Alimentos y Alimentación Curso 2016 - Clase 1 Valor nutritivo de los alimentos Parte 2 Análisis cuantitativos Análisis proximal o Método de Weende (1883) 100 % MATERIA FRESCA O TAL CUAL AGUA MATERIA SECA (MS) MATERIA ORGÁNICA (MO) compuestos lípidos carbohidratos nitrogenados no estructurales carbohidratos estructurales Proteína Extracto Extracto Libre Bruta Etéreo de Nitrógeno (PB) (EE) (ELN) Fibra Bruta (FB) CENIZA (C) Procedimiento del Análisis proximal Secado a 1. 100-105 °C MATERIA FRESCA 3. AGUA MATERIA SECA (MS) Incineración 2. Secado a 65 °C MATERIA SECADA a 65 °C Kjeldahl 4. PROTEÍNA BRUTA (PB) CENIZAS (C) MS-C=MATERIA ORGÁNICA (MO) 8. EXTRACTO LIBRE DE NITRÓGENO (ELN) ELN (%) = 100 – (%PB + %EE +%FB +%C ) 5. Soxhlet EXTRACTO ETÉREO (EE) RESIDUO DEL EE 6. Solubilización RESIDUO INSOLUBLE (RI) 7. Incineración CENIZAS RI (CRI) RI-CRI=FIBRA BRUTA (FB) 1. Determinación de la Materia Seca (MS) Secado en Microondas Destilación del agua a 100-105 °C - aprox. 24 h a 500 watts - 5-30 min con tolueno a 117 °C Secado en Estufa hasta peso constante hasta peso constante 2. Determinación de las Cenizas (C) Incineración en Mufla a 550 °C durante 3 horas 4. Determinación de la Proteína Bruta (PB) Gustav Christoffer KJELDAHL 1849 - 1900 1. Digestión 2. Destilación 3.Titulación % de Nitrógeno x 6,25 = % PB Ejemplo: GRANO DE MAÍZ UREA %N % PB 1,44 9,0 46,00 287,5 5. Determinación del Extracto Etéreo (EE) Franz Von SOXHLET 1848-1926 Éter de petróleo EE: grasas, aceites, ácidos grasos no saponificados, ceras, pigmentos, vitaminas y otros compuestos liposolubles. 6. Determinación de la Fibra Bruta (FB) hemicelulosa celulosa lignina solubilidad % solubilidad y pH 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 3 5 SO4H2 1,25 % - 30 min 7 9 11 Método de Henneberg y Stohmann (1860) 13 pH Na(OH) 1,25 % - 30 min FB: Celulosa más una porción variable de hemicelulosa y lignina. Principales problemas del Análisis Proximal • La FB no representa la totalidad de la fibra (la parte menos digestible del alimento). • El ELN no representa a los carbohidratos no estructurales (la parte más digestible del alimento), ya que se calcula por diferencia y es afectado por los errores analíticos de todas las otras fracciones: % ELN = 100 – (% C + % PB + % EE + % FB) Determinación de la Fibra según Van Soest Método de los detergentes hemicelulosa celulosa lignina proteína solubilidad % solubilidad y pH 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Peter J. Van Soest Profesor en la Universidad de Cornell, EUA 1 3 5 7 9 11 13 pH FDA: fibra detergente ácido FDN: fibra detergente neutro (Celulosa y lignina) (Celulosa, hemicelulosa y lignina) Fracciones separadas por Van Soest MATERIA SECA MATERIA ORGÁNICA proteína extracto extracto libre bruta etéreo de nitrógeno 80 - 100 % digestible CENIZA fibra bruta fibra detergente neutro contenido celular pectina AGUA hemi celulosa fibra detergente ácido celulosa lignina lignina digestibilidad variable Aplicaciones del dato de FDN Formular dietas óptimas de fibra según especie y tipo de producción. Estimar el consumo máximo en los bovinos. Relación entre FDN y consumo máximo La fibra limita el consumo del alimento por efecto físico consumo máximo de FDN en bovinos (Mertens, 1987): 1,1 (± 0,1) kg FDN / 100 kg de peso vivo solo cuando la dieta tiene entre 35 y 70 % FDN Ejemplo: Vacas lecheras HA: 500 kg PV y Jersey: 400 kg PV. Pastura de alfalfa Análisis de laboratorio en base seca: MS: 25 %, PB: 24 %, FDN: 46%, DIVMS: 78 %. Consumo FDN (kg/d) = 1,2/100 x 500 Consumo MS (kg/d) = 6 / 46/100 Consumo MF (kg tal cual/d) = 13 / 25/100 = 6 = 13 = 52 Relación entre FDN y producción de leche La fibra participa en la producción de la grasa de la leche kg de grasa/vaca/d A/P rumen 2:1 3:1 consumo Alfalfa Silo Maíz % FDN del alimento óptimo 