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Composición Química de los Alimentos

1. INTRODUCCIÓN
Los alimentos para las vacas lecheras pueden incluir tallos, hojas, semillas y racimos de varias plantas. Las vacas también pueden ser alimentadas con subproductos industriales (harinas de semillas oleaginosas, melaza, granos cerveceros, subproductos de molino etc.). Además las vacas necesitan minerales y vitaminas para responder a sus requisitos nutricionales. Los alimentos para vacas son frecuentemente clasificados así:
* Forraje
* Concentrado
* Suplemento de proteína
* Minerales y vitaminas


 Aunque arbitraria, esta clasificación se base en el valor del alimento como suministro de nutrientes específicos. Nutrientes son las sustancias químicas necesarias para la salud, mantenimiento, crecimiento y producción del animal. Los nutrientes encontrados en los alimentos y requeridos por los animales pueden ser clasificados así:
* Agua
* Energía (lípidos, carbohidratos, proteínas)
* Proteína (compuestos nitrogenosos)
* Vitaminas
* Minerales
Forrajes también pueden contener sustancias que no tienen valor nutritivo (Figura 1). Algunos componentes tienen estructuras complejas (compuestos fenólicos) que son indigestibles y pueden interferir con la digestión de algunas nutrientes (por ejemplo lignina y tanino). Además algunas plantas contienen toxinas que son dañinas para la salud del animal.

2. COMPOSICION DE LOS ALIMENTOS

2.1 Agua (H2O) y materia seca

Cuando una muestra de alimento esta colocada en un horno a una temperatura de 105deg.C durante 24 horas, el agua evapora y el alimento seco restante se llama materia seca. Los alimentos contienen cantidades diferentes de agua. En sus etapas inmaduras las planta contienen 70-80% agua (es decir 20-30% materia seca). Sin embargo, las semillas no contienen más de 8 a 10% de agua (y 90 a 92% materia seca).

La materia seca del alimento contiene todos los nutrientes (excepto agua) requeridos por la vaca. La cantidad de agua en los alimentos es tipicamente de poca importancia. Las vacas regulan su insumo de agua aparte de la materia seca y deben tener acceso a agua fresca y limpia todo el día. La composición nutricional de los alimentos es comúnmente expresada como porcentaje de materia seca (%MS) en lugar de porcentage del alimento fresco (% "como alimentado") porque:

* La cantidad de agua en los alimentos es muy variable y el valor nutritivo es más fácilmente comparado cuando se expresa en base a materia seca.
* La concentración de nutriente en el alimento puede ser directamente comparada a la concentración requerida en la dieta.


2.2 Materia orgánica y minerales

La materia orgánica en un alimento puede ser dividida en materia orgánica y inorgánica. Compuestos que contienen carbón (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N) son clasificados como orgánicos. Los compuestos inorgánicos o minerales son los demás elementos químicos (calcio, fósforo etc.). Cuando una muestra de alimento esta colocada en un horno y mantenida a 550deg.C por 24 horas la materia orgánica esta quemada y la materia restante es la parte mineral, llamada ceniza. En las plantas, el contenido de minerales varia entre 1 a 12%. Los forrajes usualmente contienen más minerales que semillas o granos. Los subproductos de animales que contienen huesos pueden tener hasta 30% minerales (principalmente calcio y fósforo). Minerales son frecuentemente clasificados como macro- y micro minerales. Esta distinción se base solo en la cantidad requerida por los animales. Algunas minerales posiblemente son esenciales (por ejemplo bario, bromo, níquel) y otros son reconocidos por tener un efecto negativo en la digestibilidad de los alimentos (por ejemplo silico)

2.3 Nutrientes que contienen nitrógeno

Nitrógeno se encuentra en proteínas y otros compuestos, incluidos en la materia orgánica de un alimento. Las proteínas son compuestos de una o más cadenas de aminoácidos. Hay 20 aminoácidos que se encuentran en proteínas. El código genético determina la estructura de cada proteína, que en su turno establece una función específica en el cuerpo. Algunos aminoácidos son esenciales y otros no-esenciales. Los aminoácidos no-esenciales pueden ser sintetizados en el cuerpo, pero los aminoácidos esenciales deben estar presentes en la dietas porque el cuerpo no los puede sintetizar.

