Análisis de fibras según Weender y van Soest
Las fibras son estructuras alargadas y finas de diferentes orígenes. Son, por ejemplo, la base de muchos objetos cotidianos y de nuestra alimentación. Así, los textiles y los materiales de construcción, así como los alimentos y los piensos, se basan en fibras. Se distingue entre fibras naturales y fibras químicas.
Fibras en general
Las fibras químicas o sintéticas se fabrican de forma sintética, a menudo a partir del petróleo. Entre las fibras sintéticas más conocidas se encuentran el poliéster, el elastano y el poliacrílico. Las fibras naturales, por el contrario, proceden de plantas, animales o minerales, es decir, son de origen natural. Entre las fibras naturales, las fibras vegetales desempeñan un papel fundamental. Están formados por tejido vegetal de sujeción y forman parte de la pared celular vegetal. Las fibras vegetales se encuentran tanto en las hojas y tallos como en las raíces y frutos.
Las fibras vegetales están compuestas en su mayor parte por celulosa, un polisacárido formado por moléculas simples de glucosa. Las fibrillas de celulosa, por su parte, se encuentran en una matriz de pectina, hemicelulosa y proteínas. En el caso de las plantas plurianuales, en muchos casos se almacena además el biopolímero lignina. La lignina es la responsable de la lignificación de las células.
Muchos piensos se basan en fibras vegetales. Esto no solo se aplica al forraje verde, como las hierbas y las plantas aromáticas, sino también al forraje seco, que a menudo se suministra en forma de pellets. Por lo tanto, además de la proteína cruda y la grasa cruda, la fibra cruda es un componente esencial de los piensos.
Las fibras crudas son difíciles o imposibles de digerir, por lo que no aportan energía adicional al animal. Sin embargo, en determinadas cantidades son beneficiosos para la salud. Las fibras crudas aumentan la actividad intestinal y estimulan la digestión, por lo que tienen un efecto similar al de la fibra alimentaria. Por lo tanto, en la producción de piensos es importante garantizar un buen equilibrio entre las fibras crudas que favorecen la digestión y una alta tolerancia. El análisis de fibras permite remediar esta situación y conseguir una composición óptima.
Evolución histórica del análisis de piensos de Weender
El análisis de las fibras supone un reto especial. Porque los componentes de las fibras están firmemente unidos en una muestra. Por lo tanto, deben separarse del conjunto y eliminarse los componentes no fibrosos, como las proteínas y las pectinas. El método Weender responde a este desafío.
El análisis Weender es fácilmente reproducible, de modo que se pueden obtener rápidamente grandes cantidades de datos sobre todos los componentes de los piensos. Sin embargo, el análisis también muestra puntos débiles: Por ejemplo, no es posible segmentar los carbohidratos de una muestra de forma más específica. Por ello, no se pueden proporcionar datos exactos sobre el contenido de nutrientes específicos como la lignina, la hemicelulosa o la celulosa. Por lo tanto, el análisis de Weender no permite por sí solo evaluar completamente la utilidad de los nutrientes en los piensos.
Ventajas y desventajas del análisis de Weender
| Ventajas | Desventajas |
| Reproducibilidad | No se analizan nutrientes específicos |
| Consistencia de contenidos a largo plazo | No es posible realizar una evaluación exacta de la composición de nutrientes |
| Grandes cantidades de datos en poco tiempo | No hay una segmentación exacta de los carbohidratos |
Dado que el análisis clásico de Weender es relativamente inespecífico, hoy en día se complementa con el método de detergentes para el análisis de piensos de van Soest. Esta fue desarrollada en la década de 1960 por Peter van Soest en el Ministerio de Agricultura de los Estados Unidos.
La determinación según van Soest se basa en el concepto del análisis de fibra detergente y divide la célula vegetal en paredes celulares y componentes celulares. Las paredes celulares están formadas por hemicelulosa, celulosa y lignina, que son componentes menos solubles. Los componentes celulares, en su mayoría solubles, son proteínas crudas, grasas crudas, pectinas, almidón y azúcar.
