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Laboratorio Bromatología

El laboratorio de Bromatología de forrajes existe para ayudar a la producción pecuaria y brindar un servicio de análisis confiable y oportuno proveyendo la información crítica necesaria para la toma de decisiones informadas, a investigadores, a productores pecuarios, a estudiantes y a profesionales agropecuarios en la nutrición y alimentación de animales; así como, en el manejo sostenible de las pasturas y otras fuentes de forrajes.

Análisis que se brindan en el laboratorio:

1.1. Fraccionamiento de fibras

La fibra es, nutricionalmente hablando, de gran importancia en la nutrición animal y corresponde a la fracción orgánica de los alimentos más difícil de digerir.  La fibra está presente en todos los alimentos.

En los años sesentas, Peter Van Soest desarrolló una metodología de análisis para forrajes, que al paso del tiempo demostró ser más precisa que la determinación de la fibra cruda bajo el esquema Weende. El esquema de análisis de Van Soest,  tiene el objetivo de buscar una mejor alternativa para determinar la fracción fibrosa en los forrajes utilizados para la alimentación de rumiantes.   Las células vegetales se encuentran rodeadas de una pared, la cual está formada por carbohidratos estructurales,  además de un polímero que no es carbohidrato, pero que se encuentra formando parte de la fibra, la lignina. Las proporciones de las fracciones: celulosa, hemicelulosas y lignina, se encuentran en cantidades muy variables, que dependen principalmente del tipo de material vegetal, y de la edad de este.

La fibra de los alimentos o ingredientes de origen vegetal, tiene diferente valor nutritivo para los rumiantes que para los no rumiantes, dado que la celulosa y las hemicelulosas presentes en la fibra por lo general son relativamente bien digeridas y metabolizadas por la flora  ruminal, mientras que estas mismas sustancias son prácticamente indigeribles para los carnívoros, y digestibles en reducida proporción para equinos, conejos y cerdos.  Por esta razón, la determinación de la fibra cruda por el método del análisis proximal en el esquema Weende, no es un método muy confiable para predecir y estimar la digestibilidad de los alimentos con alto contenido de fibra.  Además, la acción ácido-base de los reactivos usados en fibra cruda, provocan una subestimación de las hemicelulosas y en algunos casos, la sobreestimación de la lignina.

En el caso de ingredientes de origen animal, la fibra indigestible corresponde materia nitrogenada insoluble. Por otro lado, en alimentos cocinado o ensilajes que han tenido un proceso incorrecto de fermentación, con calentamiento del material, se crea fibra “artefáctica”, por efecto de la caramelización de los carbohidratos presentes en el material, que finalmente afectarán la digestibilidad del alimento.

De tal manera, y por la variabilidad de tipos de fibras, las metodologías han sido modificadas para analizar una amplia gama de alimentos: forrajes secos, forrajes frescos, forrajes fermentados, alimentos de alto contenido pectínico, alimentos con contenido de almidón, subproductos cocinados, subproductos de origen animal, alimentos con grasa animal o vegetal y mezclas de ingredientes.

La fibra en la nutrición de rumiantes tiene dos aspectos, que dependiendo de la proporción en el alimento, son contradictorios, por un lado es requerida para el buen funcionamiento y salud del rumen, y por ende del animal; pero si la cantidad de fibra es muy grande provocará el llenado físico y la disminución de consumo de materia seca del animal.  En el caso de los animales monogástricos será muy poco o nada digerida, aunque puede tener otras funciones no nutricionales.

1.1.1. Determinación de Fibra Detergente Neutro tratada con amilasa

El método está basado en la solubilidad de un agente tensioactivo, por medio de una disolución neutra de sulfato lauril sódico.  Con este método se obtiene una porción soluble que consiste en:

  • Carbohidratos solubles, pectinas incluidas.
  • Mayoría de proteínas.
  • Lípidos.
  • Sustancias minerales solubles.

