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EvaluaciEvaluaciEvaluaciEvaluacióóóón y Manejo de n y Manejo de n y Manejo de n y Manejo de

AlimentosAlimentosAlimentosAlimentos

Principios y MPrincipios y MPrincipios y MPrincipios y Méééétodos de Antodos de Antodos de Antodos de Anáááálisis lisis lisis lisis de Fibrade Fibrade Fibrade Fibra

MarMarMarMaríííía de Jesa de Jesa de Jesa de Jesúúúús s s s MarichalMarichalMarichalMarichal

2013201320132013

Fibra: definiciFibra: definiciFibra: definiciFibra: definicióóóón genn genn genn genééééricaricaricarica

� Componente de los vegetales

� No digerible por las enzimas producidas por los animales

FibraFibraFibraFibra

� NUTRICIÓN HUMANA

� NUTRICIÓN ANIMAL

Fibra AlimentariaFibra AlimentariaFibra AlimentariaFibra Alimentaria� Aparece por primera vez en 1953

� Hacía referencia a : hemicelulosas, celulosa y lignina

� Vinculada a la salud humana

Hispley,1953

FibraFibraFibraFibra AlimentariaAlimentariaAlimentariaAlimentaria: : : : DefiniciDefiniciDefiniciDefinicióóóónnnn

� Es el remanente de la parte comestible de las plantas y CHO análogos que son resistentes a la digestión y absorción en el intestino delgado de los humanos, con una fermentación parcial o completa en el intestino grueso.

American Association Of Cereal Chemists Report : The definition of Dietary

Fiber.2001. Cereal Food World 48 (3): 112-126.

Contempla compuestos y funcionalidad Contempla compuestos y funcionalidad Contempla compuestos y funcionalidad Contempla compuestos y funcionalidad fisiolfisiolfisiolfisiolóóóógicagicagicagica

FibraFibraFibraFibra AlimentariaAlimentariaAlimentariaAlimentaria: : : : DefiniciDefiniciDefiniciDefinicióóóónnnn� Incluye: polisacáridos, oligosacáridos, lignina y

sustancias de las plantas asociadas.

Presenta una o más de los siguientes efectos:

- laxante (incremento de la consistencia y/o ablandamiento de las materias fecales, incremento de la frecuencia de evacuación y/o regularidad

- disminución del colesterol sanguíneo

- disminucíón de la glucosa sanguínea

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Otros posibles efectos fisiológicos beneficiosos…� Elimina toxinas y residuos del organismo.

� Aumenta la saciedad.

� Previene enfermedades cardiovasculares.

� Previene la aparición de diabetes.

� Ayuda a reducir de peso.

� …..

Para lograr estos beneficios se aconseja consumir ente 25 a 35 grs de fibraalimentaria por día.

Para lograr los efectos fisiológicos beneficiosos…

… se aconseja consumir de diariamente : 25 a 35 grs de fibraalimentaria.

¿Cómo cuantificar la fibra alimentaria?....

Actualmente .... ¿Qué compuestos la integran?

¿¿¿¿QuQuQuQuéééé compuestos se incluyen en la compuestos se incluyen en la compuestos se incluyen en la compuestos se incluyen en la ““““fibra alimentariafibra alimentariafibra alimentariafibra alimentaria””””????

� Celulosa� Hemicelulosas: polímeros de glucosa, galactosa, xilosa, arabinosa,

manosa y ácidos urónicos� Lignina� Sustancias pécticas: polímeros del ácido metil D-galacturónico� Inulina : carbohidrato de reserva, soluble en agua y no es digerible

por los enzimas digestivos

� Gomas : formadas por ácido urónico, xilosa, arabinosa o manosa.� Mucílagos : polisacáridos muy ramificados de pentosas (arabinosa

y xilosa)� Almidón resistente: almidón que no se hidroliza en todo el proceso

de la digestión� Otros Compuestos no carbohidratos : cutina, taninos, suberina,

ácido fítico, proteínas, iones (Ca, K, Mg..)

