Resumo:
Os animais ruminantes estão entre os principais emissores de metano (CH4). Como tal,
esforços têm sido feitos para desenvolver estratégias de alimentação para ruminantes que
mitiguem a produção de CH4. A incubação in vitro é uma das formas de avaliar a
produção entérica de gases de efeito estufa (CH4 e dióxido de carbono, CO2), que simula
em laboratório o processo de fermentação que ocorre no ambiente ruminal. Durante a
fermentação ruminal in vitro, a amostra é diretamente dispersa no meio, porém tornou-se
comum o uso de bolsas filtrantes F57 (Ankom®) para quantificar a fração indigestível.
No entanto, devido ao seu alto custo, alternativas como o tecido não tecido (NWT - 100
g/m2) têm sido utilizadas, porém não avaliadas em um sistema de produção de gás in
vitro. Assim, nosso objetivo foi avaliar os produtos da fermentação in vitro e as emissões
entéricas do efeito estufa (CH4 e CO2) de substratos com diferentes relações
forragem:concentrado quando incubados com N2 headspace dentro de bolsas NWT ou
F57 em comparação com a dispersão direta no meio (DIS). O experimento foi conduzido
de acordo com um planejamento fatorial 3 × 3 com 3 métodos de entrega (amostras
incubadas diretamente dispersas no meio, dentro de bolsas F57 ou dentro de bolsas NWT)
e 3 tipos de substratos com diferentes proporções de forragem: concentrado (F:C) (100:0,
feno de grama tropical de baixa qualidade apenas; 50:50, uma proporção igual de mistura
de concentrado e feno de grama tropical de baixa qualidade; e 0:100, mistura de
concentrado apenas). O fluido ruminal foi coletado de 2 novilhos Holandeses canulados.
A fermentação em lote in vitro foi realizada em um aparelho comercial de produção de
gás sem fio (GP) (AnkomRF GP System, Ankom Technology®) durante 48h de
incubação. Houve interações substrato × métodos de entrega (P ≤ 0.01) no GP às 24h
(GP24) GP às 48h (GP48), matéria seca in vitro (IVDMD) e digestibilidades da matéria
orgânica (IVOMD), enquanto nenhum efeito de interação foi observado no pH (P >
0.05). O GP48, IVDMD e IVOMD apresentaram resultados semelhantes em diferentes
tipos de substratos. As digestibilidades GP48 e in vitro do substrato de razão 0:100 F:C
foram maiores em DIS, intermediárias em NWT e menores em F57 (P < 0.05). Com a
incubação do substrato de proporção F:C de 50:50, não houve diferenças na GP48 e
digestibilidades in vitro entre DIS e NWT (P > 0.05), mas foram maiores que F57. O
GP48 e as digestibilidades em NWT foram maiores do que DIS e F57 (P < 0.05) quando
os substratos de relação F:C de 100:0 foram incubados. O pH foi afetado pelo substrato
(P < 0.001), onde o aumento da inclusão de concentrado diminuiu linearmente o pH de
7.52 para 7.00 (P < 0.001). Em 24h de incubação, não houve interação (P > 0.05) entre
substratos e método de entrega de CH4 e produção de CO2 (mL/L) e proporção (mL/g
DMi e mL/g MOd). A proporção e produção de CH4 e CO2 em relação a DMi
apresentaram aumento linear com o aumento da razão F:C (P < 0.01). Por outro lado,
com o aumento da razão F:C incubada, houve uma diminuição linear (P = 0.017) na
produção de CH4 e CO2 em relação a MOd. Em 48h de incubação, houve interações entre
substratos e método de entrega (P < 0.01) na produção de CH4 e CO2 em relação a DM
incubado (mL/g DMi), mas não na produção em relação a OM digerida (mL/g OMd; P >xi
0.05). As proporções de CH4 e CO2 foram maiores quando o substrato 0:100 F:C foi
disperso no meio do que incubado dentro das bolsas F57 e NWT, que não diferiram entre
elas. O CH4 e CO2 em relação a DM incubada de substrato 0:100 F:C pelo DIS foi maior
que os demais métodos. Para o substrato de relação F:C 50:50, CH4 no DIS foi semelhante
