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Avaliação da Efetividade da Fibra na Alimentação de Gado

I. INTRODUÇÃO

No balanceamento de dietas para vacas leiteiras, os carboidratos geralmente constituem 70% ou mais da matéria seca das rações. Mas além de quantitativamente importantes na composição do custo de produção de leite, os carboidratos dietéticos, e de forma específica, as frações fibrosas, desempenham papel fundamental na manutenção da funcionalidade do rúmen e, por conseguinte, da saúde da vaca em lactação (Lopes et al., 2006).

As diferenças nas quantidades e propriedades físicas da fibra podem afetar a utilização da dieta e, conseqüentemente o desempenho animal. Quando excesso de fibra é incluído na ração, a densidade energética torna-se baixa, a ingestão de matéria seca é reduzida e a produtividade animal tende a diminuir significativamente. Ao contrário, quando níveis mínimos de fibra não são atendidos ou ainda, são inadequados quanto ao tamanho de partículas da forragem, vários distúrbios metabólicos podem manifestar-se, variando desde uma alteração no perfil de fermentação ruminal até uma acidose aguda, que pode levar à morte do animal (Mertens, 1997).

Desta forma, para maximizar a produção animal, as dietas devem ser balanceadas com uma concentração ótima de fibra dietética que maximiza o consumo de energia, a síntese de proteína microbiana e a produção de leite. Entretanto, a formulação de rações que considera apenas a quantidade de fibra pode incorrer desvios, principalmente para vacas de alta produção que consomem dietas com alta proporção de concentrados. Portanto, os nutricionistas devem considerar a importância das características físicas dos alimentos, como tamanho de partícula e densidade, sobre a atividade de mastigação, fluxo de saliva, fermentação ruminal e composição do leite dos animais.

II. OBJETIVOS

O objetivo deste seminário é discutir sobre a aplicação do conceito de fibra efetiva na formulação de dietas para vacas em lactação e a metodologia para mensurar os fatores de efetividade dos alimentos.

III. REVISÃO DE LITERATURA

1. Metodologias para determinação de fibra

A análise de fibra já faz parte da avaliação de alimentos há mais de 100 anos (Van Soest, 1994). No entanto, ainda hoje, não existe consenso entre nutricionistas com respeito a uma definição uniforme para o termo (Weiss, 1993). De modo geral, a fibra pode ser definida nutricionalmente como a fração lentamente digestível ou indigestível dos alimentos que ocupa espaço no trato gastrointestinal dos animais (Mertens, 1997).

De acordo com Mertens (1992), o objetivo de qualquer esquema rotineiro de análise de alimentos é detectar diferenças entre fontes de alimentos para fornecer informações úteis aos nutricionistas e a fibra deveria separar a fração lentamente e não totalmente digerida daquela rapidamente ou quase totalmente digerida.

Atualmente, vários são os procedimentos analíticos disponíveis para determinação da fração fibrosa dos alimentos. Dentre estes, destacam-se como metodologias de aplicação rotineira a fibra bruta (FB), a Fibra em detergente neutro (FDN) e a Fibra em detergente ácido (FDA). A FB continua sendo o método oficial de determinação da fibra, sendo o seu registro obrigatório com níveis máximos nos ingredientes em rações. Este método, contudo, ignora as frações lignina e hemiceluloses, solubilizadas pelo tratamento da amostra com soluções alcalina e ácida, e não satisfaz a exigência de recuperação de componentes indigestíveis da fibra dietética (Nussio et al., 2006). Gradativamente, o método de FB foi substituído pelo de detergentes neutro e ácido desenvolvido por Van Soest e Wine (1967).

A FDA é constituída pela celulose e lignina que permanecem no resíduo em detergente ácido, sendo as hemiceluloses solubilizadas. Este procedimento foi desenvolvido como uma etapa preparatória da determinação de lignina (Van Soest, 1994).

A FDN mede o teor de fibra total e quantitativamente determina diferenças entre concentrado e volumoso, podendo ainda diferenciar volumosos de melhor ou pior qualidade (Gomes et al., 2006). O método FDN recupera, quantitativamente, celulose, hemiceluloses e lignina, com variável contaminação por cinzas, amido e proteína (Weiss, 1993). Embora a FDN não tenha um valor nutritivo ideal, pois sua digestibilidade varia com o teor de lignina e outros fatores, a fração solúvel em detergente neutro apresenta valor nutricional elevado por ser quase completamente digestível (95 – 98%), com a exceção de alguns tipos de amido que são lentamente digeridos (Mertens, 2002).

