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Principios nutritivos de los alimentos

NUTRICIÓN Y ALIMENTACIÓN ANIMAL

Dr. Andrés L. Martínez MarínDepartamento de Producción Animal

Universidad de Córdoba

correo electrónico: pa1martm@uco.es

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Índice

• Clasificación de los principios inmediatos• Carbohidratos• Lípidos • Proteínas y otros compuestos nitrogenados• Determinación analítica de los componentes de

los alimentos

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• Clasificación de los principios inmediatos• Carbohidratos• Lípidos • Proteínas y otros compuestos nitrogenados• Determinación analítica de los componentes de

los alimentos

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Clasificación de los principios inmediatosLa composición química de los alimentos puede enfocarse desde varios puntos de vista:A. Composición elemental. Se refiere al contenido en elementos químicos. P. ej., el análisis apropiado muestra que los alimentos de origen vegetal y animal están compuestos de cantidades importantes de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, y cantidades menores de calcio, fósforo, azufre, etc.B. Combinaciones químicas. Los elementos anteriores se encuentran normalmente combinados en moléculas en los alimentos. Dichas combinaciones son los verdaderos constituyentes de los alimentos. Podemos distinguir:

- Agua- Compuestos minerales: sales y óxidos minerales- Compuestos orgánicos: siempre incluyen carbono, asociado al hidrógeno y al

oxígeno (carbohidratos y lípidos), y al nitrógeno (proteínas). También combinaciones de los anteriores con otros elementos como azufre, fósforo, etc.C. Categorías de combinaciones químicas. Agrupación de las moléculas por sus propiedades físicas y químicas comunes.

- Agua - Carbohidratos - Proteínas- Minerales - Lípidos - Diversos

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ALIMENTOS

AGUA

MATERIA SECA

MINERALES

MATERIA ORGANICA

ESENCIALES

NO ESENCIALES

MACRO

MICRO

CARBOHIDRATOS

COMPUESTOS NITROGENADOS

LIPIDOS

SUSTANCIAS DIVERSAS

SUSTANCIAS QUE ES POSIBLE ENCONTRAR EN LOS ALIMENTOS

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• Clasificación de los principios inmediatos• Carbohidratos• Lípidos • Proteínas y otros compuestos nitrogenados• Determinación analítica de los componentes de

los alimentos

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Carbohidratos* Los carbohidratos son compuestos neutros que contienen C, H y O y tienen la fórmula general (CH2O)n, donde n es 3 o mayor. Algunos CHO contienen P, N o S, y otros no tienen H y O en la misma proporción que el agua.

* Son los principales proveedores de energía en la alimentación de los animales.

* Las sustancias de este grupo son polihidroxi- aldehídos (glucosa) y cetonas (fructosa), sus derivados simples, como alcoholes (glicerol) y ácidos (ác. glucurónico), y cualquier otro compuesto que pueda hidrolizarse a estos.

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H2O

H2O

enlace 1-4: maltosa(hidrolizable por la amilasa)

enlace β 1-4: celobiosa(hidrolizable por enzimas microbianas)

numeración de los carbonos de la

glucosa

Modificado de Tisch (2005)

anómero

anómero β

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≤ 10 monosacáridos

- H2O

glucosa+fructosaglucosa+galactosaglucosa+glucosa (1-4)glucosa+glucosa (β1-4)

Modificado de McDonald et al. (2010)

DerivadosAlcoholes: glicerol (glucosa)Ácidos urónicos (glucosa,galactosa)Glicósidos*: gluco-,galacto- y fructósidosDesoxiazúcares: desoxirribosaAminoazúcares: monosacárido+NH2 -> arabanos

-> xilanos

ARN

-> lactosa

-> sacarosa

fructooligosacáridosglucosa+fructosa+galactosa

fructosa+fructosa+glucosa

2galactosa+fructosa+glucosa

ciclo pentosas-P

->mananos y glicoproteínas

ciclo pentosas-P

ciclo pentosas-P

-> di y polisacáridos

ciclo pentosas-P

ciclo pentosas-Pglucolisis

Pentasacáridos Verbascosa 3galactosa+fructosa+glucosa

10Modificado de McDonald et al. (2010)

cadenas de monosacáridos

un único tipo de monosacárido

varios tipos de monosacáridos> 10

monosacáridos

cadena de celobiosa

amilosa (1-4)amilopectina (1-4 y α1-6)

cadenas de arabinosa y xilosa, se encuentran normalmente formando parte de los heteroglicanos (hemicelulosa)

cadenas β1-4 y β1-3 de glucosa (β-glucano)

cadenas de fructosa

cadenas de galactosa y manosa

=quitina

ác. galacturónico+monosacáridosmananos+ xilanos+arabanos

+ac.glucurónicopentosa+hexosas+ac. urónicos

aminoazúcar+ac. glucurónico(animales)

glicerol+dos ácidos grasos + glucosa o galactosa(Galactolipidos = 60% lípidos en gramíneas y treboles)

proteína + glucosamina o galactosamina(animales)

animales

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carbohidratos derivados de hexosas

carbohidratos derivados de pentosas

Tisch (2005)

