Chemical Composition of Sugar Cane Bagasse Treated with Calcium Oxide

Transcrição

1 DOI: Composição Química do Bagaço de Cana-de-Açúcar Tratado com Óxido de Cálcio Paulo Roberto Silveira Pimentel 1, Lara Maria Santos Brant 1, Vicente Ribeiro Rocha Junior 1, Sidnei Tavares dos Reis 1, Dorismar David Alves 1, Anna Luisa de Oliveira Castro 1 Resumo: Objetivou-se avaliar o efeito da inclusão de doses crescentes de óxido de cálcio (CaO) e diferentes tempos de exposição aeróbia, sobre a composição química do bagaço de cana-de-açúcar. O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado em esquema fatorial 4 x 4 + 1, com três repetições por tratamento, sendo composto de quatro doses de CaO (0,5; 1,0; 1,5 e 2,0% da matéria natural), quatro tempos de exposição aeróbia (18, 36, 54, 72 horas) e um tratamento controle (bagaço in natura). Foram analisados os teores de matéria seca (MS), matéria mineral (MM), proteína bruta (PB), extrato etéreo (EE), fibra em detergente neutro (FDN), fibra em detergente neutro corrigida para cinzas e proteína (FDNcp), fibra em detergente ácido (FDA), hemicelulose, celulose, lignina, carboidratos não fibrosos (CNF) e nutrientes digestíveis totais (NDT). O aumento dos níveis de CaO no processo de hidrolise do bagaço de cana-de-açúcar implicou em aumento linear dos teores de MM e redução linear dos teores de FDN e FDNcp. O tempo de exposição aeróbia ocasionou um aumento linear nos teores de MS. Os teores de PB, EE, FDA, hemicelulose, celulose, lignina, CNF e NDT não foram alterados pelas doses CaO e tempos de tratamento. Os tempos de exposição aeróbia, de 18 a 72 horas, podem ser adotados no tratamento do bagaço de cana. A inclusão do óxido de cálcio em doses de até 2% da matéria natural reduz os teores de fibra e eleva os teores de matéria mineral do bagaço de cana melhorando o valor nutritivo do material. Palavras-chave: fibra em detergente neutro, hidrólise alcalina, subproduto, volumoso Chemical Composition of Sugar Cane Bagasse Treated with Calcium Oxide Abstract: The objective was to evaluate the effect of adding increasing doses of calcium oxide (CaO) and different times of air exposure on the chemical composition of sugarcane bagasse. The experimental design was completely randomized in a factorial 4 x 4 + 1, with three replicates per treatment, consisting of four levels of CaO (0.5, 1.0, 1.5 and 2.0% of natural matter ), four air exposure times (18, 36, 54, 72 hours), and a control treatment (bagasse in natura). The dry matter were analyzed (DM), mineral matter (MM), crude protein (CP), ether extract (EE), neutral detergent fiber (NDF), neutral detergent fiber corrected for ash and protein (NDFap) acid detergent fiber (ADF), hemicellulose, cellulose, lignin, non-fiber carbohydrates (NFC) and total digestible nutrients (TDN). The increased levels of CaO in the hydrolysis process cane bagasse resulted in a linear increase in the levels of MM and linear reduction of NDF and NDFap contents. The air exposure time caused a linear increase in DM. The CP, EE, ADF, hemicellulose, cellulose, lignin, NFC and TDN was not affected by CaO doses and treatment times. The aerobic exposure times of 18 to 72 hours, can be adopted in the treatment of sugarcane bagasse, leaving the wielder of discretion the choice of time to be used. 1 Universidade Estadual de Montes Claros (paulorobertopimentel@zootecnista.com.br)

