CONTROL DE CALIDAD DE INSUMOS Y DIETAS

ACUICOLAS

PROGRAMA COOPERATIVO GUBERNAMENTAL

FAO-ITALIA

GCP/RLA/102/ITA PROYECTO AQUILA IIDOCUMENTO DE CAMPO

No16

I Curso Regional de Capacitación (Santiago de chile, 20/9-8/10/1993)organizado por el Proyecto AQUILA II y ejecutado por Fundación Chile

EMILIO CASTRO CAMPOS

EDITOR

DOCUMENTO PREPARADO POR EL PROYECTO GCP/RLA/102/ITA“APOYO A LAS ACTIVIDADES REGIONALES DE ACUICULTURA

EN AMERICA LATINA Y EL CARIBE” — AQUILA II

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ORGANIZACION DE LAS NACIONES UNIDAS PARA LA AGRICULTURA Y LA ALIMENTACION - FAO

México, D.F., mayo de 1994© FAO

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INDICE

PERSONAL DEL PROYECTO AQUILA II

PUBLICACIONES DEL PROYECTO

RESUMEN

INTRODUCCION

1. NUTRIENTES ESENCIALES EN ALIMENTACION ACUICOLAJuan José Romero T.

1.1. P ROTEÍNA 1.2. E NERGÍA 1.3. L ÍPIDOS 1.4. V ITAMINAS 1.5. M INERALES 1.6. P IGMENTOS

2. ANALISIS PROXIMAL DE CALCIO Y FOSFORO EN HARINAS DE PESCADOLilia Masson S.

2.1. M ATERIA GRASA 2.2. P ROTEÍN AS2.3. C ARBOHIDRATOS 2.4. C ENIZAS 2.5. M ÉTODOS OFICIALES AOAC PARA ANÁLISIS PROXIMAL DE ALIMENTOS 2.5.1 Humedad (sólidos totales) — Método de la estufa al vacío2.5.2 Fibra dietaria2.5.3 Determinación de calcio2.5.4 Determinación de fosfatos

3. ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORCION MOLECULAR ULTRAVIOLETA-VISIBLESergio Valladares

3.1. I NTRODUCCIÓN 3.2. C ONCEPTOS BÁSICOS DE ESTRUCTURA MOLECULAR 3.3. O RBITALES MOLECULARES Y ENLACE QUÍMICO 3.4. R ADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA (R.E.)3.5. P ARÁMETROS ONDULATORIOS 3.6. P ROPIEDADES CORPUSCULARES DE LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA 3.7. E SPECTRO ELECTROMAGNÉTICO 3.8. I NTERACCIONES ENTRE LA MATERIA Y LA ENERGÍA RADIANTE (E.R.)3.9. A BSORCIÓN DE LA RADIACIÓN 3.9.1 Absorción molecular3.9.2 Espectro de absorción3.9.3 Medidas cuantitativas de la radiación - Ley de Beer

3.9.4 Medición experimental de la absorción3.9.5 Limitaciones a la aplicabilidad de la Ley de Beera) Desviaciones químicasb) Desviaciones instrumentales3.10. A PLICACIONES DE LAS MEDICIONES DE ABSORCIÓN DE RADIACIÓN ULTRAVIOLETA Y VISIBLE 3.10.1 Especies absorbentes3.10.2 Explotación analíticaa) Especies químicas absorbentes que contienen electrones π, σ y ηb) Absorción en la que participan los electrones d y fc) Absorción por transferencia de carga3.11. I NSTRUMENTACIÓN 3.11.1 Breve descripción de los principales componentes de instrumentos convencionalesa) Fuente de energía radianteb) Sistema selector de la longitud de onda de trabajoc) Recipientes para la muestrad) Detección de la radiacióne) Procesadores de señales e instrumento de lectura3.11.2 Esquema general de los sistemas ópticos de espectrofotómetros3.12. A NÁLISIS CUALTITATIVO Y CUANTITATIVO 3.12.1 Técnicas cualitativas3.12.2 Análisis cuantitativo3.12.3 Procedimiento en el análisis cuantitativo3.13. C URVA DE CALIBRACIÓN 3.14. O TRAS APLICACIONES 3.14.1 Análisis de mezclas3.14.2 Titulaciones3.15. B IBLIOGRAFÍA

4. ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ATOMICABlago Razmilic

4.1. I NTRODUCCIÓN 4.2. F UNDAMENTO TEÓRICO 4.3. I NSTRUMENTACIÓN 4.4. A PLICACIONES 4.5. I NTERFERENCIAS FÍSICAS 4.6. I NTERFERENCIAS QUÍMICAS 4.7. I NTERFERENCIA DE IONIZACIÓN 4.8. I NTERFERENCIAS ESPECTRALES 4.9. A NÁLISIS CUANTITATIVO 4.10. B IBLIOGRAFÍA

5. PRINCIPIOS BASICOS DE CROMATOGRAFIABlago Razmilic

5.1. F UNDAMENTOS 5.2. E FICIENCIA DE LA COLUMNA 5.3. R ESOLUCIÓN

5.4. E NSANCHAMIENTO DE LAS BANDAS. CONTRIBUCIÓN A LA ALTURA EQUIVALENTE DEL PLATO TEÓRICO 5.5. C ROMATOGRAFÍA DE GASES 5.5.1 El gas portador5.5.2 Sistemas para introducir la muestra5.5.3 Horno para la columna5.5.4 Columnas5.6. F ASES ESTACIONARIAS 5.7. C ROMATOGRAFÍA GAS-SÓLIDO 5.8. A NÁLISIS CUALITATIVO

6. A MINOACIDOS ESENCIALES — ROL Y DETERMINACION DE LISINA, METIONINA Y CISTINA — DETERMINACION DE LISINA DISPONIBLE Emilio Castro C. — Laura Avila

6.1. I NTRODUCCIÓN 6.2. E L CONTENIDO DE AMINOÁCIDOS EN LOS ALIMENTOS 6.3. A MINOÁCIDOS ESENCIALES 6.3.1 Rol de los principales aminoácidos esenciales en nutrición acuícolaa) Argininab) Lisinac) Metioninad) Triptofano6.4. D ETERMINACIÓN DE AMINOÁCIDOS TOTALES 6.4.1 Consideraciones fundamentales6.4.2 Etapas6.4.3 Análisis cuantitativo específico para lisina, metionina y cistina6.4.4 Determinación de lisina disponiblea) Ventajasb) Desventajas6.5. B IBLIOGRAFÍA

7. DETERMINACION DE LA DIGESTIBILIDAD DE LA PROTEINA POR METODOS IN VITRO — TORRY — A.O.A.C.Emilio Castro C. — Laura Avila

7.1. I NTRODUCCIÓN 7.2. I MPORTANCIA 7.3. C ONCENTRACIÓN - PEPSINA VS SENSIBILIDAD - DETERMINACIÓN 7.4. C ORRECCIÓN DEL ÁCIDO 7.5. V ARIABILIDAD DE LOS RESULTADOS 7.6. F ACTORES QUE INFLUENCIAN LOS RESULTADOS EN EL TEST DE DIGESTIBILIDAD 7.6.1 Grado de molienda7.6.2 Tipo de agitador utilizado7.7. B IBLIOGRAFÍA A NEXO 1 — T EST DE DIGESTIBILIDAD DE PEPSINA A.O.A.C. 971.09 A NEXO 2 — T EST DE DIGESTIBILIDAD DE PEPSINA TORRY

8. LA DIGESTIBILIDAD COMO CRITERIO DE EVALUACION DE ALIMENTOS — SU APLICACION EN PECES Y EN LA CONSERVACION DEL MEDIO

AMBIENTEJuan Antonio Manríquez H.

8.1. I NTRODUCCIÓN 8.2. D ETERMINACIÓN DE LA DIGESTIBILIDAD IN VIVO 8.3. M ÉTODO INDIRECTO PARA LA DETERMINACIÓN IN VIVO DE LA DIGESTIBILIDAD 8.4. A PLICACIÓN DE LA DETERMINACIÓN IN VIVO DE LA DIGESTIBILIDAD 8.5. B IBLIOGRAFÍA

9. DETERMINACION IN VIVO DE DIGESTIBILIDAD DE ALIMENTOS E INSUMOS ACUICOLAS A TRAVES DEL METODO CON INDICADOR GUIA DE LABORATORIOJuan Antonio Manríquez H.

9.1. P RINCIPIO DEL MÉTODO 9.2. R ECEPCIÓN DE LA MUESTRA (ALIMENTO COMERCIAL O INSUMO) 9.3. P REPARACIÓN DEL PIENSO EXPERIMENTAL SEMI-HÚMEDO Y DEL CONTROL 9.3.1 Materiales9.3.2 Procedimientosa) Preparación de piensos a partir de alimentos comercialesb) Preparación de piensos a partir de un insumo, p. ej. harina de pescadoc) Preparación de pienso control9.4. E VALUACIÓN DE LOS PIENSOS CON TRUCHA ARCOIRIS 9.4.1 Materiales9.4.2 Procedimiento mantención de estanques9.4.3 Procesamiento de las muestras9.5. A NÁLISIS QUÍMICO DE PIENSOS Y MATERIAL FECAL 9.5.1 Materiales9.5.2 Preparación solución digestiva9.5.3 Preparación de curva estándar de cromo con dicromato de potasio9.5.4 Determinación del óxido crómico

10. CRITERIO DE CALIDAD PARA MATERIAS GRASAS UTILIZADAS FRECUENTEMENTE EN LA NUTRICION ANIMAL Y DE PECESLilia Masson S.

10.1. I NTRODUCCIÓN 10.2. C OMPOSICIÓN EN ÁCIDOS GRASOS DE LAS MATERIAS GRASAS DE USO HABITUAL EN CHILE 10.2.1 Materias grasas preferentemente saturadas10.2.2 Materias grasas preferentemente monoinsaturadas10.2.3 Materias grasas preferentemente poliinsaturadas10.2.4 Estructura de los lipidos (esquema)10.3. C AMBIOS QUE SE PRODUCEN EN LA ESTRUCTURA DEL TRIGLICÉRIDO (TG) O MATERIA GRASA NEUTRA POR AGENTES EXTERNOS Y QUE PRODUCEN DETERIORO AFECTANDO SU CALIDAD 10.3.1 Hidrólisis del TG (rancidez hidrolítica)10.3.2 Oxidación de los ácidos grasos insaturados constituyentes del TG (rancidez oxidativa)10.3.3 Alteración térmica. Deterioro por altas temperaturas

10.4. F UENTES DE MATERIAS GRASAS PARA ALIMENTACIÓN ANIMAL Y PECES 10.4.1 Calidad biológica10.4.2 Calidad químicaa) Requerimientos de ácidos grasos esencialesb) Principales signos de deficiencia en ácidos grasos esenciales en peces (mala formulación de la dieta)c) Principal fuente de energía en la alimentación de peces-aceite de pescadod) Criterios de calidad del aceite de pescado10.4.3 Calidad biolóogicaa) Características de aceites de pescado utilizados en dietas de pecesb) Empleo de antioxidantes10.4.4 Principales efectos nutricionales y fisiológicos adversos que puede presentar un aceite deteriorado, principalmente oxidado, incorpordo a la dieta de salmónidos10.5. C ONCLUSIONES G ENERALES 10.6. B IBLIOGRAFÍA

11. CRITERIOS DE CALIDAD DE MATERIAS GRASAS — TRABAJO PRACTICOMarcela Zamorano R.

11.1. D ETERMINACIÓN DE LAS IMPUREZAS SEGÚN N ORMA C HILENA O FICIAL (NCH 107)11.2. H UMEDAD Y MATERIAS VOLÁTILES 11.2.1 Métodos de desecación en estufa11.2.2 Método de destilación Markusson11.3. A CIDEZ - MÉTODO OFICIAL DELA AOAC11.4. I NDICE DE P ERÓXIDO - M ÉTODO OFICIAL DELA AOCS11.5. I NDICE DE A NISIDINA 11.6. I NDICE DEL ÁCIDO 2- T IOBARBITÚRICO (TBA)11.7. C OMPOSICIÓN EN ÁCIDOS GRASOS — CONTENIDO DE EPA Y DHA (C ROMATOGRAFÍA GAS-LÍQUIDO )11.8. D ETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE COLESTEROL — M ÉTODO OFICIAL DELA A.O.A.C.

