Análisis de Alimentos

Análisis de Alimentos Implicaciones en Nutrición Animal Jorge Ml. Sánchez Centro de Inv. en Nutrición Animal Escuela de Zootecnia Universidad de Costa Rica Clase 4

Tricosoares

Análisis Proximal o de Weende Desarrollado por Stohmann y Henneberg Estación Experimental Agrícola de Weende, Alemania 1860 Análisis muy general (crudo: fibra cruda, prot. cruda) Los resultados se usan especialmente con fines regulatorios

(Forrajes) H 2 O 60 C 48 hrs (Forraje Semiseco) Alimento Análisis Proximal H 2 O 135 C (3 horas) MS P C KJELDHAL 4 hrs Extracción con eter etílico E E Alimento + H 2 SO 4 (NH 4 ) 2 SO 4 + NaOH NH 3 Titulación con H 2 SO 4 N x 6.25 = PC Van Soest Celulosa Hemicelulosa Lignina Sílica Residuo libre de grasa Hierve con ácido diluido Hierve con base diluida F C + CENIZA CENIZA (Minerales) E L N 550 C (8 hrs)

El tamaño de la fibra y su capacidad de estimular la rumia

Las vacas tienen la mejor definición de fibra efectiva Heces firmes Fibra y granos desmenuzados Vacas echadas: 50 a 70% deben estar rumiando

Poca fibra o desbalance de carbohidratos heces líquidas

Dietas, heces y pezuñas

Materia Seca (MS) Fracción que aporta nutrimentos Importancia Valor del material (transporte) Conservación (actividad del agua) Puede afectar el consumo (agua atrapada) Control de calidad Análisis: eliminación del contenido de agua

Determinación del contenido de humedad (agua) en un ensilaje Método % MS Estufa a 135 C 44,1 Estufa con vacío a 70 C 46,8 Liofilización 47,2 Destilación con tolueno 47,7

La Humedad y la Conservación de las Materias Primas Granos y subproductos de origen vegetal 12 a 14% de humedad 16% da problemas Oleaginosas 12%. Con poca grasa 6%. Con mucha grasa Subproductos de origen animal 10% de humedad.

Proteína Cruda (PC) Contenido proteico de la dieta. Se expresa como PC : Nitrógeno X 6,25 Valor del concepto PC? Regulatorio (Ley de la República N 6883) En nutrición animal Rumiantes vs. monogástricos Aminoácidos: analizador de AA Aminoácidos digestibles en el ileon: pruebas in vivo

Extracto etéreo Sinónimo de energía concentrada Sustancias disueltas en éter de petróleo (Goldfish) Constituido especialmente por grasas neutras, ácidos grasos, pigmentos, ceras, vitaminas liposolubles No dan energía: pigmentos, ceras y vitaminas Se hacen análisis de A. G. grasos por cromatografía de gases. Ácidos grasos y grasas neutras son 2,25 X (veces) más energéticos que los carbohidratos y energía

Extracto etéreo En leguminosas El EE o sea los aceites son ácidos grasos, por lo que aportan mucha energía (aceite vegetal, semillas de oleaginosas integrales) En forrajes El 50% del EE es el que da energía (EE - 1). Por lo general los forrajes tienen de 3 a 1% de EE.

Pectina (1-10%) Contenido celular; azúcares; proteínas Celulosa (20-40%) Hemicelulosa (10-40%) Lignina (5-10%) Proteína Lumen Pared secundaria Pared primaria Laminilla media Representación esquemática de la estructura celular del forraje, que muestra sus capas componentes. Las cantidades relativas a cada fracción de carbohidratos de las capas respectivas están representadas por las áreas sombreadas; por ej., el mayor contenido de hemicelulosa es en la pared secundaria; pectina en la laminilla media. Las cifras entre paréntesis son las cantidades que con frecuencia se encuentran en la materia seca del forraje

Fibra cruda Sinónimo de pared celular Término complejo y de composición variable Celulosa Hemicelulosa (parcial) Lignina (parcial) Sílica Incluye el contenido parcial de hemicelulosa y lignina Tiene valor para describir a las materias primas no fibrosas (granos). Valor regulatorio No tiene valor para describir los materiales fibrosos

Extracto libre de Nitrógeno Sinónimo de energía fácilmente disponible Se calcula por diferencia Constituido especialmente por carbohidratos fácilmente digestibles: azúcares y almidones Contaminado con: lignina y hemicelulosa No tiene valor para describir el valor nutricional de los forrajes en general. Aún menos, para los tropicales. Usar métodos alternativos (Van Soest): CNF o CNE

Funciones de los Minerales 1. Mantenimiento 1. Respiración (Fe, Cu, Co) 2. Actividad neuromuscular (Ca, Mg, K, Na, Cu) 3. Cardiovascular (Ca, Fe) 4. Endocrina (I, Se, Mn) 5. Balance de líquidos orgánicos (K, Na, Cl) 6. Regulación ácido-base (P, K, Na, Cl, S) 7. Digestión (Cl, Zn) 8. Enzimas (Mg, Zn, Cu) 9. Inmunidad (Se, Cu, Mn, Zn, Fe) 10. Metabolismo Intermedio (P, Ca, K, Mg, S, Fe, Zn, Mn, Mo)

