Análise de fibras em rações animais

Fibra bruta, fibra detergente neutra e fibra detergente ácida – as normas

e as opções de automação

E-book:

Abril de 2018

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PREFÁCIO

É um fato básico a fibra ser crítica para uma ração bem balanceada, mas a partir daí, a coisa fica um pouco mais complicada.

É preciso considerar a tendência da fibra bruta para a fibra detergente com as normas correspondentes, especialmente para fins de rotulagem ou no caso de controvérsias comerciais. Depois, é preciso considerar a questão dos métodos a serem escolhidos, tanto em termos de atender tais normas quanto de manter a eficiência e a produtividade do laboratório. Por último, mas não menos importante, existe o papel essencial da análise por espectrometria de infravermelho próximo

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em testes rotineiros de fibra, com a calibração efetiva e confiável de acordo com métodos de referência.

Apesar de que a solução em fibra definitiva será sempre elusiva, este e-book reúne pontos de vista relevantes sobre esta questão, com base em artigos, documentos técnicos e entrevistas conduzidas nos anos recentes de desenvolvimento de produtos na FOSS. Com o progresso das normas, a automação dos métodos químicos e a eficiente calibração de NIR, fica claro que uma abordagem global harmonizada à análise de fibras em rações já é uma realidade para o laboratório moderno de rações.

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Apresentação da análise de fibras: Da fibra bruta à fibra detergente e a criação de uma referência global em fibra . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Técnica para fibra bruta e detergente . . . . . . 11

Apresentação das normas globais . . . . . . . . . . 16

A importância da automação: Velocidade, segurança e menor oportunidade para erros . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Opções de automação: Cadinho x filtro . . . . . 22

Vídeo sobre um caso: Análise de fibras automatizada para calibrações NIR . . . . . . . . 27

Apresentação da solução . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

CONTEÚDO

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CAPÍTULO 1

As demandas por teor de fibra nas rações estão aumentando. No caso de animais monogástricos, um proporcionamento adequado das frações de fibra aumenta a utilização das rações compostas, ao passo que, no caso de ruminantes, a fibra é uma parte importante do metabolismo no rúmen. A fibra é um fator determinante na hidrólise de todos os ingredientes nutricionais na ração.

Apresentação da análise de fibras: Da fibra bruta à fibra detergente e a criação de uma referência global em fibra

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A fibra vegetal vem do material que constitui as paredes celulares. Em seu interior estão os constituintes da fibra, tais como a celulose, a hemicelulose e a lignina. O resto é proteína não degradada, pectina, água e cinzas.

Definida pela maneira como é feita a análiseComo você provavelmente já percebeu, a fibra não é claramente definida por um único grupo de componentes – basicamente a fibra é definida pela maneira como as análises foram feitas no passado.

Esta afirmação da AAFCO – Association of American Feed Control Officials resume bem a situação: “Devido ao fato de não haver garantias da correspondência direta entre a solubilidade química e a disponibilidade nutricional, na realidade a fibra é definida pelo método usado para isolá-la. A definição efetiva de fibra torna-se dependente do método, o que explica o porquê de haver tantas análises de fibra diferentes.” A citação vem do documento Critical Factors in Determining Fiber in Feeds and Forages do Comitê de Métodos e Serviços Laboratoriais do AAFCO, Grupo de Trabalho das Melhores Práticas em Fibra, Fevereiro de 2017 (Revisão 1).

