Conceito de Matéria Seca (MS)

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1 Curso sobre Valor Nutricional dos Alimentos e Análise Bromatológica para Ruminantes Módulo 2 Módulo 2 DETERMINAÇÃO DE MATÉRIA SECA Sérgio Raposo de Medeiros Engenheiro Agrônomo Pesquisador da EMBRAPA - Centro Nacional de Pesquisa em Gado de Corte Conceito de Matéria Seca (MS) A matéria seca é a mais simples e mais usual das análises bromatológicas. Como próprio nome diz, representa a fração do alimento que não é água. Existe água associada de duas maneiras com o alimento: Água livre: É a água que está livre no alimento, isto é, não participa da estrutura das demais moléculas que constituem o alimento. Seria principalmente representada pela água presente no conteúdo celular das células dos vegetais. Água de composição: Seria a água que é parte integrante de algumas moléculas do alimento. A maneira mais simples de retirar água é através do aquecimento da amostra. A água torna-se vapor e deixa a amostra. Isso acontece mesmo à temperatura ambiente. O processo de fenação funciona assim e, quanto mais quente o dia, mais rápida a secagem da forragem. Mas, mesmo nos dias mais quentes e de menor umidade relativa, não se consegue reduzir muito a umidade abaixo dos 20-15%. Isso acontece pois, ainda que haja água livre, vai ficando no alimento a água com maior interação físico-química com os demais componentes. É preciso aumentar bastante a temperatura para quebrar essas interações. O problema é que, expor a amostra à temperatura elevada, pode-se alterar alguns dos seus atributos nutricionais como veremos no decorrer do curso. A alternativa encontrada para retirar a água e, ao mesmo tempo, manter a amostra minimamente alterada, é fazer a secagem em duas etapas: 1) Primeira Matéria Seca (Pré-secagem): A amostra é seca por 48 horas (ou até peso constante) a uma temperatura entre o C, em geral, em uma estufa com ventilação forçada. Contém de 1 a 5% de água residual na amostra. 2) Segunda Matéria Seca (Secagem definitiva): Uma alíquota da amostra resultante da primeira matéria seca é colocada por 2 horas (ou até peso

2 constante) em uma estufa à 105 o C. Não apresenta água residual (ou quantidade irrelevante), portanto, representa 100% de Matéria Seca. Com o material da primeira matéria seca, são realizadas as demais análises bromatológicas (proteína bruta, extrato etéreo, carboidratos estruturais e matéria mineral). A existência apenas de água residual facilita a preparação das amostras (moagem, armazenamento) e evita as interferências da água nas análises. Para amostras com mais de 80% de MS não é necessário fazer a primeira MS para a maioria das análises. O extrato etéreo, que para nós representa a gordura do alimento, é uma das análises que precisa ser feita sem nenhuma umidade residual. Os resultados das amostras apenas com a primeira matéria seca, portanto, não são diretamente em 100% de matéria seca. Elas devem ser corrigidas utilizando-se o resultado da segunda matéria seca. A segunda matéria seca indica qual a quantidade de água residual que ainda há na amostra, ou seja, expressa em que base estão os resultados das análises realizadas com a amostra com a primeira matéria seca. A correção pode ser feita com uma regra de três, como demonstrado no Exemplo 1, abaixo: Exemplo 1: Calculamos em 65% o valor de FDN (fibra detergente neutro) de uma forrageira na primeira matéria seca. A segunda matéria seca deste mesmo alimento teve como resultado valor de 95%. Qual o teor de FDN em 100% de matéria seca? Em 95% MS... 65% FDN Em 100% MS... X X = (100% *65%) 95% = 68,42% FDN na Matéria Seca Graficamente: Outros 30% Água 5% 2 a MS Outros 32% FDN 65% FDN 68%

