CARBOIDRATI Carboidrati = idrati di carbonio (costituiti da C, H, O) (poliidrossialdeidi o chetoni) formula generale (CH 2 O) n (dove n  3) taluni glucidi.

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1 CARBOIDRATI Carboidrati = idrati di carbonio (costituiti da C, H, O) (poliidrossialdeidi o chetoni) formula generale (CH 2 O) n (dove n  3) taluni glucidi comunque contengono fosforo, azoto o zolfo. Vengono tradizionalmente distinti in zuccheri e non zuccheri. Zuccheri: MONOSACCARIDI E OLIGOSACCARIDI MONOSACCARIDI: triosi, pentosi, esosi, eptosi OLIGOSACCARIDI: disaccaridi, trisaccaridi, tetrasaccaridi Non zuccheri: POLISACCARIDI, CARBOIDRATI COMPLESSI POLISACARIDI: OMOGLICANI, ETEROGLICANI CARBOIDRATI COMPLESSI: glicolipidi, glicoproteine CLASSIFICAZIONE

2 CLASSIFICAZIONE DEI PRINCIPALI GLUCIDI

3 OLIGOSACCARIDI I più importanti sono saccarosio, maltosio, lattosio e cellobioso: dalla loro idrolisi si ottengono due esosi. Saccarosio = glucosio + fruttosio: molto rappresentato in bietola e canna da zucchero (attaccato da invertasi o saccarasi); Lattosio = galattosio+glucosio, zucchero del latte attaccato da lattasi; Maltosio (amilasi) si forma nella germinazione dell’orzo; usato per birra o whisky (formato da 2 glucosi con legame  (1  4). Cellobiosio = della cellulosa (formato da 2 glucosi con legame  (1  4); scisso da cellulasi = no mammiferi, sì microorganismi (rumine, cieco). CARBOIDRATI

4 CARBOIDRATI POLISACCARIDIOmoglicani: Largamente diffusi come amidi o come cellulosa. L’amido è un polisaccaride presente in molte piante come tessuto di riserva che si accumula soprattutto nei semi, tuberi e radici. In gran parte costituito da glucosio sotto forma di 2 polisaccaridi: amilosio e amilopectina. L’amido e’ strutturato in granuli insolubili in acqua fredda; in acqua calda si rigonfiano e con il raffreddamento gelatinizza. La digestione dell’amido porta alla formazione di: Destrine  maltodestrine  maltosio  glucosio.

5 CARBOIDRATI POLISACCARIDIOmoglicani: Largamente diffusi come amidi o come cellulosa Cellulosa: fondamentale costituente delle pareti delle cellule vegetali ove si trovano anche altre strutture di sostegno come emicellulose, pectine e lignina (indigeribile). La cellulosa pura e’ un omoglicano di alto peso molecolare, il cellobiosio e’ la struttura fondamentale ove i residui di glucosio sono uniti da legami  (1  4) non attaccabili dal corredo enzimatico proprio degli animali superiori.

6 CARBOIDRATI POLISACCARIDIEteroglicani: pectine, emicellulose, gomme, mucillagini sono composti delle pareti vegetali. Pectine ed emicellulose sono completamente e velocemente degradate dai batteri ruminali od intestinali. Le pectine hanno un forte potere di imbibizione sfruttato industrialmente per la produzione di gelatine. LIGNINA Non e’ un CHO, struttura di sostegno. E’ di interesse particolare perché si lega a cellulosa e proteine delle cellule vegetali e ne limita la digeribilità. Il contenuto in lignina aumenta con la maturità della pianta.

7 La cellulosa è un polimero del glucosio e rappresenta una materia strutturale della cellula e non una sostanza di riserva come l’amido. La cellulosa che la pianta deposita nella parete non è più disponibile per la pianta in quanto la pianta stessa non è più capace di idrolizzarla, al contrario di quanto può avvenire per l’amido. CELLULOSA Nell’amido il disaccaride base è il maltosio, mentre nella cellulosa il disaccaride è il cellobiosio. Il monomero dell’amido è l’  -glucosio, diverso dal monomero della cellulosa che è invece il  -glucosio. La cellulosa è un polimero del  -glucosio a catena lineare con diverse decine di migliaia di molecole del monomero.

