FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES

UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA PAMPA

TRABAJO DE TESIS DE GRADO PARA OPTAR EL GRADO DE LICENCIADO EN QUÍMICA

Evaluación del contenido de Fósforo y Fitatos en materias primas de origen vegetal empleados en nutrición animal

Presentado por Zaldarriaga Heredia, Jorgelina

Director Mg. Scoles, Gladis Ester

SANTA ROSA (LA PAMPA) ARGENTINA. 2014

Marrón, Carolina La evitación al trabajo en las organizaciones santarroseñas y su relación con la cultura organizacional / Carolina Marrón. - 1a edición para el profesor - Santa Rosa : Universidad Nacional de La Pampa, 2018. Libro digital, EPUB Archivo Digital: descarga y online ISBN 978-950-863-350-7 1. Actividad Administrativa. I. Título. CDD 306.36

PREFACIO

Esta Tesina es presentada como parte de los requisitos para optar al grado académico de Licenciado en Química de La Universidad Nacional de la Pampa y no ha sido presentada previamente para la obtención de otro título en esta Universidad ni en otra institución académica. Se llevo a cabo en el Departamento de Química de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, bajo la dirección de la Mg. Gladis Ester, Scoles.

Zaldarriaga Heredia, Jorgelina
22 de Diciembre 2014
Departamento de Química
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Universidad Nacional de La Pampa

RESUMEN

El fósforo presente en las fuentes de origen vegetal constituye la mayor parte (55-65%) del aporte total del elemento en las dietas para animales, elaboradas principalmente con granos de cereales y oleaginosas. La disponibilidad del fósforo en la mayoría de estos ingredientes es bajo (30-40%), debido a que gran parte del elemento se encuentra bajo la forma de ácido fítico (±70%), un componente poco utilizado por los animales no rumiantes, por la escasa actividad fitásica de estos animales.  Por lo anterior, las dietas para animales monogástricos son suplementadas con fuentes de fósforo inorgánico, para cubrir las necesidades del animal.

El objetivo de este trabajo fue evaluar la disponibilidad del fosforo en materias primas de origen vegetal utilizadas en la elaboración de alimentos balanceados, para ello se analizó el contenido de fósforo total y de ácido fítico presente en granos cereales y oleaginosas con la finalidad de formular correctamente las raciones, y de esta manera, obtener un óptimo rendimiento en los animales.

Debido a que la disponibilidad biológica de fósforo varía dependiendo de la especie vegetal y edad del animal y en función de los bajos valores de fósforo fítico encontrados en materias primas de origen vegetal, es recomendable el agregado de fitasas a las dietas animales de acuerdo a los requerimientos de los diferentes estados fisiológicos. Mediante la incorporación de fitasas al alimento se mejoraría la digestibilidad del fósforo, disminuyendo la excreción del mismo. Así mismo, se consigue optimizar la digestibilidad de otros minerales, de proteínas, aminoácidos y energía, lo que redunda en un aumento de la tasa de crecimiento de los animales.

ABSTRACT

The phosphorus present in vegetables sources is most (55-65%) of total contribution of the elements in the diets for animals, made mainly with grains of cereals and oilseeds. The availability of phosphorus in most of these ingredients is low (30-40%), because part of the element is in the form of phytic acid (+-70%), a component that is a little used for non-ruminant animals by the low phytic activity of this animals. Therefore, diets for mono-gastric animals are supplanted with inorganic phosphorus sources, to meet the needs of the animal.

The object of this work was to evaluate the availability of phosphorus in raw materials of vegetable origin utilities in the production of animal feed, so analyzed the content of total phosphorus and phytic acid present in grains and oilseeds grains in order to correctly formulate rations, and thus obtain optimal performance in animals.

Since phosphorus biological availability varies depending on the plant species and age of the animal and on the bases of the low values of phosphorus in phytic found in raw materials of vegetable origin, it is recommended the addition on Phytase to animal diets according to the requirements of the different physiological States. Through the addition of Phytase to food, is improve digestibility of phosphorus, decreasing the excretion of the same. Likewise, is achieved by optimizing digestibility of the other minerals, proteins, amino acids and energy, resulting in an increase in the rate of growth of the animals.

CAPÍTULO 1: Introducción

1.1 Alimentos balanceados

A partir de los avances en genética y en biotecnología ha sido posible imaginar caminos alternativos de mejoramiento en alimentación animal dirigidos a que los vegetales en sí elaboren productos más nutritivos. De esta forma, la producción vegetal cambia el rumbo hacia cultivos con valor agregado. En tal sentido, distintos institutos de investigación del mundo están trabajando en obtener mejoras en la calidad y contenido de los nutrientes producidos en las plantas (ácidos grasos, proteínas, carbohidratos, vitaminas, antioxidantes y minerales), así como también mejoras en la digestibilidad de los alimentos (especialmente de las fibras y almidón) y mayor energía metabolizable (contenido de aceites) con disminución de factores antinutricionales. De esta forma, los procesos de nutrición y sistemas de producción animal buscan suplementar las raciones animales de manera que alcancen las mejoras introducidas en los cultivos a través de la biotecnología.

Un alimento balanceado es un producto que contribuye a mejorar la nutrición del animal porque favorece el desarrollo, mantenimiento y reproducción del mismo. Son mezclas homogéneas de varios ingredientes nutricionales, formulados como ración en cantidades y proporciones adecuadas para satisfacer en lo posible todas las necesidades nutricionales de una especie animal en un estado fisiológico determinado.

Los Alimentos balanceados que se conocen en el mercado son:

Alimentos completos: cumple con todos los requerimientos diarios de la especie en un estado fisiológico determinado (crecimiento, desarrollo, acabado, gestación, lactancia y reproducción). Generalmente contienen materia prima de origen vegetal como: maíz, pellet de soja, expeller de soja, soja estrujada, afrechillo de trigo además de suplementos vitamínico-mineral con el agregado de lisina, fosfato vocálico, promotores de crecimiento y enzimas, secuestrantes de micotoxinas, saborizantes, protector hepático, antioxidantes.

