¿De qué está hecha la fibra en detergente ácido (FDA)?

Ligia Johana Jaimes C, Ángel María Giraldo M¹ y Héctor Jairo Correa C¹

Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín
hjcorreac@unal.edu.co
¹ Departamento de Producción Animal, Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín, Cl. 59a #63-20, Bloque 50-323. Medellín, Antioquia

Resumen

El método de Fibra en Detergente Ácido (FDA) se basa en el supuesto según el cual el residuo obtenido con el empleo del detergente está constituido por celulosa y lignina. Varios trabajos indican, sin embargo, que esta composición es más compleja. En este artículo se siguió el método Simplex utilizando la herramienta Solver de Microsoft Office Excel para estimar la composición química más probable de la FDA. Para ello se revisaron los resultados publicados por Van Soest en 1963 y los de los análisis de FDA y lignina, así como los de las cenizas, carbono (C) y nitrógeno (N) en los residuos de la FDA y de la lignina realizados a 18 muestras de gramíneas forrajeras y a cuatro muestras de heces de vacas alimentadas con pastos tropicales. A partir del contenido de C en la lignina, la celulosa, hemicelulosa, pectinas y proteínas, así como del contenido de lignina y proteína en la FDA, se estimó la composición más probable de los carbohidratos en la FDA. Los resultados indican que la FDA está constituida por celulosa, lignina, hemicelulosa, pectinas, proteínas y cenizas en cantidades variables y no solo por lignina y celulosa. Se recomienda abandonar el esquema para estimar la composición de los carbohidratos propuesto por Van Soest y, en su lugar, realizar análisis de componentes químicos individuales bajo metodologías aplicada a la caracterización de fibra dietaria o biomasas vegetales.

Palabras clave: carbono, celulosa, cenizas, hemicelulosa, lignina, pectinas, proteínas, método Simplex

What is the Acid Detergent Fiber (ADF) made of?

Abstract

The Acid Detergent Fiber (ADF) method is based on the assumption that the waste obtained with the use of the detergent is made up of cellulose and lignin. Several works indicate, however, that this composition is more complex. In this article, the Simplex method was followed using the Microsoft Office Excel Solver tool to estimate the most likely chemical composition of the ADF. To this end, a study was made  of the data published by Van Soest in 1963 together with many analyses of ADF and lignin, as well as measurements of ash, carbon (C) and nitrogen (N) in the residues of the ADF and the lignin from18 samples of forage grasses and four fecal samples of cows fed with tropical grasses. From the content of C in lignin, cellulose, hemicellulose, pectins and proteins, as well as the lignin and protein content in the ADF, the most probable composition of carbohydrates in the ADF was estimated. The results indicate that the ADF is constituted by cellulose, lignin, hemicellulose, pectins, proteins and ash in variable amounts and not only by lignin and cellulose. It is recommended to abandon the scheme to estimate the composition of carbohydrates proposed by Van Soest and, instead, perform analysis of individual chemical components under methodologies applied to the characterization of dietary fiber or vegetable biomass.

Key words: ash, carbon, cellulose, hemicellulose, lignin, pectines, proteins, Simplex method

Introducción

El método de la Fibra en Detergente Ácido (FDA) fue propuesto por Van Soest (1963a) como un procedimiento para reemplazar la desmeritada fibra cruda (FC) de Henneberg y Stohmann (1860). Con su aplicación se eliminaría el nitrógeno (N) de los alimentos vegetales, el cual suponía dicho autor, era un contaminante de las paredes celulares, al tiempo que retendría la fracción ligno-celulósica al eliminarse la hemicelulosa; además, Van Soest (1963a) consideraba que, en virtud de su composición, la FDA podría constituir el material de partida más adecuado para el análisis de la lignina.

