Appunti seconda parte Produzioni animali

Caratteristiche delle analisi di laboratorio sugli alimenti zootecnici

Le analisi di laboratorio degli alimenti non rappresentano mai perfettamente la verità in quanto sono fatte per stimare il contenuto di un alimento e non sono mai precise e accurate; se esistessero strumenti in grado di determinare alla perfezione i vari componenti avrebbero un costo troppo elevato e non sarebbero utilizzabili nella pratica comune. È necessario che le analisi siano ripetibili e quindi fatte con procedure standardizzate che permettano un confronto su tempi lunghi. Le analisi hanno perciò problemi di accuratezza, precisione e ripetibilità: il risultato di queste non è mai la verità ma un numero che si avvicina il più possibile a quello reale; sono quindi delle stime.

Inoltre, le analisi che vengono svolte una volta all'anno possono essere fatte con calma, mentre quelle di routine, come il controllo del latte, devono essere semplici e veloci e richiedono numerosi controlli. Con le analisi di laboratorio un alimento viene prima diviso in acqua e sostanza secca grazie al riscaldamento a 105 gradi con una stufa che allontana l'acqua facendola evaporare; successivamente la sostanza secca viene divisa in organica e inorganica grazie a un ulteriore riscaldamento a 450-500 gradi; successivamente si ha la divisione delle sostanze azotate e inazotate che formano la proteina grezza e i carboidrati vengono divisi in digeribili e indigeribili; questi ultimi insieme alla lignina formano la parete vegetale.

Metodi di analisi e ripartizione delle sostanze

La parete vegetale è fondamentale nell'alimentazione dei ruminanti in quanto questi sono in grado di digerirla grazie ai batteri ruminali che la degradano e sintetizzano nuove proteine di alto valore biologico utilizzando N ed energia. Ecco perché le analisi riguardanti gli alimenti dei ruminanti richiedono uno studio più approfondito.

Per determinare le varie sostanze, spesso si ricorre a sistemi industriali automatizzati o all’utilizzo di equazioni di previsione; in particolare esistono metodi fisici, non precisi ma utili per rilevare muffe o sostanze estranee/inquinanti grazie all’utilizzo dei sensi visivi, olfattivi e tattili. I metodi chimici sono molto più precisi e accurati: un esempio è il metodo NIR, il quale è veloce, richiede una minima preparazione del campione e non è distruttivo, oppure la tecnica GC con cui è possibile analizzare campioni gassosi, liquidi o solidi.

Sostanza secca e sostanze organiche

La prima analisi sempre effettuata sugli alimenti zootecnici è il calcolo della sostanza secca (SS), la quale si ottiene con un riscaldamento della sostanza in una stufa a 105 gradi C per 3/24 ore che allontana l'acqua facendola evaporare; la sostanza viene prima pesata con bilance precise e corretta con sostanze volatili come ammoniaca ed etanolo; viene poi pesata la sostanza secca ottenuta.

La SS è poi divisa in sostanza organica, utile nella nutrizione, e sostanza inorganica (minerali); le ceneri e le sostanze organiche si ottengono con un ulteriore riscaldamento della sostanza secca in crogioli di ceramica in una stufa a 450-500 gradi in cui gli unici a non bruciare sono i minerali (calcio, magnesio e fosforo). La sostanza organica si ottiene sottraendo le ceneri a 100.

Calcolo delle proteine grezze

Le proteine grezze (PG) sono calcolabili con il determina azoto di Kjeldahl, il quale ha scoperto che il rapporto tra il peso molecolare delle proteine e il peso atomico dell'azoto è costante e pari al 16%, ovvero 16/100 e quindi 6,25. L'azoto viene determinato grazie a una mineralizzazione della sostanza organica che distrugge tutte le sostanze tranne nitrati e nitriti. La mineralizzazione viene fatta a caldo (400 gradi) grazie a una macchina formata da delle beute in cui viene inserita la sostanza, acido solforico e ossido di rame e che vengono inserite in fori; si ottiene così azoto ammoniacale sotto forma di solfato di ammonio che non può volatizzare. Grazie alla titolazione con la soda e con acido barico si ottiene la quantità di azoto. Con questo metodo si possono calcolare le proteine grezze moltiplicando la quantità di azoto ottenuto per la costante 6,25; nel caso del latte questa costante è uguale a 6,38 in quanto in esso sono presenti più amminoacidi ad alto valore biologico.

Determinazione dei lipidi e delle fibre

I lipidi grezzi o estratto etereo (EE) si ottengono grazie a un'estrazione con un etere, ovvero un solvente apolare in cui i lipidi si sciolgono in quanto sono apolari e si ottiene così una stima della loro quantità.