Aditivo alimentario: cubre necesidades específicas

Alimento compuesto: mezcla de ingredientes o materias primas.

Alimento con medicamentos: producto nutritivo con medicación que actúa como promotor del crecimiento y también atenúa problemas sanitarios como: parasitosis, deficiencias nutricionales, mejora el tránsito intestinal y la composición de la microflora rumial y digestiva en general.

Concentrados enérgicos: contienen ingredientes que aportan energía como la glucosa y celulosa.

Concentrados proteicos: harinas de origen vegetal, animal y marino.

Concentrados vitamínicos-minerales: mezclas que están compuestas por oligoelementos, vitaminas solubles y liposolubles. En ocasiones, se adicionan aminoácidos sintéticos, promotores del crecimiento, probióticos y grasas.

1.2 Requerimientos nutricionales

La mayoría de los alimentos proporcionan uno o varios nutrientes y pueden incluirse también ingredientes para brindar volumen, reducir la oxidación de nutrientes que se oxidan con facilidad, proveer sabor u otros factores relacionados con la aceptabilidad sin servir estrictamente como nutrientes.

Los alimentos que reciben los animales son utilizados con propósitos diversos y su uso exacto varía según la especie, la edad y la productividad del animal. En todos los casos, cierta parte del alimento sirve para mantener las funciones corporales al margen de cualquier producción útil. Esto se conoce como necesidad de mantenimiento: los individuos jóvenes en crecimiento necesitan principios nutritivos adecuados para la formación de tejido muscular y óseo, los animales en terminación requieren el aporte de alimentos energéticos para la acumulación de grasa, las hembras en gestación tienen necesidad de alimentos apropiados para el desarrollo de sus fetos, y después del parto, para la producción de leche.

En la elaboración de alimentos balanceados para animales, uno de los problemas más comunes para el nutricionista que quiere formular con materias primas nuevas, es conocer la composición nutricional de las mismas para así determinar el nivel mínimo o máximo de inclusión y no afectar la calidad nutritiva de la dieta.

Las fuentes minerales se pueden dividir según la cantidad nutritiva necesaria en el organismo, para las funciones fisiológicas. Estas se relacionan con la cantidad que un ingrediente aporta a la dieta:

Macrominerales. Constituidos principalmente por cloro (Cl), sodio (Na) calcio (Ca), fósforo (P), y a veces magnesio (Mg) y azufre (S). Casi todos los alimentos, con excepción de las grasas, contienen cantidades limitadas de estos minerales.

Microminerales. Son requeridos en cantidades muy pequeñas y usualmente son incluidos como premezcla (corrector) en la dieta. El valor de una fuente mineral está en función de la fracción o parte del compuesto mineral que es aprovechado por el animal (biodisponibilidad). Existen marcadas diferencias en la biodisponibilidad de un mineral, dependiendo de la forma química con la cual es aportado (Ejemplo: Oxido, Sulfato, Carbonato, Lisinato o Metionato).

Los ingredientes de origen vegetal son los componentes mayoritarios de las dietas para monogástricos y, por tanto, una fracción importante del P está presente como P fítico. Todos los factores relacionados con el metabolismo y absorción del P en el organismo, tales como los niveles de Ca y vitamina D, junto con aquellos factores que afecten a la eficacia de la actividad fitásica (endógena o exógena) pueden influir en el aprovechamiento del P de la dieta.

1.3 Fósforo en alimentos

Las fuentes de fósforo incluyen principalmente de origen animal, harinas de carne, pescado y plumas, las fuentes vegetales (Summers, 1997), de origen geológico, como los fosfatos de calcio, naturales y procesados, de sodio, de amonio (mono y diamónico) y el ácido fosfórico (Thompson, 1986).

En las fuentes de origen vegetal el fósforo se encuentra principalmente en forma de fitatos y ácido fítico, que representa aproximadamente entre 50 al 80% del fósforo total del grano(Oberleas, 1971) y es poco digerible. El fósforo restante, del 20 al 30%, en forma de fosfolípidos, fosfoproteínas, ácidos nucleicos y fosfatos inorgánicos.

El contenido de fósforo (P) de las materias primas utilizadas en alimentación animal presenta un amplio rango de variación. En general, los forrajes de gramíneas tienen un contenido superior a los de leguminosas y las semillas (granos de cereales, leguminosas y oleaginosas) mayor que los forrajes. Los subproductos del procesado de granos son especialmente ricos en P, mientras que los tubérculos, raíces y bulbos son más pobres. Los productos lácteos y las materias primas de origen animal que incluyen parte del esqueleto son los alimentos de mayor nivel de P.

El nivel de P varía no solo entre fuentes sino también dentro de cada fuente. En materias primas de origen vegetal el contenido de P depende del tipo de suelo, variedad cultivada, estado de maduración, condiciones de cultivo, climatología. En los productos de origen animal (harinas de carne y hueso), el nivel de P varía en función del contenido de hueso y, por lo tanto, es inferior pero más constante en los subproductos derivados de la sangre o de la leche. El nivel de P en los suplementos minerales depende de múltiples factores como son el material de origen (biológico o no biológico), proceso de fabricación y el grado de hidratación.

1.3.1 Naturaleza del fósforo

El P contenido en las materias primas se encuentra en forma inorgánica, principalmente como ortofosfatos (PO₄⁻³) o bien como forma orgánica en las moléculas de ATP, ácidos nucleicos, fosfolípidos, fosfoproteínas y fosfoglúcidos. La hidrólisis del P orgánico en el tracto gastrointestinal libera PO₄⁻³ que es la única forma en la que el animal absorbe este mineral. En torno a un 60-80% del P total contenido en los granos y sus subproductos se encuentra como parte el ácido fítico y sus sales, generalmente como fitatos de Ca, K, Mg (Calcio, Potasio y Magnesio). Por lo contrario, en los alimentos de origen animal predomina el P inorgánico que se encuentra en forma de PO₄-3 en solución, en el medio celular y mayoritariamente como fosfato de calcio formando parte del tejido óseo y en la leche. Alrededor del 80-85 % de P presente en el organismo animal se localiza en el esqueleto como fosfato cálcico Ca₃(PO₄)2 e hidroxiapatita Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ y el 15-20 % restante se encuentra como P orgánico en los tejidos musculares, nerviosos y, especialmente en los glóbulos rojos. La sangre contiene entre 35-45 mg P/100 mL localizados en su mayor parte en el interior de las células, ya que la fracción plasmática sólo posee entre 4,5-6 mg P/100 mL en adultos y entre 6-9 mg P/100 mL en animales jóvenes(Mc. Dowell, L.R 1992).