2 The inclusion of calcium oxide at doses up to 2% of the natural material reduces the fiber content and raises the levels of mineral matter of sugarcane bagasse by improving the nutritional value of the material. Key words: alkaline hydrolysis, bulky, by-product, neutral detergent fiber Introdução A redução dos custos na produção animal tem sido direcionada para a utilização racional de todos os recursos alimentares disponíveis. A utilização de coprodutos ou subprodutos agroindustriais na alimentação animal tem se difundido entre os pecuaristas, surgindo como uma possibilidade de viabilidade econômica para o sistema de produção, além de ter grande importância no que se refere à redução do impacto ambiental causado pelo descarte de alguns subprodutos no meio-ambiente. Pode-se dizer que os resíduos da agroindústria são ingredientes nutricionais redutores dos custos com alimentação (Murta et al., 2011; Urbano et al., 2012), além de ser uma alternativa em épocas de escassez de alimento. O bagaço de cana-de-açúcar é o resíduo agroindustrial obtido em maior quantidade no Brasil, com uma produção de aproximadamente 163,4 milhões de toneladas de bagaço na safra 2011/12 (CONAB, 2013), apresentando destacado potencial para ser utilizado na alimentação de ruminantes, entretanto, apresenta baixa qualidade nutricional, em virtude dos baixos níveis de proteínas e minerais e à elevada quantidade de fibra de baixa digestibilidade, o que pode reduzir o consumo de matéria seca e o desempenho animal. O tratamento químico tem sido destacado como uma alternativa para melhorar o valor nutricional dos alimentos volumosos de baixa degradabilidade. Os principais produtos químicos utilizados nos tratamentos de volumosos são a ureia, amônia anidra, hidróxido de sódio e mais recentemente o óxido de cálcio. Sendo que este último se destaca pela melhoria do valor nutritivo, em virtude da maior eficiência na redução da parede celular e no aumento da digestibilidade dos volumosos tratados por promover a ruptura das complexas ligações químicas da lignina com a celulose e a hemicelulose, o que permite que sejam mais facilmente degradadas pelas bactérias ruminais (Ribeiro et al., 2009). A maior ou menor ação do óxido de cálcio é dependente da quantidade do aditivo a ser utilizado no processo de hidrolise (Mota et al., 2010), pois se adicionado em quantidades diminutas o óxido de cálcio pode apresentar pouco ou nenhum efeito sobre as características nutricionais do bagaço. De acordo com os resultados obtidos por Rezende et al. (2012), outro fator que pode influenciar o processo de hidrolise é o tempo de tratamento, uma vez que a composição nutricional do material hidrolisado sofre influência direta do período em que este material fica exposto ao respectivo tratamento. Embora já seja sabido que esses fatores apresentam influência sobre o processo de hidrolise, existem poucos dados na literatura a respeito da dose ideal a ser utilizada, do tempo de reação necessário e do valor nutritivo do bagaço de cana-de-açúcar submetido ao tratamento com óxido de cálcio. Nesse sentido, objetivou-se por meio deste trabalho avaliar a composição química do bagaço de cana-de-açúcar hidrolisado com doses crescentes de óxido de cálcio e diferentes tempos de exposição aeróbia. Material e Métodos O experimento foi conduzido no Laboratório de Análise de Alimentos da Universidade Estadual de 62

3 Montes Claros-UNIMONTES, Campus Janaúba/MG, sob delineamento experimental inteiramente ao acaso em esquema fatorial 4 x 4 + 1, com três repetições por tratamento, sendo composto por quatro doses de óxido de cálcio (0,5; 1,0; 1,5 e 2,0% da matéria natural), quatro tempos de exposição aeróbia (18, 36, 54 e 72 horas) e um tratamento controle (bagaço in natura). A cultivar de cana-de-açúcar utilizada foi a IAC , colhida manualmente, na fazenda experimental da UNIMONTES, a 10 cm de altura do solo quando apresentava 12 meses de crescimento. Posteriormente ao corte, realizou-se a retirada do caldo em moenda, Maqtron (B-722), e logo após, a desintegração da mesma em picadeira estacionaria Trapp (Es- 500) a fim de se obter partículas com 1,0 a 2,0 cm de comprimento. Depois de realizada a picagem, utilizou-se o óxido de cálcio micropulverizado como agente hidrolisante sobre o bagaço de cana-de-açúcar. O óxido de cálcio foi dissolvido em água na proporção 0,5 Kg, 1,0Kg, 1,5 Kg e 2,0 Kg de cal : 2 litros de água : 100 kg de bagaço de cana, para as respectivas doses de 0,5, 1,0, 1,5 e 2,0% de CaO na matéria natural, e o tratamento controle, sem cal, permaneceu no estado in natura. Ocorreu a homogeneização das amostras em piso de concreto e em seguida permaneceram em repouso, sob área coberta, por 18, 36, 54 e 72 horas. Para determinar a composição química do bagaço de cana-de-açúcar foram retiradas amostras dos tratamentos nos diferentes tempos, sendo acondicionadas em sacos plásticos previamente identificados e armazenadas em freezer a -10 C, para posterior análise. Para a determinação da composição química do bagaço de cana-de-açúcar as amostras foram submetidas ao processo de pré-secagem em estufa de ventilação forçada com temperatura de 60 ºC por 72 horas. Em seguida, as amostras foram moídas em moinho de facas (tipo Willey) com peneiras de malha Rev. Cient. Prod. Anim., v.17, n.1, p.61-68, 2015 de 1 mm. Na sequência, as amostras processadas foram submetidas a análises dos teores de matéria seca (MS), matéria mineral (MM), proteína bruta (PB), extrato etéreo (EE), fibra insolúvel em detergente neutro (FDN), fibra insolúvel em detergente neutro corrigida para cinzas e proteína (FDNcp), fibra insolúvel em detergente acido (FDA), celulose, hemicelulose, lignina e carboidratos não fibrosos (CNF) conforme descrições em Detmann et. al. (2012). Os nutrientes digestíveis totais (NDT) foram calculados conforme NRC (2001). Os dados foram submetidos à análise de variância e quando significativa, as médias dos tratamentos foram confrontadas com a testemunha (bagaço in natura) pelo teste de Dunnet a 5% de probabilidade. Para avaliação dos efeitos de dose e tempo de tratamento com o CaO realizou-se o estudo de regressão, considerando-se α = 0,05. Resultados e Discussão Observou-se diferença nos teores de MS de todos os tratamentos em relação ao bagaço in natura (Tabela 1). Não foi verificado efeito de dose de óxido de cálcio e da interação dose x tempo de exposição aeróbia sobre o teor de matéria seca do bagaço de cana-de-açúcar, contudo, o tempo de exposição aeróbia aumentou linearmente o teor de matéria seca do bagaço de cana-de-açúcar (Tabela 2). O armazenamento em área coberta, com exposição constante ao ar, aliado às altas temperaturas da região, possibilitaram a desidratação do bagaço e consequente elevação do teor de matéria seca do material. O aumento verificado no teor de MS foi de 0,54% para cada 1 hora de exposição ao ar. Este resultado é corroborado por Carvalho et al. (2009), que avaliaram a inclusão de quatro doses de óxido de cálcio (0; 0,75; 1,5 e 2,25% MS) e dois tempos de exposição aeróbia (12 e 36 horas). 63

