Effects of Brown Sugar Supplementation on Fermentation Quality and Microbiota of Mixed Silage of Wheat Straw and Pennisetum giganteum

Resumo Técnico: Efeitos da Suplementação com Açúcar Mascavo na Qualidade da Fermentação e na Microbiota de Silagem Mista de Palha de Trigo e Pennisetum giganteum

Definição do Problema
O Pennisetum giganteum é uma gramínea perene de alto rendimento com potencial significativo para alimentação de ruminantes; no entanto, sua ensilagem é frequentemente comprometida pela alta capacidade de tamponamento e baixo teor de carboidratos solúveis em água (CSA), levando a uma fermentação inadequada, declínio lento do pH e baixa qualidade da silagem. Embora a mistura com palha de trigo ofereça complementaridade física e nutricional, ambos os materiais permanecem baixos em açúcares fermentáveis. Embora o melaço tenha sido estudado como um aditivo de açúcar, a pesquisa direta sobre o açúcar mascavo — uma alternativa amplamente disponível, padronizada e de fácil armazenamento — permanece limitada. Este estudo aborda a lacuna no entendimento de como níveis variados de suplementação com açúcar mascavo afetam a qualidade da fermentação e a dinâmica da comunidade microbiana da silagem mista de Pennisetum giganteum e palha de trigo.

Metodologia
O estudo empregou um delineamento experimental controlado utilizando uma mistura de Pennisetum giganteum fresco e palha de trigo (proporção de 7:3 de fresco para seco). Cinco grupos de tratamento foram estabelecidos pela adição de açúcar mascavo nos níveis de 0 (T0), 2 (T2), 4 (T4), 6 (T6) e 8 g·kg⁻¹ (T8). Cada tratamento incluiu três repetições. Um inoculante microbiano autodesenvolvido contendo Lactobacillus plantarum, Lactobacillus buchneri e celulase foi aplicado a todas as amostras. As misturas foram embaladas a vácuo em sacos de polietileno e fermentadas à temperatura ambiente (20–26°C) por 60 dias.

A qualidade da fermentação foi avaliada pela medição de pH, teor de umidade, nitrogênio amoniacal (NH3-N) e ácidos orgânicos (ácidos láctico, acético, propiônico e butírico) via Cromatografia Líquida de Alta Performance (HPLC). A estrutura da comunidade microbiana foi analisada por sequenciamento de alto rendimento do gene 16S rRNA (região V3-V4) na plataforma Illumina NovaSeq 6000. As análises estatísticas incluíram ANOVA, PCoA, NMDS e análise de topologia de rede (usando Gephi) para avaliar os padrões de coocorrência bacteriana baseados em correlações de Pearson entre os 50 principais gêneros.

Principais Resultados

1. Qualidade da Fermentação: A adição de açúcar mascavo influenciou significativamente os perfis de ácidos orgânicos. O grupo T6 (6 g·kg⁻¹) exibiu os maiores teores de ácido láctico (397,89 g/kg) e ácido acético (55,59 g/kg), que foram significativamente superiores aos demais grupos (P < 0,01 e P < 0,05, respectivamente). Por outro lado, os níveis de ácido butírico em T6 e T8 foram significativamente menores do que no controle (T0) e no T2, indicando redução da deterioração. O teor de umidade diminuiu progressivamente com o aumento da adição de açúcar, enquanto o pH permaneceu em uma faixa favorável (3,8–4,2) em todos os tratamentos.
2. Diversidade e Composição Microbiana: A adição de açúcar mascavo não alterou significativamente os índices de diversidade alfa (Chao1, Shannon, Simpson) entre os tratamentos, embora todos os grupos tenham apresentado alta cobertura (>0,99). No entanto, as análises de diversidade beta (PCoA e NMDS) revelaram uma separação clara entre o controle (T0) e o grupo T6, indicando uma mudança significativa na estrutura geral da comunidade.
   • Ao nível de filo, a abundância relativa de Fusobacteriota (associada à degradação de proteínas) foi significativamente menor em todos os grupos tratados com açúcar em comparação ao T0.
   • Ao nível de gênero, Exiguobacterium foi significativamente mais abundante nos grupos tratados.
   • A análise LEfSe identificou biomarcadores específicos: o T0 foi caracterizado por Fusobacteriota e táxons relacionados, enquanto o T4 foi caracterizado por Alcanivoracaceae e Alcanivorax.
3. Estrutura de Rede: A análise de rede de coocorrência bacteriana mostrou que os grupos T4 e T6 possuíam a maior complexidade topológica, com o número máximo de arestas (166), grau médio (11,067) e densidade de grafo (0,382). Isso sugere que a adição apropriada de açúcar aumentou a cooperação e a força das interações entre os gêneros bacterianos, criando uma rede microbiana mais estável e eficiente.

Principais Contribuições

• Otimização da Dosagem do Aditivo: O estudo identifica 6 g·kg⁻¹ como a dosagem ideal de açúcar mascavo para a silagem mista de Pennisetum giganteum e palha de trigo, equilibrando a disponibilidade de substrato com a regulação microbiana.
• Elucidação do Mecanismo Microbiano: A pesquisa fornece evidências de que o açúcar mascavo atua como uma fonte de carbono prontamente disponível que impulsiona a proliferação de bactérias lácticas, suprime táxons prejudiciais como Fusobacteriota e reestrutura a rede de coocorrência microbiana para um estado mais coeso e sinérgico.
• Diferenciação do Melaço: Ao focar especificamente no açúcar mascavo, o estudo oferece dados distintos da pesquisa baseada em melaço, abordando as diferenças composicionais específicas (ex: conteúdo de minerais e nitrogênio) entre os dois aditivos.

Significância e Alegações
Os autores afirmam que a adição de uma quantidade apropriada de açúcar mascavo melhora efetivamente a qualidade da fermentação da silagem mista ao promover o acúmulo de ácido láctico e inibir a produção de ácido butírico. O estudo postula que o tratamento T6 alcança um equilíbrio ideal onde a comunidade microbiana evolui para uma "rede de fermentação mais coesa e eficiente", caracterizada por alta densidade de grafo e interações cooperativas aprimoradas entre os gêneros centrais.

O artigo conclui que esta abordagem fornece uma base teórica para otimizar as técnicas de ensilagem para Pennisetum giganteum e melhorar a utilização de subprodutos agrícolas como a palha de trigo. Os autores explicitamente observam limitações, incluindo o uso de um inoculante microbiano em todos os tratamentos e a falta de avaliação quanto à estabilidade aeróbica ou métricas de desempenho animal. Consequentemente, o estudo enquadra seus achados como um passo fundamental, sugerindo que pesquisas futuras devem validar o tratamento T6 sob exposição aeróbica e em ensaios de alimentação in vivo.