Zootecnica: alimentazione e nutrizione animale

Alimentazione e nutrizione animale

Definizione di nutrizione e alimentazione

Nutrizione → Scienza che studia cosa succede agli alimenti una volta che sono ingeriti, studia i nutrienti e la digestione.

Alimentazione → Scienza degli alimenti, studia come sono costituiti gli alimenti.

Composizione chimica degli alimenti zootecnici

Ogni alimento contiene acqua e sostanza secca (SS). La sostanza secca comprende una parte inorganica, ovvero i minerali (ceneri), e una parte organica, cioè la sostanza organica (SO). I composti organici sono formati dal carbonio. Questi composti sono caratterizzati da legami C-H, che sprigionano energia quando vengono rotti; questa è una reazione di ossidazione (è necessario l'ossigeno che negli animali viene trasportato dal sangue).

Ad una vacca da latte per produrre 1 litro di latte devono passare dalla mammella circa 600 litri di sangue, perché il metabolismo che richiede la produzione del latte e il sangue devono portare numerosi nutrienti alla mammella; passa circa 1 litro di sangue ogni 30 secondi.

Componenti della sostanza organica

• Proteine - proteine grezze (PG)
• Lipidi, detti estratto etereo (EE) perché l'analisi viene eseguita con dell'etere
• Carboidrati (CH₂O) → si suddividono in non fibrosi (NFC) e fibrosi (NDF)

Acqua

Fondamentale per la vita. Costituisce circa il 60% del nostro corpo. Tutti gli alimenti hanno un certo contenuto di acqua, ad esempio: il siero di latte (ciò che resta del latte dopo la caseificazione) contiene il 95% di acqua; foraggi freschi (erba) 70-85% di acqua; foraggi insilati (insilamento: tecnica di conservazione degli alimenti) 40-75% di acqua; fieno e paglia 10-15% di acqua. L'acqua è anche prodotta metabolicamente nell'organismo animale per ossidazione della sostanza organica contenuta negli alimenti.

Proteine

Le proteine sono le principali sostanze azotate. Sono l'unico componente della sostanza organica a contenere azoto, oltre che carbonio, idrogeno e ossigeno. L'azoto rappresenta circa il 16% delle proteine. Le proteine sono costituite da amminoacidi (unità base delle proteine). Ogni aminoacido è formato da un atomo di carbonio centrale a cui si legano un gruppo carbossilico (COOH), un gruppo amminico (NH₂), e un gruppo diverso per ogni aminoacido. Gli aminoacidi sono uniti tra di loro dal legame peptidico che si forma mediante una reazione di condensazione (comporta la perdita di una molecola d'acqua) tra il gruppo carbossilico e il gruppo carbonilico. Il prodotto della reazione è detto dipeptide, perché costituito da due aminoacidi.

Finché è presente il legame peptidico le proteine non sono digeribili, poiché sono molecole troppo grandi, non riescono a passare attraverso i villi intestinali ed entrare nel circolo ematico. Nei monogastrici lo stomaco è il luogo dove avviene la digestione (ossia la riduzione della dimensione delle molecole dell'alimento: da molecole grosse a molecole piccole, es. trasformazione delle proteine in aminoacidi), essa porta alla formazione di glucosio (o aminoacidi) che viene assorbito (solo) a livello intestinale.

La sequenza amminoacidica (struttura primaria) è determinata dal DNA. Le proteine sono composte da circa 20 aminoacidi, 10 di questi aminoacidi sono essenziali, cioè non sintetizzabili dagli organismi superiori ma sintetizzabili solo da batteri e protozoi, dunque vanno assunti con la dieta. Le proteine vengono determinate a partire dall'azoto presente nell'alimento → Siccome le proteine sono costituite dal 16% di azoto 100:16=PG:1 PG= 100/16= 6,5 Se voglio trovare l'azoto→ PG/6,25

Lipidi

Sono composti insolubili in acqua e solubili nei solventi organici (es. acetone, etere etilico). Sono costituiti da atomi di C e H uniti tra di loro mediante legami covalenti scarsamente polari. Sono sostanze molto energetiche, forniscono circa 9,4kcal/gr, questo perché contengono molti legami C-H e dalla rottura di questi legami si libera energia (per la liberazione dell'energia è necessario l'ossigeno poiché deve avvenire un'ossidazione).

I trigliceridi sono i lipidi più diffusi in natura e costituiscono i grassi animali (solidi) e gli oli vegetali (liquidi). I grassi animali sono solidi a temperatura ambiente mentre gli oli vegetali sono liquidi, il punto di fusione è più alto negli oli e più basso nei grassi. I lipidi possono essere a corta, media o lunga catena. In base al legame tra gli atomi di carbonio i lipidi possono essere:

• Saturi legami singoli
• Insaturi → presentano doppi o tripli legami.

