Insegnamento Produzioni Animali Professore Carlotta Giromini Argomento Carboidrati e lipidi Carlotta Giromini Argomenti trattati Caratteristiche degli alimenti per la nutrizione animale • • • • , MODULO II Carboidrati Analisi alimenti: metodo wende e van soest Lipidi Analisi alimenti: calcolo dei lipidi grezzi Carboidrati e lipidi 2 di 32 Carlotta Giromini Carboidrati-saccaridi-glucidi (Fibra) • Sostanze organiche ad elevata diffusione negli organismi viventi ed in particolare nei tessuti vegetali dove ne avviene la produzione per mezzo della fotosintesi clorofilliana • Elementi ternari costituiti da Cn H2n On Classificazione zootecnica: v Estrattivi inazotati (zuccheri semplici e complessi digeribili) v Fibra grezza (zuccheri complessi poco digeribili) Carboidrati e lipidi 3 di 32 Carlotta Giromini Monosaccaridi glucosio, mannosio, galattosio, fruttosio, xilosio, arabinosio, ribosio Zuccheri semplici formati da un singola unità di poli-idrossialdeide o di chetone Pentosi: zucccheri a 5 atomi di carbonio tra cui xilosio (idrolisi prolungata dei pentosani); arabinosio (idrolisi della gomma); ribosio desossiribosio (costitu DNA ed RNA) sintetizzati nel metabolismo glucidico poiché assenti negli alimenti Carboidrati e lipidi Ribosio 4 di 32 Carlotta Giromini Monosaccaridi glucosio, mannosio, galattosio, fruttosio, xilosio, arabinosio, ribosio Zuccheri semplici formati da un singola unità di poliidrossialdeide o di chetone Glucosio Esosi: zuccheri tra i più importanti a fini nutrizionali • D-Glucosio che è composto di partenza per numerose reazioni biochimiche che forniscono energia • D-Galattosio esoso elaborato a partire da D-glu da parte delle cellule ghiandolari mammarie. Presente nel latte. D-Gal+ D-Glu= lattosio • D-Fruttosio esoso presente nella frutta e nel miele. D-Fru+D-Glu= saccarosio Carboidrati e lipidi 5 di 32 Carlotta Giromini Oligosaccaridi Da due a dieci unità di monosaccaridi uniti tramite legame glicosidico • Maltosio costituito da 2 molecole di glucosio legate tramite legame α (1-4 glicosidico) Maltosio • Cellulobiosio: costituito da 2 molecole di glucosio legate tramite legame β (1-4 glicosidico) Carboidrati e lipidi Cellulobiosio 6 di 32 Carlotta Giromini Polisaccaridi amido, glicogeno, inulina, cellulosa, emicellulosa, lignina AMIDO polisaccaride più importante di origine vegetale; polimerizzazione del D-glucosio (semi frutti e tuberi) Costituito da miscela di α-amilosio (20-25%) e amilopectina (80-85%) Amilosio formato da lunghe catene non ramificate in cui le unità di D-glu sono legate da α-glicosidico (1-4) Amilopectina altamente ramificata in catene di D-glu legate da legame α-glicosidico (14). Nei punti di ramificazione (1-6) Amido riscaldato subisce processi di Rigonfiamento dei granuli Gelatinizzazione solubilizzazione Carboidrati e lipidi 7 di 32 Carlotta Giromini Polisaccaridi amido, glicogeno, inulina, cellulosa, emicellulosa, lignina Cellulosa (fieni e paglie) Polisaccaride strutturale più diffuso. Polimero lineare di D-glucosio con legame beta (1-4). Componente della parete cellulare vegetale e negli interspazi dove conferisce elasticità Gli animali non posseggono capacità di produrre enzimi cellulosolitici in grado di attaccare il legame β (1-4). I microrganismi sono in grado di idrolizzarlo Monogastrici: funzione cellulosolitica a livello di intestino crasso Poligastrici: funzione cellulosolitica svolta da micro