ao NWT que foi igual a F57, enquanto para substratos 100:0 não houve diferença entre
os métodos. Não houve diferenças entre os métodos na produção de CO2 (mL/g DMi)
quando os substratos 100:0 foram incubados, mas para o substrato de proporção 0:100, o
CO2 no DIS foi maior do que a incubação dentro dos sacos. A produção de CH4 em
relação ao OM digerido em 48h de incubação reduziu linearmente em resposta ao
aumento da razão F:C (P < 0.001). Não houve interações entre método × substrato (P >
0.26) nas proporções molares de AGV dos indivíduos (ou seja, acético, propiônico e
butírico), razão acético/propiônico e AGV total. Os diferentes métodos de entrega afetam
a proporção molar de ácido propiônico e a proporção acético/propiônico (P < 0.04). O
ácido propiônico (mol/100 mol) apresentou maiores valores quando os substratos foram
incubados em bolsas do que dispersos no meio (P < 0.03), mas não foram encontradas
diferenças para F57 e NWT (P = 0.92). O tipo de substrato afetou (P < 0.01) a alteração
do total de AGV expresso em relação a MO incubada e digerida, mas não (P > 0.62) para
CH4 e CO2 em relação ao ΔVFA. Diminuir a proporção da razão F:C no substrato
geralmente aumentou ΔVFA/OMi, enquanto diminuiu ΔVFA/OMd. Além disso, o
método de entrega de substrato afetou CH4/ΔVFA e CO2/ΔVFA (P < 0.04). O método de
dispersão apresentou CH4/ΔVFA semelhante ao NWT (P = 0.39) que foi igual a F57 (P
= 0.08). No entanto, em relação a CO2/ΔVFA, a incubação em sacos apresentou menor
emissão relativa (P < 0.001) do que quando disperso no meio (0.31 vs 0.71), enquanto
F57 e NWT não foram diferentes (P = 0.23). Pode-se concluir que a emissão de gases de
efeito estufa, a digestibilidade e a relação acético/propiônico são menores quando os
substratos são incubados em bolsas de filtro em comparação com quando são diretamente
dispersos no meio. No entanto, as variáveis avaliadas nas bolsas de filtro F57 e NWT
apresentaram resultados fortemente correlacionados com o método de dispersão, embora
F57 apresente algumas vantagens melhores do que as bolsas NWT, mas mais estudos são
necessários para comparar e validar os métodos avaliados em relação aos dados in vivo.
fermentação de substratos com alta fermentabilidade dentro dos sacos de fibra usados
para análise in vitro, redução da produção de gás, digestibilidades e emissão entérica de
gases de efeito estufa em comparação com substratos dispersos no meio. Essas diferenças
tornaram-se menos evidentes quando substratos com menor fermentabilidade são
incubados e o NWT substitui os sacos F57.
Abstract:
Ruminant animals are among the main methane (CH4) emitters. As such, efforts have
been made to develop feeding strategies for ruminants that mitigate CH4 production. The
in vitro incubation is one of the ways to evaluate enteric greenhouse gas production (CH4
and carbon dioxide, CO2), which simulates in the laboratory the fermentation process that
occurs in the rumen environment. During the ruminal in vitro fermentation, sample is
directly dispersed in the medium, however it has become common to use the F57 filter
bags (Ankom®) to quantify the indigestible fraction. Nevertheless, due to its high cost,
alternatives such as non-woven textile (NWT – 100 g/m2) have been sought, however has
not been evaluated in an in vitro gas production system. Thus, our objective was to
evaluate the in vitro fermentation products and enteric greenhouse emissions (CH4 and
CO2) of substrates with differents forage:concentrate ratios when incubated with N2
headspace within NWT or F57 bags compared to directly dispersion in the medium (DIS).