El residuo está compuesto por los componentes fibrosos de las células de los componentes vegetales (hemicelulosas, celulosa, lignina, sustancias minerales insolubles y algunas proteínas de las paredes de la célula), Además, de compuestos nitrogenados insolubles, en el caso de alimentos con ingredientes de origen animal.

1.1.2. Determinación de Fibra Detergente Ácido

El método está basado en la solubilidad de un agente tensioactivo, por medio de una solución ácida. Con este método se obtiene una porción soluble que consiste en:

  • Hemicelulosas.
  • Proteínas.
  • Lípidos.
  • Sustancias minerales solubles.

El residuo fibroso está compuesto por celulosa, lignina y por las sustancias minerales insolubles en un ambiente ácido, esto se define como FDA.  La diferencia entre FDN (fibra detergente neutra) y FDA (fibra detergente ácida) generalmente está determinado por la hemicelulosas en alimentos de origen vegetal.  Este método es un paso previo para el análisis de Lignina Detergente Ácido.

1.1.3. Determinación de Lignina Detergente Ácido

La lignina es un polímero sin una estructura definida, que contiene alcoholes, ácidos fenólicos y compuestos no fenólicos. La lignina limita la digestión de la fibra y la proteína, su acción negativa consiste en reducir el acceso de las enzimas hidrolíticas a la fibra digestible y a la proteína ligada a la fibra. El método de estimación de lignina más conocido es el de la digestión en ácido sulfúrico concentrado (72%).  El valor de conocer la concentración de lignina de un alimento se debe a su relación aparente con la digestibilidad o la indigestibilidad de ese alimento.  En general, a medida que avanza el estado fenológico de un forraje, aumenta la concentración de lignina y disminuye su digestibilidad.

1.1.4. Determinación de Pectinas

Este es un método gravimétrico, que implica la digestión de materiales ricos en pectinas, como subproductos agroindustriales de frutas y forrajes, en medio acuoso ácido y la posterior coagulación y precipitación de las pectinas de alto nivel de metóxido, posteriormente se filtran,  mediante un secado, a baja temperatura, se estima su contenido por diferencias de masas.  Este método permite estimar el contenido de pectinas, que corresponden a una fuente de fibra soluble de mediana digestión, con esta información se puede realizar la sincronización con fuentes nitrogenadas de mediana digestión para lograr la sincronización de sustratos en el rumen.

 1.2. Fraccionamiento de la Proteína Cruda

El análisis de proteína cruda, nos arroja el contenido en bruto de nitrógeno de una muestra, pero no así, la conformación proteínica de este contenido  Por lo cual, si se desea conocer la calidad de la proteína de un alimento, se debe fraccionar y establecer el perfil de los diferentes tipos de proteínas y compuestos nitrogenados presentes en el mismo.

El sistema de predicción  desarrollado  por  la  Universidad de  Cornell, denominado el sistema  de carbohidratos y proteína de Cornell (CNCPS) cuantifica el nitrógeno no proteico del alimento, que comprende nitratos, aminoácidos y otros compuestos nitrogenados, denominado fracción A.  Además, cuantifica la proteína verdadera soluble, cuyos aminoácidos se liberan prácticamente en su  totalidad en el rumen. y se define como Fracción B1, existe  una  fracción  compuesta  por  la  proteína  verdadera  insoluble  no  ligada a  la Fibra en detergente neutro (FDN) la cual se utiliza en el rumen entre el 70 y 85%; el  resto  pasa al intestino  delgado  donde es  completamente  digerida es  definida como Fracción B2.

Otra fracción que corresponde a  la  proteína  de  la dieta  de mayor  eficiencia  para el rumiante es  el Nitrógeno  verdadero  ligado  a  la Fibra en detergente neutro que en el rumen se utiliza del 10-25%; el resto pasa al intestino delgado donde las proteasas intestinales digieren el 80% de esta proteína, se defina como la fracción B3, o proteína de sobrepaso.

