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ANALISIS Y EVALUACION DE ALIMENTOS 1 ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DE ALIMENTOS CONSUMO VOLUNTARIO Autores: MV Quintana Héctor, MV Camps Darío Buenos Aires Junio 2009 AREA DE NUTRICION Y ALIMENTACION ANIMAL F.C.V. 2 ÍNDICE ANALISIS Y EVALUACION DE ALIMENTOS Pág. Introducción........................................................................................ 5 Tablas de alimentos............................................................................ 5 Análisis de alimentos........................................................................... 6 ¿Cómo analizamos un alimento?........................................................ 6 Descripción de los análisis más usuales............................................. 9 Examen microscópico (cuali-cuantitativos).......................................... 9 Analisis Proximal de Wendee............................................................... 10 Analisis de Van Soest........................................................................... 15 Recolección y preparación de muestras............................................... 18 Digestión in vitro.................................................................................... 19 Producción de gas................................................................................. 20 Digestión in vivo..................................................................................... 20 Degradabilidad in vivo............................................................................ 22 Degradabilidad in situ............................................................................. 22 Degradabilidad efectiva.......................................................................... 22 Metabolicidad......................................................................................... 23 Bibliografía............................................................................................. 24 CONSUMO VOLUNTARIO DE ALIMENTOS Introducción............................................................................................ 29 Capacidad de ingestión de los animales................................................ 29 Ingestibilidad de los alimentos........................................................... 29 1. Importancia del consumo................................................................... 30 2. Regulación del consumo.................................................................... 31 2.1 Centros del hambre y de la saciedad............................................... 31 2.2. Teorías de la regulación del consumo............................................. 32 2.2.1. Regulación metabólica................................................................. 33 2.2.1. a. A corto plazo............................................................................ 33 Regulación quimiostática................................................................... 33 Teoría glucostática......................................................................... 33 Hormonas y neuropéptidos............................................................ 35 2.2.1. b. A largo plazo............................................................................. 36 Teoría lipostática............................................................................ 36 2.2.2. Regulación termostática............................................................... 37 Teoría termostática........................................................................ 37 2.2.3 Regulación física........................................................................... 37 3. Factores que afectan al consumo...................................................... 39 3.1. Factores que afectan al consumo potencial.................................... 39 3.1.1. Factores del alimento................................................................... 39 A- Digestibilidad y Degradabilidad...................................................... 40 B- Nivel de PB en la dieta................................................................... 45 ANALISIS Y EVALUACION DE ALIMENTOS 3 C- Minerales...................................................................................... 45 D- Porcentaje H o MS del alimento.................................................. 46 E- Procesamientos............................................................................. 46 E.1. Físicos:................................................................................... 46 Picado o molido de forrajes....................................................... 46 pelleteado de forrajes................................................................ 47 Molido o triturado de concentrados........................................... 47 Extrusado................................................................................... 47 E.2. Químicos................................................................................. 47 E.2.1. Amonificación.................................................................. 47 E.2.2. Hidoxilación..................................................................... 48 E.3. Biológicos................................................................................ 49 F- Métodos de conservación............................................................... 49 F.1. Henificación............................................................................. 50 F.2. Ensilado................................................................................... 50 F.3. Acidificación............................................................................. 50 G- Aceptabilidad................................................................................. 50 Importancia..................................................................................... 50 Sabor............................................................................................... 51 Olor................................................................................................. 51 Color................................................................................................ 51 Textura............................................................................................ 51 Temperatura................................................................................... 52 Sal.................................................................................................. 52 3.2.Factores del animal.......................................................................... 52 3.2.1. Peso corporal............................................................................... 52 3.2.2. Razas............................................................................................ 52 3.2.3. Edad............................................................................................. 52 3.2.4. Estado fisiológico y nivel productivo............................................. 53 a) Preñez............................................................................................ 53 b) Lactación........................................................................................ 53 c) Producción láctea........................................................................... 53 d) Ganancia de peso diario................................................................. 54 e) Características individuales............................................................ 54 3.3. Factores del ambiente...................................................................... 55 3.3.1. Factores climáticos........................................................................ 55 a) Temperatura ambiente...................................................................55 b) Humedad........................................................................................ 56 c) Lluvias y viento............................................................................... 56 d) Radiación solar directa................................................................... 56 3.3.2. Sanidad......................................................................................... 56 a) Enfermedades infecciosas............................................................. 57 b) Enfermedades parasitarias............................................................ 