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1 NUTRICION ANIMAL Análisis proximal o inmediato de Weende Definiciones Alimento: “Un alimento es cualquier producto, sea de origen natural (vegetal o animal) o preparado artificialmente que representa un valor nutritivo para la dieta cuando se emplea en forma adecuada” E. W. Crampton 1974. 2 Los alimentos, sean de origen animal o vegetal, tienen en su composición un mismo tipo de sustancias: agua, materiales orgánicos (hidratos de carbono, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos, ácidos orgánicos, vitaminas, etc) e inorgánicos (minerales). Sin embargo, existen notables diferencias en la proporción en que los diferentes componentes se encuentran en un tipo de alimento u otro. En general los alimentos de origen vegetal tienen un alto contenido de hidrato de carbono mientras que en los de origen animal solo se encuentra en muy bajas proporciones. Lo contrario ocurre con el contenido de lípidos que es elevado en los de origen animal y mínimo en los de origen vegetal. 3 Nutrición: implica diversas reacciones químicas y procesos fisiológicos que transforman los alimentos en tejidos corporales y actividad. Comprende la ingestión digestión y absorción de los nutrientes su transporte hacia todas las células del cuerpo y eliminación de elementos no utilizables y productos de desecho del metabolismo. Nutriente: Morrison define a un nutriente como constituyente o grupo de constituyentes de los alimentos de la misma composición química general, que ayuda a mantener la vida animal. Ración y Dieta: “Una ración es la cantidad asignada para 24 hs de un alimento o de la mezcla de alimentos que constituyen la dieta. Este, termino no presupone que la asignación sea la adecuada en cantidad o calidad para cubrir las necesidades nutritivas del animal al que se la destina. Se refiere simplemente a una asignación diaria de provisiones” E. W. Crampton 1974. Ración equilibrada: se refiere a la provisión de una mezcla de alimentos (tanto para animales como a personas) que sea suficiente para satisfacer durante 24 hs sus necesidades nutricionales. El equilibrio hace a referencia a las proporciones de los nutrientes (hidratos de carbono, lípidos, proteínas, etc.) constituyente de dicha mezcla. El esquema de Weende para el análisis próximo 4 El sistema de Weende se desarrolló en Alemania hace más de cien años, en la estación experimental que dio su nombre al procedimiento El análisis próximo está diseñado para simular el proceso de digestión. Una digestión ácida es seguida por una digestión alcalina. El hecho de que este sistema este en uso después de cien años demuestra su éxito, ya se ha recopilado una cantidad considerable de datos, presentados en términos del análisis próximo. Se ha logrado algún adelanto, particularmente en el campo de la digestibilidad, al añadir la energía digerible determinada en la bomba calorimétrica. Esto es solo un medio de información adicional, y no sustituye el análisis próximo, el cual se emplea en todo el mundo para hacer descripciones de los alimentos. La mayoría de los requisitos legales para productos alimenticios se basan en análisis mediante el sistema Weende. Es indispensable, pues, que todo laboratorio que trabaje con alimentación de ganado y experimentos de nutrición, cuente con un equipo para el sistema Weende de análisis próximo. El método no determina nutrientes, sino mezcla de sustancias que se pueden caracterizar químicamente de forma individual, o que correspondan de igual forma ante un reactivo o proceso analítico. Ejemplo: extracto etéreo formado por lípidos, vitaminas liposolubles (A, D, E, K); pigmentos. El extracto etéreo es una mezcla de sustancias que responden de igual forma (se solubilizan) ante un solvente orgánico como es el éter de petróleo. El análisis proximal se ha criticado mucho, pero hasta la fecha nadie ha desarrollado otro mejor y que sea más práctico y tan aceptable. Muchos críticos objetan la porción de fibra, que es altamente empírica (fundado en la practica o la rutina). Análisis proximal 5 Esquema de Weende Residuo insoluble – Cenizas insoluble = Fibra Análisis Inmediatos de los Alimentos Existen métodos directos que