Introducción

El aumento en la demanda de alimentos de origen animal, concomitante con la conservación del medio ambiente, genera la necesidad de idear nuevas estrategias para la producción animal. Dado que el alimento constituye un insumo para los sistemas de producción animal, se requiere comprender la relación entre la calidad del alimento, su influencia en la producción animal y el medio ambiente. De modo que, el conocimiento acumulado de la fisiología gastrointestinal y su influencia en la utilización de nutrientes contribuya a orientar el desarrollo de técnicas de evaluación de alimentos hacia aquellas que imitan el destino de los nutrientes del alimento (^{Amanzougarene y Fondevila 2020}). En este sentido, las técnicas de laboratorio para la evaluación de alimentos desempeñarán un papel importante en los futuros sistemas de producción animal (^{Krishnamoorthy et al. 2005}). Las técnicas de fermentación in vitro que implican incubaciones de sustratos con fluido ruminal se utilizan ampliamente para evaluar el valor nutritivo de los alimentos para rumiantes. Además, las mediciones basadas en esta técnica complementan los análisis de laboratorio estándar de la composición química y, por lo tanto, ofrecen una alternativa rápida y menos costosa a la determinación de la digestibilidad de los nutrientes in vivo (^{Amanzougarene y Fondevila 2020}, ^{Yáñez-Ruiz et al. 2016}). En años recientes se busca desarrollar y mejorar estas técnicas para predecir con precisión la ingesta y digestibilidad de los alimentos. La estandarización de los protocolos de evaluación de alimentos es una premisa importante para considerar, ya que estos varían entre los laboratorios que utilizan técnicas de medición de la producción de gas (Suassuna et al. 2023).

Genipa americana L. se conoce como tejoruco y jenipapeiro. Es un árbol de la familia Rubiaceae de origen amazónico que se extiende por América Latina, caracterizado por presentar un tallo recto de 10 a 12 m de altura. Es un árbol caducifolio con estípulas interpeciolares lampiñas, caedizas y acuminadas. A lo largo de sus ramas crecen hojas verticiladas obovadas o oblongas de estructuras simples y complejas. En las axilas de las hojas se encuentran flores bisexuales de color blanco amarillento con un ligero olor que forman racimos terminales en las cimas. El periodo de floración abarca los meses de mayo a septiembre. Los frutos tienen forma de baya globosa de color verde a café, según el estado de maduración (^{CONABIO 2024}). A partir de los 6 años comienzan a producir frutos durante marzo y abril. Este árbol requiere un clima húmedo o seco, temperaturas entre 18 a 28 °C (^{Rojas-Rodríguez y Torres-Córdoba 2019}). De manera local en el municipio de San Luis Acatlán, Guerrero, México se observa que los frutos y hojas son consumidos por rumiantes; sin embargo, en la literatura no hay evaluaciones nutricionales de esta especie. Por tanto, el objetivo del presente estudio fue determinar el efecto de la disposición de la muestra en el biodigestor en la prueba de producción de biogás in vitro, así como determinar la producción de gas y degradación de la materia seca in vitro de hojas y frutos de Genipa americana.

Materiales y métodos

Resultados

En la Tabla 2 se muestran los valores de P para los factores principales y la interacción entre factores, donde muestra que los diferentes tiempos de producción acumulada de biogás no presentaron interacción entre factores, por lo que se analizaron por factor principal; pero la DMS mostró una interacción entre factores principales por lo que el análisis fue directamente entre las interacciones.

La producción acumulada de biogás a las 2 h de fermentación fue mayor para la disposición sin bolsa, mientras que la DMS fue mayor en la disposición con bolsa (P ≤ 0.05). En el resto de las mediciones de producción de biogás acumulado no mostraron diferencias en la disposición de la muestra en el biodigestor (P > 0.05), indicando que, a partir de las 2 h de incubación, la disposición de la muestra no tiene efecto sobre esta variable (Tabla 3).

Las hojas de Genipa americana fue el tipo de muestra que menor producción de biogás acumulado produjo a lo largo del ensayo in vitro y mostró la menor DMS (P ≤ 0.05); mientras que el estado de madurez de la fruta no influyó en la producción acumulada de biogás en todo el ensayo in vitro, ni en la DMS (P > 0.05, Tabla 4).

La mayor DMS se observó en el fruto sin importar el estado de madurez de este cuando se dispusieron las muestras en bolsa dentro del biodigestor, promediando 84.6%; en contraste, la hoja presentó la menor DMS en cualquier forma de disposición de la muestra en el biodigestor, promediando 54.9% (Tabla 5).

Los estimadores de la cinética de degradación in vitro muestran que la fruta madura contuvo la mayor fracción degradable soluble (a), seguida de la fruta inmadura y posteriormente la hoja (P ≤ 0.05). En el caso de la fracción potencialmente degradable (b), las hojas cuantificaron la mayor proporción (P ≤ 0.05), mientras que las frutas sin importar su estado de madurez fisiológico promediaron 19.6% de b. La mayor tasa de degradación de b (c) la mostró la fruta inmadura, seguida por la fruta madura y por último la hoja (P ≤ 0.05, Tabla 6).