57 c) Enfermedades metabólicas............................................................ 57 3.3.3. Factores sociales.......................................................................... 57 3.3.4.Confort y estrés............................................................................. 58 3.4. Factores de la interacción planta-animal......................................... 58 AREA DE NUTRICION Y ALIMENTACION ANIMAL F.C.V. 4 3.4.1. Disponibilidad de forraje.............................................................. . 58 3.4.2. Estructura de canopeo.................................................................. 60 Consumo de pasturas templadas................................................... 60 Consumo de pasturas tropicales.................................................... 60 3.4.3. Selectividad de la dieta................................................................. 61 3.4.4. Presión de pastoreo...................................................................... 61 4. Cálculo de consumo para distintas especies...................................... 62 Formas de expresar el consumo............................................................ 62 Estimación del consumo. Ecuaciones..................................................... 62 Consumo de materia seca en función del peso vivo.............................. 63 Consumo de MS en función del PV en bovinos..................................... 63 Consumo de MS en función del PV y PM en animales no rumiantes.... 63 Consumo de materia húmeda en bovinos.............................................. 64 Consumo de MS en función del peso metabólico en rumiantes............. 64 Consumo de MS según la edad.............................................................. 64 Cálculos de consumo de materia seca para rumiantes.......................... 65 Consumo en función de la energía del alimento..................................... 66 Cálculos de consumo para cerdos.......................................................... 66 Cálculos de consumo para aves............................................................. 67 Cálculos de consumo para caninos........................................................ 67 Cálculos de consumo para gatos............................................................ 69 Bibliografía............................................................................................... 71 ANALISIS Y EVALUACION DE ALIMENTOS 5 ANALISIS Y EVALUACION DE ALIMENTOS INTRODUCCIÓN Contamos con una idea aproximada de la composición química y la clasificación de alimentos. Sabemos que no existe un alimento que reúna las condiciones de calidad y proporción ideal de nutrientes que satisfaga todos los requerimientos para un animal determinado. Es así, que la carne vacuna para el perro, el heno de alfalfa para el caballo, el grano de maíz para la gallina, la raíz de zanahoria para el conejo, o aún una pastura natural para bovinos, son alimentos que, para cubrir las necesidades de esos animales, necesitan ser combinados con otros. Por otro lado, los animales con mayores requerimientos (perros de raza grande en crecimiento, vacas lecheras de alta producción, gallinas ponedoras, pollos parrilleros) son los más afectados por falta de algún nutriente o desbalance entre ellos. La proporción de cada ingrediente, para lograr un alimento balanceado, tiene que tener una base sólida de conocimientos de cada una de las materias primas utilizadas. Con ese fin hay que usar tres (3) herramientas: 1. Las tablas de los alimentos 2. Los análisis de los alimentos 1. TABLAS DE ALIMENTOS De ellas podemos decir que son confiables, más confiables cuanto más cercano esté el ingrediente analizado y tabulado con el que nosotros tengamos delante para formular. Podrían existir en una tabla datos para 5 variedades de granos de maíz (opaco 2, dentado, semidentado, todos los análisis, alta energía); de ellos, hay que elegir uno para utilizarlo. Puede encontrarse frente a un ingrediente no tradicional, o a uno que no ha sido incluido en tabla alguna; por ejemplo, heno de triticale. Se podría recurrir a las tablas en estos casos, pero se debe actuar con prudencia y por aproximación, buscando en los alimentos más emparentados botánicamente, en un estado fenológico comparable, promediando datos, etc. Obviamente, el dato resultante no será muy confiable. AREA DE NUTRICION Y ALIMENTACION ANIMAL F.C.V. 6 2. ANALISIS DE LOS ALIMENTOS Los análisis de alimentos son formas que tiene el veterinario –nutricionista- de poder inferir la calidad de un alimento, saber cuánto de tal o cual nutriente contiene, si tiene sustancias no nutritivas o tóxicas, conocer cómo fue su procesamiento, cuál será su aprovechamiento digestivo y metabólico, corroborar los valores de las tablas, detectar adulteraciones, etc. Sin embargo, un análisis de alimentos “ideal” debe ser eficiente: proporcionar los datos necesarios, a bajo costo y rápidamente. El problema es que no existe un análisis “ideal”. Es impráctico y antieconómico solicitar todos los análisis existentes para cada materia prima cada vez que vamos a formular con ella. Es como solicitar radiografías, ecografías, análisis completo de sangre y orina por una sarna. Para la elección del análisis a solicitar se utiliza la tercer herramienta, la que nunca debe olvidar en su labor profesional, es propia y lo acompañará siempre, la denominamos CRITERIO!!! ¿CÓMO ANALIZAMOS UN ALIMENTO? El criterio utilizado hasta el momento por cientos de miles de investigadores en nutrición es... “La Naturaleza es sabia .... plagiémosla”. El valor alimenticio y nutricional debe evaluarse por métodos biológicos (usando animales), es ni más ni menos que evaluar la respuesta animal a la inclusión de un ingrediente en la dieta. Es el análisis más completo, el más confiable, pero, .... ¿Quién analizaría un afrechillo de trigo como suplemento para vacas lecheras en lactancia, dándole de comer ese alimento a sus animales?. Esta predicción se realiza por ecuaciones de regresión, que no tienen un 100 % de confiabilidad, pero para poder ser utilizadas tienen que ser altas. CLASIFICACIÓN DE LOS ANÁLISIS DE ALIMENTOS La clasificación presentada hasta la fecha se basa en el método analítico utilizado; es una clasificación antigua que tenía como premisa que los datos aportados por las distintas clases poseen diferente confiabilidad para evaluar el valor alimenticio. Un análisis ideal debe ser también sencillo, rápido y económico; debe predecir su Valor Nutricional y Alimenticio antes de suministrárselo a los animales. ANALISIS Y EVALUACION DE ALIMENTOS 7 1. Físicos 1.1. Exámenes microscópicos (cuali – cuantitativos) 1.2. Determinación del peso específico –hectolítrico- 1.3. Absorción de agua 1.4. Agua de superficie 1.5. Resistencia a la molienda, dureza 1.6. Espectrofotometría (p.e. absorción de rayos infrarrojos – NIR´s) 1.7. Colorimetría 1.8. Absorción atómica 2. Químicos FRACCIONALES 2.1. Análisis Proximal de Wendee 2.2. Análisis de Van Soest 2.3. Métodos enzimáticos – Digestibilidad in-vitro ESPECIFICOS 2.4. Almidón 2.5. B6 2.6. Niacina 2.7. Etc. 3. Biológicos 3.1. In Vitro 3.1.1. Producción de gas – Degradabilidad in-vitro 3.1.2. Rumen artificial– Digestibilidad ruminal y degradabilidad in-vitro 3.2. In Vivo 3.2.1. Degradabilidad (in-situ y efectiva) 3.2.2. Digestibilidad (Real y Aparente) 3.2.3. Tasa de pasaje, tiempo de retención 3.2.4. Biodisponibilidad 3.2.5. Metabolicidad 3.2.6. Pruebas de Balance El profesional no debería encasillarse en esta clasificación. De acuerdo a su criterio, debería seleccionar entre los análisis de alimentos, por él disponibles, para solucionar problemas concretos, y tener una buena predicción del valor alimenticio o de una fracción del mismo. Por ejemplo: Se desea determinar la presencia / ausencia de aflatoxinas en un AREA DE NUTRICION Y ALIMENTACION ANIMAL F.C.V. 8 grano de maíz que será destinado a la alimentación de cerdos. Para tal fín se pueden utilizar diferentes métodos. 1. Se lo doy a mis cerdos y veo si se intoxican (biológico). 2. Determino la dosis letal 50 (cantidad del grano problema que, sustituyendo diferentes granos patrón – con cantidades crecientes y conocidas de aflatoxinas – termina matando al 50% de la población de pollitos bebe – especie más suceptible-) (biológico). 3. Utilizo un kit comercial para determinar la presencia (y su cuantificación) de aflatoxinas totales (químico). 