Analyse des fibres selon Weender et van Soest
Les fibres sont des structures allongées et fines d'origines différentes. Elles sont, par exemple, la base de nombreux objets du quotidien et de notre nourriture. Ainsi, les textiles et les matériaux de construction ainsi que les denrées alimentaires et l'alimentation animale sont à base de fibres. On distingue les fibres naturelles des fibres synthétiques.
Les fibres en général
Les fibres chimiques ou synthétiques sont produites de manière synthétique, souvent à base de pétrole. Les fibres synthétiques les plus connues sont le polyester, l'élasthanne et le polyacrylique. Les fibres naturelles, en revanche, proviennent de plantes, d'animaux ou de minéraux, elles sont donc d'origine naturelle. Parmi les fibres naturelles, les fibres végétales jouent un rôle essentiel. Elles sont constituées de tissu de renforcement végétal et font partie de la paroi cellulaire végétale. Les fibres végétales se trouvent aussi bien dans les feuilles et les tiges que dans les racines et les fruits.
Les fibres végétales sont principalement composées de cellulose, un polysaccharide composé de simples molécules de glucose. Les fibrilles de cellulose, à leur tour, se trouvent dans une matrice de pectine, d'hémicellulose et de protéines. Dans de nombreux cas, le biopolymère lignine est également stocké dans les plantes vivaces. La lignine assure une lignification des cellules.
De nombreux aliments pour animaux sont à base de fibres végétales. Cela vaut non seulement pour les fourrages verts tels que les graminées et les herbes, mais aussi pour les aliments secs, qui sont souvent donnés sous forme de pellets. Par conséquent, en plus des protéines et des graisses brutes, les fibres brutes sont également un composant essentiel de l'alimentation animale.
Les fibres brutes sont difficilement ou pas du tout digestibles, elles ne fournissent donc pas d'énergie supplémentaire à l'animal. Néanmoins, elles sont bénéfiques pour la santé en certaines quantités. Parce que les fibres brutes augmentent l'activité intestinale et stimulent ainsi la digestion, elles agissent donc de la même manière que les fibres alimentaires dans les aliments. Lors de la production de l'alimentation animale, il est donc important d'assurer un bon équilibre entre les fibres brutes favorisant la digestion et une tolérance élevée. L'analyse des fibres garantit ainsi une composition optimale.
Évolution historique de l'analyse de l'alimentation animale selon Weender
L'analyse des fibres présente un défi particulier. En effet, les composants fibreux sont solidement liés dans un échantillon. Ils doivent donc être retirés du matériau composite et les composants non fibreux tels que les protéines et les pectines doivent être éliminés. La méthode Weender relève ce défi.
L'analyse selon Weender est facilement reproductible, ce qui permet d'obtenir rapidement de grandes quantités de données sur tous les composants de l'alimentation animale. Néanmoins, l'analyse présente également des points faibles : par exemple, il n'est pas possible de segmenter plus spécifiquement les glucides au sein d'un échantillon. Cela ne permet pas de fournir des informations précises sur la teneur en nutriments spéciaux tels que la lignine, l'hémicellulose ou la cellulose. L'analyse selon Weender seule ne permet donc pas d'évaluer complètement l'utilité des nutriments dans l'alimentation animale.
Avantages et inconvénients de l'analyse de Weender
| Avantages | Inconvénients |
| Reproductibilité | Pas d'analyse de nutriments spécifiques |
| Cohérence du contenu sur une longue période de temps | Impossible d'évaluer avec précision la composition nutritionnelle |
| Grandes quantités de données en peu de temps | Pas de segmentation exacte des glucides |
Étant donné que l'analyse classique de Weender est relativement peu spécifique, elle est aujourd'hui complétée par la méthode des détergents pour l'analyse de l'alimentation animale selon van Soest. Celle-ci a été développée dans les années 1960 par Peter van Soest au ministère de l'Agriculture des États-Unis.
La détermination selon van Soest est basée sur le concept de l'analyse des fibres détergentes et divise d'abord la cellule végétale en parois cellulaires et composants cellulaires. Les parois cellulaires sont composées des composants hémicellulose, cellulose et lignine, moins solubles. Les composants cellulaires principalement solubles sont les protéines brutes, les graisses brutes, les pectines, l'amidon et le sucre.