1.3.2 Ácido Fítico

El ácido fítico (AF) y sus sales constituyen la principal forma de almacenamiento de P en semillas de cereales y leguminosas. Sin embargo, en esta forma el P permanece no disponible para animales monogástricos, debido a que éstos no están previstos de suficiente actividad de fosfatasas endógenas (fitasas) que sean capaces de liberar al grupo de fosfato de la estructura del fitato.

Estructura química del Ácido Fítico.

Es una molécula con seis grupos ortofosfato (PO₄⁻³) de nombre químico myo-inositol 1,2,3,4,5,6 hexaquis (dihidrogeno fosfato). A pH neutro y al pH que normalmente presentan los alimentos es una molécula cargada negativamente y por lo tanto muy reactiva por lo que presenta una elevada capacidad para formar complejos o unirse a moléculas cargadas positivamente como cationes o proteínas. La interacción del AF con las proteínas es pH-dependiente, mientras que con los cationes la interacción es debida exclusivamente a sus numerosos grupos fosfatos; éstos pueden unirse bien a un solo grupo fosfato, a dos grupos fosfatos de una misma molécula o a grupos fosfatos de distintas moléculas del AF. En la semilla el AF se encuentra como una mezcla de sales con varios cationes como K, Mg, Ca, Mn, Zn y Mg del AF.

El AF se encuentra ampliamente distribuido en el reino vegetal. En la mayoría de las plantas una gran proporción de fósforo (80%) está presente en forma de fitato, especialmente en aquellas semillas en las que el AF se encuentra en concentraciones elevadas, desde 1-7%. Así, en las semillas de cereales, oleaginosas y leguminosas los niveles de AF son elevados y constituyen el mayor porcentaje (60-82%) del P total; varias raíces y tubérculos presentan cantidades moderadas de AF, siendo el P fítico el 21-25% del total, mientras que en verduras la cantidad de AF encontradas son muy pequeñas.

El ácido fítico y sus sales constituyen la principal forma de almacenamiento de fósforo en semillas de cereales y leguminosas. Sin embargo, en esta forma el fósforo permanece no disponible para animales monogástricos, debido a que éstos no están previstos de suficiente actividad de fosfatasas endógenas (fitasas) que sean capaces de liberar al grupo fosfato de la estructura del fitato. El ácido fítico es, además, un compuesto con actividad antinutricional, debido a su capacidad de formar complejos insolubles con minerales y proteínas convirtiéndolos en no asimilables por el organismo bajo condiciones fisiológicas. La insolubilidad del AF es la principal causa de su comportamiento antinutricional y de sus propiedades fisicoquímicas. Sin embargo, es importante considerar que la solubilidad de las sales de AF varía con el pH ya que el grado de protonación de los grupos fosfatos que no se han unido a los metales está en función de dicho parámetro. Las sales de Ca y Mg son solubles a pH bajos e insolubles a pH elevados, por lo tanto, a pH fisiológicos serian insolubles, de ahí el descenso de biodisponibilidad del mineral.

Un importante factor en la industria de alimentos lo constituyen las fuentes proteicas vegetales que contienen ácido fítico y sus sales, por ser la principal forma de almacenamiento de fósforo en cereales y leguminosas. En los animales “monogástricos” la presencia de enzimas fitasas degradantes de las formas en que se presenta el ácido fítico es nula o mínima en sus tractos, lo que provoca que la baja disponibilidad de fósforo presente en ingredientes de origen vegetal sea un problema nivel en este tipo de alimentación.

En los animales “monogástricos” el fósforo es muy importante ya que los componentes mayores de las raciones, granos y subproductos vegetales tienen alto contenido de fósforo en forma de ácido fítico, en la porción aleurona/pericarpio (trigo o arroz) o en el germen (maíz). Siendo la fitasa, la enzima digestiva que lo hidroliza, poco activa a nivel digestivo y muy pobre en dichos granos, la utilización mineral es reducida y el 70-80% del fósforo ingerido es excretado. Siendo el grano de maíz unos de los más carentes en fitasas naturales, la utilización de los compuestos vegetales usados corrientemente siempre será parcial y si no se recurre a una fuente de mayor biodisponibilidad del fósforo un desbalance entre ácido fítico respecto al no fítico puede ser un impedimento para la utilización de otros macro y macrominerales esenciales.

Para producir la hidrólisis del ácido fítico de una manera eficaz, se hace necesaria la presencia de enzimas con actividad fosfohidrolasa llamadas fitasas. Estas enzimas hidrolizan el ácido fítico a derivados de inositol fosfato con un menor número de fosfatos e incluso a inositol libre los que presentan una menor capacidad de unirse a minerales. Las fitasas se encuentran de forma común en la naturaleza, pudiendo ser de origen microbiano, vegetal o animal. Varias de estas fitasas han sido clonadas y caracterizadas genéticamente. Las fitasas (myo-inositolhexafosfatohidrolasas), son enzimas con actividad fosfomonoesterasa capaces de hidrolizar ácido fítico (myo-inositol 1, 2, 3, 4, 5, 6 hexakisfosfato) para producir fosfato inorgánico y una serie de ésteres fosfóricos menores liberando finalmente el myo-inositol.

Productos generados a partir de la hidrolisis del ácido fítico.

Dos fitasas están reconocidas por la IUPAC: 3-fitasa (EC 3.1.3.8) y 6-fitasa (EC 3.1.3.26), estas enzimas comienzan la defosforilación del myo-inositol en las posiciones 3 y 6 respectivamente. La 3-fitasa se encuentra en animales y microorganismos mientras la 6-fitasa está presente en vegetales.