I trigliceridi sono costituiti da 3 acidi grassi uniti a una molecola di glicerolo (alcol) per esterificazione, cioè si forma un legame estere tra il gruppo carbossilico (COOH) dell'acido grasso e il gruppo ossidrilico (OH) del glicerolo. Gli acidi grassi possono avere una diversa configurazione spaziale nel doppio legame: gli atomi di idrogeno del carbonio col doppio legame possono stare dalla stessa parte (forma cis) o da parti opposte (forma trans). La disposizione spaziale influenza la tipologia e la funzione degli acidi grassi. Il legame cis fornisce una certa curvatura della catena carboniosa dell'acido grasso; mentre il trans fornisce una struttura più rigida.

Gli acidi grassi essenziali (AGE) sono acidi grassi polinsaturi (che hanno almeno due doppi legami tra gli atomi di carbonio) che non vengono sintetizzati nell'organismo, è necessario assumerli tramite dieta. Possono essere di tipo omega 3 o 6, in base alla posizione del primo doppio legame partendo dall'ultimo carbonio della catena (dove c'è il gruppo metile CH₃), se il primo doppio legame è sul carbonio 3= omega 3, mentre se è sul carbonio 6= omega 6. L'acido linoleico (LA, 18:2) è il capostipite degli acidi grassi della serie omega 6, mentre a partire dall'acido alfa linoleico (ALA, 18:3) si ottengono gli analoghi della serie omega 3.

Gli omega 3 svolgono un'azione nutraceutica, cioè una funzione nutritiva e farmacologica, svolge una funzione sanitaria, aiuta l'organismo nel controllo dei radicali liberi, nel controllo di forme di infiammazioni ed infezioni (es. acido arachidonico, acido linoleico). Gli omega 6 riducono il rischio cardiovascolare.

Esistono moltissimi acidi grassi e la maggior parte di essi ha un numero pari di atomi di carbonio, solitamente compreso tra 12 e 20.

Carboidrati

Detti anche glucidi o saccaridi, sono idrati del carbonio, ricchi di energia per la presenza di molti legami C-H. Formula generale: CH₂O

Non fibrosi (NFC)

• Zuccheri: possono essere → monosaccaridi (formati da una sola molecola), esosi (glucosio, fruttosio e galattosio) o pentosi (ribosio), → disaccaridi (formati da due molecole: maltosio = due molecole di glucosi; saccarosio = glucosio + fruttosio, lattosio = glucosio + galattosio); questi possono essere assorbiti direttamente nell'intestino (principalmente nel tenue, grazie ai villi).
• Amido: Composto da lunghe catene di glucosio (omopolisaccaride) le cui molecole sono legate da un legame glicosidico alfa 1-4 (il quarto carbonio della molecola è legato al primo carbonio della molecola successiva); Questo legame può essere rotto dall'alfa-amilasi (enzima prodotto dal pancreas) che scinde il legame glicosidico alfa 1-4 permettendo la digestione dell'amido. L'amido è costituito da due componenti: amilosio e amilopectina.
• Pectine: Rappresentano la fibra solubile poiché facilmente digeribili. Sono solubili in acqua. Si trovano a livello della parete della cellula vegetale.
• Glicogeno: Carboidrato di riserva del regno animale, stoccato nel fegato e nei muscoli.
• Betaglucani
• Xilani

Fibrosi (NDF)

• Emicellulosa: Etero polisaccaride, formato da catene di glucosio e fruttosio a struttura ramificata. Sono facilmente idratabili.
• Cellulosa: Composta da lunghe catene di glucosio (omopolisaccaride), le cui molecole sono legate da un legame glicosidico beta 1-4 e disposte in catene. Le catene sono disposte parallelamente le une alle altre e si legano tra di loro per mezzo di legami a H, formando le fibrille, catene molto lunghe, difficili da rompere. Le fibrille sono molto ordinate, ma possono avere anche zone amorfe e idratabili. Il legame glicosidico beta 1-4 non è scindibile dagli animali superiori in quanto non producono l'enzima beta-cellulasi (enzima prodotto dai batteri cellulosolitici);
• Lignina: Chimicamente non è un carboidrato, tuttavia viene associato ad essi perché è parte integrante della parete e va ad avvolgere la cellulosa ed emicellulosa rendendole indigeribili. La lignina (ADL, lignina acido detersa) è indigeribile e rende indigeribili anche le altre componenti cellulari che avvolge, con una struttura ramificata, a rete. La lignina aumenta all'aumentare della maturità della pianta e contribuisce fortemente a dare una struttura rigida ai tessuti vegetali, consentendo alla pianta di rimanere eretta e riducendo i rischi di allettamento. È presente soprattutto nei tessuti portanti: fusto/culmo/stelo. È meno presente nelle foglie, nei fiori, nei frutti e nei semi. Emicellulose e cellulosa sono potenzialmente digeribili dai ruminanti e dagli erbivori, purché non siano lignificate.