8 SCHEMA DELLA STRUTTURA DELLE FIBRILLE E DELLE FIBRE DI CELLULOSA

9 PRINCIPALI COMPONENTI DELLA PARETE CELLULARE VEGETALE D-xilosioL-arabinosioD-galattosioD-mannosioD-glucosio D-acido glucuronico acido4-0-metilglucuronicoEMICELLULOSE Alcool cumarilico Alcool coniferilico Alcool sinapilico LIGNINA D-glucosioCELLULOSA D-acido galatturonico L-ramnosioL-arabinosioD-galattosio SOSTANZE PECTICHE Acidi o alcooli a lunga catena acido idrossicinamico CERE, CUTINA, SUBERINA

10 DISPOSIZIONE DEI POLISACCARIDI DELLA PARETE CELLULARE

11 POLISACCARIDI VEGETALI AMIDO (insolubile in H 2 O) 20% amilosio 80% amilopectina AMILOSIO  catena lineare di > 1000 unità  -D-glucopiranosiche;  legami  -1,4-glicosidici;  disposizione ad elica destrogira della molecola. AMILOPECTINA  presenza di ramificazioni;  legami nei punti di ramificazione:  -1,6-glicosidici;  1 catena laterale ogni 20-26 unità di  -D-glucopiranosio;  struttura simile al glicogeno animale.

12 POLISACCARIDI VEGETALI IDROLISI DELL’AMIDO  -amilasi e  -amilasi  legami  -1,4-glicosidici  maltosio, maltotriosio, destrine (NO glucosio libero) amiloglucosidasi, glucamilasi  destrine e glucosio in forma momerica amilo  -1,6-glicosidasi  legami  -1,6-glicosidici amilopectina omo-oligosaccaridi destrinasi limite  ambedue i legami glicosidici

13 POLISACCARIDI VEGETALI CELLULOSA (insolubile in H 2 O) omopolisaccaride a catena lineare unità di  -d-glucopiranosio legami  -1,4-glicosidici ciascuna unità di  -d-glucopiranosio è ruotata di 180° CELLULOSA composto organico più abbondante nella biosfera contiene oltre la metà del C organico della superficie terrestre produzione annuale vegetale = 100 miliardi di tonnellate

14 POLISACCARIDI VEGETALI I vertebrati non hanno la capacità di rompere i legami glucosidici in configurazione  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 H 2 O fino a cellobiosio;  -GLUCOSIDASI o CELLOBIASI: liberano dal cellobiosio 2 molecole di glucosio.

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16 POLISACCARIDI VEGETALI EMICELLULOSE (insolubili in H 2 O) elevato peso molecolare catena ramificata Composta da: residui di esosi (glucosio, galattosio e mannosio) residui di pentosi (xilosio e arabinosio) legami di tipo  -1,4-glicosidici catene laterali formate da altri zuccheri EMICELLULOSE composte quindi da: mannani, arabani, galattani, fruttani

17 POLISACCARIDI VEGETALI XILANO composto da catene di residui  -d-xilopiranosidici legati da legami  -1,4-glicosidici L’enzima endo-  -1,4-D-xilanasi: idrolizza i legami  -1,4 in regioni interne al polimero produce xilo-oligosaccaridi L’enzima  -1,4-D-xilosidasi: catalizza l’idrolisi degli xilo-oligosaccaridi produce xilosio

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

19 FIBRA LA FIBRA NEL SUO COMPLESSO COMPRENDE: CELLULOSA POLISACCARIDE, D-GLUCOSIO (1-4). INSOLUBILE IN ACQUA E RESISTENTE AD ACIDI ED ALCALI DILUITI. EMICELLULOSE POLIMERI DI D-XILOSIO (1-4) CON CATENE LATERALI DI ARABINOSIO ED ALTRI ZUCCHERI. INSOLUBILI IN ACQUA, MA LA SOLUBILITA’ AUMENTA ALLONTANANDOSI DALLA NEUTRALITA’ (PARZIALMENTE ATTACCABILI DAGLI ACIDI E DALLE BASI). LIGNINA NON E’ UN CARBOIDRATO; POLIMERO DI 3 DERIVATI DEL FENILPROPANO (alcool cumarilico, alcool coniferilico e alcool sinapilico). ALTAMENTE RESISTENTE AD ACIDI ED ALCALI.

20 FIBRA LA FIBRA NEL SUO COMPLESSO COMPRENDE (segue): PECTINE: ESTERI METILICI DELL’ACIDO PEPTICO; IL MONOMERO PIU’ RAPPRESENTATO E’ L’ACIDO D- GALATTURONICO. SOLUBILI IN ACQUA CALDA ED IDROLIZZABILI IN ACIDI DILUITI. SILICE: COMPONENTE DELLA PARETE CELLULARE O DA CONTAMINAZIONE CON IL TERRENO. CUTINA: POLIMERO CON ACIDI GRASSI; SCARSA NEGLI ALIMENTI ZOOTECNICI.