4 Tabela 1. Teores médios de matéria seca e matéria mineral do bagaço de cana-de-açúcar tratado com diferentes doses de óxido de cálcio e tempos de exposição aeróbia Médias seguidas de asterisco diferem da respectiva testemunha pelo teste de Dunnet a 5% de probabilidade. Os teores de matéria mineral foram influenciados (P<0,05) pelas doses de CaO em relação bagaço in natura, excetuando com a dose de 0,5% de óxido de cálcio (Tabela 1). Para esta variável, não houve influência do tempo de exposição e da interação dose x tempo, entretanto, houve efeito das doses de óxido de cálcio sobre o teor de matéria mineral, apresentando um comportamento linear crescente (Tabela 2). O elevado teor de cálcio e magnésio presente nesse aditivo e a quantidade desse material adicionado ao bagaço justificam esse aumento nos teores de matéria mineral nos tratamentos com 1,0, 1,5 e 2,0% de óxido de cálcio. O aumento verificado no teor de matéria mineral foi de 0,43% para cada 1% de óxido de cálcio adicionado. Resultados semelhantes foram encontrados por Romão et al. (2014), quando avaliaram a composição química da cana-de-açúcar tratada com doses crescentes de óxido de cálcio (0; 0,75; 1,5; 2,25; 3,0; 3,75 e 4,5 MS) e constataram aumentos lineares no teor de matéria mineral conforme aumentavam as doses de óxido de cálcio. Para os teores de PB e EE (Tabela 3), as médias dos tratamentos não diferiram do bagaço in natura (P>0,05), indicando que o tratamento com óxido de cálcio não apresenta qualquer efeito sobre a PB e o EE do bagaço de cana. Este resultado pode ser explicado pela falta de elementos no óxido de cálcio que contribuam para o aumento dessas frações do alimento. Os teores de FDN e FDNcp foram menores, em relação ao bagaço in natura, apenas nos tratamentos com 2% de oxido de cálcio com 54 e 72 horas de exposição ao ar (Tabela 4). Entretanto, não foi verificado efeito do tempo de exposição e nem da interação dose x tempo sobre essas variáveis, sendo verificado efeito somente da adição das doses de óxido de cálcio (Tabela 5). Os teores de hemicelulose Tabela 2. Média dos quadrados mínimos e coeficientes de variação (CV) obtidos para os teores de matéria seca (MS) e matéria mineral (MM) em função das doses de óxido de cálcio, tempos de exposição aeróbia e a interação tempo x dose ns = não significativo (P>0,05); 1 Ŷ= 0,5443x + 42,5630; R²= 0,8727; 2 Ŷ= 0,4297x + 2,0758; R 2 =0,

