Cinética de produção de gases in vitro de resíduo do nabo forrageiro utilizando diferentes modelos não-lineares

Kinetics of in vitro gas production of turnip residue using different non-linear models

ABSTRACT - The objective of this work was to evaluate the adequacy of seven nonlinear models (France, Orskov & McDonald, Gompertz, simple and bicompartmental exponents and simple and bicompartmental logistic) in the adjustment of the curve and in the generation of parameters of cumulative production of in vitro waste gases of turnip used in ruminant nutrition. In vitro incubation was performed in graduated syringes with quantification of the volume of gases at the times 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 24, 26, 28, 30, 32, 36, 48, 52, 54, 56, 60 and 72 hours. For comparison of the estimated values with the equations and the values observed in the graduated syringes, the regression parameters were tested by the Mayer test, in addition to the evaluation of mean bias (MB), correlation coefficient (CCC) and mean square of prediction error (MSPE). The model that presented the best fit was the Exponential Bicompartmental, because it presented the lowest MSPE.

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Introdução

A técnica que mensura a produção cumulativa dos gases in vitro vem sendo utilizado com sucesso para avaliação do comportamento digestivo dos alimentos.

Diversos modelos não-lineares, com pressuposições e tratamentos distintos, estão disponíveis para ajuste das curvas de produção de gases e para determinação dos parâmetros de degradação ou perfil de fermentação. O principal objetivo destes modelos é descrever alterações no sistema em função do tempo de incubação.  

Este trabalho teve como objetivo avaliar a adequação de diferentes modelos matemáticos para ajustar os perfis da cinética de produção de gases in vitro de alimentos tropicais.

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Revisão Bibliográfica

A técnica in vitro de produção de gases tem sido amplamente utilizada para avaliar a cinética dos processos de fermentação microbiana ruminal (Ramin & Huhtanen, (2012). A técnica baseia-se no pressuposto de que o gás produzido em meio de cultura inoculado com microrganismos ruminais e em condições semelhantes ao rúmen-retículo, é diretamente proporcional à quantidade de substrato fermentado (López et al., 2007).

                Para determinação dos parâmetros da cinética de produção de gases in vitro, várias equações não-lineares já foram propostas e testadas para os diferentes substratos utilizadas ( Melo et al., 2008; Rodrigues et al., 2009; Uckards & Efe, 2014), sendo que cada um apresentam suposições e tratamentos distintos. Em estudo com incubação de silagens de girassol e milho, Melo et al. (2008) testaram diferentes modelos não lineares e notaram que o modelo de France produzia volumes negativos nas primeiras três horas de incubação, achado biologicamente impossível, e atribuíram este fato ao valor do parâmetro b, que não apresenta interpretação biológica. Além disso, observaram que os modelos de Gompertz e Logístico simples superestimaram o segundo ponto de inflexão da curva e subestimaram a fase assintótica após 144 horas. Estes autores concluíram então, que o modelo Logístico Bicompartimental foi o mais eficiente por apresentar curva adequada em todas as fases de incubação e apresentar características mais relevantes do ponto de vista nutricional, por exemplo, a geração de parâmetros oriundos de carboidratos fibrosos e não fibroso.

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Materiais e Métodos

O experimento foi conduzido no Laboratório de Nutrição Animal da Universidade Estadual de Santa Cruz (UESC), Ilhéus, Bahia.

Amostras do nabo forrageiro foram submetidas à pré-secagem a 55ºC durante 72 horas e moídos em moinho de facas com peneira de porosidade de 2 mm de diâmetro. Logo após, foi realizada análises do conteúdo de matéria seca (MS), proteína bruta (PB), matéria mineral (MM) e extrato etéreo (EE) conforme os métodos da AOAC (1990).

A análise de fibra em detergente neutro (FDN) foi realizada de acordo com o método de Mertens, (2002). A correção da FDN para os compostos nitrogenados e a estimação dos conteúdos de compostos nitrogenados insolúveis nos detergentes neutro (NIDN) foi feita conforme Licitra et al. (1996). O conteúdo de carboidratos não-fibrosos (CNF) foi calculado de acordo com (Hall 2000). A digestibilidade in vitro da FDN (DIVFDN) foi realizada de acordo com Schofield et al. (1994). 