¿Cómo cuantificar la “fibra alimentaria”?

Meta:

Medir con una metodología simple.

Fibra Alimentaria� Según sus características químicas y sus efectos en

el organismo humano se ha dividido en dos gruposprincipales: fibra soluble y fibra insoluble

� La fibra soluble: está formada por componentesque captan mucha agua y son capaces de formargeles viscosos.

� La fibra insoluble: está integrada por sustanciasque retienen poca agua y se hinchan poco.

¿¿¿¿QuQuQuQuéééé compuestos se han incluido en compuestos se han incluido en compuestos se han incluido en compuestos se han incluido en la la la la ““““fibra alimentariafibra alimentariafibra alimentariafibra alimentaria””””????

FIBRA SOLUBLE

� Sustancias pécticas� Inulina� Gomas� Mucílagos

FIBRA INSOLUBLE

� Celulosa� Hemicelulosas� Almidón resistente� Compuestos no carbohidratos : p.ej, lignina, cutina, taninos,

suberina, ácido fítico, proteínas, iones (Ca, K, Mg..)

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Champ et al., 2003

Fibra alimentaria

Association of Oficial Analytical Chemists (EEUU)AOAC Official Methods

AOAC 985.29. Total Dietary Fibre in Foods

Enzymatic-Gravimetric Method.

AOAC 993.19 Soluble Dietary Fibre in Food and Food Products Enzymatic-Gravimetric Method

AOAC 991.42 Insoluble Dietary Fibre in Foods and Food Products.Enzymatic-Gravimetric Method

AOAC 991.43 Total, Soluble, and Insoluble Deitary Fibre in FoodsEnzymatic-Gravimetric Method

AOAC 992.16. Total Dietary Fibre (Applicable to determination of total fibre in cereals, beans, vegetables and fruits)Enzymatic-Gravimetric Method

Fibra Alimentaria Insoluble en Alimentos y Fibra Alimentaria Insoluble en Alimentos y Fibra Alimentaria Insoluble en Alimentos y Fibra Alimentaria Insoluble en Alimentos y Subproductos.Subproductos.Subproductos.Subproductos.

AOAC AOAC AOAC AOAC OfficialOfficialOfficialOfficial MethodMethodMethodMethod. 991.42. 991.42. 991.42. 991.42

� Extracción con éter, si EE > 10%� Digestión con alfa amilasa termoestable,

gelatinización� Digestión enzimática con proteasa (proteínas) y

amiloglucosidasa (almidones)� Remoción de lo soluble: filtrado y lavado con

agua.� El residuo insoluble (fibra alimentaria insoluble)

se lava con etanol al 95% y acetona.� Pesar.

CuantificaciCuantificaciCuantificaciCuantificacióóóón de la fibra soluble e n de la fibra soluble e n de la fibra soluble e n de la fibra soluble e insolubleinsolubleinsolubleinsoluble

� Los componentes solubles e insolubles pueden ser determinados filtrando la muestra digerida. La fibra soluble se ubica en el líquido filtrado y la insoluble en el residuo sólido.

� La fibra insoluble (residuo sólido) se seca y se pesa

� La fibra soluble se precipita agregando etanol al 95% al líquido de filtrado, el cual se filtra (este residuo sólido es la FS), se seca y se pesa.

� Ambos residuos se corrigen por minerales y proteínas

FibraFibraFibraFibra

� NUTRICIÓN HUMANA

� NUTRICIÓN ANIMAL

MMMMéééétodostodostodostodos gravimgravimgravimgraviméééétricostricostricostricos no no no no enzimenzimenzimenzimááááticosticosticosticos

� Fibra Cruda y FDN, FDA, Lig

� Se utilizan en la caracterización de alimentospara animales

� Se considera que no son apropiados para el análisis de alimentos para humanos porque no cuantifican todos los compuestos de la fibraalimentaria soluble e insoluble.