Apresentação da fibra detergenteApesar de ter sido desenvolvida no começo do século 19, muitas estimativas do valor nutricional dos vegetais e forragens ainda são calculadas com base nos valores

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de fibra bruta, utilizando-se o método de Weende. Mesmo assim, há várias dificuldades com o método de fibra bruta como uma estimativa da quantidade de fibra ou da parede celular vegetal. No entanto, nos últimos anos, os nutricionistas de animais de produção começaram a utilizar a fibra detergente neutra (FDN), a fibra detergente ácida (FDA) e a lignina detergente ácida (LDA) como indicadores da caloria dietética e da ingestão de nutrientes, especialmente no caso das rações para ruminantes. Por conseguinte, essas frações de fibra substituíram a fibra bruta (FB) nas formulações de rações em muitas partes do mundo. Hoje, os valores de FDA e FDN são frequentemente usados para calcular a quantidade de forragem que pode ser digerida pelos

Para os ruminantes, a fibra é parte importante do metabolismo no rúmen.

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animais; os nutrientes totais digeríveis e outros valores energéticos, bem como o valor relativo das rações (um índice usado para atribuir a forragem correta ao desempenho animal específico), a fim de definir o preço do feno e avaliar as competências de manejo, colheita e armazenamento da forragem.

O sistema de detergente para a análise de rações foi desenvolvido por Peter Van Soest no Departamento de Agricultura dos Estados Unidos na década de 60, sendo hoje um dos testes de rações mais importantes na nutrição de ruminantes, e também cada vez mais na pesquisa de não ruminantes.

O conceito por trás da análise de fibra em detergente é que as células vegetais podem ser divididas em paredes celulares menos digestíveis (compostas pela hemicelulose,

Figura 1 A tendência da fibra bruta para fibra em detergente.

Método de Weende Método de Van Soest

Cinza bruta

Weende - ponto negativo:A contagem de hemicelulose e lignina aparece na ELN como CH disponível

Melhoria

Cinza bruta

Proteína bruta

Co

nte

úd

o c

elu

lar Proteína bruta

Gordura bruta

Gordura bruta Açúcar

Car

bo

idra

tos Extratos

livres de nitrogênio

Amido

Pectinas

Pare

de

celu

lar Resto orgânico

Hemicelulose

FDNFibra bruta CeluloseFDA

Lignina LDA

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celulose e lignina) e nos componentes celulares mais digestíveis (amido e açúcares). Estes dois componentes podem ser separados utilizando-se dois detergentes: um detergente neutro e um detergente ácido. A fibra detergente neutra é um bom indicador da ingestão de fibras e, consequentemente, de ração. A fibra detergente ácida é um bom indicador da digestibilidade e, consequentemente, da ingestão de calorias.

Em resumo, com o método de van Soest, foram feitos aperfeiçoamentos para reduzir os erros oriundos de baixas recuperações de hemicelulose e lignina. O método permite um fracionamento sequencial das frações de fibra em FDN, FDA e LDA, lignina detergente ácida (ver figura 1) e, portanto, é um método melhor para calcular, por exemplo, o aporte energético que os animais obtêm da ração.

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Algumas definições Fibra bruta (FB) – um método químico utilizado para descrever a parte indigerível do material vegetal. No entanto, algumas dessas substâncias podem ser parcialmente digeridas por microrganismos no rúmen de bovinos. Quanto maior o teor de fibra, menor o teor energético da ração. Não é um valor muito útil. A prática de analisá-la em rações para ruminantes está em declínio, mas ainda é comumente usada para monogástricos (por exemplo, suínos).

Fibra detergente neutra (FDN) – O valor da FDN é a parede celular total, que é composta pela fração FDA mais a hemicelulose. Os valores de FDN são importantes porque refletem a quantidade de forragem que o animal pode consumir. À medida que a porcentagem de FDN aumenta, a ingestão de matéria seca geralmente diminui.

Fibra detergente ácida (FDA) – O valor de FDA refere-se às porções da parede celular da forragem que são compostas de celulose e lignina. Esses valores são importantes porque estão relacionados à capacidade de um animal de digerir a forragem. À medida que a FDA aumenta, a capacidade de digerir ou a digestibilidade da forragem diminui.

Lignina detergente ácida (LDA) – A fração de lignina da FDA.