Discusión

Una diferencia entre colocar la muestra directamente en el vial y utilizar una bolsa previamente antes de introducirla al biodigestor es controlar la cantidad de muestra durante el proceso y mayor facilidad de manejo de la muestra. Sin embargo, el colocar la muestra de forma directa simplifica el proceso, pero hay un menor control dentro del biodigestor y puede haber pérdidas de muestra durante el proceso de filtración. En contraste, el colocar la muestra en una bolsa antes de introducirlo al biodigestor facilita la separación de sólidos y líquidos permitiendo un seguimiento más preciso de la degradación de la materia seca y la producción de gas. Esta técnica se usa en cultivos de microorganismos ruminales de larga duración (Rusitec), ya que es una variante de las técnicas de digestibilidad in vitro donde colocan la muestra a evaluar en bolsas de nylon porque el sistema tiene válvulas de entrada y salida (^{Vargas-Bayona et al. 2013}). En general, el uso de una bolsa previamente a introducir al biodigestor suele ser preferible en aplicaciones de investigación y desarrollo, ya que ofrece mayor control sobre el proceso y facilita la monitorización de las variables; como es el caso del sistema in vitro semicontinuos (Rusitec) (^{Vargas-Bayona et al. 2013}). Pero en aplicaciones a mayor escala o donde la simplicidad y los costos son críticos, se puede optar por cargar el sustrato directamente en el biodigestor, como rutinariamente se realizan las técnicas de producción de gas in vitro (^{Posada y Noguera 2005}). El fundamento para elegir entre colocar el sustrato directamente en el biodigestor o utilizar una bolsa previa al medio de cultivo e inóculo se basa en varios factores, incluyendo los objetivos del proceso y las consideraciones prácticas como el control del proceso, monitorización y análisis, facilidad de manejo, costos y recursos, separación de sólidos y líquidos como en la técnica Rusitec (^{Vargas-Bayona et al. 2013}).

Por otra parte, se presentó mayor DMS cuando las muestras se incubaron dentro de las bolsas en comparación con la colocación directa de la muestra en el vial; pero, la producción de biogás no mostró diferencias (p > 0.05) a partir de las 2 h; en la fermentación hay una relación directa entre DMS y producción de biogás, ya que la degradación de sustratos orgánicos es el proceso principal que conduce a la generación de gases como el metano (CH₄) y el dióxido de carbono (CO₂) (^{Lorenzo y Obaya 2005}). Sin embargo, esta relación puede no ser lineal ni directa en todos los casos y puede estar influenciada por varios factores como composición del sustrato, actividad microbiana, disponibilidad de nutrientes, inóculos, conversión de productos intermedios durante el proceso de fermentación o complejidad de las interacciones microbianas (^{Posada y Noguera 2005}). Es probable que, a las 2 h, la disposición directa del sustrato propició que el tiempo de colonización del sustrato fuera menor que cuando se dispuso la muestra en bolsa porque esta actuó de barrera, lo que permitió iniciar el proceso de fermentación de carbohidratos que se reflejó en una mayor producción de biogás. Sin embargo, a medida que transcurrió el tiempo de fermentación (a partir de 4 h) es probable que los microorganismos terminaron de colonizar el sustrato y la producción de biogás no mostró diferencias en la disposición del sustrato (^{Ganeshan y Rajendran 2022}). Mientras que ^{Pizzani et al. (2006)} reportan valores inferiores al presente estudio (55%) de la DMS de los frutos maduros; en tanto que ^{Pinto et al. (2002)} reportan valores superiores de la DMS de las hojas (77.26%). Las diferencias de los resultados entre el presente estudio y los obtenidos por estos autores se pueden asumir a la edad fisiológica de recolección de las muestras, ya que conforme madura fisiológicamente, su estructura celular cambia y esto afecta su digestibilidad (^{Hoffman et al. 2007}).

La producción de biogás sirve como un indicador indirecto de la cantidad de los carbohidratos disponibles para fermentación. En las primeras 24 h se fermentan los carbohidratos no estructurales, de modo que el fruto sin importar el estado de madurez presentó mayor contenido de estos carbohidratos que las hojas. Pero la fermentación de los carbohidratos estructurales fue mayor en las hojas, ya que la producción de biogás a partir de las 24 h fue de 63 mL g^-1 MS y para el fruto fue de 54.2 (inmaduro) y 55.1 mL g^-1 MS (maduro), indicando que el contenido de los carbohidratos estructurales de las hojas es mayormente fermentable que de los frutos. De tal modo, que esto se justifica con los estimadores de la cinética de fermentación in vitro; ya que, las hojas mostraron la mayor fracción potencialmente degradable (b), mientras los frutos la fracción degradable soluble (a). La producción acumulada de biogás se puede asumir a las tasas de fermentación de los componentes (Tabla 6). Al respecto, ^{Torres-Salado et al. (2018)} evaluaron la producción de biogás total de hojas y vainas que se usan en la alimentación de rumiantes en el trópico, reportando valores inferiores al presente estudio, tanto en hoja (133.3 mL g^-1 MS) como en vaina madura (126 mL g^-1 MS) de Leucaena leucocephala y Guazuma ulmifolia (123.2 y 112.6 mL g^-1 MS en hoja y vaina madura). Respecto a la tasa de producción de gas, Torres-Salado et al. (2018) publicaron tasas de 0.04 para las vainas maduras de Samanea saman y Enterolobium cyclocarpum; valores superiores a los reportados en el presente estudio en el fruto maduro, pero iguales al fruto inmaduro.

Conclusiones

La disposición del sustrato sin o con bolsa en el biodigestor no presento diferencias en la producción de biogás a partir de las 2 h de incubación; pero la degradación de la materia seca no fue contundente por el comportamiento según la disposición del sustrato, ya que hubo interacción con el tipo de muestra, lo que requiere de mayores estudios sobre la degradación de la materia seca, bajo las formas de disposición del sustrato en el biodigestor. Por otra parte, los frutos de Genipa americana mostraron mayor cantidad de carbohidratos fermentables y degradación de materia seca que las hojas.