permiten establecer la riqueza de los alimentos en muchos de los nutrientes que precisan los animales. El empleo de dichos datos no supone problemas particulares. No obstante, existen otras fracciones de los alimentos que pueden aislarse químicamente, aunque al ser combinaciones de nutrientes que tienen alguna propiedad común, permite un análisis químico del grupo. La importancia nutritiva de tales grupos de nutrientes depende de factores que no vienen indicados por la proporción que los nutrientes tienen en el grupo. Por ejemplo, las distintas fracciones nutritivas separadas mediante el análisis inmediato son combinaciones de nutrientes en todos los casos y, por consiguiente, con distintas importancias nutritivas. El análisis inmediato representa el sistema químico utilizado mas frecuentemente para describir los alimentos. La información que proporciona puede ser en muchos casos incierta, o incluso erróneas. Por consiguiente, deberemos considerar con cierto detalle la naturaleza, peculiaridades y limitaciones del análisis inmediato. 6 Toma de muestra La selección de la muestra es un paso muy importante en el análisis. Por mas cuidado que se tenga, y más dinero y equipo que se invierta el análisis no tiene ningún valor si se utiliza una muestra que no sea representativa de todo el material en observación. Equipo. 1) Jaulas móviles o zonas encerradas. 2) Tijeras de manos para cortar las parcelas. Procedimiento 1) Seleccione al azar las zonas a muestrear. Nota: si solo se piensa medir forraje ingerido seleccione las zonas en pares. Si desea calcular el forraje disponible es necesario seleccionar grupos de tres: un par o trio por cada jaula. 2) Mida la altura del pasto en cada parcela de la muestra. 3) Coloque una jaula sobre la parcela. 4) Corte y pese el forraje en una zona de cada trío 5) Tomo una muestra de forraje cortado para analizarla. 6) Mide la altura del rastrojo (paso 4). 7) Admita a los animales. 7 8) Mide la parcela de la muestra donde pastoreo el ganado. 9) Recorte las parcelas de muestra protegida (paso 3). A la misma altura de la parcela (pastoreada) 10) Pese el forraje recortado y tome la muestra para analizar. 11) Compare la altura del rastrojo del forraje pastoreado con la altura del forraje disponible en la parcela (paso 4). 12) Calcula el forraje disponible. Nota: se supone que los animales pastorearan por un lapso corto de 2 o 3 días, o menos. Si lo hacen por un tiempo más prolongado, es necesario tomar muestras intermedias para compensar el crecimiento y envejecimiento de la planta. Muestreo de alimentos conservados Equipos: 1) Tubo para tomar muestra, alrededor de 0,6 m de largo, con una punta sólida y unas ranuras en uno de los lados. La ranura tiene una capacidad de 0,5 hasta un kg. Procedimiento: 1) Inserte el tubo en un saco con la ranura hacia abajo. 2) De la vuelta a 180°, con la ranura hacia arriba. 3) Saque el tubo con su carga. 4) Repita los pasos 1, 2 y 3 para sacos al azar. Nota: para 1 hasta 10 sacos, tome muestras de todos. Para 11 o más tome muestras de 10. Para material en granos, saque 20 muestras de lugares diferentes. 5) Haga un compuesto de las muestras y mezcle bien 6) Tome una submuestra para análisis. Es muy importante almacenar la muestra adecuadamente. Materia seca El contenido de agua de los forrajes es un dato importante en nutrición, el agua es indispensable para la vida. La cantidad de materia seca de un forraje interesa para uniformar los datos de los análisis, ya queel contenido de agua es variable. Los datos analíticos se expresan en base seca. La determinación de materia seca es un proceso empírico. Este método consiste en eliminar el agua libre por medio del calor, seguido por la determinación del peso del residuo. 