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CAPÍTULO 2

Técnica para fibra bruta e detergente

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Técnica da fibra brutaCom o método de Weende, (fig. 1), a Proteína Bruta, Gordura Bruta e Cinza Bruta são determinadas e os teores de umidade e carboidratos podem então ser calculados pela diferença: Carboidratos = número total de amostras – Umidade – Proteína Bruta – Gordura Bruta.

Além disso, a determinação da fibra bruta por hidrólise ácida, com H

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4 a 1,25%, é utilizada para a extração

de açúcares e amido, seguida por hidrólise alcalina

• História: Desenvolvida em Möglin, na Alemanha (1806) pelo químico Heinrich Einhof (1777-1808)

• Utilização: Estimativa da qualidade de alimentos de origem vegetal na comercialização de rações

• Conteúdo: Substância indigerível – Celulose, hemicelulose e lignina

• Extração: H2SO4 quente (1,25%, p/v) – remove o açúcar livre, amido NaOH/KOH quente (1,25%, p/v) – remove a proteína, sacarídeos

Deficiência: Grande parte da hemicelulose (até 80%) e da lignina (50-90%) é removida nas extrações ácidas e alcalinas sequenciais.Como resultado, a fibra bruta será subestimada

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com NaOH a 1,25%, o que elimina as proteínas e um pouco da hemicelulose e lignina (fig. 1). A fibra bruta é comumente usada para calcular a qualidade de alimentos de origem vegetal, pressupondo-se que constitui a sua fração menos digestível. Os extratos livres de nitrogênio (ELN) são calculados pela diferença (total) de carboidratos menos a fibra bruta.

Em média, 80% da hemicelulose ou pentoses e de 50 a 90% da lignina são removidos pela extração ácida e alcalina sequencial, enquanto a recuperação de celulose é de 50 a 80%. Assim, grande parte da hemicelulose e lignina aparece no extrato livre de nitrogênio (ELN) para ser contada como carboidrato disponível. A ELN de palhas e gramíneas pode conter até 90% destas substâncias. Por causa da falha do método de fibra bruta para recuperar substâncias indigestas, NFE parece menos digerível do que

As opções de automação podem acelerar a análise de fibra, ao mesmo tempo em que a torna mais segura e consistente

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a fibra bruta em um número significativo de casos. No caso de vegetais e cereais, o erro é menor porque parte do conteúdo relativamente mais baixo de hemicelulose e lignina. No entanto, pode ser substancial.

Técnica da fibra detergenteHouve várias tentativas de substituir o método de fibra bruta por um sistema de análise que dá uma melhor caracterização da fração menos nutritiva dos alimentos.

História: Desenvolvida em 1963 na Universidade de Cornell pelo Dr. Peter J. Van Soest

Parâmetro: Fibra detergente neutra (FDN)

• Celulose

• Hemicelulose

• Lignina

Extração de FDN:

• Estável ao calor α-amilase – realiza a hidrólise do amido

• Lauril sulfato de sódio (SDS) - formam complexos solúveis com proteínas

• Trietileno glicol – remove o material não fibroso solúvel

• EDTA – Impede a formação de matrizes insolúveis de cálcio-pectina dissolvendo, assim, a pectina

• Solução tampão de borato e fosfato – mantém o pH 7 e previne a hidrólise da hemicelulose

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O mais bem sucedido foi o conceito de fibras em detergente, desenvolvido por van Soest e colegas.Em uma primeira etapa, a amostra é tratada com uma solução de detergente neutro (SDN) e lavada com uma amilase estável ao calor para tornar os açúcares, amidos e pectinas solúveis. O resíduo remanescente consiste de substâncias não digestíveis ou menos digestíveis de parede celular de hemicelulose, celulose e legnina. Em uma segunda etapa, a hemicelulose torna-se solúvel utilizando um solvente detergente ácido (ADS). O resíduo, constituído por celulose e lignina é, então, tratado com ácido sulfúrico concentrado, dissolvendo a celulose e deixando a lignina no resíduo. Essas etapas podem ser realizadas consecutivamente ou separadamente, para determinar a fibra detergente neutra (FDN), a fibra detergente ácida (FDA) e a lignina detergente ácida (LDA).