Existen diferentes criterios para la clasificación de las fitasas. Basándonos en su pH óptimo, las fitasas se pueden clasificar en fitasas ácidas y alcalinas. No obstante, el criterio más importante para clasificar las fitasas es por su origen: vegetal, animal o microbiano. La actividad fitasa se mide en unidades fitasa, que se definen como la cantidad de fitasa que libera 1 μmol de fosfato inorgánico a partir de una disolución 1 mM de fitato de sodio por minuto a un pH de 5.5 y a una temperatura de 37ºC.

Los métodos físicos de procesado industrial utilizados habitualmente tales como la molienda o triturado del cereal, consiguen reducir los niveles de ácido fítico, aunque el remojo y la germinación de las semillas, así como los procesos de fermentación han demostrado ser más eficaces en la eliminación de los fitatos presentes. El fundamento de estos últimos es la activación de las fitasas endógenas de las semillas, que producen una degradación del contenido en ácido fítico. Sin embargo, el modo más frecuente de eliminar el IP6 (ver figura anterior) es la adición de fitasa exógena, producida principalmente por bacterias o levadura.

La mayoría de las investigaciones desarrolladas recientemente en el campo de las fitasas, están fundamentalmente encaminadas a la identificación de fitasas nuevas, incrementando la producción de las mismas con una reducción en su costo, y mejorando las características de la enzima para su aplicación en un alimento determinado. Una de las características fundamentales a tener en cuenta es la termotolerancia que presentan las fitasas. Aunque algunas fitasas han sido aisladas, clonadas y caracterizadas, recientes investigaciones han mostrado que las fitasas de origen microbiano presentan prometedoras aplicaciones tecnológicas, existiendo un gran número de microorganismos potencialmente capaces de producir fitasas.

1.3.3. Factores que afectan la disponibilidad del fósforo

La biodisponibilidad del fósforo fítico de los alimentos es variable, y depende de la proporción de granos en la dieta, concentración, localización y solubilidad de los fitatos, aporte asociado de fitasas vegetales y digestivas (intrínsecas y microbiana), presencia de elementos inorgánicos en la dieta, contenido de proteína, degradabilidad del almidón y técnicas de procesamiento (físicos y químicos) de los materiales (Pointillart, 1991).

En rumiantes, muy pocos trabajos han sido realizados sobre la utilización del fósforo fítico en el tracto gastrointestinal. Reidet al. (1947) señalan que los ovinos pueden utilizar fitatos naturales y que la mayoría de la hidrólisis ocurre en el rumen en menos de 8 horas. Raunet al. (1956), simulando la función ruminal artificialmente, demostraron que los microorganismos del rumen de novillos hidrolizan fitato de calcio, sugiriendo la presencia de fitasas. Otros autores (Tillman y Brethour, 1958; Lofgreen, 1960; Ellis y Tillman, 1960) confirmaron que los rumiantes (ovinos y bovinos) son capaces de utilizar fósforo fítico. El valor biológico para fitato dietario en ovinos y ganado de leche fue establecido en 66 y 50%, respectivamente (Lofgreen, 1960).

Asimismo, se ha demostrado que, cuando se utilizan dietas con aproximadamente 50% del fósforo bajo la forma de fitatos, más del 90% es hidrolizado por las fitasas producidas por los microorganismos del rumen (Ellis y Tillman, 1960; Morseet al., 1992). Sin embargo, diferentes autores (Reddyet al., 1982; Greineret al., 1993) sugieren la hipótesis de que, en rumiantes, a pesar de la actividad fitásica de los microorganismos del rumen, cuando se utilizan regímenes alimenticios que exigen la incorporación de altos niveles de alimentos concentrados (>70%), donde la mayor proporción del fósforo está presente como fitatos, la actividad fitásica de los microorganismos es limitante, probablemente debido a una saturación de su capacidad de hidrolizar el sustrato (Prestonet al., 1977; Greineret al., 1993; Meschy y Guéguen, 1998; Godoy y Meschy, 2000) por exceso de fósforo fítico, como sucede en el caso de las fitasas vegetales (Ricaud-Monouvrier, 1953). Por otro lado, las dietas altas en concentrado reducen el tiempo de retención de la digesta lo que puede también disminuir la hidrólisis de los fitatos en el rumen (Sauvantet al., 1999).

Se considera que el P fítico no puede ser utilizado por los animales monogástricos (aves y cerdos) asignándole un valor de 0, y se asume que el contenido en P fítico de todas las materias primas de origen vegetal es del 70% del P total. Se observa que el P no fítico varía entre el 30 y el 80% del P total y, por tanto, la asunción de que un 70% del P vegetal es P fítico subestima el aporte de P asimilable de la mayoría de los alimentos de origen vegetal que componen las dietas. La diferencia entre P no fítico y P inorgánico indica que existe un nivel variable de P orgánico de naturaleza no fítica de alta disponibilidad en monogástricos. En dietas para monogástricos debe considerarse la naturaleza del P de las materias primas vegetales, analizando sus contenidos en P total y P fítico, a fin de asignar en la matriz un valor más preciso del contenido en P utilizable para monogástricos.

El contenido de fósforo total en granos de cereales varía entre 0.27 y 0.37%, mientras que para los subproductos es más elevado con valores entre 0.65 y 1.71%. En las tortas de oleaginosas, el fósforo total (%) varía entre 0.53 y 1.0% (Eeckhout y De Paepe, 1994). El contenido fósforo fítico en los cereales presenta valores entre 0.13 y 0.25 y para los subproductos de cereales entre 0.42 y 1.10%. En las tortas de oleaginosas la concentración de fósforo fítico varía entre 0.18 y 0.44%. La proporción de fósforo fítico con relación al fósforo total (%) fue superior de 60 en la mayoría de los materiales y más bajo en maíz (43%) y gluten de maíz (54%) y en las tortas de oleaginosas (34-53%).

