Abstrakt

Det största framstegen inom kolhydratforskningen inom gris näring och hälsa är den tydligare klassificeringen av kolhydrater, som inte bara baseras på dess kemiska struktur, utan också på dess fysiologiska egenskaper.Förutom att vara den huvudsakliga energikällan är olika typer och strukturer av kolhydrater fördelaktiga för grisarnas närings- och hälsofunktioner.De är involverade i att främja tillväxtprestanda och tarmfunktion hos grisar, reglera tarmens mikrobiella gemenskap och reglera metabolismen av lipider och glukos.Den grundläggande mekanismen för kolhydrater är genom dess metaboliter (kortkedjiga fettsyror [SCFAs]) och främst genom scfas-gpr43 / 41-pyy / GLP1, SCFAs amp / atp-ampk och scfas-ampk-g6pase / PEPCK vägar för att reglera fett och glukosmetabolism.Nya studier har utvärderat den optimala kombinationen av olika typer och strukturer av kolhydrater, vilket kan förbättra tillväxtprestanda och näringsämnessmältbarhet, främja tarmfunktionen och öka mängden butyratproducerande bakterier hos grisar.Sammantaget stöder övertygande bevis uppfattningen att kolhydrater spelar en viktig roll i närings- och hälsofunktionerna hos grisar.Dessutom kommer bestämning av kolhydratsammansättning att ha teoretiskt och praktiskt värde för utvecklingen av kolhydratbalansteknik hos grisar.

1. Förord

Polymera kolhydrater, stärkelse och icke-stärkelsepolysackarider (NSP) är huvudkomponenterna i dieter och grisars huvudsakliga energikällor, och står för 60 % - 70 % av det totala energiintaget (Bach Knudsen).Det är värt att notera att variationen och strukturen av kolhydrater är mycket komplexa, vilket har olika effekter på grisar.Tidigare studier har visat att utfodring med stärkelse med olika förhållande mellan amylos och amylos (AM/AP) har ett uppenbart fysiologiskt svar på grisars tillväxtprestanda (Doti et al., 2014; Vicente et al., 2008).Kostfiber, huvudsakligen sammansatt av NSP, tros minska näringsutnyttjandet och nettoenergivärdet hos enmagade djur (NOBLET och le, 2001).Intag av kostfiber påverkade dock inte smågrisarnas tillväxtprestanda (Han & Lee, 2005).Fler och fler bevis visar att kostfiber förbättrar tarmmorfologin och barriärfunktionen hos smågrisar, och minskar förekomsten av diarré (Chen et al., 2015; Lndberg, 2014; Wu et al., 2018).Därför är det angeläget att studera hur man effektivt kan utnyttja de komplexa kolhydraterna i kosten, särskilt fodret som är rikt på fibrer.De strukturella och taxonomiska egenskaperna hos kolhydrater och deras närings- och hälsofunktioner för grisar måste beskrivas och beaktas i foderformuleringar.NSP och resistent stärkelse (RS) är de viktigaste icke smältbara kolhydraterna (wey et al., 2011), medan tarmmikrobiotan jäser icke smältbara kolhydrater till kortkedjiga fettsyror (SCFAs);Turnbaugh et al., 2006).Dessutom betraktas vissa oligosackarider och polysackarider som probiotika från djur, vilket kan användas för att stimulera andelen Lactobacillus och Bifidobacterium i tarmen (Mikkelsen et al., 2004; M ø LBAK et al., 2007; Wellock et al. , 2008).Oligosackaridtillskott har rapporterats förbättra sammansättningen av tarmmikrobiotan (de Lange et al., 2010).För att minimera användningen av antimikrobiella tillväxtfrämjare i grisproduktionen är det viktigt att hitta andra sätt att uppnå god djurhälsa.Det finns en möjlighet att lägga till mer variation av kolhydrater till grisfoder.Fler och fler bevis visar att den optimala kombinationen av stärkelse, NSP och MOS kan främja tillväxtprestanda och näringssmältbarhet, öka antalet butyratproducerande bakterier och förbättra lipidmetabolismen hos avvanda grisar i viss utsträckning (Zhou, Chen, et al. ., 2020; Zhou, Yu, et al., 2020).Därför är syftet med denna artikel att granska den aktuella forskningen om kolhydraternas nyckelroll för att främja tillväxtprestanda och tarmfunktion, reglera tarmens mikrobiella gemenskap och metabolisk hälsa, och att utforska kolhydratkombinationen av grisar.

