Composição química e cinética de fermentação ruminal de subprodutos de frutas no sul da Bahia - Brasil

L G Ribeiro Pereira, D Cabral Barreiros*, L Silva Oliveira**, A Lima Ferreira***, R Martins Maurício****, J A Gomes Azevedo***, M Pereira Figueiredo*****, L Fernandes Sousa******, P Gomes da Cruz*****

Embrapa Semi-Árido, BR 428, Km 152, Zona Rural, C.P.23, 56302-970, Petrolina-PE, Brasil,
luiz.gustavo@cpatsa.embrapa.br
* Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia
** Embrapa Caprinos
*** Departamento de Ciências Agrárias e Ambientais, Universidade Estadual de Santa Cruz
**** Fundação Ezequiel Dias, Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais
***** Departamento de Fitotecnia e Zootecnia da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia
****** Universidade Federal de Minas Gerais

Resumo

A Fruticultura no nordeste brasileiro vem se destacando e a  região sul da Bahia acompanha esse desenvolvimento com agroindústrias sendo instaladas por toda região, o que vem gerando resíduos agroindustriais que podem ser aproveitados na dieta animal. O objetivo deste trabalho foi avaliar o valor nutritivo dos resíduos gerados pelas agroindústrias processadoras de polpas de frutas da região sul da Bahia para alimentação de ruminantes.  Os resíduos de frutas (Caju, Goiaba, Graviola, Manga e Umbu) foram avaliados quanto a composição bromatológica, digestibilidade in vitro e cinética de fermentação ruminal pela técnica in vitro semi-automática de produção de gases.

Os teores de matéria seca variaram de 12,4% (Graviola) a 42,92% (Umbu) e os de proteína bruta de 4,95% (Manga) e 10,7 (Graviola). Os teores de parede celular  foram elevados, destacando-se o umbu com os valores mais elevados de fibra detergente neutro (FDN, 88%) e fibra detergente ácido (FDA, 74,8%) e a casca da Manga com os menores valores, 23,7% de FDN e 14,5% de FDA. Quanto aos valores de digestibilidade in vitro e cinética de fermentação ruminal, destacou-se a casca de Manga, enquanto os resíduos de Goiaba e Umbu foram inferiores aos demais.

Os resíduos de frutas estudados apresentaram potencial para serem utilizados como alternativa na alimentação de ruminantes, porém são necessários estudos envolvendo resposta animal. 

Palavras chaves: degradação, fermentação, produção de gases, ruminantes

Chemical composition and ruminal fermentation kinetics of fruit by-products in south Bahia - Brazil

Abstract

The fruit production in the northeast of Brazil has been improved, especially in Bahia state where fruit companies were installed. During the fruit processing, several by-products are produced which could be used for animal nutrition. The objective of this work was to evaluate the nutritional value of fruit by-products generated by fruit companies on the south of Bahia state.  The fruit by-products, Cashew (Anacardium occidentale), Guava (Psidium guajava), Soursop (Annona muricata L.), Mango (Mangifera indica) and Umbu (Spondias tuberosa) were analyzed in terms of chemical composition and by the in vitro gas production technique.

The dry matter content ranged from 12.4% (soursop) to 42.92% (Umbu) and 4.95% (Mango) to 10.7 (Soursop) for crude protein. The cell wall contents were very high; the Umbu neutral fiber detergent (FDN) was 88.0% and acid detergent fiber (FDA) 74.8% and the Mango peel promoted the lowest values (23.7% for FDN and 14.5% for FDA). Mango peel demonstrated the highest potential for ruminal digestibility and kinetics. Guava and Umbu residues demonstrated the lowest nutritional value.

The residues of fruits showed future as alternative feeds for ruminants, however, in vivo studies are needed.  

Key words: degradation, fermentation, gas production, in vitro, ruminants

Introdução

A região Nordeste conta com aproximadamente 1.542.000 km², correspondendo a 13,5% da área total do Brasil. Nessa região, observa-se, em geral, baixa produtividade nos rebanhos de ruminantes.