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MMMMéééétodos todos todos todos ““““gravimgravimgravimgraviméééétricostricostricostricos””””

� La “gravimetría” es un método analíticocuantitativo

� Determina la cantidad de sustancia, midiendoel peso de la misma (por acción de la gravedad).

Fibra CrudaFibra CrudaFibra CrudaFibra CrudaAOAC Official Method 962.09AOAC Official Method 962.09AOAC Official Method 962.09AOAC Official Method 962.09

� Principio� Reactivos� Equipos� Preparación de la muestra� Determinación (incluye fórmula de

cálculos)

Fibra CrudaFibra CrudaFibra CrudaFibra CrudaAOAC Official Method 962.09 AOAC Official Method 962.09 AOAC Official Method 962.09 AOAC Official Method 962.09

Principle � Crude fiber is loss on ignition of dried

residue remaining after digestion of sample with 1.25% H2SO4 and 1.25% NaOH solutions under specific conditions.

� Method is applicable to grains, meals, flours, feeds, fiber-bearing material, and pet foods from which fat can be extracted to leave workable residue.

MUESTRA SECA(pesar)

EXTRACCION CON ETERSi el EE esperado es <1% la extracción se puede omitir

RESIDUOS SIN LIPIDOS

RESIDUO INSOLUBLE EN ACIDO

Digestión ácida(Acido sulfúrico 1.25%)

SUSTANCIAS SOLUBLES EN ACIDO

RESIDUO INSOLUBLE EN ALCALI(pesar)

SUSTANCIAS SOLUBLES EN ALCALI

CENIZAS INSOLUBLES(Pesar)

Digestión con álcali(hidróxido de sodio 1.25%)

Incineración

FIBRA CRUDAFIBRA CRUDAFIBRA CRUDAFIBRA CRUDA

% FC = Residuo insoluble – Cenizas insolubles x 100Peso de muestra

� la combinación de la digestión con ácidos y álcalis disuelve:- el contenido celular- 20 a 50% de la celulosas

� El tratamiento con álcali puede disolver:- 80% de las hemicelulosas- 60 a 90% de la lignina de las gramíneas- 20 a 50% de la lignina de las leguminosas

� Se considera que la Fibra Cruda contiene principalmente celulosa y lignina

Limitante de la tLimitante de la tLimitante de la tLimitante de la téééécnica cnica cnica cnica

La limitante es Importante en alimentos con alto co ntenido de fibra

Fibra Fibra Fibra Fibra

TTTTéééécnica de los detergentescnica de los detergentescnica de los detergentescnica de los detergentes

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Solubilidad en medios acuosos en Solubilidad en medios acuosos en Solubilidad en medios acuosos en Solubilidad en medios acuosos en ebulliciebulliciebulliciebullicióóóón y con diferentes n y con diferentes n y con diferentes n y con diferentes pHspHspHspHs

1 3 5 7 9 11 13 pH0

100

Solubilidad

ab

c

Hemicelulosas

Lignina en gramíneas

Lignina en otras sp

a : Complejo Proteína Detergente Catiónico (Bromuro de Cetiltrimetilamonio)b : Complejo Proteína Detergente Aniónico (Sulfato Lauril Sódico )c : Proteína

La celulosa es insoluble en el rango de pH de 1 a 13.

CONTENIDO CELULARSOLUBLE EN DETERGENTE NEUTRO (SDN)

ALIMENTO(MS) (pesar)

Digestión en detergente neutro

COMPUESTOS DE LA PARED CELULARFIBRA DETERGENTE NEUTRO (FDN)

Digestión en detergente ácido

SOLUBLE EN DETERGENTE ACIDO (HEMICELULOSA)

FIBRA DETERGENTE ÁCIDA (FDA)

Acido sulfúrico (72%)

SOLUBLE (CELULOSA) RESIDUO INSOLUBLE EN ACIDO SULFURICO (pesar)

Incineración

CENIZAS (pesar)

LIGNINA ÁCIDO SULFÚRICOLignina (as)

Fibra Fibra Fibra Fibra TTTTéééécnica de Detergentescnica de Detergentescnica de Detergentescnica de DetergentesEXTRACCION CON ETER

(¿forrajes?)