4. Análisis de hongos en los granos de maíz (las aflatoxinas son producidas por hongos). Puede que la aflatoxina este presente y el hongo no, o que este presente el hongo y no la aflatoxina (biológico). 5. Determinación de Materia Seca. El proceso de conservación de alimentos por secado se basa en que los microorganismos no poseen agua suficiente para su proliferación; por lo tanto, un incremento de la humedad esperada del grano de maiz (>11% de humedad) sería un indicador indirecto de la proliferación de hongos (si los hubiera) y una producción probable de aflatoxinas (físico). 6. Una observación con lupa del grano de maíz permite una visualización de la integridad de su pericarpio. Un grano contaminado por microorganismos y/o por insectos presenta una alteración de su superficie (cortes, manchas, cavidades). Esto sería un indicador indirecto de la proliferación de hongos (si los hubiera) y una producción probable de aflatoxinas (físico). Las preguntas a responder, antes de decidir que análisis solicitar o realizar, serían las siguientes: 1. ¿Cuáles son los valores máximos y mínimos de aflatoxinas en grano de maíz que figuran en las Tablas de Alimentos? 2. ¿Cuál es la concentración aceptable de aflatoxinas en el alimento para cerdos (biológica, productiva y legal)? 3. ¿Qué proporción del alimento va a estar compuesto por este grano? 4. ¿Qué otros ingredientes tiene la dieta? y ¿Tienen la posibilidad de poseer aflatoxinas? 5. ¿Cuál sería la concentración de aflatoxinas máxima teórica con la formulación realizada para los cerdos? ¿Es mayor, menor o igual a la del punto 2? ¿Cuál será mi margen de seguridad? 6. ¿Qué cantidad de grano de maíz voy a comprar? ¿A qué precio? ¿Cuál es la capacidad de almacenamiento disponible? 7. ¿Cuál es la caracterización del productor? ¿Ganadería de subsistencia, emprendimiento productivo pequeño o mediano, empresa ganadera, molino o fábrica de alimento balanceado para cerdos? ANALISIS Y EVALUACION DE ALIMENTOS 9 Existe un análisis que se podría adaptar a cada situación problemática. Para un chacarero, que sólo tenga 2 cerdas, si con una observación directa se detecta la posibilidad que el maíz posea aflatoxinas, la recomendación sería que no compre ese grano o que lo suministre en baja proporción en la dieta. En el otro extremo, para una gran empresa de chacinados, con gran capacidad de almacenaje y un precio del grano bueno, realizaría al pié del camión una determinación química, utilizando un kit, de la concentración de aflatoxinas, decidiendo en ese momento su descarga o no. Como vemos, existe una amplia gama de análisis para evaluar sólo la fracción del valor alimenticio correspondiente a un contaminante (como las aflatoxinas). DESCRIPCIÓN DE LOS ANÁLISIS MÁS USUALES A continuación se detallarán algunos análisis que utilizaremos durante el presente curso. 1) EXÁMENES MICROSCÓPICOS (CUALI – CUANTITATIVOS) Se basa en la observación de los componentes (ingredientes) de un alimento con ayuda de instrumentos de aumento. Se realiza una comparación entre lo que se observa con una muestra conocida (presente o no). Hay dos métodos para identificar componentes: 1) usando una lupa (7 a 50x); 2) usando un microscópio (90 a 500x). El primero, identifica los componentes por forma, color, tamaño, textura. No sirve para alimentos extrusados o finamente molidos. El segundo, puede determinar estructuras celulares, aún en materia fecal de algunas especies animales y de su alimentación. Estos análisis son fundamentalmente cualitativos (presencia / ausencia), Exámenes microscópicos (cuali– cuantitativos). Análisis Proximal de Wendee. Análisis de Van Soest. Digestión in vitro. Producción de gas. Digestión in vivo. Degradabilidad in vivo. Metabolicidad. AREA DE NUTRICION Y ALIMENTACION ANIMAL F.C.V. 10 aunque un técnico entrenado podría, mediante visualización, separación y pesaje, realizar una aproximación cuantitativa de los ingredientes presentes. Este exámen estaría indicado para evaluar la composición de alimentos balanceados molidos y pelleteados, pero no para alimentos homogéneos (por ejemplo: heno de alfalfa). También se pueden determinar adulteraciones y algunos microingredientes (por ejemplo: arena o sulfato de cobre). 2) ANÁLISIS PROXIMAL DE WENDEE Antes de comenzar a explicar en qué consisten los análisis, recordemos algunos aspectos de la bioquímica que nos ayudaran a comprenderlos más fácilmente. Los nutrientes son sustancias que utiliza el animal para cubrir sus requerimientos metabólicos. Estos pueden ser digeridos y asimilados, o no. Los alimentos están compuestos por agua y materia seca, donde se concentran los nutrientes, en diversas proporciones, pero ambas fracciones siempre suman 100%. La cantidad de agua (humedad) en los diversos alimentos varía según el origen (animal, vegetal, sintético), pero es el componente predominante en los organismos. En los vegetales, la concentración de agua varía según el estado de madurez de las plantas, la zona de procedencia, la especie. En los alimentos balanceados, el contenido de agua es bajo a fin de permitir una buena conservación. La mayor parte de la materia seca de los animales y las plantas se compone de tres grupos de compuestos orgánicos: proteínas, lípidos e hidratos de carbono. Contiene también sustancias inorgánicas (minerales) y componentes en cantidades reducidas, como las vitaminas. Las proteínas son compuestos orgánicos formados por cadenas de ALIMENTO AGUA MATERIA SECA MATERIA MATERIA ANALISIS Y EVALUACION DE ALIMENTOS 11 aminoácidos. Cumplen innumerables funciones: constituyen tejidos estructurales y blandos, forman parte del metabolismo (enzimas, hormonas). El contenido en proteínas en los productos animales suele ser mayor al de los vegetales. Una de las características de los aminoácidos es que poseen nitrógeno, y ésta será aprovechada al momento del análisis de los alimentos. La síntesis de proteínas en los animales, para la formación de tejidos musculares (carne), tejidos blandos y visceras, y productos (leche, lana, pelo, huevos), debe considerarse como el objetivo fundamental de la nutrición productiva. Los lípidos son compuestos, por lo general, insolubles en agua. Constituyen las sustancias de reserva energética de los animales, formando el tejido adiposo, conforman la membrana celular, es aislante térmico, conforman hormonas y vitaminas (esteroides). En los vegetales los lípidos son insaturados (sin colesterol). Existen ácidos grasos esenciales (linoléico) y tóxicos (ácido erúcico, alcaloides). Los terpenos (forman lasvitaminas A, E, K, y son precursores de esas mismas vitaminas), la cutina, las ceras y los fosfoglicéridos (ésteres de glicerina, ácido fosfórico y otros constituyentes de bilis y membranas celulares), también son lípidos. Los hidratos de carbono - [(CH2O)n] - son sustancias orgánicas de reserva energética y, en el caso de los vegetales, forman parte de su soporte estructural (pared celular: hemicelulosa y celulosa). Si recuerdan, había: -monosacáridos (fructosa, glucosa, galactosa), -oligo o polisacáridos (maltosa, lactosa, sacarosa, almidón, glucógeno), y –heteropolisacáridos (polisacáridos unidos a otros compuestos). - Como elementos de reserva, se utilizan polisacáridos. El glucógeno, se encuentra en algunos tejidos animales (principalmente en músculos e hígado); y el almidón, en los vegetales (70% en algunas semillas; 30% en frutos, raíces y tubérculos). - Como elementos estructurales de los vegetales: estos organismos -a diferencia de los animales- poseen una pared celular. Por ello, conforma la fracción más abundante de la materia seca de las plantas. La celulosa es un polisacárido formado por cadenas lineales de celobiosa, con uniones -1,4 (recordando de química, esto producía una molécula de estructura cristalina, muy estable y sólo degradable por enzimas específicas). La hemicelulosa es un heteropolisacárido formado por diversas pentosas y hexosas, unidas a ácidos galactourónico y glucourónicos. Otros elementos constituyentes de la pared celular son: pectinas, lignina (no es un hidrato de carbono, proviene del fenil-propano, es totalmente indigerible, protege a la celulosa y a la hemicelulosa), sílice (SiO2). La pared celular también cumple la función de defensa contra la herbívora y, además de los compuestos mencionados, también tienen compuestos secundarios como los taninos. Otras sustancias presentes en la materia seca de los alimentos son: vitaminas y minerales. Las vitaminas son compuestos orgánicos, de identidad química variada; mientras que los minerales