Cont.. Funciones 1. Crecimiento 1. Formación ósea (Ca, P, Mg, F, Mn, Zn, Si) 2. Síntesis proteica (Ca, P, S, Zn) 2. Reproducción 1. Sistema endocrino (Mn, I) 2. ADN y ARN (P, Zn) 3. Lactancia 1. Metabolismo intermedio (todos) 2. Hormonal (Ca, Mg) 3. Constitución de la leche (K, Ca, P, Mg, Cl, Na, S, Mn, Cu, Zn, Fe, Se)

Ceniza Sinónimo de materia inorgánica No aporta energía No especifica minerales específicos. No incluye los minerales volátiles entre mayor sea su contenido, el aporte de energía es menor Análisis de minerales específicos: absorción atómica

Pectina (1-10%) Contenido celular; azúcares; proteínas Celulosa (20-40%) Hemicelulosa (10-40%) Lignina (5-10%) Proteína Lumen Pared secundaria Pared primaria Laminilla media Representación esquemática de la estructura celular del forraje, que muestra sus capas componentes. Las cantidades relativas a cada fracción de carbohidratos de las capas respectivas están representadas por las áreas sombreadas; por ej., el mayor contenido de hemicelulosa es en la pared secundaria; pectina en la laminilla media. Las cifras entre paréntesis son las cantidades que con frecuencia se encuentran en la materia seca del forraje

Muestra de Forraje Análisis de Van Soest Digestión con solución Neutro Detergente Contenido celular (Dig.>98%) Hemicelulosa Proteína de la Pared Celular FND (Pared celular) Celulosa FAD (Lignocelulosa) Digestión con solución Acido Detergente Digestión con H 2 SO 4 al 72% Lignina Minerales 550 C Minerales HBr Silica Lignina

Efecto del contenido de Lignina en la FAD sobre la digestibilidad de la Pared Celular (Miller, 1979) Lignina (% en la FAD) Digestibilidad (a) verdadera de la FND % 6 85 10 68 14 57 18 48 25 37 40 21 50 13 (a) Si los valores de sílica son superiores a 2% por cada unidad porcentual de incremento de sílica, la digestibilidad de la pared celular declina en 3 unidades porcentuales

CNF = 100 ( PC + EE + Ceniza + FDN PC )

Estudio de caso

Fisiología de la planta entre ciclos de pastoreo Fulkerson and Donaghy (2001)

Almidones Azúcares Proteínas Lípidos Vitaminas Minerales

Crecimiento de la planta Crecimiento primario: elongación de la célula Pared Primaria Pared Secundaria Lumen celular Jung and Allen 1995 Retoño de la planta

Crecimiento de la planta Pasto digestible y con propiedades de fibra efectiva Pared Primaria Pared Secundaria Lumen celular Dirección del engrosamiento de la Pared Alto Bajo Gradiente de la concentración de Lignina Jung and Allen 1995 Inicia el crecimiento secundario

Crecimiento de la planta Pasto menos digestible, con mayor capacidad de llenado Pared Primaria Pared Secundaria Lumen celular Dirección del engrosamiento de la Pared Alto Bajo Gradiente de la concentración de Lignina Jung and Allen 1995 Planta sazona: crec. secundario

Consumo Ecuaciones simples Para el pasto bermuda: Consumo: 123 + 1,22 FDN% - 0,0039 FDN%2

Rango de buena calidad para el pasto kikuyo Contenido celular 60 26 4 19 Lípidos Proteína CN Fibrosos 3 21 11 9 30 Contenido celular Pared celular 40 11 20 18 Minerales Hemicelulosa Celulosa 28 30 70 Pared celular 2 Lignina 2,5 Estado de madurez 0 a 5 días 5 hojas

Efecto del ciclo de pastoreo sobre la calidad de la pastura

Producción de materia seca En el trópico 4,5 a 5 hojas 27 a 60 días Evolución de la composición de la pastura de kikuyo Fulkerson 2005

Por qué el kikuyo debe manejarse adecuadamente? % PC ENL Mcal/kg hojas 22 1,60 tallo 11 1,25 Material senescente 5 0,95 Morfología del kikuyo Andrade 2006

En la finca (2700 a 3200 msnm) Utilización del pasto rye grass pastoreado utilizando conceptos fenológicos N finca Ciclo de pastoreo (días) N de hojas Disponib. Kg MS/ ha/ pastoreo Consumido Kg MS/ ha Aprov. (%) 1 45 2,8 3787 1699 45,2 2 35 2,9 4510 2229 48,4 3 35 2,8 4187 1710 43,2 4 32 2,8 3839 1610 41,3 % de utilización: 45% Villalobos 2006

