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Caracterização e digestão anaeróbia dos dejetos de suínos submetidos a restrição alimentar ou suplementados com ractopamina ou cromo

Resumo

Realizou-se este estudo com o objetivo de caracterizar a produção e a digestão anaeróbia de dejetos de suínos em terminação submetidos a restrição alimentar ou suplementados com ractopamina ou cromo. Os dejetos foram provenientes de 50 suínos machos castrados, em fase de terminação, com ± 154 dias de idade, com peso inicial de 99,0 ± 4,4 kg e final de 117,2 ± 5,8 kg. As dietas experimentais foram: controle (dieta convencional); restrição qualitativa (redução de 7,5% de energia líquida em relação à dieta controle); restrição quantitativa (redução de 15% no fornecimento de ração); cromo (0,8 mg); e ractopamina (10 ppm). Os dados foram submetidos à análise de variância por meio do delineamento em blocos ao acaso, no qual as semanas de análises foram consideradas como blocos (cofator). Não foram observadas diferenças entre as dietas nas produções de dejetos na matéria natural (MN), matéria seca (MS), matéria mineral (MM) e matéria orgânica (MO). Animais que receberam a dieta controle apresentaram o maior coeficiente de resíduo e não houve diferença entre as demais dietas. Não foram observadas diferenças entre as dietas para sólidos totais, pH e nitrogênio total dos afluentes e efluentes. O maior rendimento de biogás (574 mL g-1 de SV adicionados) foi obtido com os digestores abastecidos com dejetos de animais alimentados com dieta qualitativamente restrita. Conclui-se que a dieta com restrição qualitativa resulta em maior produção de dejetos, porém com menores excreções de nitrogênio e fósforo e maior rendimento de biogás.

Palavras-chave:
biogás; digestores; mineral orgânico; promotor de crecimento

Abstract

The aim of this study was to characterize the production and anaerobic digestion of manure from finishing pigs subjected to feed restriction or supplemented with ractopamine or chromium (Cr). The waste came from 50 barrows in the finishing phase, aged ± 154 days, with a starting weight of 99.0 ± 4.4 kg and a final weight of 117.2 ± 5.8 kg. The experimental diets were as follows: control (conventional diet), qualitative restriction (7.5% reduction in net energy compared to the control diet), quantitative restriction (15% reduction in feed supply), Cr (0.8 mg), and ractopamine (10 ppm). The data were subjected to an analysis of variance using a randomized block design, in which the weeks of analysis were considered blocks (cofactors). There were no differences in manure production between the diets regarding natural matter (NM), dry matter (DM), mineral matter (MM), or organic matter (OM). Animals fed the control diet had the highest residue coefficient, and there was no difference among the other diets. No differences were observed among the diets regarding total solids, pH, or total nitrogen in the tributaries or effluents. The highest biogas yield (574 mL g-1) of added volatile solids (VS) was obtained in the digesters supplied with manure from animals fed a qualitatively restricted diet. It can be concluded that a qualitatively restricted diet results in higher manure production but with lower nitrogen and phosphorus excretion and higher biogas yields.

Keywords:
biogas; digesters; organic mineral; growth promoter

1. Introdução

Existem diversas estratégias nutricionais que podem ser empregadas na fase de terminação dos suínos com objetivo de melhorar a taxa de crescimento, a eficiência alimentar e a qualidade da carcaça. Dentre as estratégias, pode-se citar a utilização da restrição alimentar ou a suplementação das dietas com aditivos como a ractopamina e/ou cromo. A restrição alimentar na terminação tem por objetivo melhorar a eficiência alimentar e também a qualidade de carcaça por meio da redução de gordura depositada e, por conseqüência, aumento da porcentagem de carne (11 Silva ADL, Moreira JÁ, Oliveira RLR, Mota LC, Teixeira ENM, Souza JG, Oliveira RGP. Qualitative feed restriction for late finishing pigs on meat quality and fatty acid profile. Semina: Ciências Agrárias. 2016; 37(4): 2343-2353. https://doi.org/10.5433/1679-0359.2016v37n4Supl1p2343
https://doi.org/10.5433/1679-0359.2016v3...
,22 Njoku C, Adeyemi O, Sanwo K, Sanya B, Popoola A, Aina A. Effects of qualitative and quantitative feed restriction on carcass yield and pork quality. Polish Journal of Natural Sciences. 2018; 33(1): 29-48. http://www.uwm.edu.pl/polish-journal/sites/default/files/issues/articles/njoku_et_al_2018_0.pdf
http://www.uwm.edu.pl/polish-journal/sit...
,33 Vasconcelos TS, Thomaz MC, Castelini FR, Alvarenga PVA, Oliveira JÁ, Ramos GF, Santos Ruiz U. Evaluation of pineapple byproduct at increasing levels in heavy finishing pigs feeding. Animal Feed Science and Technology. 2020; 269(1): 114664. https://doi.org/10.1016/j.anifeedsci.2020.114664
https://doi.org/10.1016/j.anifeedsci.202...
).

A restrição alimentar pode ser realizada de forma quantitativa ou qualitativa. A redução do consumo energético pode ser por meio da restrição quantitativa de alimento, controlando-se a quantidade de ração fornecida ao animal. Partindo desse pressuposto, considera-se que quanto menor a oferta de alimento, menor será a produção de dejetos. Outra forma de restrição alimentar a fim de reduzir o consumo energético pelos animais, é a inclusão de ingredientes com menor valor calórico, denominada restrição alimentar qualitativa (44 Santos APD, Kiefer C, Martins LP, Fantini CC. Restrição alimentar para suínos machos castrados e imunocastrados em terminação. Ciência Rural. 2012; 42(1): 147-153. https://doi.org/10.1590/S0103-84782012000100024
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).

