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Analisi delle fibre nei mangimi
Fibra grezza, fibra al detergente neutro e fibra al detergente acido - gli standard
e le opzioni di automazione
ebook
Aprile 2018
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PREFAZIONE
È un dato di fatto che le fibre sono un alimento ben bilanciato, ma le cose sono un po’ più complesse di come sembrano.
Dobbiamo considerare la tendenza di passare da fibre grezze a fibre a detergente con standard corrispondenti, in particolare per quanto riguarda l’etichettatura o in caso di dispute commerciali. Vi è poi la questione dei metodi da scegliere, sia in termine di rispetto di questi standard sia per mantenere l’efficienza del laboratorio. Non ultimo, occorre poi considerare il ruolo essenziale dell’analisi al
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vicino infrarosso nei test di routine delle fibre con una calibrazione efficace rispetto ai metodi di riferimento.
Per quanto una soluzione definitiva per le fibre risulti comunque difficile da definire, questo e-book raccoglie diversi punti di vista in materia in base ad articoli, white paper e interviste condotte negli ultimi anni di sviluppo del prodotto presso FOSS. Con il progresso negli standard, nell’automazione dei metodi chimici e nella calibrazione NIR più efficace, appare chiaro che l’approccio globale all’analisi delle fibre nei mangimi è ormai una realtà per il laboratorio moderno.
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Panoramica sull’analisi delle fibre: da fibre grezze a fibre a detergente e creazione di un sistema di riferimento globale per le fibre . . . 5
Tecnologia della fibra grezza e al detergente 11
Panoramica sugli standard globali . . . . . . . . . 16
L’importanza dell’automazione: Velocità, sicurezza e ridotte opportunità di errore . . . . 20
Opzioni di automazione: Crogiolo contro filtro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Video di una case story: Analisi automatizzata delle fibre per la calibrazione NIR . . . . . . . . . . 27
Panoramica delle soluzioni . . . . . . . . . . . . . . . 30
INDICE
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CAPITOLO 1
Cresce la richiesta relativa al contenuto di fibre nei mangimi. Per animali monogastrici una corretta proporzione delle frazioni di fibre aumenta l’utilizzo di mangimi composti, mentre per i ruminanti è una parte importante del metabolismo del rumine. La fibra è un fattore determinante per l’idrolisi di tutti gli ingredienti nutritivi nel mangime.
Panoramica sull’analisi delle fibre: Da fibre grezze a fibre a deter-gente e creazione di un sistema di riferimento globale per le fibre
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La fibra vegetale deriva dal materiale da cui sono formate le pareti cellulari. All’interno ci sono i costituenti delle fibre come cellulosa, emicellulosa e lignina. Il resto è formato da proteine non degradate, pectina, acqua e ceneri.
Definizione della fibra attraverso il metodoCome avrete probabilmente già capito, la fibra non è chiaramente definita da un singolo gruppo di componenti – di fatto la fibra è definita dal metodo con cui storicamente è stata analizzata.
Questa affermazione dell’AAFCO – Association of American Feed Control Officials – riassume la situazione attuale: “Dato che non esiste una garanzia di corrispondenza diretta tra solubilità e disponibilità nutrizionale, in realtà la fibra è definita dal metodo utilizzato per isolarla. L’attuale definizione di fibra diviene quindi dipendente dal metodo e si spiega così per quale motivo esistono così tante analisi delle fibre cosi diverse tra loro." La citazione proviene da Critical Factors in Determining Fiber in Feeds and Forages Comitato AAFCO sui metodi e servizi di laboratorio, Gruppo di lavoro Fiber Best Practices , febbraio 2017 (Revisione 1).
Panoramica sulla fibra al detergenteSebbene il metodo si sia sviluppato all’inizio del diciannovesimo secolo, molte valutazioni sul valore nutritivo di vegetali e mangimi sono tutt’ora calcolate
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in base ai valori della fibra grezza secondo il metodo Weende. Eppure il metodo della fibra grezza pone di fronte a diverse difficoltà nella stima della quantità di fibre o di pareti cellulari.