O custo com a alimentação é um dos fatores que mais onera a criação dos ruminantes. Assim, a utilização de alimentos alternativos, objetivando minimizar o custo e maximizar a produção, pode ser uma opção viável.

A América Latina produz mais de 500 milhões de toneladas de resíduos e subprodutos agroindustriais, sendo o Brasil responsável por mais da metade desta produção. Desta forma, o aproveitamento destes subprodutos assume um papel economicamente importante, devido ao grande volume disponível, assim como a versatilidade de sua utilização, basicamente sob a forma de insumos para a alimentação. 

Atualmente, existem várias indústrias na Região sul da Bahia que processam frutas para fabricação de polpa. Atualmente os resíduos gerados são fontes de contaminação ambiental, além de elevar o custo de produção devido ao transporte e pagamento de áreas para depositar esses resíduos. Dentro deste contexto, os animais ruminantes revestem-se de especial importância, pois o seu sistema digestivo permite que convertam alimentos fibrosos em proteína de alto valor biológico para uso na alimentação humana. 

Para se verificar as possibilidades de transformação dos resíduos e subprodutos para alimentação animal, além da deficiência e/ou dos desequilíbrios nas características nutricionais, deve-se considerar a disponibilidade do material, custo com coleta e transporte, o tratamento necessário para melhoria de seu valor nutritivo e uso de tecnologias envolvidas, assim como equipamentos necessários e possibilidades de armazenamento (Rogério et al 2003; Burgi 1995).  

O objetivo desse trabalho foi avaliar o valor nutritivo dos resíduos da agroindústria de polpa de frutas da região cacaueira do Sul da Bahia, através da determinação da composição bromatológica e da digestibilidade in vitro da matéria seca pela técnica in vitro semi-automática de produção de gases.
 

Material e métodos

A avaliação da composição bromatológica dos alimentos foi conduzida no Laboratório de Nutrição Animal da Universidade Estadual de Santa Cruz, Ilhéus - BA. Já o ensaio de digestibilidade im vitro foi realizado no Laboratório de Nutrição Animal da Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte - MG.  

Foram estudados os resíduos da extração de sucos e polpas (caju, goiaba, graviola, manga, e umbu). Os suprodutos da Graviola (Annona muricata, Annonaceae), casca, caroço e frutos estragados; do Caju (Anacardium occidentale, Anacardiaceae), bagaço bruto - obtido após a primeira prensagem do fruto (casca e polpa) e o bagaço refinado - obtido após a prensagem da polpa) e da Manga (Mangifera indica,  Anacardiaceae), casca foram coletados na agroindústria Sabiá – Ltda, localizada no município de Ilhéus-BA e os subprodutos da Goiaba (Psidium guajava, Myrtaceae) casca, caroço e parte da polpa e do Umbu (Spondias tuberosa, L., Anacardiaceae), caroço e parte da polpa foram coletados na agroindústria Santa Rosa em Ipiaú-BA.  

Esses resíduos foram pesados e amostrados para a pré-secagem em estufa de ventilação forçada à 65ºC. Posteriormente o material foi processado em moinho tipo Willy dotado de peneira com crivos de 1 mm e acondicionado em frascos de vidro com tampas de polietileno. Determinou-se a matéria seca (MS) e a matéria mineral (MM) segundo Silva e Queiroz (2002), proteína bruta (PB) pelo método de Kjedhal segundo a AOAC (1995). Os componentes da parede celular, fibra detergente neutro (FDN), fibra detergente ácido (FDA) foram obtidos de acordo com Van Soest et al (1991) com a adição de α-amilase  termoestável.

Determinou-se a lignina em detergente ácido a 72%, celulose e hemicelulose conforme Silva e Queiroz (2002). A digestibilidade in vitro da matéria seca (DMS) foi obtida após 48h de fermentação em frascos com capacidade de 160 mL, utilizando-se meio de cultura de acordo com recomendações de Theodorou et al (1994). Um grama de amostra foi pesada e introduzida nos frascos de fermentação. Nestes, foram também acrescentados 90 mL de meio de cultura tamponado. A avaliação da cinética de degradação ruminal foi realizada através da técnica in vitro semi-automática de produção de gases proposta por Maurício et al (1999) e os dados de pressão e volume corrigidos de acordo com equação proposta por Mauricio et al (2003).

