Efeito do tratamento a pressao de vapor no bagaco de cana de acucar sobre a sua degradacao in vitro e digestibilidade in
vivo
Celso do Amaral Mello Junior,
Luiz Roberto de Olival Costa, Paulo Fernando Machado, Raul Dantas
d'Arce e Wilson Robeto Soares de Mattos.
ESALQ-USP, 13450 Piracicaba, Brazil
Summary
Sugar cane bagasse was treated with steam and pressure at 17
kg/cm² during 5 minutes at 200-220°C. The product was analyzed
for chemical constituents, degradability under in vitro
conditions and fed with different levels of urea (0; 0.7% and
1.5% of dry matter) to non lactating ruminants.
Chemical analyses of the treated bagasse detected a reduction
of hemicellulose (31% to 6.3%) and proportional reduction in cell
wall (95% to 65%). In vitro degradation of cell
wall was higher (36% to 44%) for treated samples.
Addition of 1.5% of urea to the diets increased its
digestibility by ruminants (51.4% to 56.3%). This was, maybe, due
to a higher availability of nitrogen to the microorganisms 8
hours after feeding. It was shown that, in vitro treated
bagasse had a long lag time; causing, therefore, a need for
nitrogen, by microorganisms, long after feeding.
Key words: Bagasse, sugar cane, steam treatment,
digestibility, cattle, composition.
Resumo
O bagaco de cana de acucar foi submetido a uma pressao de 17
kg/cm² durante 5 minutos e aum temperatura de 200-220°C. O
material resultante foi analisado bromatologicamente, submetido a
degradacao in vitro e fornecido para animais ruminantes,
em manutencao, recebendo tres niveis de ureia (0; 0.7% e 1.5% de
materia seca da dieta).
A analise bromatologica identificou um decrescimo acentuado na
concentracao de hemicelulose (31.4% para 6.27%) e consequente
diminuicao proporcional na porcentagem de parede celular (95%
para 65%) devido ao tratamento.
Houve um aumento na degradacao in vitro de parede
celular do bagaco tratado (36% para 44%).
A adicao de 1.5% de ureia na dieta dos animais determinou um
aumento significativo na digestibilidade da materia seca dos
alimentos (51.4% para 56.3%). Este aumento foi, provavelmente,
devido a maior disponibilidade de nitrogenio para os
microorganismos apos 8 horas do fornecimento da refeicao, visto
que o experimento in vitro mostrou que o tempo de fixacao
das bacterias celuloliticas no bagaco (lag time) e bastante
longo.
Introducao
O aumento da area plantada e da industrializacao da cana de
acucar, decorrentes principalmente de investimentos publicos e
privados na producao alcooleira, resultou na producao de
quantidades cada ves maiores de bagaco. A melhoria do balanco
energetico das antigas usinas e a entrada de atividade de um
numero cada ves maior de destilarias autonomas aumentaram a
porcentagem de sobras, levando a uma estimativa de
disponibilidade de 80 milhoes de toneladas de bagaco no ano 2000
(Aidar 1985).
Embora o bagaco seja largamente utilizado como combustivel e
para a producao de papel o seu valor nutritivo potencial na
alimentacao animal ainda nao foi suficientemente explorado devido
a caracteristicas quimicas e/ou fisicas que reduzem o seu
aproveitamento. Dentre os diferentes metodos que tem sido
propostos visando aumentar o valor nutritivo do bagaco destaca-se
o tratamento com vapor de pressao. A disponibilidade de vapor na
industria alcool-acucareira e o fato de as novas unidades
industriais, especialmente as destilarias autonomas. terem se
instalado em zonas de pecuaria extensiva, sugerem que maiores
esforcos devem ser voltados para a solucao de alguns problemas
que ainda dificultam a maximizacao do uso de bagaco tratado na
alimentacao de ruminantes.
O tratamento do bagaco por pressao de vapor e um processo
fisico- quimico, que se convencionou chamar de auto-hidrolise, o
qual aumentaria o valor nutritivo do bagaco atraves de dois
afeitos principais: 1- hidrolise acida, sob elevada pressao e
temperatura, atraves de acidos originados durante o proprio
tratamento, e 2- afrouxamento da fracao fibrosa, por afeito da
repentina expansao dos gases resultantes da liberacao rapida do
vapor ao termino do tratamento (Machado 1982).