Ubicación de las fincas estudiadas 1 3 2 4 ~10 km2

En la finca (2700 a 3200 msnm) Utilización del pasto rye grass pastoreado utilizando conceptos fenológicos N finca Ciclo de pastoreo (días) N de hojas Disponib. Kg MS/ ha/ pastoreo Consumido Kg MS/ ha Aprov. (%) 1 45 2,8 3787 1699 45,2 2 35 2,9 4510 2229 48,4 3 35 2,8 4187 1710 43,2 4 32 2,8 3839 1610 41,3 % de utilización: 45% Villalobos 2006

En la finca (1300 a 2600 msnm) Pasto en oferta y valor nutricional del kikuyo pastoreado en su estado vegetativo deseable Nº finca Ciclo de pastoreo (días) Nº hojas Disponib. Kg MS/ ha/pastoreo Prot. cru. (%) ENL Mcal/kg MS 1 35 5,0 5860 18,5 1,30 2 37 5,2 8220 19,0 1,27 3 31 4,9 5700 18,7 1,25 4 33 5,2 9960 18,6 1,25 % de utilización: 20% Peters 2008

Uso de la información para estimar la cantidad de energía de los alimentos

Energía Ecuaciones simples Bermuda: TND (%) : 95,679 (1,224 X FAD%) Ensilaje de maíz ENL (Mcal/ kg): 1,044 (0,0124 X FAD%)

Energía Energía bruta Energía digestible Energía metabolizable Energía neta (mantenimiento lactancia, ganancia)

Energía EB 4000 kcal E. Digestible (E.D.) TND Cerdos, conejos 3200 kcal E. fecal Metabolismo Energético E. Metabolizable EM (EMN, EMVN) Aves, cerdos 2900 kcal E. Urinaria Prod. Gases Digestión E. Neta ENm ENg 2300 Mcal calórico EN producción G. Leche G. Carne EN mantenimiento

Análisis de energía en forrajes TND y ENL Ejemplo de ecuación de OSU (modelo mecanístico) TND = CP x e -0.012xADIN +.98 x (100-FDN pc -EE-PC-Ceniza) +.94 x (EE x 2.7) +.75 x (FDN pc -L)x(1-[(L/FDN pc ).667 ]-7

Digestibilidad in vivo Animales de laboratorio: ratas Monogástricos: Aves, cerdos Rumiantes: Ovejas; novillos

Fases de un ensayo de digestibilidad Adaptación de los animales a la dieta y al ambiente. Duración mínima: paso del alimento a lo largo del tracto gastrointesninal Recolección de información. Duración mínima: paso del alimento a lo largo del TGI Medición del alimento consumido y toma de muestras Medición de heces y toma de muestras Medición de orina y toma de muestras (Balance de N) Análisis de laboratorio Cálculos e interpretación

Cálculo de la digestibilidad de un nutrimento Dig. de la MS (%): ( Kg alimento cons.) (kg heces excretadas) (kg alimento consumido)

Cálculo de la digestibilidad aparente de un nutrimento Dig. de nut. (%): (% nut. x alimento cons.) (% nut. x heces) (% nut. x alimento cons.)

Cálculo de la digestibilidad aparente de un nutrimento Digestibilidad de un nutriente (%): (% nut. x alimento cons.) (% nut. x heces) (% nut. x alimento cons.)

Nutrimentos a analizar Digestibilidad de: Materia seca Materia orgánica Proteína cruda Fibra (FC, FDN, FDA) Carbohidratos no fibrosos (ELN) Extracto etéreo Celulosa Hemicelulosa

Digestibilidad verdadera vs. Digestibilidad aparente - 2 mg de N / g de MS - 2 g de N / kg de MS

Concepto de total de nutrimentos digestivos

TND = PC dig + FC o FDN dig + ELN o CNF dig + EE dig * 2,25

ENL (Mcal/ lb) = 0,0111 * TND (%) 0,0545 ENL (Mcal/ kg) = ENL (Mcal/ lbs) * 2,2

Digestibilidad in vitro de la materia seca (DIVMS) Modificación de Van Soest 1. Muestra de 0,5 g en erlenmeyer de 125 ml 2. Agregue 40 ml del medio de cultivo por erlenmeyer 3. Agregue 2 ml de solución reductora 4. Coloque en incubadora a 38-39ºC 5. Colecte el licor ruminal e inocule cada muestra con 10 ml 6. Incube durante 48 horas. Agite

Cont Digestibilidad in vitro de la materia seca (DIVMS) 1. Análisis de FDN residual 2. Cálculos: (100 FDN residual).

Digestibilidad in situ o in sacco 1. Bolsas de dacrón, nylon o poliéster se colocan en el rumen 2. Tamaño del poro: 50 3. Peso de la muestra: 1 g (conc.) ó 5 g (forraje) 4. Período de incubación: 0-72 horas 5. Lavado y secado de la muestra 6. Cálculos

Rate of Fermentation Ruminal Feed Carbohydrate Fermentation Profile azúcares trigo > cebada> maíz > sorgo molienda, ensilado, vapor Cuán rápido y cuánto almidones y pectinas almidones celulosas EAT 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Time after Feeding (h) Heinrichs