Como doador de líquido ruminal (10 mL/frasco de fermentação) foi utilizado bovino macho adulto, canulado no rúmen, alimentado com silagem de milho ad libtum e dois quilos de concentrado comercial com 22% de PB. Após a inoculação os frascos foram colocados em estufa a 39ºC. A pressão dos gases foi mensurada através de um transdutor de pressão às 2, 5, 6, 8, 9, 11, 12,14, 17, 20, 24, 28, 34, 48, 72 e 96h, usando-se duas réplicas por amostra. O volume de gases foi estimado através da equação proposta por Maurício et al (2003)

Os resíduos de fermentação foram obtidos através da filtração do conteúdo dos frascos de fermentação em cadinho de porosidade um nos tempos 6, 12, 24, 48 e 96h. Os cadinhos foram secados por oito horas a 105ºC e pesados para que fossem calculados os valores de degradabilidade da matéria seca (DMS). O fator de partição foi calculado pela divisão da quantidade de matéria seca degradada (mg/kg) pelo volume de gases produzidos após 96 horas de fermentação (mL). 

O modelo matemático multifásico de Pell e Schofield et al (1993) foi utilizado para a avaliação da cinética de fermentação,

V(t) = Vf₁/(1+exp (2-4*c₁*(T-L))) + Vf₂/(1+exp(2-4*c₂ *(T-L))),

em que:

Vf1 - volume máximo de gases da fração de Carboidrato não Fibroso (CNF) 

C1 – taxa de digestão para a fração de CNF

L – latência ou tempo de colonização

Vf2 - volume máximo de gás da fração de Carboidratos Fibrosos (CF)

C2 – taxa de digestão para a fração de CF

T – Tempo de fermentação

Os parâmetros de cinética de fermentação foram também obtidos pelo modelo unicompartimental:

Y = A {1 - exp ^{[ - b(t - L) - c x (Öt - ÖL)]}} (1) de France et al (1993),

em que:

Y = produção cumulativa de gases (mL),

A = assíndota ou potencial máximo de produção de gases,         

L = tempo de colonização (lag time), b (h-1) e c (h-0,5) = taxas fracionais constantes.

A taxa fracional (h^-1) de produção de gases (µ) foi calculada pela equação:

µ = b + c/2Öt (2)

em que:

µ = taxa de produção de gases (h-1)

b e c = parâmetros semelhantes ao da equação (1)

t = tempo de incubação em horas

Conforme France et al (1993), utilizando o software MLP (“Maximun Likelihood Program”) segundo Ross (1987).

Os parâmetros deste último modelo foram utilizados para o cálculo das degradabilidades efetivas das matérias secas (DEMS) empregando as taxas de passagem de 2, 5 e 8%/h para baixo, médio e alto consumo, respectivamente. A equação utilizada foi:

DEMS = S₀ e^-kT (1 - k_I)/ (S₀ + U0),

em que:

k = taxa de passagem

S₀ e U₀ = frações inicialmente fermentáveis e frações não fermentáveis

Resultados e discussão

Na tabela 1, encontram-se os dados de MS, MM, PB e EE dos subprodutos do Caju, Goiaba, Graviola, Manga e Umbu.

Os subprodutos apresentaram teores de MS inferiores ou próximos a 20%, com exceção do Umbu, que apresentou 42,9% de MS. Trabalhos na literatura demonstraram valores superiores de MS, como os 69,5% obtido para o pedúnculo do Caju (Holanda et al 1996), 89,1% de MS para o bagaço desidratado de Caju (Rogério 2005), 86,0% de MS também para o bagaço desidratado de Caju (Ferreira et al 2004b). Para o resíduo de Goiaba, Lousada Junior et al (2005) obtiveram valores de 86,3% e Neiva et al (2002) 88,8% de MS. Os valores superiores aos encontrados neste trabalho são justificados pela forma de processamento destes resíduos, uma vez que nestes trabalhos o material foi desidratado. Já Ferreira et al (2004a) ao avaliarem o subproduto do Caju (bagaço in natura), encontraram o valor médio de MS de 25,4%.

