Fermentação ruminal e produção de metano em bovinos alimentados com feno de capim-tifton 85 e concentrado com aditivos

Ruminal fermentation and methane production of cattle fed Tifton 85 grass hay and concentrate with additives

RUMINANTES

Fermentação ruminal e produção de metano em bovinos alimentados com feno de capim-tifton 85 e concentrado com aditivos¹

Ruminal fermentation and methane production of cattle fed Tifton 85 grass hay and concentrate with additives

Astrid Rivera Rivera^I; Telma Teresinha Berchielli^I; Juliana Duarte Messana^I; Paula Toro Velasquez^I; Ana Vera Martins Franco^II; Lauriston Bertelli Fernandes^II

^IDepartamento de Zootecnia, Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias – UNESP/ Campus Jaboticabal. Via de Acesso Profº Paulo Donato Castellane s/n. Jaboticabal, SP - CEP: 14884-900

^IIPremix

RESUMO

Objetivou-se avaliar o efeito do uso de monensina, complexo de leveduras, ácidos graxos poliinsaturados e aminoácidos no consumo de matéria seca e nutrientes, na estimativa da digestibilidade ruminal, nos parâmetros de fermentação ruminal (pH, concentração de nitrogênio amoniacal e de ácidos graxos de cadeia curta), na população de protozoários e na produção de metano. Foram utilizados seis bovinos e com peso corporal de 530 ± 15 kg, recebendo complexo de leveduras, ácidos graxos poliinsaturados e aminoácidos (5 g/dia); monensina (5 g/dia); caulim (5 g/dia), usado como controle adicionado à dieta composta de feno de capim-tifton 85 (Cynodon spp.); e concentrado, na relação 80:20. O delineamento experimental adotado para análise do consumo e da digestibilidade foi o de blocos completos casualizados e, para análise dos parâmetros ruminais e da produção de metano, o de parcelas subdivididas. O consumo foi influenciado pelo uso de monensina na dieta, mas não diferiu entre os aditivos. As digestibilidades da matéria seca e dos nutrientes não foram influenciadas pelo fornecimento dos aditivos. A relação acetato:propionato nos animais alimentados com a dieta com monensina foi menor que naqueles que receberam o complexo de leveduras e ácidos graxos poliinsaturados e aminoácidos, diminuindo a perda de energia na forma de metano. O pH e a concentração de nitrogênio amoniacal foram adequados para o crescimento bacteriano. A concentração de metano não é alterada pelo uso dos aditivos testados.

Palavras-chave: ácidos graxos poliinsaturados, leveduras, metano, monensina

ABSTRACT

The objective of this study was to evaluate the effect of monensin, yeast complex, unsaturated fatty acids and amino acids on dry matter and nutrient intake, total and partial digestibility and ruminal parameters of ruminal fermentation (pH, ammonia nitrogen concentration and short chain fatty acids), the protozoa population and methane production. Six castrated steers, body weight 530 ± 15 kg were used, receiving yeast complex, polyunsaturated fatty acids and amino acids (5 g/dia), monensin (5 g/dia), caulim (5g/dia, used as control), added to a diet consisting of Tifton 85 (Cynodon spp.) hay and concentrate at 80:20. A randomized complete block design was used to analyze and a split-plot design was used to analyze ruminal fermentation and methane production. The intakes were influenced by monensin in the diet, and no difference was observed among the additives. The dry matter and nutrients digestibilities, were not influenced by supplementing with additives. The acetate:propionate ratio in the animals fed the diet with monensin was smaller than in those that received the yeast complex and polyunsaturated fatty acids and amino acids, decreasing the energy loss in the form of methane. The pH and ammonia nitrogen concentration were adequate to microbial growth. The methane concentration was not altered with the use of the amino acids tested.

Key words: insatured fatty acid, methane, monensin, yeast cells

Introdução

O metano caracteriza-se como um importante gás de efeito estufa que contribui com cerca de 15% do aquecimento global, além de estar diretamente relacionado à eficiência da fermentação ruminal e à consequente perda de energia nos sistemas de produção (Cotton & Pielke, 1995). Pode ser considerado responsável por 6% a 18% da energia bruta da dieta que é perdida durante o processo fermentativo (Pedreira & Primavesi, 2006).