5 Tabela 3. Teores médios de proteína bruta e extrato etéreo do bagaço de cana-de-açúcar tratado com diferentes doses de óxido de cálcio e tempos de exposição aeróbia (% MS) Medias seguida de asterisco diferem da respectiva testemunha pelo teste de Dunnet a 5% de probabilidade. Tabela 4. Teores médios de Fibra em detergente neutro (FDN), Fibra em detergente neutro corrigido para cinzas e proteína (FDNcp) e hemicelulose do bagaço de cana-de-açúcar tratado com diferentes doses de óxido de cálcio e tempos de tratamento Medias seguida de asterisco diferem da respectiva testemunha pelo teste de Dunett ao nível de 5% de probabilidade. Tabela 5. Média dos quadrados mínimos e coeficiente de variação (CV) obtido para os teores de fibra em detergente neutro (FDN) e fibra em detergente neutro corrigido para cinzas e proteína (FDNcp), em função das doses de óxido de cálcio, tempos de tratamento e a interação tempo x dose ns= não significativo (P>0,05); 1 Ŷ= 57,231-1,0178x; R²= 0,94; 2 Ŷ= 56,423-1,0935x, R²= 0,94; permaneceram inalterados, não sendo observados efeitos de dose e tempo de exposição ao ar (Tabela 4). As reduções lineares nos teores de FDN e FDNcp do bagaço de cana com as doses de óxido de cálcio seriam 65

6 justificadas pela redução nos teores de hemicelulose, visto que de acordo com Mota et al. (2010), o efeito dos agentes alcalinizantes como o óxido de cálcio, atuam solubilizando parcialmente a hemicelulose. Fabris et al. (2013) avaliando a composição química de dois cultivares de cana (IAC e RB ) hidrolisados com doses crescentes de óxido de cálcio (0; 0,5 e 1,0% da MN) verificaram redução no teor de FDN da variedade IAC , reduzindo de 65,07% na cana in natura para 52,84 e 54,66% na cana hidrolisada com 0,5 e 1,0% oxido de cálcio, respectivamente. A maior redução da FDN encontrada por estes autores em relação ao presente trabalho, possivelmente esteja relacionada com o material a ser hidrolisado, já que a cana de açúcar apresenta maior teor de umidade, quando comparada ao bagaço, e a água é um item de suma importância para que ocorra o processo de hidrolise. Os valores de FDA, celulose e lignina do bagaço de cana não foram influenciados (P<0,05) pela dose de óxido de cálcio e tempo de exposição ao ar (Tabela 6). Indicando que o teor de lignina não se altera com o tratamento com o óxido de cálcio. Resultados semelhantes ao deste trabalho foram encontrados por Rezende et al. (2013), quando avaliaram a cana-deaçúcar in natura e hidrolisada com 1,0% de cal virgem em seis tempos de estocagem (0; 24; 48; 72; 96 e 120 horas), estes autores também não verificaram efeito do tratamento químico sobre o teor de lignina. A influência dos agentes alcalinizantes sobre a celulose não se dá pela sua solubilização e sim pelo aumento da sua taxa de digestão. Esse aumento da digestão ocorre em virtude da quebra das ligações lignocelulósicas, favorecendo o ataque microbiano (Ezequiel et al., 2005) e consequentemente melhorando a digestão da celulose. Os valores de CNF e NDT podem ser observados na Tabela 7. O teor de CNF do bagaço hidrolisado não diferiu do bagaço in natura (P<0,05). Isso pode ser explicado pelo mecanismo de ação dos agentes alcalinizantes, uma vez que eles atuam sobre a fração fibrosa dos alimentos, não tendo influencia direta nos teores de CNF. Outra explicação pode ser a capacidade do óxido de cálcio em evitar o desenvolvimento de Tabela 6. Teores médios de fibra insolúvel em detergente ácido (FDA), celulose e lignina do bagaço de canade-açúcar tratado com diferentes doses de óxido de cálcio e tempos de tratamento Medias seguida de asterisco diferem da respectiva testemunha pelo teste de Dunett ao nível de 5% de probabilidade. 66

