Abstrakt

Det største fremskridt inden for kulhydratforskning inden for svines ernæring og sundhed er den mere klare klassificering af kulhydrat, som ikke kun er baseret på dets kemiske struktur, men også baseret på dets fysiologiske egenskaber.Ud over at være den vigtigste energikilde er forskellige typer og strukturer af kulhydrater gavnlige for grises ernærings- og sundhedsfunktioner.De er involveret i at fremme vækstydelsen og tarmfunktionen hos grise, regulere det intestinale mikrobielle samfund og regulere metabolismen af ​​lipider og glukose.Den grundlæggende mekanisme af kulhydrat er gennem dets metabolitter (kortkædede fedtsyrer [SCFA'er]) og hovedsageligt gennem scfas-gpr43 / 41-pyy / GLP1, SCFAs amp / atp-ampk og scfas-ampk-g6pase / PEPCK-veje til at regulere fedt og glukose metabolisme.Nye undersøgelser har evalueret den optimale kombination af forskellige typer og strukturer af kulhydrater, som kan forbedre vækstpræstationer og næringsstoffordøjelighed, fremme tarmfunktionen og øge mængden af ​​butyratproducerende bakterier hos grise.Overordnet set understøtter overbevisende beviser det synspunkt, at kulhydrater spiller en vigtig rolle i grises ernæringsmæssige og sundhedsmæssige funktioner.Derudover vil bestemmelsen af ​​kulhydratsammensætning have teoretisk og praktisk værdi for udviklingen af ​​kulhydratbalanceteknologi hos grise.

1. Forord

Polymere kulhydrater, stivelse og ikke-stivelsespolysaccharider (NSP) er hovedkomponenterne i foder og grises vigtigste energikilder, og de tegner sig for 60% - 70% af det samlede energiindtag (Bach Knudsen).Det er værd at bemærke, at sorten og strukturen af ​​kulhydrater er meget komplekse, som har forskellige virkninger på grise.Tidligere undersøgelser har vist, at fodring med stivelse med forskelligt forhold mellem amylose og amylose (AM/AP) har en åbenlys fysiologisk respons på grises vækstpræstation (Doti et al., 2014; Vicente et al., 2008).Kostfibre, hovedsageligt sammensat af NSP, menes at reducere næringsstofudnyttelsen og nettoenergiværdien af ​​enmavede dyr (NOBLET og le, 2001).Imidlertid påvirkede kostfiberindtaget ikke pattegrises vækstpræstation (Han & Lee, 2005).Flere og flere beviser viser, at kostfibre forbedrer tarmmorfologien og barrierefunktionen hos pattegrise og reducerer forekomsten af ​​diarré (Chen et al., 2015; Lndberg，2014； Wu et al., 2018).Derfor haster det med at undersøge, hvordan man effektivt kan udnytte de komplekse kulhydrater i kosten, især det fiberrige foder.Kulhydraters strukturelle og taksonomiske karakteristika og deres ernæringsmæssige og sundhedsmæssige funktioner for svin skal beskrives og tages i betragtning i foderformuleringer.NSP og resistent stivelse (RS) er de vigtigste ikke-fordøjelige kulhydrater (wey et al., 2011), mens tarmmikrobiotaen fermenterer ikke-fordøjelige kulhydrater til kortkædede fedtsyrer (SCFA'er);Turnbaugh et al., 2006).Derudover betragtes nogle oligosaccharider og polysaccharider som probiotika af dyr, som kan bruges til at stimulere andelen af ​​Lactobacillus og Bifidobacterium i tarmen (Mikkelsen et al., 2004; M ø LBAK et al., 2007; Wellock et al. , 2008).Oligosaccharidtilskud er blevet rapporteret at forbedre sammensætningen af ​​intestinal mikrobiota (de Lange et al., 2010).For at minimere brugen af ​​antimikrobielle vækstfremmere i svineproduktionen er det vigtigt at finde andre måder at opnå en god dyresundhed på.Der er mulighed for at tilføje flere forskellige kulhydrater til svinefoder.Flere og flere beviser viser, at den optimale kombination af stivelse, NSP og MOS kan fremme vækstpræstation og næringsstoffordøjelighed, øge antallet af butyratproducerende bakterier og forbedre lipidmetabolismen hos fravænnede grise til en vis grad (Zhou, Chen, et al. ., 2020; Zhou, Yu, et al., 2020).Derfor er formålet med dette papir at gennemgå den aktuelle forskning om kulhydratets nøglerolle i at fremme vækstpræstation og tarmfunktion, regulere tarmens mikrobielle samfund og metabolisk sundhed og udforske kulhydratkombinationen af ​​grise.

