抽象的な

豚の栄養と健康における炭水化物研究の最大の進歩は、化学構造だけでなく生理学的特性にも基づいて炭水化物がより明確に分類されたことです。主なエネルギー源であることに加えて、さまざまな種類と構造の炭水化物が豚の栄養と健康機能に有益です。それらは、豚の成長能力と腸の機能の促進、腸内微生物群集の調節、脂質とグルコースの代謝の調節に関与しています。炭水化物の基本的なメカニズムは、その代謝産物 (短鎖脂肪酸 [SCFA]) を介し、主に scfas-gpr43 / 41-pyy / GLP1、SCFA amp / atp-ampk および scfas-ampk-g6pase / PEPCK 経路を介して脂肪と脂肪を調節します。グルコース代謝。新しい研究では、成長パフォーマンスと栄養素の消化率を改善し、腸機能を促進し、豚の酪酸生成細菌の量を増やすことができる、さまざまな種類と構造の炭水化物の最適な組み合わせが評価されました。全体として、炭水化物が豚の栄養および健康機能において重要な役割を果たしているという見解を裏付ける説得力のある証拠が存在する。さらに、炭水化物組成の決定は、豚の炭水化物バランス技術の開発にとって理論的かつ実用的な価値を持つでしょう。

1. はじめに

ポリマー炭水化物、デンプンおよび非デンプン多糖類 (NSP) は飼料の主成分であり、豚の主なエネルギー源であり、総エネルギー摂取量の 60% ～ 70% を占めます (Bach Knudsen)。炭水化物の種類と構造は非常に複雑であり、豚にさまざまな影響を与えることは注目に値します。これまでの研究では、アミロース対アミロース（AM / AP）比が異なるデンプンを給与すると、ブタの成長能力に対して明らかな生理学的反応があることが示されています（Doti et al., 2014; Vicente et al., 2008）。主に NSP で構成される食物繊維は、単胃動物の栄養素の利用と正味エネルギー値を減少させると考えられています (NOBLET および le、2001)。しかし、食物繊維の摂取は子豚の発育能力に影響を与えませんでした (Han & Lee、2005)。食物繊維が子豚の腸の形態とバリア機能を改善し、下痢の発生率を減少させることを示す証拠はますます増えています（Chen et al., 2015; Lndberg, 2014; Wu et al., 2018）。したがって、食事、特に繊維が豊富な飼料において複合炭水化物を効果的に利用する方法を研究することが急務である。炭水化物の構造的および分類学的特徴と、豚にとっての栄養および健康機能を説明し、飼料配合で考慮する必要があります。NSP とレジスタントスターチ (RS) は主な非消化性炭水化物です (wey et al., 2011)。一方、腸内微生物叢は非消化性炭水化物を短鎖脂肪酸 (SCFA) に発酵させます。ターンボー他、2006)。さらに、一部のオリゴ糖および多糖は動物のプロバイオティクスと考えられており、腸内の乳酸菌とビフィズス菌の割合を刺激するために使用できます（Mikkelsen et al., 2004; MøLBAK et al., 2007; Wellock et al., 2007）。 、2008）。オリゴ糖の補給は腸内細菌叢の組成を改善することが報告されています (de Lange et al., 2010)。養豚における抗菌性成長促進剤の使用を最小限に抑えるためには、動物の健康を良好に保つための他の方法を見つけることが重要です。豚の飼料にさらに多様な炭水化物を加える機会があります。デンプン、NSP、および MOS の最適な組み合わせが、成長パフォーマンスと栄養素の消化率を促進し、酪酸生成細菌の数を増加させ、離乳した豚の脂質代謝をある程度改善できることを示す証拠が増えています (Zhou、Chen、他) .、2020;Zhou、Yu 他、2020）。したがって、この論文の目的は、成長能力と腸機能の促進、腸内微生物群集と代謝の健康の調節における炭水化物の重要な役割に関する現在の研究をレビューし、豚の炭水化物の組み合わせを調査することです。