En una segunda publicación (Van Soest 1963b) propuso una metodología para la obtención de la lignina a partir de la digestión de la FDA en ácido sulfúrico (LDA) y realizó un experimento con el cual pretendía demostrar de qué estaba hecha la FDA. Para tal efecto se basó en el cálculo de la proporción del carbono (C) en la materia orgánica (MO) de la FDA (%C-FDA) aportado por la celulosa y la lignina. Para ello analizó el contenido de FDA, LDA, cenizas, nitrógeno (N) y C de 10 muestras de gramíneas, ocho de leguminosas y cuatro de heces. Con esta información calculó el porcentaje de lignina en la FDA (%LDA-FDA) y reportó la ecuación lineal %C-FDA = 43.5 + 0.28 %LDA-FDA (r = 0.94). En esta ecuación el intercepto (43.5%) se interpretó como el aporte de C a partir de la celulosa; así mismo, este autor consideró que la %C-FDA cuando el %LDA-FDA fuera igual a 100 (=71.5%), representaba el C aportado por la lignina. La estimación del contenido de C en la celulosa obtenida de esta manera, sin embargo, fue menor que el valor real (44.4%) mientras que el de la lignina fue más alto que el que este autor utilizó como referencia (63.6%) (Brauns 1952). No obstante estas diferencias, Van Soest (1963b) consideró que la FDA representaba razonablemente la fracción ligno-celulósica de los alimentos.

Como es evidente, el procedimiento matemático utilizado por Van Soest (1963b) fue limitado para estimar con precisión la composición química de la MO de la FDA. El supuesto era que esta fracción estaba constituida únicamente por lignina y celulosa desconociendo la participación de otros componentes propios de las paredes celulares tales como la hemicelulosa, pectinas y las proteínas. Al respecto de este último componente, de acuerdo con los análisis de sus muestras, el contenido promedio de N en la MO de la FDA era 0.473%, el cual representaría 2.96% de proteína cruda (PC). Trabajos posteriores registraron que los supuestos de la composición química de la FDA postulados por Van Soest, eran equivocados. Es así como Bailey y Ulyatt (1969) encontraron que con la técnica de la FDA se puede retener una porción significativa tanto de las pectinas como de la hemicelulosa, mientras que Mika (1981) concluyó que con esta técnica se puede diluir parte de la celulosa. Por su parte Albenne et al (2013) reportaron que las paredes celulares de los vegetales presentan diversos tipos de proteína estrechamente ligadas a la celulosa, hemicelulosa y lignina indicando claramente que la proteína no es un contaminante de las paredes celulares como presumía Van Soest (1963a, b).

Estos registros puntuales indican que es necesario recurrir a otro tipo de procedimientos que tengan capacidad de calcular la participación probable de otros componentes de la pared celular en la FDA, superando las limitaciones del procedimiento utilizado por Van Soest (1963b). Con base en estas consideraciones se planteó este trabajo con el objetivo de estimar la composición de la MO de la FDA. Para tal efecto se utilizó la información de los registros publicados por Van Soest (1963b) y se aplicó un procedimiento de optimización matemática a 18 gramíneas y cuatro muestras de heces recolectadas en dos regiones de Colombia en las que la LDA fue determinada mediante la digestión de la FDA con permanganato de potasio, como lo indicaron Van Soest y Wine (1968).

Materiales y métodos

Toma de muestras y análisis químicos

Se utilizaron 10 muestras de gramíneas de zonas altas (ocho deCenchrus clandestinus, una de Holcus lanatus y una deLolium perenne) y ocho de zonas bajas de Colombia (siete de Cynodon dactylon Tifton 85 y una de Cynodon nlemfuensis). Adicionalmente se tomaron cuatro muestras de heces de vacas alimentadas con pastos tropicales en un hato de ganado doble propósito del Departamento del Cesar. A todas las muestras se les determinó el contenido de materia seca a 105^oC durante 24 horas, FDA mediante el procedimiento oficial descrito por la AOAC No. 973.18 en el equipo ANKOM y la LDA con permanganato de potasio (Van Soest y Wine 1968). Todas las muestras se sometieron de nuevo al procedimiento requerido para la determinación de la FDA pero reteniendo el residuo (RDA). La mitad de éste se utilizó para calcular las cenizas en la FDA mediante incineración a 550^oC por 3 horas y la otra mitad se utilizó para determinar el contenido de N y C por combustión instantánea mediante el Analizador Elemental FLASH 2000. Con base en los resultados obtenidos se calculó la MO de la FDA, el contenido de LDA y de PC en la MO de la FDA. Adicionalmente, cinco muestras seleccionadas al azar se sometieron de nuevo al procedimiento para determinar la LDA pero reteniendo el residuo. La mitad de éste se utilizó para establecer el contenido de cenizas y la otra para determinar el contenido de C y N. Por diferencia, se calculó el contenido de C y N en la lignina.

