La « biotransformation ruminale » est un concept qui regroupe l'ensemble des réactions se produisant dans le rumen (dégradation, synthèse et conversion). Ces réactions sont pilotées par trois forces motrices majeures : les lois de la cinétique chimique, de la thermodynamique et de la dynamique des populations microbiennes. Cette thèse a pour objectif d'étudier l'impact d'un facteur alimentaire (pourcentage de concentrés incorporés dans la ration, supplémentation en huile) sur le fonctionnement du rumen et la biotransformation ruminale des constituants alimentaires en termes de dynamique et d'intensité. Cette thèse a combiné trois types d'approches : un essai in vivo sur des chèvres en milieu de lactation, deux essais in vitro (méthode du gaz-test) et une approche de modélisation mécaniste. In vivo, les réactions de biotransformation ont été évaluées par un suivi de la dynamique postprandiale et des mesures de bilans duodénaux. De plus, nous avons étudié l'influence réciproque des phénomènes ruminaux et de l'animal-hôte (comportement d'ingestion, métabolisme, paramètres zootechniques, et qualité du lait) sur le long terme (6 semaines). Nos résultats sont en accord avec la plupart des études antérieures effectuées chez la chèvre ou la vache laitières. Les modifications du comportement d'ingestion observées après 6 semaines avec le régime riche en concentrés ont eu un effet sur les phénomènes digestifs ruminaux. Les flux duodénaux d'acides gras ont expliqué les profils en acides gras du lait. Les études in vitro ont donné des résultats très cohérents par rapport à l'in vivo lorsque les animaux donneurs recevaient les régimes incubés. Enfin, nous avons développé un modèle mécaniste de fonctionnement de rumen in vitro décrivant de manière spécifique les lois physico-chimiques expliquant les dynamiques d'évolution du pH et de formation de gaz. Ce modèle aboutit à des résultats satisfaisants et pourrait être intégré à un modèle de rumen plus complet. La modélisation semble être le meilleur moyen pour intégrer toutes les réactions de biotransformation observées lors d'expérimentations. / “Ruminal biotransformation” is a concept aggregating all the reactions occurring in the rumen (degradation, synthesis and conversion). These reactions are driven by three major driving forces: laws of chemical kinetics, thermodynamics and the dynamics of microbial populations. The principal objective of the thesis was to study how a dietary factor (percentage of concentrate in the ration, oil supplementation) can modify rumen function and the ruminal biotransformation of dietary components in terms of pattern and extent. To answer to this question, three approaches were used: an in vivo experiment on mid-lactation goats, two in vitro experiments (with the gas-test method) and the development of a mechanistic model. In vivo biotransformation reactions were assessed by post-feeding measurements or by duodenal flow determination. Further, the relationships between the rumen and the host animal (intake behaviour, metabolism, performance parameters, and milk quality) were studied over a period of 6 weeks. Our results were consistent with previous reports in goats and dairy cows. Animals adapted their intake behaviour in 6 weeks with the high-concentrate diet. As a consequence, modifications of ruminal digestion patterns were observed. Duodenal flow of fatty acids explained the milk fatty acid profile. The in vitro studies gave consistent results with the in vivo study when donor animals were fed the incubated diets. Finally, a mechanistic model of rumen functioning in in vitro devices was developed. It describes specifically the physicochemical laws explaining pH and gas production patterns. This model gives satisfying results and could be integrated to a larger mechanistic model of rumen. Modelling provides a logical framework within which to mathematically integrate all the biotransformation reactions observed in experiments.

