Oznaczanie włókna metodami weendeńską i van Soesta

Włókna chemiczne, zwane też sztucznymi, są wytwarzane syntetycznie, często na bazie ropy naftowej. Do najbardziej znanych przykładów należą poliester, elastan i poliakryl. Włókna naturalne mają natomiast pochodzenie naturalne: roślinne, zwierzęce lub mineralne. Wśród tej grupy istotną rolę odgrywają włókna roślinne. Składają się one z roślinnej tkanki wzmacniającej i stanowią część ściany komórkowej roślin. Można je znaleźć w ich liściach i łodygach, a także w korzeniach i owocach.

Włókna roślinne składają się głównie z celulozy – polisacharydu zbudowanego z prostych cząsteczek glukozy. Z kolei włókienka celulozowe znajdują się w macierzy z pektyny, hemicelulozy i białka. W roślinach wieloletnich często obecna jest również należąca do biopolimerów lignina, która jest odpowiedzialna za drewnienie komórek.

Na włóknach roślinnych opierają się liczne pasze. Dotyczy to nie tylko pasz zielonych, takich jak trawy i zioła, lecz również pasz suchych, które są często podawane w postaci granulatu. Dlatego też oprócz białka surowego i tłuszczu surowego do głównych składników pasz dla zwierząt zalicza się również włókno surowe.

Włókna surowe są trudne lub niemożliwe do strawienia, więc nie dostarczają zwierzęciu żadnej dodatkowej energii. Niemniej jednak są one w pewnych ilościach korzystne dla zdrowia. Ponieważ włókna surowe zwiększają aktywność jelit, a tym samym stymulują trawienie, mają one podobne działanie do błonnika pokarmowego. Podczas produkcji pasz ważne jest zatem zapewnienie odpowiedniej równowagi między stymulującymi trawienie włóknami surowymi a wysokim poziomem strawności. W celu zapewnienia ich optymalnego składu dokonuje się oznaczania włókna.

Ponieważ klasyczna analiza weendeńska jest stosunkowo niespecyficzna, w ramach analizy pasz współcześnie uzupełnia się ją o wykorzystującą detergenty metodę van Soesta. Została ona opracowana w latach 60. przez Petera van Soesta z Departamentu Rolnictwa Stanów Zjednoczonych.

Oznaczanie metodą van Soesta opiera się na koncepcji analizy włókien detergentowych i początkowo dzieli komórkę roślinną na ściany komórkowe i składniki komórkowe. Ściany komórkowe składają się z trudniej rozpuszczalnych składników: hemicelulozy, celulozy i ligniny. Składniki komórkowe są w większości rozpuszczalne – należą do nich: białko surowe, tłuszcz surowy, pektyny, skrobia i cukier.

Spośród tych składników w metodzie weendeńskiej z osobna rozpatruje się tylko białko surowe i tłuszcz surowy. Pektyny, skrobia i cukier oznaczane są razem – w ramach bezazotowych związków wyciągowych. Inaczej jest w przypadku metody van Soesta, w której dokonuje się na początku podziału na dwie grupy: ściany komórkowe i składniki komórkowe. Składniki ściany komórkowej są następnie poddawane dalszej analizie, umożliwiającej oznaczanie następujących włókien detergentowych:

1. Włókno neutralno-detergentowe (NDF): od ang. „Neutral Detergent Fibre”, tj. frakcja włókna, która jest nierozpuszczalna w obojętnym roztworze detergentu.
    
2. Włókno kwaśno-detergentowe (ADF): od ang. „Acid Detergent Fibre”, tj. frakcja włókna, która jest nierozpuszczalna w lekko kwaśnym roztworze detergentu.
    
3. Lignina kwaśno-detergentowa (ADL): od ang. „Acid Detergent Lignin”, tj. frakcja ligniny w próbce, która jest nierozpuszczalna nawet w stężonym kwasie siarkowym.

W analizie weendeńskiej oznacza się zawartość popiołu surowego, białka surowego, tłuszczu surowego i włókna surowego w próbce paszy. Na tej podstawie ponownie oblicza się z kolei zawartość bezazotowych związków wyciągowych. Spośród tych pięciu składników decydującym parametrem dla oznaczania włókna jest zawartość włókna surowego.

Pierwszym etapem oznaczania zawartości włókna surowego jest wysuszenie próbki paszy. Z próbki usuwa się zatem najpierw wodę w temperaturze 103-105°C, w wyniku czego uzyskuje się suchą masę. Składa się ona z substancji nieorganicznych i organicznych. Do tych ostatnich należą: białko surowe, tłuszcz surowy, włókno surowe i bezazotowe związki wyciągowe.