MS sin lípidos

� LECTURA

DeterminaciDeterminaciDeterminaciDeterminacióóóón de Fibra n de Fibra n de Fibra n de Fibra MMMMéééétodo usando detergentestodo usando detergentestodo usando detergentestodo usando detergentes

� DISCUSIÓN

FDN : PrincipioFDN : PrincipioFDN : PrincipioFDN : Principio

1. Solución DN y alfa-amilasa termoestable-�disuelven� proteínas de fácil digestión� lípidos� azúcares� almidones� pectinas

2. Lo insoluble:� Residuo fibroso (componentes de la pared celular)� En los productos animales: Material nitrogenado

indigestible .

� Sulfato lauril sódico (detergente aniónico) y sulfitode sodio -�solubilizar material N

� EDTA -� quelatar Ca y favorecer la remoción de las pectinas a temperatura de ebullición

� Triethylene glycol -� ayuda a remover material no N en granos de cereales

� Fosfato disódico y borato de sodio -� buffers paramantener pH neutro.

FDN : ReactivosFDN : ReactivosFDN : ReactivosFDN : Reactivos FDN: AlmidonesFDN: AlmidonesFDN: AlmidonesFDN: Almidones

� Almidones: poca capacidad de la solubilizaren la sol. DN

� Amilasa Termorestable: hidrolyza almidón a sacáridos que se remueven facilmente porfiltración

� Soluciones calientes: inactivar potencialesenizmas contaminando la alfamilasa y quepueden degradar los componentes fibrosos

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FDN : RemociFDN : RemociFDN : RemociFDN : Remocióóóón de materiales n de materiales n de materiales n de materiales solubilizadossolubilizadossolubilizadossolubilizados

� Sol.DN en ebullición disuleve: la mayoría de las proteínas, lípidos y CHO no fibrosos.

� … estos componentes no son viscosos en soluciones a temperaturas cercanas a la ebullición

� Fibra : partículas -� se necesita sumergir la muestra en agua a temperatura cercana a la ebullición para hacer migrar los materialessolubles del interior de las partículas de fibra.

FDN: LFDN: LFDN: LFDN: Líííípidospidospidospidos

� Sol. DN en ebullición solubiliza lípidos� La inmersión del residuo final en acetona-�

completa la extraccióm de lípidos y pigmentos� Pero… cantidades excesivas de lípidos en los

alimentos pueden combinarse con el detergente y reducir su eficiencia de acción.

� Por lo tanto-� en alimentos con EE > 10% (e inclusive EE > 5%) hacer una pre-extracción con eter.

MMMMéééétodo de Van todo de Van todo de Van todo de Van SoestSoestSoestSoest y y y y Componentes de los AlimentosComponentes de los AlimentosComponentes de los AlimentosComponentes de los Alimentos

LigninaligninaÁcido (FDA)Neutro

(FDN)

CelulosaN asociado a Fibra DetergenteDetergente

HemicelulosasProteína

Insoluble

Soluble en DetergenteÁcidoFibra

Pectinas

Pared Celular

Almidón

CHO solublesProteína Soluble

LípidosNNP

Soluble en Detergente

Neutro

ContenidoCelular

No NitrogenadosNitrogenados

COMPONENTES DEL ALIMENTO

LABORATORIO

ANALITO : Entidad/es química/s que puede/n ser identificadas y cuantificadas(cantidad y concentración) en un proceso de medición química

MUESTRA: Parte representativa de la materia objeto del análisis.