Os elevados teores de umidade são fatores limitantes para o armazenamento e utilização destes subprodutos, sendo necessários estudos que avaliem formas de desidratação como o processo de fenação ou de fermentação (silagem) dos mesmos, para que possam ser armazenados e utilizados na alimentação dos animais. Em locais de clima seco, a desidratação tem sido o processamento mais utilizado para a conservação dos resíduos de frutas (Rogério 2005). Na região cacaueira baiana, a elevada umidade relativa do ar compromete a desidratação, restando então as alternativas de ensilagem ou fornecimento do material fresco in natura para os animais. 

Quanto aos valores de PB, o resíduo de Graviola apresentou o valor mais elevado (10,7%), entretanto nenhum dos subprodutos pode ser considerado como alimento de elevado valor protéico. 

O resíduo de Caju (bagaço bruto) apresentou 9,0% de PB, valor próximo a 8,6%, encontrado por Holanda et al (1996). Ferreira et al (2004a) analisaram o subproduto do Caju (bagaço) e encontraram 14,2% de PB.  

O resíduo de Goiaba apresentou 6,9% de PB. Valor inferior aos encontrados por Neiva et al (2002) que obtiveram 7,8% de PB e Lousada Jr. et al (2005) que obtiveram 8,5% de PB para o resíduo de Goiaba desidratado. Não foram encontrados dados na literatura para composição bromatológica dos resíduos de Graviola, Manga e Umbu. 

Quanto aos teores de EE, houve variação de 0,2% (bagaço refinado de Caju) a 3,6% (Umbu). Nenhum dos subprodutos avaliados apresentaram valores elevados e estão condizentes com os resultados obtidos por outros autores que avaliaram subprodutos de frutas (Ferreira et al 2004a; Lousada junior et al 2005). 

Todos os subprodutos avaliados apresentaram elevados conteúdos de parede celular, os valores de FDN, FDA, CEL, HEMI e LIG encontram-se na Tabela 1, onde o Umbu apresentou os valores mais elevados de FDN (88,0%) e FDA (65,8%) e a casca da Manga, os menores valores, 23,7% de FDN e 14,0% de FDA. O elevado valor destes componentes da parede celular no resíduo de Umbu se deve ao subproduto ser basicamente composto por semente (caroço). Enquanto que a baixa quantidade de constituintes de parede celular da casca da Manga sugere a alta disponibilidade de nutrientes solúveis. Os valores de FDN geralmente são correlacionados negativamente com o consumo de MS e os valores de FDA com a digestibilidade (Van Soest 1994).  

Os valores de FDN e FDA dos subprodutos do Caju do presente trabalho foram inferiores aos obtidos por Ferreira et al (2004a), que obtiveram valores de 65,5 % de FDN e 47,0% de FDA para o subproduto de Caju (bagaço in natura).

O valor de FDN (58,3%) e FDA (47,7%) do subproduto desidratado da Goiaba neste trabalho foram inferiores aos obtidos por Neiva et al (2002) que encontraram 72,6 e 54,8% para FDN e FDA, respectivamente. 

Ao analisar os dados de composição bromatológica dos subprodutos das frutas, nota-se discrepâncias entre os dados da literatura. Essas diferenças podem ser associadas às diferentes formas de processamento dos mesmos, já que as agroindústrias podem ter propósitos distintos (suco, polpa, doce, extratos e outros), e diferentes formas de obtenção do produto (prensas mecânicas, hidráulicas e outras). Assim, é indispensável que estes subprodutos tenham a composição bromatológica criteriosamente avaliadas em laboratórios confiáveis.  

Na Tabela 2 estão apresentados os valores de PCG e DMS, onde para o tempo de fermentação de 48h, a casca de manga destacou-se com DMS de 83,6%, já os subprodutos do Caju, bagaço bruto (58,7%) e refinado (45,5%) e a Graviola (57,6%) apresentaram valores intermediários enquanto os resíduos de Goiaba (39,7%) e Umbu (14,3%) apresentaram valores baixos de DMS. Esta mesma ordem foi observada para a produção cumulativa de gases (PCG), onde os valores para o mesmo tempo de fermentação (48h) foram 331, 225, 221, 174, 163 e 57 mL para manga, bagaço bruto do Caju, Graviola, bagaço refinado, Goiaba e Umbu, respectivamente. 