33 – 37 % (30 - 40 l/d) (70 – 80 % del FDN de forrajes) Fuente: Modelo de Mertens Precursores de los componentes de la leche TEJIDOS DEL CUERPO acético GRASA PROTEINA propiónico butírico proteína microbiana lípidos grasa proteína lactosa Efecto del desbalance de fibra en la composición de la leche GRASA CORPORAL acético propiónico alimentos desbalanceados butírico - proteína microbiana FDN - grasa + lactosa almidón, azúcares litros % grasa granos cereales pastos tiernos (primavera) % proteína Cuando hablamos de fibra de qué fibra hablamos? lípidos capacidad buffer FDN efectiva proteínas solubles FDN físicamente efectiva FDN carbohidratos solubles Basado en idea de Mertens FDN físicamente efectiva (FDN fe) estimula la rumia, la masticación y la producción de saliva lo que mantiene un pH óptimo para degradar la fibra. mantiene sano al epitelio del rumen por efecto rascado. la FDN tiene 100 % de efectividad cuando hay 150 minutos de masticación/kg FDN ingerido ! Relación entre tiempo de masticación y tamaño de partícula FDN fe es el FDN que está en las partículas del alimento que tienen más de 1,2 mm de largo ! Si en el tamiz queda un 90 % del total de FDN FDN fe = 0,90 x 40 = 36 % Silo de maíz con 40 % FDN Alimento Efectividad (%) FDN (% MS) FDN fe (% MS) 100 40 40 Heno de avena 98 63 62 Heno de alfalfa 91 70 64 Silaje de maíz - 40 % grano 90 45 36 Grano de maíz partido 44 9 4 Harina de soja 22 15 3 Afrechillo de trigo 3 35 1 Pasturas (en pastoreo) Niveles recomendados en bovinos según tipo de producción: FDN fe (% MS) Producción de Leche 20 - 25 Producción de Carne sin ionóforos 15 - 20 Producción de Carne con ionóforos 5-8 Fuente: NRC Beef Cattle (1996). Ejemplo: Novillitos HA 280 kg PV. Heno de avena y grano de maíz (20:80 en base seca) Análisis de laboratorio en base seca: MS% PB% Heno de avena entero 80 12 Grano de maíz partido 89 10 FDN% efectiv% 65 98 9 42 efectiv %FDN %FDNef Heno de avena 0,98 x 65 = 63,7 x Grano de maíz 0,42 x 9= 3,8 x FDN ef RACIÓN DIVMS% 68 82 % ración 20/100 = 12,7 80/100 = 3,0 15,7 % Separador de partículas de forraje (Penn State, USA) Agujero (mm) Tamaño de partícula (mm) 19,0 7,8 1,3 base >19,0 7,8 - 19,0 1,3 - 7,8 <1,3 ver el video Niveles recomendados para producción de leche (% de partículas, valor superior cuando es único alimento, inferior cuando es solo una parte): Platillo 19,0 mm 7,8 mm 1,3 mm Base silaje de maíz 3 - 8 45 - 65 30 - 40 <5 henolaje de alfalfa 10 - 20 45 - 75 20 - 30 <5 ración completa 2 - 8 30 - 50 30 - 50 < 20 Selección de partículas en el comedero No tiene que haber diferencia mayor al 5 % en la distribución del tamaño de partículas entre el alimento inicial y durante el día. Cromatografía líquida (HPLC) estándar Determinación de aminoácidos cromatograma Cromatografía de gases (GC) Determinación de ácidos grasos Espectrofotometría de absorción atómica Determinación de minerales Espectroscopía en el infrarojo cercano (NIRS) espectros Antitripsina en productos de la soja 1. incubación 2. cambio del pH PRUEBA CUALITATIVA PRUEBA CUANTITATIVA COLORIMÉTRICA ACTIVIDAD UREÁSICA AOCS (American Oil Chemists Society) Ba 9-58 Estimación del valor energético Bomba calorimétrica 1 caloría es la energía en forma de calor que aumenta la temperatura de 1 gramo de agua en 1 °C medido desde 14,5 °C hasta 15,5 °C ENERGÍA BRUTA (EB) EB Mcal/kg MS CARBOHIDRATOS PROTEÍNAS LÍPIDOS MINERALES AGUA ver el video 4 5 9 0 0 ENERGÍA BRUTA DE LOS ALIMENTOS PARA RUMIANTES EB (Mcal/kgMS) El valor promedio de EB para celulosa 4,2 todos los forrajes, granos y hemicelulosa 4,2 subproductos de uso común almidón 4,2 en rumiantes es: glucosa 3,7 4,4 Mcal/kg MS aminoácidos 5,7 ácido acético 3,5 ácido propiónico 4,9 ácido butírico 5,9 ácido láctico 3,6 lípidos 8,4 Partición de la energía del alimento en el bovino Calor