A tabela 1 apresenta os valores da composição química e digestibilidade da fibra em detergente neutro do nabo.

Tabela 1. Composição química e digestibilidade da fibra em detergente neutro (DIVFDN) do nabo.

Alimento		Variáveis em (% de MS)
	MSa	MOb	PBb	NIDNc	FDNcpb	CNFb	DIVFDNd
Nabo	916	943	276	199	227	197	81,6

^a g/kg; ^b g/kg na MS; ^c g/kg na PB; ^d %                 Para a produção dos gases foram utilizadas seringas calibradas de acordo com procedimento descrito por Getachew et al. (2004). A partir disso, a leitura da produção de gás foi realizada nos tempos 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 24, 26, 28, 30, 32, 36, 48, 52, 54, 56, 60 e 72 horas.

A taxa e extensão da produção de gases foram estimadas por ajustamento dos dados de produção de gases aos modelos unicompartimental: France et al. (1993), exponencial, logístico, Gompertz, Orskov e McDonald (1979), além dos modelos bicompartimental: logístico e exponencial.

              A avaliação dos modelos foi realizada através do ajustamento do modelo de regressão linear simples dos valores observados sobre os valores preditos pelas equações, sendo as estimativas dos parâmetros de regressão testadas pela hipótese de nulidade conjunta segundo Mayer et al. (1994):

Ho : β0 = 0 e β1 = 1

 

Ha : não Ho.

Para o Teste de Mayer et al. (1994) utilizou-se a probabilidade de 5% e sob o caso de não rejeição da hipótese de nulidade, concluiu-se pela equivalência entre os valores preditos (volume de gás nas determinadas horas apresentado pelo modelo) e observados (volume de gás nas determinadas horas observado nas seringas graduadas).

Ainda avaliou-se o viés médio (VM), que foi calculado conforme (Cochran e Cox, 1957) e o coeficiente de concordância da correlação (CCC), também conhecido como índice de reprodutibilidade, que considera simultaneamente exatidão e precisão, foi calculado conforme Lin (1989).

A avaliação comparativa da eficiência de predição das equações foi realizada pela avaliação do quadrado médio dos erros de predição (QMEP), segundo descrito por Bibby e Toutenburg (1977).

Para avaliação dos parâmetros de regressão, VM, CCC e QMEP utilizou-se o programa Model Evaluation System (MES), versão 3.0.11. (http://nutritionmodels.tamu.edu/mes.htm, College Station, TX, USA; Tedeschi, 2006).

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Resultados e Discussão

Na tabela 3 são apresentados os parâmetros cinéticos de degradação estimados pelos diferentes modelos.

Tabela 3. Assíntotas (mL) total, dos CNF e dos CF (A, A_CNF e A_CF), taxas fracionais de degradação (h^-1) total, dos CNF e dos CF (µ, µ_CNF e µ_CF) e tempo de latência (λ, em horas) do nabo forrageiro utilizando diferentes modelos matemáticos.

Avaliando o valor de P para o teste de Mayer et al. (1994), a hipótese de nulidade foi aceita para todos os modelos (P>0,05), desta forma os valores preditos pelos diferentes modelos são correspondentes aos valores observados nas seringas graduadas), sendo que o modelo de Gompertz foi o que apresentou maior VM para o alimento com valor de 0,5 %. Segundo Yungblut et al. (1981) consideraram que um viés médio inferior a 10% em relação aos valores observados é aceitável. Quando o CCC foi analisado, todos os modelos apresentaram valores próximos a 1, indicando bom ajuste aos valores observados.

Dentre os índices de avaliação dos modelos, o QMEP foi o que mais contribuiu para demonstrar o ajustamento dos modelos, sendo o modelo exponencial bicompartimental o que apresentou menor QMEP.

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Conclusões

Os modelos bicompartimentais foram os mais adequados para o alimento testado, sendo o Exponencial Bicompartimental mais eficiente, por apresentar menor quadrado médio do erro de predição, menor viés médio e coeficiente de correlação e concordância mais próximo de 1, tornando este modelo o mais adequado. Além disso, estes modelos geram parâmetros de fácil interpretação biológica e de grande valor nutricional para a avaliação de alimentos utilizados na Nutrição de Ruminantes.

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Referências

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