O metano é eliminado por bovinos e sua produção é proveniente da fermentação ruminal, que está relacionada ao tipo de animal e ao consumo e à digestibilidade de alimento. Assim, existe a possibilidade da redução na produção desse gás pela modificação da fermentação ruminal, obtida por alteração do volumoso, do tipo e da quantidade de carboidrato suplementado à dieta, pela adição de lipídeos e pela manipulação da microbiota do rúmen com aditivos alimentares ou componentes naturalmente presentes no alimento (Mohammed et al., 2004; Pedreira, 2004).

Segundo Johnson & Johnson (1995), estratégias para aumentar a qualidade da forragem fornecida, o uso de carboidratos não-estruturais e de aditivos como os ionóforos, leveduras e ácidos graxos poliinsaturados melhoram a digestibilidade da dieta e a eficiência do metabolismo energético, diminuindo a emissão de metano.

O ionóforo monensina têm sido utilizado na alimentação de bovinos de corte por mais de 20 anos para aumentar a eficiência alimentar (Goodrich et al., 1984; Russell & Strobel, 1989). A monensina é mais eficiente contra bactérias gram-positivas – maiores produtoras de hidrogênio, precursor de metano – que contra as gram-negativas (Tedeschi et al., 2003; Morais et al., 2006).

Outra forma de manipulação da fermentação ruminal é o uso da suplementação lipídica na dieta, uma estratégia promissora para aumentar a eficiência no sistema de produção animal e os benefícios ambientais decorrentes da redução na metanogênese. Logo, a suplementação de dietas com ácidos graxos reduz a digestibilidade da fibra e aumenta o conteúdo de ácidos graxos de cadeia curta, efeitos que podem estar relacionados às reduções no crescimento de bactérias e protozoários (Tamminga & Doreau, 1991) e ao recobrimento físico da fibra com lipídeos (Jenkins & McGuire, 2006).

Desta forma, avaliou-se o efeito do uso de aditivo no consumo de matéria seca e dos nutrientes na digestibilidade ruminal, nos parâmetros de fermentação ruminal e na produção de metano.

Material e Métodos

O trabalho foi conduzido na Fazenda Experimental da Empresa Premix, em Patrocínio Paulista, e na Universidade Estadual Paulista (UNESP), Câmpus de Jaboticabal, São Paulo, utilizando-se seis bovinos mestiços, machos castrados, canulados no rúmen, com peso corporal de 530 ± 15 kg e idade média de 4,5 anos. Esses animais foram alojados em baias individuais cobertas, providas de bebedouro e comedouro.

Estudaram-se os efeitos da suplementação, no nível de 5 g/dia, dos seguintes aditivos: complexo de leveduras, ácidos graxos poliinsaturados e aminoácidos (Tabela 1); monensina sódica 5%; caulim, usado como controle. Esses aditivos foram fornecidos com a dieta-base, composta de feno de capim-tifton 85 (Cynodon spp.) e concentrado, na relação 80:20 (Tabela 2), balanceada para atender às exigências de mantença dos animais (NRC, 1996). ,

Para estimativa da produção fecal, foram coletadas amostras de fezes durante sete dias, duas vezes ao dia, às 7h30 e às 16h30, que foram congeladas para, ao final do período, formarem uma amostra composta. A estimativa da produção fecal foi realizada utilizando-se fibra em detergente neutro indigestível (FDNi) como indicador interno, com base na equação: Produção fecal (g/dia) = gramas de indicador ingerido/concentração do indicador nas fezes. A determinação de fibra em detergente ácido (FDA) foi realizada segundo Van Soest et al. (1991) e o coeficiente de digestibilidade no rúmen, por meio da equação: Coeficiente de digestão da MS = 100 × [MS ingerida - MS fecal/ MS ingerida].

As amostras de líquido ruminal foram coletadas com bomba de vácuo aspiradora NEVONI^® Ref. 5005-BR manualmente, filtrada em tecido duplo de algodão. As coletas foram realizadas antes do fornecimento da dieta e 2, 4, 8 e 12 horas após a alimentação, para determinação do pH, das concentrações de nitrogênio amoniacal (N-NH₃) e dos ácidos graxos de cadeia curta.

A fermentação ruminal foi mensurada pela análise do pH e da concentração de N-NH₃ e ácidos graxos voláteis. A determinação do pH do líquido ruminal foi realizada logo após a coleta, em potenciômetro digital. Uma alíquota de 2 mL do fluido coletado foi acondicionada em frasco de plástico e congelada a -20 ºC para posterior análise de ácidos graxos de cadeia curta, segundo método adaptado de Erwin et al. (1961), utilizando-se cromatografia gasosa.

