La fibra alimentare

TABLE 1 Definitions of Dietary Fiber

Principali ruoli della fibra nei monogastrici In genere riducono l’ utilizzazione digestiva degli alimenti (< digeribilità), il contenuto calorico delle diete, la disponibilità dei minerali; Aumentano il senso di sazietà; Modificano, migliorandola, la composizione microbica dell’eco- sistema intestinale (migliore igiene intestinale); Regolano la velocità di transito e la consistenza delle feci Prevengono i fenomeni di stipsi “nutrono” la mucosa intestinale per i prodotti della fermentazione che inducono si riducono le alterazioni comportamentali

PARETE CELLULARE POLISACCARIDI FIBROSI POLISACCARIDI DELLA MATRICE CELLULOSA EMICELLULOSE PECTINE ß - 1-4 xilani ß - 1-3 galattani ß - 1-4 arabinoxilani ß - 1-4 gluco/ galattomannoni

Dell’Orto V.

NSP Non-Starch Polysaccharides NSP solubili in acqua NSP insolubili sono legati a PROTEINE e LIGNINA nessuna attivita ANTINUTRIZIONALE HANNO ATTIVITA ANTINUTRIZIONALE

Gli enzimi digestivi non hanno accesso ai substrati NSP IDROSOLUBILI HANNO ATTIVITA ANTINUTRIZIONALE Assorbono acqua. Danno origine a una massa gelatinosa La gelatina riveste gli elementi nutritivi creando “effetto gabbia” Gli enzimi digestivi non hanno accesso ai substrati

CREANO LE CONDIZIONI PER DISMICROBISMI NSP IDROSOLUBILI HANNO ATTIVITA ANTINUTRIZIONALE RIDUCONO LA DIGESTIONE AMIDO PROTEINE GRASSI CREANO LE CONDIZIONI PER DISMICROBISMI INTESTINALI A FAVORE DEI PATOGENI

Gli NSP solubili Aumento della viscosità delle digesta Diminuzione dell’efficacia alimentare Proliferazione della flora batterica Depressione degli indici zootecnici

Dell’Orto V.

Dell’Orto V.

Dell’Orto V.

Gli NSP nei monogastrici In elevate quantità possono creare problemi digestivi feci collose e/o diarree alterazioni assorbimento minerali, ecc. alterazioni fermentazioni intestinali Utilità dell’impiego di trattamenti tecnologici e enzimi specifici

Rapporto fra contenuto in NSP e valore energetico di alcuni alimenti Dell’Orto V.

Efficacia dell’ impiego di enzimi a diete ricche di NSP Dell’Orto V.

STIMOLANO LA CRESCITA DEI CLOSTRIDI ZUCCHERI DELLA FLATULENZA RAFFINOSIO STACHIOSIO VERBASCOSIO STIMOLANO LA CRESCITA DEI CLOSTRIDI E LA PRODUZIONE DI TOSSINE Dierick 1989

ZUCCHERI DELLA FLATULENZA

Utilizzazione dell’amido nei monogastrici Gli amidi vengono digeriti per l’azione delle amilasi salivari e pancreatiche La digeribilità degli amidi dipende: funzionalità digestiva e velocità di transito degli alimenti nel digerente dalle caratteristiche native dell’amido dai sistemi di conservazione dai trattamenti tecnologici adottati molitura, cottura, estrusione, espansione, ecc. dalla specie animale e dal momento fisiologico

Utilizzazione dei CHO nei ruminanti Gran parte dei carboidrati assunti vengono degradati nel rumine per fornire energia ai batteri e AGV all’animale;

Schema utilizzazione della fibra nel ruminante La degradazione biologica della cellulosa avviene esclusivamente ad opera di sistemi enzimatici espressi da BATTERI, PROTOZOI e FUNGHI. 3 gruppi di enzimi capaci di depolimerizzare la cellulosa: CELLULASI: attacco iniziale del polimero con riduzione della resistenza meccanica della molecola (idrocellulosa o carbossimetilcellulosa); CELLULASI propriamente detta: rompe le catene in modo casuale formando frammenti di basso peso molecolare solubili in H2O fino a cellobiosio; -GLUCOSIDASI o CELLOBIASI: liberano dal cellobiosio 2 molecole di glucosio.

