Abstrakti

Hiilihydraattitutkimuksen suurin edistysaskel sikojen ruokinnassa ja terveydessä on hiilihydraattien selkeämpi luokittelu, joka ei perustu pelkästään sen kemialliseen rakenteeseen vaan myös sen fysiologisiin ominaisuuksiin.Sen lisäksi, että hiilihydraatit ovat pääasiallinen energialähde, ne ovat hyödyllisiä sikojen ravitsemus- ja terveystoiminnoille.Ne edistävät sikojen kasvukykyä ja suoliston toimintaa, säätelevät suoliston mikrobiyhteisöä sekä säätelevät lipidien ja glukoosin aineenvaihduntaa.Hiilihydraatin perusmekanismi on sen metaboliittien (lyhytketjuiset rasvahapot [SCFA:t]) kautta ja pääasiassa scfas-gpr43 / 41-pyy / GLP1, SCFAs amp / atp-ampk ja scfas-ampk-g6pase / PEPCK -reittien kautta säätelemään rasvaa ja glukoosin aineenvaihdunta.Uusissa tutkimuksissa on arvioitu erityyppisten ja -rakenteisten hiilihydraattien optimaalista yhdistelmää, joka voi parantaa kasvukykyä ja ravinteiden sulavuutta, edistää suoliston toimintaa ja lisätä butyraattia tuottavien bakteerien määrää sioissa.Kaiken kaikkiaan vakuuttava näyttö tukee näkemystä, että hiilihydraatilla on tärkeä rooli sikojen ravitsemus- ja terveystoiminnoissa.Lisäksi hiilihydraattikoostumuksen määrityksellä on teoreettista ja käytännön arvoa sikojen hiilihydraattitasapainoteknologian kehittämisessä.

1. Esipuhe

Polymeeriset hiilihydraatit, tärkkelys ja ei-tärkkelyspolysakkaridit (NSP) ovat sikojen ruokavalion pääkomponentit ja tärkeimmät energianlähteet, ja ne muodostavat 60–70 % kokonaisenergiansaannista (Bach Knudsen).On syytä huomata, että hiilihydraattien lajike ja rakenne ovat erittäin monimutkaisia, ja niillä on erilaisia ​​vaikutuksia sioihin.Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että ruokinnassa tärkkelyksellä, jossa on erilainen amyloosin ja amyloosin suhde (AM / AP), on ilmeinen fysiologinen vaste sikojen kasvukykyyn (Doti et al., 2014; Vicente et al., 2008).Pääasiassa NSP:stä koostuvan ravintokuidun uskotaan vähentävän yksimahaisten eläinten ravinteiden käyttöä ja nettoenergia-arvoa (NOBLET ja le, 2001).Kuitujen saanti ei kuitenkaan vaikuttanut porsaiden kasvukykyyn (Han & Lee, 2005).Yhä enemmän todisteita osoittaa, että ravintokuitu parantaa porsaiden suoliston morfologiaa ja estetoimintoa ja vähentää ripulin ilmaantuvuutta (Chen et al., 2015; Lndberg，2014； Wu et al., 2018).Siksi on kiireellistä tutkia, kuinka monimutkaisia ​​hiilihydraatteja hyödynnetään tehokkaasti ruokavaliossa, erityisesti kuitupitoisessa rehussa.Hiilihydraattien rakenteelliset ja taksonomiset ominaisuudet sekä niiden ravitsemukselliset ja terveydelliset toiminnot sioilla on kuvattava ja otettava huomioon rehukoostumuksissa.NSP ja resistentti tärkkelys (RS) ovat tärkeimpiä sulamattomia hiilihydraatteja (wey et al., 2011), kun taas suoliston mikrobisto fermentoi sulamattomia hiilihydraatteja lyhytketjuisiksi rasvahapoiksi (SCFA).Turnbaugh et ai., 2006).Lisäksi joitain oligosakkarideja ja polysakkarideja pidetään eläinten probiootteina, joita voidaan käyttää stimuloimaan Lactobacilluksen ja Bifidobacteriumin osuutta suolistossa (Mikkelsen et al., 2004; M ø LBAK et al., 2007; Wellock et al. , 2008).Oligosakkaridien lisäyksen on raportoitu parantavan suoliston mikrobiston koostumusta (de Lange et al., 2010).Antimikrobisten kasvunedistäjien käytön minimoimiseksi sikojen tuotannossa on tärkeää löytää muita tapoja hyvän eläinten terveyden saavuttamiseksi.Sian rehuun on mahdollisuus lisätä erilaisia ​​hiilihydraatteja.Yhä useammat todisteet osoittavat, että tärkkelyksen, NSP:n ja MOS:n optimaalinen yhdistelmä voi edistää kasvukykyä ja ravinteiden sulavuutta, lisätä butyraattia tuottavien bakteerien määrää ja parantaa vieroitettujen sikojen rasva-aineenvaihduntaa jossain määrin (Zhou, Chen et al. ., 2020; Zhou, Yu et ai., 2020).Siksi tämän artikkelin tarkoituksena on tarkastella nykyistä tutkimusta hiilihydraattien keskeisestä roolista kasvun ja suoliston toiminnan edistämisessä, suoliston mikrobiyhteisön ja aineenvaihdunnan terveyden säätelyssä sekä tutkia sikojen hiilihydraattiyhdistelmää.