Todos los análisis químicos se realizaron en el Laboratorio de Análisis Químico y Bromatológico de la Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín mientras que los análisis elementales se realizaron en el Laboratorio de Biogeoquímica de esta misma institución.

Cálculo de la composición química de la MO de la FDA a partir de la información generada en el estudio

Con la información del contenido de LDA y PC de cada muestra se calculó el aporte de C que hicieron estas dos fracciones a la MO de la FDA; para ello se utilizaron los valores de C registrados en la tabla 1. Para conocer el aporte adicional al C en la MO de la FDA proveniente de la celulosa, hemicelulosa y pectinas se utilizaron los contenidos de C en estas tres fracciones químicas de la Tabla 1 y el método Simplex incorporado en la herramienta Solver del programa Microsoft Office Excel. Para ello se estableció que la función objetivo (FObj) fuera cero (0), representada por la diferencia entre 100 y la suma del aporte de C (en porcentaje) que hizo cada componente químico a la MO de la FDA (Figura 1). A continuación, se estableció que en cada iteración pudiera cambiar el aporte de C de la celulosa, hemicelulosa y las pectinas. Adicionalmente se establecieron cuatro restricciones: la primera fue similar a la establecida para la función FObj con la finalidad de redundar en el cálculo de dicha función y minimizar su error; en segundo lugar se estableció que fuera igualmente cero (0) la diferencia entre 100 y la suma de los componentes químicos de la MO en la FDA (en porcentaje); la tercera y cuarta que la suma de los componentes químicos de la MO en la FDA (en porcentaje) fuera igual a 100, al igual que la suma del aporte de C (en porcentaje) que hizo cada componente químico a la MO de la FDA (Figura 2). Establecidas estas restricciones se permitió que la herramienta Solver calculara cada iteración hasta obtener el valor más cercano a cero para la FObj, minimizando el incumplimiento de las restricciones.

Figura 1. Vista de la hoja de cálculo en Excel con la información utilizada para la estimación del contenido de celulosa, hemicelulosa y pectinas para cada muestra mediante la función solver. Los valores de las celdas entre G9 y K9 corresponden al contenido de C de los diferentes componentes de la MO de la FDA presentados en la Tabla 1. Los valores en las celdas G10 y K10, representan la proporción de lignina y proteína (N x 6.25) en la MO de la FDA, respectivamente, establecida a partir de los análisis químicos correspondientes (en la muestra del ejemplo éstos fueron 15.3% para la lignina y 2.65% para la proteína). Las celdas H10, I10 y J10, corresponden a los porcentajes de celulosa, hemicelulosa y pectinas en la MO de la FDA estimados por la herramienta de optimización Solver, respectivamente. Las celdas entre G11 y K11, registran el aporte de C de los diferentes componentes de la MO de la FDA calculados como el producto entre el porcentaje de C en cada fracción y el contenido de cada fracción en la MO de la FDA, divido entre el contenido de C en la MO de la FDA de la respectiva muestra (celda M10) (en la muestra del ejemplo es 45.3%). La celda F10 contiene la suma de los valores desde G10 hasta K10 (=SUMA(G10:K10)) mientras que la celda F11, corresponde a la suma de los valores desde G11 hasta K11 (=SUMA(G11:K110)). La celda D10 recoge la diferencia entre las celdas E10 y F10, mientras que la celda D11 refleja la diferencia entre las celdas E11 y F11. Los valores de las celdas E10 y E11 son predeterminados como 100.

Figura 2. Ventana de control de la herramienta Solver de Excel que muestra la función objetivo (FObj) (a), las celdas variables (b) que corresponden a los aportes de celulosa, hemicelulosa y pectinas en la MO de la FDA (los valores son estimados por el programa) y las restricciones (c) las cuales se explican en el texto.