Energía gases metabolismo nutrientes Calor fermentación CH4 CH4 CO2 Energía Bruta Energía Digestible Energía Neta Energía Metabolizable Energía heces Energía orina Partición de la energía del alimento en el gato Calor metabolismo nutrientes Energía Neta Energía Metabolizable Energía Bruta Energía Digestible Energía en heces Energía en orina Digestibilidad in vivo (aparente y verdadera) % Digestibilidad = (consumo – excretas) x 100 consumo CARNE BOVINA FORRAJE Consumo: 50 g MS 15 kg MS Excretas: 10 g MS 5 kg MS Endógeno: 1 g MS 3 kg MS Digestibilidad aparente: 80 % 66 % Digestibilidad verdadera: 82 % 86 % Digestibilidad in vitro de la materia seca (DIVMS) Método de Tilley y Terry 1. Incubación con licor ruminal (38 C - 48 horas). 2. Incubación con pepsina y ácido clorhídrico (38 C - 48 horas). Alcances y límites del método TASA DE SALIDA DEL CONTENIDO DEL RUMEN % del contenido ruminal total / hora 10 % 8% vacas (+15 kg leche / día) vacas (-15 kg leche / día) 6% 4% novillos terneros 2% 0% AYUNO 1 2 3 4 nivel de consumo de alimento* *múltiplos de EM requerida para el mantenimiento (M) Se puede ajustar la DIVMS por el nivel de consumo PROCEDIMIENTO PRÁCTICO Restar un 4 % al valor de DIVMS de laboratorio por cada unidad de aumento en el nivel de consumo, (medido como múltiplo del consumo de EM para mantenimiento) Estimación de la ENERGÍA METABOLIZABLE heces calor gases y orina EB ED EM EN Digestibilidad Perros y Gatos EB Mcal/kg ED Mcal/kg PB : 5,6 x 0,80 = 4,4 EE : 9,4 x 0,90 = ELN: 4,1 x Rumiantes MS: 4,4 x EM fibra Mcal/kg x 0,94 = 4,2 8,5 x 1,00 = 8,5 0,85 = 3,5 x 1,00 = 3,5 DIVMS = valor x 0,82 = 3,608 x DIVMS Ejemplo: Novillito en engorde, 200 kg PV. Silo de maíz con 25 % de grano, nivel de consumo 2M. Análisis de laboratorio en base seca: MS: 33 %, PB: 8 %, FDN: 52%, EE: 2 %, DIVMS: 69 %. EM = 3,608 x (0,69 – 0,69 x 0,04) = 2,39 Mcal EM/kg MS Ejemplo: Balanceado para perro adulto en mantenimiento Análisis de laboratorio en base tal cual: Humedad: 10 %, PB: 18 %, EE: 7 %, FC: 5%, Minerales totales: 9%. PB = 0,18 x 4200 kcal EM/kg EE = 0,07 x 8500 kcal EM/kg ELN =[ 1–(0,10 + 0,18 + 0,07 + 0,05 + 0,09)] x 3500 kcal EM/kg EM = 3136 kcal EM/kg tal cual = 3484 kcal EM/kg MS Estimación de proteína metabolizable en los rumiantes Degradabilidad ruminal in situ 100 i degradabilidad (%) 90 80 c 70 60 50 b 40 30 20 10 a 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 tiempo de incubación en el rumen (horas) % del N total inicial Degradabilidad del Nitrógeno del alimento en el rumen 100 100 80 60 60 60 silo pastura silo maíz heno pastura 40 20 grano cebada harina soja harina pescado 40 20 0 0 0 12 24 36 48 60 72 0 24 36 48 60 72 tiempo de incubación (h) tiempo de incubación (h) heno pastura silo pastura silo maíz harina soja harina pescado grano cebada 12 a b c 20 62 65 10 30 30 60 30 20 90 70 65 0,4 1,2 1,2 0,8 0,1 3,0 Degradabilidad efectiva del Nitrógeno del alimento en el rumen 100 % de la degradabilidad medida a 1M degradabilidad alta 90 silo maíz silo pastura grano cebada harina pescado harina soja heno pastura 80 70 60 degradabilidad baja 50 1 2 3 4 nivel de consumo* * múltiplos de EM requerida para mantenimiento (1M) Aplicación de la degradabilidad in situ Estimar la disponibilidad de NITRÓGENO y ENERGÍA para la síntesis de proteína microbiana en el rumen. Estimar la proteína dietaria pasante. PROTEÍNA METABOLIZABLE (g PM / kg MS) tasa de salida 2 % / hora microbiana % MS % DIVMS % PB % FDN por E por N Pastura base alfalfa 23 68 22 45 46 88 Silaje de maíz 32 65 8 53 50 Grano de maíz 89 85 9 10 Expeller de soja 92 90 44 34 tasa de salida 5 % / hora dieta microbiana por E por N 23 49 82 45 11 54 72 28 44 72 255 70 dieta tasa de salida 8 % / hora microbiana dieta por E por N 30 53 77 35 43 12 58 42 13 77 21 53 83 18 57 77 201 134 83 167 174