Por sua vez, o cromo é um mineral componente do fator de tolerância à glicose, que atua aumentando a fluidez da membrana celular, permitindo a ligação do receptor de insulina que aumenta a captação de glicose (55 Evans GW, Bowman TD. Chromium picolinate increases membrane fluidity and rate of insulin internalization. Journal of Inorganic Biochemistry. 1992; 46(4): 243-250. https://doi.org/10.1016/0162-0134(92)80034-S
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). O cromo participa do metabolismo lipídico, proteico e síntese de ácidos nucleicos (66 Vincent JB. Effects of chromium supplementation on body composition, human and animal health, and insulin and glucose metabolism. Current Opinion in Clinical Nutrition & Metabolic Care. 2019; 22(6): 483-489. https://doi.org/10.1097/MCO.0000000000000604
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), e quando suplementado corretamente pode promover o aumento do ganho de peso, consumo de ração e o percentual de carne magra da carcaça dos suínos (77 Farias TVA, Kiefer C, Nascimento KMRDS, Corassa A, Alencar SADS, Rodrigues GP, Santos APD. Chromium and energy restriction as substitutes for ractopamine in finishing gilts diet. Ciência Rural. 2022; 52(1): e20200736. https://doi.org/10.1590/0103-8478cr20200736
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,88 Ele T, Wei C, Lin X, Wang B, Yin G. Meta-analysis of the effects of organic chromium supplementation on the growth performance and carcass quality of weaned and growing-finishing pigs. Animais. 2023; 13(12): 2014. https://doi.org/10.3390/ani13122014
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).

A inclusão de ractopamina na alimentação de suínos na fase de terminação promove efeitos positivos no desempenho (99 Leal RS, Mattos BOD, Cantarelli VDS, Carvalho GCD, Pimenta MEDSG, Pimenta CJ. Performance and carcass yield of pig fed diets containing different levels of ractopamine. Revista Brasileira de Saúde e Produção Animal. 2015; 16(1): 582-590. https://doi.org/10.1590/S1519-99402015000300010
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), aumento da massa magra da carcaça e reduz a quantidade de gordura da carcaça (1010 Pompeu MA, Rodrigues LA, Cavalcanti LFL, Fontes DO, Toral FLB. A multivariate approach to determine the factors affecting response level of growth, carcass, and meat quality traits in finishing pigs fed ractopamine. Journal of Animal Science. 2017; 95(4): 1644-1659. Disponível em: https://doi.org/10.2527/jas.2016.118
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, 1111 Rickard JW, Allee GL, Rincker PJ, Gooding JP, Acheson RJ, McKenna DR, Carr SN. Effects of ractopamine hydrochloride on the growth performance and carcass characteristics of heavy-weight finishing pigs sent for slaughter using a 3-phase marketing strategy. Translational Animal Science. 2017; 1(1): 406-411. https://doi.org/10.2527/tas2017.0053)
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). A ractopamina é um composto sintético que apresenta estrutura e propriedades químicas e farmacológicas similares às das catecolaminas naturais (1212 Andretta I, Kipper M, Lehnen CR, Demori AB, Remus A, Lovatto PA. Meta-analysis of the relationship between ractopamine and dietary lysine levels on carcass characteristics in pigs. Livestock Science. 2012; 143(1):91-96. https://doi.org/10.1016/j.livsci.2011.09.004
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), que atua através de receptores β-específicos, resultando na diminuição da lipogênese e no aumento da massa muscular (1313 Almeida VVD, Nuñez AJC, Miyada VS. Ractopamine as a metabolic modifier feed additive for finishing pigs: a review. Brazilian Archives of Biology and Technology. 2012; 55: 445-456. https://doi.org/10.1590/S1516-89132012000300016
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).

Com base nesses conceitos, pode-se sugerir que animais alimentados com dietas com menor densidade energética resultará na produção de dejetos com taxa reduzida de poluentes. No mesmo ponto de vista, outras estratégias nutricionais indicadas são as dietas suplementadas com ractopamina ou cromo, podem melhorar o desempenho e reduzir a quantidade de gordura depositada na carcaça.

Entretanto, informações sobre os efeitos da ractopamina, restrição alimentar e cromo nas características dos dejetos e seus impactos ao meio ambiente ainda não são bem esclarecidos, e informações voltadas a esse assunto são escassas na literatura. Portanto, considerando a necessidade de informações relacionadas à composição dos dejetos, realizou-se este estudo com o objetivo de caracterizar os dejetos e avaliar a digestão anaeróbia destes resíduos provenientes de suínos em terminação alimentados com dietas contendo ractopamina, cromo ou sob restrições alimentares quantitativas ou qualitativas.

2. Material e Métodos

O experimento foi realizado no Laboratório de Resíduos de Origem Animal da Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul. O município apresenta duas estações bem definidas: verão chuvoso e inverno seco. Durante a condução do experimento a temperatura média observada foi de 29,4ºC.

Os dejetos foram provenientes de 50 suínos machos castrados, em fase de terminação, com ± 154 dias de idade, com peso inicial de 99,0 ± 4,4 kg e final de 117,2 ± 5,8 kg. Os animais foram alojados em galpão de alvenaria, distribuídos em cinco grupos de 10 animais, sendo que em cada baia foram alocados dois animais. O ambiente era coberto com telha de cerâmica, piso de concreto, laterais teladas e equipadas com cortinas. As baias com dimensão de 1,15 x 2,86 m, foram equipadas com comedouros, bebedouros do tipo nipple e lâminas d’água localizadas com dimensões de 1,15 x 0,30 x 0,10 m.

