET–200) de botellas trituradas kg^–1 MS. Las dietas se formularon con el programa Nutrion (2002) de acuerdo con los requerimientos nutritivos para borregos en crecimiento con ganancia diaria de peso de 200 g (NRC, 1985) (Cuadro 1). Las dietas y el PET triturado fueron analizados para determinar MS, PC, cenizas (AOAC, 1990; procedimientos: 934.01, 976.05 y 927.02), aFDN (técnica de FDN con amilasa estable al calor) y FDA (Van Soest et al., 1991). El PET no contiene celulosa, hemicelulosa, lignina ni cenizas y resiste la digestión acida y alcalina de la técnica descrita por Van Soest (1991), por lo que todo se recupera como FDA.

Los borregos fueron alimentados ad libitum y el alimento se proporcionó a las 0800 y 1600 h; para calcular el consumo de alimento se pesó diariamente el alimento ofrecido y el rechazado. Los borregos se pesaron después de un ayuno de 8 h cada 15 d para calcular la ganancia diaria de peso. Los datos de consumo de alimento y ganancia de peso se usaron para calcular la conversión alimenticia (consumo de alimento/ganancia de peso) en periodos de 15d.

Recolección y análisis del fluido ruminal

Las muestras (200 mL) de fluido ruminal se obtuvieron vía esofágica 3 h después de la alimentación matutina en los días 15, 30, 45 y 60. Las muestras fueron filtradas a través de tres capas de tela de manta y en 50 mL de ellas se midió el pH, la concentración (por mL) de bacterias totales, celulolíticas y protozoarios. Para el análisis de AGV (acetato, propionato y butirato) y N–NH , se centrifugaron 10 mL de líquido ruminal a 12 000 X g por 10 min, 4 mL del sobrenadante se mezclaron con ácido metafosfórico (solución al 25 %) y se almacenó a –10 °C hasta el análisis de laboratorio.

Análisis microbiológicos

La concentración de bacterias totales se determinó por recuento directo en una cámara Petroff–Hausser (Hausser Scientific, USA) con un microscopio de contraste (magnificación total de l000x). La concentración total de bacterias mL^–1 de fluido ruminal se calculó como el producto de la media de células contabilizadas en un volumen de 0.05X0.5X0.2 mm por 2X10⁷. La concentración de bacterias celulolíticas se calculó usando la técnica del número más probable (NMP, Harrigan y McCance, 1979) después de incubar fluido ruminal en tubos de cultivo (por triplicado) que contenían un medio anaerobio líquido preparado de acuerdo con Hungate (1969) y Cobos et al. (2002). El crecimiento positivo fue confirmado por la degradación del papel Whatman 541 después de 10 d de incubación a 38.5 °C. La concentración de protozoarios mL^–1 de fluido ruminal se determinó con una cámara Neubauer (Marienfeld, USA). Antes del recuento, 5 mL de fluido ruminal se mezclaron con 5 mL de una solución de formaldehido (50 mL de formaldehido al 18.5 % en 50 mL de agua destillada). La concentración de protozoarios se expresó como el producto de la media de protozoarios en un volumen de 1X1X0.1 mm multiplicada por 2X10⁴ (factor de dilución).

Concentración de amoniaco y AGV en rumen

Se uso el método del fenol–hipoclorito (McCullogh, 1967) para medir la concentración de amoniaco. Cuatro mL de fluido ruminal se acidificaron con 1 mL de una solución de ácido metafosfórico (25 mL de ácido metafosfórico en 75 mL de agua destilada) y se centrifugó a 20 000 X g por 15 min. La absorbancia del sobrenadante se midió a 630 nm en un espectrofotómetro Lambda 40 (PerkinElmer). El sobrenadante también se usó para el análisis de AGV en un cromatógrafo de gases modelo Clarus 500 (PerkinElmer) equipado con una columna capilar Elite FFAP. El hidrógeno fue el gas acarreador, con flujo de 15 mL min^–1. La temperatura del inyector, detector y estufa fue 200, 250 y 140 °C.