11A ANALISIS PROXIMAL EN HARINAS DE PESCADO — TRABAJO PRACTICO

11A.1. A NÁLISIS PROXIMAL 11A.2. M UESTREO 11a.2.1 Molienda - Muestreo del producto11a.2.2 Molienda - Mezclado11A.3. P ORCENTAJE DE HUMEDAD 11A.4. P ORCENTAJE DE GRASA 11a.4.1 Método de extracción con acetona11a.4.2 Método de Bligh and Dyer11A.5. P ORCENTAJE DE PROTEÍNA 11A.6. P ORCENTAJE DE CENIZAS 11A.7. D ETERMINACIÓN DE FIBRA CRUDA 11A.8. D ETERMINACIÓN CALCIO (MÉTODO ESPETROFOTOMÉTRICO )11A.9. D ETERMINACIÓN DE FÓSFORO (MÉTODO FOTMÉTRICO) 11A.10. B IBLIOGRAFÍA

12. MICOTOXINAS — ROL E IMPORTANCIA EN NUTRICION ACUICOLAEmilio Castro C. -Francisco Ahumada

12.1. I NTRODUCCIÓN 12.2. P RINCIPALES MICOTOXINAS Y SU CLASIFICACIÓN 12.3. A FLATOXINAS 12.3.1 Clasificación12.3.2 Estructuras de las aflatoxinas12.3.3 Características y propiedades físicas12.3.4 Características químicas y físicas generales12.3.5 Producción de aflatoxinas12.3.6 Efecto tóxicoa) Antecedentes generalesb) Toxicidad en pecesc) Reglamentación y límites permisibles12.4. F USARIUM TOXINAS Y OCRATOXINAS 12.5. A CIDO CICLOPIAZONICO 12.6. O TRAS MICOTOXINAS 12.7. C OMO REDUCIR EL IMPACTO DE LAS MICOTINAS EN NUTRICIÓN ACUÍCOLA 12.7.1 Detección en las materias primas12.7.2 Buenas prácticas de manufacturación en la planta de alimentos12.7.3 Adecuado manejo del alimento en la granja12.8. B IBLIOGRAFÍA

13. PROBLEMAS EN LA CUANTIFICACION DE MICOTOXINAS Y NIVELES DE CONTAMINACION EN MEXICOJuan Carlos Medina B. — Eliezer Castillo

13.1. R ESUMEN 13.2. I NTRODUCCIÓN 13.3. P ROBLEMAS EN EL ANÁLISIS DE MICOTOXINAS EN GRANOS Y ALIMENTOS TERMINADOS 13.3.1 Muestreo13.3.2 Elección del método13.3.3 Estándares de referencia13.3.4 Extracción de micotoxinas13.3.5 Purificación y limpieza de los extractos13.3.6 Detección13.3.7 Cuantificación13.3.8 Confirmación13.4. C ONTAMINACIÓN CON MICOTOXINAS EN INSUMOS Y ALIMENTOS TERMINADOS EN M ÉXICO 13.5. E VALUACIÓN DE ALUMINOSILICATOS IN VITRO 13.6. C ONCLUSIÓN 13.7. B IBLIOGRAFÍA

14. DETERMINACION DE MICOTOXINAS POR MEDIO DE ENSAYOS INMUNOQUIMICOSJuan Carlos Medina B. — Eliezer Castillo

14.1. I NTRODUCCIÓN 14.2. D ESARROLLO DE LOS MÉTODOS INMUNOQUÍMICOS 14.2.1 Radioinmunoensayos (RIA)14.2.2 Inmunoensayos competitivos de enzimas ligadas (ELISA)14.2.3 Ensayos cualitativos rápidos14.2.4 Columnas de inmunoafinidad14.3. E VALUACIÓN DE ENSAYOS INMUNOQUÍMICOS 14.4. C ONCLUSIONES 14.5. B IBLIOGRAFÍA

15. NUTRICION ACUICOLA Y CONTROL DE CALIDAD — UN ENFOQUE INTEGRALJulio Achupallas J.

15.1. I NTRODUCCIÓN 15.2. C ONTROLES DE CALIDAD 15.2.1 Propuesta de controles15.3. C ONTROLES DURANTE EL ALMACENAMIENTO 15.3.1 Factores que inciden en el almacenamiento15.3.2 Indices de deterioro de almacenamiento15.4. C ONTROLES DURANTE EL PROCESO DE FABRICACIÓN 15.4.1 Tamaño de partículas15.4.2 Mezclado15.4.3 Acondicionamiento y aglomeración15.4.4 Tratamientos finales15.5. C ONTROLES DE PRODUCTO TERMINADO 15.5.1 Retroalimentación y constatación15.6. C ONSIDERACIONES ÚTILES PARA LA FORMULACIÓN 15.6.1 Generalidades15.6.2 Composición nutricional de cada ingrediente15.6.3 Restricciones técnicas15.6.4 Estabilidad15.6.5 Atractibilidad-Estabilidad15.7. S UMARIO 15.8. B IBLIOGRAFÍA A NEXO 15.1. - A NALISISDEL TAMAÑO DE PARTICILAS A NEXO 15.2. - I NDICE DE HOMOGENEIDAD DEL MEZCLADO A NEXO 15.3. - I NSPECCIÓN DEL PROCESO DE ENFRIAMIENTO A NEXO 15.4. - R ECORD DE PRODUCTO TERMINADO A NEXO 15.5. - C OMPOSICIÓN Y DISPONIBLIDAD DE AMINOÁCIDOS PARA BAGRE DE CANAL EN INGREDIENTES COMUNES A NEXO 15.6. - C OEFICIENTES DE DIGESTIBILIDAD APARENTE DE AMINOÁCIDOS PARA P ENAEUS V ANNAMEI A NEXO 15.7. - C OEFICIENTES DE DIGESTIBILIDAD APARENTE DE MATERIA SECA Y DE PROTEÍNA PARA P ENAEUS V ANNAMEI A NEXO 15.8. - C OEFICIENTES DE DIGESTIBILIDAD APARENTE DE ALGUNOS INGREDIENTES SELECCIONADOS PARA TRUCHA ARCOIRIS A NEXO 15.9. - P ELLETABILIDAD DE INGREDIENTES COMUNES PARA ALIMENTOS

16. CALIDAD FISICA Y QUIMICA DE LOS ALIMENTOS PARA PECES Y SU IMPORTANCIA EN EL CULTIVO DE PECESMaría Isabel Toledo D.

16.1. R ESUMEN 16.2. I NTRODUCCIÓN 16.3. C OMPORTAMIENTO ALIMENTARIO 16.4. E STÍMULOS EXTERNOS 16.4.1 Estímulos visuales vs características físicas del alimento16.4.2 Estímulos químicos vs características químicas del alimento16.5. E STÍMULOS INTERNOS 16.5.1 Estimulación cerebral16.5.2 Estimulación energética del alimento16.5.3 Estímulos metabólicos y hormonales16.5.4 Estímulo gastrointestinal16.6. C ONCLUSIONES 16.7. B IBLIOGRAFÍA

17. DETERMINACION DE INDICES DE CALIDAD FISICA DE ALIMENTOS PARA PECESMaría Isabel Toledo D.

17.1. D UREZA 17.2. F LOTABILIDAD 17.3. C OHESIVIDAD EN TÉRMINOS DE PORCENTAJE DE FINOS PRODUCIDOS

18. LABORATORIO DE FORMULACION DE DIETAS COMPUTARIZADAS PARA PECES FUNDAMENTOS TEORICOSJulio Salazar V.

18.1. I NTRODUCCIÓN 18.2. P ROGRAMACIÓN LINEAL 18.2.1 Antecedentes generales18.2.2 Planeamiento del problema de P.L.18.2.3 Método Simplexa) Algoritmo Simplexb) Problema dualc) Análisis de sensibilidad18.3. N UTRICIÓN ACUÍCOLA 18.3.1 Necesidades protéicas18.3.2 Necesidades de energía18.3.3 Necesidades de minerales18.3.4 Necesidades de vitaminas18.4. D ISEÑO DE MODELOS DE FORMULACIÓN 18.4.1 Recopilación de información de materias primas18.4.2 Recopilación de información de recomendaciones nutritivas18.4.3 Estructuración del modelo18.4.4 Generación de fórmulas18.4.5 Validación de fórmulas18.5. B IBLIOGRAFÍA

19. LABORATORIO DE FORMULACION DE DIETAS COMPUTARIZADAS PARA PECES - APLICACION PRACTICAJulio Salazar V.

19.1. C ARACTERÍSTICAS GENERALES 19.2. C ARGA DE SFC19.3. C ARACTERÍSTICAS DE LA PLANILLA SFC19.3.1 Comandos de desplazamiento19.3.2 Comandos de edición19.4. C ARACTERÍSTICAS DE LA SOLUCIÓN DE SFC

20. BASES DE DATOS PARA FORMULACION DE DIETASJulio Salazar V.

21. AMINAS BIOGENICAS-NUEVOS INDICADORES QUIMICOS UTILIZADOS COMO CRITERIOS DE CALIDAD EN HARINA DE PESCADOMónica Galleguillos A.

21.1. I NTRODUCCIÓN 21.2. M ECANISMOS DE FORMACIÓN DE LAS AMINAS BIOGÉNICAS 21.3. D EGRADACIÓN AMINOACÍDICA 21.4. P OSIBLES EFECTOS DE LAS AMINAS BIOGÉNICAS 21.4.1 Histamina21.4.2 Putrecina y cadaverina21.4.3 Tiramina21.5. I NDICES DE ESTADO DE FRESCURA DE LA H.P. DE ACUERDO AL NIVEL DE AMINAS BIOGÉNICAS 21.6. D ETERMINACIÓN DE AMINAS BIOGÉNICAS 21.7. B IBLIOGRAFÍA

22. EL METODO BIOTOXICOLOGICO COMO INDICADOR DEL CONTENIDO DE MOLLEROSINA EN HARINAS DE PESCADOMónica Galleguillos A.

22.1. I NTRODUCCIÓN 22.2. L A ENFERMEDAD EN LAS AVES 22.3. L AS EROSIONES DE MOLLEJA Y VÓMITO NEGRO 22.3.1 Etiología22.3.2 Mecanismo de acción22.3.3 Control22.4. M ETODOLOGÍA DE ANÁLISIS 22.5. B IBLIOGRAFÍA

23. FABRICACION Y USO DE PREMEZCLAS VITAMINICAS EN ALIMENTOS PARA PECESJavier Garrido D.

23.1. I NTRODUCCIÓN 23.2. V ENTAJAS PRÁCTICAS DEL USO DE PREMEZCLAS 23.3. F ABRICACIÓN DE LAS PREMEZCLAS VITAMÍNICAS 23.3.1 Ingredientes

a) Vitamina A (Sinónimo: acetato de retinilo)b) Vitamina Dc) Vitamina Ed) Vitamina K (Sinónimo: K3 MSB -Menadione Sodium Bisulfit)e) Tiamina (B1)f) Riboflavina (B2) (Sinónimo: lactoflavina)g) Piridoxina (B6)h) Cianocobalamina (B12)i) Acido fólico (Sinónimos: folacina, ácido pteroilglutámico)j) Biotina (Sinónimo: vitamina H)k) Inositol (Sinónimos: inosita, mioinositol, mesoinositol)l) Niacina (Sinónimos: ácido nicotínico, nicotinamida, niacinamida, factor pp)m) Acido pantoténico (Sinónimo: d-pantotenato de calcio)n) Cloruro de colina (Sinónimo: vitamina B4)o) Acido ascórbico (Sinónimo: vitamina C)23.3.2 Control de calidad23.3.3 Producción23.4. B IBLIOGRAFÍA

24. VITAMINAS C Y COLINA EN NUTRICION DE PECES-FUNDAMENTOS DE SU ROL Y DETERMINACIONEmilio Castro C.

24.1. I NTRODUCCIÓN 24.2. A NTECEDENTES GENERALES 24.3. V ITAMINA C24.3.1 Historia24.3.2 Esencialidad24.3.3 Funciones positivas24.3.4 Requerimientos24.3.5 Síntomas de deficiencia24.3.6 Formas de ácido ascórbico24.3.7 Determinación de vitamina C en alimentos para pecesa) Determinación de ácido ascórbico libreb) Determinación de vitamina C polifosfatada24.4. C OLINA 24.4.1 Historia24.4.2 Funciones positivas24.4.3 Signos de deficiencia24.4.4 Método de determinación de colina24.5. B IBLIOGRAFÍA

25. PIGMENTOS CAROTENOIDES -ROL NUTRICIONAL EN ESPECIES SALMONIDEAS Y FUENTES DE PIGMENTACIONEmilio Castro C. —Gonzalo Mena L.