Os estudos do bagaco tratado mostram que sua digestibilidade e
a composicao quimica sao modificadas, dependendo da pressao e do
tempo de tratamento (Cheong et alli 1974). Guggolz et alli
(1971), obtiveram um aumento de mais de 50% na digestibilidade de
palhas tratadas a 28 kg/cm² por 3 minutos e Campbell et alli
(1973)
observaram que a digestibilidade da materia seca do bagaco
apresentou um acrescimo de 12.6 unidades porcentuais quando
submetido a 28 kg/cm² durante 45 segundos.
As principais modificacoes na composicao quimica do material
tratado se referem a alteracoes na fracao hemicelulose, ao
aumento no teor de carboidratos soluveis e a diminuicao no teor
de cinzas (Campbell et alli 1973; Cheong et alli 1974; Martin et
alli 1976).
O Presente trabalho objetiva avaliar os efeitos do tratamento
fisico a pressao de vapor sobre o bagaco de cana e a sua
utilizacao na alimentacao de bovinos.
Material e metodos
Os experimentos foram realizados nos Departamentos de Zoologia
e Zootecnia da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiros
(ESALAQ-USP), Piracicaba, SP.
O bagaco de cana de acucar utilizado foi obtido atraves da
Coopersucar, sendo proveniente da Usina Barra Grande de Lencois
Paulista-SP. As condicoes de tratamento do bagaco foram de 17
kgf/cm² de pressao aplicados durante 5 minutos a uma temperatura
oscilando entre 200 e 220°C. A sua composicao quimico-
bromatologica pode ser observada no quadro 1.
Foram realizados dois experimentos:
- No primeiro utilizou-se da tecnica de digestibilidade in
vitro proposta por Tinnimet (1974) para se avaliar a taxa e a
extensao de degradacao do bagaco tratado (BT), nao tratado (BNT)
e campim Napier (CN) (utilizado como padrao). O fluido ruminal
(inoculo) foi retirado de uma vaca Jersey, provida de fistula
ruminal permanente, recebendo uma dieta composta de 20 kg de
bagaco autohidrolizado, 2 kg de concentrado comercial (22% PB), 1
kg de feno de baixa qualidade e sal mineral a vontade. Foram
realizados tres ensaios em diferentes epocas. Em cada um deles se
adicionava os diferentes substratos (BT, BNT E CN) em quantidades
equivalentes a 0.15 g de celulose, em tres repeticoes, aos tubos
de centrifuga de fundo redondo (75 ml de capacidade). Assim, as
quantidades de substrato foram: 0.3335 g; 0.3337g e 0.5153 g de
materia seca de BT, BNT e CN respectivamente. Nestes ensaios
foram determinados a taxa de degradacao de parede celular (FDN,
ou fibra detergente neutro; van Soest e Moore 1965) das
diferentes amostras nos tempos 6; 12; 18; 24; 30; 36 e 48 horas.
O delineamento estatistico utilisado foi o de blocos casualisados
e as medias comparadas pelo teste de Tukey.
- No segundo experimento foram determinados a digestibididade in
vivo da materia seca e fibra detergente neutro (Van Soest
and Moore 1965), o teor de nitrogenio amoniacal (N-NH3)
(Kulaseck 1972) e a concentracao de acidos graxos volateis (AGV)
(Foldager 1977) no fluido ruminal de 6 vacas pesando em media 350
kg, providas de fistula ruminal, consumindo dietas a base de
bagaco tratado (60.0% da MS), levedura (Saccharomyces sp)
residuo da producao do alcool (25.0% da MS) e feno de gramineas
(15.0% da MS). Os tratamentos constaram de tres niveis de
proteina bruta (7.5%, 9.0% e 10.5% de PB). obtidos pela adicao de
ureia na proporcao de 0; 0.7% e 1.5% da materia seca da dieta. O
delineamento estatistico foi o de quadrados latinos, com 2
animais por tratamento e o experimento dividido em 3 periodos,
com a duracao de 28 dias cada. Nos ultimos 5 dias de cada periodo
experimental foram efetuadas coletas totais de fezes para as
determinacoes de digestibilidade. Ao final de cada periodo,
amostras de fluido ruminal foram coletadas ao longo de um dia,
nos tempos de 0, 1, 2, 4, 6, 8, 12, 16 e 24 horas em relacao ao
fornecimento de alimentos para determinacao de N-NH3 e
AGV. As medias foram comparadas pelo teste de tukey.