As dietas foram formuladas à base de milho e farelo de soja, suplementadas com vitaminas e minerais, de modo a atender as exigências nutricionais estabelecidas por Rostagno et al. (1414 Rostagno HS, Albino LFT, Donzele JL, Gomes PC, Oliveira RD, Lopes DC, Euclides RF. Tabelas brasileiras para aves e suínos: composição de alimentos e exigências nutricionais. 3ª Ed. Viçosa: UFV, 2011. 252p.), sendo: controle (dieta convencional); restrição qualitativa (redução de 7,5% de energia líquida em relação à dieta controle); restrição quantitativa (redução de 15% no fornecimento de ração); cromo (0,8 mg); e ractopamina (10 ppm).

Os dejetos foram colhidos nos três últimos dias da fase experimental, logo após a excreção, segundo as dietas experimentais as quais os animais foram submetidos. Nos dias anteriores às coletas foi realizada a limpeza total das lâminas d’água e o registro d’água das lâminas foi desligado por um período de 24 horas. Passado esse período, o dejeto de cada baia foi coletado, por meio de raspagem do piso. O material coletado foi pesado e armazenado no congelador em sacos plásticos devidamente identificados. Os dejetos gerados e colhidos em cada baia eram identificados por baia, e tratamento e armazenadas até o momento do processamento em laboratório para obtenção de parâmetros de caracterização. Em seguida, para que se pudesse obter um material homogêneo para os abastecimentos dos digestores anaeróbios, os dejetos foram homogeneizados para obtenção de amostra uma amostra composta referente a cada tratamento adotado.

A produção de dejetos foi expressa em kg de sólidos totais (ST) animal-1 dia-1, e calculada com os dados da pesagem diária dos dejetos (kg) e teor de ST dos dejetos em que: produção de dejetos (ST animal-1 dia-1) = dejeto, kg x ST, %. O coeficiente de resíduo (CR) foi calculado a partir dos dados de produção de dejetos (na MS) e do ganho de peso durante o período do confinamento para cada animal, conforme a equação: CR= quantidade de dejetos, kg na MS / ganho de peso, kg.

Foram utilizados 10 digestores cilíndricos semicontínuos de bancada, construídos em policloreto de polivinila (PVC), com volume útil de 7,5L de substrato em fermentação (Figura 1). Os digestores foram constituídos de duas partes distintas, uma câmara de fermentação e o gasômetro, o qual era composto por duas estruturas de PVC, interna e externa, cujo objetivo era armazenar e permitir a quantificação do gás gerado. A conexão entre câmera de fermentação e o gasômetro era feita por meio de mangueira de silicone.

Figura 1
Representação esquemática do digestor anaeróbio experimental utilizado.

Os afluentes de partida foram formulados para conter aproximadamente 3% de ST. O tempo de partida foi de 30 dias e nesse período verificou-se a queima do biogás em todos os digestores. Após o tempo de partida, os digestores foram operados com cargas diárias por 90 dias; dentro desse período, os digestores foram abastecidos diariamente com afluente que variaram conforme os tratamentos, com a adição de bicarbonato de sódio (NaHCO₃), utilizado com o objetivo de auxiliar na formação e manutenção da alcalinidade, correção de pH e, com isso, proporcionar um meio adequado para maior redução de SV, promovendo maior produção de biogás acompanhada de melhor qualidade do biofertilizante.

Durante o ensaio foram coletadas amostras diárias do afluente e efluente, para determinação dos teores de ST e SV, e semanais para mensuração dos valores de pH por meio de potenciômetro digital. O nitrogênio amoniacal (N amoniacal) foi determinado segundo a metodologia descrita por APHA (1515 Apha - American Public Health Association. Standard methods for the examination of water and wastewater. 24th ed. Washington DC: APHA, AWWA, WEF, 2023, 1624p.), e os valores de alcalinidade parcial (AP), alcalinidade intermediária (AI) e alcalinidade total (AT) conforme Ripleyet et al. (1616 Ripley LE, Boyle WC, Converse JC. Improved alkalimetric monitoring for anaerobic digestion of high-strength wastes. Journal Water Pollution Control Federation. 1986; 58(1): 406-411. https://www.jstor.org/stable/25042933
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) e Jenkins et al. (1717 Jenkins SR, Morgan JM, Zhang X. Measuring the usable carbonate alkalinity of operating anaerobic digesters. Journal Water Pollution Control Federation. 1991; 63(1): 28-34. https://www.jstor.org/stable/25043948
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). A concentração de nitrogênio total (N) foi determinada pelo método Kjeldhal, conforme Silva & Queiroz (1818 Silva DJ, Queiroz AC. Análise de Alimentos (métodos químicos e biológicos), 3ª Ed. Viçosa: UFV, 2006. 235p.).

Para a concentração de fósforo total (P total) quinzenalmente foram realizadas análises dos afluentes e efluentes, utilizando a digestão via seca por espectrofotometria (725 nm). A digestão via seca consiste na calcinação das amostras moídas em mufla a temperatura de 600°C por 3 horas; adição de 2 mL de ácido clorídrico concentrado; calcinação por mais 3 horas; digestão em bloco digestor com banho de areia a 200°C com adição de ácido clorídrico diluído em água (1:1) por aproximadamente 30 minutos; diluição e estocagem das soluções.