Parte del nitrógeno en los alimentos se llama nitrógeno no-proteína (NNP) porque el nitrógeno no se encuentra como parte de la estructura de una proteína. Nitrógeno no-proteína (por ejemplo amoniaco, urea, aminos, ácidos nucleicos) no tienen valor nutritivo para los animales de estomago sencillo. Sin embargo en los rumiantes, nitrógeno no-proteína puede ser utilizado por las bacteria del rumen para sintetizar aminoácidos y proteínas que benefican la vaca.
Un químico danés, J.G. Kjeldahl, desarrolló un método en 1883 para determinar la cantidad de nitrógeno en un compuesto. En promedio en proteínas el contenido de nitrógeno es 16%. Así, el porcentaje de proteína en un alimento es tipicamente calculado como el porcentaje de nitrógeno multiplicado por 6.25 (100/16 = 6.25). Esta medida se llama la proteína cruda. La palabra cruda refiere a que no todo el nitrógeno en el alimento esta en forma de proteína. Usualmente la cifra para proteína cruda da un sobre-estimado del porcentaje verdadero de proteína en un alimento. La proteína cruda en forrajes se encuentra entre menor de 5% (residuos de cosechas) hasta más de 20% (leguminosas de buena calidad). Subproductos de origen animal son usualmente muy ricos en proteina (más de 60% de proteína cruda).

2.4 Nutrientes que contienen energía
Al contraste de otros nutrientes, el contenido de energía en un alimento no puede ser cuantificada por un análisis del laboratorio. La cantidad de energía en los alimentos es mejor medido vía experimentación. En el cuerpo el carbón (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O) de los carbohidratos, lípidos y proteínas puede ser convertido a H2O y CO2 con la liberación de energía. La megacaloria (Mcal) es tipicamente utilizado como una unidad de energía, pero el joule (J) es la unidad oficial de medida. En alimentos para las vacas lecheras, la energía esta expresada como de energía neta de lactancia (ENl). Esta unidad representa la cantidad de energía en el alimento que es disponible para el mantenimiento del peso corporal y la producción de leche. Por ejemplo, requiere 0.74 Mcal ENl para producir 1kg. de leche y la energía en los alimentos es entre 0.9 y 2.2 Mcal ENl/kg. materia seca.

Las cantidades de lípidos y otras sustancias grasosas son determinadas por un método que se llama extracción con éter y ellos usualmente rinden 2.23 veces la energía que carbohidratos. Sin embargo la mayoría de energía en forrajes y muchos concentrados vienen principalmente de los carbohidratos. Los alimentos para las vacas usualmente tienen menos de 5% de lípidos pero 50-80% de carbohidratos. Hay tres clases principales de carbohidratos en plantas:

Figura 1: Composición de alimentos, demostrando los nutrientes y los métodos de análisis
* Azucares sencillos (glucosa, fructosa)
* Carbohidratos de almacenamiento (almidón) también conocidos como carbohidratos no-fibrosos, no-estructurales, o que no son parte de las paredes de las células
* Carbohidratos estructurales, conocidos como fibrosos, o de la pared de las células (celulosa y hemicelulosa).

Glucosa se encuentra en alta concentración en algunos alimentos (melaza, suero de leche). Almidón es un componente importante de los granos de cereales (trigo, cebada, maíz etc.). Celulosa y hemicelulosa constituyen cadenas largas de unidades de glucosa. El enlace químico entre dos unidades de glucosa es fácilmente roto en el caso de almidón, pero en celulosa el enlace resiste el ataque de enzimas digestivas de los mamíferos. Sin embargo, las bacteria del rumen posean las enzimas que pueden extraer las unidades adicionales de glucosa de células y hemicelulosa.

Celulosa y hemicelulosa son asociadas con lignina, una sustancia fenólica en la pared de la célula. La fibra, o cantidad de pared de células, en un alimento tiene efectos importantes en su valor nutritivo. En general, el más bajo el contenido de fibra, el más alto el contenido de energía. Pero partículas largas de fibra son necesarias en las raciones de la vaca para:
* estimular la ruminación, esencial para mantener la digestión y la salud de la vaca.
* evitar la depresión del porcentaje de grasa en la leche.
En muchos países, el contenido de fibra cruda es la medida oficial para determinar el contenido de fibra en un alimento. Sin embargo, no es un método preciso para medir las paredes de las células. Un procedimiento más reciente es la determinación de fibra neutro detergente (FND) en el laboratorio, que ofrece un estimación más precisa del total de fibra en el alimento. FND incluye celulosa, hemicelulosa y lignina. Los azucares en la fibra son fermentados lentamente por las bacteria en el rumen, pero la materia que no se encuentra en las paredes de las células es fácilmente accesible a las bacteria rumenal.
Usualmente los carbohidratos no fibrosos no son cantificados por análisis, pero en base de cálculos, restando la ceniza, proteína cruda, extractos de éter del total y asumiendo que el resultado representa los FND (Figura 1).

2.5 Vitaminas
El contenido de vitaminas en un alimento no esta determinado rutinariamente pero son esenciales en pequeñas cantidades para mantener la salud. Las vitaminas son clasificadas como solubles en agua (9 vitaminas del complejo B y vitamina C) y solubles en grasa (ß-carotena, o provitamina A, vitaminas D2, D3, E y K. En las vacas, las vitaminas del complejo B no son esenciales porque las bacteria del rumen las puede sintetizar.