1.3.4 Valores de fósforo y ácido fítico en algunas materias primas vegetales y animales (FEDNA 2010).

Materia Prima

(Cereales)

P total (%)

P fítico (%)

P disponible (%)

Avena

0,33

0,18

0,09

Centeno

0,30

0,21

0,14

Triticale

0,34

0,23

0,17

Maíz

0,25

0,18

0,05

Trigo

0,30

0,20

0,15

Sorgo

0,30

0,20

0,06

Cebada

0,36

0,24

0,15

Girasol

0,50

0,44

0,08

Materia Prima

(Oleaginosas)

P total (%)

P fítico (%)

P disponible (%)

Soja

0,53

0,23

0,16

Pellet Girasol

0,20

0,18

0,04

Pellet Alfalfa

0,27

0,01

0,26

Pellet Soja

0,15

0,11

0,05

Materia Prima

(Origen animal)

P total (%)

P fítico (%)

P disponible (%)

Harina de carne

3.85

0,01

3,46

Harina de hueso

14

0

12,60

1.3.4 Relación Ca:P total (Ca:P disponible)

Un exceso de Ca con relación al P de la dieta reduce a absorción de este último, al igual que la de otros minerales (Mg, Mn, Zn, etc.), y resulta en menores crecimientos y peores índices de mineralización ósea(NRC, 1994; 1998). Además, una relación Ca:P alta disminuye la efectividad de las fitasas. El descenso de la actividad fitásica puede ser explicado en base a: 1) la utilización del P fítico está influenciada por el nivel de Ca y P de las dietas; 2) el Ca extra puede unirse a los fitatos formando complejos insolubles menos accesibles a las fitasas y 3) el Ca extra puede reprimir directamente la actividad de las fitasas compitiendo con ellas por los lugares de actuación del enzima (Kornegay, 1999). El efecto negativo de altas relaciones Ca:P es mayor cuanto menores sean las dosis de fitasas añadidas y los niveles de P no fítico o total. En este caso la cantidad de P liberado de los fitatos, debido a la baja actividad fitásica, será menor acentuándose el efecto negativo de niveles bajos de P en la dieta sobre los rendimientos de los animales.

1.3.5 Nivel de vitamina D

La vitamina D es una vitamina esencial para la vida de los animales incluyendo el hombre, el rol más importante de esta vitamina es mantener los niveles de calcio y fósforo normales. Estimula la absorción intestinal de calcio y fósforo y su reabsorción en los riñones. Regula el metabolismo de estos minerales los cuales son vitales para el crecimiento y desarrollo normal de huesos y dientes. La vitamina D estimula el transporte activo de Ca y P a través del epitelio intestinal por lo que se recomienda adicionar dosis superiores a las necesidades estrictas para mejorar la utilización del P.

La deficiencia de vitamina D, se manifiesta por el encorvamiento anormal en los huesos de las extremidades (manos y patas) que se fracturan con facilidad. A esta enfermedad se le conoce como raquitismo.

En el ganado adulto es rara la deficiencia, con sólo proporcionarle forraje verde o heno de alfalfa o avena que previamente fue expuesto a la acción de los rayos ultravioleta (luz solar) cubrirá sus requerimientos de vitamina D en su organismo.

CAPÍTULO 2: Objetivos del trabajo

El objetivo de este trabajo fue evaluar la disponibilidad del fósforo en materias primas de origen vegetal utilizadas en la elaboración de alimentos balanceados, para ello se analizó el contenido de fósforo total y de ácido fítico presente en granos cereales y oleaginosas con la finalidad de formular correctamente las raciones, y de esta manera, obtener un óptimo rendimiento en los animales.

CAPÍTULO 3: Materiales y métodos

El trabajo se llevó a cabo en el Departamento de Química de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales situado en el campo de enseñanza de la Universidad Nacional de La Pampa, donde se realizaron los análisis químicos centesimales correspondientes a diez ingredientes/insumos (n=10) de uso en dietas de monogástricos en la región semiárida pampeana. Los materiales analizados fueron molidos y tamizados a 60 mesh para luego realizar los siguientes ensayos químicos: materia seca (MS) y cenizas (C) por calcinación en mufla a 550 ºC (Pearson, 1976), calcio (Ca) y magnesio (Mg) por complexometría, fósforo (P) por colorimetría y P fítico según la técnica de Wheeler y Ferrel. Para cada muestra en estudio se realizaron cinco repeticiones (r=5). Los valores medios y sus respectivos desvíos estándar se compararon con los datos de composición centesimal de insumos de las tablas de alimentos FEDNA (2010).

3.1 Fósforo

3.1.1 Preparación de la muestra

Se trabajó con diez muestras, de origen vegetal, las que se sometieron a molienda y posteriormente fueron tamizadas en tamiz de 16 Mesh.

Muestras utilizadas:

Girasol.

Avena.

Soja.

Centeno.

Maíz.

Trigo.

Triticale.

Pellet de Soja.

Pellet de Girasol.

Pellet de Alfalfa.

3.1.2 Análisis

Humedad

Para la determinación de este parámetro se colocaron 10 gramos de materia prima en crisoles de porcelana previamente taradas, que se llevaron a estufa durante unas 48hs hasta peso constante.

Cálculo de humedad: Sustancia húmeda – Sustancia seca = Humedad

Cenizas

Las muestras provenientes del análisis de humedad se llevaron a calcinación hasta cenizas blancas en mufla a aproximadamente 500°C por 5 horas, se dejaron enfriar y se pesaron.

% cenizas: peso de la ceniza x 100 / peso de la muestra

Preparación de la solución a partir de cenizas para la determinación de Ca, Mg y P: se transfirieron cuantitativamente las cenizas a un vaso de precipitado de 100 mL, y se trataron con 5-10 mL de HCl 6 M, se desecaron cuidadosamente a temperatura moderada. Se agregaron 10 mL de HCl 3 M, se calentó hasta que la solución comenzó a hervir; posteriormente, se dejó enfriar y se filtró a través de papel de filtro Watman Nº 1 o equivalente y se recolectó en un matraz volumétrico. Se lavó perfectamente el vaso de precipitado y el papel de filtro, se transfirieron al medio filtrante y se recogieron los lavados en el matraz. Se dejó enfriar, se diluyó y se enrasó el contenido del matraz.