2. Respostas fisiológicas de vacas em lactação às características físicas da fibra dietética

A formulação de rações baseada no teor de FDN, embora atenda a um dos principais objetivos no balanceamento de dietas, que é definir o limite superior da relação volumoso/concentrado (V:C), não leva em consideração as características físicas da fibra, que estão associadas à cinética de digestão e taxa de passagem (Mertens, 1997).

As propriedades físicas da fibra em rações de vacas leiteiras são afetadas pela razão V:C, tipos de forragens e concentrados utilizados, proporção de fontes de fibra não forrageiras, tamanho de partícula e processamento dos ingredientes da dieta (Mertens, 1997). Estas propriedades físicas podem influenciar a saúde e longevidade das vacas, fermentação ruminal, metabolismo animal e teor de gordura no leite, independente a quantidade e composição da FDN quimicamente mensurada.

A FDN pode ser utilizada eficientemente para definir o limite inferior da relação V:C quando a maior parte da fibra da dieta provém de forragens com partículas longas ou picadas grosseiramente. Entretanto, FDN não é adequada para balancear dietas quando a forragem é finamente picada ou quando fontes de fibra não-forrageiras são utilizadas (Mertens, 2002).

A cascata de eventos responsável por decréscimos no desempenho animal, quando dietas com pouca fibra efetiva são formuladas e fornecidas para vacas em lactação, inclui reduções na atividade de mastigação, com conseqüente menor secreção de saliva tamponante. Isso leva à diminuição do pH ruminal e às alterações nos padrões de fermentação deste órgão. O estreitamento da relação acetato/propionato provoca modificações no metabolismo animal, que convergem para depressões de magnitude variada, na síntese de gordura do leite (Mertens, 2001).

A incidência de distúrbios metabólicos como deslocamento de abomaso, paraqueratose ruminal, abscessos hepáticos e laminite crônica tem sido associada ao suprimento dietético inadequado de partículas longas de fibra (Buckmaster, 2000). Entretanto, segundo Mertens (1997), os efeitos decorrentes das dificuldades de detecção de alterações na fermentação ruminal, originando acidose subclínica, podem ter impactos econômicos mais graves na produção leiteira.

3. Conceitos de efetividade da fibra: FDN fisicamente efetiva e FDN efetiva

Mertens (1997) relatou que, embora a determinação da concentração de FDN possa ser considerada como de rotina, a efetividade da fibra tem sido definida sob diferentes formas.

A fibra fisicamente efetiva (FDNfe) de um alimento corresponde às propriedades físicas de FDN, principalmente tamanho de partículas, que estimulam mastigação e estabelecem uma estratificação bifásica do conteúdo ruminal, contribuindo para a formação de uma camada flutuante de partículas grandes, denominadas de “mat”, sobre um pool de líquido e partículas pequenas (Mertens, 1997). Em termos práticos, é o produto do fator de efetividade física (fef) pela porcentagem de FDN obtida da análise química de um alimento (Armentano & Pereira, 1997). O valor de FDNfe dos alimento está relacionado à concentração de FDN, variação no tamanho de partícula, sendo esses fatores críticos para estimulação da ruminação e motilidade do rúmen (Mertens, 1998).

A fração FDN efetiva (FDNe) está relacionada ao somatório das habilidades totais de um alimento em substituir a forragem na ração, tanto que a porcentagem de gordura do leite produzido por vacas consumindo tal dieta seja mantida. Por definição, fatores de efetividade (fe) para FDN podem variar de zero, quando um alimento não tem habilidade para manter o teor de gordura do leite, para valores maiores que um, quando um alimento mantém a porcentagem de gordura do leite mais efetivamente do que o faz a atividade de mastigação (Mertens, 1997).

Quando apenas o teor de gordura do leite é utilizado como variável resposta de mudança na efetividade, os efeitos físicos de FDN sobre a atividade de mastigação e tamponamento ruminal são confundidos com os efeitos metabólicos causados por diferenças na composição química dos alimentos (Allen, 1997). Mertens (2001) discutiu que os efeitos adicionais parcialmente incluídos na FDNe envolvem características dos alimentos associadas com intrínseca capacidade de tamponamento, composição e concentração de gordura, teores de proteínas solúveis e carboidratos e proporções molares e concentrações de ácidos graxos voláteis.

Portanto, FDNfe e FDNe diferem em conceito e valores estabelecidos para cada alimento e, em razão da FDNfe estar relacionada à propriedades puramente físicas da fibra, trata-se de um conceito mais restrito que FDNe (Mertens, 1998).

