Efecto de la inclusión de ensilados de planta y subproducto de alcachofa (Cynara scolymus L.) y subproducto de brócoli (Brassica oleracea var. Italica) en la ración de cabras Murciano-Granadinas sobre las características de leches fermentadas

Abstract

Las regiones geográficas productoras de hortalizas cuentan con una importante generación de subproductos hortícolas tanto a nivel de campo, como son los restos de cosecha, como a nivel agroindustrial (industrias procesadoras de productos frescos, congelados o conservas). En el caso de la producción de alcachofa y brócoli se calcula que la biomasa no útil para alimentación humana alcanza el 75 % de la biomasa total. Estos restos de cosecha e industria pueden suponer un problema medioambiental y económico por su acumulación, pero también poseen una composición nutricional valiosa para su uso en alimentación animal. En las regiones productoras es tradicional el uso estacional de los subproductos en fresco y en baja cantidad de los restos de cultivo para la alimentación del ganado. De este modo solo se puede aprovechar una escasa proporción de los subproductos generados pues debido a su alto contenido en humedad y su producción estacional son difíciles de conservar a largo plazo. Estudios recientes han desarrollado sistemas de ensilado que permiten conservar planta de alcachofa y subproducto de alcachofa y brócoli hasta 200 días en condiciones adecuadas para alimentar caprino lechero, contribuyendo de este modo a la reducción de residuos y a la economía circular. El presente trabajo plantea la hipótesis principal de que la inclusión de ensilados de planta y subproducto de alcachofa y de subproducto de brócoli en dietas equilibradas para la alimentación de caprino lechero da lugar a leche que reúne las características adecuadas para su utilización para la elaboración de leches fermentadas. Para conocer la idoneidad de la leche así obtenida para la elaboración de productos lácteos, se llevó a cabo un primer estudio con inclusión de ensilados de planta y de subproducto (brácteas) de alcachofa en la dieta de caprino lechero de raza Murciano-Granadina (inclusión de 0 %, 12,5 % y 25 % de materia seca). Se evaluaron las propiedades tecnológicas y sensoriales de la leche durante un estudio de cinco meses de duración. La composición de la leche, su color, estabilidad, propiedades de coagulación ácida y enzimática, y su aptitud a la fermentación no se vieron afectadas por estos niveles de inclusión. Se elaboraron yogures azucarados para comparar yogures de leche control, leche de 25 % planta y de 25 % brácteas. El estudio de consumidores dio como resultado que los panelistas no pudieron diferenciar estos tres tipos de yogures entre sí. De este modo se puso en evidencia que era posible incorporar en las dietas de caprino lechero hasta un 25 % de ensilado de planta de alcachofa o de brácteas (en materia seca) en dietas equilibradas (isoenergéticas e isoproteicas) sin afectar negativamente las propiedades tecnológicas ni sensoriales de la leche y yogures a la vez que permitía reducir los costes de la alimentación del ganado. Este trabajo de tesis doctoral se llevó a cabo de forma paralela a la tesis doctoral de Paula Monllor (2021) en que se optimizaron procesos de ensilado de subproducto de brócoli y de planta de alcachofa, y además se evaluaron los efectos de estas mismas dietas en la salud animal y aspectos productivos. Tras ese primer experimento (12,5 y 25 % de inclusión), en el trabajo de Monllor se evaluaron, un experimento a corto plazo, inclusiones de 25 %, 40 % y 60 % de ensilado de subproducto de brócoli y de planta de alcachofa en la salud del animal y parámetros de producción y calidad de la leche de cabra Murciano-Granadina. Como resultado se seleccionó una inclusión del 40 % de ensilados de planta de alcachofa y subproducto de brócoli para un estudio a largo plazo durante una lactación completa. De forma paralela, en el presente trabajo de tesis se estudió el efecto de estas dietas durante una lactación completa en la adecuación de la leche para elaborar leches fermentadas. La principal novedad de este estudio es estar realizado durante una lactación completa con una elevada inclusión de subproducto ensilado, y ser el primero en la bibliografía centrado en subproducto de brócoli y planta de alcahofa. Con esta finalidad se ensayaron dos cultivos lácticos iniciadores que se tomaron como modelo: un cultivo termófilo tradicional de yogur (YO-MIXTM 300) y un cultivo mesófilo, mezcla de cepas (MA400), que se utiliza ampliamente para la elaboración de queso, mantequilla y buttermilk por su elevada capacidad acidificante y aromatizante. Se elaboraron leches fermentadas con ambos cultivos y se analizaron el día 2 y 30 tras la elaboración. Para evaluar su idoneidad se determinaron parámetros microbiológicos, indicadores de la fermentación (pH, perfil de ácidos orgánicos y