Determinación de Calcio con EDTA

Se colocaron 10 mL de muestra con 1 mL de NaOH 1N (para reducir el pH 12 a 13) y 0,1 a 0,2 g de indicador murexida para titular con EDTA hasta punto final.

%Ca = cm³ EDTA .N EDTA .20 g/eq.Ca. 200 cm³. 100 g/cm³ muestra. 1000 cm³/1. 1 g de cenizas

Determinación de Calcio y Magnesio con EDTA

A 10 mL de muestra se le colocaron 1 mL de solución reguladora (NH₄Cl + NH₃ pH=10) y una pizca de indicador negro de eriocromo T. Posteriormente se colocó el erlenmeyer a Baño María hasta que la solución adquirió una temperatura de 40-50 ºC aproximadamente. Se tituló con EDTA hasta viraje del indicador.

%Mg = cm³ EDTA .N EDTA .12 g/eq.Ca .200 cm³. 100 g / cm³ muestra. 1000 cm³/1. 1 g

3.1.3 Determinación de Fósforo

Se utilizó el método del color amarillo por la formación del complejo de vanadomolibdofosfórico en un sistema acidificado con ácido nítrico, las ventajas de este método son: su extrema simplicidad y aunque posee una menor sensibilidad que los métodos basados en el color azul, puede ser aplicado en una escala semejante a las macro determinaciones, también es ventajosa la estabilidad del color, las independencia de interferencias por parte de un gran número de especies iónicas hasta concentraciones de hasta 1000ppm y la adaptabilidad a medios acidificados con ácidos: nítrico, clorhídrico, sulfúrico o perclórico.

3.1.4. Preparación de la curva de calibrado

Solución de heptamolibdato de amonio: Se disolvió agua caliente en 200 gramos de heptamolibadato de amonio, (NH₄)Mo₇O₄H₂O. Se añadió 10 mL de amoníaco, se trasvasó a un matraz aforado de 100mL y una vez frio se completó con agua bidestilada hasta el enrase.

Solución de metavanadato de amonio: se disolvieron 2,35 gramos de metavanadato de amonio, NH₄VO₃ en un Erlenmeyer de 500 mL con 400 mL de agua bidestilada caliente. Se añade lentamente y agitando 20 mL de solución que contiene 7 mL de ácido nítrico y 13 mL de agua destilada. Se llevó a matraz aforado de 1000 mL y, una vez frío, se enrazó con agua destilada.

Solución de nitro-molibdo-vanadato: en un matraz de litro aforado, se mezclan 200 mL de solución de heptamolibdato de amonio con 200 mL de solución de metavanadato de amonio y 134 mL de ácido nítrico, luego se completa con agua bidestilada hasta el enrase.

Solución patrón de P (1mg/L): se disolvió en un matraz aforado de 1000 mL, 4,387 gramos de fosfato ácido de potasio (KHPO₄) en agua bidestilada y se lleva a enrasar.

En un matraz de 100 mL y a partir de la solución de fósforo se preparan soluciones conteniendo: 0, 10, 20, 30, 40 y 50 microgramos de fósforo por mililitro. Luego en 6 erlenmeyer se tomaron con pipetas de doble enrase 10mL de cada solución patrón de fosforo; se añadió a cada uno de ellos, también con pipeta de doble enrase, 10 mL del reactivo de nitro-molibdo-vanadato, se agitó para homogeneizar y se dejó en reposo aproximadamente 10 minutos a 20°C.

Se efectuaron las lecturas fotométricas a 430 nm utilizando cubetas de 10 mm de paso de luz. Se representan gráficamente las absorbancias obtenidas frente a los miligramos de fósforo existentes en cada lectura o bien los microgramos/mililitro.

Se partió de lo obtenido en cenizas y se llevó a volumen (250 mL) con agua bidestilada. Se transfirieron 10 mL de esta solución a un erlenmeyer junto con 10 mL de reactivo mezcla (nitro-molibdo-vanadato), ambas soluciones tomadas con pipeta de doble enrase. Se midió la absorbancia luego de 10 minutos usando como blanco 10mL de solución mezcla. Se realizó para cada una de las muestras.

Para determinar la concentración de fósforo en la porción de alícuota diluida de la solución problema o de los microgramos/mililitro, se realizan los cálculos por referencia a la curva de calibrado, calculando el porcentaje en peso de fósforo en las muestras.

3.3 Ácido fítico

Muestras:

Girasol.

Avena.

Soja.

Centeno.

Maíz.

Trigo.

Triticale.

Pellet de Soja.

Pellet de Girasol.

Pellet de Alfalfa.

3.3.1 Determinación de Ácido Fítico:

1- Preparación de la curva de calibrado.

Se pesaron con precisión 3002,4 mg de Fe (NO₃)₃ y se disolvieron en 100 mL de agua bidestilada en un matraz aforado. Se diluyeron 2,5ml hasta completar los 250 mL en un matraz aforado. Se realizaron patrones de 2-5-10- 20- 25 mL en 100 mL de agua bidestilada.

Se efectuaron las lecturas fotométricas en un espectrofotómetro Metrolab a 480 nm utilizando cubetas de 10 mm de paso de luz. Finalmente se representan gráficamente las absorbancias obtenidas.

La determinación se realizó por el método simple para la determinación de ácido fítico de Wheeler y Ferrel (1971):

Soluciones utilizadas:

3% de ácido tricloroacético (ATA)

Sulfato de sodio al 3 % en 3% de ATA

1.5N NaOH

3.2N HNO₃

FeCl₃ Solución (Disolver 583 mg FeCl₃ en 100 ml de ATA 3%).

1,5 M tiocianato de potasio (KSCN) (29.15g Disolver en 200 mL de agua)

Procedimiento:

Se colocó en un matraz de 125 mL una muestra finamente molida (40 mallas) estimada para contener de 5 a 50 mg de fitato-P y se extrajo durante 30 minutos con 5 0ml de solución al 3% de ATA bajo agitación constante. (Se utilizaron 3 gramos de muestra).