son elementos inorgánicos. AREA DE NUTRICION Y ALIMENTACION ANIMAL F.C.V. 12 La energía no es un nutriente como tal, pero se la obtiene del metabolismo de los nutrientes contenidos en el alimento: ésta es la ENERGÍA BRUTA, y estará en función de la concentración en el alimento de: hidratos de carbono, proteínas y lípidos. Hay nutrientes que tienen funciones fisiológicas específicas; sin embargo, la cantidad total de nutrientes que aportan energía es considerablemente mayor. No toda la energía bruta es digerida y metabolizada; existen diversas pérdidas: por heces, orina, gases, termoregulación y producción. Se verá más adelante en qué consiste cada una. Bueno, ahora si, nos abocamos a la tarea de intentar comprender cómo se realiza un análisis de alimentos. El ANALISIS PROXIMAL DE WEENDE fue desarrollado por Hennenberg and Stohman (1859) en la Estación Experimental de Weende, Alemania. El sistema sigue aplicándose en la actualidad. El esquema consiste en las determinaciones químicas de los “Principios Inmediatos de los Alimentos”, cuyo papel nutritivo es muy diferente, pero pueden estimar eficazmente los “Principios Nutritivos de los alimentos”. Las equivalencias entre los “Principios Nutritivos” (fracciones a evaluar en el análisis de los alimentos) y los “Principios Inmediatos” (componentes bioquímicos). Se observa que no existe una estricta correspondencia entre ambos, pero es suficientemente próximo y tiene gran interés en la evaluación nutritiva de los alimentos. FRACCIÓN COMPONENTES Humedad agua, ácidos y bases volátiles Cenizas Minerales Proteína Bruta (PB) proteínas, aminoácidos, aminas, nitratos, nitritos, ácidos nucleicos, glúcidos nitrogenados, glucolípidos, vitaminas B Extracto Etéreo (EE) grasas, aceites, ceras, clorofila y otros pigmentos, ácidos orgánicos, esteroides, vitaminas liposolubles (A, D, E, K) Fibra Bruta (FB) celulosa, hemicelulosa, lignina Extracto No Nitrogenado (ENN) hidratos de carbono (estructurales: celulosa, hemicelulosa, lignina; De reserva: azúcares, almidón), ácidos orgánicos, resinas, pigmentos, pectinas, vitaminas hidrosolubles, taninos Humedad: existen diversos métodos para determinarla, se puede hacer en hornos o estufas (teniendo cuidado con la formación de las reacciones de Maillard, a más de 65ºC se combinan los hidratos de carbono con las proteínas, con lo cual se alteran los resultados de los análisis posteriores); haciendo una destilación con tolueno (es útil para los silajes, puesto que poseen muchos compuestos volátiles); con un microondas (7 a 8 minutos, hay que colocar un vaso con agua en el interior como control, suele utilizarse para determinaciones rápidas de humedad, pero esa muestra no sirve para continuar los análisis). ANALISIS Y EVALUACION DE ALIMENTOS 13 Cenizas: se utiliza una mufla (550 50ºC) donde se incinera totalmente la materia orgánica de la muestra, el resto es la materia inorgánica y, sobre ella, se puede realizar la determinación de minerales. El contenido de Materia Orgánica se calcula como: 100 - % Cenizas. Proteína Bruta: mediante este método se determina el contenido de Nitrógeno Total en la muestra seca. Es por esta razón, que todos los compuestos que contengan nitrógeno aparecen en esta fracción y, por ello, se habla de “proteína bruta”. La metodología más utilizada es la propuesta por Kjeldahl: el primer paso es una digestión fuerte con ácido sulfúrico (todo el nitrógeno pasa a formar sulfato de amonio); se continúa con una alcalinización del medio (el nitrógeno ahora está como amonio, una destilación permite su extracción); el amonio se mide por diversos métodos (titulación con ácido bórico, utilización de electrodos para NH3). El nitrógeno total así determinado, es multiplicado por el factor 6.25 para obtener el contenido de Proteína Bruta en el alimento. Esto se basa en que se considera que las proteínas tienen un 16% de nitrógeno, lo cual no es cierto; así como tampoco es cierto que todo el nitrógeno calculado provenga de sustancias proteicas en el alimento (ver cuadro). Ofrecemos un listado de alimentos, su contenido de nitrógeno y el coeficiente de multiplicación apropiado. Alimento Contenido de nitrógeno Coeficiente de multiplicación Trigo 17.16 5.83 Cebada 15.60 6.41 Arroz 17.04 5.87 Centeno 14.47 6.91 Habas 16.15 6.20 Maní 18.28 5.47 Cáñamo 18.69 5.35 Trébol 11.65 8.58 Huevo 16.00 6.25 Carne 16.00 6.25 Leche 15.68 6.38 Extracto Etéreo: el método utilizado determina la cantidad de compuestos solubles en el solvente orgánico (éter) con el que se extraen; sin embrago, no son los lípidos los únicos compuestos solubles en este solvente, por tal motivo no se puede llamar a esta fracción: "lípidos" o Grasa Bruta (como aparece en algunos libros), entonces resulta más apropiado llamarla Extracto Etéreo. Fibra Bruta: el método de determinación se basa en simular los procesos AREA DE NUTRICION Y ALIMENTACION ANIMAL F.C.V. 14 digestivos. Se realiza una digestión ácida, seguida de una digestión básica (alcalina), luego se filtra y el resto es la fibra bruta. Este principio nutritivo pretende ser un estimador de los hidratos de carbono estructurales y de los compuestos asociados a la pared celular. Sin embargo, en el proceso de análisis, una parte de la fibra se solubiliza y pasará a formar parte del cálculo del extracto no nitrogenado. Esta fracción, como veremos, tiene errores de validez e interpretación. Extracto No Nitrogenado: se calcula sobre la base de las otras fracciones; por lo tanto, si los cálculos previos tuvieron errores, esta fracción no tendrá veracidad. Se la calcula haciendo: En esta fracción se espera obtener los hidratos de carbono solubles y digeribles. Sin embargo, parte de la pared celular aparece aquí mezclada. Extracto No Nitrógeno (ENN) Azúcares solubles Almidón Celulosa Hemicelulosa PectinasGoma vegetal Lignina Cutina Taninos Fibra Bruta (FB) Energía: no está considerada un nutriente, se obtiene del metabolismo de las fracciones: proteína bruta, extracto etéreo y extracto no nitrogenado; está inversamente correlacionada con el contenido de fibra bruta. Para medir la energía bruta de un alimento, se la incinera en una bomba calorimétrica. Las unidades en las que se miden son: Joules y Calorías. Existe un método indirecto para estimar Separación Real Separación Ideal %ENN = 100 - (%PB + %FB + %EE + %Cenizas) ANALISIS Y EVALUACION DE ALIMENTOS 15 la energía digerida de un alimento, a través del contenido del total de nutrientes digeridos (TND). 3) ANÁLISIS DE VAN SOEST Esta metodología surge a fin de resolver los problemas en la separación de las fracciones digestibles e indigestibles de los carbohidratos al considerar las fracciones de F.B. y E.N.N. según el método de Weende El principal error del Análisis Proximal se debe a que la lignina es valorada en el E.N.N. y, como es sabido, se trata de una sustancia totalmente indigestible. Por tal razón, la digestibilidad de la F.B. puede tener un valor similar, o hasta superior, al del E.N.N. Por tal razón, Van Soest (1963), propuso analizar la fracción hidratos de carbono estructurales, y otros componentes de la pared celular, basándose en el grado de digestibilidad de la fibra; es decir, en la disponibilidad nutricional de la fibra. Así, Van Soest propuso el esquema de análisis secuenciados que se verá en la página siguiente El método de Fibra Detergente Neutro determina la pared celular o fibra total de los vegetales. El tratamiento de la muestra de forraje con el detergente neutro (lauril sulfato sódico), a determinada concentración, en un medio buffer, separa los constituyentes solubles y nutricionalmente disponibles, de aquellos parcialmente disponibles. El método de Fibra Detergente Ácido disuelve proteínas y la hemicelulosa. El FDA contiene hemicelulosa asociada a la lignina, sílice y, en algunos casos, complejos tanino – proteínas y algo de pectina. Sin embargo, el residuo del FDA tiene lignina, celulosa y sílice. La hemicelulosa puede estimarse por diferencia entre = FDN - FDA. Actualmente, todas las tablas que expresan los requerimientos de los rumiantes utiliza el Sistema de las Detergentes. Sin embargo, el principal inconveniente de este método radica en la imposibilidad de cuantificar algunos componentes de la pared celular, como pectinas, ácidos fenólicos y sílice. Algunos componentes dietarios están enteramente disponibles a la acción de enzimas de mamíferos y, por ende, para su asimilación (azúcares simples y disacáridos, proteínas