Analisi delle fibre secondo Weender e van Soest
Le fibre sono strutture allungate e sottili di origini diverse. Sono, ad esempio, alla base di molti oggetti di uso quotidiano e del nostro cibo. I tessuti e i materiali edili, così come gli alimenti e i mangimi, si basano sulle fibre. Viene fatta distinzione tra fibre naturali e sintetiche.
Le fibre in generale
Le fibre chimiche o artificiali sono prodotti di sintesi, spesso a base di petrolio. Le fibre artificiali più note sono il poliestere, l’elastan e il poliacrilico. Le fibre naturali, invece, provengono da piante, animali o minerali, quindi sono di origine naturale. Tra le fibre naturali, le fibre vegetali svolgono un ruolo essenziale. Sono costituite da tessuto meccanico vegetale e fanno parte della parete cellulare vegetale. Le fibre vegetali si trovano sia nelle foglie e negli steli che nelle radici e nei frutti.
Le fibre vegetali sono costituite principalmente da cellulosa, un polisaccaride composto da molecole semplici di glucosio. Le fibrille di cellulosa, a loro volta, si trovano in una matrice di pectina, emicellulosa e proteine. Nelle piante perenni, in molti casi è presente anche il biopolimero lignina. La lignina assicura la lignificazione delle cellule.
Molti mangimi si basano su fibre vegetali. Questo vale non solo per i foraggi verdi come erbe ed erbacee, ma anche per i foraggi secchi, che vengono spesso somministrati sotto forma di pellet. Pertanto, oltre alle proteine grezze e ai grassi grezzi, anche le fibre grezze sono una componente essenziale dei mangimi.
Le fibre grezze sono difficili da digerire o sono indigeribili, quindi non forniscono all'animale energia aggiuntiva. Tuttavia, in determinate quantità, sono salutari. Perché le fibre grezze aumentano l'attività intestinale e stimolano la digestione, hanno un effetto simile alle fibre alimentari. Nella produzione di mangimi è quindi importante garantire un buon equilibrio tra fibre grezze che favoriscono la digestione e tollerabilità elevata. È possibile servirsi dell'analisi delle fibre per individuare la composizione ottimale.
Evoluzione storica dell'analisi dei mangimi Weender
L'analisi delle fibre pone di fronte a una sfida particolare. Le componenti delle fibre di un campione infatti sono saldamente legate tra loro. Devono quindi essere separate e devono essere rimosse le componenti non fibrose come le proteine e le pectine. Il metodo Weender è adatto per affrontare questa sfida.
L'analisi Weender è facilmente riproducibile e permette di ottenere rapidamente grandi quantità di dati su tutti i componenti del mangime. Tuttavia questo tipo di analisi mostra anche punti deboli, ad esempio non è possibile segmentare i carboidrati presenti in un campione in modo più specifico. Di conseguenza, non è possibile fornire informazioni precise sul contenuto di nutrienti specifici come la lignina, l’emicellulosa o la cellulosa. L'analisi Weender da sola non è quindi in grado di valutare completamente lo sfruttamento dei nutrienti nei mangimi.
Vantaggi e svantaggi dell'analisi Weender
| Vantaggi | Svantaggi |
| Riproducibilità | Nessuna analisi di nutrienti specifici |
| Coerenza nei contenuti per un lungo periodo di tempo | Valutazione imprecisa della composizione nutrizionale |
| Grandi quantità di dati in breve tempo | Nessuna segmentazione esatta dei carboidrati |
Dato che l'analisi Weender classica è relativamente poco specifica, oggi viene integrata dal metodo classico delle fibre detergenti per l'analisi dei mangimi secondo van Soest. Questo metodo è stato sviluppato negli anni Sessanta da Peter van Soest presso il Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti.
La determinazione secondo van Soest si basa sul concetto di analisi delle fibre detergenti e suddivide inizialmente la cellula vegetale in pareti cellulari e componenti cellulari. Le pareti cellulari sono costituite dalle componenti meno solubili emicellulosa, cellulosa e lignina. Le componenti cellulari per lo più solubili sono proteine grezze, grassi grezzi, pectine, amido e zucchero.