2. Hiilihydraattien luokittelu

Ruokavalion hiilihydraatit voidaan luokitella niiden molekyylikoon, polymeroitumisasteen (DP), liitostyypin (a tai b) ja yksittäisten monomeerien koostumuksen mukaan (Cummings, Stephen, 2007).On syytä huomata, että hiilihydraattien pääluokitus perustuu niiden DP:hen, kuten monosakkaridit tai disakkaridit (DP, 1-2), oligosakkaridit (DP, 3-9) ja polysakkaridit (DP, ≥ 10), jotka koostuvat tärkkelys, NSP ja glykosidisidokset (Cummings, Stephen, 2007; Englyst et al., 2007; taulukko 1).Kemiallinen analyysi on tarpeen hiilihydraattien fysiologisten ja terveysvaikutusten ymmärtämiseksi.Hiilihydraattien kattavammalla kemiallisella tunnistamisella on mahdollista ryhmitellä ne niiden terveydellisten ja fysiologisten vaikutusten mukaan ja sisällyttää ne yleiseen luokitussuunnitelmaan (englyst et al., 2007).Hiilihydraatit (monosakkaridit, disakkaridit ja useimmat tärkkelykset), jotka isäntäentsyymit voivat pilkkoa ja imeytyä ohutsuolessa, määritellään sulaviksi tai saatavilla oleviksi hiilihydraateiksi (Cummings, Stephen, 2007).Hiilihydraatteja, jotka ovat resistenttejä suoliston ruuansulatukselle tai heikosti imeytyviä ja metaboloituvia, mutta jotka voivat hajota mikrobifermentaatiossa, pidetään resistentteinä hiilihydraatteina, kuten useimmat NSP:t, sulamattomat oligosakkaridit ja RS.Pohjimmiltaan resistentit hiilihydraatit määritellään sulamattomiksi tai käyttökelvottomiksi, mutta ne tarjoavat suhteellisen tarkemman kuvauksen hiilihydraattien luokittelusta (englyst et al., 2007).