Cálculo de la composición química de la MO de la FDA a partir de Van Soest (1963b)

El cálculo de la composición química de la MO de la FDA a partir de la propuesta de Van Soest (1963b) se realizó únicamente para las muestras de forraje (n=18). No se incluyeron las cuatro muestras de heces ya que en el artículo el autor no publicó el análisis químico completo de estas; de él solo se puede estimar el contenido de LDA en la MO de la FDA y el de C a partir de la información presentada en la Figura 1. Para este cálculo se siguió el procedimiento descrito anteriormente para las muestras experimentales.

Análisis estadístico

Se calcularon los promedios y la desviación estándar de los resultados del análisis químico y de la composición calculada de la MO de la FDA de las muestras experimentales, así como para los datos publicados por Van Soest (1963b). Así mismo, se determinó el intervalo de confianza para las medias con p<0.05 mediante el PROC MEANS del paquete estadístico SAS (1998) así como la correlación entre los componentes de la MO de la FDA calculados mediante el procedimiento Simplex tanto para los datos de Van Soest (1963b) como para los datos experimentales. Para ello se utilizó el PROC CORR del paquete estadístico SAS (1998).

Resultados

En la Tabla 2 se presenta la información de la composición química de la pared celular de las muestras utilizadas por Van Soest (1963b) y la de las analizadas en este estudio. En ambos trabajos se puede observar que los valores promedio de la FDA, lignina y el porcentaje de C en la FDA son relativamente semejantes, mientras que el contenido de N y de Cenizas (como porcentaje de la FDA) en la publicación de Van Soest (1963b) fue más bajo que en las muestras experimentales analizadas en este trabajo. De igual manera se puede registrar que para la FDA y la lignina fueron más altos los valores de la DE en el trabajo de Van Soest (1963b) que los estimados en este trabajo, pero más bajos para las otras fracciones analizadas.

En la Tabla 3 se presenta la información de los componentes orgánicos de la FDA en los forrajes analizados por Van Soest (1963b) y de las muestras utilizadas en este trabajo. Como se puede observar en los resultados del análisis adelantado sobre los datos de la MO de la FDA publicados por Van Soest (1963b), el contenido de la celulosa fue superior al estimado en este estudio, mientras que el de la lignina fue relativamente semejante, pero fueron menores para los otros componentes. Además, excepto para la lignina, en la publicación de Van Soest (1963b) los valores de la DE de los componentes en la MO de la FDA fueron menores que los registrados en este estudio. Vale la pena llamar la atención para ambas publicaciones en la elevada variabilidad que presentaron las proteínas, la hemicelulosa y las pectinas, inclusive en las dos últimas el valor de la DE fue superior al promedio.

Como se puede observar en la Tabla 3, contrario a lo que afirmó Van Soest (1963b), la MO de la FDA de los forrajes que él analizó y los evaluados en este trabajo no está conformada exclusivamente por lignina y celulosa; de ella también hacen parte la hemicelulosa, pectina y proteínas. Estos tres componentes representan el 16.5% de la MO de la FDA en las muestras experimentales analizadas aquí. De este valor las proteínas, hemicelulosa y las pectinas representan el 32.4, 28.2 y 39.4%. No obstante que se mantiene la declaración de la importancia de las proteínas entre los componentes de la pared celular, no menos importantes son las pectinas si se tiene en cuenta que constituyeron el 39.4%.

Es interesante observar la elevada variabilidad en los resultados para la hemicelulosa y las pectinas, tanto en los datos de Van Soest (1963b) como en los resultados de las muestras del experimento realizado. El contenido promedio de las pectinas en las muestras experimentales fue bajo (menor al 2.0% de la MS). En el caso de las muestras del trabajo de Van Soest (1963b) este promedio fue incluso un poco más bajo no obstante que estaban incluidas ocho leguminosas.

Correlaciones entre los componentes de la MO de la FDA

El análisis de correlación entre componentes de la MO de la FDA estimados mediante el método Simplex de EXCEL tanto para las muestras de Van Soest (1963b) como para las muestras analizadas en este experimento, se muestran en la figura 3. Como se puede apreciar, la correlación entre lignina y celulosa en las muestras de Van Soest (1963b) fue negativa (Figura3-a1) pero entre las muestras experimentales, aunque también fue negativa el p>0.23 (Figura3-a2). Sin embargo, las correlaciones entre lignina y proteína tanto para las muestras de Van Soest (1963b) como para las muestras experimentales, fueron positivas (Figura3, b1 y b2, respectivamente), mientras que entre celulosa y hemicelulosa, fueron negativas (Figura3, c1 y c2, respectivamente). Finalmente, la correlación entre hemicelulosa y pectina entre los datos experimentales fue positiva (Figura3-d2) pero entre los datos de Van Soest (1963b) fue negativa, aunque con p>0.60.