7 Tabela 7. Teores médios de carboidratos não fibrosos (CNF) e nutrientes digestíveis totais (NDT) do bagaço de cana-de-açúcar tratado com diferentes doses de óxido de cálcio e tempos de tratamento Medias seguida de asterisco diferem da respectiva testemunha pelo teste de Dunett ao nível de 5% de probabilidade. microrganismos deterioradores responsáveis pela Agradecimentos redução de carboidratos solúveis (Domingues et al., 2011). Em relação ao NDT, esse também se manteve À FAPEMIG, CNPq e CAPES, pelo auxílio com bolsas. inalterado (P>0,05), indicando que o tratamento com o óxido de cálcio não foi eficiente em aumentar Referências Bibliográficas o NDT do bagaço de cana. Com o processo de hidrolise promovido pelo CaO espera-se melhorar CARVALHO, G.G.P.; CAVALI, J.; FERNANDES, a digestibilidade em virtude do rompimento das F.E.P. et al. Composição química e digestibilidade complexas ligações da lignina com a celulose e da matéria seca do bagaço de cana-de-açúcar tratado hemicelulose, e consequentemente aumento do com óxido de cálcio. Arquivo Brasileiro de Medicina NDT. Entretanto, uma possível explicação para Veterinária e Zootecnia, v.61, p , esse resultado é o fato do NDT ter sido estimado a partir da composição química por equações, não sendo possível aferir a melhora proporcionada pelo rompimento das ligações da celulose e hemicelulose com a lignina. COMPANHIA NACIONAL DE ABASTECIMENTO - CONAB. Perfil do Setor do Açúcar e do Álcool no Brasil Disponível em: OlalaCMS/uploads/arquivos/13_10_02_11_28_41_ perfil_sucro_2012.pdf. Acesso em 27 nov DETMANN, E. et al. Métodos para análise de Conclusão alimentos. Viçosa: UFV, p. DOMINGUES, F.N.; OLIVEIRA, M.D.S.; Os tempos de exposição aeróbia, de 18 a 72 SIQUEIRA, G.R. et al. Estabilidade aeróbia, ph e horas, podem ser adotados no tratamento do bagaço de cana. A inclusão do óxido de cálcio em doses de até 2% da matéria natural reduz os teores de fibra e eleva os teores de matéria mineral do bagaço de cana melhorando o valor nutritivo do material. dinâmica de desenvolvimento de microrganismos da cana-de-açúcar in natura hidrolisada com cal virgem. Revista Brasileira de Zootecnia, v.40, p , EZEQUIEL, J.M.B.; QUEIROZ, M.A.A.; GALATI, R.L. Processamento da cana-de-açúcar: Efeitos sobre 67

8 a digestibilidade, o consumo e a taxa de passagem. Revista Brasileira de Zootecnia, v.34, p , FABRIS, L.B.; GOMES, H.R.; DOMINGUES, F.N. et al. Composição bromatológica da silagem de dois cultivares de cana-de-açúcar tratadas com doses crescentes de cal virgem. Dourados, v.6, p , MOTA, D.A.; OLIVEIRA, M.D.S.; DOMINGUES, F.N. et al. Hidrólise da cana-de-açúcar com cal virgem ou cal hidratada. Revista Brasileira de Zootecnia, v.39, p , MURTA, R. M.; CHAVES, M. A.; PIRES, A. J. V. et al. Desempenho e digestibilidade aparente dos nutrientes em ovinos alimentados com dietas contendo bagaço de cana-de-açúcar tratado com óxido de cálcio. Revista Brasileira de Zootecnia, v.40, p , NATIONAL RESEARCH COUNCIL. Nutrient requirements of dairy cattle. 7. ed. Washington: National Academy, 2001, 381 p. REZENDE, A.V.; RABELO, C.H.S.; ANDRADE, L.P. et al. Características da cana-de-açúcar in natura e hidrolisada com cal virgem em diferentes tempos de estocagem. Revista Caatinga, v,26, p , REZENDE, A.V.; SENEDESE, S.S., RABELO, C.H.S. et al. Composição química e digestibilidade in vitro da massa seca de cana-de-açúcar acrescida de ureia em diferentes tempos de estocagem. Revista Brasileira de Saúde e Produção Animal, v.13, p.25-34, RIBEIRO, L.S.O.; PIRES, A.J.V.; CARVALHO, G.G.P. et al. Degradabilidade da matéria seca e da fração fibrosa da cana-de-açúcar tratada com hidróxido de sódio ou óxido de cálcio. Revista Brasileira de Saúde e Produção Animal, v.10, p , ROMÃO, C.O.; CARVALHO, G.G.P.; LEITE, V.M. et al. Chemical composition and dry matter digestibility of sugar cane oxide treated with calcium. Arquivo Brasileiro de Medicina Veterinária e Zootecnia, v.66, p , URBANO, S. A.; FERREIRA, M. A.; DUTRA, W. M. et al. Substituição do feno de tifton pela casca de mamona na dieta de ovinos: componentes nãocarcaça. Arquivo Brasileiro de Medicina Veterinária e Zootecnia, v.64, p ,