Las flechas que pasan sobre un rectángulo gris señalan a compuestos que pertenecen al grupo indicado por dicho rectángulo

Arabanos, xilanos y polisacáridosheteroglicanos

Oligosacáridos y polisacáridos homoglicanos

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* Los CHO son los componentes más abundantes de los alimentos de origen vegetal y existen muchas clases diferentes. Sin embargo, desde un punto de vista nutricional, la lista de compuestos relevantes es bastante corta.

Localización Denominación Unidades constitutivas

Contenido intracelular

Azúcares

GlucosaFructosaSacarosaFructooligosacáridosα-galactósidos

--Glucosa, fructosaGlucosa, fructosaGalactosa, glucosa, fructosa

Polisacáridosde reserva

AlmidónFructanos

Glucosa (α 1-4)Fructosa

Paredes celulares

Polisacáridosestructurales

Arabanoxilanosβ-glucanos

Ararabinosa, xilosaGlucosa (β 1-3 y β 1-4 )

Celulosa Glucosa (β 1-4 )

Hemicelulosa Xilosa, arabinosa, galactosa, manosa, ácido metilglucurónico

Pectina Xilosa, arabinosa, galactosa, fructosa, ácido galacturónico

No CHOLignina Alcoholes cumarilíco, sinapílico,

coniferílicoCutina Ceras

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POLISACÁRIDOS DE RESERVA:+ Almidón: es el principal CHO de reserva de las plantas (granos, semillas, tubérculos). Es una mezcla de amilosa (cadena lineal, enlaces 1-4) y amilopectina (cadena lineal de enlaces 1-4con ramificaciones en enlaces 1-6 cada 24-30 glucosas). La relación entre ambas es generalmente 1/3. Se encuentra en gránulos de tamaño variable: los de arroz son los más pequeños, y los de la patata, los más grandes. Los gránulos no están rodeados por ninguna envoltura, son capas concéntricas de amilosa y amilopectina. El almidón es insoluble en agua fría pero por cocción se gelatiniza (desestructuración de los gránulos).

+ Fructanos: son sustancias de reserva que se encuentran principalmente en los tallos y hojas de las gramíneas templadas (ej. ryegrass). Su concentración aumenta en condiciones de elevada intensidad luminosa (↑fotosíntesis) y bajas temperaturas (↓crecimiento). Son solubles en agua fría. No son hidrolizables por las enzimas digestivas pero sí por las microbianas pueden ocasionar trastornos digestivos en caballos.

AZÚCARES+ Glucosa y fructosa se encuentran libres en las plantas verdes en pequeñas cantidades (1-3% MS de los forrajes).+ Sacarosa: muy abundante en las melazas de caña (30%) y remolacha (40%).+ Fructooligosacáridos (cestosa y otros) y α-galactósidos : no hidrolizables por las enzimas digestivas pero sí por las microbianas, Los FOS pueden actuar como prebióticos. Los α-galactósidos se encuentran en cantidades apreciables en las semillas de leguminosas y se consideran factores antinutricionales.

α-galactosidos (g/kg MS) Soybean Lupin Peas Faba beans Wheat Barley MaizeStachyose 30-52 42-55 23 16 1-2 0-1 1Raffinose 7-19 10-11 5 4 4-5 2-5 2

Verbascose - 23-40 22 34 - - -

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POLISACÁRIDOS ESTRUCTURALESNo son hidrolizables por las enzimas digestivas, pero sí por las microbianas.+ Celulosa: cadenas lineales de glucosa con enlaces β1-4. Se encuentra en las paredes de la células vegetales en forma de fibrillas rodeadas de hemicelulosa, pectinas y lignina, y pequeñas cantidades de proteína.+ Hemicelulosas: cadenas muy ramificadas, compuestas principalmente por unidades de xilosa enlazadas en xilanos en la cadena principal y ácido metilglucurónico en las cadenas laterales. También contienen arabinosa, manosa y galactosa. + Pectinas: cadenas lineales de ácido galacturónico con enlaces laterales de xilosa, arabinosa, galactosa y fructosa.

Ácidos orgánicos, azúcares, carbohidratos de reservaCitoplasma

Pared 1ª

Lámina media

Pared 2ª

Pectinas

Lignina

HemicelulosaCelulosa

Célula vegetal

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+ Arabinoxilanos y β-glucanos (β1-4 y β1-3): son abundantes en las paredes del endospermo de los cereales. Su importancia radica en que aumentan la viscosidad de la digesta, reduciendo la digestión de los alimentos y la absorción de nutrientes. Este efecto es particularmente importante en los monogástricos.