Figura 3. Correlaciones entre componentes de la MO de la FDA estimados mediante el método Simplex de EXCEL. Las figuras a1, b1, c1 y d1 corresponden a las correlaciones halladas entre algunos de los componentes de la MO de las muestras de Van Soest (1963b) mientras que las figuras a2, b2, c2, y d2 corresponden a las correlaciones halladas entre algunos de los componentes de la MO de las muestras analizadas en este experimento.

Discusión

La confiabilidad en los resultados obtenidos mediante el procedimiento matemático utilizado en este trabajo (método Simplex), depende de la precisión que se tenga del contenido de C en los diferentes componentes químicos que podrían hacer parte de la MO de la FDA, esto es, de la lignina, proteína, celulosa, hemicelulosa y pectina. Esto es particularmente cierto en el caso de la lignina debido a la alta variabilidad en el contenido de C de esta fracción cuyos valores oscilan entre 42.5% para muestras de caña de azúcar (Galano et al 2017) hasta 77.4% para muestras de biomasa arbórea (Pineda 2014, Samfira et al 2013).

Lignina

Son pocas las publicaciones que han reportado el contenido de C en la lignina de las gramíneas. El valor establecido en este trabajo de 58.5% y registrado en la Tabla 1 se encuentra dentro del rango reportado por Whitehead y Quicke (1964) para muestras de heno de una mezcla de gramíneas tropicales. Este valor es inferior al de 63.6% utilizado por Van Soest (1963b) para comparar los resultados de su análisis de regresión el cual había publicado Brauns (1952) a partir de muestras de lignina extraídas de árboles. Por ello, no parece ser que haya sido acertado que Van Soest (1963b) empleara este valor si se tiene en cuenta que se originó de muestras de árboles las cuales, no cabe duda, son diferentes a las de los forrajes; así mismo, no fue un acierto por parte de este autor, haber considerado adecuado la concentración de C de 71.5% en la lignina al calcularlo a partir de la ecuación publicada en su trabajo (Van Soest 1963b). Es indudable que, desde la construcción utilizada en el presente trabajo, se puede indicar que era incorrecto el análisis que realizó Van Soest (1963b) sobre la composición más probable de la FDA.

Se conoce que la composición química de la lignina es heterogénea, así como la existencia de diferencias en dicha composición entre mono y dicotiledóneas (Boerjan et al 2003, Cesarino et al 2012); por ello resulta incorrecto utilizar los datos de la composición de la lignina en las dicotiledóneas para estimar dicha composición en las monocotiledóneas. El uso de esta información resulta más crítico si se tiene en cuenta que existen diferencias notables en la composición química de la lignina entre órganos de una misma planta (Dignac et al 2005, Kärkönen et al 2014). Por estas razones bajo la metodología propuesta en este trabajo resulta indispensable que, para el análisis de la composición química de la FDA, se estime el contenido de C en la lignina.

Nitrógeno y Proteínas

Las muestras de los forrajes utilizados por Van Soest (1963b) y las del experimento realizado para este trabajo presentaron un contenido importante de N como porcentaje de la FDA (Tabla 2), el cual seguramente correspondería al de las proteínas asociadas a la pared celular (Albenne et al 2013). Para los autores de este artículo, a diferencia de lo afirmado por Van Soest (1962), en el análisis de la composición de la pared celular, el N no constituye un contaminante que afecta los resultados, consideración que dio un origen espurio a los métodos de detergente desarrollados por Van Soest como fue discutido por Jaimes et al (2018).