Il metodo Weender considera le componenti proteine grezze e grassi grezzi separamente. Tuttavia pectine, acidi e zuccheri - secondo questo metodo - fanno parte degli estratti privi di azoto e quindi non vengono considerate. Il metodo van Soest effettua inizialmente una suddivisione in due gruppi, ovvero pareti cellulari e componenti cellulari. Le componenti della parete cellulare vengono poi ulteriormente analizzate in modo da determinare le seguenti fibre detergenti:
- Fibre detergenti neutre (NDF): dette anche "Neutral Detergent Fibre", cioè le componenti delle fibre non si sciolgono in una soluzione detergente neutra.
- Fibre detergenti acide (ADF): dette anche "Acid Detergent Fibre", cioè le componenti delle fibre che non si sciolgono in una soluzione detergente leggermente acida.
- Lignina detergente acida (ADL): dette anche "Acid Detergent Lignin", cioè la percentuale di lignina del campione che non si scioglie neanche nell’acido solforico concentrato.
Integrazione dell'analisi Weender con quella di van Soest
Procedura analitica per la determinazione delle fibre
L'analisi Weender determina i tenori di ceneri grezze, proteine grezze, grassi grezzi e fibre grezze di un campione di mangime. Da essi viene calcolato l'estratto privo di azoto. Di queste cinque componenti, la percentuale di fibra grezza è il parametro decisivo per l'analisi delle fibre.
Nella determinazione della percentuale di fibre grezze, la prima fase dell'analisi consiste nell’essiccazione del campione di mangime. Il campione viene quindi dapprima disidratato a 103-105 °C: a questo punto ciò che rimane è la massa secca. È composta da sostanze inorganiche e organiche. Queste ultime sono proteine grezze, grassi grezzi, fibre grezze ed estratti privi di azoto.
La seconda fase è la sgrassatura del campione. Il grasso viene estratto con un solvente. Nella terza fase, le componenti amido, zucchero e proteine grezze vengono gradualmente lavate via attraverso un processo di cottura con alcali e acidi. Nella quarta fase, il campione residuo viene prima nuovamente essiccato e poi incenerito in un forno a muffola a 500 °C. Il prodotto della combustione sono le sostanze inorganiche sotto forma di cenere. Nella quinta fase, il contenuto di fibre grezze viene determinato quantitativamente mediante pesatura differenziale.
La determinazione secondo van Soest specifica l'analisi delle fibre specificando, oltre al contenuto di fibre grezze, anche il contenuto di NDF, ADF e ADL di un campione.
Il processo analitico è simile alla determinazione del contenuto di fibre grezze, ma differisce nella composizione delle soluzioni detergenti e nel rispettivo pH.
Per la determinazione dell'NDF, dopo la preparazione, l'essiccazione e lo sgrassaggio, il campione viene prima trattato con una soluzione detergente neutra (NDS) per circa 60 minuti e lavato con un'amilasi termostabile. Come suggerisce il nome, si tratta di una soluzione detergente neutra. In questo modo vengono solubilizzati zucchero, amido e pectine per determinare la percentuale di NDF. I residui sono costituiti solo dalle componenti della parete cellulare non digeribili o difficilmente digeribili emicellulosa, cellulosa e lignina.
Nella determinazione dell'ADF, il campione viene trattato con una soluzione detergente per circa 60 minuti dopo la preparazione del campione, l'essiccazione e lo sgrassaggio. In questa analisi, tuttavia, viene utilizzata una soluzione detergente acida (ADS). In questo modo l'emicellulosa viene solubilizzata e rimangono solo lignina e cellulosa. Successivamente, è possibile determinare la percentuale di fibre detergenti acide.
Nella determinazione dell'ADL, il campione viene inizialmente trattato come un campione ADF. Ciò significa che, dopo la preparazione del campione, l'essiccazione e lo sgrassaggio, il campione viene prima trattato con una soluzione detergente acida (ADS) per circa 60 minuti. Successivamente, il residuo di cellulosa e lignina viene trattato in una fase finale con acido solforico concentrato. In questo modo la cellulosa si solubilizza e rimane la lignina. Con questa procedura viene determinato il contenuto di lignina detergente acida (ADL).