25.1. I NTRODUCCIÓN 25.2. A NTECEDENTES 25.2.1 Generalidades25.2.2 Metabolismo de los carotenoides

a) Absorciónb) Transportec) Metabolización y excreciónd) Depósito muscular25.2.3 Factores que afectan la pigmentacióna) Generalidadesb) Factores fisiológicosc) Factores dietarios25.2.4 Funciones de los pigmentos carotenoides en salmónidosa) Generalesb) Reproductivasc) Inespecíficas25.2.5 Insumos pigmentantesa) Crustáceosb) Vegetalesc) Pigmentos sintéticos25.3. B IBLIOGRAFÍA

26. METODOLOGIAS UTILIZADAS EN LA DETERMINACION DE LA PIGMENTACION Y PIGMENTOS EN TEJIDOS PELLETSEmilio Castro C. — César Sepúlveda S.

26.1. I NTRODUCCIÓN 26.2. L OS PIGMENTOS Y LA PIGMENTACIÓN DE SALMÓNIDOS 26.2.1 Propiedades químicas26.2.2 Isomeriaa) Geométricab) Optica26.3. A NÁLISIS Y EVALUACIÓN DE LOS PIGMENTOS Y PIGMENTACIÓN DE LOS SALMÓNIDOS 26.3.1 Tabla de colores26.3.2 Colorimetría por reflactancia26.3.3 Análisis por cromatografía de alta resolucióna) Preparación de estándares y curva de calibraciónb) Preparación de las muestras26.4. C ONSIDERACIONES FINALES 26.5. B IBLIOGRAFÍA

27. PROBLEMAS EN LA CUANTIFICACION DE VITAMINAS LIPOSOLUBLES EN PREMEZCLAS Y ALIMENTOS TERMINADOS

27.1. I NTRODUCCIÓN 27.2. M UESTREO 27.3. E STÁNDARES DE REFERENCIA 27.4. H IDRÓLISIS ALCALINA Y EXTRACCIÓN 27.5. M ÉTODOS CROMATOGRÁFICOS 27.6. V ARIACIÓN ANALÍTICA 27.7. C ONCLUSIONES 27.8. B IBLIOGRAFÍA

28. PROBLEMAS EN LA CUANTIFICACION DE RESIDUOS DE ANTIBIOTICOS EN TEJIDOS DE PECESJuan Carlos Medina B

28.1. I NTRODUCCIÓN 28.2. I MPORTANCIA EN EL CONTROL DE RESIDUOS DE ANTIBIOTICOS EN TEJIDOS DE PECES 28.2.1 Nitrofuranos28.2.2 Quinolonas28.2.3 Oxitetraciclina28.3. P REPARACIÓN DE MUESTRAS 28.3.1 Camarones28.3.2 Salmones y catfish28.4. P REPARACIÓN DE SOLUCIONES DE REFERENCIA 28.4.1 Oxitetraciclina28.4.2 Nitrofurazona y furazolidona28.4.3 Acido oxolínico, nalidíxido, piromídico, flumequina28.5. E XTRACCIÓN DE ANTIBIÓTICOS EN TEJIDOS 28.5.1 Extracción de residuos de oxitetraciclina en músculo de salmón28.5.2 Extracción de nitrofuranos en camarón28.5.3 Extracción de quinolonas en tejidos de catfish28.6. D ETECCIÓN 28.7. L ÍMITES DE DETECCIÓN 28.8. C ONCLUSIÓN 28.9. B IBLIOGRAFÍA

29. ANTECEDENTES SOBRE PATOLOGIAS DE SALMONIDOS EN CHILEPatricio Bustos S.

INDICE DE LAS TABLAS

Tabla 1.1. Requerimientos de aminoácidos esenciales para salmones

Tabla 1.2. Materia seca y grasa en los alimentos y el cuerpo del salmón

Tabla 1.3. Niveles de suplementación vitamínica recomendados

Tabla 1.4. Dosis práctica de agregación en ingrediente activo por kilo de alimento seco corriente

Tabla 1.5. Síntomas de deficiencias vitamínicas en salmones

Tabla 1.6. Niveles de minerales requeridos para el crecimiento

Tabla 1.7. Patologías nutricionales inducidas por deficiencias, desbalances o toxicidad de componentes del alimento

Tabla 3.1. Características de transiciones electrónicas entre orbitales

Tabla 3.2. Características de absorción de algunos cromóforos comunes

Tabla 3.3. Efecto de los ligantes sobre los máximos de absorción asociados con transiciones d-d

Tabla 4.1. Temperatura máxima de distintas llamas

Tabla 5.1. Soportes en Chromosorb más utilizados

Tabla 5.2. Mezcla de 10 solutos utilizada por McReynolds

Tabla 6.1. Contenido de aminoácidos en algunas materias primas de uso acuícola

Tabla 6.2. Aminoácidos esenciales para salmónidos (requerimiento dietario)

Tabla 6.3. Aminoácidos esenciales para peces no salmónidos (requerimiento como porcentaje de proteína dietaria)

Tabla 7.1. Harinas de pescado - Especificaciones de calidad

Tabla 7.2. Ring test para la determinación de la digestibilidad in vitro

Tabla 8.1. Composición del alimento semi-purificado

Tabla 8.2. Requerimientos de los alimentos para salmonidos en Dinamarca

Tabla 8.3. Digestibilidad de alimentos experimentales no contaminantes

Tabla 10.1. Composición en ácidos grasos de los aceites vegetales comercializados en Chile

Tabla 10.2. Valores habituales de acidez libre de las materias grasas

Tabla 10.3. Valores habituales de rancidez oxidativa

Tabla 10.4. Composición en ácidos grasos de algunas materias de origen animal y vegetal

Tabla 10.5. Inclusión estimada de aceite de pescado en dietas de peces

Tabla 10.6. Evolución de la formación de ácidos grasos libres, FFA e hidroperóxidos I.P. en el aceite contenido en dietas almacenadas hasta seis meses a diferentes temperaturas sin y con adición de antioxidantes BHT

Tabla 10.7. Composición en ácidos grasos de aceites de pescado usados en alimentacion de peces

Tabla 10.8. Resumen del análisis proximal y aporte calorico de truchas y sus respectivas dietas

Tabla 10.9. Principales ácidos grasos en materia grasa extraída de truchas y sus respectivas dietas

Tabla 10.10. Efecto del nivel de materia grasa dietaria en la composición corporal de la trucha vs el porcentaje de grasa de la dieta

Tabla 10.11. Contenido graso, distribución de ácidos grasos en la materia grasa de salmón y truchas cultivadas en Chile; aporte de EPA y DHA por 100g de filete fresco

Tabla 10.12. Composición de harinas de pescado de diferentes procedencias

Tabla 11.1. Métodos de determinación de la humedad en materias grasas y aceites

Tabla 11.2. Determinación de la muestra en relación a la cantidad de ácidos grasos libres en la materia grasa

Tabla 12.1. Algunos de los principales metabolitos tóxicos producidos por hongos contaminantes de los alimentos

Tabla 12.2. Efecto dietario carcinogénico de las aflatoxinas a las truchas arco iris

Tabla 12.3. Límite máximo permisible en distintos países del mundo para aflatoxina B1 y aflatoxinas totales

Tabla 12.4. Límites máximos de contaminación por aflatoxinas en alimentos e ingredientes de uso animal

Tabla 13.1. Concentración de aflatoxinas en ppb en muestras individuales

Tabla 13.2. Ensayo de recuperación de aflatoxina B1 (contaminación natural)

Tabla 13.3. Efecto del tiempo y del sistema de extracción para aflatoxina B1 (contaminación natural) extractante metanol-agua 80

Tabla 13.4. Anticuerpos contra micotoxinas

Tabla 13.5. Comparación de resultados de seis sistemas cualitativos contra la columna de Holaday-Velazco

Tabla 13.6. Relación de resultados falsos de aflatoxinas

Tabla 13.7. Evaluación de un sistema ELISA para detección de aflatoxinas en muestras de sorgo

Tabla 13.8. Ensayos de exactitud (porcentaje de recuperación de aflatoxinas y zearalenona)

Tabla 13.9. Estudio de precisión de métodos analíticos para cuantificación de aflactoxina B1

Tabla 13.10. Comparación de inmunoensayos contra HPLC

Tabla 13.11. Evaluación de un sistema ELISA

Tabla 13.12. Contaminación con micotoxinas en alimentos terminados

Tabla 13.13. Contaminación con micotoxinas en maíz

Tabla 13.14. Contaminación con aflatoxinas en maíz, en los Estados Unidos

Tabla 13.15. Contaminación con micotoxinas en gluten de maíz

Tabla 13.16. Contaminación con micotoxinas en sorgo

Tabla 13.17. Contaminación con micotoxinas en pasta de soya

Tabla 13.18. Evaluación de aluminosilicatos — Ensayo realizado in vitro

Tabla 14.1. Anticuerpos contra micotoxinas

Tabla 14.2. Sensibilidad de los sistemas ELISA para ensayos de micotoxinas

Tabla 14.3. Comparación de resultados entre un sistema ELISA y la cromatografía de capa fina (aflatoxinas)

Tabla 14.4. Comparación de resultados entre un sistema ELISA, una columna de inmunoafinidad y capa fina (aflatoxinas)

Tabla 14.5. Comparación de resultados entre los inmunoensayos y la columna de Holaday Velazco para la determinación de aflatoxinas

Tabla 14.6. Comparación de resultados de aflatoxina B1 — Sistema ELISA vs HPLC

Tabla 14.7. Comparación de inmunoensayos contra HPLC — Valores promedio — Intervalo

Tabla 14.8. Comparación de resultados inmunoensayos contra HPLC

Tabla 20.1. Composición química de alimentos zootécnicos ecuatorianos

Tabla 20.2. Análisis químico proximal de alimentos para langostinos (pre-cría, crecimiento y engorda)

Tabla 20.3. Requerimientos de aminoácidos para salmones y truchas

Tabla 20.4. Composición de alimentos para uso en acuicultura

Tabla 20.5. Composición de dieta para alimentación inicial de salmones

Tabla 20.6. Composición de dieta para crecimiento y reproductores (salmones)

Tabla 20.7. Recomendaciones nutricionales para alimentación inicial de salmones

Tabla 20.8. Composición de alimento de truchas

Tabla 21.1. Aminoácidos y aminas biogénicas

Tabla 24.1. Requerimientos vitamínicos recomendados/requeridos para máxima ganacia de peso para diferentes especies

Tabla 24.2. Requerimiento de ácido ascórbico por salmonídos

Tabla 24.3. Signos de deficiencia de vitamina C en salmónidos

Tabla 24.4. Formas de ácido ascórbico utilizadas en alimentos acuícolas

Tabla 27.1. Vitamina A - Peso de la muestra y concentración esperada

Tabla 27.2. Variación de resultados - Vitamina D3 en alimentos y premezclas

Tabla 29.1. Costos y su incidencia

Tabla 29.2. Agentes patógenos bacterianos causantes de mortalidad

Tabla 29.3. Enfermedades parasitarias descritas en Chile

Tabla 29.4. Enfermedades detectadas en salmónidos en Chile - huésped, ubicación geográfica y terapias más comunes

INDICE DE LAS FIGURAS

Figura 3.1. Transiciones electrónicas entre orbitales σ, π y η

Figura 3.2. Haz de radiación electromagnética

Figura 3.3. Prioridades espectrales, aplicaciones e interacciones de la radiación electromagnética

Figura 3.4. Espectros de absorción molecular característicos

Figura 3.5. Fenómeno de absorción

Figura 3.6. Diagrama de bloques de diferentes tipos de instrumentos de medición de la absorción molecular