LIGNINA- No es un CHO. Es un polímero de elevado peso molecular compuesto por unidades de los alcoholes derivados del fenilpropano, cumaril, coniferil y sinapil, unidos en una estructura compleja de enlaces cruzados.- Se estudia junto a los polisacáridos estructurales por su estrecha relación en la paredes vegetales. - En los granos de cereales y leguminosas se localizaen la envolturas externas. - Es indigestible y dificulta la digestión de los polisacáridos estructurales.

De la Fuente et al. (1994)

ÁCIDOS ORGÁNICOS- No son CHO pero se extraen junto a los azúcares en los análisis.- Más abundantes: málico y cítrico favorables.- Ácidos oxálico y fítico antinutricionales.

Cereales(sus productos)

Leguminosas(sus productos)

Pulpa remolachay cítricos

Melazas Cascarillasoja

Forrajesverdes Henos Pajas

Ácidosorgánicos * *

Azúcares *

α-galactósidos *(*)

Xilanos y β-glucanos

*(*)

Almidón * GuisantesHabas

Fructanos Gramíneas

Pectinas *

Hemicelulosa (*) * * * * *

Celulosa (*) * * * * *

Lignina * * 16

Distribución de los CHO en algunos alimentos para animales

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Glicósidos tóxicos

Algunos glicósidos tienen residuos (agliconas) que cuando se liberan por hidrólisis pueden ser tóxicos para los animales. Algunos comunes son:

+ Glicósidos cianogénicos- Liberan ácido cianhídrico asfixia por inhibición de la respiración celular- Presentes en: planta lino y mandioca (linamarina), semilla de veza (vicianina), trébol blanco

(lotaustralina). - El glucósido no es tóxico per se, pero se hidrolizan fácilmente por una enzima también

presente en el alimento.

+ Vicina y convicina (habas)- Liberan divicina e isouramil, respectivamente- Afectan a los resultados productivos en gallinas ponedoras.

+ Saponinas- Se encuentra en leguminosas forrajeras como la alfalfa, y en leguminosas grano como

soja, habas, garbanzos.- Tienen sabor amargo reducen el consumo (también irritan la mucosa digestiva y pueden

causar hemólisis).

+ Glucosinolatos- Se encuentran en la semilla y torta de colza- No son tóxicos per se, pero se hidrolizan fácilmente por una enzima presente en el

alimento (mirosinasa) o por enzimas microbianas del tracto digestivo, liberando isotiocianatos, oxazolidintiona y nitrilos.

- Estos compuestos tienen efecto antitiroideo ( bocio).

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• Clasificación de los principios inmediatos• Carbohidratos• Lípidos • Proteínas y otros compuestos nitrogenados• Determinación analítica de los componentes de

los alimentos

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Lípidos

Modificado de McDonald et al. (2010)

* Los lípidos son compuestos insolubles en agua, pero solubles en disolventes orgánicos, que contienen C, H y O. El H se encuentra en mayor proporción que en los carbohidratos. Algunos contienen además P o N.* Son la principal reserva de energía en el cuerpo de los animales.

no saponificables

(Triglycerides)

Con glicerolSencillos

Triglicéridos Esteres triples de glicerol con ácidos grasos.

Compuestos

Glicolípidos Un grupo alcohol del glicerol está unido a un azúcar (ej. galactosa =galactolípidos).

Fosfolípidos Un grupo alcohol del glicerol está unido a ácido fosfórico, esterificado a suvez con colina (lecitinas) o etanolamina (cefalinas).

Sin glicerol

EsfingolípidosEl glicerol es reemplazado por esfingosina que se une a un ácido graso yácido fosfórico, esterificado a su vez con colina o etanolamina(esfingomielinas) o un azúcar (cerebrósidos).

Ceras Alcoholes monohídricos de alto peso molecular esterificados con un ácidograso de cadena larga.

EsteroidesLa unidad estructural es el ciclopentanofenantreno. Incluyen: esterolescolesterol, 7-dehidrocolesterol, ácidos biliares, hormonas sexuales yadrenales. Los esteroles vegetales no son absorbidos por los animales.

Terpenos La unidad estructural es el isopreno. Incluyen: aromas, carotenoides,hormonas vegetales y vitaminas A, E y K.

Eicosanoides Derivados de áciodos grasos esenciales: prostaglandinas, prostaciclinas, tromboxanos, leucotrienos. Mediadores del dolor y la inflamación. 20

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* Los lípidos vegetales son de dos grandes tipos: + Lípidos estructurales

- Pueden suponer hasta el 7% de las hojas de las plantas superiores.- Se localizan en:

> superficies principalmente ceras, también ácidos grasos y cutina.> membranas celulares glicolípidos (50-60%) y fosfolípidos.