verdaderas, almidón, lípidos), la cual dependerá de la tasa de pasaje y del escape a la digestión. Otros serán disponibles después de la fermentación por microorganismos intestinales (fibra dietaria o dietética; es relevante en nutrición de no rumiantes y humanos). Otros componentes, regulados por la fermentación y la fermentabilidad, son parcialmente disponibles luego del ataque enzimático de los microorganismos (celulosa y hemicelulosa; FDN, es importante en la nutrición de rumiantes). Finalmente, hay componentes completamente no disponibles, que no son susceptibles a la fermentación gástrica ni fermentativa (por ejemplo: los productos AREA DE NUTRICION Y ALIMENTACION ANIMAL F.C.V. 16 Maillard, el almidón dañado o protegido; la fracción FDA, la lignina, taninos, cutinas). MUESTRA DE ALIMENTO Fibra Detergente Neutro (FDN) (lignina – celulosa – hemicelulosa) Fibra Detergente Ácido (FDA) (lignina – celulosa) Lignina Cutina Cenizas Cenizas Celulosa Cutina Cenizas Cutina Cenizas Cenizas Tratamiento con solución de detergente neutro Tratamiento con solución de detergente ácido Hidrólisis con SO4H2 72% Hidrólisis con SO4H2 72% Oxidación con MnO4K Oxidación con MnO4K Cutina Cenizas Incineración a 500ºC Incineración a 500ºC ANALISIS Y EVALUACION DE ALIMENTOS 17 Aplicando el Sistema de Van Soest, se puede calcular la concentración de carbohidratos no estructurales de la siguiente manera: La anatomía de las plantas tiene una estrecha relación con las fracciones químicas y su potencial digestibilidad. A continuación se verá un modelo conceptual para comprender esto: Fracción Anatómica Mesófilo y Floema Haces Células Epidérmica s Haces Vasculares Esclerénquima S íli ce C ut in a Contenido Celular Pared Celular | Digestión Microbiana | Ácidos orgánicos Carbohidratos solubles Proteína Cruda Hemicelulosa No Protegida Hemicelulosa Protegida Fracciones Químicas Proteína Cruda Extracto Etéreo Cenizas Celulosa No Protegida B ar re ra P ro te ct or a de Li gn in a Celulosa Protegida S íli ce C ut in a Digestibilidad Potencialmente Digestible Sustancias Indigestibles La anatomía de las plantas de las especies C4, típicas de zonas tropicales y el 40% de las gramíneas pampeanas, presentan mayor concentración de lignina, con un mesófilo radiado y vainas parenquemáticas. Consecuentemente, tienen una menor digestibilidad que las C3, cuyo mesófilo es lagunoso y no poseen vainas parenquimáticas. Cien por cien (100%) de m ateria seca Cenizas 10 G rasas 3 P.B. 15 H de C sol. 10 Ac. org. 8 H em icel. 25 Lig. 5 Cel. 24 Van Soest Cenizas 10 G rasas 3 P.B. 15 Extractivos libres de nitrógeno 47 F.B. 25 W eende Com paración de los resultados del análisis de una forrajera relizados con los esquem as de Van Soest y W eende. %CNE = 100 - (%FDN + %PB + %EE + %Cenizas) AREA DE NUTRICION Y ALIMENTACION ANIMAL F.C.V. 18 Recolección y preparación de muestras: El proceso de evaluación de un alimento en el laboratorio comprende varias etapas. La primera, y esencial, será utilizar su criterio, nuevamente. Deberá plantearse algunas preguntas previamente, tales como: ¿De que alimento estamos hablando?, ¿Cuál es el objetivo del trabajo? ; ¿Dónde lo puedo realizar? Posteriormente viene la recolección de las muestras, la preparación y conservación, el análisis químico de los nutrientes en el laboratorio. Al final de esto hay que volver a aplicar su criterio, a fin de interpretar correctamente los resultados obtenidos. Si el alimento a analizar son granos o alimentos mezclados, dependerá de la cantidad del material y de cómo vienen presentados: en bolsa, a granel. Si lo tenemos en bolsas, se toma una muestra de cada bolsa y se mezclan hasta lograr una muestra final homogénea y representativa del total del material muestreado. Si esta a granel, debemos hacer lo mismo, pero tomando muestras de distintos sectores y a diferentes profundidades dentro del silo (para ello se utiliza un “calador”: tubo o media caña de punta afilada). Si hay muchas bolsas (un número límite serían 10 bolsas), no vale la pena muestrear todas, para este caso, se procede seleccionando al azar algunas. No es preocupante si debe tomar una muestra pequeña, los análisis de laboratorio se realizan sobre muestras relativamente limitadas. Si necesitamos analizar silos, fardos o rollos, se procede seleccionándolos al azar y luego cortando un perfil con un sacabocados largo, procurando obtener una muestra representativa, desde el exterior hasta el centro. Ahora bien, si vamos a trabajar con forrajes frescos, el tema se complica un poco. La composición química de los pastos está influenciada por el clima, el manejo, las especies y variedades vegetales, el estado fenológico, la proporción tallo-hojas, el material seco, el suelo, etc. Con los cortes para estimar rendimiento se pueden realizar los análisis bormatológicos. Una forma son los cortes en franjas, sin incluir los bordes, homogeneizando elmaterial recolectado y tomando sub-muestras. Se puede realizar un muestreo selectivo a fin de asegurar representatividad, en praderas consociadas, pastoreadas o naturales. Se puede hacer un muestreo relacionado con el manejo. Las técnicas para la recolección son diversas: “hand plucking” (recolección a mono), con tijeras, tomándolas de animales fistulados (aunque la contaminación con saliva impida la realización de algunos análisis, determinación de nitrógeno y digestibilidad in vitro pueden llevarse a cabo con estas muestras). Del objetivo que tengamos dependerá el cómo muestrear. Por ejemplo: 1. Si queremos evaluar la concentración proteica que consumirán los animales; al hacer un muestreo deberíamos imitar la selección que realizan los animales, no sólo de las especies, sino de las partes de las plantas que pastorean. Otra alternativa, sería recolectar la muestra directamente del esófago de un animal ANALISIS Y EVALUACION DE ALIMENTOS 19 fistulado. 2. Si el objetivo es comparar la composición nutricional de diferentes especies vegetales en un momento determinado; debemos tomar muestras de las mismas partes de las plantas y con el mismo estado fenológico. 3. Para estudiar los cambios en la composición frente a la aplicación de fertilizantes, se debería incluir en el análisis las plantas completas. Para preparar las muestras, y evitar que se pierdan, se las debe rotular e identificar muy bien. Luego se las debe secar lo más pronto posible o congelarlas. Es extremadamente importante evitar la contaminación con heces, orina, tierra; en caso que esta contaminación ocurra, expresar los datos sobre la base de Materia Orgánica. Más comúnmente, los resultados se expresan sobre la base de la materia seca o en base “tal cual” la muestra original. 4) DIGESTIÓN IN VITRO Se basa en la simulación en el laboratorio de los procesos digestivos naturales. Para monogástricos, la muestra (alimento) se trata con HCl y pepsina, se incuba, y se trata con enzimas (amilasas, lipasas, proteasas). El residuo insoluble sería un sucedáneo de las heces. Utilizando la fórmula de digestibilidad, podemos estimar la eficiencia de digestión de ese alimento. La determinación en el alimento y en el residuo de alguna fracción del alimento (por ejemplo: proteína bruta) permite el cálculo de digestibilidad de esa fracción. En rumiantes, facilita la evaluación biológica del alimento, por ser más económico. La diferencia con el método para monogástricos, es que utiliza una digestión fermentativa previa, llevada a cabo por microorganismos ruminales colectados de un animal fistulado o su sustitución por celulasas. El trabajo en un laboratorio de Nutrición Animal no puede, ni debe, quedar reducido a simples análisis químicos. Aplique su criterio para evitarlo!!! AREA DE NUTRICION Y ALIMENTACION ANIMAL F.C.V. 20 5) PRODUCCIÓN DE GAS Sirve para evaluar indirectamente la degradabilidad ruminal y la materia orgánica fermentecible (ver punto 7). Se basa en que los alimentos al incubarse con licor ruminal, por la fermentación microbiana se producen gases que pueden cuantificarse por el desplazamiento del émbolo de una jeringa. Si lo realizo a diferentes horarios puedo trazar una curva de degradabilidad. Es una técnica indirecta que necesita una curva de calibración del equipo con alimentos con degradabilidades conocidas. 