Muy tempranamente Van Soest (1964) se refirió al Nitrógeno Insoluble en Detergente Ácido (NIDA) como una fracción que aparecía en el análisis de la composición de la pared celular y presumía, era consecuencia del proceso de pardeamiento de los forrajes por sobrecalentamiento durante el proceso de secado y no por la presencia de las proteínas naturales. Esta fracción fue introducida para el cálculo de la fracción B3 en el Sistema de Carbohidratos y Proteínas Netas de Cornell (SCPNC) (Licitra et al 1996). En éste, el NIDA (fracción C) es considerado como la fracción no disponible (indigerible) del N de los alimentos. Bajo esta interpretación, desde hace varios años y aún en la actualidad, esta fracción ha sido utilizada por varios autores en sus estudios (Neumann et al 2017; Naeiny et al 2018; Tariq et al 2018); sin embargo, Ross et al (2013), utilizando un método de tres pasos modificado, demostraron que dicha fracción presenta diversos grados de digestibilidad contradiciendo el concepto del SCPNC. Dada la contundencia de sus resultados el esquema del SCPNC fue modificado, incluyendo la propuesta de Roos et al (2013), en cuanto a lo que concernía con la caracterización de las proteínas. No obstante, debido a la complejidad de la metodología propuesta por estos autores para estimar el N no disponible en los alimentos, ha sido complicada su implementación en el esquema del SCPNC (Tylutki 2015). Esta es la razón por la que aún se utiliza ampliamente el esquema propuesto por Licitra et al (1996).

En la LDA de las muestras analizadas en este trabajo se encontró un contenido de N de 1.830 ± 0.476% el cual fue más bajo que el reportado por Whitehead y Quicke (1960) en la lignina de muestras de forrajes (2.20%) así como en la lignina extraída de la cáscara de fríjol (2.98%) (Dyckmans et al 2002). Sin embargo, el promedio hallado en el presente trabajo se encuentra dentro de los valores publicados por Muller et al (1970) para muestras de forrajes en las que la lignina se determinó por el método Klason (1.16 a 5.18%).

Las proteínas ligadas a la lignina son un componente importante de las paredes celulares (Whitehead y Quicke 1960; Dyckmans et al 2002) y no son contaminantes que deberían ser eliminados del análisis de los componentes de las paredes celulares como lo propuso Van Soest (1963a,b). Por ello autores como Dyckmans et al (2002) consideraron que el método de LDA de Van Soest es inadecuado para la estimación de la lignina pura y sugirieron que la fracción estimada por este método debería ser nombrada más como ligno-proteína y no como lignina. Recientemente Diehl (2014) estableció que esta fracción está constituida por diversas proteínas de la pared celular que forman enlaces covalentes con la lignina.

Carbono

Existen pocas publicaciones de revisión del experimento de Van Soest (1963b). Solo Colburn y Evans (1967) estimaron el contenido de C en la FDA en varios tipos de forrajes. Para realizar esta estimación utilizaron valores similares a los reportados en la Tabla 1 para la celulosa (44.4%) y las proteínas (52.5%); emplearon el mismo valor que usó Van Soest (1963b) para la lignina (63.3%) pero desconocieron la posible presencia de otros componentes. Los registros reportados por estos autores indican que el contenido de C en la FDA de las muestras analizadas osciló entre 39.1 y 48.3%, mientras que en el trabajo de Van Soest (1963b) este se encontró entre 44.4 y 49.9%. A pesar de la diferencia en el valor mínimo entre los dos trabajos, Colburn y Evans (1967) consideraron que sus resultados eran similares a los de Van Soest (1963b). No se requiere un análisis detallado de estos valores para declarar que no son similares. Esta diferencia posiblemente se deba a que dichos autores no consideraron la posible presencia de la hemicelulosa y las pectinas en la FDA, fracciones que poseen una menor concentración de C que la que presenta en la celulosa.

Cenizas

El contenido de cenizas hallado en la FDA de las muestras utilizadas por Van Soest (1963b) y las analizadas en este trabajo (Tabla 2), se encuentran dentro de los reportados por otros autores los cuales oscilan entre 5.4% (Kanani 2012) y 16.2% (Kanani et al 2014).