Análisis estadísticos

El diseño experimental fue completamente al azar con tres tratamientos y 10 repeticiones. El análisis de varianza de los datos del consumo de alimento, ganancia de peso, comportamiento animal, conversión alimenticia, pH, amoniaco, AGV, bacterias totales y protozoarios se hizo con el procedimiento MIXED (SAS, 1999). Las medias de los tratamientos se compararon con la prueba de Tukey (p≤0.05). Los datos de la concentración de bacterias celulolíticas se analizaron por intervalos de confianza (Harrigan y McCance, 1979).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El consumo de alimento fue mayor (p≤0.05) en el tratamiento PET–100 que en PET–0 y PET–200 en los primeros 15 d (Cuadro 2); entre 15 y 30 d el consumo fue menor (p≤0.05) en PET–200 con respecto a PET–0 y PET–10; entre 30 y 60 d no hubo diferencias (p>0.05) entre tratamientos. La ganancia diaria de peso durante los primeros 30 d fue mayor (p≤0.05) en los tratamientos PET–0 y PET–100 en comparación con PET–200; después no hubo diferencias. Estos resultados se reflejaron en la conversión alimenticia que fue mejor (p≤0.05) en los borregos de los tratamientos con PET–0 y PET–100 en los primeros 15 d.

El análisis de los resultados muestra que el PET de envases triturados es un material inerte que puede sustituir al rastrojo de maíz (como fuente de fibra), sin un efecto negativo en consumo de alimento, ganancia de peso o en conversión alimenticia de borregos en crecimiento. En contraste, 200 g de polietileno kg^–1MS disminuyeron 42.9 % el consumo de alimento de novillos debido a la salida lenta de las partículas de polietileno del rumen (Boling et al., 1969).

En el periodo experimental (60 d) no hubo diarrea, estreñimiento o infecciones intestinales, ni muerte en los borregos. Este resultado es similar a los obtenidos con ratas y ratones por de Fusca et al. (1990) y Monarca et al. (1994), quienes indican que la ingestión de PET es biológicamente inerte, sin efecto negativo en la salud animal. En el presente estudio hubo partículas de PET en las heces, sin evidencias de degradación y la cantidad fue 28.13 y 43.23 g por 100 g (base seca) en borregos de los tratamientos PET–100 y PET–200. Por tanto, antes de recomendar el reciclaje de envases de PET como fuente de fibra en rumiantes, se requiere evaluar el posible impacto ambiental de la acumulación de PET molido en el suelo. El PET no excretado permanece en el rumen y su salida depende entre otros factores, de la densidad específica y tamaño de partícula del plástico (Welch, 1990).

Concentración de AGV, amoniaco y pH

La concentración de AGV y pH se mantuvo sin cambio (p>0.05) entre los tratamientos; mientras que la concentración de amoniaco fue mayor (p≤0.05) en PET–100 y PET–200 respecto a PET–0. Por tanto, sólo se presentan los valores promedio de estas variables durante el periodo experimental (Cuadro 3). El pH ruminal fluctuó de 6.25 a 6.35; al respecto, Boling et al. (1969) y Cunningham et al. (1972) obtuvieron resultados similares y señalan que el porcentaje relativo de los AGV ruminales fue significativamente estable en novillos o vacas alimentados durante 105 d con dietas que contenían 10 y 20 % (base seca) de polietileno. La concentración mayor de amonio en el rumen de los borregos de los tratamientos PET–100 y PET–200 coincide con el contenido mayor de urea de estas dietas (Cuadro 1). En general, la concentración de N–NH₃ determinada en los tres tratamientos fue mayor a la concentración óptima (8 a 12 mg dL^–1) para crecimiento y actividad de microorganismos ruminales (Cobos, 2007).

El rastrojo de maíz tiene valor nutritivo bajo pero se usa ampliamente como fuente de fibra para promover la masticación y el flujo de los amortiguadores de pH de la saliva al rumen (Yang y Beuchemin, 2007). El PET en los tratamientos PET–100 y PET–200 cumplió con esta función, ya que el pH ruminal fue similar entre tratamientos. Este efecto no lo generan otros materiales plásticos; así, el polietileno granulado usado en sustitución del forraje para vacas lecheras, acidificó el fluido ruminal (Cunningham et al., 1972).