3.1 kasvun suorituskyky

Tärkkelys koostuu kahden tyyppisistä polysakkarideista.Amyloosi (AM) on eräänlainen lineaarinen tärkkelys α(1-4) -sidottu dekstraani, amylopektiini (AP) on α(1-4) -sidottu dekstraani, joka sisältää noin 5 % dekstraania α (1-6) haarautuneen molekyylin muodostamiseksi. (testaaja et ai., 2004).Erilaisten molekyylikonfiguraatioiden ja -rakenteiden vuoksi AP-rikkaat tärkkelykset ovat helposti sulavia, kun taas am-rikkaat tärkkelykset eivät ole helposti sulavia (Singh et al., 2010).Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että tärkkelysruokinnassa erilaisilla AM/AP-suhteilla on merkittäviä fysiologisia vasteita sikojen kasvusuoritukseen (Doti et al., 2014; Vicente et al., 2008).Vieroitettujen sikojen rehun saanti ja rehutehokkuus laskivat AM:n lisääntyessä (regmi et al., 2011).Kuitenkin uusien todisteiden mukaan ruokavaliot, joissa on korkeampi am, lisäävät kasvavien sikojen keskimääräistä päivittäistä lisäystä ja rehun tehokkuutta (Li et al., 2017; Wang et al., 2019).Lisäksi jotkut tutkijat raportoivat, että tärkkelyksen eri AM/AP-suhteiden ruokinta ei vaikuttanut vieroitettujen porsaiden kasvukykyyn (Gao et al., 2020A; Yang et al., 2015), kun taas korkea AP-ruokavalio lisäsi vieroitettujen porsaiden ravintoaineiden sulavuutta. sikoja (Gao et al., 2020A).Ravintokuitu on pieni osa kasveista peräisin olevaa ruokaa.Suurin ongelma on, että korkeampi ravintokuidun saanti liittyy alhaisempaan ravintoaineiden käyttöön ja pienempään nettoenergia-arvoon (noble & Le, 2001).Päinvastoin, kohtuullinen kuidun saanti ei vaikuttanut vieroitettujen sikojen kasvuun (Han & Lee, 2005; Zhang et al., 2013).Kuitujen ominaisuudet vaikuttavat ravintokuidun vaikutuksiin ravinteiden hyödyntämiseen ja nettoenergia-arvoon, ja eri kuitulähteet voivat olla hyvin erilaisia ​​(lndber, 2014).Vieroitetuilla sioilla hernekuidun lisäyksellä oli suurempi rehun konversioprosentti kuin maissikuitu-, soijapapukuidun ja vehnälesekuidun ruokinnassa (Chen et al., 2014).Samoin maissileseillä ja vehnäleseillä käsitellyt vieroitettut porsaat osoittivat korkeampaa rehun tehokkuutta ja painonnousua kuin soijapavunkuorella käsitellyt porsaat (Zhao et al., 2018).Mielenkiintoista on, että vehnälesekuituryhmän ja inuliiniryhmän välillä ei ollut eroa kasvussa (Hu et al., 2020).Lisäksi selluloosaryhmän ja ksylaaniryhmän porsaisiin verrattuna lisäravinne oli tehokkaampaa β-glukaani heikentää porsaiden kasvukykyä (Wu et al., 2018).Oligosakkaridit ovat alhaisen molekyylipainon hiilihydraatteja, sokerien ja polysakkaridien välissä (voragen, 1998).Niillä on tärkeitä fysiologisia ja fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia, mukaan lukien alhainen lämpöarvo ja ne stimuloivat hyödyllisten bakteerien kasvua, joten niitä voidaan käyttää ravinnon probiootteina (Bauer et al., 2006; Mussatto ja mancilha, 2007).Kitosaanioligosakkaridin (COS) täydentäminen voi parantaa ravintoaineiden sulavuutta, vähentää ripulin ilmaantuvuutta ja parantaa suoliston morfologiaa, mikä parantaa vieroitettujen sikojen kasvukykyä (Zhou et al., 2012).Lisäksi cosilla täydennetty ruokavalio voi parantaa emakkojen lisääntymiskykyä (elävien porsaiden lukumäärää) (Cheng et al., 2015; Wan et al., 2017) ja kasvavien sikojen kasvukykyä (wontae et al., 2008) .MOS:n ja frukto-oligosakkaridin täydentäminen voi myös parantaa sikojen kasvukykyä (Che et al., 2013; Duan et al., 2016; Wang et al., 2010; Wenner et al., 2013).Nämä raportit osoittavat, että eri hiilihydraateilla on erilaisia ​​vaikutuksia sikojen kasvukykyyn (taulukko 2a).

