Abstract

Cel mai mare progres al cercetării carbohidraților în nutriția și sănătatea porcilor este clasificarea mai clară a carbohidraților, care se bazează nu numai pe structura sa chimică, ci și pe caracteristicile sale fiziologice.Pe lângă faptul că sunt principala sursă de energie, diferitele tipuri și structuri de carbohidrați sunt benefice pentru funcțiile de nutriție și sănătate ale porcilor.Aceștia sunt implicați în promovarea performanței de creștere și a funcției intestinale a porcilor, în reglarea comunității microbiene intestinale și în reglarea metabolismului lipidelor și glucozei.Mecanismul de bază al carbohidraților este prin metaboliții săi (acizi grași cu lanț scurt [SCFA]) și în principal prin căile scfas-gpr43 / 41-pyy / GLP1, SCFA amp / atp-ampk și scfas-ampk-g6pase / PEPCK pentru reglarea grăsimilor și metabolismul glucozei.Noi studii au evaluat combinația optimă a diferitelor tipuri și structuri de carbohidrați, care pot îmbunătăți performanța de creștere și digestibilitatea nutrienților, pot promova funcția intestinală și pot crește abundența bacteriilor producătoare de butirat la porci.În general, dovezi convingătoare susțin opinia conform căreia carbohidrații joacă un rol important în funcțiile nutriționale și de sănătate ale porcilor.În plus, determinarea compoziției carbohidraților va avea valoare teoretică și practică pentru dezvoltarea tehnologiei de echilibrare a carbohidraților la porci.

1. Prefață

Carbohidrații polimerici, amidonul și polizaharidele neamidonoase (NSP) sunt principalele componente ale dietelor și principalele surse de energie ale porcilor, reprezentând 60% - 70% din aportul total de energie (Bach Knudsen).Este de remarcat faptul că varietatea și structura carbohidraților sunt foarte complexe, care au efecte diferite asupra porcilor.Studiile anterioare au arătat că hrănirea cu amidon cu raporturi diferite amiloză/amiloză (AM/AP) are un răspuns fiziologic evident la performanța de creștere a porcilor (Doti și colab., 2014; Vicente și colab., 2008).Se crede că fibrele alimentare, compuse în principal din NSP, reduc utilizarea nutrienților și valoarea energetică netă a animalelor monogastrice (NOBLET și le, 2001).Cu toate acestea, aportul de fibre alimentare nu a afectat performanța de creștere a purceilor (Han & Lee, 2005).Din ce în ce mai multe dovezi arată că fibrele alimentare îmbunătățesc morfologia intestinală și funcția de barieră a purceilor și reduc incidența diareei (Chen et al., 2015; Lndberg，2014； Wu et al., 2018).Prin urmare, este urgent să studiem cum să utilizați eficient carbohidrații complecși din dietă, în special furajele bogate în fibre.Caracteristicile structurale și taxonomice ale carbohidraților și funcțiile lor nutriționale și de sănătate pentru porci trebuie descrise și luate în considerare în formulările furajere.NSP și amidonul rezistent (RS) sunt principalii carbohidrați nedigerabili (wey et al., 2011), în timp ce microbiota intestinală fermentează carbohidrații nedigerabili în acizi grași cu lanț scurt (SCFA);Turnbaugh et al., 2006).În plus, unele oligozaharide și polizaharide sunt considerate probiotice ale animalelor, care pot fi utilizate pentru a stimula proporția de Lactobacillus și Bifidobacterium în intestin (Mikkelsen și colab., 2004; M ø LBAK și colab., 2007; Wellock și colab. , 2008).S-a raportat că suplimentarea cu oligozaharide îmbunătățește compoziția microbiotei intestinale (de Lange și colab., 2010).Pentru a minimiza utilizarea promotorilor de creștere antimicrobieni în producția de porci, este important să găsim alte modalități de a obține o sănătate bună a animalelor.Există posibilitatea de a adăuga mai multă varietate de carbohidrați în hrana porcilor.Din ce în ce mai multe dovezi arată că combinația optimă de amidon, NSP și MOS poate promova performanța de creștere și digestibilitatea nutrienților, poate crește numărul de bacterii producătoare de butirat și poate îmbunătăți într-o anumită măsură metabolismul lipidic al porcilor înțărcați (Zhou, Chen, et al. ., 2020; Zhou, Yu, et al., 2020).Prin urmare, scopul acestei lucrări este de a revizui cercetările actuale privind rolul cheie al carbohidraților în promovarea performanței de creștere și a funcției intestinale, reglarea comunității microbiene intestinale și a sănătății metabolice și de a explora combinația de carbohidrați a porcilor.