azúcares), capacidad antioxidante, estabilidad de los geles obtenidos (sinéresis y composición del suero liberado), perfil de compuestos volátiles, perfil de ácidos grasos totales y se calcularon sus índices de salud. La fermentación mejoró las propiedades antioxidantes en todas las dietas (p < 0,05), en especial con el uso de los cultivos mesófilos. La inclusión de los dos ensilados en dietas equilibradas dio lugar a leche de características adecuadas para su fermentación por cultivos de yogur y queso. Las principales diferencias derivadas del uso de ensilados fueron el perfil de ácidos grasos y el perfil de compuestos volátiles. La inclusión de brócoli ensilado mejoró las propiedades antioxidantes de la leche (p < 0,05). La inclusión de planta de alcachofa mejoró algunos índices de salud de los ácidos grasos (p < 0,05). En cambio, la inclusión de un 40 % de ensilado de brócoli no resultó beneficiosa para los índices de salud por su mayor contenido en ácidos grasos saturados. Sería necesario valorar si una menor inclusión de este ensilado permite obtener un perfil graso de calidad nutricional similar al control y siguiendo mejorando las propiedades antioxidantes. El perfil de compuestos volátiles, aunque cualitativamente igual, presentó ligeras diferencias cuantitativas. Adicionalmente, en este trabajo de tesis y para determinar el posible interés de algunas bacterias lácticas como cultivos adjuntos en leche de cabra, se incluye un estudio de la capacidad fermentativa de nueve cepas de bacterias lácticas individuales. El comportamiento de los cultivos se evaluó en base a parámetros tecnológicos y de calidad en comparación con un cultivo mixto comercial. Se determinaron el perfil de volátiles, los descriptores de aroma y olor, la curva de acidificación, los recuentos microbianos, la estabilidad del gel, el perfil de ácidos orgánicos y azúcares, el perfil de ácidos grasos e índices de salud. La mayor parte de las cepas ensayadas alcanzaron recuentos superiores a 7 log ufc/g. No se vieron afectados por los cultivos ensayados los parámetros de sinéresis del gel evaluada por centrifugación (sinéresis media del 64 %), composición del suero liberado (medias: 0,32 % proteína, 0,24 % grasa, 2,39 % lactosa, 3,5 % materia seca) y el contenido en ácido linoleico conjugado (1,16 % del perfil total de ácidos grasos). Las principales diferencias entre los cultivos se vieron en el perfil de volátiles (principalmente ácidos y cetonas), descriptores del olor y metabolismo de los azúcares (glucosa, galactosa y ácido láctico). Este estudio permitirá seleccionar cultivos adecuados a los perfiles de volátiles que vayan a desarrollarse debido a la inclusión de diversos ensilados en las dietas de las cabras lecheras. Planta de alcachofa y subproductos de alcachofa y brócoli ensilados pueden utilizarse en dietas equilibradas para caprino lechero como una estrategia de producción sostenible que contribuye a la economía circular y permite la obtención de productos lácteos fermentados de calidad

Regions producing horticultural products have a significant generation of horticultural by-products both at the field level, such as harvest remains, and at the agro-industrial level (processing industries of fresh, frozen or canned products). In the case of artichoke and broccoli production, the biomass not useful for human consumption reaches 75 % of the total biomass. These harvest and industry remains can pose environmental and economic problems due to their accumulation. However, they also have a valuable nutritional composition for use in animal feed. In such regions, it is traditional to use these harvest remains and fresh by-products to feed livestock. However, only a small proportion of the by-products generated can be used, since given their high moisture content and their seasonal production, they are difficult to preserve. Recent studies have developed silage systems that make it possible to preserve the artichoke plant and broccoli by-product for up to 200 days in adequate conditions to feed dairy goats, thus contributing to the reduction of waste and to the circular economy. The main hypothesis of the present work is that the inclusion of broccoli by-product and artichoke plant and by-products silage in balanced diets for feeding dairy goats gives rise to milk that meets the appropriate characteristics for use in the production of fermented milks. In order to determine the suitability of the milk thus obtained for the elaboration of dairy products, a first study was carried out with the inclusion of artichoke plant silage and bracts in the diet of Murciano-Granadina dairy goats (Inclusion of 0 %, 12,5 % and 25 % dry matter). The technological and sensory properties of the milk were evaluated during a five-month study. Milk composition, color, stability, acid and enzymatic coagulation properties, and fermentability were not affected by these