+ Lípidos de reserva- Se localizan en frutos y semillas en cantidades muy variables según la especie

vegetal. Destacan las semillas oleaginosas.- Son predominantemente triglicéridos (≈ 98%).

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* Ácidos grasos+ Normalmente se encuentran esterificados al glicerol u otras sustancias, raramente libres.+ Formados por una cadena hidrocarbonada lineal, de diferente longitud o número de

átomos de carbono, en cuyo extremo hay un grupo carboxilo. El nº de átomos de carbono es normalmente par.

+ Puede ser saturados o insaturados dobles enlaces por pérdida de un H, se denominan de acuerdo al nº de dobles enlaces: mono, di, tri o poliinsaturados.

+ Los ácidos grasos insaturados pueden tener isómeros de naturaleza estructural, según la localización de los enlaces dobles, y espacial, según los hidrógenos unidos a los átomos de carbono del enlace doble se encuentren en el mismo lado (cis) o a ambos lados (trans) del mismo. Se nombran de dos formas atendiendo a la localización y disposición de los dobles enlaces:

- contando desde el grupo metilo terminal (CH3): ω ó n- contando desde el extremo carboxílico (COOH): cis,trans, cis/cis, cis/trans, ...

esteárico: 18 C, saturado

linoleico: 18 C, diinsaturado18:2 n-618:2 cis-9,cis-12

-linolénico: 18 C, triinsaturado18:3 n-318:3 cis-9,cis-12.cis-15

ruménico: 18 C, diinsaturado18:2 n-618:2 cis-9,trans-1111

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+ Por su longitud de cadena, los ácidos grasos se clasifican en:- Volátiles: con 2 a 4 carbonos.- Cadena corta: con 6 a 10 carbonos- Cadena media: con 12 a 16 carbonos.- Cadena larga: a partir de 16 carbonos.

+ En los tejidos vegetales el más abundante es el linoleico (diinsaturado, 18 C), el saturado más abundante es el palmítico (16 C) y el monoinsaturado más abundante es el oleico (18 C). Se han identificado más de 300 pero solamente 7 son comunes.

La longitud de cadena (+) y el nº de enlaces dobles (-) determinan el punto de fusión

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McDonald et al. (2010)

* Ácidos grasos esenciales para los animales

+ Los animales son incapaces de sintetizar los ácidos linoleico y -linolénico en su organismo, tienen que consumirlos preformados ( esenciales). Tampoco pueden convertir ácidos grasos de una serie a otra.

+ En el organismo animal, los ácidos linoleico y -linolénico son precursores de otros ácidos grasos n-6 y n-3 de 20 y 22 carbonos por elongación y desaturación. La baja velocidad a que ocurren estos procesos pueden causar deficiencias marginales en determinadas situaciones (ej. baja actividad de delta-6 desaturasa en gatos y peces). En dichas circunstancias se hace necesario aportar cantidades preformadas de dichos ácidos grasos poliinsaturados.

+ En general, se considera que los mamíferos tienen un requerimiento del 3% de la energía de la dieta como ácido linoleico, aunque las necesidades reales son muy variables en función de la especie (menos importante en rumiantes y caballos alimentados con forrajes verdes) y el estado productivo (más importante durante el crecimiento y la lactación).

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Aceites de:-girasol-soja-maíz-cártamo

Aceites de:-lino-nueces-salvia

competición pordesaturación y

elongación

CarnePescado,algas

"EFA to Eicosanoids" by Throop & Vasconcellos. Modificado.

Algas, pescado

Eicosanoides

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ANTI-INFLAMMATORY EFFECTS OF LC N-3 PUFA

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* Terpenos+ Están constituidos por unidades de isopreno.+ Muchos terpenos presentes en las plantas tienen olores y sabores

característicos y forman parte de lo que se conoce como “aceites esenciales”.+ Algunos terpenos son: clorofila, pigmentos carotenoides, vitaminas A, E y K.

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• Clasificación de los principios inmediatos• Carbohidratos• Lípidos • Proteínas y otros compuestos nitrogenados• Determinación analítica de los componentes de

los alimentos

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Proteínas y otros compuestos nitrogenados* Las proteínas son compuestos orgánicos complejos de elevado peso molecular que contienen C, H, O, N y generalmente azufre. Son los principales componentes estructurales del cuerpo de los animales.

* Para formar proteínas, los aminoácidos se unen mediante enlaces peptídicos.

* Las proteínas están compuestas por unidades denominadas aminoácidos que contienen un grupo carboxilo (COOH) y, por lo menos, un grupo amino(NH2), excepto la prolina que tiene un grupo imino (NH). La naturaleza de la cadena lateral (R) depende del aminoácido.