Para animais monogástricos, uma proporção adequada de frações de fibra aumenta a utilização das rações compostas.

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CAPÍTULO 3

No campo das normas, foram feitos desenvolvi-mentos para acompanhar as tendências na análise de fibra; porém, estes desenvolvimentos são, inevitavelmente, um pouco retrospectivos.

O desenvolvimento mais recente, digno de nota, é uma nova norma internacional para fibra detergente ácida, emitida em 2008, que complementa uma norma já existente para fibra detergente neutra. A nova norma chama-se ‘EN ISO 13906:2008 Animal feeding stuffs – Determination of Acid Detergent Fibre (ADF) and Acid Detergent Lignin (ADL) contents‘ (Ingredientes para rações animais – Determinação do teor de fibra detergente ácida e de lignina detergente ácida).

Apresentação das normas globais

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A importância disto é que, enquanto a discussão sobre os métodos de análise continua, temos agora uma norma global para a FDA e LDA para consultar, juntamente com a bem estabelecida fibra bruta, o que permite aos nomes da indústria de rações obter resultados que são válidos no mundo todo. Isto é particularmente relevante para a rotulagem e comercialização de matérias-primas de rações e rações compostas.

Para rótulos de rações para ruminantes:Garantias de FDA e FDNPara rótulos de rações para não ruminantes:Garantias de FBPara rótulos de rações para ruminantes e não ruminantes:Garantias de FDA, FDN e FB

Mais contexto sobre a norma de FDA e os resultados do estudo relacionado podem ser encontrados no artigo técnico intitulado: Alimentação animal: “Global Standard for the Determination of Acid Detergent Fibre (ADF) and Lignin” por Dr Jürgen Møller, 2008.

Leia mais aqui

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Apresentação das normas globais: O desenvolvimento da norma de 2008 agora nos proporciona um conjunto de normas globais para FB, FDN, FDA e LDA

A EN ISO 6865 (AOAC 978.10) refere-se à Análise de Fibra Bruta (FB) em Rações, descreve um procedimento analítico com base no método do cadinho ou no método Fibertec™.

A EN ISO 16472 (AOAC 2002:04) refere-se à Análise de Fibra Detergente Neutra (NDF) em Rações, descreve um procedimento analítico com base no método do cadinho ou no método Fibertec™.

A EN ISO 13906 (AOAC 973.18) refere-se à Análise de Fibra Detergente Ácida (ADF) e Lignina (ADL) em Rações, descreve um procedimento analítico com base no método do cadinho ou no método Fibertec™.

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Norma global relacionada para a medição de fibras com o NIRNo caso da análise por espectrometria de infravermelho próximo em testes de rotina de fibra com uma calibração confiável de acordo com os métodos de referência, também existem diretrizes a serem observadas na ‘ISO 12099: Animal feeding stuffs, cereals and milled cereal products – Guidelines for the application of near infrared spectrometry.’

Esta norma fornece definições e diretrizes, inclusive sobre como as calibrações devem ser comparadas às medições de referência (seção 11). Ela não diz exatamente qual método usar, mas as diretrizes fornecem uma referência internacional comum.

As normas são particularmente relevantes para a rotulagem e comercialização de matérias-primas de rações e de rações compostas.

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CAPÍTULO 4

A importância da automação: velocidade, segurança e menor oportunidade para erros

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Além dos métodos e normas, outro aspecto importante da análise de fibras é a possibilidade de automatizar as etapas envolvidas. Para ilustrar isso, o exemplo seguinte, que baseia-se em um método clássico de determinação da fibra bruta mostra as típicas economias de tempo por cada etapa.

A solução anterior líder de mercado*

* Fibertec™ 2010 da FOSS

Fibertec™ 8000QUANTO TEMPO LEVA?