21 DETERMINAZIONE DELLA FIBRA GREGGIA FINALITA’: VALUTARE LA QUANTITA’ DELLE COMPONENTI NON DIGERIBILI DALL’ORGANISMO SUPERIORE CHE CONDIZIONANO LA DIGERIBILITA’ DEGLI ALIMENTI METODO UFFICIALE: WEENDE 1.estrazione lipidi (etere o acetone) 2.H 2 SO 4 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)7.incenerimento8.pesata(W2) risultato: fibra greggia = W1 - W2/100

22 DETERMINAZIONE DELLA FIBRA GREGGIA FIBRA GREGGIA SECONDO IL METODO WEENDE: tutto ciò che residua dopo un attacco acido/basico a caldo al netto delle ceneri EFFETTO SOLUBILIZZAZIONE 50-90% LIGNINA 0-50% CELLULOSA 85% EMICELLULOSA SVANTAGGI non discrimina i carboidrati strutturali dai non strutturali molte sostanze possono sfuggire e non essere considerate

23 FRAZIONAMENTO DEI DIVERSI COMPONENTI DELLA SOSTANZA ORGANICA DEGLI ALIMENTI SECONDO IL METODO DELL’ANALISI CLASSICA (Weende) INRA, 1988

24 PRINCIPALI GLUCIDI CITOPLASMATICI E COSTITUENTI PARIETALI (INRA 1981)  1-3 galattani Strutturali (pareti cellulari) Non strutturali (contenuto cellulare) polisaccaridi fibrosi polisaccaridi della matrice polisaccaridi di riserva intermedi metabolici cellulosa emicellulosa pectine-gomme e mucillagini amidi fruttosani zuccheri liberi  1-4 glucani  1-4 xilani  1-4 gluco/ galattomannani  1-3 galattani  1-4 galatturonani arabinoxilani  1-4, 1-6 glucani  2-1, 2-6 fruttani glucosio xilosio galattosio, ecc.

25 SOLUBILITA’ DELLA LIGNINA, DELLA CELLULOSA E DELLE EMICELLULOSE IN AMBIENTE ACIDO, NEUTRO E ALCALINO. F.G. (1) = Fibra greggia (idrolisi acida) F.G. (2) = Fibra greggia (idrolisi alcalina) N.D.F. = Parete cellulare

26 METODO DELLE FRAZIONI FIBROSE:VAN SOEST N.D.F. Il metodo consente di separare i costituenti fibrosi delle pareti cellulari vegetali (N.D.F.) e cioè: la cellulosa, le emicellulose, la lignina, la cutina ed i costituenti minerali, dal contenuto cellulare solubile (N.D.S.) rappresentato da zuccheri, pectine, acidi organici, sostanze azotate proteiche e non proteiche, lipidi, sali minerali solubili. PRINCIPIO DEL METODO La fibra al detergente neutro è il residuo che si ottiene dopo il trattamento idrolitico del campione con una soluzione di un detergente in ambiente neutro.

27 NDF alimento macinato+sodiolaurilsolfato (ebollizione x 1h)  essiccazione in stufa (100 °C x 8h)  pesata  incenerimento  pesata LA DIFFERENZA TRA LE DUE PESATE COSTITUISCE LA FRAZIONE NDF METODO DELLE FRAZIONI FIBROSE:VAN SOEST N.D.F.

28 SOLUBILITA’ DELLA LIGNINA, DELLA CELLULOSA E DELLE EMICELLULOSE IN AMBIENTE ACIDO, NEUTRO E ALCALINO. F.G. (1) = Fibra greggia (idrolisi acida) F.G. (2) = Fibra greggia (idrolisi alcalina) A.D.F Fibra al detergente acido

29 METODO DELLE FRAZIONI FIBROSE:VAN SOEST A.D.F. Il metodo consente di determinare un residuo fibroso costituito da cellulosa, lignina, cutina, pectine e sostanze minerali insolubili, in ambiente acido (silice). Il residuo si identifica con la sigla A.D.F. La differenza tra N.D.F. e A.D.F. dà una stima delle emicellulose; inoltre il procedimento costituisce un passaggio preparatorio per la determinazione della lignina. PRINCIPIO DEL METODO La fibra al detergente acido è il residuo che si ottiene dopo il trattamento idrolitico del campione con una soluzione di un detergente in ambiente acido.

30 ADF alimento macinato + bromuro di cetiltrimetilammonio in H 2 SO 4 1N (ebollizione x 1h) filtrazione essiccazione (100 °C x 8h)  pesata QUESTO RESIDUO COSTITUISCE LA FRAZIONE ADF METODO DELLE FRAZIONI FIBROSE:VAN SOEST A.D.F.