Uma alíquota de 20 mL de fluido ruminal foi acidificada e congelada para posterior análise do nitrogênio amoniacal, realizada por destilação com hidróxido de potássio 2 N, conforme método descrito por Vieira (1980).

As amostras dos alimentos, das sobras e das fezes foram encaminhadas ao Laboratório de Nutrição Animal (LANA) da Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias da Universidade Estadual Paulista (UNESP), Câmpus de Jaboticabal, para determinação do conteúdo de matéria seca (MS), matéria mineral (MM), energia bruta (EB) e proteína bruta (PB), de acordo com AOAC (1990). A fibra em detergente neutro (FDN), a fibra em detergente ácido (FDA) foram determinadas e a lignina de acordo com Van Soest et al. (1991).

As amostragens de conteúdo ruminal para contagem de protozoários foram realizadas antes do fornecimento do alimento, no 5^o e 6^o dia de cada período experimental. A amostra foi transferida para um recipiente junto com uma solução de formaldeído 40% na proporção de 1:1. O método utilizado para a avaliação quantitativa e qualitativa dos gêneros de ciliados foi o descrito por Dehority (1984).

A produção de gás metano foi estimada pela técnica de produção de gases in vitro, de acordo com metodologia de Theodorou et al. (1994), modificada por Mauricio et al. (1999).

Estudaram-se os efeitos da adição de 0,1875 mg de complexo de leveduras, ácidos graxos poliinsaturados e aminoácidos ou monensina ou caulin em 300 mg do substrato base composto de feno de capim-tifton 85 e concentrado, na relação 80:20. Cada dieta foi incubada em frascos de vidro (100 mL) com três repetições e uma réplica por repetição. Foram usados três brancos e um substrato-padrão para um total de 22 frascos incubados. Em cada frasco foram adicionados o substrato-base, o meio de cultura (30 mL) e o inóculo (15 mL), sempre mantendo 55 mL de espaço livre para acúmulo dos gases produzidos.

O meio de cultura usado era composto por solução de macrominerais; solução de microminerais; solução tampão; solução de resarzurina; meio "B" e água destilada. Para obtenção do inóculo, foram usados como doadores do líquido ruminal três novilhos mestiços castrados, canulados no rúmen, com peso corporal de 278 + 12 kg e média de 24 meses de idade, adaptados durante 10 dias à dieta com volumoso (feno de capim-tifton 85) e concentrado na relação 80:20, balanceada para atender às exigências de mantença dos animais (NRC, 1996).

Foram realizadas três incubações, cada uma com 24 horas de duração. Durante cada período de incubação, as leituras de pressão (psi) originadas dos gases acumulados foram registradas no transdutor de pressão PressDATA 800^® em períodos de leitura de 9, 12 e 24 horas. Adicionalmente, amostras dos gases produzidos foram coletadas em seringas e imediatamente transvazadas a tubos de vacutainer de 5 mL, sem aditivo, para análises no Laboratório de Biomassa e Biodigestão Anaeróbia do Departamento de Engenharia Rural da Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias da Universidade Estadual Paulista (UNESP). A leitura de CH₄ foi realizada em cromatógrafo de fase gasosa Finigan GC-2001, equipado com as colunas Porapack Q e Peneira Molecular e detector de condutividade térmica.

O delineamento experimental utilizado para avaliar o consumo e coeficiente de digestibilidade foi de blocos inteiramente casualizados, composto de seis animais, três tratamentos e dois períodos de coleta. As análises estatísticas dos parâmetros ruminais (pH, ácidos graxos de cadeia curta e nitrogênio amoniacal) e da produção de metano foram realizadas em esquema de parcelas subdivididas, tendo na parcela os tratamentos e nas subparcelas o tempo de coleta. As análises de variância foram realizadas utilizando-se o procedimento GLM do programa SAS^® (Littell et al., 2002) e, em caso de diferenças significativas (p< 0,05), as médias foram comparadas pelo teste Tukey. Também foram ajustadas equações de regressão entre os parâmetros ruminais, o pH e a concentração de amônia em cada tempo de colheita da amostra após o fornecimento dos suplementos.