A manga apresentou os mais elevados valores de DMS e PCG para todos os tempos de fermentação, enquanto o Umbu apresentou os menores. Comparando-se o fator de partição (Tabela 2), nota-se que a graviola, a manga e o caju (bagaço refinado) apresentaram os mesmos valores, já o bagaço bruto de caju e a goiaba apresentaram um fator de partição inferior, indicando maior produção de gases por unidade de material degradado, ao contrário do observado para o umbu, que apresentou 2,46 de fator de partição.

Com os valores de DMS e PCG da tabela 3 foram estabelecidas equações de regressão. O coeficiente de determinação das equações de todos os alimentos foi elevado, demonstrando que o volume de gases produzido refletiu o processo de degradação da matéria seca fermentada.  

Na figura 1, encontra-se o gráfico de produção acumulada de gases a qual ilustra a superioridade da casca da manga com relação aos demais subprodutos.

Na comparação das produções de gases entre os períodos de incubação, nota-se aumento significativo com o decorrer dos processos de degradação, porém, as produções acumuladas de gases demonstraram uma tendência de estabilização após 72 horas, sendo o tempo máximo de incubação (96 horas) suficiente para que o potencial máximo de degradação fosse atingido. A superioridade do subproduto de Manga, provavelmente deve-se ao teor de substratos solúveis (fermentáveis). Já o subproduto do umbu apresentou baixa produção de gases devido ao tipo e quantidade de carboidratos presentes neste subproduto.

Na figura 2, encontra-se o gráfico da produção de gases da MS por hora dos diferentes subprodutos. Nota-se que as maiores produções de gases por hora para todos alimentos ocorreram entre 6 e 12 h de fermentação e após as 12 h houve redução na taxa de produção de gases por hora, evidenciando que as maiores taxas, provavelmente estão relacionadas a carboidratos prontamente fermentáveis como a pectina e os carboidratos solúveis.

Na tabela 3 são apresentados os parâmetros cinéticos da fermentação ruminal dos subprodutos da agroindústria de polpa de frutas. Para a interpretação destes resultados deve ser levado em conta que quanto menor o tempo de colonização (Lag Time), mais rapidamente a flora microbiana conseguirá degradar o alimento, porém, para um alimento ter um bom valor nutritivo deve apresentar elevado potencial máximo de produção de gases (VF₁ e VF₂ para carboidratos não fibrosos e fibrosos, respectivamente) e alta taxa de produção de gases (C₁ e C₂ para taxas de produção de gases dos carboidratos não fibrosos e fibrosos, respectivamente).

O subproduto do Umbu apresentou o menor tempo de colonização (2h:20min) e o subproduto da Manga o maior tempo de colonização (3h:11min), o que pode ter determinado esses diferentes tempos de colonização é o tipo de substrato presente em cada subproduto. O subproduto do umbu, apesar de apresentar 88% de FDN e 66% de FDA, contém fração de carboidratos de rápida fermentação, sendo rapidamente degradado pelos microorganismos ruminais.  

O subproduto oriundo da extração da polpa do Umbu e o subproduto da goiaba apresentaram parâmetros cinéticos inferiores aos demais subprodutos, evidenciando a baixa fermentabilidade dos substratos. A casca da manga apresentou o maior volume final de produção de gases para os CNF (VF₁ = 152 mL) e CF (VF₂  = 187 mL). A Graviola apresentou VF₁ de 146 mL e VF₂ de 81 mL, evidenciando a maior contribuição dos CNF para este alimento quando comparado com os CF, já que este foi o subproduto que apresentou a maior discrepância entre VF₁ e VF₂ . Na comparação entre os dois subprodutos do Caju, nota-se que o VF₁ do bagaço refinado (79 mL) foi inferior ao do bruto (133 mL), fato provavelmente relacionado a maior remoção dos CNF durante a segunda extração.