2. Klassificering af kulhydrater

Kostkulhydrater kan klassificeres efter deres molekylestørrelse, polymerisationsgrad (DP), forbindelsestype (a eller b) og sammensætning af individuelle monomerer (Cummings, Stephen, 2007).Det er værd at bemærke, at hovedklassificeringen af ​​kulhydrater er baseret på deres DP, såsom monosaccharider eller disaccharider (DP, 1-2), oligosaccharider (DP, 3-9) og polysaccharider (DP, ≥ 10), som er sammensat af stivelse, NSP og glykosidbindinger (Cummings, Stephen, 2007; Englyst et al., 2007; Tabel 1).Kemisk analyse er nødvendig for at forstå de fysiologiske og sundhedsmæssige virkninger af kulhydrater.Med en mere omfattende kemisk identifikation af kulhydrater er det muligt at gruppere dem efter deres helbredsmæssige og fysiologiske effekter og at inkludere dem i den overordnede klassifikationsplan (englyst et al., 2007).Kulhydrater (monosaccharider, disaccharider og de fleste stivelser), der kan fordøjes af værtsenzymer og absorberes i tyndtarmen, defineres som fordøjelige eller tilgængelige kulhydrater (Cummings, Stephen, 2007).Kulhydrater, der er resistente over for tarmfordøjelsen eller dårligt absorberet og metaboliseret, men som kan nedbrydes ved mikrobiel fermentering, betragtes som resistente kulhydrater, såsom de fleste NSP, ufordøjelige oligosaccharider og RS.I det væsentlige defineres resistente kulhydrater som ufordøjelige eller ubrugelige, men giver en relativt mere præcis beskrivelse af klassificeringen af ​​kulhydrater (englyst et al., 2007).