6) DIGESTIÓN IN VIVO Se podría definir como el análisis que determina con animales cuánto de un alimento entero o un nutriente en particular desapareció (es degradada y absorbida) dentro del tracto digestivo. Así, por ejemplo, la digestibilidad de la proteína cruda ( ó porcentaje de proteína digestible - % P.D.) de la harina de pescado para gatos, requiere un ensayo en el cuál, previo acostumbramiento a la dieta, se cuantifica la cantidad (gramos) de proteína cruda (Kjeldahl) ingerida y la excretada en heces en 24 horas y se expresa en porcentaje (%). Donde: % P. D. = Porcentaje de proteína digestible P.C. Ingerida = Cantidad de proteína cruda ingerida con el alimento P.C. Excretada en heces = Cantidad de proteína cruda excretada en heces Para realizar un ensayo de digestibilidad con este protocolo es necesario la colecta total de las heces. Requiere de Jaulas para colectar heces independientes de la orina (para evitar contaminación y dependiente del nutriente a analizar) ó de animales acostumbrados a portar arneses con bolsas colectoras de heces. Otra posibilidad es la utilización de un marcador indigestible en el alimento, que puede ser exógeno (sustancia añadida al alimento como el óxido crómico) o endógeno (sustancia indigestible del alimento como la lignina) % P. D. = (P.C. Ingerida - P.C. Excretada en heces) * 100 P.C. Ingerida ANALISIS Y EVALUACION DE ALIMENTOS 21 La fórmula utilizada con este protocolo sería la siguiente: Donde: % P. D. = Porcentaje de proteína digestible % P.C. = Porcentaje de proteína cruda % O3Cr2 = Porcentaje de óxido crómico Este porcentaje de proteína digestible se refiere al aparentemente digerido ya que no discierne cuánto de la proteína en heces es exógena (del alimento) de la endógena (proveniente de descamaciones, secreciones y excreciones). La corrección de este factor se debe realizar dependiendo del animal y del alimento en cuestión, estando entre las opciones la utilización como testigos de animales ayunados (aves), de animales que consumen una dieta carente o con una cantidad mínima de nitrógeno (rumiantes). En aves, caballos y cerdos, dada la producción de proteína por los microorganismos del intestino grueso y la variación de las concentraciones relativas de cada aminoácido, se han realizado cirugías experimentales (tiflectomías en gallos –extracción de ciegos–; anastomosis –uniones– ileorectales en cerdos; abocamientos al exterior en íleon terminal en ambas especies) que permiten evaluar la digestibilidad ileal de aminoácidos e hidratos de carbono principalmente. Su determinación permite un grado de ajuste mayor para la determinación del valor nutritivo de las dietas y para calcular los requerimientos de estos animales. Existen otros protocolos que implican el sacrificio de los animales de investigación para cuantificar la concentración de un nutriente en una porción determinada del tracto digestivo. * Los valores de digestibilidad pueden ser afectados por el diseño experimental utilizado.* Se han observado diferencias en los coeficientes de digestibilidad con una modificación de la ingesta de alimentos. Un nivel de alimentación igual o inferior a los requerimientos de los animales incrementa el % de digestibilidad. Una alimentación ad libitum produce un efecto empuje que lo desplaza por el tracto digestivo a una velocidad mayor, aumentando la tasa de pasaje y disminuyendo el tiempo accesibilidad de los microorganismos (en rumen) y de las enzimas (estómago e intestino) al bolo alimenticio. % P. D. = 100 - (100 * % O3Cr2 en el alimento * % de P.C. en las heces ) % O3Cr3 en el alimento % de P.C. en el alimento AREA DE NUTRICION Y ALIMENTACION ANIMAL F.C.V. 22 7) DEGRADABILIDAD IN VIVO Existen básicamente dos Análisis de Degradabilidad: 7.1.) Degradabilidad in-situ. Definimos a Degradabilidad in-situ como la digestión ruminal en función del tiempo. Tiene en cuenta la desaparición del alimento del rumen por la digestión ferementativa de los microorganismos ruminales. La medición in situ se realiza con animales fistulados en rumen por cuya cánula se introduce el alimento a evaluar contenido en bolsitas de tela de nylon de una superficie y un tamaño de poro determinado. Se toma como supuesto, que para que el material contenido en ellas pueda salir por los poros necesita ser disgregado (digerido por los microorganismos que si pueden ingresar). Seincuba en el saco ventral del rumen dentro de una red que impide su pérdida. A diferentes tiempos se extraen dichas bolsitas y se determina su residuo (sucedáneo de heces en el cálculo de digestibilidad). Con esos datos se confecciona un gráfico (mediante una ecuación matemática -1-). en donde: Deg = Degradabilidad de la fracción en tiempo t a = fracción soluble, con disponibilidad instantánea b = fracción potencialmente degradable c = tasa de degradación de b (en % por hora). e = base de los logarítmos neperianos. t = tiempo (horas de incubación en el rumen). 7.2.) Degradabilidad efectiva. Definimos la Degradabilidad efectiva como la digestibilidad ruminal en función del tiempo teniendo en cuenta la tasa de pasaje de los sólidos (salida del contenido reticulo-ruminal hacia el omaso). Deg = a + b (1 – e – c t ) Deg Ef = ( a + b ) * c c + kp ANALISIS Y EVALUACION DE ALIMENTOS 23 en donde: a, b y c = son los mismos que en la ecuación anterior. kp = tasa de pasaje (% del contenido ruminal por hora). Esta medición tiene en cuenta las dos formas que tiene para salir un alimento del rumen: 1. Ser degradado y absorbido; 2. Ser disminuído su tamaño de partícula para que pueda atravesar el orificio retículo omasal (que actuaría como embudo selector). A fin de evaluar qué está sucediendo en el tracto digestivo de un rumiante. Hay que cuantificar el tiempo que poseen los microorganismos ruminales para disgregar el alimento. Así. Una disminción del tamaño de partícula de forraje grosero (heno de gramíneas) favorece la degradación ruminal por aumentar la superficie de ataque para los microorganismos ruminales, pero, simultáneamente, incrementa la salida del rumen de las partículas, que están totalmente degradadas, lo cual hace disminuir la digestibilidad global del alimento. 8) METABOLICIDAD Se utiliza principalmente con el fín de cuantificar la energía disponible en el medio interno para aves, aunque es posible realizarlo para casi cualquier nutriente y para cualquier especie animal. Es un análisis similar al de digestibidad, que cuantifica la energía contenida en el alimento y la energía excretada por cloaca (heces y orina). Se puede corregir (ajustar mejor el dato obtenido) por la concentración de nitrógeno, ya que, un exceso de proteína cruda (cuantificado como nitrógeno) en la dieta o nitrógeno excretado por riñon (cuantificado como ácido úrico) requiere un gasto energético adicional. En la actualidad el ensayo de energía metabólica en aves se realiza como Energía Metabolizable Verdadera (EMV) teniendo animales testigos en ayunas para cuantificar las pérdidas endógenas. AREA DE NUTRICION Y ALIMENTACION ANIMAL F.C.V. 24 BIBLIOGRAFIA Almirall, M.; Francesch, M.; Perez Vendrell, A.M.; Brufau, J. & Esteve Garcia, E. (1995). The differences in intestinal viscosity produced by barley and beta- glucanase alter digesta enzyme activities and ileal nutrient digestibilities more in broiler chicks than in cocks. Journal of Nutrition, Vol 125: 4, 947-955. 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Es necesario que el alimento sea consumido y absorbido para cubrir los requerimientos de los animales. Para ello debemos definir dos términos empleados en nutrición animal: capacidad de ingestión de los animales e ingestibilidad de los alimentos. Capacidad de ingestión de los animales: Es la cantidad de alimentos que puede consumir cada tipo o especie animal según su peso, edad, estado fisiológico y nivel de producción, es decir, según sus necesidades. Por ejemplo un novillo británico de 200 kg. de peso consume 2,5 % de su peso vivo (PV) en materia seca (MS), un novillo de 400 kg. consume 2,1 % del PV, un bovino adulto hasta el 3 % del PV y una vaca lechera de alta producción hasta el 3,5 % del PV en materia seca. Ingestibilidad de los alimentos: Es la cantidad de cada alimento o grupo de alimentos que pueden consumir los diferentes tipos de animales. Es una propiedad del alimento. Por ejemplo, según vimos en el caso anterior novillos de 350 kg. de peso tendrían una capacidad de ingestión voluntaria de aproximadamente unos 8,5 kg. de MS, si le ofrecemos heno de alfalfa de diferentes calidades (alta, media, baja), el consumo variará según la misma, así el de alta calidad será el del consumo estimado, mientras que para el caso de uno de calidad media será un 20 % menor (6,8 kg. de MS), y