O método calorimétrico consiste na formação de um composto amarelo do sistema vanodomolibdo fosfórico em acidez de 0,2 a 1,6 N (1919 Perkin-Elmer Corporation. Analytical methods for anatomic absorption spectrophotometry. Morwalk, 1996. 300p.). A cor desenvolvida foi medida em espectrofotômetro, determinando a concentração de P das amostras, com a utilização de uma reta padrão traçada previamente a partir de concentrações conhecidas, entre 0 e 52 μg de P mL-1. Os padrões foram preparados conforme metodologia descrita por Malavolta (2020 Malavolta E, Vitti GC, Oliveira SA. Micronutrientes, uma visão geral. In: Ferreira ME, Cruz MC. Micronutrientes na agricultura. Piracicaba: POTAFOS/CNPq, 1991. p.1-33.).

As produções de biogás foram calculadas com base no deslocamento do gasômetro medido com uma trena de 50 cm. Após a leitura do volume produzido, foi verificada a temperatura com o uso de um termômetro digital colocado na saída do biogás, até a estabilização do mesmo. Após cada leitura, os gasômetros foram zerados realizando-se a descarga do biogás. Para a correção do volume de biogás, foi utilizada a expressão resultante da combinação das leis de Boyle e Gay-Lussac.

Considerando a pressão atmosférica média em Aquidauana no período experimental de 10293 mm de H2O, tem-se como resultado a seguinte expressão para correção do volume de biogás:

V0= volume do biogás corrigido, m3;

P0= pressão do biogás corrigida (mm H2O);

T0= Temperatura do biogás corrigida (297.7525 K);

V1= Volume do biogás no gasômetro;

P1= Pressão do biogás no momento de leitura (mm H2O);

T1= Temperatura do biogás no momento de leitura K:

Volume do biogás corrigido: V 0 × P 0 T 0 = V 1 × P 1 T 1

Foram realizados testes de queima do biogás por meio de um bico de Bunsen acoplado à saída de biogás com o intuito de monitorar a estabilidade do processo, visto que as sobrecargas dos digestores podem levar ao acúmulo de ácidos voláteis e excessiva quantidade de dióxido de carbono no biogás, condição na qual o mesmo não queima. Os potenciais de produção de biogás foram calculados utilizando-se os dados de produção diária de biogás de cada tratamento e as quantidades de SV adicionados durante o processo. Os valores foram expressos em mL de biogás por grama de SV adicionados.

Os dados de monitoramento do processo de digestão anaeróbia foram submetidos à análise de variância por meio do delineamento em blocos ao acaso, sendo que as semanas de análises foram consideradas como blocos (cofator). Os dados de produção de dejetos foram analisados estatisticamente pelo teste de Scoot Knott, utilizando-se 5% de probabilidade. Os dados de características químicas de afluentes e efluentes (%) foram analisados pelo teste de Scoot Knott à 1% de probabilidade.

3. Resultados e Discussão

Não foram observadas diferenças significativas entre as dietas nas produções de dejetos na matéria natural (MN), matéria seca (MS) e matéria orgânica (MO) (Tabela 1), no entanto, houve diferença entre as dietas para o coeficiente de resíduos (CR).

Tabela 1
Produção de dejetos com base na material natural e material seca e coeficiente de residues de suínos em terminação alimentados com diferentes dietas

Os animais alimentados com a dieta controle apresentaram maior CR (11 Silva ADL, Moreira JÁ, Oliveira RLR, Mota LC, Teixeira ENM, Souza JG, Oliveira RGP. Qualitative feed restriction for late finishing pigs on meat quality and fatty acid profile. Semina: Ciências Agrárias. 2016; 37(4): 2343-2353. https://doi.org/10.5433/1679-0359.2016v37n4Supl1p2343
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,1212 Andretta I, Kipper M, Lehnen CR, Demori AB, Remus A, Lovatto PA. Meta-analysis of the relationship between ractopamine and dietary lysine levels on carcass characteristics in pigs. Livestock Science. 2012; 143(1):91-96. https://doi.org/10.1016/j.livsci.2011.09.004
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) em relação às demais dietas, que por sua vez não apresentaram diferença entre si. Os dados indicam que a maior quantidade de resíduos por kg de carne produzida foi gerada com o fornecimento da dieta basal, ou seja, o fornecimento dessa dieta pode causar maior impacto ambiental com relação às demais, uma vez que, a mesma quantidade de carne seria produzida em detrimento a maior geração de dejetos. Numa perspectiva do tratamento dos dejetos, sistemas com maiores volumes seriam necessários para mesma unidade de carne produzida com o fornecimento das demais dietas.

As concentrações de N amoniacal e alcalinidade (Tabela 2), como parâmetros indicadores do equilíbrio e da estabilidade do processo, apresentaram-se satisfatórias, sem oferecer riscos de falência do processo de digestão anaeróbia (2121 González-Fernández C, García-Encina. Impact of substrate to inoculum ratio in anaerobic digestion of swine slurry. Biomass and Bioenerg. 2009; 33(8): 1065-1069. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2009.03.008
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, 2222 Astals S, Ariso M, Galí A, Mata-Alvarez J. Co-digestion of pig manure and glycerine: Experimental and modelling study. Journal of Environmental Management. 2011; 92(4): https://doi.org/1091-1096,10.1016/j.jenvman.2010.11.014
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, 2323 Coca FOCG, Xavier CAN, Andrade WR, Arruda LDO, Gonçalves LMP, Kiefer C, Santos TMB. Produção de biogás com dejetos de suínos - efeito de energia líquida e ractopamina da dieta. Archivos de Zootecnia. 2016; 65(252): 507-512. https://doi.org/10.21071/az.v65i252.1918
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). O N amoniacal é benéfico para o processo de digestão anaeróbia, serve como fonte de nitrogênio e como tamponante, evitando mudanças de pH (2424 Morozova I, Nikulina N, Oechsner H, Krümpel J, Lemmer A. Effects of Increasing Nitrogen Content on Process Stability and Reactor Performance in Anaerobic Digestion. Energies. 2020; 13(5): 1139. https://doi.org/10.3390/en13051139
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). A concentração de N amoniacal nos efluentes variaram de 525 a 771 mg L, abaixo dos níveis de inibição do processo que, de acordo com Agyeman et al. (2525 Agyeman FO, Han Y, Tao W. Elucidating the kinetics of ammonia inhibition to anaerobic digestion through extended batch experiments and stimulation-inhibition modeling. Bioresource technology. 2021; 340(1): 125744. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.125744
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), são superiores a 1.070 mg L.