El sistema  CNCPS considera el nitrógeno  ligado  a  la  Fibra Detergente Ácido  no  utilizable  por  los  rumiantes o monogástricos,  y  la  define como  fracción  C.  La composición nitrogenada de un alimento permite deducir y estimar la calidad de la proteína cruda que los animales consumen, además permite la comparación entre la proteína de diferentes alimentos. Desde otro punto de vista, es posible la mezcla de raciones totales con una sinergía entre los sustratos energéticos (carbohidratos solubles) y los sustratos nitrogenados (fracción A y B1), permitiendo el uso efectivo de la proteína y la energía de la dieta, igualmente se puede utilizar la sinergía con sustrato de un nivel de aprovechamiento similar.

1.2.1. Determinación de Nitrógeno Insoluble en Disolución Detergente Neutro (NIDN)

Comprende en parte la fracción B3 o proteína de sobrepaso.  Esta es la porción nitrogenada que se encuentra ligada a la pared celular, explícitamente a las hemicelulosas o se encuentra ligada a la lignina o ha sido creada artefácticamente por calentamiento..  En su totalidad comprende las fracciones B3 y C. La fracción B3 se obtiene de las sustracción de NIDN menos NIDA.

1.2.2. Determinación de Nitrógeno Insoluble en Disolución Detergente Ácido (NIDA)

Corresponde a la fracción C, que comprende al nitrógeno ligado a la lignina, u otros compuestos fenólicos, o ha sido creada artefácticamente por calentamiento, debido a la caramelización de las proteínas,  lo que lo hace totalmente indisponible para cualquier animal y no es digerido a través del tracto digestivo.  Por lo que es importante a la hora de estimar la energía digestible de un alimento.

1.2.3. Determinación de Nitrógeno Insoluble en Disolución Buffer de Borato (NIBB)

Corresponde a la fracción B2, que se estima de la sustracción del nitrógeno insoluble en disolución detergente ácido y el nitrógeno insoluble en disolución buffer de borato.  Es la fracción nitrogenada que es proteína verdadera insoluble en el rumen.

1.2.4. Determinación de Nitrógeno en Disolución de Ácido Tricloroacético (NITA)

Esta porción de sustancias nitrogenadas se conoce como fracción A, y está compuesta principalmente por nitrógeno no proteico (NNP) que en el rumen se transforma en amoniaco, esta fracción está incluida dentro del nitrógeno soluble. El amoniaco en el rumen es absorbido a la sangre, conducido al hígado en donde se forma urea (ciclo de la urea), la cual ser reciclada ya sea en la saliva, las paredes del rumen o eliminarse a través de la orina. La proteína verdadera soluble (fracción B1) proviene de la sustracción de la fracción A, B2, B3 y C de la proteína cruda.  La fracción B1 corresponde a la proteína soluble en el rumen.

1.2.5. Determinación de Nitrógeno no Proteico (NNP)

Corresponde a la sustracción de NITA al contenido de Nitrógeno total (proteína cruda), y contiene todos los compuestos nitrogenados de tamaño molecular pequeño: nitratos, nitritos, amoniaco, péptidos de hasta 10 aminoácidos, aminoácidos y otros fuentes nitrogenadas de bajo peso,  Este no corresponde al NNP equivalente a urea, ya que este es un método diferente, específico para forrajes. 

1.2.6. Determinación de Proteína no Degradable (PND)

Corresponde a la transformación del valor de NIDA a proteína, mediante la multiplicación por el factor 6,25.  La proteína no degradable, no se digiere en el sistema digestivo de los mamíferos y aves, por lo que una gran cantidad en el alimento indica una calidad mala de la proteína cruda y un valor energético bajo.

1.2.7. Determinación de Proteína de Sobrepaso (PDS)

Corresponde a la transformación del valor de NIDN a proteína, mediante la multiplicación por el factor 6,25.  La proteína de sobrepaso, no se utiliza en el rumen, por lo que sobrepasa este y parte de esta proteína es digerida en el intestino delgado, esta proteína que se digiere corresponde a la fracción B3 y la fracción C será expulsada del sistema sin digerir.