Resultados e Discussão

A redução no consumo dos nutrientes da dieta contendo monensina (Tabela 3) pode ser parcialmente explicada pela diminuição na taxa de reciclagem de sólidos e líquidos no rúmen e pelo consequente aumento do enchimento ruminal (Allen & Harrison, 1979), enquanto a reduzida motilidade ruminal induzida pela monensina pode ser causa da diminuição da reciclagem ruminal (Deswysen et al., 1987).

De modo semelhante, Medel et al. (1991) também verificaram que o fornecimento de monensina a bovinos em confinamento reduziu o consumo sem alterar o ganho de peso, ocasionando redução na conversão alimentar. Esse menor consumo está relacionado também às mudanças no metabolismo energético e ao maior aporte de aminoácidos dietéticos no intestino delgado, em decorrência da diminuição na deaminação da proteína no rúmen.

As digestibilidades ruminais (Tabela 3) não diferiram entre os aditivos testados, mas sabe-se que alguns autores (Erasmus et al., 1992; Hegarty, 1999; Chaucheyras & Fonty 2001) têm comprovado que esses aditivos melhoram as condições ambientais no rúmen e estimulam o crescimento da população bacteriana, principalmente de bactérias celulolíticas, aumentando a digestibilidade de carboidratos estruturais. Neste experimento, a monensina não influenciou a digestibilidade de nenhum dos nutrientes avaliados (MS, MO, PB, FDN e FDA), portanto, apesar da diminuição no consumo de MS nos animais alimentados com a dieta contendo monensina, a taxa de passagem possivelmente não sofreu alteração significativa, o que está relacionado à relação volumoso:concentrado utilizada, de 80:20 na MS.

O pH ruminal é influenciado principalmente pela produção de saliva, por isso, animais alimentados com dietas contendo elevada porcentagem de alimentos volumosos normalmente apresentam pH ruminal sempre próximo à neutralidade, em virtude do maior estímulo de produção de saliva durante os processos de ingestão e regurgitação dos alimentos. Nesses casos, os efeitos da monensina sobre o pH são pouco expressivos. De acordo com de Veth et al. (2001), a digestibilidade da FDN reduz quando o pH ruminal permanece quatro horas em valores abaixo de 6,0 e a síntese microbiana reduz quando o pH permanece 12 horas abaixo desse valor. É possível, portanto, que o pH tenha se mantido na faixa considerada adequada para atuação dos microrganismos ruminais.

A presença de monensina na dieta influenciou o pH ruminal (Tabela 4). Embora não tenha diferido entre os aditivos estudados, o pH foi mais alto nos animais que receberam monensina, provavelmente em virtude do mecanismo proposto por Russel & Strobel (1989) de que a monensina atua no fluxo de íons na membrana celular da bactéria, aumentando o pH ruminal.

De acordo com Schelling (1984), a monensina atua sobre o metabolismo de energia e de nitrogênio no rúmen, aumentando a concentração de propionato e diminuindo a de metano no rúmen (Tabela 4). A maior concentração de ácido propiônico, e consequentemente menor relação acético:propiônico, foi observada para a dieta com monensina (pH 6,81). Conforme descrito por Zhen-hu et al. (2004), valores de pH superiores ou iguais a 6,8, além de outros fatores, favorecem o aumento de acetato:propionato.

A alteração da concentração de acetato:propionato observada com o fornecimento de monensina, inferior à obtida com as outras dietas, se deve ao efeito indireto da monensina, que reduz a população de bactérias fibrolíticas, que produzem principalmente acetato, liberando hidrogênio. Desta forma, a monensina melhora a eficiência do metabolismo energético, alterando as proporções dos ácidos graxos produzidos no rúmen e diminuindo a perda de energia na forma de metano (Bergen & Bates, 1984; Bagg, 1997).

Nas concentrações de N-NH₃ ruminal (Tabela 4), a dieta com monensina apresentou as menores concentrações de N-NH₃ ruminal, uma vez que inibe a atividade das bactérias fermentadoras de aminoácidos, entre outras, e a desaminação e o nível de amônia ruminal.

Com o fornecimento da dieta com monensina, a concentração de N-NH₃ ruminal foi menor que com as outras dietas em todos os horários analisados, o que provavelmente está relacionado à redução da degradação da proteína dietética no rúmen, que está associada ao uso de monensina (Lana & Russel, 2001). No entanto, não houve curva de regressão que se ajustasse para as dietas contendo monensina e o complexo de leveduras, ácidos graxos poliinsaturados e aminoácidos. Duas horas após alimentação, foi observada maior concentração de N-NH₃ ruminal (Figura 2), associada à degradação das fontes proteicas provenientes do concentrado. A menor concentração ocorreu 8 horas após alimentação, correspondendo a sua utilização pelos microrganismos.