Tabela 2
Concentrações médias de nitrogênio amoniacal e alcalinidade (parcial, intermediária e total) de afluente e efluente de dejetos de suínos em terminação alimentados com diferentes dietas

As menores concentrações de N amoniacal podem ser explicadas pela composição dos dejetos que depende do aproveitamento dos nutrientes dos alimentos consumidos pelos animais. A formação de N amoniacal ocorre principalmente em meio anaeróbio e este permanece dissolvido na fase líquida dos dejetos e, no caso dos dejetos de suínos, as concentrações são elevadas já que os animais recebem altas quantidades de N orgânico nas dietas, também é mais prontamente transformado em N amoniacal (2323 Coca FOCG, Xavier CAN, Andrade WR, Arruda LDO, Gonçalves LMP, Kiefer C, Santos TMB. Produção de biogás com dejetos de suínos - efeito de energia líquida e ractopamina da dieta. Archivos de Zootecnia. 2016; 65(252): 507-512. https://doi.org/10.21071/az.v65i252.1918
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).

O teor médio de ST dos afluentes foi de 2,53% e o de N total, de 1,27%. Como não houve diferença nos teores de N total, mas houve nos teores de SV, é possível que tivesse havido diferença na relação C:N dos afluentes.

As dietas com cromo e ractopamina apresentaram maiores valores de SV nos afluentes, o que aumentariam as chances desses afluentes produzirem maior quantidade de biogás em relação às demais dietas. A dieta com restrição qualitativa apresentou o menor valor de SV no afluente e o maior teor de SF. Esse afluente apresentou o menor teor de P total. Os dois últimos parâmetros indicam que o perfil de minerais desse afluente foi diferente às demais dietas, não sendo possível, no entanto, concluir se sua qualidade foi superior ou inferior. Os minerais presentes nos afluentes de biodigestores podem favorecer o crescimento de microrganismos e melhorar seu metabolismo, inclusive a eficiência de uso dos precursores metano (2626 Nguyen VK, Chaudhary DK, Dahal RH, Trinh NH, Kim J, Chang SW, Nguyen DD. Review on pretreatment techniques to improve anaerobic digestion of sewage sludge. Fuel, 2021. 285(1): 119105p. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119105
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.1191...
, 2727 Zamri MFMA, Hasmady S, Akhiar A, Ideris F, Shamsuddin AH, Mofijur M, Mahlia TMI. A comprehensive review on anaerobic digestion of organic fraction of municipal solid waste. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2021; 137 (1):110637. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1364032120309217
https://www.sciencedirect.com/science/ar...
).

De acordo com Zhang et al. (2828 Zhang W, Li L, Xing W, Chen B, Zhang L, Li A, Yang T. Dynamic behaviors of batch anaerobic systems of food waste for methane production under different organic loads, substrate to inoculum ratios and initial pH. Journal of bioscience and bioengineering. 2019; 128(6): 733-743. https://doi.org/10.1016/j.jbiosc.2019.05.013
https://doi.org/10.1016/j.jbiosc.2019.05...
), o pH em condição ideal para bactérias anaeróbias pode variar de 6,0 a 8,0 portanto, esses valores encontram se em uma faixa ideal para o desenvolvimento microbiano, sendo o valor 7,0 considerado o ideal. Nessa faixa, evita-se comprometer a fase metanogênica, visto que as bactérias atuantes se desenvolvem melhor em condições neutras (2929 Kothari R, Pandey AK, Kumar S, Tyagi VV, Tyagi SK. Different aspects of dry anaerobic digestion for bioenergy: an overview. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014; 39(1): 174-195. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.07.011
https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.07.0...
, 3030 Xu F, Li Y, Ge X, Yang L, Li Y. Anaerobic digestion of food waste - challenges and opportunities. Bioresource Technology. 2018; 247(1): 1047-1058. https://10.1016/j.biortech.2017.09.020
https://10.1016/j.biortech.2017.09.020...
, 3131 Li Y, Chen Y, Wu J. Enhancement of methane production in anaerobic digestion process: a review. Applied Energy. 2019; 240(1): 120-137. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.01.243
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019....
, 3232 Atelge MR, Atabani AE, Banu JR, Krisa D, Kaya M, Eskicioglu C, Duman, FATİH. A critical review of pretreatment technologies to enhance anaerobic digestion and energy recovery. Fuel. 2020; 270(1): 117494. https://doi.org/117494,10.1016/j.fuel.2020.117494
https://doi.org/117494,10.1016/j.fuel.20...
, 2626 Nguyen VK, Chaudhary DK, Dahal RH, Trinh NH, Kim J, Chang SW, Nguyen DD. Review on pretreatment techniques to improve anaerobic digestion of sewage sludge. Fuel, 2021. 285(1): 119105p. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119105
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.1191...
, 2727 Zamri MFMA, Hasmady S, Akhiar A, Ideris F, Shamsuddin AH, Mofijur M, Mahlia TMI. A comprehensive review on anaerobic digestion of organic fraction of municipal solid waste. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2021; 137 (1):110637. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1364032120309217
https://www.sciencedirect.com/science/ar...
).