Automazione dell'analisi
I processi analitici secondo Weender e van Soest sono composti da molti passaggi manuali. Di conseguenza, i processi richiedono molto tempo per il personale di laboratorio. Tuttavia, possono essere semplificati e automatizzati attraverso determinate tecnologie e sistemi di analisi in modo da risparmiare tempo prezioso.
C. Gerhardt offre diverse possibilità di ottimizzazione del processo di analisi delle fibre.
La preparazione del campione può essere semplificata, ad esempio, con un modulo di sgrassaggio. Lo sgrassaggio del campione prima dell'analisi è importante in quanto evita l'eccessiva formazione di schiuma del campione durante il processo di cottura e previene l'intasamento del filtro. Il modulo consente di sgrassare sei campioni contemporaneamente. A tal fine, viene utilizzato un pratico inserto che consente l’applicazione uniforme del solvente su tutti i campioni. A differenza del metodo classico con le fritte di vetro, in cui è necessario rabboccare continuamente i solventi, il modulo di sgrassaggio consente di risparmiare solventi.
Inoltre C. Gerhardt ha sviluppato la cosiddetta FibreBag, una speciale sacca filtrante nella quale viene pesato il campione. Questa tecnologia semplifica notevolmente la dissoluzione e la filtrazione delle componenti del campione, in quanto
- Standardizza la filtrazione attraverso una maglia di dimensione definita,
- Offre un'ampia superficie per un passaggio efficace del detergente,
- Può essere bruciata senza lasciare residui nella muffola e
- Ha una dimensione dei pori adattata per la determinazione ADF/NDF.
Tutte le caratteristiche sopra elencate garantiscono risultati analitici migliori e più affidabili rispetto al classico metodo di filtraggio su fritte e letti filtranti. È vero che i filtri in vetro possono essere riutilizzati, ma prima devono essere processati in forno, deve essere aggiunta la celite e devono essere approntati. Inoltre, la durata di una fritta disponibile in commercio è fortemente limitata a causa delle sollecitazioni elevate dei processi con acidi, alcali e temperature fino a 550 °C. Per questo motivo, dopo 10-20 applicazioni la dimensione dei pori di solito cambia talmente tanto che la fritta deve essere sostituita.
Con la tecnologia FibreBag invece, le fasi di preparazione e post-elaborazione vengono completamente eliminate. Inoltre, la filtrazione è standardizzata, poiché la dimensione dei pori è la stessa a ogni analisi. In questo modo, con la tecnologia FibreBag si ottengono risultati paragonabili a quelli ottenuti con il classico metodo dei filtri in vetro di Weender e van Soest. Grazie alla standardizzazione delle condizioni di filtrazione è possibile ottenere anche una migliore deviazione standard.
Analisi delle fibre con FIBRETHERM
Per il processo di analisi in sé, C. Gerhardt offre il sistema di analisi completamente automatico FIBRETHERM. FIBRETHERM esegue i complessi processi di cottura, lavaggio, filtraggio e risciacquo per l'estrazione delle frazioni di fibra nel sistema chiuso per 12 campioni contemporaneamente. Il metodo analitico può essere programmato anticipatamente e quindi selezionato in modo che sia adattato ai diversi parametri del campione: fibra grezza, NDF e ADF.
Nell'analisi ADL, FIBRETHERM può essere utilizzato per preparare il campione, in modo che possa essere eseguita l'analisi ADF. Tuttavia, il trattamento del campione con acido solforico concentrato deve essere eseguito manualmente. A tale scopo, è possibile utilizzare comunque il modulo di sgrassaggio. Si tratta infatti di un unico prodotto composto da modulo di sgrassaggio e sistema FibreBag manuale. Può essere utilizzato anche per gli altri parametri dell'analisi delle fibre. Ad esempio, per i laboratori con un volume di campioni ridotto. Anche se i processi di lavaggio ed ebollizione vengono eseguiti manualmente, il modulo di sgrassaggio e la tecnologia FibreBag ottimizzano comunque il processo.
Per un primo orientamento è possibile consultare i documenti applicativi corrispondenti relativi al sistema FibreBag manuale e a FIBRETHERM.