El método Weender considera por separado los componentes de proteína bruta y grasa bruta. Sin embargo, según Weender, las pectinas, el almidón y el azúcar pertenecen a los extractos sin nitrógeno, por lo que no se consideran por separado. Van Soest realiza primero una subdivisión en dos grupos, las paredes celulares y los componentes celulares. Los componentes de la pared celular se analizan posteriormente para determinar las siguientes fibras detergentes:
- Fibras detergentes neutras (NDF): también «Fibra detergente neutra», es decir, los componentes fibrosos que son insolubles en una solución detergente neutra.
- Fibras detergentes ácidas (ADF): también «Fibra detergente ácida», es decir, los componentes fibrosos que son insolubles en una solución detergente ligeramente ácida.
- Lignina detergente ácida (ADL): también «Lignina detergente ácida», es decir, la parte de lignina de la muestra que es insoluble incluso en ácido sulfúrico concentrado.
Complemento del análisis de Weender por parte de van Soest
Secuencia analítica de la determinación de la fibra
En el análisis Weender se determinan los porcentajes de cenizas brutas, proteínas brutas, grasas brutas y fibra bruta de una muestra de pienso. A partir de ahí se calcula el extracto libre de nitrógeno. De estos cinco componentes, el parámetro decisivo para el análisis de fibra es el porcentaje de fibra cruda.
Para determinar el porcentaje de fibra cruda, el primer paso del análisis consiste en secar la muestra de pienso. A la muestra se le extrae primero el agua a 103-105 °C y lo que queda es la masa seca. Esta se compone de sustancias inorgánicas y orgánicas. Estos últimos son proteína cruda, grasa cruda, fibra cruda y extractos sin nitrógeno.
El segundo paso consiste en desengrasar la muestra. Para ello, la grasa se extrae con un disolvente. En el tercer paso, los componentes almidón, azúcar y proteína cruda se eliminan gradualmente mediante un proceso de cocción con lejías y ácidos. En el cuarto paso, la muestra restante se vuelve a secar y, a continuación, se incinera en un horno de mufla a 500 °C. Después solo quedan las sustancias inorgánicas en forma de cenizas. En el quinto paso se determina cuantitativamente el contenido de fibra cruda mediante pesaje diferencial.
La determinación según van Soest especifica el análisis de fibra, ya que, además del contenido de fibra cruda, también se determina el contenido de NDF, ADF y ADL de una muestra.
El procedimiento analítico es similar al de la determinación del contenido de fibra bruta, pero difiere en la composición de las soluciones detergentes y en su valor de pH.
Para la determinación de NDF, la muestra se trata primero con una solución de detergente neutro (NDS) durante unos 60 minutos después de la preparación, secado y desengrasado de la muestra, y se lava con una amilasa termoestable. Como su nombre indica, se trata de una solución detergente neutra. De esta forma se disuelven el azúcar, el almidón y las pectinas y se puede determinar la proporción de NDF. Los residuos restantes consisten entonces únicamente en los componentes de la pared celular no digeribles o de difícil digestión: hemicelulosa, celulosa y lignina.
En la determinación de la DFA, la muestra, tras la preparación, secado y desengrasado, también se trata con una solución detergente durante unos 60 minutos. Sin embargo, en este análisis se utiliza una solución de detergente ácido (ADS). De esta forma se disuelve la hemicelulosa y solo quedan lignina y celulosa. A continuación, se puede determinar la proporción de fibras detergentes ácidas.
En la determinación de la ADL, la muestra se trata primero como una muestra de ADF. Esto significa que, tras la preparación, secado y desengrasado de la muestra, esta se trata primero durante unos 60 minutos con una solución de detergente ácido (ADS). A continuación, en un último paso, el residuo de celulosa y lignina se trata con ácido sulfúrico concentrado. De esta forma, la celulosa se disuelve y lo que queda es lignina. De este modo se determina el contenido de lignina detergente ácida (ADL).