en el caso de uno de baja calidad, será un 40 % menor (5,1 kg. de MS). Queda ahora bien diferenciado lo que es la capacidad de ingestión de un animal y lo que es la ingestibilidad de un alimento. VN = D x C AREA DE NUTRICION Y ALIMENTACION ANIMAL F.C.V. 30 La nutrición animal se basa en tres puntos fundamentales: 1) determinar los requerimientos de los animales para su mantenimiento y nivel de producción, 2) conocer el aporte de nutrientes de los alimentos y 3) estimar el consumo de esos alimentos, teniendo presente que tanto los requerimientos animales, el valor nutritivo de los alimentos y el consumo van a estar influenciados por el medio ambiente. MEDIO AMBIENTE ANIMAL ALIMENTO (Requerimientos) (Aportes) CONSUMO 1. IMPORTANCIA DEL CONSUMO Existe una relación muy estrecha entre el consumo de alimentos y el costo de producción. La eficiencia bruta de la producción puede aumentar mucho en los animales en fase de crecimiento, terminación o en lactación si se logra un alto consumo de alimentos, ya que se disminuye el porcentaje de alimento que se destina diariamente al mantenimiento y se destina un porcentaje mayor a la producción, tomemos como ejemplo un animal que gane peso con más lentitud frente a otro que gane peso con mayor rapidez, el primero destinarágran porcentaje del alimento consumido para mantenimiento (deberá estar más tiempo en el establecimiento hasta lograr el peso deseado) mientras que el segundo permanecerá menos tiempo, por lo tanto el porcentaje del alimento consumido destinado a mantenimiento será menor y mayor el destinado a la producción. CONSUMO VOLUNTARIO DE ALIMENTOS 31 Tabla 1: Eficiencia de conversión con bovinos de 200 kg. de peso consumiendo distintos niveles de una ración con EM = 2,76 Mcal/kg. MS Alimento (kg.) EM cons. (Mcal/día) EN prod. (Mcal/día) GDP/día (gr.) Eficiencia kg. prod. kg. cons. Eficiencia EN prod. EM cons. 2,46 6,8 0,00 0,00 0,000 0,000 3,37 9.3 0,72 250 0,074 0,077 4,06 11,2 1,49 500 0,123 0,133 4.53 12,5 2,30 750 0,165 0,184 Extraído del ARC (1980) Un aumento del consumo de un alimento con la misma concentración energética por kg. de materia seca, lleva obviamente a un aumento en el consumo de energía metabólica por día (EM/día), que se traduce en un aumento de la energía neta (EN) retenida en el producto (ENprod/día) y en una mayor ganancia de peso por día (GDP/día); lo que llevará a una mayor eficiencia de conversión alimenticia (kg. de carne producidos/kg. de alimento consumido.) y a una mayor eficiencia energética de conversión (EN producida/EM consumida). Conociendo el consumo podemos pronosticar la producción. Obviamente el consumo no es el único determinante de la producción, pero es el más importante. Veremos los mecanismos que regulan el consumo y los factores que influyen sobre el mismo. Si bien se analizan en forma independiente, hay que comprender que el consumo es una sumatoria de efectos e interacciones. Pero para una determinada situación generalmente existen 1 o 2 factores o interacciones preponderantes sobre las demás, reguladas por un mecanismo en particular. 2. REGULACIÓN DEL CONSUMO Los animales comen y beben para satisfacer sus necesidades y también para procurarse un cierto placer y lograr un estado de saciedad. El hambre y la sed son los estados fisiológicos primitivos que desencadenan las actividades alimenticias de búsqueda, elección e ingestión de alimentos y de agua. La saciedad es la sensación de desaparición del estado de hambre o apetito. El control del consumo se puede considerar como un componente de la regulación homeostática del balance de energía, tendiendo el consumo de energía a cubrir los requerimientos energéticos, a menos que la regulación física del tracto gastrointestinal (TGI) intervenga antes. 2.1. CENTROS DEL HAMBRE Y DE LA SACIEDAD El sistema nervioso central procura mantener el equilibrio energético, la AREA DE NUTRICION Y ALIMENTACION ANIMAL F.C.V. 32 cantidad de alimento ingerido y regula las actividades alimenticias El consumo de alimentos está relacionado con centros neuronales ubicados por debajo de la glándula pituitaria en el hipotálamo, en la región ventral del diencéfalo. En el hipotálamo se diferencian dos áreas de importancia en la regulación del consumo: Estos centros funcionan como un termostato que regula las actividades alimenticias. La actividad del centro del apetito aumenta a medida que la energía del alimento se está utilizando, creando un estado de hambre a partir de un determinado umbral, desencadenando los mecanismos de procura de alimento y su consumo. Esta ingestión de alimentos provoca, en forma directa o indirecta, la estimulación del centro de la saciedad que inhibe al centro del hambre, logrando un estado de saciedad que detiene la ingestión del alimento (Anand, 1967). Se entiende que el centro del apetito actúa continuamente induciendo el consumo de alimentos, mientras no es inhibido por el centro de la saciedad. Los centros hipotalámicos integran las numerosas informaciones que reciben de todas las regiones del organismo. Estas informaciones son captadas por medio de receptores locales, o son transmitidas por impulsos nerviosos provenientes de receptores periféricos o de otras regiones del cerebro modulando la respuesta a la ingestión voluntaria de alimentos. 2.2. TEORÍAS DE LA REGULACIÓN DEL CONSUMO Las informaciones que originan el cese de la ingestión tienen un importante papel en la duración de las comidas y en la cantidad de energía ingerida. Estas informaciones pueden ser provocadas por: 1) la presencia de alimentos en el tracto digestivo (estómago, rumen, buche, intestino); 2) modificaciones en la composición de la sangre relacionadas a la absorción de productos finales de la digestión (glucosa, aminoácidos, ácidos grasos volátiles, etc.); 3) la utilización metabólica de estos productos que llevan a modificaciones hormonales (insulina, glucagón, STH, CCK, etc.); 4) la producción de calor (Incremento Calórico por Trabajo Digestivo, Calor de Fermentación y Calor del Metabolismo de los Nutrientes o Calor Dinámico Específico); 5) estímulos externos como palatabilidad, sapidez, aromas, texturas y composición del alimento, disponibilidad, horario y cantidad de alimentos. CENTRO DEL HAMBRE------------Área Hipotalámica Lateral CENTRO DE LA SACIEDAD--------Núcleo Hipotalámico Ventro Medial CONSUMO VOLUNTARIO DE ALIMENTOS 33 2.2.1. Regulación Metabólica: ------- a) a corto plazo ------- b) a largo plazo Todos los animales disponen de medios fisiológicos para la regulación del consumo de alimentos, a corto y a largo plazo, tendiendo a mantener un peso corporal relativamente constante en la adultez y los animales jóvenes de una misma especie tienden a crecer a una tasa uniforme, esto lo realizan a pesar de las variaciones en la actividad física que realizan y del consumo de energía, mostrando que el animal ajusta su consumo de energía según el gasto de la misma mediante el control del apetito. Los animales en estado salvaje cuando disponen de alimento suficiente no pasan hambre ni engordan, aunque el hombre y algunos animales domésticos se sobrealimentan, acumulando gran cantidad de grasa corporal (obesidad), aquí estarían actuando factores relacionados con la sapidez (preferencia por diferentes sabores, olores y texturas del alimento). 