3.1 vækstpræstation

Stivelse er sammensat af to slags polysaccharider.Amylose (AM) er en slags lineær stivelse α(1-4)-bundet dextran, amylopectin (AP) er en α（1-4)-bundet dextran, der indeholder omkring 5% dextran α(1-6) til dannelse af et forgrenet molekyle (tester et al., 2004).På grund af forskellige molekylære konfigurationer og strukturer er AP-rige stivelser lette at fordøje, mens am-rige stivelser ikke er lette at fordøje (Singh et al., 2010).Tidligere undersøgelser har vist, at stivelsesfodring med forskellige AM/AP-forhold har signifikante fysiologiske reaktioner på grises vækstpræstation (Doti et al., 2014; Vicente et al., 2008).Foderoptagelse og fodereffektivitet hos fravænnede grise faldt med stigningen i AM (regmi et al., 2011).Nye beviser rapporterer imidlertid, at diæter med højere am øger den gennemsnitlige daglige tilvækst og fodereffektivitet for voksende grise (Li et al., 2017; Wang et al., 2019).Derudover rapporterede nogle forskere, at fodring af forskellige AM/AP-forhold af stivelse ikke påvirkede vækstpræstationen for fravænnede pattegrise (Gao et al., 2020A; Yang et al., 2015), mens høj AP-diæt øgede næringsfordøjeligheden af ​​fravænnede smågrise. grise (Gao et al., 2020A).Kostfibre er en lille del af maden, der kommer fra planter.Et stort problem er, at højere kostfibre er forbundet med lavere næringsstofudnyttelse og lavere nettoenergiværdi (noble & Le, 2001).Tværtimod påvirkede moderat fiberindtag ikke fravænnede grises vækstpræstation (Han & Lee, 2005; Zhang et al., 2013).Kostfibres effekt på næringsstofudnyttelse og nettoenergiværdi påvirkes af fiberkarakteristika, og forskellige fiberkilder kan være meget forskellige (Indber, 2014).Hos fravænnede grise havde tilskud med ærtefibre en højere foderomsætningshastighed end fodring af majsfibre, sojafibre og hvedeklidfibre (Chen et al., 2014).Tilsvarende viste fravænnede pattegrise behandlet med majsklid og hvedeklid højere fodereffektivitet og vægtøgning end dem, der blev behandlet med sojabønneskrog (Zhao et al., 2018).Interessant nok var der ingen forskel i vækstpræstation mellem hvedeklidfibergruppen og inulingruppen (Hu et al., 2020).Derudover var tilskuddet mere effektivt sammenlignet med smågrisene i cellulosegruppen og xylangruppen β- Glucan forringer pattegrisenes vækstpræstation (Wu et al., 2018).Oligosaccharider er kulhydrater med lav molekylvægt, mellem sukkerarter og polysaccharider (voragen, 1998).De har vigtige fysiologiske og fysisk-kemiske egenskaber, herunder lav brændværdi og stimulerer væksten af ​​gavnlige bakterier, så de kan bruges som kostprobiotika (Bauer et al., 2006; Mussatto og mancilha, 2007).Tilskud af chitosan-oligosaccharid (COS) kan forbedre fordøjeligheden af ​​næringsstoffer, reducere forekomsten af ​​diarré og forbedre tarmmorfologien og dermed forbedre fravænnede grises vækstpræstation (Zhou et al., 2012).Derudover kan diæter suppleret med cos forbedre søernes reproduktionsevne (antallet af levende smågrise) (Cheng et al., 2015; Wan et al., 2017) og vækstpræstationer for voksende grise (wontae et al., 2008) .Tilskud af MOS og fructooligosaccharid kan også forbedre grises vækstpræstation (Che et al., 2013; Duan et al., 2016; Wang et al., 2010; Wenner et al., 2013).Disse rapporter indikerer, at forskellige kulhydrater har forskellige effekter på grises vækstpræstation (tabel 2a).