Celulosa, hemicelulosa y pectinas

Los resultados hallados aquí sobre la composición química de la MO de la FDA (Tabla 3) coinciden con los reportados por Bailey y Ulyatt (1970) quienes en los análisis químicos del Residuo del Detergente Ácido (RDA) en seis forrajes encontraron que más de la mitad estaba constituido por pectinas y una proporción significativa, de hemicelulosa. Mika (1981), por su parte, estableció que el método de la FDA solubiliza parte de la celulosa lo que explicaría la menor concentración de C en el intercepto de la ecuación estimada por Van Soest (1963b). Russo (1981) también reportó que los componentes de la pared celular estimados por los procedimientos de Goering y Van Soest (1970) fueron significativamente diferentes que los determinados de manera individual por procedimientos químicos: el contenido de la hemicelulosa calculado por la diferencia entre FDN y FDA fue menor, mientras que el de celulosa, fue mayor. Godin et al (2011) utilizaron cromatografía líquida para analizar la composición del RDA y encontraron diferencias significativas en la concentración de los carbohidratos en la FDA debido a que, según estos autores, el método de Van Soest subestima la presencia de otros compuestos diferentes a la celulosa. Los resultados indicaron que la FDA presenta contenidos importantes de hemicelulosa (alrededor del 20% de la MS de la FDA) mientras que los altos contenidos de celulosa estimados en la FDA, se debe a la presencia de pectinas que no son solubilizadas, pero se consideran como si fueran celulosa. No obstante que el contenido promedio de las pectinas en las muestras experimentales fue bajo, este contenido (menos del 2.0% de la MS) se encuentra dentro de los valores reportados para gramíneas por Vogel (2008) y Rancour et al (2012). Estos valores, sin embargo, no representan el contenido total de las pectinas en las muestras ya que como se ha indicado (Bailey y Ulyatt 1970), el CTAB solubiliza parcialmente y de manera impredecible esta fracción.

Por su parte Bailey y Ulyatt (1969) demostraron que la FDA retiene hasta el 50% de las pectinas y el 45% de la hemicelulosa con lo que desmontaron la idea que la FDA representaba la fracción ligno-celulósica de los forrajes como lo sostenía Van Soest (1963b). Estos resultados fueron corroborados posteriormente por Selvendran et al (1987). Más adelante Guillén et al (1992) también demostraron que esta técnica tiene baja capacidad para estimar el contenido de la hemicelulosa, mientras que otros autores como Treviño y Arosemena (1971) y Mika (1981) demostraron que el método de la FDA conlleva pérdidas importantes de celulosa las cuales pueden superar a las presentadas en la determinación de la “fibra cruda”, así como pérdidas significativas de lignina (Fukushima et al 2015, Hatfield et al 1994, Tuyet et al 1996). Estas demostraciones, no obstante, no han sido óbice para que se mantenga el dogma establecido por Van Soest sobre la composición de la FDN y la FDA. Por ello posiblemente en la actualidad diversos autores continúan estimando el contenido de celulosa por la diferencia entre la FDA y la LDA y el de la hemicelulosa por la diferencia entre la FDN y la FDA (Singh et al 2018, Lamiae et al 2018, Refat et al 2017). Se ha llegado incluso al punto de estimar los requerimientos de celulosa y hemicelulosa en conejos con base en este esquema (Gidenne y Lebas 2002), lo cual a juicio de los autores de este artículo resulta inadecuado.

La alta variabilidad observada en el contenido de hemicelulosa y pectina tanto en los datos de Van Soest (1963b) como en los de este trabajo, se podría deber a que el cetil trimetilamonio bromido (CTAB) que se utiliza en el análisis de FDA degrada parcialmente las pectinas y hemicelulosa (Bailey y Ulyatt 1970). La porción no degradada, por su parte, forma un precipitado en presencia de Ca (Van Soest et al 1991) lo que se debe a la presencia de interacciones hidrofóbicas y electrostáticas entre las pectinas y el CTAB (Joshi et al 2016). Esta variabilidad también fue observada en el trabajo de Xiong (2016). Por su parte Bailey y Ulyatt (1970) registraron que el contenido de pectinas en los residuos de FDA varió entre 17.5 y 54.6% de la concentración original, indicando una alta variabilidad en su retención. Estos mismos autores reportaron que la retención de la hemicelulosa en el residuo de la FDA osciló entre 5.8 y 45.1%. Debido a la dificultad de establecer con certeza la composición de la diferencia entre la FDN y la FDA, Xiong (2016) la denominó hemicelulosa-pectina, presumiendo que dicha diferencia correspondería al aporte de estas dos fracciones, pero desconociendo el aporte de la proteína.