popolazione simbionte ruminale Carboidrati e lipidi 8 di 32 Carlotta Giromini Altri polisaccaridi strutturali Emicellulosa Polisaccaride complesso che ha funzione cementante nelle pareti cellularie nelle strutture fibrose Carboidrati e lipidi Lignina Principale componente delle piante legnose e negli steli dei foraggi in avanzato stato di maturazione è un polimero di alcoli aromatici (natura non glucidica, associato a cellulosa) Ridotta digeribilità Fattore determinante per valutazione del valore nutritivo di un alimento 9 di 32 Carlotta Giromini Digestione dei glucidi La digestione dei carboidrati ha ruolo diverso a seconda che si tratti di poligastrici o monogastrici • POLIGASTRICI Glucidi subiscono idrolizzazione e fermentazione ruminale dando luogo alla liberazione di glucosio, acidi grassi volatili, CO2 e CH4 (eruttati) AGV e glucosio assorbiti tramite papille ruminali e raggiungono flusso sanguineo La quota di carboidrati non fermentata nel rumine viene idrolizzata a livello intestinale Carboidrati e lipidi 10 di 32 Carlotta Giromini Digestione dei glucidi La digestione dei carboidrati ha ruolo diverso a seconda che si tratti di poligastrici o monogastrici • MONOGASTRICI Nei monogastrici erbivori i monosaccaridi liberati da enzimi duodenali vengono assorbiti Fermentazioni hanno luogo nell’intestino crasso e permettono la liberazione di AGV Carboidrati e lipidi 11 di 32 Carlotta Giromini Nei poligastrici la fibra rappresenta un'importante fonte di energia e di principi nutritivi ed è fondamentale per mantenere una corretta funzionalità del rumine. Nello stesso tempo il contenuto in fibra rappresenta un fattore limitante in ruminanti ad elevate performance produttive: v corr negativa con la digeribilità e la densità energetica v corr positiva con lo spazio occupato Carboidrati e lipidi Nei monogastrici il ruolo della fibra in termini di apporto energetico e di altri nutrienti è molto limitato, il ruolo principale è il mantenimento della motilità intestinale 12 di 32 Carlotta Giromini Fibra negli alimenti Il contenuto in fibra degli alimenti viene determinato con diversi metodi: – NDF (fibra neutro detersa) = emicellulose, cellulosa e lignina; – ADF (fibra acido detersa) = cellulosa e lignina; – ADL (lignina acido detersa) = lignina. Solo l'NDF misura il contenuto totale in fibra. L'adeguato apporto in fibra e la sua forma fisica nella razione assicurano la normale attività di masticazione e ruminazione. L'NDF fisicamente efficace (peNDF) rappresenta una misura della capacità di un alimento di stimolare la masticazione e la ruminazione Carboidrati e lipidi 13 di 32 Carlotta Giromini Carboidrati non strutturali • I carboidrati non strutturali (NSC), rappresentano un’ importante fonte energetica. Sono costituiti da carboidrati endocellulari (amido e zuccheri) ed alcuni componenti delle pareti vegetali ad elevata degradabilità ruminale (pectine). NSC (% DM) = 100 - (NDF %+ CP %+ EE %+ ash %). Carboidrati e lipidi 14 di 32 Carlotta Giromini Metodiche analitiche per determinazione fibra negli alimenti vMetodo weendeFIBRA GREZZA NDF vMetodo van soest ADF ADL Carboidrati e lipidi Carboidrati di riserva (EI = estrattivi inazotati o NFE) Calcolati per differenza EI = 100 - (umidità + ceneri + PG + grassi + fibra) 15 di 32 Carlotta Giromini Metodiche analitiche per determinazione fibra negli alimenti vMetodo weende FIBRA GREZZA METODO UFFICIALE: WEENDE 1.estrazione lipidi (etere) 2.H2SO4 0,26N per 30’ all’ebollizione 3.filtrazione e lavaggio in acqua bollente 4.NAOH 0,23N per 30’ all’ebollizione 5.filtrazione,lavaggio con acqua bollente ed essiccazione in stufa 6.pesata(W1), incenerimento 7.pesata(W2) risultato: fibra greggia = W1 - W2/100 Carboidrati e lipidi 16 di 32 Carlotta Giromini Carboidrati di struttura nella cellula vegetale • • • Carboidrati e lipidi Cellulosa: solubile a pH fortemente acido Emicellulose: stabili solo a pH neutro Lignina: solubile a pH fortemente basico 17 di 32 Carlotta Giromini Metodiche analitiche per determinazione fibra negli alimenti vMetodo van soest Diversi trattamenti idrolitici con soluzioni a differente pH: 1) trattamento con soluzione a pH neutro che solubilizza il contenuto cellulare – NDF (emicellulosa, cellulosa, lignina e minerali) 2) il residuo NDF subisce un trattamento con detergente acido che solubilizza le emicellulose e la frazione residua (cellulosa, lignina e silice) -ADF (cellulosa, lignina e minerali) 3) il residuo ADF subisce trattamento con acido solforico al 72% che solubilizza la cellulosa – ADL (lignina e minerali) . 4) Il residuo ADL viene incenerito in muffola a 600°C Carboidrati e lipidi NDF-ADF= emicellulosa ADF -ADL = cellulosa NDF ADF ADL 18 di 32 Carlotta Giromini I principi alimentari I lipidi Carboidrati e lipidi 19 di 32 Carlotta Giromini Lipidi v Alimenti energetici per eccellenza: 1g di tale sostanza fornisce 9.3kcal v I lipidi costituiscono una fonte energetica ad elevata densità (pari convenzionalmente a 2,25 volte l'energia contenuta nei carboidrati) v Sostanze insolubili in acqua ma solubili in solventi organici v Grassi, olii, glicolipidi, fosfolipidi e terpeni v fonte di acidi grassi essenziali Carboidrati e lipidi 20 di 32 Carlotta Giromini Lipidi Nell'alimentazione dei ruminanti l'impiego di grassi rappresenta un intervento nutrizionale di interesse in quanto permette di: – sostituire una quota di cereali della razione con una fonte energetica maggiormente concentrata con conseguente aumento del contenuto in fibra nella dieta – aumentare la concentrazione energetica senza gli effetti negativi associati ad un aumento della quota di cereali – mantenere l'assunzione di sostanza secca nei periodi in cui tale assunzione risulta ridotta; – migliorare la fertilità. Carboidrati e lipidi 21 di 32 Carlotta Giromini Lipidi • Lipidi complessi Contengono acidi grassi Grassi, oli, fosfolipidi, glicolipidi, cere Sono saponificabili poiché formano tramite idrolisi alcalina i Sali di acidi grassi Carboidrati e lipidi • Lipidi semplici Non contengono acidi grassi Non saponificabili Sono presenti nelle cellule in quantità molto bassa ma comprendono molte sostanze ad elevata attività biologica (vitamine ed ormoni) 22 di 32 Lipidi complessi • Fosfolipidi Esteri del glicerolo, sfingomielina Costituenti membrane cellulari Abbondanti a livello di cuore, reni, tessuto nervoso (cefaline) Le uova tra i prodotti di origine animale figurano tra le fonti principali di tali composti per uomo Carboidrati e lipidi Carlotta Giromini • Glicolipidi Costituiti da due acidi grassi e da 1 zucchero ≈ 5% dei lipidi del monostrato esterno delle membrane cellulari Costituiscono 80% della frazione lipidica dei cloroplasti delle piante Presenti a livello di cervello, fegato e reni 23 di 32 Lipidi complessi Carlotta Giromini • TRIGLICERIDI Costituiti da