Os efluentes dos biodigestores não diferiram com relação aos teores de ST, SF e N total (Tabela 3). A média do teor de ST dos efluentes foi de 2,65, 0,99 de SF e 1,26% de N total. Esses valores foram próximos àqueles observados nos afluentes, não aparentando reduções. Houve diferença nos teores de SV, P total e no pH dos efluentes.

Tabela 3
Características químicas, em percentagem, dos afluentes e efluentes de digestores operados com dejetos de suínos em terminação alimentados com diferentes dietas

Dietas com restrição quantitativa e com ractopamina apresentaram maiores teores de SV, com média de 2,03%. A dieta com restrição qualitativa apresentou o maior valor de pH nos efluentes (7,39), o que implica que o meio foi diferenciado em nutrientes, e sua utilização pode ter proporcionado o desenvolvimento de uma população de microrganismos diferente daquelas encontradas nos demais digestores. As dietas com restrição qualitativa e com ractopamina apresentaram os menores teores de P total, com média de 1,90%.

A dieta com restrição qualitativa levou a maiores produções semanais de biogás e maiores potenciais de produção de biogás por unidade de SV (Tabela 4). Não houve diferença entre as produções acumuladas semanais de biogás entre digestores operados com dejetos de animais que receberam as dietas controle e com restrição quantitativa que foram superiores àquelas produções obtidas pelas dietas com cromo e ractopamina. SANTOS et al. (3333 Santos T, Trevizan PS, Xavier CA, Kiefer C, Ferraz AL. Biodigestão anaeróbia de dejetos de suínos em terminação suplementados com ractopamina por diferentes períodos. Engenharia Agrícola. 2016; 36(1): 399-407. http://dx.doi.org/10.1590/1809-4430-Eng.Agric.v36n3p399-407/2016
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), observaram maiores produções de biogás, a partir de 14 dias de tempo de suplementação de ractopamina, em detrimento ao não fornecimento e ao fornecimento por 7 dias.

Tabela 4
Produção acumulada semanal e potencial de produção de biogás de digestores operados com dejetos de suínos em terminação alimentados com diferentes dietas

Há de se considerar, no entanto, que a dosagem de ractopamina utilizada pelos autores foi de 20 ppm, enquanto no presente trabalho foi de 10 ppm (por 16 dias), sugerindo que a concentração possa ser mais importante que o período de suplementação. O segundo maior potencial de produção de biogás (em mL g-1 de SV adicionados), 47% inferior, foi dos biodigestores operados com dejetos de animais que receberam a dieta controle. As dietas com restrição quantitativa, com cromo e com ractopamina apresentaram os menores potenciais de produção de biogás, média de 130 mL g-1 de SV adicionados.

As dietas fornecidas aos animais foram isoproteicas, o que pode ter ocasionado semelhantes teores de N total nos afluentes e efluentes dos biodigestores. A dieta com restrição qualitativa foi elaborada com teor energético reduzido em aproximadamente 7%, o que pode ter contribuído para que essa dieta apresentasse maiores produções de biogás em relação às demais. Esse fato pode ter contribuído para que o perfil de nutrientes nos dejetos fosse diferente e o pH dos efluentes acima da neutralidade pode ter favorecido o processo de digestão anaeróbia (3434 Mao C, Feng Y, Wang X, Ren G. Review on research achievements of biogas from anaerobic digestion. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015; 45(1): 540-555. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.02.032
https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.02.0...
, 3535 Hakawati R, Smyth BM, McCullough G, Rosa F, Rooney D. What is the most energy efficient route for biogas utilization: heat, electricity or transport? Applied Energy. 2017; 206(1): 1076-1087. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.08.068
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017....
, 3131 Li Y, Chen Y, Wu J. Enhancement of methane production in anaerobic digestion process: a review. Applied Energy. 2019; 240(1): 120-137. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.01.243
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019....
).

4. Conclusão

A dieta controle apresentou maior coeficiente de resíduo em relação as demais dietas, podendo causar maior impacto ambiental pelo fato de produzir maior quantidade de resíduos. A restrição alimentar qualitativa proporciona maior rendimento de biogás (mL g SV11 Silva ADL, Moreira JÁ, Oliveira RLR, Mota LC, Teixeira ENM, Souza JG, Oliveira RGP. Qualitative feed restriction for late finishing pigs on meat quality and fatty acid profile. Semina: Ciências Agrárias. 2016; 37(4): 2343-2353. https://doi.org/10.5433/1679-0359.2016v37n4Supl1p2343
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adicionados), seguida das dietas controle, restrição alimentar quantitativa, cromo e ractopamina. As restrições qualitativa ou quantitativa, assim como a suplementação de cromo ou ractopamina reduzem a produção de dejetos por quantidade de carne produzida.