2. 炭水化物の分類

食事性炭水化物は、分子サイズ、重合度 (DP)、結合タイプ (a または b)、および個々のモノマーの組成に従って分類できます (Cummings、Stephen、2007)。炭水化物の主な分類は、単糖類または二糖類 (DP、1 ～ 2)、オリゴ糖 (DP、3 ～ 9)、および多糖類 (DP、≥ 10) などの DP に基づいていることは注目に値します。デンプン、NSP、およびグリコシド結合 (Cummings, Stephen, 2007; Englyst et al., 2007; Table 1)。炭水化物の生理学的および健康への影響を理解するには、化学分析が必要です。炭水化物のより包括的な化学的同定により、健康および生理学的影響に従って炭水化物をグループ化し、全体的な分類計画に含めることが可能になります (englyst et al., 2007)。宿主の酵素によって消化され、小腸で吸収される炭水化物（単糖類、二糖類、およびほとんどのデンプン）は、消化可能な炭水化物または利用可能な炭水化物として定義されます（Cummings、Stephen、2007）。ほとんどの NSP、難消化性オリゴ糖、RS など、腸での消化に耐性がある炭水化物、または吸収や代謝が不十分だが微生物の発酵によって分解される可能性のある炭水化物は、難消化性炭水化物とみなされます。基本的に、難消化性炭水化物は消化できない、または使用できないものとして定義されますが、炭水化物の分類について比較的正確な説明を提供します (englyst et al., 2007)。

3.1 成長実績

でんぷんは2種類の多糖類から構成されています。アミロース（AM）は直鎖状デンプンの一種でα（1-4）結合デキストラン、アミロペクチン（AP）はα（1-4）結合デキストランで、約5％のデキストランα（1-6）を含んで分岐分子を形成しています。 (テスターら、2004)。分子構成と構造が異なるため、AP に富むデンプンは消化しやすいですが、Am に富むデンプンは消化しにくいです (Singh et al., 2010)。これまでの研究では、異なる AM / AP 比でデンプンを給与すると、豚の成長能力に対して顕著な生理学的反応があることが示されています (Doti et al., 2014; Vicente et al., 2008)。離乳した豚の飼料摂取量と飼料効率は、AM の増加とともに減少しました (regmi et al., 2011)。しかし、新たな証拠は、より高いAMを含む食餌は、成長期の豚の1日の平均増体量と飼料効率を増加させることを報告している（Li et al., 2017; Wang et al., 2019）。さらに、一部の科学者は、異なる AM / AP 比のデンプンを与えても離乳した子豚の成長成績には影響を及ぼさなかったが（Gao et al., 2020A; Yang et al., 2015）、一方、高 AP 食は離乳した子豚の栄養素の消化率を高めたと報告しました。ブタ (Gao et al., 2020A)。食物繊維は植物から得られる食物のほんの一部です。大きな問題は、食物繊維が多いと栄養素の利用が減り、正味エネルギー値が低くなるということである(noble & Le, 2001)。それどころか、適度な繊維摂取は離乳した豚の成長成績に影響を与えなかった(Han & Lee, 2005; Zhang et al., 2013)。栄養素の利用と正味エネルギー値に対する食物繊維の影響は、繊維の特性によって影響を受け、繊維源が異なれば大きく異なる可能性があります (lndber、2014)。離乳した豚では、エンドウ豆繊維の補給は、トウモロコシ繊維、大豆繊維、小麦ふすま繊維を給餌するよりも飼料転換率が高かった(Chen et al., 2014)。同様に、トウモロコシふすまと小麦ふすまで処理した離乳した子豚は、大豆皮で処理した子豚よりも高い飼料効率と体重増加を示しました（Zhao et al., 2018）。興味深いことに、小麦ふすま繊維グループとイヌリングループの間で成長性能に差はありませんでした(Hu et al., 2020)。さらに、セルロース群およびキシラン群の子豚と比較して、β-グルカンの補給は子豚の成長能力を損なう効果がより高かった(Wu et al., 2018)。オリゴ糖は低分子量の炭水化物であり、糖と多糖の中間です (voragen、1998)。これらは、低発熱量や有益な細菌の増殖の刺激など、重要な生理学的および物理化学的特性を備えているため、食事性プロバイオティクスとして使用できます（Bauer et al., 2006; Mussatto and mancilha, 2007）。キトサンオリゴ糖（COS）を補給すると、栄養素の消化率が向上し、下痢の発生率が減少し、腸の形態が改善されるため、離乳した豚の成長パフォーマンスが向上します（Zhou et al.、2012）。さらに、cos を添加した飼料は、雌豚の生殖能力 (生きている子豚の数) (Cheng et al., 2015; Wan et al., 2017) および成長期の豚の成長能力 (wontae et al., 2008) を改善することができます。 。MOS およびフラクトオリゴ糖の補給もブタの成長成績を改善することができます (Che et al., 2013; Duan et al., 2016; Wang et al., 2010; Wenner et al., 2013)。これらの報告は、さまざまな炭水化物が豚の成長能力に異なる影響を与えることを示しています (表 2a)。