1.2.8. Determinación de Proteína Soluble en Rumen (PSR)

Corresponde a la transformación del valor de la fracción B1 a proteína, mediante la multiplicación por el factor 6,25.  Esta proteína rápidamente es disuelta en el medio acuoso del rumen y utilizada por los microorganismos ruminales, por lo que es importante suministrar un sustrato energético de rápida solubilidad y utilización para permitir la sincronización de sustratos.

1.2.9. Determinación de Proteína Ajustada (PAd)

Corresponde a un ajuste de la proteína por efecto de la reacción de caramelización de las proteínas, cuando un alimento o materia prima ha sido calentado, ya sea por el mismo proceso de elaboración o una fermentación inadecuada.  Si el porcentaje de proteína no degradable del total de nitrógeno es menor a 14%, se considera que si es digestible, si este porcentaje de PND se encuentra entre 14% y 20%, solo se considera que un 7% del NIDA es indigestible, y si se encuentra por encima del 20%, se considera que todo el nitrógeno insoluble en disolución detergente ácida (NIDA) es indigestible.  Este permite realmente establecer cuanto de la proteína cruda podrá ser utilizada en una dieta.

1.3. Análisis de Forrajes Fermentados

Los forrajes ensilados se conservan mediante un proceso de acidificación láctica. Este proceso permite el almacenamiento de grandes cantidades de alimento sobrante en épocas de producción, para ser utilizadas posteriormente en épocas de escasez. Existe una pérdida de valor nutritivo en el paso de forraje fresco a forraje ensilado.  Establecer los parámetros en que esa pérdida de valor nutritivo existe en mayor o menor proporción, al mismo tiempo que tipo de forrajes son más o menos fermentables, es una preocupación de los productores de alimentos ensilados.

Un material a ensilar que presenta altos niveles de humedad, bajo contenido de carbohidratos solubles en agua, capacidad buffer alta y una producción de ácido láctico menor, tiene dificultad para que se produzca un proceso de conservación adecuado, provocando pérdidas y el desarrollo de microorganismos indeseables como las bacterias del género Clostridium,  La pérdida de efluentes constituye una forma importante de perder el valor nutritivo del forraje ensilado durante el proceso de conservación.

1.3.1. Determinación del pH

La determinación del pH, es un parámetro básico, en la determinación de la calidad de un material fermentado. La preservación de un ensilaje depende de una manera natural, de la rapidez de la acidificación por el ácido láctico producido por las bacterias fermentadoras, que reducen el pH a un rango usual entre 3,8 y 4,2.  Sin embargo, los informes de niveles de pH superiores a 5,0 han sido comunes en los ensilajes de forraje tropical, especialmente cuando se producen limitaciones de carbohidratos solubles y una alta capacidad buffer.  Ésta es una determinación sencilla y rápida, pero básica en el ensilado de materiales de consumo animal.

1.3.2. Determinación de materia seca

El contenido de materia seca en el material de ensilaje, es un parámetro importante de medir.  Cuando los forrajes tienen un bajo contenido de materia seca en el momento de la preparación del ensilaje, las pérdidas por efluentes son importantes, además de los otros tipos de pérdidas durante el proceso de fermentación, cuando no hay material para secuestrar la humedad.  Un material de ensilaje se considera con un adecuado contenido de materia seca, cuando este tiene valor cercano a 25%, esta condición minimiza la perdida por efluentes.

1.3.3. Determinación de carbohidratos solubles

Los carbohidratos solubles son utilizados por las bacterias lácticas presentes en el material ensilado como sustrato para producir ácido láctico, que consecuentemente disminuye el pH, y esto ayuda el proceso de conservación.  La determinación de estos puede brindar información de importancia antes de ensilar el material, para realizar las enmiendas requeridas y asegurar una disponibilidad de carbohidratos solubles.