As técnicas in vitro de produção de gases são usualmente empregadas em pesquisas na nutrição de ruminantes com a finalidade de simular a fermentação ruminal, possuindo diversas vantagens como facilidade de adoção, repetibilidade, uso minimizado de animais e baixo custo. Para tanto, é necessário a coleta de conteúdo ruminal, a qual geralmente é obtida com o uso de animais fistulados no rúmen, no entanto este tipo de cirurgia esta cada vez mais contestada. Frente a esse duelo, há um crescente interesse científico por pesquisas que forneçam alternativas ao inóculo ruminal. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar o uso de inóculo fecal submetidos à pré-incubações em substituição ao inóculo ruminal de bovinos na técnica in vitro de produção de gases em bioensaio de metanogênese (24 h) e de cinética fermentativa (72 h). Como doadores de inóculos ruminal e fecal foram utilizadas quatro novilhas Nelore portadoras de cânulas ruminal. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados, com cinco tratamentos e quatro blocos com duas réplicas analíticas para cada repetição. Sendo os tratamentos os inóculos: conteúdo ruminal (CR), fezes sem pré-incubação (F0), e fezes com 12, 24 e 36 h de pré-incubação (F12, F24 e F36, respectivamente). Foram avaliados os efeitos da pré-incubação das fezes quando utilizado como inóculo fecal sobre a estimativa da degradabilidade ruminal, produção de metano e parâmetros de fermentabilidade. Os dados foram analisados pelo programa estatístico SAS 9.3 verificando a normalidade dos resíduos e a homogeneidade das variâncias, em seguida foram realizadas as comparações das médias pelo teste de Tukey. Em ambos os bioensaios (24 e 72 horas), os inóculos fecais pré-incubados por 24 ou 36 horas mostraram-se bom substituto ao inóculo ruminal para análises de degradabilidade in vitro da matéria seca e orgânica. Para as variáveis produção de total de ácidos graxos, perfil de ácidos graxo de cadeia curta, relação acético:propiônico e nitrogênio amoniacal, o inóculo sem pré-incubação (FE0) foi o que mais se aproximou do inóculo referência. Para as produções de gases, produção de metano e fator de partição da matéria seca e matéria orgânica as fezes não foram eficientes. / The in vitro techniques of gas production are usually used in ruminant nutrition research with the purpose of simulating ruminal fermentation. This technique has several advantages such as ease of adoption, repeatability, minimized use of animals and low cost. Therefore, is necessary the collection of ruminal content, which is usually obtained with the use of fistulated animals in the rumen, however this type of surgery is increasingly challenged. Faced with this duel, there is a great scientific interest in research that provides alternatives to the ruminal inoculum. The objective of this research was to evaluate the use of fecal inoculum submitted to preincubation to replace rumen inoculum of Nelore in the in vitro technique of gas production in bioassay of methanogenesis (24 h) and fermentative kinetics (72 h). Four Nellore carrying ruminal cannula were donors of ruminal content and feces. The experimental design was a randomized block, with five treatments and four blocks with two analytical replicates for each replicate. The treatments were the inocula: ruminal contents (RC), faeces without preincubation (F0), and faeces with 12, 24 and 36 hours of preincubation (F12, F24 and F36, respectively). Estimates of ruminal degradability, methane production and ruminal fermentability were evaluated. The data were analyzed by the statistical program SAS 9.3 verifying the normality of the residues and the homogeneity of the variances, the averages were compared by the Tukey test. In the two bioassays (24 and 72 hours), the fecal inocula preincubated for 24 or 36 hours were good substitute for the ruminal inoculum in analyzes of in vitro degradability of dry and organic matter. For the variables production of total fatty acids, short chain fatty acid profile, acetic: propionic and ammoniacal nitrogen, the inoculum without pre-incubation (FE0) approached the reference inoculum. For gas production, methane production and partitioning factor of dry matter and organic matter were not efficient.

