Primeiramente, é preciso saber que os compartimentos onde ocorrem a fermentação denominam-se pré-estômagos e incluem o rúmen, retículo e omaso.

Os pre-estômagos podem suportar a digestão fermentativa pois nestes locais o pH é baixo (entre 5,5 e 6,9) e a temperatura encontra-se entre 37°C e 40°C. O poder iônico e a concentração de oxigênio (baixa) se mantém em uma faixa de variação compatível com o crescimento dos microrganismos.

A população bacteriana que participa do processo fermentativo é ampla, com pelo menos 28 espécies presentes no rúmen. O número de total de bactérias nos pré-estômagos é de aproximadamente 10.000.000.000 células por grama de ingesta. A maioria dessas bactérias varia entre anaeróbios estritos e facultativos. Os fungos também estão presentes no rúmen e os estudos mostram que eles desempenham um papel importante na digestão dos componentes da parede celular dos vegetais, porém o mecanismo ainda não muito claro.

As bactérias podem ser classificadas em celulolíticas, pectinolíticas, hemicelulolíticas (digerem componentes da parede celular), amidolíticas, ureolíticas, produtoras de metano, utilizadoras de açucares, de ácidos (quando tem muito ácido o rúmen enche e fica com pouca motilidade, com isso estas bactérias consomem o ácido e a motilidade volta ao normal), proteolíticas, produtoras de amônia, utilizadoras de lipídeos (sobra do metabolismo da outra).

O ecossistema da digestão fermentativa é extremamente complexo, com os resíduos de uma espécie microbiana servindo de substrato para outra espécie e assim passam a existir de forma sinérgica. É muito importante que o pH do rúmen seja mantido na faixa entre 5,5 e 6,9 para o desenvolvimento ótimo dos microrganismos.

A constante produção de ácidos graxos no rúmen tende a tornar o pH mais ácido, sendo o pH controlado pela absorção dos ácidos graxos e pela enorme produção de saliva que é rica em tampão bicarbonato e fosfato. O valor do pH indica que microrganismo irá predominar no ambiente ruminal, se o pH estiver mais ácido predominará microrganismos amidolíticos enquanto que o pH mais alto é mais seletivo para microrganismos celulolíticos. Como o pH varia em função da quantidade de saliva produzida e a produção de saliva é diretamente proporcional à intensidade da mastigação, pode-se concluir que o alimento ingerido pelo ruminante influenciará no microrganismo predominante no rúmen.

Exemplo: Se é administrado um alimento volumoso ao animal, o tempo de mastigação será grande, haverá uma grande produção de saliva, vai aumentar o pH e o desenvolvimento de microrganismos celulolíticos. Se houver a ingestão de um concentrado, o tempo de mastigação será pequeno, haverá menor produção de saliva, pH se tornará mais ácido e ocorrerá o desenvolvimento de microrganismos amidolíticos.

Há também uma grande população de protozoários no rúmen. O número de protozoários é bem menor do que o número de bactérias (cerca de 100.000 por grama de ingesta), porém a massa de protozoários é semelhante á massa de bactérias pois os protozoários são maiores.

Funções dos protozoários

Os protozoários são capazes de ingerir partículas de amido e proteína, estocando-as intracelularmente e protegendo-as da ação bacteriana. Assim, os protozoários possuem efeito de retardar ou prolongar a digestão de substratos que são rapidamente fermentáveis normalmente. Além disso eles produzem vitaminas do complexo B e controlam o número de bactérias ingerindo-as.