31 SOLUBILITA’ DELLA LIGNINA, DELLA CELLULOSA E DELLE EMICELLULOSE IN AMBIENTE ACIDO, NEUTRO E ALCALINO. F.G. (1) = Fibra greggia (idrolisi acida) F.G. (2) = Fibra greggia (idrolisi alcalina) A.D.L. Lignina al detergente acido

32 METODO DELLE FRAZIONI FIBROSE:VAN SOEST A.D.L. Il metodo serve per la determinazione di una frazione di lignina greggia che può contenere anche cutina. PRINCIPIO DEL METODO La lignina al detergente acido è il residuo che si ottiene dopo il trattamento dell’A.D.F. con acido solforico al 72%, al netto delle ceneri.

33 ADL residuo ADF trattato con H 2 SO 4 72% v/v a freddo (3h)  essiccazione in stufa  pesata  incenerimento  pesata LA DIFFERENZA TRA LE DUE PESATE COSTITUISCE LA FRAZIONE ADL METODO DELLE FRAZIONI FIBROSE:VAN SOEST A.D.L.

34 ANALISI DEI FORAGGI CON I DETERGENTI lignina 3 h a 20 °C 640 ml di H 2 SO 4 residuo di un trattamento ad acidi forti lignocellulosa (* silice) ebollizione per 1 h bromuro di cetilammonio in H 2 SO 4 residuo di un trattamento con detergente acido (ADF) EMICELLULOSACELLULOSALIGNINA ebollizione per 1 h lauril solfato di sodio + E.D.T.A. pH = 7 residuo di un trattamento con detergente neutro (NDF) COSTITUENTI OTTENUTI TRATTAMENTOREATTIVI MODO DI VALUTAZIONE

35 VAN SOEST (CARBOIDRATI NON STRUTTURALI) 100 - (PG + LG + CENERI + NDF) = NSC 100 - ( PG + LG + CENERI) = TOTALE CARBOIDRATI WEENDE (ESTRATTIVI INAZOTATI) 100 - (PG + LG + CENERI + FG) = estrattivi inazotati CARBOIDRATI

36 E.I.fibracenerilipidiproteina 41,1139,239,371,898,40 SISTEMA WEENDE 40,92 cellulosa 23,22 emicellulosa 2,43 zuccheriamidiNFCADLADFNDF - - - 6,0110,1951,1174,33 VAN SOEST WEENDE E VAN SOEST A CONFRONTO Fieno di prato stabile

37 POLPE DI BIETOLA SEMOLA GLUTINATA DI MAIS differenze POLPE DI BIETOLA SEMOLA GLUTINATA DI MAIS differenzeFibragreggia19,6616,433,23Estrattiviinazotati67,3365,272,06 F.G. + E.I. 86,9981,705,29 60,4637,5022,96NDF35,5412,7222,82ADF---1,8-1,8ADL---28,27-28,27amidi5,28---5,28zuccheri 65,7465,770,03NDFamidizuccheri I VANTAGGI OFFERTI DAI DATI ANALITICI SECONDO VAN SOEST SONO PIU’ EVIDENTI QUANDO SI TRATTA DI CONFRONTARE ALIMENTI DIVERSI DATI SECONDO WEENDE DATI SECONDO VAN SOEST WEENDE E VAN SOEST A CONFRONTO

38 DIGERIBILITA’ Parte che non è escreta con le feci e che quindi è stata assorbita nell’apparato digerente dell’animale animale mangia 9 kg di fieno (8 kg s.s.) elimina 3 kg s.s. con le feci La digeribilità della s.s. di quel fieno sarà: (8 - 3)/8*100 = 62,5% INGESTA - ESCRETA INGESTA DIGERIBILITA’ =

39 RELAZIONE TRA LA DIGERIBILITA’ DELLA SOSTANZA ORGANICA E IL TENORE IN FIBRA GREGGIA DI ALCUNI ALIMENTI CONCENTRATI

40 RELAZIONI TRA IL CONTENUTO IN LIGNINA (ADL) E IN FIBRA GREGGIA DI ALCUNI ALIMENTI

41 RELAZIONI TRA LA DIGERIBILITA’ DELLA FIBRA GREGGIA E IL TENORE IN LIGNINA DI ALCUNI ALIMENTI CONCENTRATI

42 FIBRA NEUTRO DETERSA considerazioni  corrisponde alle pareti della cellula vegetale  è più elevata nei fusti rispetto alle foglie  deprime il contenuto di energia degli alimenti  l’energia dipende dalla digeribilità (< ADL)  influenza negativamente l’ingestione alimentare  aumenta nei foraggi con: età degli stessi condizioni climatiche tecniche agronomiche