inclusion levels. Sweetened yoghurts were made to compare control milk yoghurts, 25 % plant milk and 25 % bract milk. The consumer study resulted in the panelists not being able to differentiate these three types of yogurt from each other. In this way, it became evident that it was possible to incorporate up to 25 % of artichoke plant silage and bracts (in dry matter) into the diets of dairy goats in balanced diets (isoenergetic and isoproteic) without negatively affecting the technological or sensory properties whereas reducing feeding costs. This doctoral thesis was carried out in parallel to that of Paula Monllor's (2021) in which broccoli by-product and artichoke plant silage processes were optimized, and the effects of these same diets on animal health and productive aspects were evaluated. After this first experiment (12,5 and 25 % inclusion), Monllor's work evaluated, in the short term, inclusions of 25 %, 40 % and 60 % of broccoli by-product silage, and artichoke plant in health, animal production and quality of Murciano-Granadina goat milk. As a result, an inclusion of 40 % of artichoke plant silages and broccoli by-product was selected for a long-term study during a complete lactation. In parallel, in the present thesis the effect of these diets during a complete lactation on the suitability of the milk to elaborate fermented milks was studied. The main novelty of this study is that it is a complete lactation study with a high inclusion of silage by-product, and it is the first in the literature focused on broccoli and artichoke plant by-product. For this purpose, two lactic starter cultures were tested, which were taken as a model: a traditional thermophilic yogurt culture (YO-MIXTM 300), and a mesophilic culture, a mixture of strains (MA400) that is widely used for the production of cheese, butter and buttermilk given its high acidifying and flavoring capacity. Fermented milks were made with both cultures and were analyzed at day 2 and 30 after processing. To evaluate its suitability, microbiological parameters, fermentation indicators (pH, organic acid and sugar profile), antioxidant capacity, stability of the obtained gels (syneresis and composition of the released whey), volatile profile, total fatty acid profile were determined, and their health indices were calculated. Fermentation improved antioxidant properties in all diets (p < 0.05), especially with the use of mesophilic cultures. The inclusion of the two silages in balanced diets gave rise to milk with suitable characteristics for its fermentation by yogurt and cheese cultures. The main differences derived from the use of silages were the fatty acid profile and the volatile profile. The inclusion of broccoli silage improved the antioxidant properties of milk (p < 0.05). The inclusion of the artichoke plant improved some fatty acid health indices (p < 0.05). However, the inclusion of 40 % broccoli silage was not beneficial for the health indices due to milk having higher saturated fatty acid content. It would be necessary to assess a lower inclusion of this silage to obtain a fatty profile of nutritional quality similar to that of the control. The profile of volatile compounds, although qualitatively the same, presented slight quantitative differences. Additionally, in this thesis and aiming to determine the possible interest of some lactic bacteria as adjunct cultures in goat milk, a study of the fermentative capacity of nine individual lactic bacteria strains are included. The behavior of the strains was evaluated based on technological and quality parameters in comparison with a commercial mixed culture. The volatile compound profile, aroma and odor descriptors, acidification curve, microbial counts, gel stability, organic acid and sugar profile, fatty acid profile, and health indices were determined. Most of the tested strains reached counts higher than 7 log cfu/g. The syneresis parameters of the gel evaluated by centrifugation (mean syneresis of 64 %), composition of the released whey (means: 0.32 % protein, 0.24 % fat, 2.39 % lactose, 3.5 % dry matter) and the content of conjugated linoleic acid (1.16 % of the total fatty acid profile) were not affected by the used strains. The main differences between cultures were seen in the volatile profile (mainly acids and ketones), odor descriptors, and sugar metabolism (glucose, galactose, and lactic acid). This study provides useful information for the selection of adjunct cultures for dairy goat milk products, and will allow the selection of cultures suitable for the volatile profiles that are going to develop due to the inclusion of various silages in the diets of dairy goats. Silage artichoke plant and broccoli by-products can be used in balanced diets for dairy goats as a sustainable production strategy that contributes to the circular economy and allows obtaining quality fermented dairy products