Automatización de la analítica
Ahora, los procesos analíticos según Weender y van Soest constan de muchos pasos manuales. En consecuencia, los procesos para el personal de laboratorio requieren mucho tiempo. Sin embargo, pueden simplificarse y automatizarse mediante el uso de determinadas tecnologías y sistemas de análisis, lo que permite ahorrar un valioso tiempo de trabajo.
Así, C. Gerhardt ofrece diversas posibilidades de optimización de procesos en el análisis de fibras.
La preparación de muestras puede simplificarse, por ejemplo, mediante un módulo de desengrasado. Es importante desengrasar la muestra antes del análisis, ya que así se evita que la muestra haga espuma durante el proceso de cocción y se previene la obstrucción del filtro. El módulo permite desengrasar seis muestras al mismo tiempo. Para ello se utiliza un dispositivo manejable que permite humedecer las muestras con disolvente de forma uniforme. A diferencia del método clásico de fritado en vidrio, en el que hay que añadir disolvente constantemente, el módulo de desengrasado ahorra disolvente.
Además, C. Gerhardt ha desarrollado el llamado FibreBag: Se trata de una bolsa de filtro especial en la que se pesa la muestra. Esta tecnología simplifica considerablemente la disolución y filtración de los componentes de las muestras, ya que:
- la filtración se estandariza mediante un ancho de malla definido,
- ofrece una gran superficie para un paso eficaz de detergentes,
- puede quemarse sin dejar residuos en la mufla y
- tiene un tamaño de poro adaptado para la determinación de ADF/NDF.
Los puntos mencionados anteriormente garantizan unos resultados de análisis mejores y más fiables en comparación con el método de filtrado clásico mediante placas y lechos filtrantes. Porque los filtros de vidrio ofrecen la ventaja de poder reutilizarse. Para ello, sin embargo, deben ser previamente quemados, empaquetados con celita y preparados. Además, la vida útil de una frita comercial es muy limitada debido a las duras condiciones del proceso con ácidos, lejías y temperaturas de hasta 550 °C. Por esta razón, el tamaño de los poros suele cambiar tanto después de 10-20 aplicaciones que hay que cambiar la frita.
Con la tecnología FibreBag se eliminan por completo los pasos de preparación y postratamiento. Además, la filtración se estandariza, ya que el tamaño de los poros es el mismo en cada análisis. De este modo, con la tecnología FibreBag se obtienen resultados comparables a los del método clásico de filtración en vidrio de Weender y van Soest. Mediante la estandarización de las condiciones de filtración se puede incluso conseguir una desviación estándar mejor.
Análisis de fibras con FIBRETHERM
Para el proceso de análisis en sí, C. Gerhardt ofrece el sistema de análisis FIBRETHERM completamente automático. FIBRETHERM realiza los laboriosos procesos de cocción, lavado, filtración y aclarado para la extracción de las fibras en un sistema cerrado para 12 muestras simultáneas. El método analítico puede programarse previamente y seleccionarse a continuación para que se adapte a los distintos parámetros de la muestra: Fibra bruta, NDF y ADF.
En el análisis ADL, FIBRETHERM puede utilizarse para preparar la muestra con el fin de poder realizar el análisis ADF. Sin embargo, el tratamiento de la muestra con ácido sulfúrico concentrado debe realizarse manualmente. Para ello puede utilizarse de nuevo el módulo de desengrasado. Porque es un módulo de desengrasado y el sistema manual FibreBag en uno. Esto también se puede utilizar para los otros parámetros del análisis de fibras. Por ejemplo, para laboratorios con un volumen de muestras más pequeño. Aunque los procesos de lavado y cocción se realizan manualmente, el módulo de desengrasado y la tecnología FibreBag optimizan el proceso.
Los usuarios disponen de documentos de aplicación correspondientes tanto para el sistema manual FibreBag como para FIBRETHERM, que les servirán de orientación inicial.