0,5 min. Inserir cadinho 0,5 min.

- Escolher o programa e iniciar 1 min.

6 min. Adicionar ácido, antiespumante e misturar a

amostra

-

9 min. Aquecer até ferver, manter em ebulição suave -

10 min. Drenar e enxaguar -

6 min. Adicionar alcalino, antiespumante e misturar a

amostra

-

9 min. Aquecer até ferver, manter em ebulição suave -

10 min. Drenar e enxaguar -

0,5 min. Remover cadinho 0,5 min.

51 min. TEMPO TOTAL DE OPERADOR 2 min.

O equipamento totalmente automatizado, comparado ao manual (refluxo em béquers) também reduz os possíveis erros humanos e aumenta a segurança, ao conter a amostra em todos os procedimentos, minimizando o manuseio de reagentes e assegurando uma filtração rápida e eficiente.

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CAPÍTULO 5

Até agora, vimos um pouco da história da análise de fibras, as etapas envolvidas na determinação da fibra bruta e detergente e as normas globais. Esperamos que tudo tenha ficado claro. No entanto, quando começamos a analisar os diferentes métodos de automatização do procedimento, as diferentes abordagens deixam facilmente o assunto complicado.

Opções de automação – Cadinho x Filtro

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A fibra foi determinada pela primeira vez através da fervura de um material de teste em béquer, seguida de filtração por um cadinho de Gooch. Muitos laboratórios ainda utilizam esse método. A Tecator introduziu o sistema de extração Fibertec® em 1976, que permite a digestão simultânea seguida de filtração de seis porções de teste eliminando, assim, a necessidade de transferir a solução para um cadinho de filtração.

Uma alternativa é o chamado sistema de sacos de filtro. A ANKOM introduziu seu sistema em 1992, o qual permite a determinação de até 24 porções de teste colocadas em sacos de filtro em uma caldeira pressurizada. Depois veio Gerhardt com seu sistema Fibretherm, o qual permite a determinação simultânea de até 12 porções de teste colocadas em sacos de filtro em uma caldeira de refluxo.

Na metodologia de sacos de filtro, as amostras de ração são colocadas no interior de sacos de filtro de poliéster e tratadas ali com solução de detergente ácido (brometo de cetiltrimetilamônio). O resúdo da amostra tratada é considerado como a FDA. A abordagem de sacos de filtro pode proporcionar um significante impulso na produtividade do laboratório. Especificamente, alguns equipamentos permitem o processamento concomitante de até 24 amostras.

Com as soluções automatizadas que empregam o método do cadinho, as quais oferecem o processamento de

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apenas seis amostras, elas podem parecer muito mais lentas, pelo menos teoricamente. No entanto, ao levar em consideração as opções de automação, a situação muda. O tempo para obter o resultado no caso de uma amostra individual é comparável e, ao utilizar uma solução totalmente automatizada, isso resulta em consideráveis economias de tempo para o operador no laboratório, em comparação ao método semi-automático de sacos de filtro.

Um operador pode, literalmente, carregar um conjunto de até seis amostras, apertar um botão de ligar e deixar o local. O tempo efetivo do operador é de apenas dois minutos e o equipamento pode até mesmo funcionar durante o período noturno. Para mais detalhes, veja a comparação das economias de tempo no Capítulo 5 e o vídeo sobre um caso no Capítulo 6.

Com um método do cadinho automatizado, um operador pode, literalmente, carregar um conjunto de até seis amostras, apertar um botão de ligar e deixar o local.

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Diferenças nos resultados para alguns tipos de amostrasOs diferentes métodos para a determinação de fibra foram avaliados através da análise de resultados relatados com o programa de ensaios de proficiência da Association of American Feed Control Officials (www.aafco.org). Foram encontradas diferenças significativas para os apresentados valores FDA e FDN para a amostra substituta entre os valores do Fibertec e os valores do método do saquinho de chá Ankom. Também os valores de FDN relatados para a amostra de concentrado protéico de milho apresentaram diferenças significativas.