As técnicas in vitro de produção de gases são usualmente empregadas em pesquisas na nutrição de ruminantes com a finalidade de simular a fermentação ruminal, possuindo diversas vantagens como facilidade de adoção, repetibilidade, uso minimizado de animais e baixo custo. Para tanto, é necessário a coleta de conteúdo ruminal, a qual geralmente é obtida com o uso de animais fistulados no rúmen, no entanto este tipo de cirurgia esta cada vez mais contestada. Frente a esse duelo, há um crescente interesse científico por pesquisas que forneçam alternativas ao inóculo ruminal. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar o uso de inóculo fecal submetidos à pré-incubações em substituição ao inóculo ruminal de bovinos na técnica in vitro de produção de gases em bioensaio de metanogênese (24 h) e de cinética fermentativa (72 h). Como doadores de inóculos ruminal e fecal foram utilizadas quatro novilhas Nelore portadoras de cânulas ruminal. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados, com cinco tratamentos e quatro blocos com duas réplicas analíticas para cada repetição. Sendo os tratamentos os inóculos: conteúdo ruminal (CR), fezes sem pré-incubação (F0), e fezes com 12, 24 e 36 h de pré-incubação (F12, F24 e F36, respectivamente). Foram avaliados os efeitos da pré-incubação das fezes quando utilizado como inóculo fecal sobre a estimativa da degradabilidade ruminal, produção de metano e parâmetros de fermentabilidade. Os dados foram analisados pelo programa estatístico SAS 9.3 verificando a normalidade dos resíduos e a homogeneidade das variâncias, em seguida foram realizadas as comparações das médias pelo teste de Tukey. Em ambos os bioensaios (24 e 72 horas), os inóculos fecais pré-incubados por 24 ou 36 horas mostraram-se bom substituto ao inóculo ruminal para análises de degradabilidade in vitro da matéria seca e orgânica. Para as variáveis produção de total de ácidos graxos, perfil de ácidos graxo de cadeia curta, relação acético:propiônico e nitrogênio amoniacal, o inóculo sem pré-incubação (FE0) foi o que mais se aproximou do inóculo referência. Para as produções de gases, produção de metano e fator de partição da matéria seca e matéria orgânica as fezes não foram eficientes. / The in vitro techniques of gas production are usually used in ruminant nutrition research with the purpose of simulating ruminal fermentation. This technique has several advantages such as ease of adoption, repeatability, minimized use of animals and low cost. Therefore, is necessary the collection of ruminal content, which is usually obtained with the use of fistulated animals in the rumen, however this type of surgery is increasingly challenged. Faced with this duel, there is a great scientific interest in research that provides alternatives to the ruminal inoculum. The objective of this research was to evaluate the use of fecal inoculum submitted to preincubation to replace rumen inoculum of Nelore in the in vitro technique of gas production in bioassay of methanogenesis (24 h) and fermentative kinetics (72 h). Four Nellore carrying ruminal cannula were donors of ruminal content and feces. The experimental design was a randomized block, with five treatments and four blocks with two analytical replicates for each replicate. The treatments were the inocula: ruminal contents (RC), faeces without preincubation (F0), and faeces with 12, 24 and 36 hours of preincubation (F12, F24 and F36, respectively). Estimates of ruminal degradability, methane production and ruminal fermentability were evaluated. The data were analyzed by the statistical program SAS 9.3 verifying the normality of the residues and the homogeneity of the variances, the averages were compared by the Tukey test. In the two bioassays (24 and 72 hours), the fecal inocula preincubated for 24 or 36 hours were good substitute for the ruminal inoculum in analyzes of in vitro degradability of dry and organic matter. For the variables production of total fatty acids, short chain fatty acid profile, acetic: propionic and ammoniacal nitrogen, the inoculum without pre-incubation (FE0) approached the reference inoculum. For gas production, methane production and partitioning factor of dry matter and organic matter were not efficient.