3.2 suoliston toiminta

Korkea am/ap-suhde tärkkelys voi parantaa suoliston terveyttä (tribyrinvoidaan suojata sitä sioilla) edistämällä suoliston morfologiaa ja säätelemällä suoliston toimintaa, joka liittyy vieroitussikojen geeniekspressioon (Han et al., 2012; Xiang et al., 2011).Villien korkeuden suhde villin korkeuteen ja sykkyräsuolen ja jejunumin syvennykseen oli suurempi, kun niitä ruokittiin runsaalla am-ruokavaliolla, ja ohutsuolen kokonaisapoptoosinopeus oli pienempi.Samalla se lisäsi myös estogeenien ilmentymistä pohjukaissuolessa ja tyhjäsuolessa, kun taas korkean AP:n ryhmässä sakkaroosin ja maltaasin aktiivisuus vieroitettujen sikojen jejunumissa lisääntyi (Gao et al., 2020b).Samoin aikaisemmissa tutkimuksissa havaittiin, että am rich -ruokavalio alensi pH:ta ja AP-rikas ruokavalio lisäsi bakteerien kokonaismäärää vieroitettujen sikojen umpisuolessa (Gao et al., 2020A).Ravintokuitu on avainaine, joka vaikuttaa sikojen suoliston kehitykseen ja toimintaan.Kerätyt todisteet osoittavat, että ravintokuitu parantaa vieroitettujen sikojen suoliston morfologiaa ja estetoimintoa sekä vähentää ripulin ilmaantuvuutta (Chen et al., 2015; Lndber，2014； Wu et al., 2018).Ravintokuidun puute lisää taudinaiheuttajien herkkyyttä ja heikentää paksusuolen limakalvon estetoimintaa (Desai et al., 2016), kun taas erittäin liukenemattomalla kuituravinnolla syöminen voi estää taudinaiheuttajia lisäämällä sikojen villien pituutta (hedemann et al., 2006). ).Erityyppisillä kuiduilla on erilainen vaikutus paksusuolen ja sykkyräsuolen esteen toimintaan.Vehnälese- ja hernekuidut tehostavat suoliston estetoimintoa säätelemällä TLR2-geenin ilmentymistä ja parantamalla suoliston mikrobiyhteisöjä maissin ja soijapavun kuituihin verrattuna (Chen et al., 2015).Herneen kuidun pitkäaikainen nauttiminen voi säädellä aineenvaihduntaan liittyvää geeni- tai proteiiniekspressiota, mikä parantaa paksusuolen estettä ja immuunijärjestelmää (Che et al., 2014).Ruokavalion inuliini voi välttää suolistohäiriöitä vieroitetuissa porsaissa lisäämällä suolen läpäisevyyttä (Awad et al., 2013).On syytä huomata, että liukoisen (inuliinin) ja liukenemattoman kuidun (selluloosa) yhdistelmä on tehokkaampi kuin yksinään, mikä voi parantaa ravinnon imeytymistä ja suoliston estetoimintoa vieroitetuissa sioissa (Chen et al., 2019).Ravintokuidun vaikutus suoliston limakalvoon riippuu niiden komponenteista.Aikaisemmassa tutkimuksessa todettiin, että ksylaani edisti suoliston estetoimintaa sekä muutoksia bakteerien kirjossa ja metaboliitteissa, ja glukaani edisti suoliston estetoimintaa ja limakalvojen terveyttä, mutta selluloosan lisäys ei osoittanut samanlaisia ​​vaikutuksia vieroitetuissa sioissa (Wu et al. , 2018).Oligosakkarideja voidaan käyttää hiilen lähteinä suolen yläosan mikro-organismeille sen sijaan, että ne sulatettaisiin ja käytettäisiin.Fruktoosilisäys voi lisätä suolen limakalvon paksuutta, voihapon tuotantoa, resessiivisten solujen määrää ja suoliston epiteelisolujen lisääntymistä vieroitetuissa sioissa (Tsukahara et al., 2003).Pektiinioligosakkaridit voivat parantaa suoliston estetoimintaa ja vähentää rotaviruksen aiheuttamia suolistovaurioita porsailla (Mao et al., 2017).Lisäksi on havaittu, että cos voi merkittävästi edistää suolen limakalvon kasvua ja lisätä merkittävästi estogeenien ilmentymistä porsaissa (WAN, Jiang et al. kattavasti, nämä osoittavat, että erityyppiset hiilihydraatit voivat parantaa suoliston toimintaa porsaiden toiminta (taulukko 2b).

Yhteenveto ja näkymä

Hiilihydraatti on sikojen tärkein energianlähde, joka koostuu erilaisista monosakkarideista, disakkarideista, oligosakkarideista ja polysakkarideista.Fysiologisiin ominaisuuksiin perustuvat termit auttavat keskittymään hiilihydraattien mahdollisiin terveystoimintoihin ja parantamaan hiilihydraattien luokittelun tarkkuutta.Hiilihydraattien eri rakenteilla ja tyypeillä on erilaisia ​​vaikutuksia kasvukyvyn ylläpitämiseen, suoliston toiminnan ja mikrobitasapainon edistämiseen sekä rasva- ja glukoosiaineenvaihdunnan säätelyyn.Lipidi- ja glukoosiaineenvaihdunnan hiilihydraattisäätelyn mahdollinen mekanismi perustuu niiden metaboliitteihin (SCFA), joita suoliston mikrobiota fermentoi.Erityisesti hiilihydraatti ruokavaliossa voi säädellä glukoosiaineenvaihduntaa scfas-gpr43 / 41-glp1 / PYY- ja ampk-g6pase / PEPCK-reittien kautta ja säädellä lipidiaineenvaihduntaa scfas-gpr43 / 41- ja amp / atp-ampk-reittien kautta.Lisäksi, kun erityyppiset hiilihydraatit ovat parhaassa yhdistelmässä, sikojen kasvukyky ja terveydellisyys voivat parantua.

On huomionarvoista, että hiilihydraattien mahdolliset toiminnot proteiinien ja geenien ilmentymisessä ja aineenvaihdunnan säätelyssä selvitetään käyttämällä korkean suorituskyvyn toiminnallisia proteomiikkaa, genomiikkaa ja metabonomiikkamenetelmiä.Viimeisenä, mutta ei vähäisimpänä, erilaisten hiilihydraattiyhdistelmien arviointi on edellytys monimuotoisten hiilihydraattiruokavalioiden tutkimiselle sianviljelyssä.

Lähde: Animal Science Journal