3 Importância da Determinação da Matéria Seca A água é um nutriente essencial a todos os animais. Mas como: A recomendação é tê-la para consumo à vontade Ela não tem valor energético O valor econômico considerado para ela é zero E como, também, no caso de ruminantes: A umidade das dietas podem variar de 90 a 20% (ou de 10 a 80% de MS), especialmente em função de uma maior ou menor quantidade de forragem na dieta Fica bastante complicado comparar dietas em MO E, mesmo com a dieta com uma quantidade fixa de volumoso, poder haver grande variação no teor de umidade da dieta ao longo do tempo Isto pode ter implicações no balanceamento da dieta e na quantidade de fornecimento destas Na nutrição destes animais, trabalhamos com os valores dos alimentos em MS. Assim, ela é uma das análises mais importantes e de cuja exatidão dependem as demais. Importância da determinação da MS no correto fornecimento do alimento Costuma-se dizer que, para cada situação de fornecimento de alimento para animais, existem 3 dietas: a que formulamos, a que fornecemos para o animal e aquela que efetivamente o animal ingere. A questão específica da correção do fornecimento é um bom exemplo da implicação da MS na nutrição de ruminantes, apesar de obviamente não se limitar a isto. Podem haver significativas diferenças de consumo devido ao fato do teor de umidade real do nosso alimento ser diferente do valor usado para converter o cálculo de ingestão de matéria seca em matéria original. Exemplo 2: Vamos supor que estimamos o consumo de cana-de-açúcar em 5,00 kg MS/cab.dia, sendo outros 5,00 kg de MS de ração concentrada (Portanto um consumo total estimado de 10 kg/dia de MS). Usando o valor de tabela para MS da Cana (30%), forneceríamos 16,67 kg de Matéria original para suprir o valor correspondente ao determinado em MS (5,00 kg MS 0,30 = 16,67 kg MO). No quadro abaixo, mostramos quanto o animal estaria realmente consumindo caso a matéria seca fosse mais baixa que 30% (mais úmida) e mais alta (mais seca). Quadro 1 Variação na ingestão de MS em função do teor de umidade da cana em dieta com relação 50:50 volumoso:concentrado e quantidade fixa sendo oferecida in natura.

4 Ingestão in % MS IMS 1 natura Cana mais úmida % 4.33 Cana igual a tabela % 5.00 Cana mais seca % IMS = Ingestão de Matéria Seca No caso da cana mais úmida, estaríamos dando 0,67 kg de MS de cana a menos para o animal. O resultado, considerando que o concentrado fosse dado no valor fixo de 5,00 kg/cab.dia, seria uma IMS mais baixa que não seria percebida pelo produtor durante o confinamento, mas que faria com que o desempenho fosse menor. No outro caso, isto é, se a cana fosse mais seca, como o concentrado está sendo dado como 5,00 kg, se a IMS estimada em 10 kg se confirmasse, na verdade, o animal comeria os 5,00 de MS em cana, equivalente a 14,70 kg de MO de cana, praticamente 2 kg de matéria fresca (in natura) a menos que o estimado. O produtor, então, acreditaria que seus animais estariam com um consumo abaixo do esperado, quando, na verdade, o consumo que importa, que é o de MS estaria certo. Evidentemente, os animais poderiam consumir mais MS que o estimado. Apesar de, a princípio isso parecer um grande vantagem, nem sempre consumo de MS a mais representa maior desempenho, pois a dieta pode estar sendo desbalanceada neste processo. Nesse exemplo, o aumento da proporção do volumoso, que é menos concentrado em nutrientes, dilui os teores totais de nutrientes da dieta (i.e., reduz a % de PB, % de NDT, etc, etc.) Uma solução para isso seria a determinação da MS dos volumosos na própria propriedade que pode ser fácil e eficazmente feita com o uso de Microondas Uso de determinação de MS na propriedade Analisadores Eletrônicos de Umidade Uma opção bastante prática para determinação de matéria seca de grãos são analisadores automáticos. Apesar de menos acurados que as determinações de laboratório, eles são bastante usados para controle de secagem e para comercialização e têm a grande vantagem de serem extremamente rápidos. Existem, inclusive, modelos portáteis que podem ser levados ao local de armazenamento para a realização da compra sabendo de antemão o teor de umidade. Isso é importante, uma vez que a umidade dilui os nutrientes e não há nenhum interesse em levar água para a propriedade ao preço do grão. O princípio de funcionamento mais comum baseia-se na alteração do comportamento da corrente elétrica em função da umidade da amostra na sua passagem por ela (condutância/capacitância). Portanto, esses equipamentos dependem de um padrão de comparação pré-determinado de fábrica para cada tipo de grão a ser analisado. Isso implica em especificidade para os grãos para que haja calibração e, também, fica restrito a determinada faixa de umidade. É interessante checar esses detalhes e comparar com o objetivo de uso para garantir a sua adequação e a acurácia da medida antes da aquisição.