* La estructura de las proteínas se estudia a cuatro niveles: 1ª (cadena de aa), 2ª (puentes de H entre los aa adyacentes,3ª (pliegues y dobleces: responsables de la actividad biológica, 4ª (unión de varios polipéptidos).* El tratamiento térmico de las proteínas las desnaturaliza (pérdida de la estructura) y reduce su digestibilidad. Si es excesivo reacción de Maillard: unión de azúcares con grupo amino de lisina haciéndola inutilizable.

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* Cualquier aminoácido puede comportarse como ácido y como base, por lo que se denominan sustancias anfóteras.

* En las proteínas se encuentran normalmente 20 aminoácidos. Otros aminoácidos importantes en los animales son productos (taurina) o intermediarios (citrulina y ornitina). Excepto la glicina, todos tienen un carbono asimétrico que determina la existencia de isómeros L y D. En las proteínas, solamente se encuentran aminoácidos en la forma L. Estos son los únicos que, con pocas excepciones (metionina), pueden ser utilizados por los animales.

* Además de formar parte de las proteínas, hoy día se reconoce que los aminoácidos y sus derivados desempeñan numerosísimas funciones, participando y regulando rutas metabólicas clave para la supervivencia del organismo y para el crecimiento, la lactación y la reproducción. Ello ha dado lugar al concepto de aminoácidos funcionales (ver cuadro).

* En el organismo ocurren reacciones de aminación (cetoglutárico a glutámico) y transaminación (glutámico a aspártico) que permiten la síntesis de aminoácidos no esenciales a partir de los esqueletos carbonados (cetoácidos) y de otros aminoácidos no esenciales, respectivamente..

* La aminación de hidroxiácidos sintéticos aportados con la dieta también es posible y permite la síntesis endógena de aminoácidos esenciales p. ej. hidroximetionina a metionina. La única aminación imposible es hacia lisina y treoninapor ausencia de las aminasas específicas

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Compuestos “esenciales” derivados de aminoácidos

Fuller et al. (2004)

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Transaminación y desaminación

Akers & Denbow (2013)

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CLASIFICACIÓN POR LA ESTRUCTURA QUÍMICAMONOAMINO MONOCARBOXILICOS Glicina, Alanina, Valina, Leucina, Isoleucina, Serina, Treonina.

MONOAMINO DICARBOXILICOS Ácido aspártico, Ácido glutámico.

AZUFRADOS Cisteína, Metionina, Cistina (dos moléculas de cisteína)

DIAMINO MONOCARBOXILICOS Arginina, Lisina.

HETEROCICLICOS Histidina, Triptófano, Prolina, Hidroxiprolina (derivado de prolina)

AROMATICOS Fenilalanina, Tirosina.

CLASIFICACIÓN POR LA CAPACIDAD DE SÍNTESIS DE LOS ANIMALESESENCIALES(la biosíntesis es virtualmente cero)

Fenilalanina, histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, treonina, triptófano y valina. Arginina en aves.

CONDICIONALMENTE ESENCIALES(velocidad de síntesis limitada según estado)

Arginina: animales en crecimiento rápido, gatos y perros, .Prolina, glicina+serina y ácido glutámico: pollos y lechones. Cisteína: puede sintetizarse desde metionina. Tirosina: puede sintetizarse desde fenilalanina

DISPENSABLES(en todas las especies y estados)

Ácido aspártico, alanina.

CLASIFICACIÓN POR EL DESTINO EN EL CATABOLISMOGLUCOGÉNICOS ( CAT gluconeogénesis) Todos, menos Lisina y Leucina.

CETOGÉNICOS ( acetil-CoA) Leucina, Lisina.

GLUCOGÉNICOS Y CETOGÉNICOS Isoleucina, Fenilalanina, Tirosina y Triptófano.

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CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS

HOLOPROTEINASPor hidrólisis dan aminoácidos

HETEROPROTEÍNASPor hidrólisis dan aminoácidos y un grupo

no aminoacídico (prostético)

FibrosasGlobulares

GlucoproteínasColágenoQueratina

Lipoproteínas

Fosfoproteínas

Cromoproteínas

Albúminas

Globulinas

Protaminas e histonas

Prolaminas

Glutelinas

Mucinas

Proteínas dereserva de los cereales

Ácidos nucleicos

CaseínaVitelina

HemoglobinaMioglobinaClorofila

HDLLDLVDLSuero, leche, huevo

VegetalesZeínaGliadinaHordeína Igs

MiosinaGlicinina (antigénico)Legumina

Gluteína

* Albúminas Globulinas Prolaminas Glutelinas

Trigo 9 5 40 46Maíz 4 2 55 39Arroz 5 10 5 80Avena 11 56 9 23Veza 40 60 0 0Soja 30 70 0 0

Solubilidad Agua Soluc. neutras

Soluc. ácidas o básicas Etanol 80% * % de la proteína total

Aminoácido Limitante, Desequilibrio de Aminoácidos y Proteína Ideal

+ Aminóacido limitante y desequilibrio de aminoácidos

- Para que una proteína sea sintetizada en el organismo, los aminoácidos esenciales y no esenciales que la componen tienen que estar presentes en el sitio de síntesis. De lo contrario, la elongación de la cadena peptídica se detiene.