Se centrifugó la suspensión y transferir una alícuota de 10 ml del sobrenadante a un tubo de centrifuga cónico. Agregar 2 mL de la solución de FeCl₃ preparada para contener 2 mg de Fe y se calentó durante 45 minutos el tubo con la muestra en un baño maría a 90-100 °C. si el contenido del tubo no está claro después de 30 minutos se agregó al sobrenadante 1 o 2 gotas de la solución de sulfato de sodio en ATA y se continuó con el calentamiento.

Se centrifugó por 10-15 minutos y se decantó el sobrenadante con cuidado. Luego, se lavó dos veces el precipitado con 10 mL de solución de ATA al 3% y se dispersó bien y se calentó en agua a ebullición por 5-10 minutos y centrifugar. Finalmente se repitió una vez el lavado con agua bidestilada.

Se dispersó el precipitado con un poco de agua de bidestilada, y se adicionó 1,5 mL de la solución 1, 5N de NaOH y se mezcló con 5ml de agua bidestilada y se calentó en agua a ebullición durante 30 minutos. Se procedió a la filtración en caliente con un papel de retención moderada.

Se lavó el precipitado con 60-70 ml de agua bidestilada caliente y se desechó el filtrado. Si se desea hacer determinación de fósforo se puede utilizar el filtrado. Se disolvió el precipitado en el papel con 10mL de solución de 3,2 de HNO₃ y se pasó a un matraz de 100 mL. (lavar varias veces el papel con agua bidestilada colectándola en el matraz. Enfriar la muestra a temperatura ambiente y aforar con agua bidestilada-9.

Por último, se transfirió una alícuota de 5 mL a un matraz de 100 mL y se diluyó aproximadamente 7 0mL. Se agregó 20 mL de la solución 1,5 N de KSCN y se llevó a volumen con agua bidestilada. La lectura se realizó de inmediato (dentro del lapso de 1 minuto) en el espectrofotómetro a 480 nm.

Para determinar la concentración de Fitato en las muestras se utilizó la siguiente ecuación:

CAPÍTULO 4: Resultados y conclusiones

4.1 Valores promedios de composición química proximal de materias primas en base seca (g/100g de muestra) ± 1ES

Los resultados analíticos promedios expresados en base seca (mg/ 100 gramos de muestra) los cuáles denotan un valor nutricional similar a los que se registran en las tablas FEDNA (2010). Los valores de fósforo fítico se encuentran por debajo de los señalados en la bibliografía, aunque en semilla de girasol y grano de trigo los valores medios resultaron más elevados esto puede deberse al relativo contenido de minerales de los insumos/muestras.

Muestras

MS

C

Mg

Ca

P total

P fítico

P disponible

Pellets soja

92,95
±0,88

5,81
±0,04

0.27
±0,01

0.29
±0,01

0,61
±0,05

0,05
±0,01

0,034

Girasol

91,17
±0,73

1,3
±0,03

0,7
±0,04

0,55
±0,02

1,08
±0,02

0,12
±0,02

0,3

Maíz

88,3
±0,96

2,02
±0,01

0,16
±0,05

0,02
±0,01

0,25
±0,07

0,045
±0,07

0,035

Avena

90,36
±0,92

1,8
±0,08

0,18
±0,01

0,11
±0,02

0,32
±0,03

0
-

0,108

Soja

91,9
±0,85

5,75
±0,07

0,22
±0,02

0,27
±0,03

0,71
±0,05

0,08
±0,01

0,198

Pellets girasol

86,5
±0,82

6,45
±0,03

0,7
±0,02

0,55
±0,07

0,195
±0,08

0,095
±0,02

0,0585

Centeno

88
±0,90

1,5
±0,05

0,07
±0,02

0,03
±0,02

0,2
±0,01

0,015
±0,04

0,108

Trigo

89
±0,67

1,5
±0,03

0,09
±0,04

0,02
±0,01

0,29
±0,05

0,105
±0,01

0,117

Pellets alfalfa

90,48
±0,78

8,4
±0,06

0.21
±0,03

0.175
±0,02

0,043
±0,05

0,01
±0,02

0,0159

Triticale

88,5
±0,79

1,5
±0,08

0,09
±0,02

0,03
±0,02

0,25
±0,07

0,025
±0,02

0,132

En el cuadro se puede observar que de acuerdo a algunos autores el contenido de fósforo total en granos de cereales varía entre 0.27 y 0.37%, esto concuerda con los resultados en las muestras analizadas. En el caso de oleaginosas el fósforo total (%) varía entre 0.53 y 1.0%, en este caso las oleaginosas analizadas (soja y girasol) se ajustan a esos valores. En este sentido los pellets de girasol y de soja presentan valores por debajo, lo que es atribuible a las técnicas de procesamiento a las que son sometidos los ingredientes alimenticios.

Por otra parte, de acuerdo con la bibliografía el contenido fósforo fítico en los cereales presenta valores entre 0.13 y 0.25%, valores que concuerdan con los obtenidos en las muestras en estudio. En las oleaginosas la concentración de fósforo fítico varía entre 0.18 y 0.44%, éstos no coinciden con los valores obtenidos.

Los productos que tienen alto contenido de P total generalmente presentan alto contenido de ácido fítico y P fítico y a su vez una baja relación de P inorgánico: P total.

Por otra parte, se puede observar que los valores obtenidos de ácido fítico se encuentran por debajo de los valores indicados en tablas FEDNA a excepción de la alfalfa y maíz; las materias primas analizadas reflejan un bajo contenido de ácido fítico lo que indica una baja cantidad de P total.

4. 2 Conclusiones

Se requiere conocer la concentración de fósforo porque su deficiencia es puntual. La relación calcio-fósforo es una de las responsables de alcanzar parámetros productivos de eficiencia si se ajustan a los valores que de composición de nutrientes.