8 Los alimentos contienen agua en diversas formas. Pueden estar presentes o como medio de dispersión para los coloides o solventes para los cristaloides. En esta forma se conoce como agua libre. A veces se encuentra como agua de combinación con carbohidratos o sales. La mayoría de los materiales biológicos tienen compuestos que se volatilizan a los 100°C, por lo tanto, el secado ideal es manteniendo constante la temperatura entre 60 y 70°C, hasta peso constante. DETERMINACION DE MATERIA SECA: Formulario sugerido: Peso recipiente: Peso recipiente + muestra: Peso muestra húmeda: (A) Peso recipiente + muestra seca: Peso muestra seca: (B) % de muestra seca: Cálculo: A ------ B 100----------- % Luego se procede al molido de la muestra a polvo fino, ya que nos da una alícuota representativa, aumenta la solubilidad y reactividad química. Otro método para la determinación de materia seca seria: La determinación directa suele practicarse mediante destilación utilizando tolueno como producto que no se mezclan con el agua. El destilado se recibe en un tubo de sedimentación graduado dotado de una rama lateral que devuelve el tolueno al matraz, de destilación, mientras que el agua que retenida en el tubo graduado. en el departamento de nutrición del Mcdonald College se ha diseñado un aparato para la extracción continua de agua y grasa de los productos biológico. Cenizas: Es el residuo inorgánico de una muestra incinerada. La determinación en conjunto de los elementos minerales, en un forraje se efectúa quemando la materia orgánica hasta no dejar más que cenizas, las cuales luego se pesan. Es de particular interés en el caso de las harinas de carne y pescado, ya que junto al análisis de calcio y fósforo nos da una indicación de posibles adulteraciones. Debería ser determinado en todas las materias primas, especialmente si se sospecha de adulteración o se precisa conocer más exactamente su valor energético (los minerales no contienen energía). 9 DETERMINACION DE CENIZAS: Se pesa en cápsula de porcelana aproximadamente 2 gr de muestra seca y se lleva a mufla a 600°C durante 2 horas aproximadamente. Se enfría en desecador y se pesa. Muestra N°: Peso cápsula: Peso cápsula + muestra: Peso muestra: (A) Peso cápsula + cenizas: Peso cenizas: (B) %Cenizas: A-----------B Cálculo: 100--------% Proteína: El método usado en la valoración de la proteína es el de Kjeldahl para nitrógeno y el dato obtenido, por un factor, convierte la información en proteína. Las proteínas vegetales, en general, tienen 16% de nitrógeno por lo tanto 100/16=6,25. Este es el factor empleado para transformar el nitrógeno en proteína. Para otras sustancias varía. La mineralización de las muestras se realiza con ácido sulfúrico (y un agente catalítico: Selenio), que convierte el nitrógeno en sulfato de amonio, el material orgánico se oxida a CO2 y H2O, el residuo de sulfato se convierte en SO2. La cantidad de sulfato de amonio se determina agregando un exceso de hidróxido de sodio, destilando el amonio liberado para convertirlo en sal, sobre ácido bórico. La cantidad de sulfato de amonio en exceso se titula con ácido sulfúrico, previamente valorado, usando rojo metilo como indicador. 10 Determinación de proteína Se pesa 0,5 gr de muestra seca en balanza de precisión y se coloca en matraz Kjeldahl. Agregar 2 gr de mezcla catalizadora (Selenio en sulfato de potasio al 2%), y 5 cc de ácido sulfúrico concentrado. Digerir la muestra bajo campana empleando mecheros a gas, durante aproximadamente 1 hora, hasta que él liquido se aclare. Una vez frío, trasvasar a matraz de 100 cc y llevar a volumen con agua destilada. Se recoge el amoníaco formado en un elermeyer con 20 cc de ácido bórico al 2% y gotas del indicador rojo de metilo. Se titula con ácido sulfúrico de normalidad conocida (aproximadamente 0,05N). El punto final de la titulación es el viraje del indicador de amarillo a rojo. Cálculo: %N2 = ml H2SO4 X normalidad del ác. (0,05) X meq N2 X 100 gr de muestra X 10 cc 100cc meq. N2 : 0,014 %Proteína: 6,25 x %N2 Muestra N°: Peso recipiente: Peso recipiente muestra: Peso muestra: 11 Ml H2 SO4 gastados: %N2 : %Proteína: EXTRACTO ETEREO: El extracto etéreo se utiliza como sinónimo de contenido de grasa, aunque no es exacto ya que engloba sustancias no lipídicas solubles en éter de petróleo. Cuanto más grasa tiene una materia prima, mayor es su contenido energético. Este parámetro es muy importante en grasas, harinas de carnes y pescados para alimentación animal. A través de la muestra seca se hace pasar éter de petróleo (60-80°C). El éter disuelve la fracción lipídica y regresa al balón. Separada la solución etérea, se evapora el éter y se pesa el