Drugim etapem jest odtłuszczanie próbki. W tym celu tłuszcz ekstrahuje się za pomocą rozpuszczalnika. W trzecim etapie skrobia, cukier i białko surowe są stopniowo wypłukiwane w procesie gotowania z użyciem zasad i kwasów. W czwartym etapie pozostała próbka jest najpierw ponownie suszona, a następnie spopielana w piecu muflowym w temperaturze 500°C. Na koniec pozostają już tylko substancje nieorganiczne w postaci popiołu. W piątym etapie określa się ilościową zawartość włókna surowego na podstawie różnicy uzyskanych mas.

Oznaczanie metodą van Soesta umożliwia bardziej szczegółową analizę włókna, ponieważ oprócz zawartości włókna surowego umożliwia ona określenie zawartości frakcji NDF, ADF i ADL w próbce.

Procedura analityczna jest podobna do oznaczania zawartości włókna surowego, ale różni się składem roztworów detergentu i ich wartością pH.

W celu oznaczenia frakcji NDF przygotowaną, wysuszoną i odtłuszczoną próbkę przez około 60 minut poddaje się działaniu obojętnego roztworu detergentu (NDS), a następnie przemywa stabilną termicznie amylazą. Jak sama nazwa tej frakcji wskazuje, do analizy wykorzystuje się tu obojętny roztwór detergentu. W rezultacie rozpuszczeniu ulegają cukier, skrobia oraz pektyny i można oznaczyć zawartość NDF. Pozostałości po procesie zawierają wówczas wyłącznie niestrawne lub ciężkostrawne składniki ściany komórkowej: hemicelulozę, celulozę i ligninę.

Również podczas oznaczania frakcji ADF przygotowaną, wysuszoną i odtłuszczoną próbkę przez około 60 minut poddaje się działaniu roztworu detergentu. W tym przypadku stosuje się jednak kwaśny roztwór detergentu (ADS). Powoduje to rozpuszczenie hemicelulozy, pozostawiając jedynie ligninę i celulozę. Następnie można oznaczyć zawartość włókna kwaśno-detergentowego.

Podczas oznaczania ADL próbkę opracowuje się najpierw w ten sam sposób jak w przypadku ADF. Po przygotowaniu, wysuszeniu i odtłuszczeniu próbki najpierw przez około 60 minut poddaje się ją działaniu kwaśnego roztworu detergentu (ADS). Na koniec uzyskane pozostałości w postaci celulozy i ligniny poddaje się działaniu stężonego kwasu siarkowego. W rezultacie celuloza rozpuszcza się i pozostaje lignina. Na tej podstawie oznacza się zawartość ligniny kwaśno-detergentowej (ADL).

Procesy analityczne w ramach metod weendeńskiej i van Soesta składają się z wielu wykonywanych ręcznie etapów. Są one w związku z tym bardzo czasochłonne dla personelu laboratorium. Można je jednak uprościć i zautomatyzować poprzez zastosowanie odpowiednich technologii i systemów analitycznych, pozwalających zaoszczędzić cenny czas pracy.

Firma C. Gerhardt oferuje liczne możliwości optymalizacji procesów w ramach oznaczania włókna.

Do samego procesu analizy C. Gerhardt oferuje w pełni automatyczny system analizy FIBRETHERM. FIBRETHERM wykonuje w zamkniętym systemie złożone procesy gotowania, przemywania, filtracji i płukania w ramach ekstrakcji frakcji włókna dla 12 próbek jednocześnie. Metody analizy można wcześniej zaprogramować, a następnie wybierać odpowiednio do parametrów próbki: włókno surowe, NDF i ADF.

Podczas analizy ADL system FIBRETHERM można wykorzystać do przygotowania próbki, w celu umożliwienia analizy ADF. Obróbkę próbki stężonym kwasem siarkowym należy jednak przeprowadzić ręcznie. Do tego celu można z kolei wykorzystać moduł odtłuszczający. Pełni on bowiem jednocześnie funkcję modułu odtłuszczającego i ręcznego systemu FibreBag. Można go również wykorzystać do określania innych parametrów w ramach oznaczania włókna. Jest to praktyczne rozwiązanie np. dla laboratoriów analizujących mniejszej ilości próbek. Nawet jeśli procesy przemywania i gotowania są wykonywane ręcznie, moduł odtłuszczający i technologia FibreBag nadal optymalizują proces.

W celu zapewnienia ogólnego oglądu oferowanych przez nas rozwiązań udostępniamy użytkownikom dokumenty dotyczące konkretnych obszarów zastosowania – zarówno ręcznego systemu FibreBag, jak i systemu FIBRETHERM.

Wróć do metod analitycznych