2. Clasificarea carbohidraților

Carbohidrații din dietă pot fi clasificați în funcție de mărimea lor moleculară, gradul de polimerizare (DP), tipul de conexiune (a sau b) și compoziția monomerilor individuali (Cummings, Stephen, 2007).Este de remarcat faptul că principala clasificare a carbohidraților se bazează pe DP-ul lor, cum ar fi monozaharidele sau dizaharidele (DP, 1-2), oligozaharidele (DP, 3-9) și polizaharidele (DP, ≥ 10), care sunt compuse din amidon, NSP și legături glicozidice (Cummings, Stephen, 2007; Englyst și colab., 2007; Tabelul 1).Analiza chimică este necesară pentru a înțelege efectele fiziologice și asupra sănătății carbohidraților.Cu o identificare chimică mai cuprinzătoare a carbohidraților, este posibil să le grupăm în funcție de sănătatea și efectele fiziologice ale acestora și să le includă în planul general de clasificare (englyst et al., 2007).Carbohidrații (monozaharide, dizaharide și majoritatea amidonurilor) care pot fi digerați de enzimele gazdă și absorbiți în intestinul subțire sunt definiți ca carbohidrați digerabili sau disponibili (Cummings, Stephen, 2007).Carbohidrații care sunt rezistenți la digestia intestinală sau slab absorbiți și metabolizați, dar care pot fi degradați de fermentația microbiană sunt considerați carbohidrați rezistenți, cum ar fi majoritatea NSP, oligozaharidele indigeste și RS.În esență, carbohidrații rezistenți sunt definiți ca nedigerabili sau inutilizabili, dar oferă o descriere relativ mai precisă a clasificării carbohidraților (englyst et al., 2007).