- Si el aminoácido faltante es no esencial, el organismo podrá suplir su falta mediante la síntesis a partir de precursores retraso de la síntesis proteica. Si el aminoácido que falta es esencial, su ausencia limitará la síntesis proteica.

- El aminoácido que limita la síntesis en primer lugar será el primer aminoácido limitante. Cuando este se aporta en cantidad suficiente, el siguiente aminoácido en limitar la síntesis se convierte en el segundo aminoácido limitante, y así sucesivamente.

Por otra parte, la existencia de un aminoácido limitante supone un desequilibrio. Los restantes aminoácidos no pueden utilizarse y tienen que ser catabolizados (aunque sean esenciales, porque la capacidad de almacenamiento de aa libres es muy limitada) con el consiguiente derroche. Primer aa limitante

Segundo aa limitante

Máxima síntesis teórica

El barril de Liebig

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Aminoácido Limitante, Desequilibrio de Aminoácidos y Proteína Ideal

+ Proteína ideal

- Es el perfil de aa en la dieta que satisface las necesidades nitrogenadas del animal con el mínimo consumo de proteína. El concepto de proteína ideal se aplicó primero en cerdos. Hoy día se utiliza en todos los animales de producción.

- El perfil de la proteína ideal depende de la especie animal y de las necesidades para el estado productivo incluyendo el mantenimiento.

- El aminoácido de referencia es la lisina, porque suele ser el primer aa limitante. Para conocer la proteína ideal:

1. Se analiza la composición de aa de los tejidos y productos animales.2. Se determinan las necesidades de lisina en relación con las necesidades de energía del animal en

cuestión. Esta necesidades se calculan mediante pruebas de dosis-respuesta o retención de nitrógeno. 3. Las necesidades de todos los demás aminoácidos esenciales se expresan en proporción a la de la

lisina.4. Se establece el perfil de aa de los alimentos en relación con su contenido de lisina los alimentos

pueden categorizarse para las diferentes especies y producciones por su proteína ideal y es fácil ver que alimentos son complementarios.

- Con este sistema ningún aminoácido se suministra en exceso en comparación con el resto. Como consecuencia, la utilización de la proteína consumida es máxima y la excreción de nitrógeno es mínima.

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Se estima que la aplicación del concepto de proteína ideal a los piensos de cerdos reduce:•Excreción de nitrógeno entre el 25-50%.•Ingestión de agua y por tanto producción de orina entre el 10-30%.•Emisión de amoníaco alrededor del 50%.

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Crecimiento 60 kg

Cerda lactante

Cerda gestante

Broiler25-35 días

Ponedora90% puesta

110 g/dMaiz

Harina de soja

44%g LYS/MJ ENg LYS/MJ EM

0,84 0,87 0,660,77 0,64

Lys 100 100 100 100 100 100 100Met+Cys 63 60 66 76 91 150 44

Thr 67 68 69 65 70 133 61Trp 20 22 22 16 21 28 23Arg 36 56 90 105 104 178 123Ile 55 59 59 71 79 122 75

Leu 100 114 97 107 120 461 124Val 68 85 68 80 87 167 77His 32 40 36 33 30 111 44

Phe+Tyr 95 113 100 116 120 289 145

Proteína ideal para cerdos y aves (Evonik)Valores expresados como aminoácidos digestibles en íleon (digestibilidad ileal estandarizada)

La proteína ideal da una idea más exacta de las necesidades de aa de los animales y permite categorizar a los alimentos, pero no cuantifica la capacidad de estos para satisfacer las necesidades de aquellos.

Antagonismo entre aminoácidos

+ Se refiere a la disminución del crecimiento cuando se consume un aminoácido en exceso y que se supera cuando se suministra otro aminoácido de estructura similar.+ Se diferencia del desequilibrio en que el aminoácido antagonista no tiene porque ser limitante. Ejemplos: arginina para corregir exceso de lisina; isoleucina + valina para corregir exceso de leucina.

Toxicidad de aminoácidos

+ Se observa cuando el efecto perjudicial de un aminoácido no puede evitarse por el aporte de otro aminoácido. Ejemplos: metionina, tirosina, triptófano consumidos en cantidades a 2-3 veces superiores a las necesidades.

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Otros productos nitrogenados

+ En los vegetales se encuentran además de proteínas otros compuestos que contienen nitrógeno y que se engloban bajo el nombre de compuestos nitrogenados no proteicos o simplemente nitrógeno no proteico (NPN en inglés): aminoácidos libres, nucleótidos, aminas, amidas, amoníaco y urea, nitratos, y alcaloides. Son más abundantes en los forrajes verdes y en los ensilados.