Recentemente, comunque, i nutrizionisti animali hanno iniziato a utilizzare Fibra al detergente neutro (NFD), Fibra al detergente acido (ADF) e Lignina al detergente acido (ADL) come indicatori di energia e apporto alimentare, soprattutto nelle razioni dei ruminanti. Questo spiega perché queste frazioni di fibre hanno sostituito le formulazioni per razioni a base di fibra grezza (CF) in molte parti del mondo. Oggi i valori di ADF e NDF sono utilizzati spesso per valutare la quantità di foraggio che
Per i ruminanti la fibra è una parte importante del metabolismo del rumine.
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l’animale è in grado di digerire; i nutrienti digeribili totali e altri valori energetici, oltre al valore RFV (relative feed value - valore relativo del foraggio, un valore utilizzato per assegnare un foraggio corretto a una specifica performance dell’animale) per stabilire il prezzo del fieno e per valutare la gestione di foraggio, del raccolto e la capacità di conservazione.
L’analisi dei mangimi al detergente è stata sviluppata da Peter Van Soest presso il Dipartimento dell’Agricoltura americano negli anni ‘60 ed è oggi uno dei principali set di valutazione dei mangimi nella nutrizione dei ruminanti, ma anche, con sempre maggior frequenza, nella ricerca sui non ruminanti.
Il concetto alla base dell’analisi della fibra al detergente è che le cellule vegetali possono essere divise in pareti cellulari meno digeribili (formate da emicellulosa, cellulosa e lignina) e contenuti cellulari di solito più digeribili (come amidi e zuccheri). Questi due componenti possono essere separati utilizzando due detergenti: un detergente neutro e un detergente acido. La fibra al detergente neutro è un buon indicatore di apporto generale e quindi dell’apporto del mangime. La fibra al detergente acido è un buon indicatore di digeribilità e quindi di apporto energetico.
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In sintesi, con il metodo van Soest sono stati fatti passi avanti per ridurre gli errori derivanti da uno scarso recupero diemicellulosa e lignina. Il metodo consente un frazionamento sequenziale delle frazioni di fibre in NDF, ADF e ADL, Lignina al detergente acido (cf. figura 1) ed è quindi un metodo di analisi migliore per calcolare l’apporto energetico del mangime per gli animali.
Figura 1 Il trend da fibra grezza a fibra al detergente
Metodo Weende Metodo Van Soest
Ceneri Grezze
Weende - svantaggio:emicellulosa e lignina appaiono nell’NFE come carboidrati disponibili
Miglioramento
Ceneri Grezze
Proteina Grezza
Co
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cellu
lare
Proteina Grezza
Grasso Grezzo
Grasso Grezzo Zucchero
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ti Azoto Liberoestratti
Amido
Pectine
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cellu
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Residuo organico
Emicellulosa
NDFFibra Grezza CellulosaADF
Lignina ADL
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Alcune definizioniFibra grezza (CF) – un metodo chimico utilizzato per descrivere la porzione indigeribile di materiale vegetale. Comunque, alcune di queste sostanze sono parzialmente digeribili per i microrganismi nel rumine dei bovini. Maggiore la quantità di fibra, minore il contenuto energetico del mangime. Non è un valore molto utile. La pratica di rilevarlo per i mangimi dei ruminanti sta scomparendo, ma rimane in uso per gli animali monogastrici (ad esempio i maiali).
Fibra al detergente neutro (NDF)– il Valore NDF indica la parete cellulare totale compresa e la frazione ADF più l’emicellulosa. I valori NDF sono importanti perché riflettono la quantità di foraggio che l’animale può consumare. L’aumento della percentuale di NDF corrisponde di solito a una diminuzione di quantità di materia secca ingerita.
Fibra al detergente acido (ADF) – Il valore ADF si riferisce alle porzioni di parete cellulare nel foraggio che sono composte di cellulosa e lignina. Questi valori sono importanti perché si riferiscono alla capacità di un animale di digerire il foraggio. L’aumento dell’ADF corrisponde a una diminuzione di capacità di digerire o di digeribilità del foraggio.
Lignina al detergente acido (ADL) – La frazione di lignina dell’ADF.
