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Serena Calabrò » 1.Introduzione al corso


Obiettivi del corso

I sistemi di valutazione degli alimenti devono fornire informazioni necessarie a formulare razioni:

  • equilibrate nei vari principi nutritivi ed utilizzate con la massima efficienza dagli animali allevati;
  • caratterizzate da un limitato impatto ambientale degli allevamenti;
  • garanti della salute animale e della sicurezza per il consumatore dei prodotti di o.a.

Il notevole miglioramento della produttività di tutto il comparto zootecnico richiede sempre più dettagliate informazioni sulla capacità degli alimenti di fornire idonei apporti di energia e di principi nutritivi.


Obiettivi del corso II

Obiettivo del corso è quello di fornire allo studente una conoscenza approfondita delle caratteristiche chimico-nutrizionali e delle problematiche relative alla sicurezza degli alimenti zootecnici (foraggi, concentrati, sottoprodotti).

A completamento del corso lo studente deve:

  • conoscere gli obiettivi delle analisi di laboratorio degli alimenti zootecnici;
  • avere le basi per una corretta valutazione analitica, conoscendo i concetti di accuratezza, precisione, ripetibilità, riproducibilità;
  • avere gli elementi di base riguardanti le analisi chimiche, biologiche e strumentali;
  • essere in grado di formulare richieste ed interpretare i risultati analitici relativi alle principali categorie di alimenti zootecnici.

Programma del corso

Il corso di 3 CFU prevede 22 h di lezioni teoriche a cui si affiancano 9 h di esercitazioni pratiche da svolgersi presso il laboratorio “Analisi degli alimenti” del Dipartimento di Scienze Zootecniche e Ispezione degli alimenti che mirano al consolidamento dei concetti illustrati in aula.

In particolare a lezione saranno trattati i seguenti argomenti:

  • Principi basilari delle analisi chimiche degli alimenti zootecnici
  • Analisi chimico-nutrizionali degli alimenti zootecnici
  • Principali tecniche di analisi strumentale
  • Le analisi biologiche per la stima del valore nutritivo
  • Utilizzazione della tecnica in vitro della produzione di gas negli studi di nutrizione animale
  • Valutazione degli insilati
  • Valutazione dei fieni
  • Valutazione dei sottoprodotti
  • La problematica degli alimenti geneticamente modificati (attività didattica integrativa Dott.ssa Raffaella Tudisco)

Programma del corso II

Le esercitazioni riguarderanno:

  • L’utilizzazione della tecnica in vitro della produzione di gas (secondo la metodica Theodorou et al., 1994)
  • La valutazione qualitativa degli insilati (secondo il protocollo Canale et al., 1987)
  • L’impiego di varie tecniche di analisi strumentale (gascromatografo, HPLC, spettrofotometro)
  • Rilevazione di frammenti di DNA transgenico in alimenti zootecnici

Principi basilari dell’analisi chimica

Concetti di accuratezza e precisione, ripetibilità e riproducibilità.

Importanza del campionamento: prelievo, preparazione e conservazione del campione di alimento da analizzare.

Analisi chimica del campione:

  • importanza delle pesate
  • strumentazioni impiegate
  • manipolazione e presentazione dei dati
  • pulizia dei laboratori
  • conservazione dei dati

Applicabilità delle varie tecniche e problematiche relative a:

  • standardizzazione
  • costi
  • sicurezza

Analisi chimica degli alimenti di interesse zootecnico

Proiezione del video “Analisi chimica degli alimenti” realizzato presso il laboratorio “Analisi degli alimenti” del Dipartimento di Scienze Zootecniche e Ispezione degli alimenti.

Metodi impiegati per l’analisi chimica degli alimenti di interesse zootecnico:

  • Schema Wendee
  • Frazionamento dei carboidrati secondo il metodo di Van Soest et al. (1991)
  • Sistema per la valutazione di carboidrati e proteine proposto dalla Cornell Net Carbohydrate and Protein System (CNCPS, 1992)
  • Manuale ufficiale dell’AOAC

Importanza della determinazione di alcuni principi nutritivi

  • carboidrati
  • proteine
  • grassi

Esempi di composizione chimica di foraggi e concentrati.

Principali tecniche di analisi strumentale

Principi basilari e campi di impiego delle tecniche di analisi strumentale:

  • Gas-cromatografia (GC)
  • Spettroscopia (vis- e UV )
  • Spettroscopia ad assorbimento atomico (AA)
  • High Performance Liquid Chromatography (HPLC)
  • Spettroscopia nel vicino infrarosso (N.I.R.S.)