La fibra grezza è calcolabile con il metodo Weende, ovvero con idrolisi acida in acido solforico e alcalina in KOH; tuttavia questo non è un buon parametro in quanto con questa analisi vengono perse le pectine, la lignina, le cellulose ed emicellulose, le quali sono fondamentali nei foraggi destinati ai ruminanti. Ecco perché a partire dagli anni '70 venne fatta una divisione dei carboidrati in parete vegetale e contenuto cellulare.

Analisi della parete vegetale

Un buon parametro per la parete vegetale è la NDF (fibra neutro detersa) che si ottiene tramite un'analisi in cui la sostanza viene inserita in sacchetti bianchi a loro volta inserite in una pentola a pressione insieme a un detergente e quindi con un lavaggio a caldo; più è elevato il contenuto di NDF, più è difficile e lenta la degradazione ruminale, tuttavia con questo metodo vengono perse le pectine in quanto sono solubili in H₂O.

Un miglior parametro è l'ADF (fibra acido detersa) che si ottiene con un lavaggio a caldo leggermente acido in acido solforico e il risultato è una buona stima del contenuto di lignina, pectine, cellulose ed emicellulose e quindi la vera e propria digeribilità dell’alimento.

Valutazione dell'energia negli alimenti

La lignina o ADL (lignina acido detersa) si ottiene con l'uso di acido solforico al 72% ed è l’unica indigeribile da qualsiasi organismo monogastrico o poligastrico. I carboidrati non strutturali (CNS) si ottengono per differenza 100-SS e ceneri. Infine, l'amido è calcolabile o utilizzando l'enzima amilasi che lo distrugge in glucosio o con l'idrolisi con acido cloridrico 3M.

Energia e analisi sugli alimenti

Anche l’energia degli alimenti è un parametro molto importante che viene misurato con delle analisi e strumenti; si può utilizzare il calorimetro adiabatico, ovvero una vasca piena d’acqua isolata termicamente in cui è presente un cilindro d’acciaio dove vengono inseriti gli alimenti, i quali sono collegati da due elettrodi e 40 atm di ossigeno puro. Grazie a una scintilla si innesca una combustione, il cui calore prodotto si trasferisce nell’acqua; misurando la temperatura dell’acqua si può calcolare l’energia liberata. Essendo però uno strumento molto costoso, un’alternativa sono le equazioni di previsione; inoltre il calore totale può essere calcolato con la formula di Brouwer, secondo cui il calore totale è uguale alla somma e differenza dei volumi di ossigeno, anidride carbonica, azoto e metano ciascuna moltiplicata per una costante, oppure per via indiretta con le camere di concentrazione.

Energia nelle etichette alimentari

Sulle etichette degli alimenti è sempre presente anche l'energia che questi posseggono ed è di fondamentale importanza; in generale l'energia può assumere diverse forme: meccanica (somma di energia cinetica e potenziale), chimica (nei legami chimici degli alimenti), elettromagnetica, termica, nucleare. Se si considera la catena trofica si può notare che essa è caratterizzata da un flusso di energia e materia tra i vari organismi che ne appartengono: gli organismi autotrofi trasformano le sostanze inorganiche in organiche, le quali a loro volta sono trasformate dagli eterotrofi in ATP. La quantità di energia presente nei legami chimici può essere misurata in KJ e liberata sotto forma di calore o con il passaggio da un legame all'altro.

In particolare, l'energia degli alimenti può essere liberata tramite una combustione, ovvero un'ossidazione di tutti i principi nutritivi presenti; la formula dell'ossidazione è questa: CH₄ + O₂ → CO₂ e H₂O in cui 1L di metano è pari a 39,5 KJ/L. Tutti i componenti chimici degli alimenti sono in grado di liberare quantità di energie diverse in base alla loro natura: l'amido e il glucosio forniscono una quantità di energia simile in quanto sono composti da simili quantità di C; l'amido è leggermente più complesso e quindi la sua ossidazione provoca una maggiore produzione di calore.

Utilizzo dell'energia nel metabolismo ruminante

Gli animali in assenza di carboidrati e lipidi sono in grado di utilizzare nel proprio metabolismo l'energia proveniente dalle proteine, tuttavia i trigliceridi sono quelli che hanno la possibilità di liberare molta più energia in quanto possiedono una quantità elevata di C (77%) e la loro combustione richiede il doppio di O e produce molto più calore. L'energia presente negli alimenti non può essere utilizzata al 100% e infatti sulle etichette non è mai indicata l'energia totale ma soltanto quella utilizzabile; questo è molto importante nel metabolismo dei ruminanti.