Resultados e discussao
Os efeitos do tratamento fisico-quimico do bagaco sobre a sua
composicao bromatologica podem ser observados no quadro 1.
| Quadro 1: Efeito
do tratamento com vapor e pressao sobre a composicao
bromatologica do bagaco de cana (g/100g de MS) |
 |
| Determinacao |
BNT |
BT |
CN |
|
| Materia seca
(%) |
43.2 |
36.0 |
24.1 |
| Proteina
bruta |
1.5 |
1.6 |
15.6 |
| Fibra bruta |
47.3 |
41.3 |
30.5 |
| Extrato
etereo |
0.9 |
0.8 |
3.6 |
| Materia
mineral |
4.5 |
3.5 |
11.8 |
| Extrativo nao
nitrog. |
45.5 |
52.6 |
38.2 |
| Fibra em
detergente Neutro |
94.8 |
64.9 |
74.1 |
| Fibra em
detergente Acido |
63.3 |
58.6 |
38.9 |
| Celulose |
44.9 |
44.9 |
29.1 |
| Hemicelulose |
31.4 |
6.2 |
35.2 |
| Lignina em
detergente Acido |
14.0 |
11.5 |
6.2 |
|
Observa-se no quadro 1 que o efeito mais marcante do
tratamento e sobre o teor de hemicelulose. Ha uma queda de 31.43%
do bagaco cru para 6.27% do bagaco tratado. Este fato se deve
provavelmente a separacao das cadeias de hemicelulose da lignina
provocando hidrolise daquele carboidrato estrutural e consequente
aumento de carboidratos soluveis. Com a reducao no teor de
hemicelulose a uma reducao proporcional no teor de FDN (94.82% e
64.92% para o BNT e BT respectivamente). Estes dados sao
confirmados por outros autores (Pate 1982; Campbell et alli 1973
e Cheong et alli 1974).
No quadro 2 sao apresentadas as porcentagens medias de
degradacao da parede celular dos diferentes substratos estudados
no experimento in vitro.
| Quadro 2: Porcentagem
de degradacao "in vitro" da parede
celular (%) do bagaco tratado com vapor e pressao, do
bagaco cru e do capim Napier. |
|
| |
|
|
Tempo
de fermentacao(h) |
|
|
| |
6 |
12 |
18 |
24 |
30 |
36 |
48 |
|
| BT |
0.87c |
12.1c |
24.2b |
32.3b |
39.3b |
41.7b |
44.0b |
| BNT |
3.74b |
16.1b |
23.6b |
28.6b |
32.1c |
33.9c |
35.8c |
| CN |
7.04a |
24.1a |
36.8a |
44.1a |
53.6a |
57.9a |
62.2a |
|
BT - Bagaco tratado com vapor e pressao
BNT - Bagacao nao tratado
CN - Capim Napier
a, b, c - Medias na mesma coluna com diferentes letras sao
estatisticamente diferentes (p<.05).
Observa-se no quadro 2 que ate 12 horas de fermentacao o BNT
foi mais degradado do que o BT. A partir de 24 horas a taxa de
degradacao do BT foi superior ao do BNT o que acarretou uma
degradacao final de 8.22 unidades porcentuais superior para o
tratado. A hidrolise da hemicelulose, devido ao tratamento,
diminuiu a quantidade dos carboidratos mais facilmente
fermenteciveis da parede celular. Isto determinou uma degradacao
inicial mais lenta. Porem, gracas a separacao fisica da lignina
da celulose, a extensao de degradacao foi superior para o BT.
Este fato, associado com o tamanho de particulas extremamente
reduzido do BT, evidencia a importancia de se aumentar o tempo de
permanencia do material no rumen para se explorar ao maximo os
seus nutrientes disponiveis.