Bacterias y protozoarios ruminales

La concentración de bacterias totales varió de 2.84 a 2.97X10¹⁰ mL^–1 y la de bacterias celulolíticas de 1.32 a 1.66X10⁸ mL^–1 de fluido ruminal, sin diferencias (p>0.05) entre tratamientos (Cuadro 4). La concentración de bacterias totales y celulolíticas en el rumen de los borregos en este estudio, se considera normal en animales sanos (Russell y Rytchlik, 2001). La concentración de protozoarios ruminales en los tratamientos PET–100 y PET–200 disminuyó (p≤0.05) respecto a PET–0; sin embargo, las tres concentraciones se encuentran dentro del intervalo normal, que varía de 10⁴ a 10⁶ protozoarios mL^–1 de fluido ruminal (Cobos, 2007). Por tanto, la inclusión de envases de PET en la dieta no afectó negativamente las concentraciones de bacterias y protozoarios ruminales (Cuadro 4).

CONCLUSIONES

Los envases de PET triturados, como sustituto de fibra o material inerte, pueden reemplazar entre 50 y 100 % del rastrojo de maíz en dietas formuladas para borregos con una ganancia diaria de peso promedio de 200 g, sin afectar el consumo de alimento, la conversión alimenticia, la fermentación ruminal, ni la concentración de bacterias y protozoarios ruminales. Sin embargo, la dieta con 100 g de PET kg^–1 de alimento es más segura que la dieta con 200 g de PET, ya que el contenido de PET en las heces es menor y, por tanto, también lo es su dispersión en el suelo. El PET no excretado permanece en el rumen y su salida depende de la densidad específica y tamaño de partícula. Por tanto, el uso de botellas de PET trituradas en dietas para rumiantes puede ser una alternativa para reciclar este desecho, que representa un problema serio de contaminación ambiental.

A la Línea de investigación 7 Inocuidad, Calidad de Alimentos y Bioseguridad (Colegio de Postgraduados) por el apoyo económico recibido. Al CONACYT–México, por el apoyo económico recibido mediante el proyecto nun. 37946–B "Aislamiento de un inoculo de bacterias ruminales lignolíticas y producción de un inoculo con potencial para degradar aserrín y polietilen–tereptalato".

LITERATURA CITADA

AOAC. Association of Official Analytical Chemist 1990. Official methods of analysis, 5th edition. AOAC, Washington, DC. 1094 p.         [ Links ]

Bertelli, C. 2009. PET: Current recycling trends. http://www.asiafoodjournal.com/article–3681–petcurrentrecycling–trends–Asia.html. (Consulta: junio 2009).         [ Links ]

Boling, J. A., T. Kowalczyk, and E. R. Hauser. 1969. Short–term voluntary feed intake and rumen volatile fatty acids of steers fed diets diluted with polyethylene particles. J. Anim. Sci. 28:84–89.         [ Links ]

Cobos P, M. A. 2007. Interacciones entre microorganismos ruminales. In: Ferrera–Cerrato, R., y A. Alarcón (eds). Microbiología Agrícola: Hongos, Bacterias, Micro y Macrofauna, Control Biológico y Planta Microorganismo. Editorial Trillas México, D.F.pp: 498–516.         [ Links ]

Cobos P, M. A., L. E. García, S. S. González, J. R. Barcena, D. S. Hernández, and M. Pérez–Sato. 2002. The effect of shrimp shell waste on ruminal bacteria and performance of lambs. Anim. Feed Sci. Technol. 95:179–187.         [ Links ]

Cunnigham.J. L., L. J. Bush, and G. D. Adams. 1972. Effects of feeding polyethylene Pellets to cows receiving an all–concentrate diet. J. Dairy Sci. 55:1787–1791.         [ Links ]

de Fusca, R., S. Monarca, D. Biscardi, R. Pasquini, and C. Fatigoni. 1990. Leaching of mutagens into mineral water from polyethylene terephthalate bottles. Sci. Total Environ. 90: 241.         [ Links ]

Gurudatt, K., A. K. Rakshit, and M. K. Bardhan. 2005. Dopedyed polyester fibers from recycled PET wastes for use in molded automotive carpets. J. Ind. Textiles 34:167–179.         [ Links ]