3.1 performanță de creștere

Amidonul este compus din două tipuri de polizaharide.Amiloza (AM) este un fel de amidon liniar α（ 1-4) dextran legat, amilopectina (AP) este un α（ 1-4) dextran legat, care conține aproximativ 5% dextran α（ 1-6) pentru a forma o moleculă ramificată (tester și colab., 2004).Datorită configurațiilor și structurilor moleculare diferite, amidonurile bogate în AP sunt ușor de digerat, în timp ce amidonurile bogate în am nu sunt ușor de digerat (Singh și colab., 2010).Studiile anterioare au arătat că hrănirea cu amidon cu diferite rapoarte AM/AP are răspunsuri fiziologice semnificative la performanța de creștere a porcilor (Doti și colab., 2014; Vicente și colab., 2008).Aportul de hrană și eficiența hranei la porcii înțărcați au scăzut odată cu creșterea AM (regmi și colab., 2011).Cu toate acestea, dovezile emergente arată că dietele cu am mai mare măresc câștigul zilnic mediu și eficiența hranei porcilor în creștere (Li et al., 2017; Wang et al., 2019).În plus, unii oameni de știință au raportat că hrănirea cu diferite proporții AM/AP de amidon nu a afectat performanța de creștere a purceilor înțărcați (Gao și colab., 2020A; Yang și colab., 2015), în timp ce dieta bogată în AP a crescut digestibilitatea nutrienților la înțărcați. porci (Gao și colab., 2020A).Fibrele alimentare sunt o mică parte din alimente care provin din plante.O problemă majoră este că fibrele alimentare mai mari sunt asociate cu o utilizare mai scăzută a nutrienților și cu o valoare energetică netă mai mică (noble și Le, 2001).Dimpotrivă, aportul moderat de fibre nu a afectat performanța de creștere a porcilor înțărcați (Han & Lee, 2005; Zhang și colab., 2013).Efectele fibrelor alimentare asupra utilizării nutrienților și a valorii energetice nete sunt afectate de caracteristicile fibrelor, iar diferitele surse de fibre pot fi foarte diferite (lndber, 2014).La porcii înțărcați, suplimentarea cu fibre de mazăre a avut o rată de conversie a furajului mai mare decât hrănirea cu fibre de porumb, fibre de soia și fibre de tărâțe de grâu (Chen et al., 2014).În mod similar, purceii înțărcați tratați cu tărâțe de porumb și tărâțe de grâu au prezentat o eficiență a furajului și o creștere în greutate mai mare decât cei tratați cu coji de soia (Zhao et al., 2018).Interesant, nu a existat nicio diferență în performanța de creștere între grupul cu fibre de tărâțe de grâu și grupul cu inulină (Hu et al., 2020).În plus, în comparație cu purceii din grupul celuloză și grupul xilan, suplimentarea a fost mai eficientă. β-glucanul afectează performanța de creștere a purceilor (Wu et al., 2018).Oligozaharidele sunt carbohidrați cu greutate moleculară mică, intermediari între zaharuri și polizaharide (voragen, 1998).Au proprietăți fiziologice și fizico-chimice importante, inclusiv putere calorică scăzută și stimulează creșterea bacteriilor benefice, astfel încât pot fi utilizate ca probiotice dietetice (Bauer et al., 2006; Mussatto și mancilha, 2007).Suplimentarea oligozaharidei de chitosan (COS) poate îmbunătăți digestibilitatea nutrienților, poate reduce incidența diareei și poate îmbunătăți morfologia intestinală, îmbunătățind astfel performanța de creștere a porcilor înțărcați (Zhou et al., 2012).În plus, dietele suplimentate cu cos pot îmbunătăți performanța reproductivă a scroafelor (numărul de purcei vii) (Cheng și colab., 2015; Wan și colab., 2017) și performanța de creștere a porcilor în creștere (wontae și colab., 2008) .Suplimentarea cu MOS și fructo-oligozaharide poate îmbunătăți, de asemenea, performanța de creștere a porcilor (Che și colab., 2013; Duan și colab., 2016; Wang și colab., 2010; Wenner și colab., 2013).Aceste rapoarte indică faptul că diferiți carbohidrați au efecte diferite asupra performanței de creștere a porcilor (tabelul 2a).

