Kinetics of cecal gas production and in vitro digestibility of cereals used in swine feed

Abstract

Cecal fermentation is a key process for the energetic utilization of undigested carbohydrates in pigs, directly influencing intestinal health, nutrient efficiency, and overall productive sustainability. However, the fermentation dynamics of different cereals and plant-based by-products remain poorly characterized. The aim of this study was to evaluate the in vitro digestibility and cecal gas production kinetics of three conventional cereals (corn, wheat, and barley) and two comparative feedstuffs (Dominican banana and cereal straw) commonly used in swine diets. A multienzymatic in vitroprocedure simulating gastric, intestinal, and cecal fermentation phases was applied, with gas measurements taken at 2 to 96 h intervals. Results showed that cereals presented higher total dry matter digestibility (85.7%) compared to banana and straw (54.4%; P<0.001), associated with lower neutral detergent fiber (15.4%), acid detergent fiber (4.6%), and lignin (1.22%) contents. Fermentation kinetics revealed that cereals and banana displayed a rapid initial gas production (65 mL/g DM at 24 h) with sustained increases up to 96 h (90 mL/g DM), whereas cereal straw showed the slowest fermentation rate and no defined plateau (50 mL/g DM). This pattern reflects the differential availability of fermentable fractions and the structural influence of fiber on cecal microbial activity. Overall, the results confirm that the chemical composition and structural nature of feed ingredients determine the efficiency of cecal fermentation, highlighting the importance of fiber quality and type as key factors in diet formulation aimed at maximizing digestibility and energetic utilization in pigs.La fermentación cecal es un proceso clave para la utilización energética de carbohidratos no digeridos en cerdos, influyendo directamente en la salud intestinal, la eficiencia de los nutrientes y la sostenibilidad productiva general. Sin embargo, la dinámica de fermentación de diferentes cereales y subproductos vegetales aún no está bien caracterizada. El objetivo de este estudio fue evaluar la digestibilidad in vitro y la cinética de producción de gas cecal de tres cereales convencionales (maíz, trigo y cebada) y dos alimentos comparativos (plátano dominicano y paja de cereal) comúnmente utilizados en dietas porcinas. Se aplicó un procedimiento in vitro multienzimático que simulaba las fases de fermentación gástrica, intestinal y cecal, con mediciones de gas tomadas a intervalos de 2 a 96 h. Los resultados mostraron que los cereales presentaron una mayor digestibilidad total de materia seca (85,7%) en comparación con el plátano y la paja (54,4%; P<0,001), asociada con menores contenidos de fibra detergente neutra (15,4%), fibra detergente ácida (4,6%) y lignina (1,22%). La cinética de fermentación reveló que los cereales y el plátano mostraron una rápida producción inicial de gas (65 mL/g MS ​​a las 24 h) con incrementos sostenidos hasta las 96 h (90 mL/g MS), mientras que la paja de cereal presentó la tasa de fermentación más lenta y no mostró una meseta definida (50 mL/g MS). Este patrón refleja la disponibilidad diferencial de fracciones fermentables y la influencia estructural de la fibra en la actividad microbiana cecal. En general, los resultados confirman que la composición química y la naturaleza estructural de los ingredientes del alimento determinan la eficiencia de la fermentación cecal, lo que subraya la importancia de la calidad y el tipo de fibra como factores clave en la formulación de dietas destinadas a maximizar la digestibilidad y la utilización energética en cerdos.A fermentação cecal é um processo fundamental para a utilização energética dos hidratos de carbono não digeridos nos suínos, influenciando diretamente a saúde intestinal, a eficiência nutricional e a sustentabilidade produtiva global. No entanto, a dinâmica da fermentação dos diferentes cereais e subprodutos vegetais permanece pouco caracterizada. O objetivo deste estudo foi avaliar a digestibilidade in vitro e a cinética de produção de gás cecal de três cereais convencionais (milho, trigo e cevada) e de dois alimentos comparativos (banana-dominicana e palha de cereais) habitualmente utilizados em dietas para suínos. Foi aplicado um procedimento multienzimático in vitro simulando as fases de fermentação gástrica, intestinal e cecal, com medições de gás realizadas em intervalos de 2 a 96 horas. Os resultados mostraram que os cereais apresentaram uma maior digestibilidade total da matéria seca (85,7%) em comparação com a banana e a palha (54,4%; P<0,001), associada a menores teores de fibra em detergente neutro (15,4%), fibra em detergente ácido (4,6%) e lignina (1,22%). A cinética da fermentação revelou que os cereais e a banana apresentaram uma rápida produção inicial de gás (65 mL/g de MS em 24 h), com aumentos sustentados até às 96 h (90 mL/g de MS), enquanto a palha de cereais apresentou a taxa de fermentação mais lenta e nenhum plateau definido (50 mL/g de MS). Este padrão reflete a disponibilidade diferencial de frações fermentáveis ​​e a influência estrutural da fibra na atividade microbiana cecal. De um modo geral, os resultados confirmam que a composição química e a natureza estrutural dos ingredientes da ração determinam a eficiência da fermentação cecal, destacando a importância da qualidade e do tipo de fibra como fatores-chave na formulação de dietas que visam maximizar a digestibilidade e a utilização energética nos suínos.