References

  • 1
    Silva ADL, Moreira JÁ, Oliveira RLR, Mota LC, Teixeira ENM, Souza JG, Oliveira RGP. Qualitative feed restriction for late finishing pigs on meat quality and fatty acid profile. Semina: Ciências Agrárias. 2016; 37(4): 2343-2353. https://doi.org/10.5433/1679-0359.2016v37n4Supl1p2343
    » https://doi.org/10.5433/1679-0359.2016v37n4Supl1p2343
  • 2
    Njoku C, Adeyemi O, Sanwo K, Sanya B, Popoola A, Aina A. Effects of qualitative and quantitative feed restriction on carcass yield and pork quality. Polish Journal of Natural Sciences. 2018; 33(1): 29-48. http://www.uwm.edu.pl/polish-journal/sites/default/files/issues/articles/njoku_et_al_2018_0.pdf
    » http://www.uwm.edu.pl/polish-journal/sites/default/files/issues/articles/njoku_et_al_2018_0.pdf
  • 3
    Vasconcelos TS, Thomaz MC, Castelini FR, Alvarenga PVA, Oliveira JÁ, Ramos GF, Santos Ruiz U. Evaluation of pineapple byproduct at increasing levels in heavy finishing pigs feeding. Animal Feed Science and Technology. 2020; 269(1): 114664. https://doi.org/10.1016/j.anifeedsci.2020.114664
    » https://doi.org/10.1016/j.anifeedsci.2020.114664
  • 4
    Santos APD, Kiefer C, Martins LP, Fantini CC. Restrição alimentar para suínos machos castrados e imunocastrados em terminação. Ciência Rural. 2012; 42(1): 147-153. https://doi.org/10.1590/S0103-84782012000100024
    » https://doi.org/10.1590/S0103-84782012000100024
  • 5
    Evans GW, Bowman TD. Chromium picolinate increases membrane fluidity and rate of insulin internalization. Journal of Inorganic Biochemistry. 1992; 46(4): 243-250. https://doi.org/10.1016/0162-0134(92)80034-S
    » https://doi.org/10.1016/0162-0134(92)80034-S
  • 6
    Vincent JB. Effects of chromium supplementation on body composition, human and animal health, and insulin and glucose metabolism. Current Opinion in Clinical Nutrition & Metabolic Care. 2019; 22(6): 483-489. https://doi.org/10.1097/MCO.0000000000000604
    » https://doi.org/10.1097/MCO.0000000000000604
  • 7
    Farias TVA, Kiefer C, Nascimento KMRDS, Corassa A, Alencar SADS, Rodrigues GP, Santos APD. Chromium and energy restriction as substitutes for ractopamine in finishing gilts diet. Ciência Rural. 2022; 52(1): e20200736. https://doi.org/10.1590/0103-8478cr20200736
    » https://doi.org/10.1590/0103-8478cr20200736
  • 8
    Ele T, Wei C, Lin X, Wang B, Yin G. Meta-analysis of the effects of organic chromium supplementation on the growth performance and carcass quality of weaned and growing-finishing pigs. Animais. 2023; 13(12): 2014. https://doi.org/10.3390/ani13122014
    » https://doi.org/10.3390/ani13122014
  • 9
    Leal RS, Mattos BOD, Cantarelli VDS, Carvalho GCD, Pimenta MEDSG, Pimenta CJ. Performance and carcass yield of pig fed diets containing different levels of ractopamine. Revista Brasileira de Saúde e Produção Animal. 2015; 16(1): 582-590. https://doi.org/10.1590/S1519-99402015000300010
    » https://doi.org/10.1590/S1519-99402015000300010
  • 10
    Pompeu MA, Rodrigues LA, Cavalcanti LFL, Fontes DO, Toral FLB. A multivariate approach to determine the factors affecting response level of growth, carcass, and meat quality traits in finishing pigs fed ractopamine. Journal of Animal Science. 2017; 95(4): 1644-1659. Disponível em: https://doi.org/10.2527/jas.2016.118
    » https://doi.org/10.2527/jas.2016.118
  • 11
    Rickard JW, Allee GL, Rincker PJ, Gooding JP, Acheson RJ, McKenna DR, Carr SN. Effects of ractopamine hydrochloride on the growth performance and carcass characteristics of heavy-weight finishing pigs sent for slaughter using a 3-phase marketing strategy. Translational Animal Science. 2017; 1(1): 406-411. https://doi.org/10.2527/tas2017.0053)
    » https://doi.org/10.2527/tas2017.0053
  • 12
    Andretta I, Kipper M, Lehnen CR, Demori AB, Remus A, Lovatto PA. Meta-analysis of the relationship between ractopamine and dietary lysine levels on carcass characteristics in pigs. Livestock Science. 2012; 143(1):91-96. https://doi.org/10.1016/j.livsci.2011.09.004
    » https://doi.org/10.1016/j.livsci.2011.09.004
  • 13
    Almeida VVD, Nuñez AJC, Miyada VS. Ractopamine as a metabolic modifier feed additive for finishing pigs: a review. Brazilian Archives of Biology and Technology. 2012; 55: 445-456. https://doi.org/10.1590/S1516-89132012000300016
    » https://doi.org/10.1590/S1516-89132012000300016
  • 14
    Rostagno HS, Albino LFT, Donzele JL, Gomes PC, Oliveira RD, Lopes DC, Euclides RF. Tabelas brasileiras para aves e suínos: composição de alimentos e exigências nutricionais. 3ª Ed. Viçosa: UFV, 2011. 252p.
  • 15
    Apha - American Public Health Association. Standard methods for the examination of water and wastewater. 24th ed. Washington DC: APHA, AWWA, WEF, 2023, 1624p.
  • 16
    Ripley LE, Boyle WC, Converse JC. Improved alkalimetric monitoring for anaerobic digestion of high-strength wastes. Journal Water Pollution Control Federation. 1986; 58(1): 406-411. https://www.jstor.org/stable/25042933
    » https://www.jstor.org/stable/25042933
  • 17
    Jenkins SR, Morgan JM, Zhang X. Measuring the usable carbonate alkalinity of operating anaerobic digesters. Journal Water Pollution Control Federation. 1991; 63(1): 28-34. https://www.jstor.org/stable/25043948
    » https://www.jstor.org/stable/25043948
  • 18
    Silva DJ, Queiroz AC. Análise de Alimentos (métodos químicos e biológicos), 3ª Ed. Viçosa: UFV, 2006. 235p.
  • 19