In una bovina da latte il 30% dell'energia ingerita è persa tramite le feci e si tratta perciò di energia indigeribile (proveniente da alimenti indigeriti o indigeribili); il rimanente 70% costituisce perciò l'energia utilizzabile di cui però l'8% è perso nelle fermentazioni ruminali sotto forma di metano; un altro 5% è perso a causa della produzione di urea e ammidi che sono poi liberate sotto forma di urine. L'energia totale digeribile in un ruminante è perciò il 57% di quella ingerita, la quale è utilizzata dall'animale nel suo metabolismo e per la sua sopravvivenza.

Utilizzo dell'energia e metabolismo

In particolare, l'energia digeribile è usata per tre scopi: il mantenimento delle cellule che svolgono le funzioni principali di metabolismo, termoregolazione e movimento; l'energia latte, ovvero l'energia utilizzata per produrre latte; l'energia carne, ovvero utilizzata per crescere muscolarmente e ingrassare. In una bovina da latte l'energia è utilizzata quasi totalmente per il mantenimento e il latte. Ovviamente l'energia digeribile non può essere trasferita da un legame all'altro con un’efficienza del 100%, ma per ogni passaggio si hanno delle perdite sotto forma di calore.

L'energia per il mantenimento produce un extra calore di mantenimento e ha un'efficienza molto alta pari al 72%; l'energia latte provoca un extra calore latte con un'efficienza pari al 60%; infine l'energia carne ha un rendimento molto più basso (30-40%) e quindi una liberazione di calore molto elevata che dipende dall'alimentazione dell'animale: più il ruminante mangia meglio, maggiore sarà la produzione. È interessante notare come i valori dell'energia digeribile e delle varie perdite cambino nel caso degli organismi monogastrici; nei suini ad esempio l'energia utilizzabile non è pari al 70% di quella ingerita ma all'85% in quanto l'energia persa con le feci è molto minore (8-10%) e di conseguenza anche quella persa con il metano e l'urina.

Misurazione dell'energia

Come le altre componenti chimiche degli alimenti, l'energia fornita può essere misurata con strumenti o equazioni; l'energia può essere calcolata grazie al calorimetro adiabatico, ovvero una macchina formata da una vasca piena d'acqua isolata termicamente in cui è presente un cilindro d'acciaio dove viene inserito l'alimento collegato con due elettrodi e con 40 atm di ossigeno puro; grazie a una scintilla viene innescata una combustione, il cui calore prodotto viene trasferito nell'acqua: misurando la temperatura dell'acqua è possibile calcolare la quantità di energia liberata. Tuttavia, si tratta di un macchinario molto costoso, e come alternativa è possibile utilizzare delle equazioni di previsione; inoltre è possibile calcolare il calore totale grazie alla formula di Brouwer in cui si ha la somma e la differenza dei volumi di ossigeno, anidride carbonica, azoto e metano ciascuna moltiplicata per una propria costante, oppure in modo indiretto con le camere di concentrazione.

Curve di lattazione e bilancio energetico

Le curve di lattazione di una bovina da latte sono molto efficaci per capire l'andamento e le caratteristiche della bovina nel periodo della sua lattazione, la quale va dal giorno 0 del parto a 340 giorni (10-12 mesi); tra il 340 giorno e il 400 si hanno 60 giorni di asciutta in cui la bovina smette di produrre il latte e si prepara per un nuovo parto. Questi periodi non sono casuali ma sono studiati attentamente in modo da poter aver la massima produzione di latte possibile: dopo il 340 giorno la produzione di latte cala di molto ed è quindi necessario che la bovina partorisca di nuovo.

Le principali curve di una bovina da latte sono quelle relative alla produzione di latte in kg, la quantità di sostanza secca ingerita SS in kg/d e il peso della bovina in kg: queste tre curve sono connesse tra di loro e se studiate correttamente rivelano molte informazioni utili; si possono considerare poi anche le curve del grasso e delle proteine.

Andamento delle curve di lattazione

Dopo il parto la produzione di latte cresce velocemente fino a raggiungere il suo massimo tra i 30 e i 60 giorni: si tratta del picco di lattazione. Dopo il picco la produzione di latte cala molto lentamente in quanto è indotta per via ormonale e grazie alla mungitura regolare e ininterrotta. Negli animali che non sono allevati per la produzione di latte la curva di lattazione ha un andamento a campana. Nei primi 60 giorni la bovina produce molto latte in quanto è il periodo in cui il vitello ne ha più bisogno, è una predisposizione genetica; in seguito il vitello diventa sempre più autonomo e necessita sempre meno latte.