5 Microondas para medida da matéria seca de volumosos Um método de determinação de MS bastante prático e que pode ser feito na própria fazenda é a evaporação de toda a água da forragem através do aquecimento no forno de microondas. A seguir é apresentada a marcha analítica e algumas dicas para a realização desta determinação: 1) Material Necessário: Forno de Microondas com Prato Giratório Bandeja de Material Não Higroscópico (Plástico, por exemplo). Balança com precisão de, no mínimo, 0,1% do peso da amostra. Exemplo: 50 g de amostra podem ser pesadas em uma balança com precisão de 0,050 g (50 mg). Copo comum 2) Procedimento: a) Pese a Bandeja e Anote o Peso b) Coloque uma amostra representativa do material a ser analisado sobre a Bandeja. Anote o peso da Bandeja + Amostra. (Ver item 3.1) c) É necessário colocar um copo com água no Microondas, que ajuda evitar que a amostra carbonize. (Ver item 3.2) d) Coloque a Bandeja + Amostra no Microondas. e) Ajuste o temporizador do Microondas para 3 minutos, na potência máxima e ligue-o. f) Retire a Bandeja + Amostra do Microondas. Pese e Anote. g) Repita os itens e e f até que as leituras das pesagens repitam o mesmo valor por duas vezes (ou mais) ou que o valor não afete o cálculo em mais de 1% do valor da umidade. h) Faça os cálculos conforme o item 4. 3) Observações Muito Importantes: 3.1) A quantidade mínima de Amostra é 25 g, mas pode ser preciso pesar mais em função da precisão da balança. Exemplo: Balança de 0,1 g (100 mg) de precisão, pesar no mínimo 100 g de amostra (0,1g 0,1% = 100g). 3.2) Encher o copo d água de tal forma que não haja possibilidade de espirrar água dele e demore a ferver (Pode ser colocado um pouco de gelo junto). 3.3) É importante deixar a amostra de forma mais espalhada possível no recipiente, evitando deixar locais com excesso, onde pode ocorrer excessiva concentração de calor e queimar a amostra. É comum acontecer isso no centro da amostra. Assim, desde que se evite qualquer perda de amostra, pode ser interessante remexê-la. 3.4) A maioria das forragens não precisa ser picada para se determinar a umidade. A cana de açúcar é um dos exemplos de forragem que deve ser picada.

6 3.5) É possível, após ter mais experiência com o material que se está secando, aumentar o intervalo de tempo de 3 minutos, especialmente nos intervalos iniciais, quando há mais água no material. À medida que a amostra seca, gradualmente volta-se a encurtar os tempos menores (Exemplo: 9, 5, 4, 3, 3 min) 4) Cálculos : (Peso Inicial da Amostra - Peso Final da Amostra) % Água da amostra = Peso Inicial da Amostra Peso Inicial da Amostra = (Peso da Amostra + Peso da Bandeja) - (Peso da Bandeja) Peso Final da Amostra = (Peso da Amostra + Peso da Bandeja, após peso constante) - (Peso da Bandeja) % MS = % Água da amostra Abaixo, um exemplo de determinação de matéria seca de cana-de-açúcar, onde é mostrada a folha com as anotações de pesagem e os cálculos. Exemplo 3: Amostra Peso Bandeja Bandeja + Amostra Peso Amostra Cana - Inicial 50 g 150 g 100 g Cana g 71 g Cana - 6 (3+3) 100 g 50 g Cana - 9 (6+3) 91 g 41 g Cana - 12 (9+3) 85 g 35 g Cana - 15 (12+3) 80 g 30 g Cana - 18 (15+3) 80 g 30 g Peso Inicial da Amostra = (150g - 50g)= 100g Peso Final da Amostra = (80g - 50g)= 30g (100g - 30g) 70g % de Água da amostra = X 100 = X 100 = 70% 100g 100g % MS = % Água da amostra = = 30% O material tem 30% de Matéria Seca na sua Composição Original.