Mestre em Ciências Veterinárias / Os efeitos benéficos da adubação com silício (Si) têm sido observados em várias espécies vegetais, especialmente quando estas são submetidas a estresse, seja ele biótico ou abiótico. Aumentos de produtividade e resistência a pragas e doenças estão entre os principais benefícios do Si para as plantas que o absorvem e o acumulam na parte aérea, uma das possíveis razões para maior adaptabilidade e resistência do capim braquiária nas áreas de acidez e baixa fertilidade do solo das regiões do cerrado brasileiro. Objetivou-se avaliar o efeito da adubação superficial com silicato e calcário sobre algumas características químicas do solo; concentração de Si na folha, produção de matéria seca, composição bromatológica, produção de gases e degradabilidade ruminal in vitro da gramínea Brachiaria decumbens. Para tal foi utilizado o delineamento em blocos casualizado, com cinco doses de silicato: 0, 880, 1320, 1760 e 2640 kg.ha-1 e uma dose de 1760 kg.ha-1 de calcário, aplicados superficialmente com leve incorporação em pastagem de Brachiaria decumbens na região do Triângulo Mineiro. Foram realizados cinco cortes na parte aérea da braquiária aos 45, 75, 103, 166 e 382 dias após a instalação do experimento, sendo analisadas as variáveis: matéria seca, concentração de Si foliar e Si acumulado na parte aérea. O material proveniente do terceiro corte foi usado nas avaliações bromatológicas, de produção de gases e degradabilidade ruminal in vitro. Procederam-se também duas amostragens de solo nas profundidades de 0-10, 10-20 e 20-40 cm aos 5 e 12 meses após a implantação do experimento, para avaliar o pH (CaCl2), Ca, Mg e Si no solo. Os resultados demonstraram que o silicato não afetou a produção de matéria seca, porém aumentou as concentrações de Si na parte aérea da planta, comprovando ser a Brachiaria decumbens uma espécie acumuladora de Si. O silicato também elevou os teores de Si e Ca no solo, entretanto o mesmo não se mostrou significativo para os valores de pH e Mg no solo. Com relação à comparação entre o silicato e o calcário este não apresentou diferenças entre as médias estudadas, tanto na análise das variáveis relacionadas ao solo como à parte aérea da braquiária. Não houve efeito da concentração de Si na folha sobre a composição bromatológica, a não ser na fração mineral do material estudado. A presença do Si em altas concentrações na folha da gramínea Brachiaria decumbens (12,7 g.kg-1 na dose testemunha e 16,0 g.kg-1 na dose de 2640 kg.ha-1 de silicato) não afetou a cinética de fermentação na produção de gases ou sua degradabilidade ruminal in vitro.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Food additives are substances that control animal metabolism, increasing the efficiency of feed utilization and providing greater animal production. Monensin is certainly the most studied and used, but in recent years its use has undergone several constraints, mainly by the European Union and the United States, so it is crucial to study new alternatives which present satisfactory results additives on animal performance. Thus, an experiment was conducted evaluating, by the in vitro gas technique, the use of a product based on organic acids compared to monensin. Four treatments were used: CTL (no additives), MON (monensin) and CTX 250 and 500 (250 and 500ppm organic additive)with four replications in a completely randomized design with repeated measures in time. Were evaluated the parameters of gas production, production of short chain fatty acids (SCFA), methane (CH4), ammoniacal nitrogen (NH3-N) and pH. MON treatment increased (P <0.05) propionate production and decreased (P <0.05) gas production, CH4, acetate, butyrate, valerate, isobutyrate, isovalerate, the ratio of acetate/propionate and SCFA total production relative to CTL, not changing the NH3-N concentration. Treatments with organic acids 250 and CTX 500, CTX 500 only showed a decrease in the concentrations of NH3-N, the other parameters showed no significant changes (P >0.05) with the addition of organic acids in relation to CTL. In this sense the monensin presents characteristics of modulation rumen environment. / Os aditivos alimentares são substâncias que controlam o metabolismo animal, aumentando a eficiência de utilização de alimentos e proporcionando maior produção animal. A monensina sódica é certamente a mais estudada e empregada, porém nos últimos anos sua utilização tem sofrido