Métodos e normas Talvez o aspecto mais importante a considerar seja o das normas.

Apesar de os sacos de filtro com tamanho regular de poro terem ganhado aceitação mundial, é a aceitação oficial do método do cadinho (ver Capítulo 3) que dá as cartas para resultados de fibra válidos em nível mundial. Isto é particularmente relevante para a rotulagem e comercialização de matérias-primas de rações e rações compostas.

Leia mais aqui

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Uma consideração para avaliar os métodos de fibra não é apenas a recuperação dos resíduos vegetais indigestos, mas também o desempenho analítico dos métodos e seu status oficial. Embora os métodos alternativos permitam o teste de volumes maiores de amostras, a adesão aos métodos oficiais é obrigatória em caso de litígios e para fins de rotulagem. Além disso, as opções de automação para os métodos oficiais acrescentam ainda mais confiabilidade e os torna altamente eficientes.

Nós, humanos, somos bons em muitas coisas, mas quando se trata de fazer repetidas análises de referência de fibra em um laboratório, um sistema automatizado é mais consistente. Para cada análise, as coisas são feitas na ordem certa, no momento certo e com as configurações de temperatura corretas, bem como a mesma dosagem de solventes e produtos químicos.

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CAPÍTULO 6

Análise de fibra automatizada como referência para análises de rotina com NIR

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Esta consistência é especialmente importante se a análise for a base do controle de qualidade com o NIR, como é o caso do atarefado laboratório ADM da Europort, na Holanda.

Com o objetivo de melhorar a consistência da análise de referência, o laboratório tem utilizado um sistema Fibertec 8000 totalmente automatizado para a análise de fibras em farelo de soja. A ideia é eventualmente substituir um antigo sistema manual , tanto intensivo em termos de mão-de-obra quanto inconsistente.

Um novo sistema de análise de fibra totalmente automatizado mostra como a máxima automação e a mínima intervenção humana ajudam a tornar a análise de referência de fibras mais consistente. Por sua vez, os dados de referência estáveis podem ajudar a melhorar as calibrações do instrumento NIR.

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“Com esse novo sistema, planejamos reduzir o erro do laboratório para que os dados fiquem mais consistentes para que possamos, então, usar esses dados como referência às nossas calibrações NIR”, diz Jeffrey Smith, gerente de laboratório. “É objetivo de nossa produção produzir o mais próximo dos limites de nossas especificações e, portanto, precisamos ter um desvio padrão muito baixo para que a produção possa se aproximar dessa especificação.”

Assista ao vídeo aqui:

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CAPÍTULO 7

Opções de análise de fibra da FOSS

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A série Fibertec 8000Fibra bruta (FB), fibra detergente neutra (FDN), fibra detergente ácida (FDA) e lignina detergente ácida (LDA).

O Fibertec™ 8000 fornece resultados de métodos oficiais (ISO, AOAC), com a mais segura solução de análise de fibras disponível para fibra bruta, FDA, LDA e FDN em rações, ingredientes para rações, forragens, rações para animais domésticos, grãos, cereais e oleaginosas.

A análise automática de até seis amostras simultaneamente libera o pessoal para fazer outras coisas, podendo funcionar até durante a noite.

Tempo total de análise 2 horas, tempo de operador 2 minutos.

Mais sobre o Fibertec 8000 aqui

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NIRS™ DS2500 FAnalisador por espectrometria de infravermelho próximo (NIR) que fornece uma medição indireta rápida da fibra bruta em amostras de rações e ingredientes para rações, em formas moídas ou não moídas. Possibilidade de desenvolver modelos avançados para parâmetros como FDN e FDA. Tempo de análise: 30 segundos.

Mais sobre o NIRS™ DS2500 F aqui