La fermentación entérica es un proceso digestivo mediante el cual los microorganismos descomponen los sustratos (especialmente los carbohidratos ) en moléculas más simples, lo que permite su absorción en el torrente sanguíneo de un animal. La fermentación tiene lugar principalmente en el intestino grueso, excepto en los rumiantes, donde tiene lugar en el rumen (el rumen).
La fermentación entérica conduce a la formación de metano (CH 4 ) que es más o menos importante según la especie, su desarrollo pero también la calidad y cantidad de alimento ingerido. En 2017, las emisiones de metano de la fermentación entérica en animales de granja representaron alrededor de 2000 millones de toneladas de CO 2 equivalente en todo el mundo, o alrededor del 4% de las emisiones antropógenas totales de gases de efecto invernadero . Varias organizaciones de investigación de todo el mundo están estudiando formas de reducir estas emisiones.
En el sistema digestivo de los animales conviven varios microorganismos ( bacterias , eucariotas , arqueas ) y participan en la degradación de los alimentos ingeridos. Algunos de estos microorganismos se desarrollan mediante fermentación , es decir, descomponiendo sustratos (carbohidratos u otras moléculas orgánicas) en moléculas más simples. Estos pueden ser absorbidos por el torrente sanguíneo del animal y proporcionarle energía o incluso ser degradados nuevamente por otros microorganismos para desarrollarse. Algunas de las moléculas que se forman son gases (por ejemplo, H 2 , CO 2 , CH 4 ) y se encuentran en el torrente sanguíneo y luego se exhalan, ya sea eructando o evacuadas por flatulencia .
La fermentación tiene lugar principalmente en el intestino grueso excepto en rumiantes .
Los rumiantes ( bovinos , ovinos , ciervos , camellos ...) tienen un tracto digestivo cuya particularidad es tener tres "pre-estómagos" (o reservorios pregástricos) lo que les permite degradar la pared celular de las plantas. Por lo tanto, los rumiantes están bien adaptados al uso de forrajes . El tracto digestivo difiere poco entre los tipos de rumiantes.
El más grande de los pre-estómagos se llama rumen (o rumen). Su volumen está entre 100 y 200 litros en bovinos adultos. Está compuesto predominantemente por agua (entre 85 y 90%), su pH está entre 5,5 y 7 y su temperatura entre 39 y 41 ° C. Estas condiciones particulares hacen del rumen un fermentador en el que se desarrollan muchos microorganismos.
Aproximadamente 200 especies de bacterias están presentes en el rumen.
Algunas especies descomponen los alimentos ingeridos en azúcares que luego se fermentan para producir ácidos grasos volátiles (incluidos acetato , proponato y butirato ). Representan respectivamente el 60%, 20% y 15% de los ácidos grasos volátiles ingeridos para una dieta convencional a base de forrajes , pero las proporciones varían mucho según la ración.
Estos ácidos grasos volátiles proporcionan hasta el 70% de las necesidades energéticas del animal. Se absorben en la sangre a través de la pared del rumen.
Durante estas fermentaciones, se emiten varios gases ( CO 2 , N 2 , H 2 , H 2 S ). Parte del dihidrógeno H 2 es utilizado por las arqueas metanogénicas y luego forma CH 4 metano .
En el ganado , alrededor del 80% del metano se produce en el rumen (20% en el intestino grueso ). El 95% se libera a la atmósfera por vía oral ( eructos o respiración después de pasar por la sangre), el resto se libera por flatulencia . Su producción representa una pérdida de energía para el animal, que oscila entre el 2 y el 12% de la ingesta energética bruta.
Las cantidades de metano (CH 4 ) producidas durante la fermentación entérica de un animal dependen de su tipo de sistema digestivo , su edad, su peso pero también de la calidad y cantidad de alimento ingerido. Los rumiantes ( bovinos , búfalos , ovejas , cabras , ciervos , camellos ...) son importantes fuentes de metano pero los animales no rumiantes ( caballos , burros , cerdos ...) también lo producen.