Le analisi biologiche per la stima del valore nutritivo

La stima del valore nutritivo degli alimenti può essere effettuata mediante metodiche in vivo ed in vitro.

Tra i metodi in vivo:

  • monitoraggio dell’ingestione alimentare;
  • determinazione della digeribilità apparente;
  • stima della velocità di transito;
  • monitoraggio dei prodotti finali di fermentazione nel rumine;
  • determinazione dei principi nutritivi nel sangue.

Nel presente corso ci soffermeremo su:

  • digeribilità degli alimenti mediante bilancio ingesta-excreta;
  • degradabilità ruminale (metodo in situ con nylon bags).
Sistema manuale per la lettura del gas

Sistema manuale per la lettura del gas


Le analisi biologiche per la stima del valore nutritivo II

Gli studi in vivo richiedono animali preparati chirurgicamente, sono costosi, richiedono intenso lavoro di laboratorio e gran dispendio di tempo.

A causa della crescente sensibilizzazione dell’opinione pubblica, e quindi dei ricercatori, ai problemi inerenti il benessere animale, l’uso di procedure chirurgiche invasive per le ricerche nutrizionali è sempre più difficile da giustificare.

Ciò ha favorito un intenso e fruttuoso impegno volto alla messa a punto di tecniche in vitro, oggi largamente utilizzate per la valutazione degli alimenti.

Si ricordano tra le altre:

  • il metodo a due stadi (Tilley e Terry, 1963);
  • la produzione di gas (Menke et al., 1979);
  • l’incubazione con enzimi;
  • la degradabilità dell’NDF.
Beute per la degradabilità dell’NDF

Beute per la degradabilità dell'NDF


Valutazione degli insilati

La valutazione sensoriale e soggettiva degli insilati si effettua in campo e prevede la valutazione di: aspetto; odore; colore; temperatura; ecc.

La valutazione chimica, da effettuarsi in laboratori attrezzati, può essere effettuata seguendo il protocollo di Canale e coll. (1987) e prevede la determinazione di:

  • pH;
  • sostanza secca;
  • frazioni azotate (N-tot, NH3, N solubile);
  • acido lattico e acidi grassi volatili (AGV);
  • carboidrati solubili in acqua (CSA);
  • alcoli.

Esercitazioni tecnico-pratiche in laboratorio sulla valutazione degli insilati secondo il protocollo di Canale e coll., (1987)

Insilato di mais

Insilato di mais


Valutazione dei fieni

La valutazione sensoriale de foraggi conservati mediante fienagione prevede la valutazione di:

  • composizione floreale;
  • rapporto steli/foglie;
  • odore;
  • possibili alterazioni;
  • ecc.

Valutazione chimico-nutrizionale (schema Wendee e Van Soest, CNCPS)

Valutazione dietetica e biologica:

  • appetibilità e ingestione;
  • risposte produttive;
  • benessere e sanità animale.
Fieno di prato

Fieno di prato


Valutazione dei sottoprodotti

Definizione e classificazione dei sottoprodotti agricoli e industriali.

Limiti di impiego dei sottoprodotti.

Miglioramento delle caratteristiche nutrizionali delle paglie.

Alcuni sottoprodotti:

  • Paglie di cereali
  • Stocchi di mais
  • Foglie di alberi e residui di potatura
  • Barbabietola da zucchero
  • Semi di oleaginose
  • Altri sottoprodotti
Paglia

Paglia

Farina  di estrazione di soia

Farina di estrazione di soia


La problematica degli alimenti geneticamente modificati

Per questa tematica ci si avvale della collaborazione della Dott.ssa Raffaella Tudisco che svolgerà un’attività didattica-integrativa, in particolare saranno trattate i seguenti argomenti:

  • Introduzione al DNA ricombinante.
  • Tecnologia del DNA ricombinante: vettori di clonaggio, enzimi di restrizione e metodi di trasformazione.
  • Strategie di clonaggio.
  • Organismi Geneticamente Modificati e problematiche connesse.
  • Inoltre, esercitazioni tecnico-pratiche saranno svolte in laboratorio su:
    • Estrazione DNA da matrici zootecniche mediante metodo Wizard
    • Corsa elettroforetica di campioni di DNA amplificati mediante PCR

Alimenti zootecnici: foraggi, concentrati e sottoprodotti

I foraggi generalmente forniscono agli animali nutrienti a minor costo rispetto ai concentrati, ma sono caratterizzati da un valore nutritivo più variabile.

Il valore nutritivo dei foraggi dipende da molti fattori, tra cui specie, clima e grado di maturità. Inoltre, i foraggi vengono conservati mediante processi (essiccazione, insilamento) che possono cambiare in modo consistente le caratteristiche nutrizionali del foraggio di originale.