Utilizzazione di zuccheri e amido nei ruminanti La velocità e la degradazione complessiva dipendono: dalle caratteristiche intrinseche delle fonti avena>grano>orzo>mais>sorgo dai trattamenti tecnologici dalla composizione e dalla abilità fermentativa dei microorganismi dal tempo di soggiorno nel rumine In genere la velocità di degradazione (Kd/h) decresce da: zuccheri amido trattato cottura > molitura fine> molitura grossolana pectine emicellulosa cellulosa

Utilizzazione dei CHO nei pesci In genere gli amidi anche nel pesce subiscono l’azione degli enzimi amilolitici anche se esistono differenze rilevanti fra le diverse speci ittiche: alcune utilizzano meglio di altre gli amidi. In particolare le carpe, il pesce gatto e la trota sono buono utilizzatori di quote abba- stanza consistenti di amido. In ogni caso i cereali (principali apportatori di amidi) debbono essere sottoposti a decorticazione e cottura per essere convenientemente utilizzati come alimenti per i pesci. I trattamenti consentono di migliorare la digeribilità enzimatica dell’amido; la maggiore disponibilità di energia da amido consente di ridurre l’impiego di proteine con benefici economici e con riduzione dell’in- quinamento azotato.

Utilizzazione della fibra nei pesci Il fatto che alcune speci ittiche siano erbivore indicherebbe un ruolo nutrizionale della fibra anche nell’alimentazione del pesce. Alcuni studi in effetti sembrano indicare la presenza di batteri nel tratto intestinale che tuttavia sembrano associati all’alimento ingerito piuttosto che a specifiche strutture anatomiche e/o fisiologiche. Anche la temperatura ambientale è importante nel favorire lo sviluppo microbico tant’è che solo nei pesci tropicali è stata rilevata una certa attività batterica con produzione di AGV. Di fatto comunque il ruolo nutrizionale della fibra nel pesce è sconosciuto; è comunque noto come un aumento dei livelli di fibra nelle diete per pesci comporti un drastico calo delle performances produttive, con forte diminuzione della digeribilità.

RUOLO DELLA FIBRA NELL’ALIMENTAZIONE DEGLI ANIMALI MONOGASTRICI

F I B R A Materiale presente negli alimenti lentamente digeribile o indigeribile che occupa spazio nel tratto gastrointestinale. (D.R. Mertens)

Intestinal Microecology Foods that enter the GI Tract

Definitions Dietary Fiber = Nonstarch polysaccharides of plant foods poorly digested by animal enzymes Prebiotics = Nonstarch polysaccharide or other substance supplements poorly digested by animal enzymes but useful for probiotic organisms Probiotics = microorganisms fed as supplements that benefit the host

Dietary Fiber By chemical analysis fiber can be broken into soluble and insoluble components (resistant starch identified by other chemical method) Soluble components are pectic substances, some hemicelluloses, gums and mucilages and are completely fermented by the bacterial flora Insoluble components are cellulose, some hemicelluloses, waxes, and lignin primarily in plant cell walls as well as resistant starch are only slightly fermented Wheat is 90% insoluble and 10% soluble Oats are 50% insoluble and 50% soluble Psyllium 10% insoluble and 90% soluble

Principali ruoli della fibra nei monogastrici In genere riducono l’ utilizzazione digestiva degli alimenti (< digeribilità), il contenuto calorico delle diete, la disponibilità dei minerali; Aumentano il senso di sazietà; Modificano, migliorandola, la composizione microbica dell’eco- sistema intestinale (migliore igiene intestinale); Regolano la velocità di transito e la consistenza delle feci Prevengono i fenomeni di stipsi “nutrono” la mucosa intestinale per i prodotti della fermentazione che inducono si riducono le alterazioni comportamentali

LA FIBRA COME PREBIOTICO Alcuni carboidrati quali alcuni oligosaccaridi (FOS, MOS, GOS) favoriscono la crescita di batteri intestinali come Bifidobacterium spp. e Lactobacillus spp. noti come importanti probiotici. Per questo motivo alcuni tipi di fibra vengono definiti come prebiotici, cioè costituiscono il substrato ideale per lo sviluppo di batteri probiotici, di cui la ricerca scientifica ha dimostrato molte proprietà utili per l’organismo.