acidi grassi a lunga catena con gruppo carbossilico esterificato da gruppo ossidrile del glicerolo Carboidrati e lipidi 24 di 32 Lipidi complessi Carlotta Giromini Gli acidi grassi differiscono tra loro per la lunghezza della catena e per numero e posizione dei legami insaturi Acido linoleico e linolenico non vengono sintetizzati dall’organismo: ESSENZIALI • Trasporto lipidi • Membrane cellulari • Sintesi eicosanoidi Carboidrati e lipidi 25 di 32 Carlotta Giromini Mc donald, 2012 Eicosanoidi (e.g. Prostaglandine, leucotrienti) sono gruppo di molecole ormono-simile. Mediatori chimici locali, prodotte da cellule bersaglio degli ormoni stessi Carboidrati e lipidi Risposta immunitaria • Coagulazione del sangue • Pressione arteriosa • 26 di 32 Carlotta Giromini Lipidi complessi Olio di lino è fonde essenziale di acido linoleico Semi di lino fonte di α-linolenico Mc donald, 2012 • Elevate dosi di semi di lino nella dieta di polli e suini: ricevono adeguate dosi di acidi grassi essenziali • Nelle diete per ruminanti linoleico e linolenico sono addizionati alla dieta costituita principalmente da foraggi (comunque difficili fenomeni carenziali) Carboidrati e lipidi 27 di 32 Carlotta Giromini Lipidi complessi Carboidrati e lipidi 28 di 32 Lipidi semplici I terpeni sono costituiti da multipli dell’isoprene (idrocarburo a 5 atomi di carbonio) Stuttura ciclica o lineare I terpeni costituiscono la componente aromatica di molti oli essenziali Carotenoidi, vitamine liposolubili A, E e K. Carboidrati e lipidi Carlotta Giromini Steroidi (e.g. colesterolo) hanno struttura tetraciclica ü Nei tessuti animali: Il colesterolo è precursore di altri steroidi quali acidi biliari, progesterone ed estrogeni, androgeni ü Nei tessuti vegetali: presenti differenti forme denominate fitosteroli (ergosterolo, precursore vitamina D2) 29 di 32 Digestione lipidica Negli animali poligastrici i lipidi subiscono primo attacco enzimatico da parte della flora batterica simbionte: idrolisi trigliceridi, dei galattolipidi, fosfolipidi e steroidi con relativa formazione di glicerolo, galattosio, steroli e acidi grassi Gli acidi grassi insaturi vengono poi idrogenati da enzimi prodotti da batteri e protozoi Carboidrati e lipidi Carlotta Giromini Nello stomaco ghinadolare di monogastrici e poligastrici azione lipolitica è garantita da lipasi gastrica (attività blanda) Digestione lipidica avviene in modo particolare nell’ambiente basico dell’intestino tenue (lipasi pancreatiche ed enteriche) 30 di 32 Analisi chimica: lipidi grezzi Alimento Estrazione in etere Lipidi grezzi: sostanze solubili in etere di petrolio Alcuni alimenti (grassi protetti, lieviti) richiedono una idrolisi preliminare con acido cloridrico prima di essere trattati con etere di petrolio. Carboidrati e lipidi Carlotta Giromini Il campione viene consegnato in lab in diversi contenitori, macinazione campione e mantenuto a temperatura ambiente fino all'analisi Pesare 5 g campione in ditali cellulosa e becher essicati in stufa ll solvente (Etere di petrolio) viene fatto rifluire più volte sul campione di alimento; infine il solvente viene eliminato (e con esso anche i grassi estratti dal solvente) ed il residuo di alimento (privato dei grassi grezzi) viene essicato e pesato. % EE = (campione iniziale - residuo dopo estrazione)/ campione iniziale x 100 31 di 32 Carlotta Giromini Carboidrati e lipidi Carboidrati e lipidi 32 di 32