La méthode Weender considère séparément les composants protéine brute et graisse brute. Cependant, selon Weender, les pectines, l'amidon et le sucre font partie des extraits sans azote et ne sont donc pas considérés séparément. van Soest effectue une division en deux groupes, les parois cellulaires et les composants cellulaires. Les composants de la paroi cellulaire sont ensuite analysés plus en détail afin de déterminer les fibres détergentes suivantes :
- Fibres détergentes neutres (NDF) : également appelées « Neutral Detergent Fibre », c'est-à-dire les composants fibreux insolubles dans une solution détergente neutre.
- Fibres détergentes acides (ADF) : également appelées « Acid Detergent Fibre », c'est-à-dire les composants fibreux insolubles dans une solution détergente légèrement acide.
- Lignine détergente acide (ADL) : également appelée « Acid Detergent Lignin », c'est-à-dire la proportion de lignine de l'échantillon qui est insoluble même dans l'acide sulfurique concentré.
Complément de l'analyse de Weender par van Soest
Déroulement analytique de la détermination des fibres
L'analyse de Weender permet de déterminer la teneur en cendres brutes, en protéines brutes, en matières grasses brutes et en fibres brutes d'un échantillon d'alimentation animale. À partir de là, l'extrait sans azote est calculé. Parmi ces cinq composants, la teneur en fibres brutes est le paramètre décisif pour l'analyse des fibres.
Lors de la détermination de la teneur en fibres brutes, la première étape d'analyse consiste à sécher l'échantillon d'alimentation animale. On retire donc d'abord l'eau de l'échantillon à 103-105 °C, afin de ne garder que la matière sèche. Celle-ci se compose de substances anorganiques et organiques. Ces dernières sont des protéines brutes, des matières grasses brutes, des fibres brutes et des extraits sans azote.
La deuxième étape consiste à dégraisser l'échantillon. Pour ce faire, la graisse est extraite avec un solvant. Dans la troisième étape, les composants amidon, sucre et protéines brutes sont progressivement éliminés par un processus de cuisson avec des bases et des acides. Dans la quatrième étape, l'échantillon restant est d'abord séché à nouveau, puis incinéré dans un four à moufle à 500 °C. Finalement, il ne reste que les substances anorganiques sous forme de cendres. Lors de la cinquième étape, la teneur en fibres brutes est déterminée quantitativement au moyen d'une pesée différentielle.
La détermination selon van Soest spécifie l'analyse des fibres en déterminant, en plus de la teneur en fibres brutes, la teneur en NDF, ADF et ADL d'un échantillon.
Le processus analytique est similaire à la détermination de la teneur en fibres brutes, mais diffère par la composition des solutions détergentes et leur pH.
Pour la détermination des NDF, après la préparation des échantillons, le séchage et le dégraissage, l'échantillon est d'abord traité pendant environ 60 minutes avec une solution détergente neutre (NDS) et lavé avec une amylase stable à la chaleur. Comme son nom l'indique, il s'agit d'une solution détergente neutre. Elle permet de dissoudre le sucre, l'amidon et les pectines et de déterminer la proportion de NDF. Les résidus restants ne sont alors constitués que d'hémicellulose, de cellulose et de lignine, des composants non digestibles ou difficiles à digérer de la paroi cellulaire.
Lors de la détermination des ADF, l'échantillon est également traité avec une solution détergente pendant environ 60 minutes après la préparation des échantillons, le séchage et le dégraissage. Cependant, cette analyse utilise une solution détergente acide (ADS). Celle-ci dissout l'hémicellulose et ne laisse que de la lignine et de la cellulose. La proportion de fibres détergentes acides peut ensuite être déterminée.
Lors de la détermination des ADL, l'échantillon est d'abord traité comme un échantillon ADF. Cela signifie qu'après la préparation, le séchage et le dégraissage, l'échantillon est d'abord traité pendant environ 60 minutes avec une solution détergente acide (ADS). Ensuite, le résidu de cellulose et de lignine est traité dans une dernière étape avec de l'acide sulfurique concentré. Cette étape permet de dissoudre la cellulose tout en conservant la lignine, et donc de déterminer la teneur en lignine acide détergente (ADL).