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CAPITOLO 2
Tecnologia della fibra grezza e al detergente
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Metodo della fibra grezzaNel cosiddetto metodo Weende (fig. 1) vengono determinati Proteina Grezza, Grasso Grezzo e Ceneri Grezze ed umidità. Il contenuto di Carboidrati può essere calcolato per differenza: Carboidrati = Campione – Umidità - Proteina Grezza - Grasso Grezzo
Inoltre, la determinazione della Fibra Grezza attraverso l’i-drolisi acida con 1,25% H2SO4 è utilizzata per l’estrazio-ne degli zuccheri e dell’amido, seguita dall’idrolisi alcalina
• Storia: sviluppato a Möglin, Germania(1806) dal chimico Heinrich Einhof (1777-1808)
• Uso: Valutazione di qualità degli alimenti di origine vegetale nel commercio dei mangimi
• Contenuto: sostanze non digeribili – cellulosa, emicellulosa, lignina
• Estrazione: H2SO4 (1.25%, w/v) caldo – rimuove zuccheri liberi, amido, NaOH/KOH (1.25%, w/v) caldo – rimuove proteine, saccaridi
Difetti: La maggior parte dell’emicellulosa (fino all’80%) e della lignina (50-90%) sono rimosse nell’estrazione sequenziale di acidi e alcali.La fibra grezza viene pertanto sottostimata
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con 1,25% NaOH che rimuove le proteine e parti di emi-cellulosa e lignina (fig. 1. La fibra grezza viene utilizzata di solito per valutarela qualità degli alimenti di origine ve-getale presupposto che essa costituisca la minima frazio-ne digeribile. Gli estratti inazotati (NFE) vengono calcolati dalla differenza di Carboidrati meno la Fibra Grezza.
In media, l’80% di emicellulosa o pentosani e dal 50 al 90% di lignina vengono rimossi dall’estrazione sequenziale alcalina e acida, mentre il recupero della cellulosa è pari al 50-80%. Nonostante tutto, nell’estrazione dell’azoto libero (NFE) compaiono emicellulosa e lignina che possono essere disponibili come carboidrati. L’NFE di foraggi e piante può contenere fino al 90% di queste sostanze. A causa della difficoltà del metodo della Fibra Grezza a recuperare sostanze non digeribili, l’NFE appare meno digeribile rispetto alla fibra
Le opzioni di automazione possono accelerare l’analisi delle fibre e renderla più sicura e coerente
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grezza in un significativo numero di casi. Nel caso di vegetali e cereali, l’errore è minore a causa del contenuto relativamente inferiore di emicellulosa e lignina. Tuttavia può essere sostanziale.
Metodo della fibra al detergenteVi sono stati numerosi tentativi per sostituire il metodo della fibra grezza con un sistema di analisi che offre una migliore caratterizzazione della frazione alimentare meno
Storia: Sviluppato nel 1963 alla Cornel Università dal Dr. Peter J. Van Soest
Parametro: Fibra al Detergente Neutro (NDF)
• Cellulosa
• Emicellulosa
• Lignina
Estrazione di NDF:
• α-amilasi stabile al calore– idrolisi dell’amido
• Laurisolfato di sodio (SDS) – forma complessi solubili con le proteine
• Trietilenglicole – rimuove materiale solubile diverso dalle fibre
• EDTA – impedisce la formazione di matrici insolubili di calcio e pectina e quindi dissolve la pectina
• Tampone borato e solfato – mantiene il pH 7 e impedisce l’idrolisi dell’emicellulosa
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nutritiva. Il concetto sviluppato da Van Soest e colleghi, relativo alla fibra al detergente, ha avuto molto successo.In una prima fase, il campione viene trattato con una soluzione detergente neutra (NDS) e risciacquato con amilasi termostabile per rendere solubili gli zuccheri, amidi e le pectine. Il residuo rimanente è costituito da sostanze non o meno digeribili quali emicellulosa, cellulosa e lignina. Nella seconda fase, l’emicellulosa viene resa solubile utilizzando un solvente detergente acido (ADS). Il residuo, ora costituito da cellulosa e lignina, viene quindi trattato con acido solforico concentrato, in modo tale da sciogliere la cellulosa e lasciare la lignina come residuo. Questi passaggi possono essere eseguiti in serie o separatamente per determinare Fibra grezza (CF), Fibra al detergente neutro (NFD), Fibra al detergente acido (ADF) e Lignina al detergente acido (ADL)
Per animali monogastrici una corretta proporzione delle frazioni di fibre aumenta l’utilizzo di mangimi composti.