PREBIOTICO (Gibson e Roberfroid, 1995) “Ingredienti alimentari non digeribili che influenzano positivamente l’animale attraverso la stimolazione selettiva della crescita e/o attività di uno o limitati batteri nel colon”

DENOMINAZIONE COSTITUZIONE CHIMICA ORIGINE DIVERSI METODI ANALITICI PER DETERMINARE LA FIBRA DENOMINAZIONE COSTITUZIONE CHIMICA ORIGINE Fibra grezza Cellulosa, emicellulosa, lignina Vegetale Fibra alimentare di Trowell Cellulosa, emicellulosa, lignina, gomme e mucillagini Plantix Fibra di Southgate Lignina + polissacaridi non amilacei Idrati di carbonio non assimilabili Fibra insolubile Cellulosa e lignina Fibra solubile Pectine, gomme, mucillagini, emicellulose Fibra in senso esteso Tutti i costituenti sopra elencati in più: aminopolisaccaridi, chitine, cutina, suberina, oligosaccaridi di sintesi Vegetale, animale e sintesi batteriche 40

EFFETTI DIGESTIVI DELLE FIBRE SOLUBILI E INSOLUBILI FIBRA SOLUBILE FIBRA INSOLUBILE Capacità di idratarsi e formare gel Rallentamento svuotamento gastrico Diminuzione assorbimento alcuni nutrienti Diminuzione colesterolemia Aumento peristalsi intestinale Aumento massa fecale Diminuzione digeribilità alimento Fermentescibilità AGV 41

CARATTERISTICHE DELLA FIBRA TIPO DI FIBRA SOLUBILITA’ FERMENTESCIBILITA’ Polpe di bietola Bassa Moderata Cellulosa Pula di riso Gomma arabica Alta Pectine Metilcellulosa Carruba 42

LA FIBRA COME PREBIOTICO OLIGOSACCARIDI NON DIGERIBILI FRUTTANI FOS (fruttoligosaccaridi) inulina GALATTANI GOS (galattoligosaccaridi) MANNANI MOS (mannanoligosaccaridi) I mammiferi non possiedono enzimi per digerirli Raggiugono inalterati il crasso Idrolizzati ed utilizzati in loco dalla flora batterica 43

FRUTTOLIGOSACCARIDI Sono glucidi largamente diffusi in natura. Polisaccaridi di riserva Composite e Graminacee Sottoprodotti frumento 0,40-0,51% s.s Farina di medica 0,22% s.s. Orzo 0,19% s.s. Frumento 0,14% s.s. Produzione industriale Estrazione Sintesi 44

MANNANOLIGOSACCARIDI Presenti nelle pareti dei lieviti come complessi glucomannanoproteici Presenti anche nel latte GALATTOLIGOSACCARIDI Pareti cellulari vegetali. I galattani nelle leguminose svolgono il ruolo di polisaccaride di riserva al posto dell’amido 45

OLIGOSACCARIDI PREBIOTICI PRESENTI SUL MERCATO LATTULOSIO GALATTO-OLIGOSACCARIDI FRUTTO-OLIGOSACCARIDI INULINA ISOMALTO-OLIGOSACCARIDI OLIGOSACCARIDI DELLA SOIA LATTOSUCROSIO GENTIO-OLIGOSACCARIDI XYLO-OLIGOSACCARIDI 46