4. Métodos para quantificar a efetividade da fibra

A efetividade de FDN vem sendo avaliada por meio de métodos estatísticos (Mertens, 1997), de ensaios biológicos (Clark e Armentano, 1993) e/ou do emprego de métodos laboratoriais de avaliação da estratificação de partículas dos alimentos (Mertens, 1997; Buckmaster et al., 1997; Fox et al., 1999).

4.1. Teor de gordura no leite

A manutenção da porcentagem de gordura do leite tem sido o centro das atenções de muitas pesquisas e de aplicações do conceito de fibra efetiva por nutricionistas no campo. O inevitável impacto econômico para o produtor, a facilidade pela qual pode ser mensurada, e a expectativa de que possa ser um aceitável reflexo da saúde, do bem-estar e do desempenho animal, são algumas das justificativas em que se baseia a eleição desta variável como indicativa dos efeitos da concentração dietética de FDNe. (Lopes et al., 2006).

O procedimento metodológico clássico, utilizado em experimentos de curta duração, para estimativa de valores de FDNe para subprodutos fibrosos de origem vegetal (fontes de fibra não-forrageira), baseia-se nas alterações observadas na porcentagem de gordura do leite, quando a FDN de uma forragem considerada padrão (fe = 1,0) é substituída pela FDN daquele subproduto sob teste (Clark e Armentano, 1993; Swain e Armentano, 1994; Depies e Armentano, 1995).

Este método exige a formulação de uma dieta basal com baixas concentrações de FDN total. A partir destes níveis basais são formuladas dietas com níveis crescentes de adição de FDN da forragem padrão, visando à obtenção de uma curva de resposta-padrão, relacionando teores de gordura do leite versus os conteúdos dietéticos de FDN da forragem referência (Swain e Armentano, 1994). O coeficiente de inclinação obtido desta regressão fornece uma estimativa do aumento linear de unidades porcentuais de gordura no leite para cada 1% de FDNe oriunda da forragem padrão. Com base nas concentrações de FDN definidas na dieta basal, deve-se formular uma ração contendo um nível adicional de FDN oriunda do alimento a ser testado. Desta forma, um segundo coeficiente de regressão é obtido, o qual expressa o acréscimo linear de unidades percentuais de gordura no leite com a adição de 1% de FDNe oriunda da alimento-teste. Da razão entre os dois coeficientes de regressão obtidos, tem-se uma estimativa do fe para o alimento–teste em relação à forragem considerada padrão no experimento (Lopes et al., 2006).

Por exemplo, se em uma avaliação com vacas em lactação, a inclusão na ração de FDN de grãos de destilaria desidratados gerasse um coeficiente de regressão linear de 0,020 e a silagem de alfafa um coeficiente de 0,025, o valor calculado de efetividade dos grãos de destilaria seria de 0,8 (0,020/0,025). Portanto, este produto teria 80% da efetividade da silagem de alfafa (Lima, 2006).

Alguns problemas deste método são: assume-se que a resposta do teor de gordura no leite ao aumento no teor de FDN da ração é linear; não são consideradas as diferenças que freqüentemente ocorrem na qualidade ou efetividade da fibra da silagem alfafa (tamanho de partícula); e desconsidera que a porcentagem de gordura no leite pode ser afetada por outros fatores e não apenas pelo teor de FDN da forragem (Armentano e Pereira, 1997).

Outra consideração a respeito da obtenção destas estimativas de fe está relacionada ao uso de vacas nos terços médio e final da lactação (Allen 1995, 1997; Kononoff, 2002). Segundo o NRC (2001), a composição do leite destes animais é mais sensível a mudanças dietéticas. Por este motivo, segundo Allen (1997), os valores de efetividade estimados com o auxílio desta metodologia não seriam aplicáveis a vacas no início a lactação. O autor sugere que o pH ruminal seria uma resposta mais adequada na determinação da exigência de fibra efetiva para esta categoria animal.

Embora o baixo teor de gordura no leite seja um indicador da formulação inadequada de rações, casos de laminite podem ser encontrados em rebanhos que não apresentam sinais de depressão no teor de gordura do leite, sugerindo que este não é um parâmetro adequado para avaliação da função ruminal e da saúde do rebanho (Mertens, 2000).

4.2. Comportamento ingestivo

O tempo de mastigação, composto pela ingestão e ruminação, tem sido uma das medidas mais estruturadas e utilizadas para avaliar a efetividade de FDN, por afetar a secreção de saliva, o processo de trituração dos alimentos, a função ruminal (pH e perfil de AGV), o consumo de matéria seca e a porcentagem de gordura no leite (Colenbrander et al, 1991). Vacas em lactação podem produzir até 308 litros de saliva por dia durante a mastigação (Cassida e Stokes, 1986), sendo esse um dos mecanismos mais importantes de remoção de íons hidrogênio produzidos durante a fermentação ruminal dos alimentos.