    Perkin-Elmer Corporation. Analytical methods for anatomic absorption spectrophotometry. Morwalk, 1996. 300p.
  • 20
    Malavolta E, Vitti GC, Oliveira SA. Micronutrientes, uma visão geral. In: Ferreira ME, Cruz MC. Micronutrientes na agricultura. Piracicaba: POTAFOS/CNPq, 1991. p.1-33.
  • 21
    González-Fernández C, García-Encina. Impact of substrate to inoculum ratio in anaerobic digestion of swine slurry. Biomass and Bioenerg. 2009; 33(8): 1065-1069. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2009.03.008
    » https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2009.03.008
  • 22
    Astals S, Ariso M, Galí A, Mata-Alvarez J. Co-digestion of pig manure and glycerine: Experimental and modelling study. Journal of Environmental Management. 2011; 92(4): https://doi.org/1091-1096,10.1016/j.jenvman.2010.11.014
    » https://doi.org/1091-1096,10.1016/j.jenvman.2010.11.014
  • 23
    Coca FOCG, Xavier CAN, Andrade WR, Arruda LDO, Gonçalves LMP, Kiefer C, Santos TMB. Produção de biogás com dejetos de suínos - efeito de energia líquida e ractopamina da dieta. Archivos de Zootecnia. 2016; 65(252): 507-512. https://doi.org/10.21071/az.v65i252.1918
    » https://doi.org/10.21071/az.v65i252.1918
  • 24
    Morozova I, Nikulina N, Oechsner H, Krümpel J, Lemmer A. Effects of Increasing Nitrogen Content on Process Stability and Reactor Performance in Anaerobic Digestion. Energies. 2020; 13(5): 1139. https://doi.org/10.3390/en13051139
    » https://doi.org/10.3390/en13051139
  • 25
    Agyeman FO, Han Y, Tao W. Elucidating the kinetics of ammonia inhibition to anaerobic digestion through extended batch experiments and stimulation-inhibition modeling. Bioresource technology. 2021; 340(1): 125744. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.125744
    » https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.125744
  • 26
    Nguyen VK, Chaudhary DK, Dahal RH, Trinh NH, Kim J, Chang SW, Nguyen DD. Review on pretreatment techniques to improve anaerobic digestion of sewage sludge. Fuel, 2021. 285(1): 119105p. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119105
    » https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119105
  • 27
    Zamri MFMA, Hasmady S, Akhiar A, Ideris F, Shamsuddin AH, Mofijur M, Mahlia TMI. A comprehensive review on anaerobic digestion of organic fraction of municipal solid waste. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2021; 137 (1):110637. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1364032120309217
    » https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1364032120309217
  • 28
    Zhang W, Li L, Xing W, Chen B, Zhang L, Li A, Yang T. Dynamic behaviors of batch anaerobic systems of food waste for methane production under different organic loads, substrate to inoculum ratios and initial pH. Journal of bioscience and bioengineering. 2019; 128(6): 733-743. https://doi.org/10.1016/j.jbiosc.2019.05.013
    » https://doi.org/10.1016/j.jbiosc.2019.05.013
  • 29
    Kothari R, Pandey AK, Kumar S, Tyagi VV, Tyagi SK. Different aspects of dry anaerobic digestion for bioenergy: an overview. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014; 39(1): 174-195. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.07.011
    » https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.07.011
  • 30
    Xu F, Li Y, Ge X, Yang L, Li Y. Anaerobic digestion of food waste - challenges and opportunities. Bioresource Technology. 2018; 247(1): 1047-1058. https://10.1016/j.biortech.2017.09.020
    » https://10.1016/j.biortech.2017.09.020
  • 31
    Li Y, Chen Y, Wu J. Enhancement of methane production in anaerobic digestion process: a review. Applied Energy. 2019; 240(1): 120-137. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.01.243
    » https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.01.243
  • 32
    Atelge MR, Atabani AE, Banu JR, Krisa D, Kaya M, Eskicioglu C, Duman, FATİH. A critical review of pretreatment technologies to enhance anaerobic digestion and energy recovery. Fuel. 2020; 270(1): 117494. https://doi.org/117494,10.1016/j.fuel.2020.117494
    » https://doi.org/117494,10.1016/j.fuel.2020.117494
  • 33
    Santos T, Trevizan PS, Xavier CA, Kiefer C, Ferraz AL. Biodigestão anaeróbia de dejetos de suínos em terminação suplementados com ractopamina por diferentes períodos. Engenharia Agrícola. 2016; 36(1): 399-407. http://dx.doi.org/10.1590/1809-4430-Eng.Agric.v36n3p399-407/2016
    » http://dx.doi.org/10.1590/1809-4430-Eng.Agric.v36n3p399-407/2016
  • 34
    Mao C, Feng Y, Wang X, Ren G. Review on research achievements of biogas from anaerobic digestion. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015; 45(1): 540-555. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.02.032
    » https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.02.032
  • 35
    Hakawati R, Smyth BM, McCullough G, Rosa F, Rooney D. What is the most energy efficient route for biogas utilization: heat, electricity or transport? Applied Energy. 2017; 206(1): 1076-1087. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.08.068
    » https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.08.068

Datas de Publicação

  • Publicação nesta coleção
    27 Ago 2024
  • Data do Fascículo
    2024

Histórico

  • Recebido
    07 Nov 2023
  • Aceito
    04 Abr 2024
  • Publicado
    31 Jul 2024
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