Figura 3.7. Componentes y materiales de los instrumentos espectroscópicos

Figura 3.8. Sistema con arreglo de diodo mono haz

Figura 3.9. Sistema convencional doble haz

Figura 3.10. Espectros de absorción mezcla componentes

Figura 4.1. Diagrama del proceso de atomización en una llama

Figura 8.1. Relación entre el Coeficiente de Digestibilidad Aparente (CDA) y el Coeficiente de Digestibilidad Real (CDR) en función de la ingesta de alimento

Figura 15.1. Formulación y fabricación de alimentos - Etapas y factores

Figura 15.2. Temperatura y humedad relativa a las cuales crecen los hongos más importantes en alimentos

Figura 21.1. Formación de las aminas biogénicas

Figura 26.1. Estructura de algunos carotenoides

PERSONAL DEL PROYECTO AQUILA II

Claudio Gregorio Director del ProyectoEnrico Varsi Experto de acuiculturaJuan Carlos de Wit Oficial Profesional Asociado

SEDE DEL PROYECTO

FAO/AQUILA II - GCP/RLA/102/ITAc/o Dirección General de Acuacultura de SEPESCA

Privada de Trini no10Colonia San Jerónimo Lídice10200 México D.F.Tel.: (+52 5) 681–7866

(+52 5) 683–7022 ext. 102

Fax.: (+52 5) 681–7866 (+52 5) 520–5755Tlx.: 1772151 FAOMME

PUBLICACIONES DEL PROYECTO

DOCUMENTOS DE CAMPO:

No1 (19) Manejo y explotación acuícola de embalses de agua dulce en América Latina

No2 (17)Evaluación y aprovechamiento de la Cachama (Colossoma macropomum) cultivada, como fuente de alimentos

No3 (23)Estudio socioeconómico del cultivo del camarón practicado por Sociedades Cooperativas en México

No4 (13, 14 & 15)

Nutrición y alimentación de peces y camarones cultivados — Manual de capacitación:

Parte 1. Nutrientes esenciales Parte 2. Recursos de nutrientes y su composición Parte 3. Métodos de alimentaciónNo5 (28) Avances en el cultivo de peces del género ColossomaNo6 Informe sobre el estado del acuicultura en el Caribe (en in glés)No7 Manual de técnicas para laboratorio de nutrición de peces y crustáceos

No8Avances en el manejo y aprovechamiento acuícola de embalses en América Latina y el Caribe

No9 La nutrición y alimentación en la acuicultura de América Latina y el Caribe.

No10Manejo y aprovechamiento acuícola de lagunas costeras en América Latina y el Caribe

No11Diagnóstico sobre el estado de la acuicultura en América Latina y el Caribe — Síntesis Regional

No12La enseñanza de la acuicultura profesional en América Latina y el Caribe con énfasis en la licenciatura

No13Situación actual del cultivo de algas agarofitas en América Latina y el Caribe en América Latina y el Caribe

No14 Diagnóstico y control de enfermedades bacterianas en camarones de cultivo

No15Parásitos de peces cultivados en aguas interiores - Claves para su diagnóstico diferencial

Memorias del III Curso Básico Regional de Capacitación en Planificación y Gerencia en Acuicultura (Caracas, 5/10–20/11/1992)

INFORMES SOBRE LAS ACTIVIDADES DEL PROYECTO:

I Marzo - agosto de 1992

II Septiembre '92 - febrero'93

III Marzo - agosto de 1993

IV Septiembre'93 - marzo'94

Nota

El número indicado entre paréntesis se refiere a la numeración progresiva de los Documentos de Campo publicados por AQUILA I. En efecto, estos trabajos, aunque re visados y editados por AQUILA II, fueron elaborados en los últimos meses de la fase precedente, y no fue posible publicarlos en ese período a causa de la improvisa interrupción de las actividades.

RESUMEN

El I Curso Regional Teórico Demostrativo de Capacitación en Control de Calidad de Insumos y Dietas Acuícolas fue organizado por el proyecto FAO AQUILA II y ejecutado por Fundación Chile en Santiago de Chile, del 20 de septiembre al 7 de octubre de 1993.

El programa desarrollado en este evento fué impartido a un grupo de 10 becarios latinoamericanos previamente seleccionados de acuerdo a su formación profesional, experiencia laboral y efecto multiplicador, que realizarán en sus propios países de las enseñanzas post-curso.

El presente documento reúne la totalidad de las clases impartidas por el grupo de profesionales encargados de preparar y dictar el curso.

INTRODUCCION

El control de calidad de los insumos y dietas acuícolas constituye uno de los principales factores de éxito en la explotación comercial de especies acuícolas.

El programa de capacitación técnico-demostrativo desarrollado en este curso tuvo el propósito de actualizar los conocimientos sobre las técnicas analíticas y bioensayos más utilizados en el control de calidad de los insumos y dietas acuícolas en Latinoamérica y de motivar a los seleccionados becarios de tal forma que diseminaran los conocimientos adquiridos en sus propios países.

La verdad es que este curso constituyó todo un desafío ya que nunca antes se había realizado una actividad similar, al menos en Latinoamérica.

Los resultados tan exitosos alcanzados en este curso quedaron avalados por la evaluación realizada por todos los participantes y la propia FAO, a través del Proyecto AQUILA II.

Quisiera finalizar agradeciendo muy sinceramente a FAO-Proyecto AQUILA II, por la iniciativa y por el financiamiento aportado para llevar a cabo este evento, y muy profundamente la motivación, entrega y comunicación de conocimientos que hicieron cada uno de los profesionales que prepararon las clases teóricas y las demostraciones prácticas: Juan José Romero, Lilia Masson, Sergio Valladares, Blago Razmilic, Laura Avila, Juan Antonio Manríquez, Marcela Zamorano, Macarena Izaurieta, Francisco Ahumada, Juan Carlos Medina, Eliezer Castillo, Julio Achupallas, María Isabel Toledo, Julio Salazar, Mónica Galleguillos, Javier Garrido, Gonzalo Mena, César Sepúlveda, Patricio Bustos y Luz María Escudero.

El Director del Curso

Emilio Castro Campos M. Sc.Jefe de Proyectos Nutrición Acuícola

Recursos Marinos — Fundación Chile.

1. NUTRIENTES ESENCIALES EN ALIMENTACION ACUICOLA

Por:Juan José Romero T.

Fundación Chile

Debido al demostrado mejoramiento de la salud y calidad de vida lograda al incorporar pescados a la alimentación humana, se ha desatado un brusco aumento en la demanda por estos que sólo podrá satisfacerse produciéndolos mediante cultivos marinos ya que la pesca extractiva ha llegado a su tope biológico. Al igual que en otras formas de producción animal intensiva, la alimentación constituye el más importante de los costos; la mayor complejidad de los alimentos requeridos en acuicultura hace que este rubro normalmente exceda del 70% de los gastos totales, justificando por tanto esforzarse por entender los principios de la alimentación de peces, ciencia de reciente y rápido desarrollo.

Del conocimiento acumulado referente a la alimentación de peces de agua fría, la mayor parte corresponde a salmones. Estas notas se refieren principalmente a dicha especie, haciéndose mención especial cuando se trata de otros peces.

Los salmones requieren los siguientes nutrientes:

1. Proteína, o mejor dicho, 10 aminoácidos esenciales.2. Energía, que puede provenir de proteína, grasa o carbohidratos.3. Lípidos, en la forma de ácidos grasos ω3.4. Vitaminas, 14 se consideran esenciales.5. Minerales, bajo ciertas condiciones de alimentación, hay 10 cuya

suplementación ha sido esporádicamente demostrada como conveniente.6. Pigmentos carotenoides.

Puede apreciarse que están excluidos los carbohidratos como nutrientes esenciales, ya que en peces carnívoros como son los salmones, no se ha podido demostrar que sean requeridos.

1.1. PROTEÍNA

La Tabla 1.1. indica los requerimientos de los 10 aminoácidos que se consideran esenciales para salmones. Hay también otros diez, que no se consideran esenciales por cuanto los peces los sintetizan a velocidad suficiente y son, como se verá más adelante, una conveniente forma de obtener energía metabólica, que cuesta suplir a los peces mediante otros nutrientes.

Tabla 1.1. Requerimientos de aminoácidos esenciales para salmones

AMINOÁCIDO% EN LA

DIETA% PROTEÍNA

DIETA

Arginina 2.4 6.0

Histidina 0.7 1.8

Isoleucina 0.9 2.2

Leucina 1.6 3.9

Lisina 2.0 5.0

Metionina (1) 1.6 4.0

Fenilalanina (2) 2.1 6.0

Treonina 0.9 2.2

Triptofano 0.2 0.5

Valina 1.3 3.2

(1) sin cisteína (2) sin tirosina

En condiciones praácticas, con los ingredientes usualmente disponibles, el aminoácido cuyo requerimiento resulta más difícil de satisfacer es la arginina. Esta situación, que no es frecuente al balancear raciones de otras especies se debe probablemente a que por el hecho de que los peces excretan directamente como amoníaco el nitrógeno excedentario (90% del nitrógeno excretado por los teleosteos es NH3), no opera activamente el denominado ciclo de la urea, que en mamíferos genera abundante arginina.

Una característica de las necesidades de proteína de los animales acuáticos que llama la atención es su alto requerimiento. Efectivamente, en agricultura animal los niveles más altos llegan a 20–22% como en el caso de broilers, en sus primeras etapas de crianza; en cambio, en salmones van de 45–52% y en juveniles de turbot llegan a 70%. Con dichos niveles — empleando los ingredientes normalmente disponibles — se satisfacen los requerimientos de los aminoácidos más limitantes. Igualmente sorprendente resulta que los abalones, que son pastoreadores de algas con muy bajo tenor de proteína por su alto contenido de humedad, demuestren mejores crecimientos con dietas de 39% de proteína. La explicación parece radicar en que los animales acuícolas — por lo antes dicho — al no necesitar gastar energía en desintoxicar los productos excretorios del metabolismo de las proteínas, evolutivamente se han adaptado mejor a dietas de alto contenido en esta. Los terrícolas debemos conjugar moléculas más complejas y no tóxicas como la urea o ácido úrico (aves y reptiles), para deshacernos del nitrógeno excedentario, lo que es costoso en términos de energía bioquímica.

En peces juveniles, en crecimiento activo, los requerimientos de proteína son más altos que en aquellos en etapas más avanzadas de crecimiento, por lo cual, los alimentos de los primeros contienen normalmente porcentajes mayores de proteína.

1.2. ENERGÍA

Para formular raciones, al igual que en otras especies de producción intensiva, la energía y la proteína o mejor dicho los aminoácidos, son las dos variables más importantes a balncear y la energía es con frecuencia el más costoso de suministar. La energía, esencial para mantener una serie de reacciones vitales, es un atributo extremadamente importante contendia en los enlaces químicos de los alimentos.

Al criarlos intensivamente en cautiverio, se logra que los peces tengan una rapidísima tasa de crecimiento; así por ejemplo un salmón aumenta 2,500 veces su peso, en el

período en que se le engorda, desde alevín de saco hasta su beneficio. Ello equivale a un novillo que debería pesar 112 toneladas al término de su comparable período de engorda. Este irrefrenable impulso de crecimiento de los peces los hace muy propicios para emplear en su producción dietas de la más alta densidad energética obtenible ya que no se “enceban” (no depositan grasa en exceso), sino la aprovechan en su más rápido crecimiento. De otra parte, el precio del producto obtenido es alto y justifica emplear estrategias de alimentación que busquen máxima productividad más que mínimo costo.

Como se señaló antes, la energía pueden proveerla las proteínas, grasas o carbohidratos.

El cuadro que sigue indica que hacen un muy distinto aporte.

Energía metabólica (Mcal/kg)

Carbohidratos 1.6Proteína 3.9Grasa 8.0

Los almidones o hidratos de carbono, que como se ve, son muy mal aprovechados, pueden incluso tener efectos perjudiciales, lo que ha hecho denominar a los salmones como “diabéticos marginales”. Efectivamente, se ha observado que el empleo de almidones en alimentos de salmones produce acumulaciones patológicas en el hígado de glucógeno, polímero de glucosa que se almacena en hígado y músculo y sirve como metabolito de reserva.