diversas restrições, principalmente pela União Européia e Estados Unidos, portanto, é fundamental o estudo de novas alternativas de aditivos que apresentem resultados satisfatórios no desempenho animal. Assim, foi conduzido um experimento avaliando, pela técnica de digestibilidade in vitro gás, o uso de produto à base de ácidos orgânicos em comparação à monensina sódica. Foram testados quatro tratamentos: CTL (sem aditivo), MON (monensina) e CTX 250 e 500 (aditivo orgânico 250 e 500ppm), com três repetições em um delineamento inteiramente casualizado com medidas repetidas no tempo. Foram avaliados os parâmetros de produção de gás, produção de ácidos graxos de cadeia curta (AGCC), metano (CH4), nitrogênio amoniacal (NNH3) e pH. O tratamento MON aumentou (P<0,05) a produção de propionato e diminuiu (P<0,05) a produção de gás, CH4, acetato, butirato, valerato, isobutirato, isovalerato, a relação de acetato/propionato e a produção total AGCC em relação ao CTL, não alterando a concentração de N-NH3. Dos tratamentos com ácidos orgânicos CTX 250 e 500, somente o CTX 500 mostrou diminuição nas concentrações de N-NH3, os demais parâmetros avaliados não mostraram alterações significativas (P>0,05) com adição dos ácidos orgânicos em relação ao CTL. Neste sentido a monensina sódica apresenta características de modulação do ambiente ruminal.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Lipid additives used in the nutrition of dairy cows may affect both milk fat composition, as modifying the individual fatty acid profile, reducing methane emissions, becoming a sustainable practice for dairy cattle. To verify the effect of an additive based on medium chain fatty acids (MCFA) containing caproic acid, caprylic, capric, lauric and myristic, four treatments were tested: CTL (control without addition of MCFA), AGCM20 (5g MCFA), AGCM40 (10g MCFA) and AGCM80 (20g MCFA) on in vitro production gas (Experiment 1) and in the diet of lactating cows (Experiment 2). The bottles were distributed in a completely randomized design with repeated measurements over time and animals in triple latin square with four animals, four periods, four treatment, respectively. In Experiment 1 evaluated the production of gas, short chain fatty acids (SCFA) and methane (CH4); in Experiment 2 the productive parameters of milk and individual profile of fatty acids of milk fat. There was a significant decrease in gas production and methane (P<0.05), changing the profile of SCFA production in vitro treatment gas in AGCM40 and 80 compared with the control. No effects on productive parameters (P>0.05), however, were observed linear increase of C17:0 and C18: 3n6 (P<0.05) in the treatments AGCM20 and 80 respectively. It has been found that the use of MCFA 10 and 20g reduce the production of methane, without altering milk production and fatty acids of milk. / Aditivos lipídicos utilizados na nutrição de vacas leiteiras podem afetar tanto a composição da gordura do leite, quanto modificar o perfil de ácidos graxos individuais, reduzindo as emissões de metano, tornando-se uma prática sustentável para pecuária leiteira. Para verificar o efeito de um aditivo a base de ácidos graxos de cadeia média (AGCM), contendo ácido capróico, caprílico, cáprico, láurico e mirístico, foram testados quatro tratamentos: CTL (controle, sem suplementação), AGCM20 (5g AGCM), AGCM40 (10g AGCM) e AGCM80 (20g AGCM) na produção in vitro gás (Experimento 1) e na dieta de vacas em lactação (Experimento 2). Os frascos foram distribuídos em um delineamento inteiramente casualizado com medidas repetidas no tempo e os animais em um triplo quadrado latino, com quatro animais, quatro períodos, quatro tratamentos, respectivamente. No experimento 1 foram avaliados a produção de gás, ácidos graxos de cadeia curta (AGCC) e metano (CH4); no Experimento 2 os parâmetros produtivos de leite e perfil individual dos ácidos graxos da gordura do leite. Houve redução significativa na produção de gás e metano (P<0,05), alterando o perfil de AGCC na produção in vitro gás nos tratamento AGCM40 e 80 em comparação com o controle. Não foram observados efeitos nos parâmetros produtivos (P>0,05), entretanto, foram observados aumentos lineares de C17:0 e C18:3n6 (P<0,05), nos tratamentos AGCM20 e 80 respectivamente. Foi constatado que o uso de 10 e 20g de AGCM reduz a produção de metano, não alterando a produção de leite.

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