| Animal | Emisiones anuales de metano
(kg CH 4 / cabeza) |
|---|---|
| Vaca lechera | 126 ** |
| Otro ganado | 52 ** |
| Búfalos | 78 ** |
| Châmeaux | 46 |
| Ciervo | 20 |
| Caballo | 18 |
| Burro | 10 |
| Cabra | 9 *** |
| Oveja | 9 *** |
| Llamas y Alpacas | 8 |
| Avestruz | 5 |
| Cerdo | 1,5 *** |
| Aves de corral | menos de 0,1 |
| Primates | menos de 0,1 |
| * Las emisiones dependen de la edad, el peso pero también
de la calidad y cantidad de los alimentos ingeridos y, por tanto, del sistema de cría. ** Valor para Europa Occidental *** Sistema de cría de alta productividad | |
La producción de metano varía mucho de un individuo a otro. Parte del metano producido en el intestino grueso es absorbido por la sangre a través de la pared del colon y es exhalado por los pulmones . Otra parte es evacuada por flatulencia .
Se ha estimado que la cantidad de metano exhalado es de entre 40 y 50 gramos por año.
La cantidad total de metano emitida por los seres humanos en la década de 1980 con 4.700 millones de personas en la Tierra se estimó en 300.000 toneladas.
Un estudio publicado en diciembre de 2016 por más de 80 científicos de laboratorios ubicados en todo el mundo, advierte contra la subestimación habitual de la contribución del metano al calentamiento global : el metano contribuye en un 20% al calentamiento actual (frente al 70% del CO 2 ), porque , a pesar de su concentración mucho más baja, su potencial de calentamiento global (GWP) es 28 veces mayor.
Según datos de la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación , las emisiones globales de metano por fermentación entérica en 2017 ascendieron a 2,1 mil millones de toneladas, o poco más del 4% de las emisiones totales de gases de efecto invernadero en el mundo (49,2 mil millones en 2017 excluyendo el sector LULUCF ).
En Francia, el sector agrícola representa el 17% de las emisiones de gases de efecto invernadero. El metano de la digestión animal representa la mitad de las emisiones del sector agrícola (es decir, entre el 8 y el 9% del total de las emisiones francesas). Las emisiones de ganado constituyen aproximadamente el 90% del metano entérico (del cual aproximadamente 1/3 para las vacas lecheras ), por delante de las ovejas y las cabras .
En Australia , las descargas de rumiantes representan más de la mitad del metano emitido en el país.
La fermentación entérica fue, en términos de cantidad, la segunda fuente más importante de emisiones antropogénicas de metano en los Estados Unidos de América entre 2000 y 2009. En 2007, las emisiones de metano por fermentación entérica representaron aproximadamente el 2,5% de las emisiones netas de gases de efecto invernadero en los Estados Unidos. de América.
Puede parecer deseable reducir la producción de metano entérico en rumiantes , como estrategia para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y como medio para mejorar la eficiencia de conversión de alimentos.
Compensación de pastizalesLos suelos de pastizales (de donde proviene el forraje) y los setos almacenan carbono. Este almacenamiento compensaría parte de las emisiones de metano emitidas por los rumiantes (entre un 30 y un 80%).
Reducción de alimentoEl Instituto Nacional de Investigaciones Agronómicas (INRA) (Francia) lleva más de diez años estudiando la posibilidad de reducir las emisiones de metano jugando con múltiples factores: la naturaleza del forraje , la riqueza de las raciones, la cantidad de lípidos , taninos , aditivos alimentarios naturales y químicos y el aporte de otros microorganismos ( levaduras , bacterias ). Hoy en día se conservarían pocas soluciones. Sin embargo, el uso de lípidos insaturados ya se puede utilizar en el campo.
Asparagopsis taxiformis es una especie de alga que puede reducir las emisiones de metano cuando se agrega a la alimentación del ganado.
AustraliaEl Australia ha implementado un programa de tratamiento de ganado para ayudar a reducir el CH 4 producido por su flatulencia .
En este país, hay especies de rumiantes entre los canguros capaces de producir un 80% menos de metano que las vacas. De hecho, la microbiota intestinal de los macropodidos , el rumen y otros elementos de su sistema digestivo, está dominada por bacterias de la familia de las Succinivibrionaceae . Estas bacterias pueden producir succinato como producto final de la degradación de las lignocelulosas , produciendo pequeñas cantidades de metano . Su vía metabólica especial le permite utilizar otros aceptores de protones , evitando la formación de metano.