La maggior parte degli alimenti zootecnici non inclusi tra i foraggi sono le granelle e altri semi o sotto-prodotti agro-industriali derivati dalla raccolta e dalla lavorazione dei semi (es. farine di estrazione, crusca, melasso, residui vegetali e di frutti).

Nutrienti contenuti in varie classi di foraggi

Nutrienti contenuti in varie classi di foraggi


Sistemi di valutazione degli alimenti

Recentemente sono emersi molti fattori che stanno modificando l’approccio per caratterizzare in laboratorio gli alimenti di uso zootecnico.

In alcuni paesi la caratterizzazione degli alimenti per ruminanti si sta direzionando lontano dalla tradizionale espressione del valore energetico e proteico; in particolare la disponibilità dei nutrienti forniti all’animale è valutata in modo sia diretto che indiretto, come risultato dell’attività microbica nel rumine.
In altri paesi è aumentata la pressione pubblica per ridurre o bloccare l’impiego di animali modificati chirurgicamente per studi di nutrizione.

C’è una enorme recrudescenza nell’uso della spettroscopia nel vicino infrarossa (NIRS) per la caratterizzazione degli alimenti nei paesi dove sono disponibili investimenti economici. Questo enfatizza il bisogno di più economiche, ma ancora valide, metodiche per le regioni del mondo con minori risorse economiche.

I cambiamenti internazionali dell’industria zootecnica

A livello internazionale l’industria zootecnica è cambiata rapidamente:

  • gli animali in produzione sono aumentati in numero e specializzazione;
  • la selezione genetica e la migliore gestione dell’ambiente hanno aumentato le  potenzialità degli animali;
  • i consumatori hanno aumentato la richiesta di qualità per i prodotti di o.a. e per il benessere animale.

È aumentato il range di qualità e di tipo di ingredienti negli alimenti (es. OGM, sotto-prodotti industriali, avanzamenti nei trattamenti tecnologici).

È importante che il valore alimentare degli ingredienti sia stimato in maniera propria allo scopo di contenere i costi e garantire le attese performance dagli animali.

I nutrienti energetici

Amminoacidi, carboidrati, grassi, proteine sono gli ingredienti che contribuiscono in modo maggiore al costo dell’alimento per gli animali (generalmente superano il 70%).

I nutrienti che apportano energia: amido, zuccheri, grassi, proteine, polisaccaridi non amilacei


Contenuto totale di amminoacidi e disponibilità dei nutrienti

Contenuto totale di amminoacidi

  • Essenziali e limitanti in funzione della specie e dello stadio di sviluppo (es. lisina, metionina, cisteina, treonina, triptofano).
  • Molti amminoacidi di sintesi stanno diventando disponibili a prezzi competitivi.
  • Diventerà sempre più importante determinare accuratamente la  disponibilità e il contenuto di tutti gli amminoacidi essenziali e dell’azoto totale.

Disponibilità dei nutrienti

  • Il grado con cui un nutriente ingerito in una particolare fonte è assorbito in una forma che può essere utilizzata nel metabolismo animale (es. Fosforo).
  • Non esistono prove veloci, poco costose e ripetibili per determinare la disponibilità dei nutrienti; i valori di digeribilità sono generalmente usati nei sistemi di formulazione dei mangimi; tuttavia, è importante riconoscere alcuni limiti di tali valori.

Proprietà fisico-chimiche ed ingestione di alimenti

Le proprietà fisico-chimiche (es. la capacità di ritenzione idrica, la viscosità, la solubilità in varie soluzioni, l’affinità per varie molecole, ecc.) sono correlate all’ingestione di alimento e all’entità e alla velocità di digestione dei  nutrienti.

L’ingestione volontaria di alimento è influenzata dalla composizione dell’alimento in funzione dei nutrienti che apportano energia (incremento di calore), della capacità fisica dell’animale (ripienezza dell’intestino) e della palatabilità.

L’effetto degli ingredienti dell’alimento sulla qualità dei prodotti di o.a. è ampiamente dimostrata (in particolare il profilo degli acidi grassi); a causa dell’aumentata domanda del consumatore che ha aumentato l’interesse sulla manipolazione dei nutrientei della  dieta che finiscono nei prodotti di o.a.