Quanto aos valores de taxa de produção de gases para os CNF (C₁) e CF (C₂) destacou-se o resíduo da Graviola com os maiores valores (C₁ = 0,376 e C₂  = 0,210/h). Porém este dado não deve ser considerado isoladamente, pois um alimento de alto valor nutritivo deve apresentar também elevado potencial de degradação, que são representados por VF₁ e VF₂. A manga destacou-se novamente para C₁, apresentando após a Graviola o valor mais elevado, porém este subproduto também apresentou elevados valores de VF₁ e VF₂. Os subprodutos do Caju apresentaram valores de C₁ e C₂ muito próximos, com ligeira superioridade para o bagaço bruto.    

Na tabela 4 encontram-se os valores de degradabildade efetiva para as taxas de passagem (0,02/h, 0,05/h e 0,08/h) dos subprodutos da agroindústria de polpa de frutas.

Para a taxa de passagem de 0,05/h a casca da manga apresentou o maior valor (59%) em relação aos demais subprodutos, isso pode ser explicado em função da elevada percentagem de fração solúvel e insolúvel potencialmente degradável e alta taxa de degradação. Gonçalves et al (2004) encontraram os valores de DE (0,05%) para Manga de 61%, Caju de 25% e Graviola de 48%. Manoel et al (2003) encontraram a DE (0,05%) de 27% para o subproduto da Goiaba. As diferenças destes dados com relação ao do presente trabalho devem-se as diferentes composições dos subprodutos e ainda às diferentes metodologias empregadas para a obtenção destes dados, já que nos trabalhos de Gonçalves et al (2004) e Manoel et al (2003) foram utilizadas metodologias gravimétricas (degradabilidade in situ utilizando sacos de náilon). 

A degradabilidade efetiva para as taxas de passagem de 0,02 e 0,08/h seguiram as mesmas tendências, destacando-se a manga, seguida pela graviola e bagaço bruto de Caju que apresentaram valores intermediários e bagaço de caju refinado e goiaba que apresentaram valores inferiores. Não foi possível calcular a degradabilidade efetiva para o subproduto do Umbu, pois os dados de produção de gases não se adequaram ao modelo de France et al (1993). 

Na figura 3 podem ser visualizados os gráficos de produção cumulativa de gases e a contribuição das frações CNF e CF para os seis subprodutos avaliados.

Nestes gráficos pode ser comprovada a superioridade da casca da manga com relação aos demais subprodutos. Para o resíduo refinado de Caju, Goiaba e Manga, a fração CF foi a que mais contribuiu para a produção de gases. Esse fato é importante para nutrição dos ruminantes, pois a partir da degradação da fração de carboidratos fibrosos será formado o acido acético aumentando assim a relação acetato/propionato no rúmen. Para os demais subprodutos a fração de CNF foi a que mais contribuiu com a produção total de gases, com destaque para a graviola que apresentou os CNF e CF com maiores C₁ e C₂. A quantificação dos ácidos graxos voláteis (AGVs) totais torna-se necessário em experimentos futuros.

Os parâmetros de cinética de degradação e DE dos subprodutos do caju podem ter sido influenciados negativamente pela presença do tanino, já que o pseudofruto contém este composto fenólico. Dentre os efeitos biológicos dos taninos que podem interferir no processo fermentativo estão a inibição de enzimas bacterianas celulolíticas e ureolíticas (Marinho 1984) e alterações na relação entre os ácidos na fermentação ruminal (Nuñez-Hernandez et al 1991).

Conclusões

• A forma de processamento do bagaço de caju interferiu na composição bromatológica e na cinética de fermentação ruminal deste subproduto.
  
  

• Os subprodutos do umbu e goiaba apresentam limitações nutricionais para serem utilizados na alimentação animal 
  
  

• Entre os subprodutos da agroindustria processadora de frutas analisados, destacaram-se os resíduos da manga, resíduo bruto do caju e graviola que podem ser alternativas para alimentação animal, porém são necessários estudos que mensurem o consumo, o desempenho e que sejam estabelecidas as melhores formas de armazenamento destes subprodutos.
   

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Received 8 August 2007; Accepted 13 November 2007; Published 1 January 2008

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