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CAPITOLO 3
Nel campo degli standard si sono compiuti passi avanti per tenersi al passo delle tendenze nell’analisi delle fibre anche se, inevitabilmente, in maniera retrospettiva.
Il più recente sviluppo degno di nota è un nuovo standard internazionale per la fibra al detergente acido pubblicato nel 2008 e che completa uno standard esistente per la fibra al detergente neutro. Il nuovo standard è intitolato ‘EN ISO 13906: 2008 Mangimi per animali - Determinazione dei contenuti di fibra e di lignina trattate con detergente acido’.
Panoramica degli standard globali
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L’importanza di quanto sopra è legata al fatto che, mentre la discussione sui metodi di analisi continua, disponiamo oggi di uno standard internazionale per l’ADF e l’ADL come riferimento aggiuntivo alla nota fibra grezza e siamo quindi in grado di fornire al settore dei mangimi risultati validi su scala mondiale. Ciò è particolarmente rilevante per etichettatura e commercio di materie prime e mangimi compositi.
Per le etichette dei mangimi per ruminanti:garanzia di ADF e NDFPer le etichette dei mangimi per non ruminanti:garanzia della CFPer le etichette di mangimi per ruminanti e non ruminanti:garanzia di ADF, NDF e CF
Per maggiori informazioni sullo standard ADF e sui risultati degli studi su cui si basa sono disponibili nel white paper intitolato: Nutrizione animale: "Standard globale per la Determinazione della Fibra al Detergente Acido (ADF) e Lignina", del dr. Jürgen Møller, 2008.
Maggiori approfondimenti
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Sintesi degli standard globali: Lo sviluppo dello standard del 2008 ci offre oggi una serie di standard globali per CF, NDF, ADF, ADL
EN ISO 6865 (AOAC 978.10) riferita ad analisi della Fibra Grezza (CF) nei Mangimi, la quale descrive una procedura d’analisi basata sul metodo con crogiolo o metodo Fibertec™.
La metodica EN ISO 16472 (AOAC 2002:04), riferita all’Analisi della Fibra al Detergente Neutro (NDF) nei Mangimi, descrive una procedura d’analisi basata sul metodo con crogiolo o metodo Fibertec™.
La normativa EN ISO 13906 (AOAC 973.18), riferita all’Analisi della Fibra al Detergente Acido (ADF) e Lignina (ADL) nei Mangimi, descrive una procedura d’analisi basata sul metodo con crogiolo o metodo Fibertec™.
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Standard globali collegati per la misurazione della fibra con tecnologie NIRSono inoltre disponibili delle linee guida per l’analisi al vicino infrarosso nei test di routine delle fibre con una calibrazione efficace rispetto ai metodi di riferimento nella norma ‘ISO 12099:. Mangimi, Cereali e Cereali sfarinati - Linee Guida per l’applicazione della spettrometria nel vicino infrarosso’.
Esso fornisce definizioni e linee guida, compresa la modalità di controllo della calibrazione contro le misure di riferimento (sezione 11). Sebbene non sia indicato il metodo da utilizzare, le linee guida forniscono un quadro di riferimento internazionale comune.
Gli standard sono particolarmente importanti per l’etichettatura delle materie prime dei mangimi e per i mangimi compositi destinati al commercio.
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CAPITOLO 4
L’importanza dell’automazione: velo-cità, sicurezza e ridotte opportunità di errore
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Oltre a metodi e standard, un altro aspetto fondamentale nell’analisi delle fibre è la possibilità di automatizzare i passaggi che la compongono. Per illustrare questo aspetto si veda il seguente esempio basato sul metodo della fibra grezza e che mostra la suddivisione per fasi del tempo tipicamente risparmiato.