7 Outros métodos de determinação de MS, problemas usuais e soluções Destilação em Tolueno A determinação de MS com o uso de tolueno não é usual, mas como a água é medida diretamente, pode ser o método mais indicado caso isso represente uma vantagem, como, por exemplo quando pelo método indireto (secagem) é perdido material volátil que não seja água. Exemplos desses materiais são: ácidos orgânicos, amônia, óleos essenciais e terpenos. Neste tipo de determinação, a amostra é colocada imersa em tolueno e ambos são aquecidos juntos a cerca de 117 o C. A água evapora da amostra, atravessa todo o volume de tolueno e ao sair deste, encontra a fria superfície do condensador. Esse encontro faz o vapor condensar e a água é recolhida num recipiente graduado, no qual é medido o volume de água extraído. Na destilação em tolueno, apesar de indicada no caso da amostra conter substâncias voláteis, pode ocorrer destas serem recuperadas juntos com a água. Há tentativas de correção como a redistilação da água obtida na análise de tolueno com uma armadilha de gelo seco para recuperar as substâncias estranhas à água, ou a titulação desta água para ácido acético. Liofilização A liofilização é a técnica de retirada de água que mais preserva as características originais da amostra. No processo, o primeiro passo é congelar a amostra à sua temperatura eutética. Temperatura eutética é aquela em que 100% da água contida na amostra está congelada e que é obtida a temperaturas muito inferiores a 0 o C, por causa dos solutos dissolvidos na água. A amostra, assim congelada, é colocada numa câmara com altíssimo vácuo. Nesta situação, ocorre a sublimação, ou seja, a passagem diretamente do estado sólido para o gasoso. O vapor d água produzido é retirado do sistema e, assim, vai ficando apenas a MS. É um processo que gasta bastante energia e demanda equipamento caro, portanto, é utilizado muito especificamente. Um bom exemplo, seria para tirar umidade de amostras nas quais se deseja analisar ácidos graxos, para concentrar a gordura e retirar a umidade, que atrapalha na extração. Problemas na determinação Perda de MS da amostra O problema mais freqüente na análise de matéria seca se dá especialmente em amostras com muita umidade, quando há perda de água antes de ser feita a análise. A conseqüência é a superestimativa desta variável. Não há uma solução definitiva para esse problema, pois sempre se estará sujeito a alguma perda d água. O objetivo deve ser minimizar as perdas. A colocação da

8 amostra rapidamente em sacos plásticos, dos quais é retirado do seu interior o ar, e o resfriamento da amostra o mais rápido possível são ações que reduzem as perdas Programar bem a coleta, evitando horários mais quentes e reduzindo o tempo que as amostras ficam no campo, igualmente ajuda a reduzir as perdas. Perda de substâncias voláteis na secagem A perda de substâncias voláteis durante a secagem é uma preocupação maior com as forragens ensiladas que têm parte de sua matéria seca como ácidos orgânicos produzidos no processo de fermentação. Fazendo a primeira MS à 65 o C (ou mais), estaremos subestimando até em cerca de 10% o teor de MS. No Quadro 2, um exemplo das diferentes metodologias e o resultado da MS. A realização da MS em temperaturas mais baixas (cerca de 55 o C), é uma tentativa para evitar a perda de voláteis e tem sido usada por muitos laboratórios. Para determinação de proteína bruta e nitrogênio amoniacal, a melhor solução é a determinação sem nenhuma secagem, pois parte do nitrogênio amoniacal pode ser perdido. Os resultados, obviamente, são expressos em Matéria original. Para as demais amostras pode ser usada a amostra obtida após a primeira secagem. Quadro 2 Valor de MS para amostra de silagem determinada por vários métodos e valor relativo em função do maior resultado. Silagem, MS Valor Relativo Estufa 100 o C Estufa 70 o C Liofilizador Tolueno Tolueno com correção 44,4% 46,8% 47,2% 47,7% 48,2 92,1% 97,1% 97,9% 99,0% 100,0% Fonte: Church & Pond, 1974 Secagem incompleta Não é comum ocorrer problema de secagem incompleta, pois os tempos de secagem propostos nas metodologias costumam ser mais que suficientes para a secagem das amostras usuais de alimento. Situações como amostras não usuais, grande quantidade de amostra, ambiente com alta umidade relativa e outras situações que dificultem a secagem podem alterar esse quadro. Nestes casos, é aconselhável secar as amostras até peso constante. Basta fazer a pesagem após o tempo recomendado e deixar por mais algumas horas, repetindo a operação até ter 2 pesos iguais, evidenciando que não há mais água saindo da amostra. Ainda que haja alguma variação de peso entre 2 pesagens consecutivas, se o valor influenciar menos que 0,1 unidade percentual ou outro valor aceitável em determinada situação específica, pode-se interromper a secagem.

9 Falta de correção para a segunda matéria seca Isso é bastante incomum, mas pode ocorrer. Se esse erro for feito, dificilmente iremos percebê-lo. É apenas interessante chamar atenção para sua possibilidade. A única solução para ele é ter um rígido regime de trabalho que evite que um resultado deixe de ser corrigido pelo valor da segunda MS. Referências Bibliográficas: American Stantard Association Standards de 1992 (ASAE S358.2) - Moisture Measuremente-Forages (pg. 406). Church & Pond. Basic Animal Nutrition, 5 a Impressão, O&B Books, p. Van Soest, P.J.. Nutrition Ecology of the Ruminant. 2nd Edition Cornell University Press. Ithaca, NY p. Silva, D.J. Análise de alimentos (métodos químicos e biológicos). Viçosa, UFV. Impr,. Univ p.