Anche i carboidrati presentano stereoisomeri: la classificazione in D(destrogiro) o L (levogiro) è fatta in base all'orientamento del carbonio asimmetrico più lontano dal gruppo carbonilico (C=O), se il gruppo ossidrile (OH) è a destra della molecola, lo zucchero ha configurazione D, se è a sinistra lo zucchero ha configurazione L. Gli zuccheri di serie D sono quelli con rilevanza biologica e normalmente ci si riferisce ad essi.

Le frazioni fibrose sono tre:

• Fibra neutro detersa (NDF), composta da emicellulosa, cellulosa e lignina
• Fibra acido detersa (ADF), costituita da cellulosa e lignina
• Lignina acido detersa (ADL), costituita solo dalla lignina

NDF-ADF=emicellulosa ADF-ADL=cellulosa. Queste mi consentono di determinare il contenuto di emicellulosa e per differenza la lignina.

Analisi chimiche

Il campionamento

Le analisi si effettuano prendendo un campione rappresentativo dell'alimento. Questa operazione è facile per i concentrati (in genere abbastanza omogenei) e più difficile per i foraggi. Bisogna prelevare almeno 5 sub campioni per gli alimenti concentrati e almeno 10 subcampioni per i foraggi, prelevati in posizioni diverse con il carotatore (strumento con una vite vuota all'interno consente di penetrare all'interno di una rotoballa di fieno o in una trincea e di prelevare una parte esterna e una parte interna, quest'ultima più rappresentativa). Dopo si mescolano gli alimenti e dopo un'accurata miscelazione si preleva un campione che viene utilizzato per determinare la sostanza secca e le successive analisi chimiche. Le analisi devono essere precise (precisione: i risultati di diverse analisi sono simili tra di loro) e accurate (accuratezza: il risultato dell'analisi è simile al valore reale).

Esempio: nella figura è rappresentato un poligono di tiro:

• Bersaglio 1: È caratterizzato da una bassa precisione (i valori sono tutti distanti) e da una bassa accuratezza (i valori sono lontani dal valore reale).
• Bersaglio 2: È caratterizzato da un'alta precisione (i valori sono tutti vicini), ma l'accuratezza è bassa (i valori sono lontani dal centro).
• Bersaglio 3: Caratterizzato da una bassa precisione (i valori sono lontani) e da un'alta accuratezza (i valori sono vicini al centro).
• Bersaglio 4: Caratterizzato da un'alta precisione (i valori sono vicini) ed da un'alta accuratezza (i valori sono compresi nel valore reale).

Analisi chimiche: la sostanza secca

Il campione di alimento fresco (tal quale, TQ) viene pesato accuratamente (minimo 3 decimali di grammo), viene messo in vaschette di alluminio tarate e viene posto in stufa ed essiccato a ventilazione forzata a 50-100°C fino a peso costante. Possono bastare poche ore se l'alimento è già abbastanza secco (es. mangimi, farine, semi, fieni) o richiedere giorni se l'alimento è molto umido (es. erba e foraggi insilati). Normalmente si utilizzano 100°C, ma in alcuni casi si preferisce usare 50-60°C per non alterare la solubilità di alcune frazioni proteiche. Una volta tolto dalla stufa il campione viene posto in un bicchiere di vetro con gel di silice (sassolini normalmente blu ma che in presenza di umidità diventano rossi) i quali trattengono l'umidità ambientale durante il raffreddamento. Una volta raffreddato si pesa il campione e si ottiene il peso netto. Quando il peso finale non cambia calcolo la sostanza secca. % sostanza secca = ( x100 % di acqua (umidità) = 100-%SS

Analisi chimiche: le ceneri

Le ceneri servono per determinare la sostanza organica. Il campione secco viene pesato (minimo 3 decimali di grammo), passato su fiamma per circa 2 minuti (per eliminare la maggior parte di sostanza organica) e poi posto in muffola a circa 500-600°C per 8 ore, dopo di che viene rimosso. Si lascia raffreddare il campione in un vaso di vetro con il gel di silice, poi si pesa calcolando il peso netto. Quando il peso finale non cambia calcolo le ceneri. % ceneri = ( x100 % SO = 100- %ceneri. Normalmente gli alimenti hanno meno del 10% di ceneri sul secco, un contenuto maggiore soprattutto nei foraggi è indice di contaminazione con terra, gli animali non lo gradiscono, il valore nutritivo del foraggio è scarso e la terra potrebbe contenere dei patogeni. I foraggi hanno 5-8% di ceneri, ovvero ceneri costitutive della pianta.