3.2 腸の働き

am/ap比の高いデンプンは腸の健康を改善します(トリビリン離乳期の豚における腸の形態を促進し、遺伝子発現に関連する腸の機能を上方制御することにより、ブタを保護することができる（Han et al., 2012; Xiang et al., 2011）。回腸および空腸の絨毛高さおよび陥凹深さに対する絨毛高さの比率は、高栄養食を与えた場合に高く、小腸の総アポトーシス率は低かった。同時に、十二指腸と空腸における遮断遺伝子の発現も増加しましたが、高AP群では、離乳したブタの空腸におけるスクロースとマルターゼの活性が増加しました(Gao et al., 2020b)。同様に、以前の研究では、am が豊富な飼料は pH を低下させ、AP が豊富な飼料は離乳した豚の盲腸内の細菌の総数を増加させることが判明しました (Gao et al., 2020A)。食物繊維は豚の腸の発達と機能に影響を与える重要な成分です。蓄積された証拠は、食物繊維が離乳した豚の腸の形態とバリア機能を改善し、下痢の発生率を減らすことを示しています（Chen et al.、2015; Lndber、2014; Wu et al.、2018）。食物繊維欠乏は病原菌に対する感受性を高め、結腸粘膜のバリア機能を損なうが(Desai et al., 2016)、不溶性の高い繊維質飼料を与えると豚の絨毛の長さを伸ばすことで病原菌を防ぐことができる(hedemann et al., 2006)。 ）。繊維の種類が異なると、結腸および回腸のバリア機能に異なる影響を及ぼします。小麦ふすまとエンドウ豆の繊維は、トウモロコシや大豆の繊維と比較して、TLR2 遺伝子発現を調節し、腸内微生物群集を改善することによって腸のバリア機能を強化します（Chen et al.、2015）。エンドウ豆繊維の長期摂取は、代謝に関連する遺伝子またはタンパク質の発現を調節することができ、それによって結腸バリアおよび免疫機能を改善することができる(Che et al., 2014)。食餌中のイヌリンは、腸の透過性を高めることにより、離乳した子豚の腸障害を回避できます（Awad et al.、2013）。可溶性繊維（イヌリン）と不溶性繊維（セルロース）の組み合わせは単独よりも効果的であり、離乳した豚の栄養吸収と腸のバリア機能を改善できることは注目に値します（Chen et al.、2019）。食物繊維が腸粘膜に与える影響は、その成分によって異なります。以前の研究では、キシランが腸のバリア機能を促進し、細菌スペクトルと代謝産物の変化を促進し、グルカンが腸のバリア機能と粘膜の健康を促進することがわかりましたが、セルロースの補給は離乳期の豚では同様の効果を示さなかった（Wu et al. 、2018）。オリゴ糖は、消化して利用する代わりに、腸上部の微生物の炭素源として使用できます。フルクトースの補給は、離乳した豚の腸粘膜の厚さ、酪酸産生、劣性細胞の数および腸上皮細胞の増殖を増加させる可能性がある(Tsukahara et al., 2003)。ペクチンオリゴ糖は、腸のバリア機能を改善し、子豚のロタウイルスによって引き起こされる腸の損傷を軽減することができます（Mao et al.、2017）。さらに、cos は子豚の腸粘膜の成長を大幅に促進し、遮断遺伝子の発現を大幅に増加させることがわかっています (WAN、Jiang らによる包括的な研究では、これらはさまざまな種類の炭水化物が腸粘膜の状態を改善できることを示しています)子豚の機能 (表 2b)。

概要と展望

炭水化物は豚の主なエネルギー源であり、さまざまな単糖類、二糖類、オリゴ糖、多糖類で構成されています。生理学的特性に基づいた用語は、炭水化物の潜在的な健康機能に焦点を当て、炭水化物の分類の精度を向上させるのに役立ちます。炭水化物の構造と種類が異なると、成長パフォーマンスの維持、腸の機能と微生物のバランスの促進、脂質とグルコースの代謝の調節にさまざまな効果をもたらします。脂質およびグルコース代謝の炭水化物制御の考えられるメカニズムは、腸内細菌叢によって発酵されるそれらの代謝産物 (SCFA) に基づいています。具体的には、食事中の炭水化物は、scfas-gpr43 / 41-glp1 / PYY および ampk-g6pase / PEPCK 経路を通じてグルコース代謝を調節し、scfas-gpr43 / 41 および amp / atp-ampk 経路を通じて脂質代謝を調節すると考えられます。また、異なる種類の炭水化物を最適に組み合わせることで、豚の発育能力や健康機能が向上する可能性があります。

タンパク質と遺伝子の発現および代謝調節における炭水化物の潜在的な機能が、ハイスループットの機能的プロテオミクス、ゲノミクス、およびメタボノミクス手法を使用することによって発見されることは注目に値します。最後に重要なことですが、さまざまな炭水化物の組み合わせを評価することは、養豚における多様な炭水化物食を研究するための前提条件です。

出典：Animal Science Journal