- Forrajes verdes: pueden suponer hasta el 15-25% del N total y predominan los aminoácidos libres. Los valores son mayores en los forrajes más jóvenes y en las leguminosas.

- Ensilados: el NNP supone hasta 74% del N total y el amoníaco es casi un tercio del mismo.

Con excepción de los aminoácidos libres, los nucleótidos y algunas aminas, el NNP solamente tiene valor nutricional para los animales rumiantes porque puede ser utilizado por los microorganismos ruminales para la síntesis de proteína microbiana.

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Cortegano (2012)

Nucleósido

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+ Nucleótidos: aparte de ser componentes estructurales de los ácidos nucleicos, la evidencia científica indica que como monómeros libres tienen un importante papel en la estimulación de la proliferación celular y la respuesta inmune, lo que es especialmente relevante en determinadas situaciones como p. ej. el destete de los lechones.

+ Aminas: las más importantes son la colina y la betaína. Ambas participan en el proceso de la transmetilación que regenera metionina desde homocisteína (tóxica).

+ Vitaminas B: las vitaminas del grupo B contienen N.

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+ Nitratos: se acumulan en los tallos de los forrajes en crecimiento, especialmente en las gramíneas, en situaciones de estrés ambiental. El nitrato es irritante de la mucosa digestiva, pero el principal problema es su reducción incompleta hasta NH3 en el rumen, resultando en la acumulación ruminal de nitrito. El nitrito pasa a la sangre y causa metahemoglobinemia y asfixia.Más información: http://www.researchgate.net/publication/28283732_Efectos_del_nitrato_en_la_alimentacin_de_rumiantes

+ Urea. Mas información sobre el uso de la urea y otros productos derivados en la alimentación de rumiantes puede encontrarse en:http://www.veterinaria.org/revistas/redvet/n121209/120906.pdf

+ Alcaloides: son compuestos tóxicos que se encuentran en algunas plantas (estramonio) y semillas (altramuces). Los altramuces amargos contienen hasta 20 g/kg de alcaloides (frente a 0,5 g/kg en la variedades dulces) que le confieren su sabor característico.Intoxicación por estramonio, más información en:http://www.magrama.gob.es/ministerio/pags/biblioteca/revistas/pdf_MG%2FMG_1997_94_54_54.pdf

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• Clasificación de los principios inmediatos• Carbohidratos• Lípidos • Proteínas y otros compuestos nitrogenados• Determinación analítica de los componentes

de los alimentos

VALORACIÓN QUIMICA: Weende* La técnica analítica más extendida (y en la que se basa la normativa de etiquetado vigente) es la desarrollada en la Estación Experimental de Weende en Alemania a finales del siglo XIX.

* Este método determina la materia seca, cenizas brutas, proteína bruta (Nx6,25), fibra bruta y extracto etéreo (grasa bruta) y calcula por diferencia un componente denominado extractivos libres de nitrógeno.

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ProteínaNNP

TriglicéridosGluco y fosfolípidosCeras, pigmentos, terpenos

CelulosaHemicelulosa (parte)Lignina (parte)

(Con o sin CLH previo)

Extractivos Libres de Nitrógeno(ELN = MS – CB – PB – FB – EE)

AzúcaresAlmidónPectinasHemicelulosa (parte)Lignina (parte)

* Desde el punto de vista de la relación entre los componentes del alimento y su utilización por los animales, este método plantea el inconveniente de que las fracciones FB y ELN no son homogéneas entre materias primas lo que resulta en variabilidad en cuanto a su valor nutritivo. Los ELN de los cereales son mayoritariamente almidones y azúcares. En los forrajes, los ELN contienen una parte de la lignina y de la hemicelulosa que se solubilizan durante el análisis de la FB. Este efecto es mayor en las gramíneas que en las leguminosas.

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* Otros inconvenientes se refieren a la calidad de la proteína bruta (aminoácidos vs. otros compuestos) y de la grasa bruta (ácidos grasos vs. otros compuestos lipídicos).

* La ventaja de este método, además de su utilización en el etiquetado, es que desde su desarrollo se han realizado infinidad de análisis para determinar los componentes de multitud de materias primas y un número elevadísimo de pruebas en las que se ha valorado la digestibilidad de dichos componentes.

45Van Soest (1983)

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VALORACIÓN QUIMICA: Van Soest* En los años 60 del siglo XX, Van Soest propuso un esquema de análisis que permite la separación de los componentes de las materias primas en fracciones que se pueden relacionar de una forma más estrecha con su valor nutritivo para los animales.

* Este método separa las sustancias presentes en las paredes vegetales del resto de componentes de las células vegetales.

+ Los contenidos celulares (solubles en detergente neutro) incluyen almidón y azucares, pectinas, compuestos nitrogenados y lípidos. Estos pueden determinarse con los correspondientes análisis.