Mercato precedente Soluzione principale*
* FOSS Fibertec™ 2010
Fibertec™ 8000QUANTO TEMPO IMPIEGA?
0.5 min. Inserire i crogioli 0.5 min.
– Scegliere un programma e premere avvio 1 min.
6 min. Aggiungere l’acido, l’antischiuma e mescolare il
campione
–
9 min. Riscaldare fino all’ebollizione mantenendola lieve –
10 min. Scaricare e risciacquare –
6 min. Aggiungere l’acido, l’antischiuma e mescolare il
campione
–
9 min. Riscaldare fino all’ebollizione mantenendola lieve –
10 min. Scaricare e risciacquare –
0.5 min. Rimuovere il crogiolo 0.5 min.
51 min. TEMPO TOTALE PER L’OPERATORE 2 min.
L’apparato completamente automatizzato, rispetto a quello manuale (riflusso in recipiente) riduce inoltre il potenziale di errore umano e migliora la sicurezza contenendo il campione durante tutte le procedure, riducendo al minimo la manipolazione di reagenti e garantendo un filtraggio efficiente.
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CAPITOLO 5
Al momento abbiamo visto una breve storia dell’analisi delle fibre, le fasi della valutazione di fibra grezza e al detergente e gli standard internazionali – in modo chiaro, si spera. Comunque, se iniziamo a guardare a diversi metodo di automazione delle procedure, la situazione si complica per la presenza di approcci diversi.
Opzioni di automazione – Crogiolo contro filtro
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La fibra era determinata in passato con la bollitura del materiale di prova in un recipiente e il successivo filtraggio in crogiolo di Gooch. Molti laboratori utilizzano ancora questo metodo. Tecator nel 1976 ha introdotto il sistema di estrazione Fibertec®, che consente la digestione simultanea e il filtraggio sequenziale di sei porzioni di test, eliminando quindi la necessità di trasferire la soluzione a un crogiolo di filtraggio.
In alternativa si utilizza il sistema con sacca di filtraggio. ANKOM nel 1992 ha introdotto il proprio sistema, che consente di determinare fino a 24 porzioni collocate in sacche filtro in un bollitore pressurizzato. Gerhardt ha poi continuato con il proprio sistema Fibretherm, che consente di determinare fino a 12 porzioni collocate in sacche filtro in un bollitore a riflusso.
Il metodo con sacca filtro prevede che i campioni di mangime siano posizionati in sacche filtro in poliestere e trattati al loro interno con una soluzione con detergente acido (bromuro di cetil-trimetilammonio). Il residuo di campione trattato è considerato ADF. L’approccio con sacca filtro può aumentare notevolmente l’output del laboratorio. Nello specifico, alcuni apparecchi consentono di processare fino a 24 campioni alla volta.
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Con soluzioni con crogiolo automatizzato che processano solo sei campioni, potrebbero apparire comunque più lenti, almeno sulla carta. Comunque, se si considerano le opzioni di automazione, la situazione cambia. Il tempodi risultato per un singolo campione è paragonabile e, in caso di utilizzo di una soluzione completamente automatizzata, permette un notevole risparmio di tempo per l’operatore rispetto al metodo semi-automatizzato con sacche filtro.
Un operatore può letteralmente caricare un set di sei campioni, premere start e andarsene. Il tempo operatore effettivo è di appena due minuti e l’apparecchio può funzionare anche durante la notte. Per maggiori informazioni, si veda il confronto tra il risparmio di tempo nel capitolo 5 e il video della case story nel capitolo 6.
Con il metodo del crogiolo automatizzato un operatore può letteralmente caricare un set di fino a sei campioni, premere start e andarsene.
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Differenze nei risultati per alcuni tipi di campioneI diversi metodi per la determinazione della fibra sono stati valutati analizzando i risultati riportati dagli schemi di valutazione dell’Association of American Feed Control Officials (Associazione Americana per il Controllo dei Mangimi). Sono state rilevate significative differenze per i valori ADF e NDF riportati per il campione sostitutivo del mangime del vitello tra i valori Fibertec e i valori del metodo con sacca filtro Ankom. Anche i valori NDF riportati per il campione di proteina di mais concentrato mostrano differenze significative.