1.3.4. Determinación de Nitrógeno Amoniacal

El nivel de Nitrógeno amoniacal se relaciona inversamente con la concentración de carbohidratos solubles del material a ensilar. Es decir, las leguminosas forrajeras y las gramíneas en estados tempranos de desarrollo, con bajos contenidos de azúcares solubles y alto contenido de proteína, producen al ensilarse una cantidad de ácido insuficiente para evitar el desarrollo de clostridios responsables de fermentaciones secundarias que transforman el ácido láctico en butírico, degradan proteínas y aminoácidos aumentando el nivel de nitrógeno amoniacal.  Un valor alto de este parámetro no es conveniente, e indica unas condiciones de fermentación deficientes.

Las cantidades de nitrógeno amoniacal inferiores al 8 a 10% indican que el ensilado tiene una buena calidad para ese parámetro, ya que el proceso de fermentación no dio lugar a una descomposición excesiva de las proteínas en amoníaco.  El aumento este parámetro se debe a la reducción de la proteína verdadera.

1.3.5. Determinación de acidez titulable

En el proceso de ensilaje de una mezcla de ingredientes, se producen: ácido láctico, ácido propiónico, ácido acético y butírico. Cuando estos ácidos aumentan debido a los procesos fermentativos, provocan la disminución del pH del medio.

Cuando un ensilaje ha tenido un proceso de fermentación en condiciones favorables, se produce un mayor contenido de ácido láctico.  El análisis de estos ácidos, producto de la fermentación por medio de cromatografía, es costoso y requiere equipos especiales.  Una posibilidad de medir estos ácidos, de una forma rápida y de bajo costo, es la determinación de acidez titulable. Este método brinda una aproximación del contenido de estos ácidos, y si el ensilaje se ha fermentado en buenas condiciones, el valor obtenido es muy cercano a la concentración de ácido láctico en la muestra examinada.

1.3.6. Determinación de Capacidad Buffer

El valor del pH está estrechamente relacionado con la capacidad buffer de los materiales a ensilar.  Como anteriormente se citó, la preservación de un ensilaje depende de la rapidez de la acidificación por el ácido láctico producido por bacterias, que reducen el pH a un rango usual entre 3,8 y 4,2.  La capacidad buffer de un material permite o no, en gran medida la disminución del pH en la fermentación, una alta capacidad buffer complicará la fermentación ácida.  Las plantas varían en su capacidad buffer, siendo las leguminosas más resistentes a los cambios de pH, por lo que su capacidad buffer está relacionada con la calidad de los ensilajes producidos con estos materiales. De tal manera, conocer este parámetro en los alimentos a ensilar permite tomar las medidas necesarias para evitar un ensilaje de mala calidad al final del proceso.

Esta capacidad buffer, puede prolongar el proceso de fermentación y dar la oportunidad a bacterias, como las enterobacterias y los clostridios, se desarrollen y promuevan fermentaciones no deseadas, principalmente con ácidos acético y butírico.

1.4. Análisis in vitro

1.4.1. Digestibilidad in vitro de la Materia Seca

El método de digestibilidad in vitro de la materia seca consiste en una simulación del ambiente ruminal, en el que se crea una atmósfera reductora rica en dióxido de carbono y exenta de oxígeno, con los minerales y el pH requeridos para albergar los microorganismos del rumen, se realiza una incubación de los alimentos con líquido ruminal durante 48 h a una temperatura de  39°C, seguida del tratamiento del residuo con una disolución detergente neutro durante una hora a 100°C. El conocimiento de la digestibilidad de los alimentos es básico para establecer su valor nutritivo y, por tanto, para la formulación de raciones para los rumiantes.

1.4.2. Digestibilidad in vitro de la fibra

La estimación de digestibilidad in vitro de la fibra, utiliza el contenido original de fibra de la muestra y el contenido de fibra de la muestra después de ser fermentada durante un periodo de tiempo (24, 48, 72 o 120 hrs) en un medio similar al del rumen.  Este parámetro permite establecer la calidad de la fibra de un material y de tal manera incorporar ingredientes más digestibles en la formulación de dietas para rumiantes.