Classificazione degli alimenti zootecnici

Foraggi

  • Freschi
  • Conservati
    • affienati
    • disidratati
    • insilati

Mangimi: Semplici, Composti, Completi, Complementari

Sottoprodotti

  • Paglie e loppe
  • Industriali: di origine vegetale e animale

Foraggi freschi

Leguminose

  • Erba medica
  • Sulla
  • Trifoglio
  • Veccia

Graminacee

  • Loietto
  • Sorgo

Prati polifiti


Foraggi freschi II

Valore nutritivo

  • Umidità: 75-85%
  • Proteine: 13-30 % SS
  • Zuccheri solubili: 4-30 5 % SS
  • Cellulosa: 10-30 % SS
  • Energia netta: 11-4.3 MJ/kg

Fattori che influenzano il valore nutritivo

  • Specie botanica
  • Stadio vegetativo
  • Condizioni pedo-climatiche
  • Trattamenti fertilizzanti

Composizione chimica dell’avena e dell’erba medica


Foraggi affienati

Leguminose

  • Erba medica
  • Sulla
  • Trifoglio

Graminacee

  • Avena
  • Loietto
  • Sorgo

Prati polifiti


Foraggi affienati

Valore nutritivo

  • Umidità: 8-15 %
  • Proteine: 6-20 % SS
  • Cellulosa: 27-45 % SS
  • Energia netta: 0.3-0.4 UFL/kg

Fattori che influenzano il valore nutritivo

  • Specie botanica
  • Epoca di sfalcio
  • Perdite durante l’affienamento
  • Perdite durante la conservazione
  • Utilizzo di conservanti

Composizione chimica (% S.S.) di foraggi conservati con diversi metodi


Foraggi insilati

Leguminose

  • Erba medica
  • Graminacee
  • Mais
  • Avena
  • Loietto
  • Sorgo

Sottoprodotti

  • Polpe di barbabietola
  • Buccette di pomodori
  • Pastazzo d’agrumi

Foraggi insilati II

Valore nutritivo silomais

  • Umidità: 30-35 %
  • Proteine: 8-8.5 % SS
  • Cellulosa: 19-20 % SS
  • Energia netta: 0.7-0.8 UFL/kg s.s.

Fattori che influenzano la buona riuscita

  • Epoca di sfalcio
  • Appassimento
  • Trinciatura
  • Caricamento del silo
  • Apertura del silo

Composizione chimica di alcuni mangimi semplici


Metodi per la valutazione degli alimenti

La valutazione degli alimenti si effettua con metodi che sono sempre un compromesso tra accuratezza scientifica, applicabilità e costo.

In generale, si raggruppano i metodi di analisi in due categorie:

  • fisici
  • chimici

Per una corretta valutazione degli alimenti – soprattutto se di origine aziendale (fieni, erbe, insilati) – è consigliabile utilizzare entrambi i metodi.

Le sole valutazioni fisiche, soprattutto se effettuate con sistemi soggettivi, non sono mai sufficienti ad esprimere un giudizio idoneo sugli alimenti vista (stadio di maturazione di una pianta, presenza di materiali estranei o inquinanti, fogliosità), olfatto (muffe, odori sgradevoli), tatto (stadio di maturazione, temperatura).


Metodi per la valutazione degli alimenti II

Un’interessante analisi fisica consiste nel determinare la quantità di fibra effettivamente utilizzabile dall’animale per la ruminazione (NDF effettiva = eNDF) si effettua setacciando un’aliquota di unifeed su griglie a maglie variabili e sovrapposte eNDF= quota apportata da foraggi e insilati (e non da granelle e mangimi) di dimensione superiore a 0,5 cm.

Il valore potenziale di un alimento, quale apportatore di un determinato principio alimentare, è indicato dall’analisi chimica, ma il suo reale valore per l’animale può essere stimato solo dopo aver tenuto conto delle inevitabili perdite che si verificano nel corso della sua digestione, dell’assorbimento e della sua utilizzazione metabolica.

L’analisi dei principi nutritivi di un alimento è comunemente eseguita per via chimica in laboratorio:

  • Metodo Weende
  • Metodo Van Soest
  • Tecnica NIRS (Near-Infrared Spettroscopy)

Scelta del tipo di analisi

Analisi tipo (schema Weende)

  • Umidità
  • Protidi grezzi
  • Estratto etereo
  • Ceneri
  • Fibra grezza
  • Estrattivi inazotati

Scelta del tipo di analisi II

Schema Van Soest

  • Fibra neutro detersa (NDF)
  • Fibra acido detersa (ADF)
  • Lignina acido detersa (ADL)
  • Carboidrati non strutturali

Cornell Net Carbohydrate and Protein System (CNCPS)

  • Ulteriore frazionamento
    • carboidrati: A B1 B2 C
    • sostanze azotate: A B1 B2 B3 C

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