Composición de la MO de la FDA

Las estimaciones de la composición de la MO de la FDA encontradas en este trabajo mediante el procedimiento Simplex son coherentes con los resultados reportados por otros autores en tanto que este también predice la presencia de hemicelulosa y pectinas. Por la misma razón es un procedimiento más confiable que el método aritmético de Van Soest (1967) para estimar los componentes de la fibra. El método de Van Soest (1967) se fundamentó en supuestos incorrectos como fueron que la FDN estaba constituida únicamente por celulosa, hemicelulosa y lignina y la FDA por celulosa y lignina.

Debido a la heterogeneidad en la composición química de la FDA, esta no es una fracción confiable para la caracterización nutricional de los alimentos como fue señalado por Fisher (2015), Hoffman y Shaver (2014) y recientemente por Jaimes et al (2018). Por la misma razón este análisis por sí mismo debe ser abandonado y, en su lugar, apelar a métodos no proximales que caractericen los componentes químicos individuales de la pared celular de los vegetales con la finalidad de mejorar la valoración nutricional de los alimentos tales como los propuestos para la caracterización química la fibra dietaria (Godin et al 2015) y de biomasas vegetales (Sluiter et al 2012).

Correlaciones entre los componentes de la MO de la FDA

Las correlaciones negativas observadas entre el contenido de lignina y celulosa tanto en el análisis de las muestras de Van Soest (1963b) como en las muestras experimentales, ya han sido reportadas por otros autores (Li et al 2014, Sonnenberg et al 2014, Serapligia et al 2013), así como las correlaciones negativas entre el contenido de celulosa y hemicelulosa (Vandenbossche et al 2014). Las correlaciones positivas entre lignina y proteína halladas en este trabajo y que han sido reportadas por otros autores (Chantreau et al 2014), son explicadas por los enlaces covalente entre proteínas de las paredes celulares y la lignina (Diehl 2014) que conforman lo que varios autores definen como ligno-proteinas (Bikovens et al 2012, Brinkmann et al 2002). Estos resultados evidencian que los resultados que arroja la metodología propuesta aquí son coherentes con la composición de la MO de la FDA analizada por otros métodos y, por lo tanto, explica satisfactoriamente dicha composición.

Conclusiones

• De acuerdo con la metodología utilizada en este trabajo, la FDA corresponde a un residuo que retiene parcialmente la hemicelulosa, celulosa, pectinas, lignina, proteínas y minerales de la pared celular, lo que es coherente con lo declarado por otros autores. Por ello resulta incorrecto el supuesto de Van Soest (1963b) de que esta fracción está constituida por celulosa y lignina y que, por tal razón, la celulosa puede ser estimada por la diferencia en FDN y Lignina. Por la misma razón, se demuestra que el procedimiento utilizado para determinar la composición química de la FDA por Van Soest (1963b), fue incorrecto.
  
  
• Tanto las muestras de los forrajes utilizados por Van Soest (1963b) como las del experimento realizado para este trabajo, presentaron un contenido importante de N como porcentaje de la FDA, el cual, a diferencia de los afirmado por Van Soest (1962), no constituye necesariamente un contaminante como tampoco es un componente que aparece como consecuencia del proceso de pardeamiento de los forrajes por sobrecalentamiento durante el proceso de secado, sino que obedece a la presencia de las proteínas naturales asociadas a los componentes químicos de las paredes celulares.
  
  
• Por todo lo anterior, se recomienda abandonar el esquema para estimar la composición de los carbohidratos propuesto por Van Soest y, en su lugar, realizar análisis de componentes químicos individuales bajo metodologías aplicada a la caracterización de fibra dietaria o biomasas vegetales.

Agradecimientos

Este trabajo fue financiado por COLCIENCIAS y la Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín, dentro del Programa de Investigación en la Gestión del Riesgo Asociado a Cambio Climático y Ambiental en Cuencas Hidrográficas, Convocatoria 543-2011 de COLCIENCIAS.

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Received 8 December 2018; Accepted 18 February 2019; Published 4 March 2019

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