O tempo de mastigação é afetado principalmente pelo consumo de matéria seca, pelo teor de FDN total e por características físicas da ração (tamanho de partícula). Portanto, o comportamento ingestivo pode ser usado para calcular os valores de efetividade física da fibra dos alimentos e compará-los entre si.

Mooney e Allen (1997) desenvolveram uma série de equações, baseadas na concentração de FDN e tempo de mastigação, as quais foram utilizadas para calcular a efetividade física da fibra da silagem de alfafa e do caroço de algodão. Nesse método os autores consideraram os teores de FDN dos alimentos e tempo de mastigação proporcionado por cada ingrediente da ração. A contribuição dos concentrados para mastigação foi assumida como sendo igual a zero, embora Mertens (1997) tenha estimado valores tão altos quanto 0,94 para o milho triturado grosseiramente. Outra suposição, baseada na regressão de médias para tratamentos publicados na literatura, foi que o tempo basal de mastigação seria de 355 minutos por dia para dietas com 0% de FDN. Os valores de efetividade física dos alimentos testados foram calculados dividindo-se o tempo de mastigação por unidade de FDN do alimento teste pelo tempo de mastigação por unidade de FDN da silagem de alfafa.

Esse método de avaliação da FDNfe assume que a resposta do tempo de mastigação em relação ao aumento do teor de FDN da ração é linear, embora existam evidências na literatura de que não haja linearidade desta resposta (Beauchemin, 1991; Grant, 1997; Woodford e Murphy, 1988). Grant (1997) observou que a ruminação por unidade de FDNf consumida aumentou quando o teor de FDN da ração diminuiu, sugerindo que as vacas apresentam um mecanismo adaptativo de aumento na eficiência de ruminação quando o consumo de FDN era limitado.

Mertens (1997) propôs o conceito de FDN fisicamente efetivo (FDNfe) utilizando análises de regressão para designar fef para classes de alimentos, baseados na atividade de mastigação que eles estimularam. A princípio, Mertens (1997) sumarizou dados de atividade de mastigação de 45 experimentos publicados e determinou o consumo de FDN para cada fonte dietética e forma física das 265 combinações de vacas e tratamentos. Desta forma foram estabelecidos coeficientes de regressão representando “minutos de mastigação/Kg de FDN” para cada fonte e forma física. O feno de gramínea com fibra longa originou um coeficiente de regressão de 150 min/Kg de FDN e foi escolhido como a forragem padrão (fef=1,0). Para determinar os coeficientes de fef de vários alimentos, os tempos totais de mastigação foram divididos por 150 min/Kg de FDN e efetuou-se a regressão dessa variável versus o consumo de FDN (Kg/dia) de cada alimento.

4.3. Métodos laboratoriais

Um simplificado sistema para avaliação da FDNfe, que considera as características químicas e físicas dos alimentos, foi proposto por Mertens (1997). A concentração de FDN (% MS) do alimento é multiplicada pela porcentagem de partículas retidas em peneiras maiores do que 1,18 mm, obtendo-se o valor de FDNfe. Essa metodologia tem como premissa básica que partículas com tamanho inferior a 1,18 mm passam rapidamente pelo rúmen, não evidenciando importância no estímulo à mastigação e ruminação (Poppi et al., 1985). Além disso, pressupõe que a FDN é uniformemente distribuída nas frações do alimento contendo distintos tamanhos de partículas; que a atividade de mastigação é igual para todas as partículas retidas na malha de 1,18 mm; e que a fractabilidade (facilidade na redução do tamanho) é semelhante entre fontes de FDN (Mertens, 1997).

Buckmaster et al. (1997) também desenvolveram um método de avaliação do consumo de fibra efetiva, denominada Índice de Fibra Efetiva (IFE), baseado na distribuição das partículas dos alimentos em três peneiras e na concentração de FDN de cada fração, ponderada pela respectiva efetividade relativa em cada uma dessas frações. Nesse caso, a distribuição das partículas por tamanho foi efetuada utilizando o conjunto de peneiras (>19 mm, 8 a 19 mm e < 8 mm) da Penn State Forage and TMR Separator (Lammers et al., 1996). Segundo Buckmaster (2000), os coeficientes de efetividade relativa, que foram determinados baseados em dados publicados na literatura, refletem a efetividade de cada tamanho de partícula em estimular a ruminação e em contribuir para a formação do mat ruminal. Entretanto, alertou que ajustes baseados no tipo de alimento podem evidenciar-se necessários, pois este índice não capta diferenças na efetividade de partículas de distintas fontes dietéticas. Recentemente uma nova peneira com abertura de malhas de 1,18 mm foi incluída no Penn State Forage and TMR Separator (PSPS) e sua utilização foi validada, visando à adicional caracterização das partículas mais finas do alimento ou da dieta (Kononoff, 2002).