En la fabricación de alimentos comerciales, conviene emplear carbohidratos porque son habitualmente más baratos y ello permite rebajar el costo por kilo. El problema antes mencionado se evade incorporando almidones poco aprovechables como el afrechillo de trigo, que por estar infiltrado de fibra cruda, tiene baja digestibilidad. Naturalmente que la solución es un engaño, porque se está incorporando un ingrediente de relleno, que es mayormente excretado, perjudicando la eficiencia de conversión de alimento y aumentando los problemas de contaminación. Desgraciadamente, para el piscicultor esta diferencia en calidad es difícilmente perceptible ya que por la dificultad de regular el suministro, al real consumo de los peces, normalmente se malgasta mucho alimento quedando confundida la mejor eficiencia.

Otra característica interesante de la nutrición energética de los peces, es su condición de poikilotermios, es decir, no gastar energía en mantener la temperatura del cuerpo. Los que llegan al máximo como eficiencia son los peces bentónicos como turbots o lenguados, que además no gastan energía en moverse, sino cuando de comer se trata. Naturalmente que esto los hace mucho más eficientes como convertidores que otras especies de cultivo industrial, que gastan 20% o más del alimento que consumen con fines homeostáticos. Es por eso que los Productores de pollos parrilleros se sienten muy ufanos al lograr eficiencias de conversión de 2.2 kg de alimento por kilo de aumento de peso, mientras los acuicultores en salmónidos hablan con toda naturalidad de relaciones de promedios 1.6–1.8.

La aparente paradoja termodinámica de lo último se explica por la diferencia en el contenido de humedad y de grasa entre los alimentos y el cuerpo de los peces.

Tabla 1.2. Materia seca y grasa en los alimentos y el cuerpo del salmón

MATERIA SECA GRASA

Alimento 85–90% 15–30%

Cuerpo salmón 20–40% 5–10%

El mayor contenido de materia seca y de grasa del alimento lo hacen nutricionalmente mucho más concentrado que el cuerpo del pez y por tanto se requiere menos peso de alimento que lo que el pez aumenta de masa.

1.3. LÍPIDOS

Debido a la temperatura del agua, en alimentación acuícola, los lípidos empleados son aceites, por su temperatura de fusión.

No sólo aportan nutrientes esenciales o sea moléculas que no se pueden sintetizar o lo son a velocidad insuficiente en el cuerpo del pez, sino son también son una fuente muy concentrada de energía comparativamente la más barata. Ello hace que los fabricantes de piensos se esfuercen por hacer una máxima agregación de estos a sus alimentos.

La limitante está dada por el tipo de procesamiento que se sigue para elaborarlos; para conseguir la ingestión de una ración balanceada-completa y para evitar ensuciar el agua, lo que es causa de enfermedades, conviene que los piensos para acuicultura sean aglomerados. Hay básicamente dos procedimientos para hacer comprimidos: la peletización y la extrusión. Las mezclas que se aglomeran mediante presión, no pueden contener demasiado aceite porque resultan demasiado lubricadas y pasarán por los dispositivos sin resultar suficientemente compactadas. Es por ello que normalmente en la fabricación de alimentos acuícolas, se pulveriza externamente los aglomerados ya formados.

La consistencia física del alimento extruído permite agregar más aceite mediante pulverización que la del producto peletizado, lográndose dietas con 30% de aceite versus el 20% que se logra, como máximo, en los alimentos pelletizados. Tecnologías modernas permiten agregar aceite en caliente.

Los mamíferos tenemos requerimiento de los llamados ácidos grasos esenciales, porque no somos capaces de desaturar ciertos enlaces en posiciones estratégicas de ácidos grasos de 18 carbones.

Los lípidos de los peces contienen ácidos grasos de cadenas más largas, con 20–22 carbones y tampoco tienen la maquinaria enzimática para introducir dobles ligaduras entre los carbones 3, contados desde el extremo omega (COOH); pasan a ser esenciales para ellos el eicosapentaenoico o EPA (20:5) y el docosahexaenoico o DHA (22:6). En la alimentación silvestre, los peces consiguen suficiente suministro de estos ácidos grasos de la ingestión de fitoplancton, en donde configuran más del 50% de sus lípidos.

Actualmente, se están logrando avances notables en la larvicultura de especies marinas de cultivo mediante la manipulación de tales PUFA's, o n-3(HUFA's). Se logra mejorar la supervivencia de ciertas etapas juveniles, que hasta hace poco no superaba

un 5%, y que era un gran freno para el desarrollo del cultivo industrial de algunas especies marinas. Aparentemente, los cambios metamórficos causan demandas explosivas de estos ácidos grasos que tienen estructuras moleculares únicas para formar membranas biológicas. Los larvicultores están buscando altas relaciones en las concentraciones de DHA/EPA, incluso hablando del ácido “malo”, refiriéndose al EPA y del “bueno”, refiriéndose al DHA.

Los humanos tampoco podemos sintetizar ácidos grasos ω3, y obtenemos grandes ventajas con su ingestión ya que se reduce la incidencia de enfermedades cardiovasculares (infartos, arritmias, arteriosclerosis, trombosis) y se previene enfermedades inflamatorias como la artritis.

Afortunadamente, las harinas de pescado, empleadas liberalmente en Chile para la fabricación de alimentos para acuicultura, son muy ricas en ácidos grasos esenciales.

Es necesario tomar precaución extrema respecto de la calidad de los aceites de empleados en la fabricación de alimentos para peces ya que estos son muy sensibles a intoxicaciones causadas por lípidos oxidados y/o a minúsculas contenidos de residuos de solventes empleados en su extracción. De otra parte, los aceites de pescado sufren per-oxidaciones autoaceleradas que los deteriora irreversiblemente, situación difícil de pesquisar mediante análisis químico, a menos que se conozca la evolución en el tiempo de los indicadores del proceso de enranciamiento.

La siguiente múltiple y variable sintomatología ha sido descrita en salmónidos, atribuible a la ingestión de lípidos oxidados:

crecimiento retardado, pobre conversión de alimentos y mortalidad aumentada, oscurecimiento de la piel y escamas, letargia, fragilidad de eritrocitos, anemia microcítica, bajo hematocrito y reducido contenido de hemoglobina, hígado graso (amarillento, con acumulación ceroide) y daño muscular.

1.4. VITAMINAS

En peces, las funciones primarias de las vitaminas son similares a las cumplidas en otros animales. En su mayoría, las vitaminas del complejo B son requeridas para metabolizar carbohidratos, proteínas y grasas y las liposolubles (A,D,E y K) aportan configuraciones únicas a precursores de moléculas irremplazables en química biológica. El ácido ascórbico o vitamina C es esencial sólo para humanos, primates, cobayos y peces. El inositol y la colina son componentes estructurales de ciertos tejido especializados.

La Tabla 1.3. contiene una recopilación personal del rango de los niveles de suplementación recomendados por diversos autores. En muchos de los casos, el requerimiento no ha sido objetivamente determinado y son más bien derivaciones de las exigencias determinadas en otras especies. Además, en todos los casos, ignora el aporte de vitaminas que hacen los macro-ingredientes del alimento.

Tabla 1.3. Niveles de suplementación vitamínica recomendados

Ingrediente mg/kg dieta seca

Salmón Trucha Carpa

Tiamina 10–15 10–12 2–3

Riboflavina 5–25 20–30 7–10

Piridoxina 10–20 10–15 5–10

Pantotenato 40–50 40–50 30–40

Niacina 150–200 120–150 30–50

Ácido fólico 6–10 6–10

B12 0.015–0.020

Mio-inositol 300–400 300–400 200–300

Colina 600–800 500–600

Biotina 1–1.5 1–1.5 1–1.5

Vit. C 100–150 100–150 30–50

Vit. A (U.I.) 2,200–2,500 1,000–2,000

Vit. E (*) 40–50 80–100

Vit. D 1,000

(*) Requerimiento dependiente de la cantidad y tipo de la grasa insaturada contenida en el alimento.

En la Tabla 1.4., se señala una dosis práctica de agregación en ingrediente activo por kilo de alimento seco corriente, bajo condiciones normales.

Tabla 1.4. Dosis práctica de agregación en ingrediente activo por kg de alimento seco corriente

Ingrediente Contenido activo por kg de alimento

Tiamina 10 mg

Riboflavina 4 mg

Vit. B6 3 mg

Ácido pantoténico 20 mg

Niacin 150 mg

Ácido fólico 1 mg

Vitamina B12 0.01 mg

Colina 1,000 mg

Biotina 0.15 mg

Vitamina C 220 mg

Vitamina A 5,000 U.I.

Vitamina E 50 mg

Vitamina D3 2,400 U.I.

Vitamina K 10 mg

Debe tenerse presente que varias de las formulaciones comerciales de vitaminas no tienen una concentración 100% activa; así por ejemplo, los suplementos de biotina sólo tiene 1% activo.

Además, la potencia vitamínica sufre deterioro durante el procesamiento (calentamiento causado por la extrusión o peletizaje), por el contacto con ingredientes de la dieta (minerales, tiaminasas de los tejidos de peces), almacenaje (oxidación) y solubilización en el agua. La vitamina C es muy sensible al calor, estimándose que por el producido en el procesamiento, sólo se conserva un 60–70% de su tenor original. Hay formas de ácido ascórbico que son más resistentes a dicho deterioro, como son aquellas recubiertas en silicona o los polifosfatos.

El altísimo requerimiento de vitaminas E y C es una situación muy peculiar de la nutrición vitamínica de los peces. Para vitamina E se recomienda en salmones 30 mg/kg dieta, lo que es 10 veces mayor que lo que se emplea en otras especies. Ello se entiende por la acción como antioxidante biológico de la vitamina, doblemente importante por el alto nivel de lípidos que constituyen su dieta y para evitar la saturación de las dobles ligaduras de los ácidos grasos críticos antes mencionados.

En vitamina C, también se usa megadosis, lo que es aparentemente un absurdo debido a su extrema solubilidad, lo que hace que toda cantidad excedentaria se pierda de inmediato. Lo interesante es que en este caso, lo que se busca de la vitamina es su acción anti-stress, situación a que se son muy expuestos los salmones por haber sido sólo recientemente sometidos a cautiverio. Para enfrentar ese riesgo, conviene mantener literalmente pasando por el cuerpo de los salmones un torrente de vitamina C, para tener el organismo activado cuando sobrevenga una emergencia.

La Tabla 1.5. indica los síntomas causados en peces, por deficiencias vitamínicas.

Tabla 1.5. Síntomas de deficiencias vitamínicas en salmones

Depresión crecimiento Otros síntomas

Vitamina A Si Ojos protuberantes

Vitamina D3 Si Huesos frágiles

Vitamina E Si Anemia, retención de liquido, muerte

Vitamina K No Anemia, coagulación retardada

Tiamina Si Hiper-irritabilidad, convulsiones

Riboflavina Si Cataratas

Ácido pantoténico Si Agallas deformes

Niacina Si Lesiones a la piel

Biotina Si -

Piridoxina Si Convulsiones, nadar errático

Vit. B12 Si Anemia

Ácido fólico Si Células sanguíneas alteradas

Ácido ascórbico Lordosis, escoliosis, hemorragias, anemia

Mio-inositol Si

1.5. MINERALS

Los peces consiguen directamente del agua los minerales que requieren para su crecimiento. Sin embargo, los niveles indicados en la Tabla 1.6., han sido demostrados como convenientes por diversos autores.

Tabla 1.6. Niveles de minerales requeridos para el crecimiento

Elemento mg/kg dieta Especie

Calcio 2,700 Congrio japonés

Magnesio400–500400500–700

CarpaCongrio japonésTrucha arco iris

Fósforo

6,000–7,0004,500–8,0006,0006,8007,000–8,0002,900

CarpaBagreSalmón atlánticoRed sea breamTrucha arco irisCongrio japonés

Hierro150170

Red sea breamCongrio japonés

Zinc 15–30 Carpa, trucha

Cobre 3 Carpa, trucha

Manganeso 12–13 Carpa, trucha

Selenio 0.07–0.38 Trucha arco iris

Iodo 0.6–1.1 Salmón chinook

Una situación de desbalance mineral que se produce también, en cerdos. Los cerdos sufren de paraqueratosis, un síndrome asociado a deficiencia de zinc, que se produce frecuentemente en la práctica al emplearse alimentos muy altos en su contenido de calcio, como es el heno de alfalfa. Ambos minerales comparten un mismo sistema de absorción y se produce una competencia excluyente. En salmones se produce un cuadro de desprendimiento de retina que se cura con suplementación de zinc; ello es probablemente porque al darles dietas con abundancia de harina de pescado, les estamos dando demasiado calcio.