residuo. Además de los lípidos, el éter extrae los pigmentos vegetales, como la clorofila, xantofila y caroteno; vitaminas liposolubles etc. 12 DETERMINACION DE EXTRACTO ETEREO Se emplea el aparato de soxhlet, Consiste en pesar alrededor de 1 a 2gr de muestra seca y colocarlo en papel de filtro en un dedal apropiado. Poner en funcionamiento el aparato con 200 cc de éter de petróleo y extraer durante 6 hs aproximadamente, tiempo suficiente para unas seis pasadas de éter por la muestra. Secar el dedal en estufa y pesar. Muestra Nº: Peso y Nº del dedal: Peso del dedal +muestra: Peso muestra: (A) Peso balón: Peso balón +extracto etéreo: (B) Calculo: A--------------- B 100----------- %Extracto etéreo % Extracto etéreo: FIBRA CRUDA Y EXTRACTO NO NITROGENADO: En análisis proximal de los forrajes los carbohidratos se dividen en dos grupos: Fibra cruda y Extracto no nitrogenado. Después de eliminar el agua y las materias grasas de las muestras, esta es hervida durante 30 min. con H2SO4 diluido y luego, durante igual tiempo, en una solución alcalina de la misma concentración. Esté procedimiento elimina las proteínas, los azucares y el almidón, dejando como residuo la mayor parte de la celulosa y de otros polisacáridos complejos, juntamente con algunos minerales. La perdida por calcinación de esta materia seca, representa la Fibra Bruta. El extracto No Nitrogenado, que comprende los azucares, el almidón y gran parte de las materias clasificadas como hemicelulosa, se determinan restando de 100 los porcentajes de humedad, cenizas, proteína bruta, extracto etéreo fibra bruta de la muestra. Puesto que esa cifra se determina por diferencia y no directamente, queda influida por los errores de las otras determinaciones, por lo que no debe considerarse como un valor exacto. DETERMINACION DE LA FIBRA CRUDA: La muestra desengrasada y seca se digiere en erlenmeyer con 125 cc de H2SO4 al 1,25% durante 30 min. 13 Se filtra al vacío y el residuo se coloca nuevamente en el erlenmeyer con 125 cc de NaOH 1,25% y se somete a ebullición durante 30 min. Se filtra al vacío y el residuo seseca en estufa. Se pesa el residuo insoluble y se lleva a mufla donde se incinera obteniéndose así el peso de cenizas insolubles. Por diferencia entre el residuo insoluble y las cenizas insolubles se conoce el peso de la fibra. Muestra Nº : Peso muestra: (A) Peso cápsula residuo: Peso cápsula + cenizas insolubles: Peso fibra: (B) Calculo: A ------------- b 100 --------- % % Fibra: DETERMINACION DEL EXTRACTO NO NITROGENADO: 100 – ( % P.B. + % Ext. Et. + %Cen. + %F.C. + % Agua) : % ENN INFORME FINAL: MUESTRA Nº: % Materia seca: %Proteína bruta: %Extracto etéreo: %Fibra cruda: %Cenizas: %Extracto no nitrogenado: COMPOSICION DE LAS DIFERNTES FRACCIONES DEL ANALISIS WEENDE HUMEDAD: Agua, ácidos volátiles y bases si existen. CENIZAS Elementos Mayores: Ca, K, Mg, Na, S, P, Cl. Esenciales Trazas: Fe, Mn, Cu, Co, I, Zn, Mo, Se, Cr. Elementos no esenciales: Si, Ni, Ti, Al, V, B, Pb, Sn. 14 PROTEINA Proteína, aminoácidos, aminas, nitratos, glucósidos nitrogenados BRUTA Glucolípidos, vitamina B, Ac. Nucleicos. EXTRACTO Grasas, Aceites, Ceras, Ac. Orgánicos, Pigmentos, Esteroles, ETEREO Vitaminas A, D, E, K. FIBRA CRUDA: Celulosa, Hemicelulosa, Lignina EXTRACTOS: Azucares, Fructosanas, Almidón, Lignina, Pectina, Ac. LIBRES DE orgánicos, Resinas, Taninos, Pigmentos, Vitaminas hidrosolubles, NITROGENO Celulosa, Hemicelulosa Ejemplos de resultados del análisis inmediato: MAIZ, GLUTEN C/SALVADO (FILL) Materia seca % 90 Cenizas % 6,3 Fibra bruta % 8 Extracto Etéreo % 2,4 Extracto libre de Nitrógeno % 48,2 Proteína (N x 6,25) % 25,3 MAIZ, GLUTEN SIN SALVADO (MILL) Materia seca % 91 Cenizas % 2,4 Fibra bruta % 4 Extracto Etéreo % 2,3 Extracto libre de Nitrógeno % 39,5 Proteína (N x 6,25) % 42,9 Bibliografía Consultada: John Bateman, Nutricion Animal, México, 1970, Herrero Hermanos, Sucesores SA, 468 pp. E. W. Crampton-L. E. Harris, Análisis Inmediato de los Alimentos, España, 1974, Acribia, 756 pp. L. Maynard, Nutricion Animal, México, 1992, McGRAW-HILL, 640 pp. C. de Blas, Nutrición y alimentación de ganado, España, 1987, Mundi- Presa, 451 pp.
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