Effects of Brown Sugar Supplementation on Fermentation Quality and Microbiota of Mixed Silage of Wheat Straw and Pennisetum giganteum

Resumen Técnico: Efectos de la Suplementación con Azúcar Morena en la Calidad de la Fermentación y la Microbiota de Silo Mixto de Paja de Trigo y Pennisetum giganteum

Planteamiento del Problema
Pennisetum giganteum es una gramínea perenne de alto rendimiento con un potencial significativo para el forraje de rumiantes; sin embargo, su ensilado se ve frecuentemente comprometido por una alta capacidad de amortiguación (buffering) y un bajo contenido de carbohidratos solubles en agua (WSC), lo que conduce a una fermentación inadecuada, un descenso lento del pH y una mala calidad del silo. Aunque la mezcla con paja de trigo ofrece complementariedad física y nutricional, ambos materiales siguen siendo bajos en azúcares fermentables. Si bien se ha estudiado la melaza como aditivo de azúcar, la investigación directa sobre el azúcar morena —una alternativa ampliamente disponible, estandarizada y de fácil almacenamiento— sigue siendo limitada. Este estudio aborda la brecha en la comprensión de cómo los niveles variables de suplementación con azúcar morena afectan la calidad de la fermentación y la dinámica de la comunidad microbiana del silo mixto de Pennisetum giganteum y paja de trigo.

Metodología
El estudio empleó un diseño experimental controlado utilizando una mezcla de Pennisetum giganteum fresco y paja de trigo (relación de 7:3 de fresco a seco). Se establecieron cinco grupos de tratamiento mediante la adición de azúcar morena en niveles de 0 (T0), 2 (T2), 4 (T4), 6 (T6) y 8 g·kg⁻¹ (T8). Cada tratamiento incluyó tres réplicas. Se aplicó a todas las muestras un inóculo microbiano autodesarrollado que contenía Lactobacillus plantarum, Lactobacillus buchneri y celulasa. Las mezclas se envasaron al vacío en bolsas de polietileno y se fermentaron a temperatura ambiente (20–26 °C) durante 60 días.

La calidad de la fermentación se evaluó midiendo el pH, el contenido de humedad, el nitrógeno amoniacal (NH3-N) y los ácidos orgánicos (ácidos láctico, acético, propiónico y butírico) mediante Cromatografía Líquida de Alta Resolución (HPLC). La estructura de la comunidad microbiana se analizó mediante la secuenciación de alto rendimiento del gen 16S rRNA (región V3-V4) en la plataforma Illumina NovaSeq 6000. Los análisis estadísticos incluyeron ANOVA, PCoA, NMDS y análisis de topología de red (usando Gephi) para evaluar los patrones de coocurrencia bacteriana basados en correlaciones de Pearson entre los 50 géneros principales.

Resultos Clave

1. Calidad de la Fermentación: La adición de azúcar morena influyó significativamente en los perfiles de ácidos orgánicos. El grupo T6 (6 g·kg⁻¹) exhibió los contenidos más altos de ácido láctico (397.89 g/kg) y ácido acético (55.59 g/kg), los cuales fueron significativamente superiores a los otros grupos (P < 0.01 y P < 0.05, respectivamente). Por el contrario, los niveles de ácido butírico en T6 y T8 fueron significativamente menores que en el control (T0) y T2, indicando una reducción del deterioro. El contenido de humedad disminuyó progresivamente con el aumento de la adición de azúcar, mientras que el pH se mantuvo dentro de un rango favorable (3.8–4.2) en todos los tratamientos.
2. Diversidad y Composición Microbiana: La adición de azúcar morena no alteró significativamente los índices de diversidad alfa (Chao1, Shannon, Simpson), aunque todos los grupos mostraron una alta cobertura (>0.99). Sin embargo, los análisis de diversidad beta (PCoA y NMDS) revelaron una separación clara entre el control (T0) y el grupo T6, indicando un cambio significativo en la estructura general de la comunidad.
   • A nivel de filo, la abundancia relativa de Fusobacteriota (asociado con la degradación de proteínas) fue significativamente menor en todos los grupos tratados con azúcar en comparación con T0.
   • A nivel de género, Exiguobacterium fue significativamente más abundante en los grupos tratados.
   • El análisis LEfSe identificó biomarcadores específicos: T0 estuvo caracterizado por Fusobacteriota y taxones relacionados, mientras que T4 estuvo caracterizado por Alcanivoracaceae y Alcanivorax.
3. Estructura de la Red: El análisis de red de coocurrencia bacteriana mostró que los grupos T4 y T6 poseían la mayor complejidad topológica, con el número máximo de aristas (166), grado promedio (11.067) y densidad de grafo (0.382). Esto sugiere que la adición apropiada de azúcar mejoró la cooperatividad y la estrechez de las interacciones entre los géneros bacterianos, creando una red microbiana más estable y eficiente.

Contribuciones Clave

• Optimización de la Dosificación del Aditivo: El estudio identifica 6 g·kg⁻¹ como la dosis óptima de azúcar morena para el silo mixto de Pennisetum giganteum y paja de trigo, equilibrando la disponibilidad de sustrato con la regulación microbiana.
• Elucidación del Mecanismo Microbiano: La investigación proporciona evidencia de que el azúcar morena actúa como una fuente de carbono fácilmente disponible que impulsa la proliferación de bacterias lácticas, suprime taxones perjudiciales como Fusobacteriota y reestructura la red de coocurrencia microbiana hacia un estado más estrecho y sinérgico.
• Diferenciación de la Melaza: Al centrarse específicamente en el azúcar morena, el estudio ofrece datos distintos de la investigación basada en melaza, abordando las diferencias composicionales específicas (por ejemplo, contenido de minerales y nitrógeno) entre los dos aditivos.

Significancia y Reivindicaciones
Los autores afirman que la adición de una cantidad adecuada de azúcar morena mejora eficazmente la calidad de la fermentación del silo mixto al promover la acumulación de ácido láctico e inhibir la producción de ácido butírico. El estudio postula que el tratamiento T6 logra un equilibrio óptimo donde la comunidad microbiana evoluciona hacia una "red de fermentación más estrecha y eficiente", caracterizada por una alta densidad de grafo y una interacción cooperativa mejorada entre los géneros centrales.

El artículo concluye que este enfoque proporciona una base teórica para optimizar las técnicas de ensilado para Pennisetum giganteum y mejorar la utilización de subproductos agrícolas como la paja de trigo. Los autores señalan explícitamente las limitaciones, incluyendo el uso de un inóculo microbiano en todos los tratamientos y la falta de evaluación de la estabilidad aeróbica o métricas de desempeño animal. En consecuencia, el estudio enmarca sus hallazgos como un paso fundacional, sugiriendo que investigaciones futuras deben validar el tratamiento T6 bajo exposición aeróbica y ensayos de alimentación in vivo.