La Tabla 1.7. result útil para diagnosticar patologias nutricionales inducidas por deficiencias, desbalances o toxicidad de componentes del alimento, que naturalmente van acompañadas también de tasas de crecimiento y conversión reducidas y de aumentos en la mortalidad.

Tabla 1.7. Patologías nutricionales inducidas por deficiencias, desbalances o toxicidad de componentes del alimento

CONDICIÓN PATOLÓGICA

DEFICIENCIA TOXICIDAD

Escoliosis/Iordosis Triptofano, magnesio, fósforo, vit. CPlomo, cadmio, vit. A, aceite oxidado de pescado

CataratasMetionina, triptofano, zinc, magnesio, co- bre, selenio, manganeso, vit. A, riboflavina

Colina, aceite oxidado de pescado

Erosión de aletasLisina, triptofano, zinc, riboflavina, inositol, niacina, vit. C

Plomo, vit. A

Hígado graso Colina, inositol, ácidos grasos esenciales Aceite oxidado de pescado

ExoftalmiaÁcido pantoténico, niacina, ácido fólico, vitaminas A y E

Aceite oxidado de pescado

Hemorragia pielRiboflavina, ácido pantoténico, niacina, tiamina, inositol, vitaminas A, C y K

Aceite oxidado de pescado

1.6. PIGMENTOS

De los aproximadamente 300 tipos de pigmentos carotenoides que existen en la naturaleza, los salmones sólo pueden aprovechar la astaxantina y la cantaxantina que sólo difieren de los demás en el emplazamiento de grupos hidroxilos en los anillos benzénicos. La astaxantina y la cantaxantina son los que le confieren al salmón su color sui generis, bajo condiciones de cultivo que es lo que le da su valor exclusivo. El salmón bravío obtiene fundamentalmente astaxantina de crustáceos que ingiere o cuyos carotenoides han sido incorporados por componentes anteriores de la cadena trófica. En el salmón criado en cautiverio, estos deben ser incorporados al alimento ya que de otro modo se obtiene una carne blanquecina.

Hasta hace muy poco se creía que los pigmentos en salmones sólo tenían dicho interés cosmético, para obtener la coloración típica. Incluso, la observación empírica de que los huevos de mejor coloración rojiza tienen mejor incubabilidad se atribuía a que los depredadores por tener visión defectuosa en esa longitud de onda, mejora las posibilidades de supervivencia, lo que se habría fijado evolutivamente como carácter conveniente. Sin embargo, hay información reciente que demuestra que los carotenoides tienen acción antioxidante parecida a la de la vitamina E, que es muy importante en la viabilidad de ovas y alevines.

2. ANALISIS PROXIMAL DE CALCIO Y FOSFORO EN HARINAS DE PESCADO

Por:Lilia Masson S.

Depto. Ciencia de los Alimentos y Tecnol. QuímicaFacultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas

Universidad de Chile

2.1. MATERIA GRASA

En general, se pueden aplicar tres métodos dependiendo del alimento:

a) Por extracto etéreo

Principio:la muestra se seca y se extrae en extractor Soxhlet con éter etílico anhídrido por 16 horas a baja temperatura ó 4 horas a temperatura más alta (5–6 gotas por segundo). El éter se evapora y se pesa el residuo.

Aplicación: cereales, granos o semillas, nueces, forrajes, carnes y productos carneos.

Precauciones:evaporar el éter en baño de agua bajo campana. Secar el matraz a 100°C por 30 minutos, enfriar en desecador y pesar inmediatamente cuando el matraz alcance la temperatura ambiente. Repetir el secado y controlar peso constante.

b) Por hidrólisis ácida

Principio:ya que la extracción etérea directa de algunos alimentos falla en el sentido de extraer toda la grasa, la muestra se somete a hidrólisis ácida antes de la extracción con éter.

Aplicación:panes y fideos y productos similares, cereales tostados, productos horneados, mayonesas y aderezos, pescado, alimentos mixtos cocinados, enlatados.

Precauciones:la hidrólisis se realiza con HCL (25 + 11), calentando en baño de agua a 70–80°C por 30 a 40 minutos.

Se recomienda usar el equipo Mojonnier con su correspondiente centrífuga. Se usa éter etílico, éter de petróleo y etanol. Cuidadosa filtración. Repetir el procedimiento de extracción dos a tres veces. Evaporar el solvente y controlar peso constante.

c) Por hidrólisis alcalina (Método Roese-Gottlieb)

Principio:la extracción directa de la materia grasa de leche y productos lácteos, no es posible realizarla y deben someterse a hidrólisis alcalina antes de la extracción con éter. Luego el éter se evapora y el residuo se seca y pesa.

Aplicación: leche en todas sus formas y derivados lácteos.Precauciones: usar equipo de extracción Mojonnier.

Mezcla de éter etílico anhidro, éter de petróleo, alcohol e hidróxido de amonio, calidad reactivo.

Efectuar un blanco. La hidrólisis se hace en caliente, 70–80°C, por 30 minutos.

Asegurarse que el hidróxido de amonio se ha agregado en cantidad suficiente (color rosado)

Deben efectuarse, por lo menos, dos extracciones más. Agitar vigorosamente cada vez.

Se evapora el solvente sobre baño de agua, se seca el residuo, se enfría y pesa.

Corregir la determinación con el blanco.

2.2. PROTEÍNAS

(NITRÓGENO TOTAL) MÉTODO KJELDAHL — DIGESTIÓN ÁCIDA — DESTILACIÓN CON ARRASTRE DE VAPOR EN MEDIO ALCALINO.

Precauciones:catalizador — se recomienda actualmente la mezcla de sulfato de cobre y sulfato de potasio, en lugar de sales de mercurio y selenio, por problemas de toxicidad.

Digestión — el peso de la muestra se toma de modo que el amoníaco recolectado en el destilado represente entre 0.02–0.04 g de nitrógeno.

Los factores más usados son: • 6.25 general • 5.70 harina de trigo • 6.38 productos lácteos.Ejemplo: muestra declarada: 44 g de proteína en 255 g de muestra, o sea tiene: • 0.1725 g de proteína/g de muestra

• Factor: 5.70 • Concentración final de nitrógeno en el destilado: 0.03

• Tamaño de muestra necesario:

2.3. CARBOHIDRATOS

En general se calcula por diferencia.

Aplicación: a productos que declaran análisis proximal.

Procedimiento:se determinarán los valores para proteína, grasa, humedad y cenizas y se expresan en base a gramos.

Se resta del peso total declarado en gramos, la suma se los gramos de proteínas, grasa, humedad y cenizas y se obtiene los gramos de carbohidrato en los gramos de muestra declarada.

2.4. CENIZAS

Principio:

cuando los alimentos se calientan a temperaturas de 500–600°C, el agua y otros constituyentes volátiles se eliminan como vapores y los constituyentes orgánicos se queman en presencia del oxígeno del aire a dióxido de carbono (CO2) y óxidos de nitrógeno que se eliminan junto con el hidrógeno y el agua. El azufre y fósforo presente se convierte a sus óxidos y si no hay suficientes elementos alcalino térreos, se pueden perder por volatilización. Los constituyentes minerales permanecen en el residuo como óxidos, sulfatos, fosfatos, silicatos y cloruros, dependiendo de las condiciones de incineración y la composición del producto incinerado. Este residuo inorgánico es lo que constituye las cenizas.

Precauciones: si la muestra es sólida, quemar previamente antes de colocar en la mufla.

Si la muestra es líquida, evaporar a sequedad y en seguida quemar para llevar a la mufla.

Precalentar la mufla a la temperatura recomendada, generalmente 550°C y luego transferir las muestras quemadas en los correspondientes crisoles.

Calcinar por un período no inferior a 4 horas (granos y forrajes pueden ser de dos horas) si no se alcanza en este tiempo, se puede dejar calcinando toda la noche.

Retirar las muestras con mucha precaución, para evitar pérdidas.

2.5. MÉTODOS OFICIALESC PARA ANÁLISIS PROXIMAL DE ALIMENTOS

2.5.1 Humedad (sólidos totales) — Método de la estufa al vacío

Principio:retirar el agua por evaporación y vacío (25 mm Hg) a una temperatura suficientemente alta, que no oxide ningún componente de la muestra.

Precauciones:si la muestra es sólida, se coloca directamente en la estufa de vacío previa homogeneización.

Si la muestra es líquida, se evaporar a sequedad en baño de vapor y luego en la estufa de vacío, previa homogeneización.

Si se mide un volumen de una muestra líquida, debe corregirse multiplicando por la densidad.

2.5.2 Fibra dietaria

Definición:complejo de residuos de origen vegetal que escapan a la digestión por las secreciones del tracto gastrointestinal.

Clasificación de acuerdo a su función intravegetal

(1) Estructurales: Polisacáridos Celulosa, hemicelulosas y pectinas. No polisacáridos Lignina.(2) No estructurales: Polisacáridos de gomas y mucílagos.

a) Fibra dietaria total (AOAC)

Principio:el alimento seco, desgrasado si es que contiene más de 10% de grasa o en alimentos mixtos, homogeneizado, se trata con enzimas de tipo alfa amilasa, proteasa y amiloglusidasa para retirar proteínas y almidón.

La fibra dietaria soluble se precipita con etanol El residuo se filtra, lava con etanol y acetona, se seca y se pesa.

b) Contenido calórico por cálculo

Principio: uso de los datos del análisis proximalAplicación: productos que declaran análisis proximalCálculo: si no hay valores disponibles ocupar valores siguientes:Contenido calórico:

(4 × g proteína) + (4 × g carbohidrato) + (9 × g de materia grasa)

En una muestra duplicada se determina proteína y en otra cenizas por calcinación a 525°C, debe realizarse un ensayo en blanco.

Fibra dietaria total = peso del residuo - peso (proteína + cenizas)

c) Fibra Dietaria Insoluble (AOAC) — Método neutro detergente

Principio:

se basa en extraer los componente de las paredes celulares de vegetales que no son digeridos por enzimas de origen animal y que se determinan por hidrólisis con amilasa bacteriana, solubilización de lípidos y proteínas con detergente y complejando calcio y pectinatos alcalinos con EDTA.

Esta fibra llamada neutro detergente incluye la suma de celulosa, lignina y gran parte de hemicelulosa.

Se pierde la fibra soluble en agua como pectina, gomas, mucílagos y algunas hemicelulosas.

2.5.3 Determinación de calcio

El calcio en una solución de muestra reducida a cenizas puede ser determinado por:

a. Determinación de calcio por precipitación como oxalato

El calcio es precipitado como oxalato insóluble de sus soluciones amoniacales. En este método, pueden interferir un exceso de magnesio y fosfatos, por lo que es necesario una estricta adhesión al método.

b. Determinación de calcio por espectrofotometría de absorción atómica

El residuo de las cenizas se trata con HCI diluido y se realizan diluciones de la muestra. La muestra posteriormente, se lleva al espectrofotómetro donde se determina la cantidad de calcio presente comparando con una curva standard de él.

2.5.4 Determinación de fosfatos

a. Métodos titrimétricos

La precipitación de los fosfatos como fosfomolibdato es la base de los métodos titrimétricos. En los productos alimenticios los metafosfatos o pirofosfatos deben ser convertidos a ortofosfatos por tratamiento con ácido nítrico. En este método el precipitado se recoge y se disuelve en un pequeño exceso conocido de álcali y se retitula con ácido normal.

b. Métodos colorimétricosi. Método del vandato-molibdato

Se basa en la reacción de Misson. La solución ácida que contiene ortofosfato, se trata con un reactivo ácido que contiene ácido molíbdico y ácido vanádico: Se forma un complejo estable de color amarillo de ácido vanadimolibdofosfórico (H3PO4, VO3M, 11MoO3, nH2O) La absorción máxima es a 330 nm, pero se ha publicado que se pueden obtener resultados satisfactorios en la región de 420–480 nm, si se tiene el cuidado que la luz sea monocromática. El desarrollo de color no es afectado marcadamente por la presencia de HCl, H2SO4, CH3COOH o ácido cítrico, ni por fluoruros si no están en grandes cantidades. Este método, rápido y sin problemas se ha introducido con rapidez como método oficial para análisis de productos para la alimentación animal.

ii. Método del azul de molibdeno

Consiste en adicionar molibdato de amonio a una solución de ortofosfato; el fosfomolibdato que se produce e reducido parcialmente con cloruroestañoso a un compuesto azul (“azul de molibdeno”) que quizás tiene la fórmula MoO2, 4(MoO3)2 H3 PO4.