Harrigan, W. R, and M. E. McCance. 1966. Laboratory Methods in Microbiology. Academic Press. New York. 362 p.         [ Links ]

Hungate, R. E. 1969. A roll tube method for cultivation of strict anaerobes. In: Norris J. R., and D. W. Ribbons (eds.). Methods in Microbiology. Academic Press Inc., New York, USA. pp. 117–132.         [ Links ]

Jiaxi, L., and G. Ji–Dong. 2006. Biodegradation of dimethyl terephthalate by Pasteurella multocida Sa follows an alternative biochemical pathway. Ecotoxicology 15:391–397.         [ Links ]

Kleerebezem, R., L. W. Hulshoff, and G. Lettinga. 1999. The role of benzoate in anaerobic degradation of terephthalate. Appl. Environ. Microbiol. 65:1161–1167.         [ Links ]

McCullough, H. 1967. The determination of ammonia in whole blood by direct colorimetric method. Clinical Chem. 17:297–304.         [ Links ]

Monarca, S., R. de Fusca, D. Biscardi, V. de Feo, R. Pasquini, C. Fatigoni, M. Moretti, and A. Zanardini. 1994. Studies of migration of potentially genotoxic compounds into water stored in pet bottles. Food Chem. Toxicol. 32:783–795.         [ Links ]

NRC. 1985. National Research Council. Nutrient Requirements of Sheep. 6th edition. National Academic of Science. Washington, DC. 104 p.         [ Links ]

NUTRION. 2002. Manual de operación. Versión 5 pro. Comercializadora de software, S. A. de C. V. Guadalajara, Jalisco. México. 106 p.         [ Links ]

Operadora de Fondos Lloyd, S.A., © 2005. Allen W Lloyd, S.A. de C.V. http://www.mexconnect.com/MEX/lloyds/llydeco0905.html. (Consulta: noviembre, 2006).         [ Links ]

Qiu, Y. L., Y Sekiguchi, H. Imachi, Y Kamagata, I. C. Tseng, S.S. Cheng, A. Ohashi, and H. Harada. 2003. Identification and isolation of anaerobic, syntrophic phthalate isomers–degrading microbes from methanogenic sludges treating was–tewater from terephthlate manufacturing. Appl. Environ. Microbiol. 70:1617–1626.         [ Links ]

Russell, J. B., and J. L. Rychlik. 2001. Factors alter rumen microbialecology. Science 292:1119–1122.         [ Links ]

SAS. Institute Inc. 1999. SAS8 User's Guide: Statistics. Version 8.0. ed.SAS Inst., Inc., Cary, NC, USA. 956 p.         [ Links ]

Schmid, P., M. Kohler, R. Meierhofer, S. Luzi, and M. Wegelin. 2008. Does the reuse of PET bottles during solar water disinfection pose a health risk due to the migration of plasticisers and other chemicals into the water? Water Res. 42:5054–5060.         [ Links ]

Van Soest, P.J., J.B. Robertson, and B.A. Lewis. 1991. Methods for dietary fiber, neutral detergent fiber and nonstarch polysaccharides in relation to animal nutrition. Symposium: carbohydrate methodology, metabolism, and nutritional implications in dairy cattle. J. Dairy Sci. 74:3583–3597.         [ Links ]

Welch, J.G. 1990. Inert plastics as indicators of physiological processes in the gastrointestinal tract of ruminants. J. Anim. Sci. 68:2930–2935.         [ Links ]

Wu, J.H., W.T. Liu, I.C. Tseng, and S.S. Cheng. 2001. Characterization of microbial consortia in a terephthalate–degrading anaerobic granular sludge system. J. Microbiol. 147:373–382.         [ Links ]

Yang, W.Z., and K.A. Beauchemin. 2007. Altering physically effective fiber intake through forage proportion and particle length: chewing and ruminal pH. J. Dairy Sci. 90:2826–2838.         [ Links ]

Zebeli, Q., J. Dijkstra, M. Tafaj, H. Steingass, B.N. Ametaj, and W Drochner. 2008. Modeling the adequacy of dietary fiber in dairy cows based on the responses of ruminal pH and milk fat production to composition of the diet. J. Dairy Sci. 91:2046–2066.         [ Links ]