In seguito al picco di lattazione l’inclinazione della curva è quasi paragonabile a quella di una retta e la perdita di latte è costante e ridotta; questa perdita è detta persistenza ed è calcolabile per esempio prendendo in considerazione il picco di lattazione al 50 giorno con un'ingestione di SS pari a 48 kg/d e il 250 giorno con ingestione a 28 kg/d: (28-48)/(250-50)*100= -10%. Il picco di lattazione dipende dalla genetica, mentre la persistenza dipende dall'alimentazione: se si formula una razione corretta si ha la possibilità di diminuire sempre di più la perdita di latte.

Curva di ingestione e peso

A differenza del picco di lattazione, il picco di ingestione si ha più tardi, circa a 100 giorni dal parto: non è possibile anticipare questo picco nemmeno cambiando l'alimentazione in quanto la bovina sfrutta il tessuto adiposo di riserva e il volume del contenuto ruminale è difficile da aumentare per ingerire più alimenti.

Per quanto riguarda il peso si nota che al momento del parto la vacca pesa circa 700 kg e successivamente 650 kg: nel periodo d'asciutta che precede il parto, il peso della vacca aumenta sempre di più a causa della gravidanza; poi il peso diminuisce in quanto la bovina sfrutta le riserve di tessuto adiposo per ricavare energia per produrre latte. Inoltre, l'animale rincomincia a prendere peso dopo il picco di ingestione in quanto il fabbisogno energetico per la produzione di latte è inferiore alla quantità di energia ingerita e l'energia in eccesso viene utilizzata per il tessuto adiposo di riserva.

L'allevatore riesce a ottenere costantemente il latte dalla vacca grazie alla mungitura regolare e ininterrotta: se questa viene interrotta bruscamente e si passa da 2/3 mungiture al giorno a 0, la produzione di latte cessa immediatamente e si ha il periodo di asciutta.

Bilancio energetico

Le curve della lattifera sono poi collegate al bilancio energetico: nella prima fase di lattazione il bilancio è negativo, ovvero la quantità di energia ingerita è minore rispetto a quella richiesta; successivamente il bilancio è pari a 0 e poi diventa positivo in quanto l'energia ingerita è maggiore di quella che serve per produrre latte e si ha il periodo di recupero. Il bilancio pari a 0 si ha al 120 giorno in quanto la gravidanza dura 280 giorni; il fatto di mangiare troppo poco e di avere un bilancio negativo nella prima fase non è un segno di malessere dell'animale ma succede in quanto la bovina sfrutta le riserve adipose. Ciò che cambia è la capacità di produrre energia, mentre l’energia di mantenimento è più o meno la stessa.

In genere il numero di giorni di una lattazione standard è di 305 giorni in quanto a questi seguono 60 giorni di asciutta e così 365 giorni, ovvero un anno. In questo modo la frisona è riuscita ad aumentare notevolmente la sua produzione di latte di circa 1000 kg dal 2005 fino ad arrivare a 9742 kg di latte. Tuttavia, la durata della lattazione può variare e superare i 305 giorni.

Curve delle percentuali di proteine e lipidi

Le curve relative alle percentuali di proteine e lipidi costituiscono una rappresentazione grafica della produzione della bovina dal punto di vista qualitativo; si nota che le curve del grasso e delle proteine hanno un andamento opposto a quello della produzione di latte: scendono velocemente nelle prime settimane e poi crescono lentamente. Ciò è dovuto all’effetto diluizione: producendo tanto latte, le proteine e i lipidi sono presenti in concentrazione minore; se la produzione di latte cala il grasso e le proteine si concentrano di più.

I foraggi

Per foraggio si intende l'intera parte vegetativa di una pianta, la quale viene raccolta e somministrata, a seguito di alcune trasformazioni, al bestiame. I semi, i frutti sono considerati foraggi se vengono raccolti insieme alla parte vegetativa, altrimenti sono considerati concentrati (di energia/lipidi/proteine). Le specie vegetali utilizzate per la produzione dei foraggi si definiscono colture foraggiere/piante. Per foraggio si intende quindi un alimento grossolano ricco di parete vegetale (NDF> 50%) e che perciò non è adatto per l'alimentazione di animali erbivori ma adatto per quella dei ruminanti. In particolare, i foraggi possono essere: erbai annuali/poliennali, prati permanenti, ecc.