Otros agentes reductores: vitamina C, fenilhidracina, hidroquinona, bióxido de azufre.

3. ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORCION MOLECULAR ULTRAVIOLETAVISIBLE

Por:Sergio Valladares

Merck Química Chilena Soc. Ltda.

3.1. INTRODUCCIÓN

La espectrofotometría de absorción molecular ultravioleta visible, comúnmente llamada espectrofotometría UV-VIS, tiene una larga y continua historia en el campo de la química analítica. Esta técnica está basada en la medición de absorción de radiación U.V. o visible por determinadas moléculas. La radiación correspondiente a estas regiones del espectro electromagnético provocan transiciones electrónicas a longitudes de ondas características de la estructura molecular de un compuesto.

3.2. CONCEPTOS BÁSICOS DE ESTRUCTURA MOLECULAR

Toda consideración de la estructura de las moléculas debe comenzar con un estudio de los “enlaces químicos”, las fuerzas que mantienen unidos a los átomos en una molécula.

Enlace iónico:el enlace iónico es un enlace que se forma por la transferencia de uno o más electrones de un átomo o grupo de átomos.

Enlace covalente:

se forma cuando dos átomos comparten uno o más pares de electrones. La mayoría de estos enlaces abarcan dos o tres pares de electrones. Así dos átomos forman un enlace covalente simple cuando comparten un par de electrones; un enlace covalente doble, dos pares de electrones y un triple enlace tres pares de electrones.

CH3 - CH3; CH2 = CH2; CH = CH

3.3. ORBITALES MOLECULARES Y ENLACE QUÍMICO

Las distribuciones espaciales de los electrones en las moléculas se denominan orbitales moleculares (O.M.) y de una manera simple se puede suponer que el orbital molecular es la suma de los orbitales atómicos (O.A.) enlazantes y que el número de orbitales resultante es igual al número de orbitales utilizados en la combinación.

«Cuando se combinan dos O.A. resulta un orbital molecular de enlace de baja energía y un orbital molecular antienlazante de alta energía ».

O.A. sigma (σ):en las moléculas orgánicas está asociado con el enlace simple. Resulta del solapamiento frontal de dos orbitales atómicos.

O. Molecular σ enlazante ; O. Molecular σ* antienlazante.

O.A. pi (π):el doble enlace en las moléculas orgánicas contiene dos tipos de orbitales moleculares, un orbital σ y un orbital π.

Los orbitales moleculares π resultan del solapamiento lateral de orbitales atómicos π.

O. Molecular π enlazante ; O. Molecular π* antienlazante.

Además de los electrones σ y π, muchas moléculas orgánicas contienen electrones que no forman enlaces. Estos electrones no compartidos se representan en el símbolo η.

Figura 3.1. Transiciones electrónicas entre orbitales σ, π, y η.

Tabla 3.1. Características de transiciones electrónicas entre orbitales σ, π y η

Transición λ (nm) ξ (L mol4cm-1) Ejemplo

σ → σ* <200 - Hidrocarburos saturados

π → π* 200–500 ≅ 104 Alquenos, alquinos aromáticos

η → σ* 160–260 102 – 103 H2O, CH3OH, CH3CL

η → π* 250–600 10 – 103 Carbonilos, nitro, nitrato, carbonilo.

3.4. RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA (R.E.)

La radiación electromagnética es un tipo de energía que se transmite por el espacio a enormes velocidades. Muchas de las propiedades de la R.E. se explican convenientemente mediante la teoría ondulatoria clásica con parámetros como velocidad, frecuencia, longitud de onda y amplitud. En contraste con otros fenómenos ondulatorios, como el sonido, la R.E. no requiere un medio de transporte para su transmisión, por lo tanto se transmite fácilmente en el vacío.

La teoría ondulatoria para la R.E. no explica completamente los fenómenos asociados con la absorción o la emisión de energia radiante, para estos procesos es necesario considerar la energía radiante como un flujo de partículas discretas de energía llamados fotones o cuantos.

Estos dos conceptos se complementan muy bien (dualidad, onda partícula) y se aplican tanto al flujo de electrones como al de otras partículas elementales.

En la Figura 3.2. se ha representado el vector eléctrico en la ordenada, de una onda electromagnética.

Figura 3.2. Haz de radiación electromagnética

3.5. PARÁMETROS ONDULATORIOS

Período (p):tiempo necesario para que dos máximos sucesivos de una onda pasen por un punto.

Frecuencia (v):número de oscilaciones del campo eléctrico por segundo y es igual 1/p (1 ciclo por segundo = 1 Hertz, Hz). La frecuencia es una magnitud invariable que está determinada por la fuente de radiación.

Velocidad de propagación (V1):

velocidad a la que un frente de onda se desplaza a través de un medio, depende tanto de la densidad del medio como de v. En el vacío la velocidad de la R.E. es independiente de la frecuencia: Cvacío =2.997 × 1010 cm/s ≈ 3.0 × 1010 cm/s

Longitud de onda (λ):

es la distancia lineal entre dos máximo o dos mínimos sucesivos de una onda.

Unidades de λ

Angström Å 10-10m (rayos X; UV en el vacío)

Nanometro nm 10-9m (UV-VIS)

Micrometro μm 10-6m (IR)

Número de onda: se define como el número de ondas por centímetro y es igual a 1/λ (cm-1).

3.6. PROPIEDADES CORPUSCULARES DE LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA

Ciertas interacciones de la radiación con la materia requieren que la R.E. sea tratada como paquetes de energía llamados fotones o cuantos.

donde h es la constante de Planck, h = 6.63. 10-27 erg.s

3.7. ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

El espectro comprende una gran variedad de longitudes de onda o energías. El siguiente esquema describe cualitativamente las principales regiones utilizadas con fines analíticos.

Figura 3.3. Propiedades espectrales, aplicaciones e interacciones de la radiación electromagnética

EnergiaNumer

o de onda σ

Longitud de

ondo λ

Frecuencia ν

Tipo de radioció

n

Tipo de espectrosco

pio

Tipo de

transición

cuántica

kcal/mol

Electrovolts eV

cm-1 cm Hz

9.4 × 107 4.1 × 1063.3 × 1010

3 × 10-11 1021

9.4 × 105 4.1 × 1043.3 × 108

3 × 10-9 1019

9.4 × 103 4.1 × 1023.3 × 106

3 × 10-7 1017

9.4 × 101 4.1 × 1003.3 × 104

3 × 10-5 1015

9.4 × 10-

1 4.1 × 10-23.3 × 102

3 × 10-3 1013

9.4 × 10-

3 4.1 × 10-43.3 × 100

3 × 10-1 1011

9.4 × 10-

5 4.1 × 10-63.3 × 10-2

3 × 101 109

9.4 × 10-

7 4.1 × 10-83.3 × 10-4

3 × 103 107

3.8. INTERACCIONES ENTRE LA MATERIA Y LA ENERGÍA RADIANTE (E.R.)

Cuando la radiación pasa desde el vacío a la superficie de una porción de materia, el vector eléctrico de la radiación interacciona con los átomos y moléculas del medio. La

naturaleza de esta interacción depende de las propiedades de la materia y puede dar lugar a la transmisión, la absorción o la dispersión de la radiación.

FENÓMENO EXPLOTACIÓN ANALÍTICA

Transmisión Indice de refracciónDispersión Reflexión. Efecto Tyndal. NefelometriaAbsorción Molecular, atómica

3.9. ABSORCIÓN DE LA RADIACIÓN

Al pasar R.E. por una capa transparente de un sólido, líquido o gas, pueden eliminarse selectivamente ciertas frecuencias como consecuencia del proceso llamado absorción. En este caso la E.R. se transfiere a los átomos o moléculas que constituyen la muestra, como resultado de ello estas partículas pasan del estado de menor energía a estados de mayor energia o estados excitados.

3.9.1 Absorción molecular

La absorción por moléculas poliatómicas, es un proceso considerablemente más complejo que la absorción atómica, ya que el número de estados de energía está muy aumentado. Aquí la energia total de una molécula está dada por:

E = Eelectrónica + Evibracional + Erotacional

Para cada estado de energía electrónica de la molécula hay normalmente varios estados vibratorios posibles y a su vez, para cada uno de éstos existen numerosos estados rotatorios. Como consecuencia el número de posibles niveles de energía de una molécula es mucho mayor que el de una partícula atómica. Es por ello que los espectros de absorción aparecen como anchas bandas.

3.9.2 Espectro de absorción

Tanto las moléculas como los átomos tienen un número limitado de niveles o estados energéticos cuantizados. Para que se produzca absorción de radiación, la energía del fotón excitante (incidente) debe igualar a la diferencia de energía entre el estado fundamental y uno de los estados excitados de la especie absorbente. Estas diferencias de energía (ΔE) son únicas, por lo tanto permiten caracterizar los constituyentes de una muestra. Para este objeto se obtiene experimentalmente una representación gráfica de la variación de la absorbancia en función de la longitud de onda.

Figura 3.4. Espectros de absorción molecular característicos

3.9.3 Medidas cuantitativas de la radiación - Ley de Beer

La Figura 3.5. esquematiza el fenómeno de absorción, aquí un haz de radiación monocromático, pasa a través de una capa de solución de b cm de espesor y que contiene una especie molecular absorbente cuya concentración es c.

Figura 3.5. Fenómeno de absorción

Como consecuencia de las interacciones entre los fotones y las partículas absorbentes, la potencia del haz disminuye de Po a P. Por lo tanto la transmitancia T de la solución es la fracción de radiación incidente transmitida (o no absorbida) por la solución según:

Según la Ley de Beer, entonces, la absorción A estará determinada por:

donde: ξ absortividad molar b longitud de paso óptico

c concentración en moles/l

3.9.4 Medición experimental de la absorción

Según vimos en el esquema anterior la absorción es directamente proporcional a la longitud (b) de la trayectoria de la radiación a través de la solución y a la concentración (c) de la especie absorbente: A = a . b . c (con a: cte. de proporcionalidad).

Si c se expresa en moles por litro y b en cm, entonces la absortividad se denomina absortividad molar (ξ):A=ξ.b.c.

La Ley de Beer se cumple igualmente en soluciones que contienen más de una especie absorbente, siempre que no haya interacción entre dichas especies. Por tanto, para un sistema multicomponente la relación será:

AT = A1+A2+………+An

AT = ξ1bc1+ξ2bc2+………+ξnbcn

3.9.5 Limitaciones a la aplicabilidad de la Ley de Beer

Se observan frecuentemente desviaciones de la proporcionalidad entre A y c (cuando b es constante). Algunas de estas desviaciones son importantes y representan limitaciones reales de la ley. Estas son de tipo:

• químico;• instrumental.

La Ley de Beer es sólo aplicable a soluciones en las que las interacciones dependientes de la concentración de las moléculas o iones son mínimas. Concentraciones “alts” alteran las absortividades molares y por lo tanto conducen a una relación no lineal entre A y c.

a) Desviaciones químicas

Cuando las especies absorbentes experimentan asociación, disociación o reacción con el solvente originan productos con características absorbentes distintas de las del analito.

Un ejemplo típico se observa con soluciones de dicromato potásico no amortiguadas, en las que existen los siguientes equilibrios:

Cr2O7+H2O ↔ 2HCrO4 ↔ 2H+ + 2CrO4-2

A casi todas las longitudes de onda los valores de ξ del ion dicromato y las dos especies de cromatos son muy diferentes.

b) Desviaciones instrumentales

Radiación policromática:

el requisito básico para el cumplimiento de la Ley de Beer es que la radiación incidente sea monocromática. Dependiendo de las características tecnológicas del sistema óptico del instrumento será más o menos accesible poder utilizar en forma práctica una radiación una radiación limitada a una sola longitud de onda.