Automatisation des analyses
Cependant, les processus analytiques selon Weender et van Soest se composent de nombreuses étapes manuelles. Le personnel de laboratoire y passe donc beaucoup de temps. Les processus peuvent toutefois être simplifiés et automatisés grâce à l'utilisation de certaines technologies et systèmes d'analyse, ce qui permet d'économiser un temps de travail précieux.
Ainsi, C. Gerhardt offre différentes possibilités d'optimisation des processus dans l'analyse des fibres.
La préparation des échantillons peut être simplifiée, par exemple, par un module de dégraissag. Le dégraissage de l'échantillon avant l'analyse est important car il évite que la mousse de l'échantillon ne déborde pendant le processus de cuisson et empêche également que le filtre ne se bouche. Le module permet de dégraisser six échantillons simultanément. Pour ce faire, on utilise un insert pratique qui permet de mouiller les échantillons uniformément avec du solvant. Contrairement à la méthode classique du verre fritté, qui nécessite de verser sans cesse du solvant, le module de dégraissage permet donc d'économiser du solvant.
De plus, C. Gerhardt a développé le FibreBag : il s'agit d'un sac filtrant spécial dans lequel l'échantillon est pesé. Cette technologie simplifie considérablement la dissolution et la filtration des composants de l'échantillon, car
- la filtration est standardisée par un maillage défini,
- elle offre une grande surface pour un passage efficace des détergents,
- elle peut être brûlée sans résidus dans le four à moufle et
- elle a une taille de pore adaptée pour la détermination ADF/NDF.
Les points ci-dessus garantissent des résultats d'analyse meilleurs et plus fiables par rapport à la méthode de filtration traditionnelle par frittage et couches filtrantes. En effet, les filtres en verre présentent l'avantage d'être réutilisables. Cependant, ils doivent avoir fait l'objet d'une combustion complète préalable, être emballés et préparés avec de la poudre de diatomée. En outre, la durée de vie d'une fritte disponible dans le commerce est fortement limitée en raison des conditions difficiles du processus avec des acides, des alcalis et des températures allant jusqu'à 550 °C. Pour cette raison, la taille des pores a généralement changé si fortement après 10 à 20 applications que la fritte doit être remplacée.
Avec la technologie FibreBag, les étapes de préparation et de suivi deviennent totalement inutiles. De plus, la filtration est standardisée, car la taille des pores est la même pour chaque analyse. Cela permet d'obtenir avec la technologie FibreBag des résultats comparables à ceux obtenus avec la méthode classique de filtration du verre selon Weender et van Soest. La standardisation des conditions de filtration permet même d'obtenir un meilleur écart type.
Analyse des fibres avec FIBRETHERM
Pour le processus d'analyse lui-même, C. Gerhardt propose le système d'analyse FIBRETHERM entièrement automatique. FIBRETHERM effectue les processus complexes de cuisson, de lavage, de filtration et de rinçage afin d'extraire les composants fibreux dans le système fermé pour 12 échantillons en même temps. La méthode analytique peut être programmée au préalable puis sélectionnée pour être adaptée aux différents paramètres de l'échantillon : fibres brutes, NDF et ADF.
Lors de l'analyse ADL, il est possible d'utiliser FIBRETHERM pour préparer l'échantillon, afin que l'analyse ADF puisse être effectuée. Cependant, le traitement de l'échantillon avec de l'acide sulfurique concentré doit être effectué manuellement. Le module de dégraissage peut à son tour être utilisé à cette fin, puisqu'il s'agit à la fois d'un module de dégraissage et du système manuel FibreBag. Il peut également être utilisé pour les autres paramètres de l'analyse des fibres. Par exemple, pour les laboratoires traitant une plus petite quantité d'échantillons. Même si les processus de lavage et de cuisson sont alors effectués manuellement, le module de dégraissage et la technologie FibreBag optimisent le processus.
Des documents d'application correspondants pour le système manuel FibreBag et FIBRETHERM sont à la disposition de l'utilisateur afin de lui fournir une première vue d'ensemble.