Um aspecto importante a ser considerado é que a metodologia de avaliação afeta a estimativa da efetividade física da FDN, sendo que os valores de FDNfe foram consideravelmente menores quando avaliados por meio da PSPS. Também foi identificada um correlação mais elevada entre os valores de FDNfe estimados pela metodologia de Mertens (1997), partícula retidas em peneiras de 1,18 mm e a atividade de mastigação (Beauchemin et al., 2003).

4.4. Valores de efetividade da FDN segundo a metodologia de estimação

Os conceitos de FDN fisicamente efetiva e FDN efetiva são relativamente recentes e tentativas vêm sendo feitas para incorporar este conceito na formulação de dietas para vacas em lactação. Entretanto, no momento, a falta de um método padrão e validado para medir fibra efetiva e estabelecer exigências limitam a aplicação deste conceito.

Allen e Grant (2000), trabalhando com vacas nos terços iniciais de lactação determinaram dois fatores de efetividade (fe), a partir da concentração de gordura do leite e do pH ruminal; e um fator de efetividade física (fef), tendo a atividade de ruminação (min/Kg de FDN) como variável de resposta animal. A forragem padrão (fef ou fe = 1,0) foi a silagem de alfafa e o alimento-teste foi o glúten úmido de milho. Os índices de efetividade obtidos foram de 0,74; 0,13; e 0,11; respectivamente para porcentagem de gordura no leite, pH e atividade de mastigação. Os autores pressuporam que as diferenças observadas nos índices de efetividade foram um reflexo dos atributos químicos e físicos do glúten de milho. Segundo eles, este alimento possui fibra altamente digestível que foi capaz de diluir carboidratos não fibrosos dietéticos, provocando decréscimos na produção de ácidos de fermentação. Mas devido ao seu pequeno tamanho de partícula, a FDN foi somente 11% tão efetiva quanto à FDN da silagem de alfafa em estimular a ruminação. Allen e Grant (2000) concluíram que os índices de efetividade podem variar substancialmente em função da variável-resposta, e recomendaram uma posição mais conservadora no tocante ao uso do menor valor obtido, evitando uma possível acidose no rúmen. Esta estratégia também foi recomendada por Pereira et al. (1999) para formulação de dietas em que fontes de fibra não-forrageiras são incluídas.

Depies e Armentano (1995), trabalhando com vacas no terço médio da lactação e silagem de alfafa como forragem-padrão, também obtiveram estimativas para fe e fef bastante diferentes quando utilizaram as respostas “porcentagem de gordura no leite” e “tempo de ruminação”. Os valores relatados para fe (porcentagem de gordura do leite) da FDN foram de 0,51 para ambos, o sabugo e milho moído e o farelo de trigo. Os respectivos fef da FDN (atividade de mastigação) para cada alimento foram 0,42 e 0,33. Os autores concluíram que metade da efetividade da FDN da silagem de alfafa refere-se ao seu tamanho de partículas, um efeito que não pode ser substituído pela FDN da maioria das fontes de fibra não-forrageira. A outra metade da efetividade da FDN da silagem de alfafa, e toda a efetividade da maioria das fontes de fibra não-forrageira são decorrentes do efeito de diluição dos carboidratos não-fibrosos da dieta.

IV. CONSIDERAÇÕES FINAIS

A determinação das características químicas e físicas dos alimentos, que influenciam sua efetividade em manter a funcionalidade do rúmen e o bem-estar do animal, evidencia-se como importante ferramenta para a otimização de dietas para vacas leiteiras.

A identificação das vantagens e deficiências inerentes às metodologias utilizadas na determinação dos fatores de efetividade dos alimentos torna-se necessária para orientar a busca por uma metodologia padrão que beneficie a aplicação prática do conceito de fibra efetiva.

Mais pesquisas são necessárias para identificar as propriedades dos alimentos que influenciam a efetividade da fibra dietética, visando o estabelecimento de um banco de dados para uso na formulação de rações.

Fonte: Material disponibilizado pelo Prof. Marcelo Neves Ribas

Adaptação:   Equipe CPT Cursos Presenciais

Autor(a): Marcelo Neves Ribas e Fernanda Samarini Machado

Data: 17/05/2010


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