As concentrações de N-NH₃ ruminal foram suficientes para suportar o crescimento bacteriano, de acordo com o valor mínimo ideal citado por Satter & Slyter (1974), de 5 mg N-NH₃/100 mL. Entretanto, de acordo com Van Soest (1994), teores de N-NH₃ inferiores a 13 mg/100 mL no rúmen podem afetar a disponibilidade de nitrogênio para os microrganismos, comprometendo a ingestão e digestibilidade da fibra.

Observaram-se altos coeficientes de variação médios (Tabela 5), entretanto, devido à dinâmica da população microbiana no rúmen, coeficientes de variação elevados têm sido observados em experimentos dessa natureza (Coleman, 1979; Veira, 1986).

Diferença significativa na população total de protozoários foi evidenciada quando fornecido o complexo de leveduras, ácidos graxos poliinsaturados e aminoácidos em comparação à monensina. O aumento no número de protozoários ciliados observado com esse aditivo comprova o efeito da suplementação com Saccharomyces cerevisiae, que pode resultar no crescimento dessa população (Miranda et al., 1996; Arakaki et al., 2000). Por outro lado, a menor população observada com a suplementação com monensina pode estar associada ao efeito direto na viabilidade dos protozoários, como descrito por Bergen & Bates (1984), que determinaram efeito da monensina na estabilidade da membrana celular de protozoários.

O gênero Entodinium predominou entre os protozoários para todas as dietas estudadas, com concentração total que variou de 70,0 a 88,9%, concordando com a citação de Dehority (1991) e Martinele et al. (2008) de que, em geral, cerca de 90% da fauna de ruminantes é formada de entodínios. A concentração de protozoários do gênero Dasytricha foi menor (P<0,05) nos animais que receberam dieta com monensina em comparação àqueles que não receberam aditivos. Esse resultado sugere que esses protozoários podem ter alguma relação com as bactérias gram-positivas ou serem sensíveis à monensina.

A produção de metano não diferiu entre os aditivos estudados (Tabela 6). O volume de CH₄ foi similar entre as dietas durante o período de incubação (Figura 3) e não teve influência dos aditivos.

Embora a produção de metano estimada in vitro não tenha apresentado resposta a monensina, a quantificação de ácidos graxos de cadeia curta comprovou que a relação acetado:propionato foi menor, significando menor perda de energia. Observou-se também menor produção de metano quando fornecida monensina em comparação ao caulim (sem aditivos) durante o período de incubação (Figura 3).

Estudos in vitro têm demonstrado acréscimo na produção de CH₄ de 33 mL g^-1 MS com o aumento no teor de FDN (Getachew et al., 2005). Neste estudo os valores observados foram menores e não diferiram entre os aditivos utilizados nas dietas. Sabe-se que, quanto maior o teor de fibra de um ingrediente, maior a porcentagem de metano liberada.

A relação do gás produzido com o metano teve acréscimo de volume 12 horas a partir da incubação, o que, de acordo com Fondevila & Barrios (2001), corresponde à somatória do gás direto e indireto: o maior é o indireto. O gás direto é produto da descarboxilação oxidativa do piruvato e o indireto, produto da reação entre o tampão e os ácidos graxos de cadeia curta para manter o pH do meio e, como descrito anteriormente, a maior produção de gás associa-se à formação de ácidos acético e butírico com a fermentação dos componentes estruturais do substrato.

Conclusões

A suplementação com monensina reduz a relação acetato:propionato, resultando em menor perda de energia. A produção de metano não reduz com adição de complexo de leveduras, ácidos graxos poliinsaturados e aminoácidos nem com a adição de monensina no substrato incubado. Assim, pesquisas devem ser realizadas para verificar a persistência das respostas ao uso de aditivos e avaliar as vantagens e a relação custo/benefício do uso desses aditivos.

Recebido em 20/1/2008 e aprovado em 23/3/2009.

Correspondências devem ser enviadas para: [e-mail]

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Pesquisa parcialmente financiada pela Premix

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  31 Ago 2010
• Data do Fascículo
  Mar 2010

Histórico

• Aceito
  23 Mar 2009
• Recebido
  20 Jan 2008