1.4.3. Producción in vitro de gases invernadero

El método producción in vitro de gases invernadero, realiza una simulacion el ambiente ruminal en un frasco y mide el volumen de gases producidos: dióxido de carbono y metano, entre otros; durante la fermentación anaeróbica a diferentes intervalos de tiempo.  Debido a la estrecha relación de la producción de los rumiantes, de estos gases y los efectos sobre el medio ambiente, la medición de estos gases de efecto invernadero permite formular dietas con un menor impacto medio ambiental.  Este método también permite realizar interpolaciones para la estimación de energía digestible.

 1.6. Análisis de Cloruros en Forrajes

Los forrajes, por lo general, contienen cantidades de cloro que no satisfacen las necesidades de los animales que consumen esos forrajes.  El cloro forma parte de los aniones que conforman el balance catión-anión, el cálculo de este se expresa como el número de mili equivalentes de (Na + K) – (Cl + S), los cuales representan la cantidad de cationes importantes (sodio y potasio) y aniones (cloro y azufre) en la dieta.  La manipulación de este balance de la dieta (DCAB) demostró que afecta el metabolismo de varios minerales en las vacas lecheras. La reducción del DCAB (aumentando la cantidad de aniones en la dieta y/ o reduciendo la cantidad de cationes) permite la reducción de las posibilidades de la incidencia de fiebre de leche en vaca lecheras. Como consecuencia de lo anterior, muchos productores de ganado lechero ofrecen una dieta DCAB negativa para sus vacas secas.

1.7. Estimación de energía y otros parámetros

1.7.1. Estimación de la Energía Digestible, Energía Metabolizable, Energía Neta (lactancia, mantenimiento y ganancia) y Nutrimentos Digestibles Totales en alimentos para vacas lecheras

La energía contenida en los alimentos (Nutrimentos Digestibles Totales) no es aprovechado en su totalidad por el organismo; esto debido a que una parte de la energía ingerida se pierde debido a la incompleta digestión de los alimentos.  Se denomina energía digestible (ED) a la diferencia entre la energía ingerida y la energía contenida en las heces. Conocer el contenido de la energía digestible permite hacer comparaciones entre la calidad de un forraje y otro, posibilidad de escoger entre uno y otro, para brindar un alimento de mejor calidad a los animales.  Además, parte de esta energía se pierde en procesos metabólicos (energía metabolizable), como producción de calor, gases o en la excreción de orina, posteriormente existe una fracción de la energía que será utilizada para la producción y crecimiento (Energia neta).

Para la estimación del fraccionamiento energético en alimentos para vacas lecheras se realiza utilizando el programa de National Reseach Council para vacas lecheras, y requiere del insumo de varios análisis, para su estimación se requiere de la Humedad, Proteína Cruda, Extracto Etéreo, Cenizas, Fibra Detergente Neutro, Fibra Detergente Ácido, Lignina, Nitrógeno en Fibra Detergente Neutro y Nitrógeno en Fibra Detergente Ácido.

1.8. Muestreo de forrajes

La muestra para análisis bromatológicos  debe tomarse simulando como la vaca recoge el pasto en el potrero, se hace utilizando la mano y jalando hacia arriba, arrancando la porción superior del manojo de pasto entre la mano, en el caso de forrajes muy duros, como el pasto Estrella Africana, es mejor tomar el manojo de tallos y hojas y cortar con un objeto cortante.  En el caso de forraje picado o de otro tipo de subproducto o vegetación, lo adecuado es sacar una muestra representativa de lo que los animales van a comer.  Se debe colocar el material en una bolsa plástica, preferiblemente como mínimo 1000 gramos del forraje, y se debe cerrar de una manera que evite la salida o entrada de sustancias que afecten la composición química del forraje.  Si la muestra no se va a llevar al laboratorio, de inmediato, se debe colocar en un refrigerador a 4°C, máximo tres días.  Es importante que la muestra esté bien rotulada, con información necesaria y que evite la confusión con otras muestras tomadas en ese momento.




 

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