Radiación la radiación dispersa suele diferir considerablemente en longitud de onda con

dispersa:respecto a la radiación principal; además puede alcanzar el detector sin haber pasado a través de la muestra.

3.10. APLICACIONES DE LAS MEDICIONES DE ABSORCIÓN DE RADIACIÓN ULTRAVIOLETA Y VISIBLE

3.10.1 Especies absorbentes

La absorción de radiación ultravioleta y visible por una especie M, puede considerarse como un proceso en dos etapas, la primera de las cuales corresponde a la excitación según:

M+h.v→M*

donde M* representa la partícula atómica o molecular en su estado electrónico excitado que se produce como resultado de la absorción del fotón h v. Este estado excitado tiene un breve tiempo de existencia (10-8 a 10-9 s) y desaparece a través de través de algunos de los diferentes procesos de relajación (calor).

M*→M+calor

La absorción de la radiación ultravioleta o visible, se produce por lo general como consecuencia de la excitación de los electrones de enlace; debido a esto, la longitud de onda de los picos de absorción se puede correlacionar con los tipos de enlace existentes en la especie que se estudia.

3.10.2 Explotación analítica

• Identificación proximal de los grupos funcionales en una molécula.• Método bastante selectivo para el análisis cuantitativo de compuestos cuyos

enlaces producen absorción.

Conviene considerar tres tipos de transiciones electrónicas que permiten explicar porqué algunas especies pueden absorber energía radiante. Estos tres tipos son:

• Los electrones π, σ y η.• Los electrones d y f.

• Los electrones de transferencia de carga.

a) Especies químicas absorbentes que contienen electrones π, σ y η

La absorción de radiación ultravioleta y visible (200–800 nm) se restringe a un número limitado de grupos funcionales, llamados cromóforos, que contienen electrones de valencia con energías de excitación relativamente bajos.

Tabla 3.2. Caracteristicas de absorción de algunos cromóforos comunes

Cromóforo Ejemplo Disolvente λmáx (nm) εmáx Tipo de transición

Alqueno C6H13CH = CH2 n-Heptano 177 13,000 π→π*

Alquino C5H11C=C—CH3 n-Hexano178196225

10,0002,000160

π→π*--

Carbonilo n-Heptano

n-Hexano

186280

180

1,00016

larga

π→σ*π→π*

π→σ* π→π*

Carboxilo

Etanol 204 41 π→π*

Amido

Agua 214 60 π→π*

Azo CH3N=NCH3 Etanol 339 5 π→π*

Nitro CH3NO2 Isooctano 280 22 π→π*

Nitroso C4H9NO Éter etílico300665

10020

-π→π*

Nitrato C2H5ONO2 Dioxano 270 12 π→π*

b) Absorción en la que participah los electrones d y f

• Iones de los metales de transición

• Serie de los lantánidos y actínidos

Los iones y complejos de los 18 elementos de las dos primeras series de transición son coloreados en uno de sus estados de oxidación o en todos ellos. Dependiendo las características colorimétricas del complejo; del tipo de ligando (agente complejante) y del estado de oxidación.

Tabla 3.3. Efecto de los ligantes sobre los máximos de absorción asociados con transiciones d-d

λmáx (nm) para los ligantes indicados

Ion central

Aumento de fuerza del campo de unión

6CI 6H2O 6NH3 3en(1) 6CN-

Cr (III) 736 573 462 456 380

Co (III) - 538 435 428 294

Co (II) - 1345 980 909 -

Ni (II) 1370 1279 925 863 -

Cu (II) - 794 663 610 -

(1) en = etilendiamina, un ligante bidentado.

c) Absorción por transferencia de carga

Para fines analíticos es el tipo más importante de absorción por especies inorgánicas, debido a que las absortividades molares de los picos son muy grandes (ξ < 105). Esta es una particular característica de los complejos inorgánicos denominados también, complejos de transferencia de carga.

Ejemplos:

• Hierro III- ion tiocianato• Hierro II - (o-Fenantrolina)

• Ion triyoduro I3-

3.11. INSTRUMENTACIÓN

Los instrumentos que miden la absorción selectiva de la radiación en las soluciones se conocen con los nombres de: colorímetros, fotómetros y espectrofotómetros. Hoy en día es pertinente diferenciar los instrumentos según su sistema de detección: detectores simples (convencional) o detectores multicanal (arreglo de diodo).

Algunos de los diseños básicos de los instrumentos usados en la medición de la absorción de Energía Radiante se ilustra en el siguiente esquema:

Figura 3.6. Diagrama de bloques de diferentes tipos de instrumentos de medición de la absorción molecular

3.11.1 Breve descripción de los principales componentes de instrumentos convencionales

a) Fuente de energía radiante

Debe producir un haz de radiación cuya potencia sea suficiente para facilitar la detección y medida; debe ser estable. Ej.:

• Lámpara de hidrógeno

• Lámpara de deuterio.

Ambas lámparas producen un espectro continuo entre 160–375 nm y deben emplearse ventanas de cuarzo en los tubos: ya que el vidrio absorbe fuertemente en esta región del espectro electromagnético.

• Lámpara de filamento de tungsteno

Es la fuente más común para la zona del visible e infrarrojo. Esta lámpara es útil para la región entre 320 – 2,500 nm.

b) Sistema selector de la longitud de onda de trabajo

(i) Fotómetro (colorímetro): este tipo de instrumentos utiliza filtros que permiten obtener bandas de radiación que abarcan un intervalo limitado de longitudes de onda (con un fotómetro no es posible obtener una banda de absorción variable en forma continua).

Región λ (nm Color filtro Color solución

380–435 Azul Amarillo

480–490 Verde azuloso Rojo

500–560 Verde amarillento Violeta

580–595 Anaranjado Azul verdoso

595–650 Rojo Verde azuloso

(ii) Espectrofotómetro: utilizan un complejo sistema óptico de selección de longitud de onda (sistema monocromador). el cual consta de variados componentes tales como:

• prisma o rejilla; • lentes; • espejos; • ranuras de entrada y salida.

Estos instrumentos pueden seleccionar longitud de onda en forma continua y en algunos casos con precisión de décimas de nm. Por lo tanto, es posible obtener en forma continua el espectro de absorción de una molécula.

c) Recipientes para la muestra

La mayor parte de las aplicaciones espectrofotométricas utiliza las muestras en solución líquida, por esta razón se requieren recipientes para colocar la muestra (celdas). La celda debe transmitir el 100% de la energía radiante en la zona espectral de trabajo.

Región U.V. =

Celdas de cuarzo(200–2,000 nm)

Región VIS =

Celdas de vidrio(350–2,000 nm)

Algún tipo de plástico.

La longitud más común para el trabajo en las regiones UV-VIS es 1 cm (otras son: 2, 5 y 10 cm).

d) Detección de la radiación

Dispositivo electrónico llamado transductor que convierten la energía radiante en una señal eléctrica.

Requisitos: • Responder a la E.R. en un amplio intervalo de λ. • Poseer elevada sensibilidad.• Respuesta lineal. • Tiempo de respuesta rápido, etc…Detectores de fotones: • Celdas fotovoltaicas. • Tubos fotomultiplicadores.• Fototubos. • Diodo de silicio.

e) Procesadores de señales e instrumento de lectura

Dispositivo electrónico que amplifica la señal eléctrica generada en un detector. En este sentido existe una amplia gama de alternativas, desde galvanómetros hasta avanzadas computadoras.

Figura 3.7. Componentes y materiales de los instrumentos espectroscópicos

3.11.2 Esquema general de los sistemas ópticos de espectrofotómetros

Figura 3.8. Sistema con arreglo de diodo mono haz

Figura 3.9. Sistema convencional doble haz

3.12. ANÁLISIS CUALITATIVO Y CUANTITATIVO

3.12.1 Técnicas cualitativas

Las aplicaciones cualitativas no ofrecen una herramienta muy útil, ya que con estos espectros existe un número relativamente escaso de máximos y mínimos. Sin embargo el análisis cualitativo es una excelente herramienta cuando va precedido de algún método de separación.

3.12.2 Análisis cuantitativo

a) Aplicación:

Compuestos orgánicos:

Aldehídos y cetonas

Aromáticos

Drogas Vitaminas, etc…Compuestos inorgánicos:

(especies absorbentes)

Compuestos no absorbentes → Derivatización(Por ej.: formación de complejos coloreados).

b) Principales características:

• Alta sensibilidad:• Absortividades molares ξ ≈ 105

• Intervalos de concentración 10-4 a 10-6M.

• Selectividad: selección de la longitud de onda en la que el único componente absorbente de una muestra sea la sustancia que se determina.

• Precisión y exactitud: dependiendo del nivel de concentración es posible lograr valores menores que 1% de error relativo.

3.12.3 Procedimiento en el análisis cuantitativo

a) Recopilación de antecedentes:

• Referencias bibliográficas.• Métodos normalizados.

b) Preparación y/o tratamiento de la muestra:

• Separación del compuesto de interés (precipitación, extracción por solvente, cromatografía, etc…).

• Derivatización si es necesaria.

c) Selección de la longitud de onda de trabajo (λ máx.):

Obtención del espectro de absorción:

• En el espectro de mono haz, se va alternando la medida de la absorbancia entre el disolvente (blanco) y la solución que contiene la muestra en la medida que se va variando gradualmente la longitud de onda.

• En el espectro de doble haz, la operación descrita anteriormente es posible hacerla automática y simultáneamente.

Para ello los instrumentos disponen de sistemas con microprocesador que permiten una fácil y expedita obtención de la información. Mediante estos instrumentos es posible hacer barrido de longitudes de ondas en determinadas zonas del espectro y a diferentes velocidades.

La excepción a esto último la proporcionan los espectrofotómetros de Arreglo de Diodos ya que dada su configuración es posible obtener el espectro de absorción en un amplio rango de longitudes de onda (200–800 nm) en fracción de segundos.

Una vez establecida la longitud de λ máx. (máxima sensibilidad) se prepara la curva de calibración.

3.13. CURVA DE CALIBRACIÓN

Set de soluciones de concentraciones crecientes del analito, en un rango tal que se cumple la Ley de Beer.

« No es conveniente suponer que para una determinada concentración se cumple la Ley de Beer y por ello utilizar un patrón único como referencia ».

Una vez obtenidos los distintos puntos (o niveles de calibración) se debe determinar la ecuación de la recta mediante análisis de regresión lineal (o ajuste de la curva por mínimos cuadrados). Los instrumentos automatizados traen estas funciones ya incorporadas en su sistema de cálculo, lo cual permite obtener el resultado final directamente.

La ecuación que relaciona la absorbancia con la concentración más común es del tipo:

Y = Ax + B donde:A = pendiente (ξ)

B = intercepto

r es un parámetro estadístico que da cuenta de la “calidad” de la curva de calibración y se denomina coeficiente de regresión. En análisis cuantitativo se considera buena una curva cuando su valor de r es mayor que 0.99.

3.14. OTRAS APLICACIONES

3.14.1 Análisis de mezclas

Definimos anteriormente que en una mezcla de sustancias absorbentes, a una misma longitud de onda las absorbancias son aditivas.

Considerando esto, es posible determinar componentes en una mezcla determinando las respectivas absorbancias a diferentes longitudes de onda.

Así tendremos:

A1 = Cxξx + Cyξy a λ1

A2 = Cxξx + Cyξy a ι2

A partir de estándares puros de las especies X e Y se obtienen, por separado los respectivos valores de las absortividades molares de X e Y. Luego quedan como incógnitas las concentraciones de X e Y a ambas longitudes de onda y se resuelve el sistema de ecuaciones.

Figura 3.10. Espectros de absorción mezcla componentes

3.14.2 Titulaciones

Las titulaciones espectrofotométricas son otras aplicaciónes mediante las cuales es posible determinar constantes termodinámicas tales como de formación de complejos metálicos, etc…

3.15. BIBLIOGRAFÍA

Hewlett Packard. 1988. The Diode-Array Advantage in UV-VIS Spectroscopy. Publication No12 - 5594–8912.

Inge, J.A. Jr. and Crouch, S.R. 1988. Spectrochemical Analysis. Prentice Hall International, Inc.

Skoog, D.A. y West, D.M. 1984. Análisis Instrumental. 2a edición. Ed. Interamericana.