TÉCNICA ANALÍTICA: Principio científico adaptado a uno o varios instrumentos, que permite obtener información sobre la composición de la muestra (fluorimetría, potenciometría etc)

MÉTODO ANALÍTICO: Adaptación variada de una técnica, para llevar a cabo una medida determinada. (Pueden existir varios métodos analíticos distintos para determinar el mismo analito mediante la misma técnica).

PROCEDIMIENTO ANALÍTICO Las instrucciones generales escritas necesarias para utilizar un método. (Normalmente son normas de carácter oficial Ej. Fibra Cruda: AOAC Official Method 962.09 ).

PROTOCOLO ANALÍTICO Las directrices específicas escritas que recogen los pasos necesarios para desarrollar el método analítico sin excepción. (Contiene detalles específicos que no recoge el procedimiento).

Fibra : cuantificaciFibra : cuantificaciFibra : cuantificaciFibra : cuantificacióóóónnnn� Exactitud : Grado de concordancia entre el resultado y

un valor de referencia certificado. En ausencia de exactitud se tiene error sistemático. Sesgo.

� Precisión : Grado de concordancia entre variasmedidas realizadas en las mismas condiciones de material y de medio ambiente por el mismo operador en un periodo de tiempo corto. Refleja el efecto de los errores aleatorios producidos durante el procesoanalítico. Desvío estandard.

� Reproducibilidad : capacidad que tenga una prueba o experimento o instrumento de dar el mismo resultadoen mediciones realizadas en las mismas condiciones a lo largo de periodos dilatados de tiempo. Esta cualidaddebe evaluarse a largo plazo. Ésta es la gran diferenciacon precisión. Es uno de los principios esenciales del método científico.

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Exactitud y Precisión

x

xx

xx

xx

xx

Precisión

Exactitud y Precisión

¿Qué importa?� Equipos y materiales � Características de los reactivos� Técnica analítica� Estandares� Estandarización de los Métodos de Análisis: Secuencia

analítica, Programa para el Mejoramiebto de la Evaluación de Forrajes y Alimentos (PROMEFA)

� Protocolo� Nomenclatura� Evaluar la información obtenida

MMMMéééétodotodotodotodoDeterminaciDeterminaciDeterminaciDeterminacióóóón secuencial o no n secuencial o no n secuencial o no n secuencial o no secuencial de FDA y ligninasecuencial de FDA y ligninasecuencial de FDA y ligninasecuencial de FDA y lignina

Number of determinations resulting on equal or different concentrations for ADF or Lignin

ADF Lignin

Specie Number Equal Different Equal Different

Alfalfa 9 4 5 7 2

Birdsfoot trefoil 10 3 7 5 5

Red clover 7 6 1 3 4

Marichal et al., 2006

Nomenclatura

Animal Feed Science and Technology asks

authors to use the following definitions for NDF,

ADF and lignin expressions

� NDFom : NDF assayed with a heat stable amylase and expressed exclusive ofresidual ash.� NDFom: NDF not assayed with a heat stable amylase and expressed exclusiveof residual ash.� NDF: NDF assayed with a heat stable amylase and expressed inclusive ofresidual ash.� NDF: NDF assayed without a heat stable amylase and expressed inclusiveof residual ash.� ADFom: ADF expressed exclusive of residual ash� ADF: ADF expressed inclusive of residual ash� Lignin(sa): Lignin determined by solubilization of cellulose with sulphuric acid� Lignin (pm): Lignin determined by oxidation of lignin with permanganate.

While expressions of NDF and ADF inclusive of residual ash will continue to be aceptable (i.e., the terms aNDF, NDF and ADF above), we highly recommend reporting all fibre values, including digestibilities, on an OM basis.

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MUCHAS GRACIAS!!MUCHAS GRACIAS!!MUCHAS GRACIAS!!MUCHAS GRACIAS!!