Analisi chimiche: le proteine

Le proteine sono l'unico componente della sostanza organica che contiene azoto (circa 16%). Si determina l'azoto poi, sapendo che questo rappresenta il 16% delle proteine, basta moltiplicare l'azoto per 6,25 per ottenere le proteine. La determinazione dell'azoto può avvenire in due modi:

• Metodo Kjeldahl (metodo chimico): Prevede tre fasi:
  • Digestione (mineralizzazione): Un campione di 0,5g viene posto in una soluzione di acido solforico concentrato e viene riscaldato fino a 400°C, con solfato di rame (catalizzatore). Tutto l'azoto proteico e non viene trasformato in solfato d'ammonio.
  • Distillazione: Il campione mineralizzato viene trattato con la soda e si distilla l'ammoniaca che ne deriva in corrente di vapore.
  • Titolazione: L'ammoniaca viene titolata con un acido debole per quantificare l'azoto.
• Metodo Dumas o elementare (metodo fisico): Basato sulla combustione del materiale organico che viene scisso in acqua, anidride carbonica, ossigeno e azoto. Acqua, anidride carbonica e ossigeno vengono intrappolati in modo da ottenere azoto libero.

Analisi chimiche: estratto etereo

I lipidi vengono analizzati attraverso estrazione in etere (solventi organici nei quali i grassi si sciolgono). Viene utilizzato il metodo Soxhlet. Il campione viene accuratamente pesato, posto in un ditale di cellulosa (che lascia filtrare l'etere e lipidi), messo su un piattino di alluminio (anch'esso pesato) e posto su una piastra riscaldata a 40°C. L'etere volatilizza e sale fino a un condensatore dove liquefa e precipita nel ditale sciogliendo le sostanze solubili (lipidi, cere, mucillagini, pigmenti). Una volta riscaldato l'etere torna a gas e sale riprendendo il ciclo. Dopo 8 ore, l'analisi è terminata. Si pesa il piattino e l'estratto etereo è dato dalla differenza fra il peso iniziale e il peso finale. Estratto etereo = peso iniziale - peso finale.

Fibre al detergente (NDF, ADF, ADL)

NDF = fibra neutro detersa ADF = fibra acido detersa ADL = lignina acido detersa. Queste analisi sono dette al detergente (o analisi Van Soest). Sono analisi gravimetriche. Sfruttano la solubilità dei diversi nutrienti in soluzioni ad acidità diversa:

• Minerali, zuccheri, aminoacidi, proteine, pectine, lipidi (post trattamento con acetone o etere) e amido (post trattamento con alfa amilasi) vengono pesati e posti in un sacchetto con dei forellini e vanno in soluzione in una soluzione neutra, dopo una bollitura a 100°C per un'ora.
• Le emicellulose vanno in soluzione in soluzione in una soluzione debolmente acida dopo una bollitura di 100°C per 1 ora.
• La cellulosa va in soluzione in soluzione in una soluzione fortemente acida, dopo una bollitura a 100°C per 1 ora.
• La lignina va in soluzione in una soluzione fortemente basica, dopo una bollitura a 100°C per 1 ora.

Il campione, accuratamente pesato, viene messo in un sacchetto con fori e viene messo in una soluzione neutra e fatto bollire a 100°C per circa un'ora; così facendo i minerali, gli zuccheri, gli aminoacidi, le proteine, le pectine e l'amido se ne vanno. Di quel campione mi rimangono emicellulosa, cellulosa e lignina (ovvero la fibra neutro detersa). Faccio bollire il residuo in una soluzione debolmente acida per 1 ora a 100°C: così le emicellulose vanno in soluzione. Rimangono la cellulosa e la lignina. Tratto la cellulosa (ADF) con una soluzione fortemente acida, facendola bollire a 100°C per un'ora. La cellulosa passa in soluzione. Ottengo la lignina (ADL). NDF-ADF = emicellulosa ADF-ADL = cellulosa.

L'ADL oltre che la lignina contiene anche residui di cutina, silice. Per determinare la lignina bisogna far bollire la...