Metodi e standard La considerazione principale riguarda la questione degli standard.
Mentre le sacche filtro con misura standardizzata dei pori sono ormai globalmente accettate, l’accettazione ufficiale del metodo del crogiolo (cf. capitolo 3) è l’elemento che ha aperto la via a risultati per le fibre validi su scala mondiale. Ciò è particolarmente rilevante per etichettatura e commercio di materie prime e mangimi compositi.
Maggiori approfondimenti
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Un criterio per valutare i metodi di fibre non è solo il recupero dei residui vegetali indigeribili, ma anche la prestazione analitica dei metodi eloro stato ufficiale. Sebbene i metodi alternativi consentano di analizzare volumi di campione più elevati, l’adesione ai metodi ufficiali è obbligatoria in caso di controversia e ai fini dell’etichettatura. Inoltre, possibili opzioni di automazione per i metodi aggiungono maggiore affidabilità, rendendoli una risorsa altamente efficiente.
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CAPITOLO 6
Analisi automatizzata delle fibre come riferi-mento per analisi di rou-tine con teconologia NIR
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Noi esseri umani sappiamo fare molte cose, ma quando si tratta di analisi di riferimento ripetute per le fibre, un si-stema automatizzato è sicuramente più coerente. Per ogni analisi occorre procedere nel giusto ordine e al momen-to giusto con le impostazioni di temperatura precise e lo stesso dosaggio di solventi e sostanze chimiche.
Questa coerenza è importante soprattutto se l’analisi è la base del controllo di qualità con sistemi NIR come nel caso dell’indaffaratissimo laboratorio ADM dell’Europort in Olanda.
Un nuovo sistema di analisi delle fibre completamente automatizzato mostra come massima automazione e minimo intervento umano consentano di eseguire analisi di riferimento della fibra più coerenti. Inoltre, dati di riferimento stabili possono consentire di migliorare le calibrazioni degli strumenti NIR.
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Per migliorare la coerenza delle analisi di riferimento il laboratorio utilizza un sistema completamente automatizzato Fibertec 8000 per l’analisi della fibra nella farina di soia. L’idea è quella di sostituire un vecchio sistema manuale che richiede un elevato impegno di manodopera e non è coerente. "Con il nuovo sistema miriamo a ridurre gli errori di laboratorio in modo che i dati siano più coerenti e che sia possibile utilizzarli come dati di riferimento nelle nostre calibrazioni NIR", afferma il Laboratory Manager Jeffrey Smith. "L’obiettivo della nostra produzione è ottenere risultati il più vicini ai limiti delle nostre specifiche e per questo vi serve una deviazione minima dallo standard, in modo che la produzione possa avvicinarsi a quella specifica."
Guarda il video:
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CAPITOLO 7
Opzioni per l’analisi delle fibre di FOSS
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Serie Fibertec 8000Fibra grezza (CF), Fibra al detergente neutro (NFD), Fibra al detergente acido (ADF) e Lignina al detergente acido (ADL)
Fibertec™ 8000 fornisce risultati riconosciuti secondo i metodi ufficiali (ISO, AOAC), con la soluzione di analisi delle fibre più sicura disponibile per fibra grezza, ADF, ADL e NDF nei mangimi, ingredienti di mangimi, foraggio, pet food, grani, cereali e semi oleosi.
L’analisi non presidiata fino a sei campioni contemporaneamente consente al personale di dedicarsi ad altre operazioni – può lavorare anche di notte.
Durata totale di analisi 2 ore, tempo operatore 2 minuti
Maggiori approfondimenti sul Fibertec 8000
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NIRS™ DS2500 FAnalizzatore NIR che fornisce un’analisi indiretta rapida della fibra grezza in campioni di mangimi ed ingredienti per mangimi, macinati e non macinati. Possibilità di sviluppare modelli avanzati per parametri come NDF e ADF. Durata dell’analisi: 30 secondi.
Maggiori approfondimenti sul Nirs™ DS2500 F