3.2 tarmfunktion

Højt am/ap ratio stivelse kan forbedre tarmsundheden (tribyrinkan beskytte det til grise) ved at fremme tarmmorfologi og opregulere tarmfunktion relateret til genekspression hos fravænnede grise (Han et al., 2012; Xiang et al., 2011).Forholdet mellem villi-højde og villi-højde og fordybningsdybde af ileum og jejunum var højere, når de blev fodret med høj am-diæt, og den totale apoptosehastighed i tyndtarmen var lavere.Samtidig øgede det også ekspressionen af ​​blokerende gener i tolvfingertarmen og jejunum, mens aktiviteten af ​​saccharose og maltase i jejunum fra fravænnede grise i høj AP-gruppen blev øget (Gao et al., 2020b).Tilsvarende fandt tidligere arbejde, at am-rige diæter reducerede pH, og AP-rige diæter øgede det samlede antal bakterier i blindtarmen hos fravænnede grise (Gao et al., 2020A).Kostfibre er nøglekomponenten, der påvirker grises tarmudvikling og funktion.Den akkumulerede dokumentation viser, at kostfibrene forbedrer tarmmorfologien og barrierefunktionen hos fravænnede grise og reducerer forekomsten af ​​diarré (Chen et al., 2015; Lndber，2014； Wu et al., 2018).Mangel på kostfibre øger modtageligheden af ​​patogener og forringer barrierefunktionen af ​​tyktarmsslimhinden (Desai et al., 2016), mens fodring med meget uopløselig fiberdiæt kan forhindre patogener ved at øge længden af ​​villi hos grise (hedemann et al., 2006) ).De forskellige typer fibre har forskellige effekter på funktionen af ​​colon og ileum barriere.Hvedeklid og ærtefibre forbedrer tarmbarrierefunktionen ved at regulere TLR2-genekspression og forbedre intestinale mikrobielle samfund sammenlignet med majs- og sojafibre (Chen et al., 2015).Langtidsindtagelse af ærtefibre kan regulere metabolismerelateret gen- eller proteinekspression og derved forbedre tyktarmsbarrieren og immunfunktionen (Che et al., 2014).Inulin i kosten kan undgå tarmforstyrrelser hos fravænnede smågrise ved at øge tarmpermeabiliteten (Awad et al., 2013).Det er værd at bemærke, at kombinationen af ​​opløselig (inulin) og uopløselig fiber (cellulose) er mere effektiv end alene, hvilket kan forbedre ernæringsoptagelsen og tarmbarrierefunktionen hos fravænnede grise (Chen et al., 2019).Effekten af ​​kostfibre på tarmslimhinden afhænger af deres komponenter.En tidligere undersøgelse viste, at xylan fremmede tarmbarrierefunktionen, såvel som ændringer i bakteriespektrum og metabolitter, og glucan fremmede tarmbarrierefunktion og slimhindesundhed, men tilskud af cellulose viste ikke lignende effekter hos fravænnede grise (Wu et al. , 2018).Oligosaccharider kan bruges som kulstofkilder til mikroorganismerne i den øvre tarm i stedet for at blive fordøjet og udnyttet.Fruktosetilskud kan øge tarmens slimhindetykkelse, smørsyreproduktion, antallet af recessive celler og proliferationen af ​​tarmepitelceller hos fravænnede grise (Tsukahara et al., 2003).Pektinoligosaccharider kan forbedre tarmbarrierefunktionen og reducere tarmskader forårsaget af rotavirus hos smågrise (Mao et al., 2017).Derudover har det vist sig, at cos markant kan fremme væksten af ​​tarmslimhinden og signifikant øge ekspressionen af ​​blokerende gener hos pattegrise (WAN, Jiang, et al. på en omfattende måde, disse indikerer, at forskellige typer kulhydrat kan forbedre tarmen pattegrises funktion (tabel 2b).

Resumé og udsigt

Kulhydrat er den vigtigste energikilde for grise, som er sammensat af forskellige monosaccharider, disaccharider, oligosaccharider og polysaccharider.Begreber baseret på fysiologiske egenskaber hjælper med at fokusere på kulhydraters potentielle sundhedsfunktioner og forbedre nøjagtigheden af ​​kulhydratklassificeringen.Forskellige strukturer og typer af kulhydrater har forskellige effekter på opretholdelse af vækstpræstation, fremme af tarmfunktion og mikrobiel balance og regulering af lipid- og glukosemetabolisme.Den mulige mekanisme for kulhydratregulering af lipid- og glucosemetabolisme er baseret på deres metabolitter (SCFA'er), som fermenteres af tarmmikrobiota.Specifikt kan kulhydrat i kosten regulere glukosemetabolisme gennem scfas-gpr43 / 41-glp1 / PYY og ampk-g6pase / PEPCK-veje og regulere lipidmetabolisme gennem scfas-gpr43 / 41 og amp / atp-ampk-veje.Derudover, når forskellige typer kulhydrater er i den bedste kombination, kan grises vækstpræstation og sundhedsfunktion forbedres.

Det er værd at bemærke, at kulhydratets potentielle funktioner i protein- og genekspression og metabolisk regulering vil blive opdaget ved at bruge high-throughput funktionel proteomics, genomics og metabonomics metoder.Sidst, men ikke mindst, er evalueringen af ​​forskellige kulhydratkombinationer en forudsætning for undersøgelsen af ​​forskelligartede kulhydratdiæter i svineproduktionen.

Kilde: Animal Science Journal