Os coeficientes de digestibilidade, obtidos in vivo, da
materia seca e da parede celular de dietas contendo bagaco
tratado e niveis crescentes de nitrogenio sao apresentados no
quadro 3.
| Quadro 3: Coeficientes
de digestibilidade ("in vivo") da
materia seca e da parede celular de dietas contendo
bagaco tratado com vapor e pressao e diferentes teores de
nitrogenio |
|
| |
|
%PB
Digestibilidad |
| %PB |
MS |
FDN |
|
| 7.5 |
51.4 a |
41.2 a |
| 9.0 |
51.8 a |
43.5 a |
| 10.5 |
56.3 b |
50.5 b |
|
MS - Materia seca
FDN - Parede celular
a, b Medias na mesma coluna com diferentes letras sao
estatisticamente diferentes (P<.005).
Observa-se no quadro 3 que niveis relativamente elevados de
proteina bruta na materia seca (40.0 % acima das exigencias
preconizadas pelo NRC, 1978) acarretaram um aumento significativo
na digestibilidade da materia seca e da parece celular (8.7% e
16.1% respectivamente) dos alimentos. As concentracoes de N-NH3
do fluido ruminal dos animais recebendo 1.5% de ureia (10.5% de
PB, quadro 4) se mantiveram elevadas ao longo do dia, tornando
disponivel, portanto, nitrogenio em quantidades adequadas para um
melhor desenvolvimento dos microorganismos. A dieta com 0.7% de
ureia (9.0% de PB) resultou inicialmente em niveis adequados de
N- NH3 no fluido ruminal; no entanto, apos 8 horas do
fornecimento da refeicao a concentracao de nitrogenio amoniacal
era inferior a 5.0 mg/100 ml (valor considerado minimo por Satter
e Roffler (1977) para maximo crescimento microbiano). Visto que o
tempo de fixacao ("lag time"), observado no experimento
in vitro, foi longo para o bagaco tratado e importante o
fornecimento de uma fonte de nitrogenio com baixa solubilidade no
rumen de maneira a manter niveis de N-NH3 elevados a
partir de 8 horas, quando e maior a degradacao da parede celular
do bagaco.
| Quadro 4 Concentracao
de N-NH3 no rumen de animais, ao longo de 24
horas, recebendo dietas contendo bagaco de cana tratado
com vapor e pressao e niveis crescente de nitrogenio. |
|
| |
Tempo (horas) |
| %PB |
0 |
1 |
2 |
4 |
6 |
8 |
12 |
16 |
24 |
|
| 7.5 |
3.4b |
2.8b |
2.8b |
2.2b |
2.2c |
1.9b |
1.8a |
1.7a |
1.6a |
| 9.0 |
12.6b |
10.1b |
9.9b |
8.3b |
6.2b |
5.1b |
4.4a |
2.6a |
2.3a |
| 10.5 |
33.2a |
32.1a |
26.7a |
23.0a |
19.9a |
6.3a |
6.3a |
5.0a |
3.0a |
|
a,b,c - Medias na mesma coluna com diferentes
letras sao estatisticamente diferentes (p<.005)
Tempo
O quadro 5 comprovam as afirmacoes acima. A porcentagem molar
de acido acetico foi superior para o tratamento com 10.5% de PB.
Isto indica maior desenvolvimento microbiano (principalmente
bacterias celuloliticas) e consequente maior digestibilidade da
dieta.
| Quadro 5:
Porcentagem molar de acido acetico no rumen de
animais, ao longo de 24 horas, recebendo dietas contendo
bagaco de canatratado com vapor e pressao e niveis
crescentes de nitrogenio. |
|
| |
|
|
|
Tempo
horas |
|
|
| %PB |
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
12 |
16 |
14 |
|
| 7.5 |
64.6b |
63.6a |
61.1b |
60.9b |
60.6b |
60.4b |
60.4b |
59.6b |
| 9.0 |
64.2b |
62.5a |
61.9ab |
61.3ab |
58.6b |
58.2b |
57.7b |
56.3ab |
| 10.5 |
69.7a |
68.7a |
68.7a |
67.4a |
67.2a |
66.8a |
66.5a |
66.5a |
|
a,b - Medias na mesma coluna com diferentes
letras sao estatisticamente diferentes (p<.005).
Conclusao
O tratamento com vapor e pressao resultou num aumento de
diestibilidade in vitro do bagaco de cana de acucar.
Para um melhor aproveitamento do bagaco deve ser fornecido uma
fonte de nitrogenio de baixa solubilidade no rumen ou fornecer
pelo menos tres refeicoes ao dia.
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