+ Las paredes celulares incluyen celulosa, hemicelulosa y lignina. Las fracciones obtenidas son FDN (toda la pared celular, menos las pectinas), FDA (celulosa + lignina) y LDA (lignina).

+ Conociendo los valores de MS, CB, PB, EE y FDN puede calcularse por diferencia el valor denominado carbohidratos no fibrosos (CNF = almidón + azucares + otros CHO)

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47Cenizas

Esquema del análisis de Van Soest

Celulosa

KMnO4 SO4H2

N insoluble en detergente ácido

Carbohidratos no fibrosos(por diferencia)

= MS – PB- GB- CB - FDN

Pectinas

Componentes de las materias primas vegetales incluidos en las fracciones obtenidas por el análisis de Van Soest

Van Soest (1983) 48

Digestibilidad > 90%

Indigestible

Digestibilidad variable según lignificación

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Componentes de la fracción fibrosa de algunos alimentos (g/kg MS)

McDonald et al. (2010)

ADF = acid-detergent fibre, CF = crude fibre, NDF = neutral-detergent fibre, NSP = non-starch polysaccharide.

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Diferencias entre los análisis de Weende y de Van SoestWEENDE VAN SOEST

Permite conocer Materia seca, proteína bruta, grasa bruta, fibra bruta, cenizas, y extractivos libre de nitrógeno por diferencia.

Solubles en detergente neutro (contenidos celulares + pectina), fibra neutrodetergente (hemicelulosa, celulosa y lignina),fibra ácido detergente (celulosa y lignina), y lignina. Por diferencia, se calculan los carbohidratos no fibrosos.

Se utiliza

Para conocer los componentes de los alimentos declarables en las etiquetas.Desde el punto de vista nutricional, para conocer el contenido de humedad, proteína bruta, grasa bruta y cenizas.

Para conocer el valor nutritivoaproximado de un alimento a través de la relación SDN/FND ó CNF/FND y de la relación LAD/FND

Los carbohidratos del alimento están en la fracción:

Fibra bruta y extractivos libres de nitrógeno Fibra neutrodetergente y carbohidratos no fibrosos

Dichasfracciones son:

No homogéneas entre alimentos porque ambas contienen cantidades variables de hemicelulosa y lignina, según el alimento.

Homogéneas entre alimentos.

La digestibilidadde los carbohidratos es:

Variable en la FB y los ELN en función de la proporción de lignina que contenga cada uno de ellos. En general, los ELN de los concentrados contienen poca lignina y son muy digestibles. En algunos forrajes y alimentos fibrosos, los ELN son menos digestibles que la FB porque contienen más lignina, que el análisis no ha sido capaz de extraer durante la determinación de la FB.

Muy alta en los CNF (son básicamente almidón, azúcares y pectinas) y variable en la FND según el contenido de lignina

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Carbohidratos de algunos alimentos según los análisis de Weendey Van Soest (entre paréntesis digestibilidad para rumiantes)

WEENDE VAN SOEST

FB ELN CNF FND FAD LAD

CEBADA4,5 70,2

57,7 17 6,3 1,1(0,35) (0,92)

SALVADO DE TRIGO7,3 58,3

36,6 29 9 2,5(0,25) (0,71)

PULPA REMOLACHA17,8 53,3

28,3 42,8 22,9 1,7(0,76) (0,94)

GARROFA8,1 70,1

45,6 32,6 32,7 21,3(0,61) (0,86)

HENO DE ALFALFA25,9 36,6

16,4 46,1 35 9,9(0,45) (0,68)

PAJA DE CEREALES39,1 41,7

9,9 70,9 48,3 8,4(0,50) (0,37)

El análisis de Van Soest separa los carbohidratos de los alimentos en fracciones que tienen significación desde el punto de vista nutricional. Las fracciones de Van Soest son de composición homogénea entre alimentos. Las proporciones de los componentes presentes en la FB y los ELN son variables entre alimentos.

OTRAS VALORACIONES QUÍMICAS* Los componentes “brutos” del alimento pueden analizarse a su vez para determinar su composición específica.

• Ácidos grasos en el extracto etéreo: cromatografía (+espectrómetro de masas)• Aminoácidos en la proteína: cromatografía.• Minerales en las cenizas: espectrofotometría

* También se han desarrollado técnicas analíticas para intentar separar fracciones de los componentes que tengan significación nutricional, p. ej. fracciones de proteína y CHO para rumiantes según su degradación ruminal (Cornell).

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TECNOLOGÍA NIRSLa tecnología NIRS ha permitido abaratar el costede los análisis y aumentar la rapidez de las determinaciones, entre otras ventajas.

La calibración inicial requiere valores analíticos obtenidos por las técnicas tradicionales.CGL + espectrómetro de masas

cromatógrafo gases-liquidos

espectrofotómetro

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