2.2.1.a) A corto plazo: La regulación de la ingestión de alimentos a corto plazo que controla el apetito y la saciedad, depende de sustancias presentes en el alimento que actúan en el tracto gastrointestinal (secreciones digestivas y metabolitos absorbidos). Todas pueden afectar el control de ingestión de alimentos directamente por medio de receptores del aparato digestivo o de otras partes del organismo, o en forma indirecta, determinando cambios en las secreciones endocrinas y en la cantidad de energía incorporada, que puede afectar el control nervioso central del consumo de alimentos. Regulación Quimiostática: (Monogástricos y Rumiantes) Varios metabolitos intervienen en la regulación metabólica del consumo de alimentos, siendo algunos de ellos más importantes que otros según se trate de animales monogástricos o rumiantes. Estos principales metabolitos son la glucosa, los ácidos grasos volátiles (acético, propiónico y láctico) en rumiantes, ciertos aminoácidos e iones minerales, el pH y la presión osmótica ruminal; también influyen sobre la ingestión de alimentos ciertas hormonas como la insulina, glucagón, colecistoquinina (CCK), somatotrofina (STH), testosterona, progesterona, estrógenos, tirosina , bombesina (es un péptido intestinal) y neuropéptidos como dopamina, serotonina, noradrenalina, galanina y las benzodiazepinas. Teoría glucostática: (Monogástricos) (Meyer, 1955) En los monogástricos se ha demostrado que la concentración de glucosa se correlaciona con el consumo de alimentos a corto plazo. Se ha comprobado la existencia de receptores de glucosa orales, hepáticos y del sistema nervioso central. En el hipotálamo se encuentran tanto en el centro del apetito como en el centro dela saciedad, regulando en forma directa el nivel de glucosa sanguínea, mediados por la secreción de insulina (el centro de la saciedad la AREA DE NUTRICION Y ALIMENTACION ANIMAL F.C.V. 34 inhibe y el centro del apetito la estimula). Se observó que las diferencias arteriovenosas de glucosa están más relacionadas con la saciedad que la concentración de glucosa sanguínea. La diferencia arteriovenosa de glucosa es una indicación del ritmo de captación por las células del organismo. Pequeñas diferencias arteriovenosas de glucosa estimulan el consumo y altas diferencias lo disminuyen. En los rumiantes no se produce esta relación, ya que la concentración de glucosa en sangre tiene una escasa o nula relación con el consumo de alimentos, la glucemia en estos animales es baja (alrededor del 50 % de la glucemia de los monogástricos). Por lo tanto, en monogástricos, las diferencias arteriovenosas y la utilización de glucosa se modifican con la alimentación y aumentan los niveles de insulina, dependiendo del nivel energético de la dieta y/o de la cantidad de alimento ingerido. En los rumiantes los ácidos grasos volátiles, productos principales de la degradación ruminal, son importantes en la regulación del consumo de ali- mentos a corto plazo. El ácido acético en el rumen, el ácido propiónico en la vena porta y el ácido láctico en el duodeno, juegan un papel importante en la regulación metabólica del consumo, siendo el ácido butírico de una menor importancia. En el rumen se encuentran receptores del pH y de la presión osmótica. Por su parte, las variaciones producidas en el pH y en la presión osmótica del líquido ruminal modifican la motilidad del rumen y el flujo sanguíneo, de tal forma que, un aumento de los productos de la fermentación ruminal determinan el cese del consumo y la iniciación de la rumia. La fermentación en el rumen produce grandes cantidades de gases que son eructados y, además, las actividades mericíticas coinciden con la saciedad. Esto nos demuestra que son muchos los estímulos químicos y físicos que activan los mecanismos de retroalimentación que regulan el consumo de alimentos en los rumiantes. Los aminoácidos también intervienen en la regulación del consumo. Estudios realizados en pollos y ratas demostraron que raciones con pequeñas deficiencias en algún aminoácido producían un ligero aumento del consumo para compensar esas deficiencias, mientras que, con raciones muy desbalanceadas el consumo disminuía. Las deficiencias o excesos de algún aminoácido en la ración provocan una disminución marcada del consumo de ese alimento. En el cerebro existen receptores para los aminoácidos o sus metabolitos. La tirosina, fenilalanina y el triptofano son precursores de neurotransmisores y el déficit de ellos en la ración producen una disminución del consumo por una menor disponibilidad de neurotransmisores en el cerebro. En los monogástricos tanto un exceso como un déficit de proteínas reducen el consumo de alimentos. Animales alimentados con dietas ricas en proteínas tienden a ser más magros que otros alimentados con dietas de concentración proteica normales. En los rumiantes una deficiencia en la cantidad de proteína en la ración CONSUMO VOLUNTARIO DE ALIMENTOS 35 produce una disminución del consumo por una inhibición de la fermentación bacteriana. La carencia de numerosos elementos minerales tales como el fósforo (P), calcio (Ca), potasio (K), sodio (Na), cloro (Cl), magnesio (Mg), manganeso (Mn), cobre (Cu), cobalto (Co) zinc (Zn), disminuyen el consumo de alimentos, lo mismo que la carencia de ciertas vitaminas (A, D, B2 y B12). Hormonas y neuropéptidos: (Rumiantes y Monogástricos) El hipotálamo interviene en la mediación ante los cambios cualitativos y cuantitativos de la ingesta de alimentos. Numerosos estímulos producidos por la alimentación se transmiten directamente al sistema nervioso central mediante receptores o indirectamente a través de secreciones endócrinas. Trabajos recientes en animales de laboratorio sugieren que ciertas sustancias afectan la selección de nutrientes específicos en los animales por ejemplo la inyección de noradrenalina produce un aumento del consumo de hidratos de carbono, llegando incluso a provocar obesidad; la administración de opiáceos y de galanina aumenta el consumo de grasas (Leibowitz, 1987); los neurotransmisores dopamina y serotonina, inhiben el consumo (Leibowitz, 1986). En ratas la serotonina inhibe específicamente el consumo de hidratos de carbono (Caballero, 1988); los péptidos intestinales, colecistoquinina (CCK), glucagón y la bombesina inhiben la ingesta de alimentos (Smith, 1987). Las hormonas más importantes en la regulación del consumo parecen ser la insulina, tiroxina, testosterona, progesterona, estrógeno, y la somatotrofina (STH). La insulina producida por el páncreas endocrino, estimula la utilización de la glucosa y la lipogénesis, provocando una hipoglucemia, estimulando el centro del hambre y un aumento del consumo de alimentos. También se ha sugerido que la cantidad de depósitos lipídicos del cuerpo animal puede ser regulado por la concentración de insulina en el líquido cefalorraquídeo (Itallie, 1983). La corticosterona, elaborada por las glándulas adrenales también producen un aumento de la ingesta de alimentos. La tiroxina producida en la glándula tiroides, incrementa el metabolismo del animal y en forma indirecta el consumo. La testosterona, hormona masculina producida por el testículo, es anabolizante y estimula el consumo. La progesterona, hormona femenina producida por el cuerpo lúteo ovárico y la placenta de algunos animales durante la gestación, es anabolizante e incrementa el consumo. El estrógeno, hormona femenina producida por el ovario, reduce la ingesta de alimentos. La somatotrofina, hormona del crecimiento, también es anabolizante e incrementa el consumo. AREA DE NUTRICION Y ALIMENTACION ANIMAL F.C.V. 36 Tabla 2: Efecto de hormonas y neuropéptidos sobre el consumo de alimentos. ESTIMULA INHIBE INSULINA + GLUCAGON + CCK + STH + TESTOSTERONA + PROGESTERONA + ESTROGENO + TIROXINA + DOPAMINA + SEROTONINA + NORADRENALINA + BENZODIAZEPINA + GALANINA + BOMBESINA + 2.2.1.b) A largo plazo: Teoría lipostática: (1966) Esta teoría sugiere que la cantidad de tejido adiposo corporal puede aumentar el consumo de alimentos cuando desciende la grasa corporal o reducirlo cuando aumenta este tejido, ya que la cantidad de tejido graso determinaría la ingesta de alimentos a largo plazo. Se estima que el control a largo plazo se demuestra por el hecho de que los animales adultos tienden a mantener su peso relativamente constante durante largos períodos de tiempo. Estudios en ratas parcialmente lipectomizadas, sugieren que lo que está controlado es el tamaño de cada célula adiposa y no la grasa corporal total. La disminución de la grasa corporal en ratas y ratones por ayuno, disminución de la ingesta de alimentos, ejercicio prolongado, lactación o lipectomía, se continúa con la recuperación de la grasa perdida, fundamentalmente por el aumento del consumo de alimentos. Ensayos realizados en vacas previamente adelgazadas, demostraron el incremento del consumo de 25 a un 35 % más de alimento que vacas testigo engrasadas previamente (Bines, 1969). El control a largo plazo regularía el consumo a través de determinar los umbrales metabólicos de saciedad a corto plazo para el inicio y cese del consumo. Los cambios en los depósitos de grasa cumplirían esta función. Si bien no está claramente determinada la forma en que llegan las señales del tejido adiposo hacia el hipotálamo, se presume que el tejido adiposo libera metabolitos que aportan energía con relación a su masa, afectando a los centros hipotalámicos reduciendo la cantidad de alimento ingerido o su frecuencia. Se indicó que una hormona esteroide era la señal producida por el tejido adiposo. También está
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