3.2 funcția intestinală

Amidonul cu un raport ridicat am/ap poate îmbunătăți sănătatea intestinală (tribirinpoate fi protejat pentru porc) prin promovarea morfologiei intestinale și prin reglarea sporită a funcției intestinale legate de expresia genelor la porcii înțărcați (Han și colab., 2012; Xiang și colab., 2011).Raportul dintre înălțimea vilozităților și înălțimea vilozităților și adâncimea recesiunii ileonului și jejunului a fost mai mare atunci când a fost hrănit cu o dietă bogată, iar rata totală de apoptoză a intestinului subțire a fost mai mică.În același timp, a crescut și expresia genelor de blocare în duoden și jejun, în timp ce în grupul cu AP înalt, activitățile zaharozei și maltazei în jejunul porcilor înțărcați au fost crescute (Gao et al., 2020b).În mod similar, lucrările anterioare au descoperit că dietele bogate au redus pH-ul și dietele bogate în AP au crescut numărul total de bacterii din cecumul porcilor înțărcați (Gao și colab., 2020A).Fibrele alimentare sunt componenta cheie care afectează dezvoltarea și funcția intestinală a porcilor.Dovezile acumulate arată că fibrele alimentare îmbunătățesc morfologia intestinală și funcția de barieră a porcilor înțărcați și reduce incidența diareei (Chen et al., 2015; Lndber，2014； Wu et al., 2018).Deficiența de fibre alimentare crește susceptibilitatea agenților patogeni și afectează funcția de barieră a mucoasei colonului (Desai și colab., 2016), în timp ce hrănirea cu o dietă cu fibre foarte insolubile poate preveni agenții patogeni prin creșterea lungimii vilozităților la porci (hedemann et al., 2006). ).Diferitele tipuri de fibre au efecte diferite asupra funcției barierei de colon și ileon.Fibrele de tărâțe de grâu și de mazăre îmbunătățesc funcția de barieră intestinală prin reglarea expresiei genei TLR2 și îmbunătățirea comunităților microbiene intestinale în comparație cu fibrele de porumb și soia (Chen et al., 2015).Ingestia pe termen lung a fibrelor de mazăre poate regla expresia genelor sau proteinelor legate de metabolism, îmbunătățind astfel bariera de colon și funcția imunitară (Che et al., 2014).Inulina din dietă poate evita tulburările intestinale la purceii înțărcați prin creșterea permeabilității intestinale (Awad și colab., 2013).Este de remarcat faptul că combinația de fibre solubile (inulină) și insolubilă (celuloză) este mai eficientă decât singură, ceea ce poate îmbunătăți absorbția nutrițională și funcția de barieră intestinală la porcii înțărcați (Chen et al., 2019).Efectul fibrelor alimentare asupra mucoasei intestinale depinde de componentele acestora.Un studiu anterior a constatat că xilanul a promovat funcția de barieră intestinală, precum și modificări ale spectrului bacterian și metaboliților, iar glucanul a promovat funcția de barieră intestinală și sănătatea mucoasei, dar suplimentarea cu celuloză nu a arătat efecte similare la porcii înțărcați (Wu et al. , 2018).Oligozaharidele pot fi folosite ca surse de carbon pentru microorganismele din intestinul superior în loc să fie digerate și utilizate.Suplimentarea cu fructoză poate crește grosimea mucoasei intestinale, producția de acid butiric, numărul de celule recesive și proliferarea celulelor epiteliale intestinale la porcii înțărcați (Tsukahara și colab., 2003).Oligozaharidele pectinei pot îmbunătăți funcția de barieră intestinală și pot reduce daunele intestinale cauzate de rotavirus la purcei (Mao și colab., 2017).În plus, s-a descoperit că cos poate promova în mod semnificativ creșterea mucoasei intestinale și poate crește semnificativ expresia genelor de blocare la purcei (WAN, Jiang și colab. într-un mod cuprinzător, acestea indică faptul că diferite tipuri de carbohidrați pot îmbunătăți intestinul). funcția purceilor (tabelul 2b).

Rezumat și Perspectivă

Carbohidrații sunt principala sursă de energie a porcilor, care este compusă din diverse monozaharide, dizaharide, oligozaharide și polizaharide.Termenii bazați pe caracteristicile fiziologice ajută să se concentreze asupra potențialelor funcții de sănătate ale carbohidraților și să îmbunătățească acuratețea clasificării carbohidraților.Structuri și tipuri diferite de carbohidrați au efecte diferite asupra menținerii performanței de creștere, promovând funcția intestinală și echilibrul microbian și reglează metabolismul lipidelor și glucozei.Posibilul mecanism de reglare a carbohidraților a metabolismului lipidelor și glucozei se bazează pe metaboliții acestora (SCFA), care sunt fermentați de microbiota intestinală.În mod specific, carbohidrații din dietă pot regla metabolismul glucozei prin căile scfas-gpr43 / 41-glp1 / PYY și ampk-g6pase / PEPCK și pot regla metabolismul lipidelor prin căile scfas-gpr43 / 41 și amp / atp-ampk.În plus, atunci când diferite tipuri de carbohidrați sunt în cea mai bună combinație, performanța de creștere și funcția de sănătate a porcilor pot fi îmbunătățite.

Este demn de remarcat faptul că funcțiile potențiale ale carbohidraților în exprimarea proteinelor și a genelor și în reglarea metabolică vor fi descoperite prin utilizarea metodelor de proteomică funcțională, genomică și metabonomică cu randament ridicat.Nu în ultimul rând, evaluarea diferitelor combinații de carbohidrați este o condiție prealabilă pentru studiul diverselor diete cu carbohidrați în producția de porci.

Sursă: Jurnalul de știință a animalelor