The experiment was conducted according to a 3 × 3 factorial design with 3 delivery
methods (samples incubated directly dispersed in the medium, within F57 bags, or within
NWT bags) and 3 types of substrates with different forage:concentrate (F:C) ratios
(100:0, low-quality tropical grass hay only; 50:50, an equal proportion of concentrate
mixture and low-quality tropical grass hay; and 0:100, concentrate mixture only). Rumen
fluid was collected of 2 cannulated Holstein steers. The in vitro batch fermentation was
carried out using a commercial wireless gas production (GP) apparatus (AnkomRF GP
System, Ankom Technology®) during 48h of incubation. There were substrate × delivery
methods interactions (P < 0.01) on GP at 24h (GP24) GP at 48h (GP48), in vitro dry
matter (IVDMD) and organic matter digestibilities (IVOMD), while no interaction effect
was observed on pH (P > 0.05). The GP48, IVDMD, and IVOMD presented similar
results on different types of substrates. The GP48 and in vitro digestibilities of the 0:100
F:C ratio substrate were highest in DIS, intermediate in NWT and smallest in F57 (P <
0.05). With 50:50 F:C ratio substrate incubation, there were no differences on GP48 and
in vitro digestibilities between DIS and NWT (P > 0.05), but they were greater than F57.
The GP48 and digestibilities in NWT were greater than DIS and F57 (P < 0.05) when
100:0 F:C ratio substrates were incubated. The pH was affected by substrate (P < 0.001),
where the increasing concentrate inclusion linearly decreased pH from 7.52 to 7.00 (P <
0.001). In 24h of incubation, there was no interaction (P > 0.05) between substrates and
delivery method for CH4 and CO2 production (mL/L) and proportion (mL/g DMi and
mL/g MOd). The CH4 and CO2 proportion and production relative to DMi presented
linearly increase when F:C ratio increased (P < 0.01). On the other hand, with the increase
in F:C ratio incubated, there was a linear (P = 0.017) decrease in CH4 and CO2 production
relative to MOd. In 48h of incubation, there were interactions between substrates and
delivery method (P < 0.01) on CH4 and CO2 production relative to DM incubated (mL/g
DMi), but no on production relative to OM digested (mL/g OMd; P > 0.05). The CH4 and
CO2 proportions was greater when 0:100 F:C substrate was dispersed in the medium than
incubated within F57 and NWT bags, which did not differ between them. The CH4 andxiii
CO2 in relation to DM incubated of 0:100 F:C substrate by using DIS was greater than
the others methods. For the 50:50 F:C ratio substrate, CH4 at DIS was similar to NWT
which was equal to F57, while for 100:0 substrates there was no difference between the
methods. There were no differences between methods on CO2 production (mL/g DMi)
when 100:0 substrates were incubated, but for 0:100 ratio substrate, CO2 at DIS was
greater than the incubation within bags. The CH4 production relative to OM digested at
48h of incubation linearly reduction in response to increase of F:C ratio (P < 0.001). There
were no interactions between method × substrate (P > 0.26) on molar proportions of
individuals VFA (i.e. acetic, propionic, and butyric), acetic/propionic ratio, and total
VFA. The different delivery methods affect molar proportion of propionic acid and
acetic/propionic ratio (P < 0.04). The propionic acid (mol/100 mol) presented higher
values when substrates were incubated into bags than dispersed in the medium (P < 0.03),
but no differences were found for F57 and NWT (P = 0.92). The substrate type affected
(P < 0.01) change of total VFA expressed in relation to OM incubated and digested, but
no (P > 0.62) for CH4 and CO2 in relation to ΔVFA. Decreasing the proportion of F:C
ratio in the substrate generally increased ΔVFA/OMi, while decreased ΔVFA/OMd. In
addition, substrate delivery method affected CH4/ΔVFA and CO2/ΔVFA (P < 0.04). The
dispersion method presented similar CH4/ΔVFA to NWT (P = 0.39) which was equal to
F57 (P = 0.08). However, regarding CO2/ΔVFA, incubation into bags showed lower
relative emission (P < 0.001) than when dispersed in the medium (0.31 vs 0.71), while
F57 and NWT were not different (P = 0.23).As conclusion, the greenhouse gases
emission, digestibility, acetic to propionic ratio are lower when substrates are incubated
within filter bags compared with when they are directly dispersed in the medium.
However, variables evaluated in F57 and NWT filter bags presented strongly correlated
results with the dispersion method, although F57 present some better advantages than
NWT bags, but more studies are needed to compare and validate the methods evaluated
against in vivo data.