INULINA E OLIGOFRUTTOSIO DP 30-50% < 10 DP 100% < 10

GALATTOOLIGOSACCARIDI E TRANSGALATTOLIGOSACCARIDI TOS

LATTULOSIO

PRINCIPALI FUNZIONI DELLA FIBRA NEI MONOGASTRICI  VOLUME DELLA RAZIONE  CAPACITA’ DI IDRATAZIONE  SVUOTAMENTO GASTRICO  VELOCITA’ DI TRANSITO DEGLI ALIMENTI  DIGESTIONE E ASSORBIMENTO DELLE SOSTANZE NUTRITIVE FUNZIONALITA’ DEL TUBO DIGERENTE REGOLAZIONE DELLA MICROPOPOLAZIONE INTESTINALE 50

ALIMENTO FIBRE CEREALI Cellulosa, arabinoxilani, glucani, lignina, emicellulosa VEGETALI, FRUTTA Cellulosa, pectina, xiloglucani, cutina, cere SEMI (leguminose) Cellulosa, pectine, xiloglucani, galattomannani, ADDITIVI Gomme, polisaccaridi algali, esteri di cellulosa, amidi modificati 51

PROPRIETA’ FISICHE DELLA FIBRA CONSEGUENZE FISIOLOGICHE TIPO DI FIBRE IMPLICAZIONI NUTRIZIONALI Viscosità formazione di gel pectine gomme -glucani emicellulose  transito  glicemia  insulinemia Ritenzione idrica  ritenzione idrica  viscosità  attività microbica emicellulosa alterazione digestione Capacità legante acidi biliari enzimi digestivi pectina lignina  escrezione fecale ac. biliari  processi digestivi Granulometria rottura parete vegetale cruscami  superficie esposta Degradazione microbica idrolisi polisaccaridi produzione AGV sviluppo microbico polisaccaridi  massa fecale  pH colon 52

CARATTERISTICHE DELLA FIBRA TIPO DI FIBRA SOLUBILITA’ FERMENTESCIBILITA’ Polpe di bietola Bassa Moderata Cellulosa Pula di riso Gomma arabica Alta Pectine Metilcellulosa Carruba 53

VELOCITÀ DI FERMENTAZIONE DI DIVERSE FONTI DI FIBRA ALIMENTARE NEL TRATTO GASTROINTESTINALE DEL CANE rapidamente fermentescibile lentamente fermentescibile 54

sazietà volumetrica  sazietà biochimica   velocità di transito   RUOLI DIGESTIVI DELLE FIBRE SOLUBILI ED INSOLUBILI FIBRE SOLUBILI viscosità  svuotamento gastrico  assorbimento nutrienti  colesterolemia  FIBRE INSOLUBILI peristalsi intestinale  massa fecale  digeribilità  sazietà volumetrica  sazietà biochimica   velocità di transito   fermentazioni   SOLUBILI INSOLUBILI 55

FUNZIONI DEI PREBIOTICI Diminuzione pH intestinale Solubilizzazione alcuni nutrienti Aumento numero probiotici Esclusione competitiva Risvolti positivi sul sistema immunitario sistemico

Principali funzioni positive della flora batterica gastrointestinale Riduzione metaboliti tossici ammoniaca ammine nitrosammina fenoli, cresoli, indolo, scatolo, acidi biliari secondari, agliconi SCFA miglioramento funzione e morfologia intestinale Alternativa ai promotori di crescita Stimolazione sistema immunitario (solo GALT?)

INCLUSIONE DEI FRUTTANI NELLA DIETA grado di polimerizzazione (DP) stato fisiologico (es. animale anziano) tipo di dieta diete ad elevato tenore proteico flatulenza (> 10-20% s.s.) continuità nell’assunzione degradazione durante la conservazione

EFFETTI DIMOSTRATI DEI PREBIOTICI GASTROINTESTINALI Modulazione flora enterica Controllo patogeni Proliferazione cellule enteriche Catabolismo proteico e composti putrefattivi Caratteristiche fecali Digeribilità dei nutrienti SISTEMICI Metabolismo azoto Metabolismo minerali