Conocer la composición nutricional de los insumos vegetales mejora sustancialmente la formulación de raciones que incrementan los potenciales productivos al permitir ajustar mejor los requerimientos nutricionales de los animales. Además, también influye positivamente en las cualidades sensoriales y dietéticas de la carne para mejorar la percepción organoléptica y sanitaria que el consumidor tiene de la misma, lo que sin duda proporciona un valor comercial añadido (aunque algunas de las modificaciones que se pueden realizar en las raciones para conseguir los objetivos mencionados son de carácter estrictamente nutricional, otras implican la utilización de sustancias cuya inclusión se deberá ajustar a las restricciones legales).

Se puede concluir que debido a que la disponibilidad biológica de fósforo fítico varía dependiendo, de la especie y edad del animal, y en función de los bajos valores de fósforo fítico encontrados en materias primas de origen vegetal, es recomendable el agregado de fitasas a las dietas animales de acuerdo con los requerimientos de los diferentes estados fisiológicos (Frontela et. al 2008). Mediante la incorporación de fitasas al alimento se mejoraría la digestibilidad del fósforo, disminuyendo la excreción del mismo. Así mismo, se consigue optimizar la digestibilidad de otros minerales, proteínas, aminoácidos y energía, lo que redunda en un aumento de la tasa de crecimiento de los animales.

CAPÍTULO 5: Bibliografía

Eeckhout, W. y De Paepe, M. (1994). Total phosphorus, phytate phosphorus and phytase activity in plant feedstuffs. Animal Feed Science and Technology, 47 (1-2), pp. 19-29.

Ellis, L. C. Y Tillman, A. D. (1960). Utilization of phytin phosphorus in wheat bran by sheep. Journal of Animal Science, 50, pp. 606-607.

Frontela, C., Ros G. y Martínez M. (2008). Empleo de fitasas como ingrediente funcional en alimentos. Archivos Latinoamericanos de Nutrición. Órgano Oficial de la Sociedad Latinoamericana de Nutrición, 58 (3).

Godoy, S. y Meschy, F. (2000). Utilisation of phytate phosphorus by rumen bacteria in a semi-continuos culture system (Rusitec) in lactacting goats fed on different forage to concentrate ratios. Reproduction Nutrition Development, 41, pp. 259-265.

Greiner, R., Konietzny, U. y Jany, K. D. (1993) Purification and characterization of two phytases from Escherichia coli. Archives of Biochemistry and Biophysics, 303, pp. 107-113.

Kornegay, E. T. (1999). A review of phosphorus digestion and excretion as influenced by microbial phytase in poultry. Basf Technical Symposium, Atlanta.

Lofgreen G. P. (1960). The availability of the phosphorus in dicalcium phosphates, bonemeal, soft phosphates and calcium phytate for mature wethers. The Journal of Nutrition, 70, pp. 58-62.

Mc Dowell, L.R. (1992) Minerals in animal and human nutrition. Academic Press, San Diego.

Meschy, F. y Gueguen, L. (1998). Les recommandations d¨apport alimentaire en elements mineraux : analyse et perspectives. Rencontres Recherches Ruminants, 5, pp. 237-240.

Morse, D., Head, H. H. y Wilcox, C. J. (1992). Disappearance of phosphorus in phytate from concentrates in vitro and from rations fed to lactating dairy cows. Journal of Dairy Science, 75, pp. 1979-1986.

National Research Council (NRC). (1994). Nutrient requirements of poultry. 9th. ed. National Academy of Sciences, Washington, D.C.

National Research Council (NRC). (1998). Nutrient Requirements of swine, 9th ed. National Academy Press, Washington, DC.

Nelson, T. S., Ferrara, L. W. y Storer, N. L. (1968). Phytate phosphorus content of feed ingredients derived from plants. Poultry Sci. 47, pp. 1372-1374.

Fundación Española para el Desarrollo de la Nutrición Animal. Normas FEDNA para la formulación de piensos compuestos. Recuperado de http://www.fundacionfedna.org/

Oberleas, D. (1971) The determination of phytate and inositol phosphates. Methods of Biochemical Analysis, 20, pp. 87-101.

Pearson, D. (1976). Técnicas de laboratorio para el análisis de alimentos, España. Ed. Acribia.

Pointillart, A.L (1991). Enhancement of phosphorus utilization in groqing pigs fed phytate-rich diets by using rye bran. Journal of Animal Science, 69, pp. 1109-1115.

Preston, R. L., Jacobson, N. L., Wiggers, K. D., Wiggers, M. H. y Jacobson, G. N. (1977). Phosphorus in ruminants nutrition. National Feed Ingredients Association, Des Moines, pp. 45-60.

Raun, A., Cheng, E. y Burroughs, W. (1956). Phytate phosphorus hydrolisis and availability to rumen microorganisms. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 4, pp. 869-871.

Reddy, N. R., Sathe, S. K. y Salunkhe, D. K. (1982). Phytases in legumes and cereals. Advances in Food Chemistry. New York. Academic Press.

Reid, R. L. y Franklin, M. C. (1947). The utilization of phytate phosphorus by sheep. Australian Veterinary Journal, 23, pp. 136-142.

Ricaud-Manouvrier, J. 1953. Action de l`acide phytique sur les phosphatases. Bulletin De La Societe De Chimie Biologique, 35, pp. 889-898.

Sauvant, D., Meschy, F. y Mertens D. 1999. Les composantes de l`acidose ruminale et les effects acidogenes des rations. INRA. Productions Animales, 12, pp. 49-60.

Summers, J. (1997). Precision phosphorus nutritions. The Journal of Applied Poultry Research, 6, pp. 495-500.

Thompson, L.U. (1986). Phytic acid: a factor influencing starch digestibility and blood glucose responce. The American Journal of Clinical Nutrition, 38, pp. 835–842.

Tillman, A. D. y Brethour, J. R. (1958). Utilization of phytin phosphorus by sheep. Journal of Animal Science, 17, pp. 104-112.

Wheeler, E.L. y Ferrel, R.E. (1971). A Method for Phytic Acid Determination in Wheat and Wheat Fractions. Cereal Chemistry, 48, pp. 312.