2. Klassificering av kolhydrater

Dietkolhydrater kan klassificeras efter deras molekylstorlek, polymerisationsgrad (DP), anslutningstyp (a eller b) och sammansättning av enskilda monomerer (Cummings, Stephen, 2007).Det är värt att notera att den huvudsakliga klassificeringen av kolhydrater är baserad på deras DP, såsom monosackarider eller disackarider (DP, 1-2), oligosackarider (DP, 3-9) och polysackarider (DP, ≥ 10), som är sammansatta av stärkelse, NSP och glykosidbindningar (Cummings, Stephen, 2007; Englyst et al., 2007; Tabell 1).Kemisk analys är nödvändig för att förstå kolhydraternas fysiologiska och hälsoeffekter.Med en mer omfattande kemisk identifiering av kolhydrater är det möjligt att gruppera dem efter deras hälso- och fysiologiska effekter och att inkludera dem i den övergripande klassificeringsplanen (englyst et al., 2007).Kolhydrater (monosackarider, disackarider och de flesta stärkelser) som kan smältas av värdenzymer och absorberas i tunntarmen definieras som smältbara eller tillgängliga kolhydrater (Cummings, Stephen, 2007).Kolhydrater som är resistenta mot tarmsmältning, eller dåligt absorberade och metaboliserade, men som kan brytas ned av mikrobiell jäsning anses vara resistenta kolhydrater, såsom de flesta NSP, svårsmältbara oligosackarider och RS.I huvudsak definieras resistenta kolhydrater som svårsmälta eller oanvändbara, men ger en relativt mer exakt beskrivning av klassificeringen av kolhydrater (englyst et al., 2007).

3.1 tillväxtprestanda

Stärkelse består av två typer av polysackarider.Amylos (AM) är en sorts linjär stärkelse α (1-4) länkad dextran, amylopektin (AP) är en α (1-4) länkad dextran, som innehåller cirka 5% dextran α (1-6) för att bilda en grenad molekyl (tester et al., 2004).På grund av olika molekylära konfigurationer och strukturer är AP-rik stärkelse lätt att smälta, medan am-rik stärkelse inte är lätt att smälta (Singh et al., 2010).Tidigare studier har visat att stärkelseutfodring med olika AM/AP-förhållanden har betydande fysiologiska svar på grisars tillväxtprestanda (Doti et al., 2014; Vicente et al., 2008).Foderintag och fodereffektivitet hos avvanda grisar minskade med ökningen av AM (regmi et al., 2011).Emellertid, framväxande bevis rapporterar att dieter med högre am ökar den genomsnittliga dagliga ökningen och fodereffektiviteten för växande grisar (Li et al., 2017; Wang et al., 2019).Dessutom rapporterade vissa forskare att utfodring av olika AM/AP-förhållanden av stärkelse inte påverkade tillväxtprestandan hos avvanda smågrisar (Gao et al., 2020A; Yang et al., 2015), medan diet med hög AP ökade näringssmältbarheten hos avvanda smågrisar. grisar (Gao et al., 2020A).Kostfiber är en liten del av maten som kommer från växter.Ett stort problem är att högre kostfiber är förknippat med lägre näringsutnyttjande och lägre nettoenergivärde (noble & Le, 2001).Tvärtom, måttligt fiberintag påverkade inte tillväxtprestandan hos avvanda grisar (Han & Lee, 2005; Zhang et al., 2013).Kostfibers effekter på näringsutnyttjande och nettoenergivärde påverkas av fiberegenskaper och olika fiberkällor kan vara mycket olika (Lndber, 2014).Hos avvanda grisar hade tillskott med ärtfiber en högre foderomvandlingshastighet än utfodring av majsfiber, sojabönfiber och veteklifiber (Chen et al., 2014).På liknande sätt visade avvanda smågrisar behandlade med majskli och vetekli högre fodereffektivitet och viktökning än de som behandlats med sojabönsskal (Zhao et al., 2018).Intressant nog fanns det ingen skillnad i tillväxtprestanda mellan veteklifibergruppen och inulingruppen (Hu et al., 2020).Dessutom, jämfört med smågrisarna i cellulosagruppen och xylangruppen, var tillskottet effektivare β- Glukan försämrar tillväxtprestanda hos smågrisar (Wu et al., 2018).Oligosackarider är kolhydrater med låg molekylvikt, mellanliggande mellan sockerarter och polysackarider (voragen, 1998).De har viktiga fysiologiska och fysikalisk-kemiska egenskaper, inklusive lågt värmevärde och stimulerar tillväxten av nyttiga bakterier, så de kan användas som kostprobiotika (Bauer et al., 2006; Mussatto och mancilha, 2007).Tillskott av kitosanoligosackarid (COS) kan förbättra smältbarheten av näringsämnen, minska förekomsten av diarré och förbättra tarmmorfologin och på så sätt förbättra tillväxtprestandan hos avvanda grisar (Zhou et al., 2012).Dessutom kan dieter kompletterade med cos förbättra reproduktionsförmågan hos suggor (antalet levande smågrisar) (Cheng et al., 2015; Wan et al., 2017) och tillväxtprestanda hos växande grisar (wontae et al., 2008) .Tillskott av MOS och fruktooligosackarid kan också förbättra tillväxtprestandan hos grisar (Che et al., 2013; Duan et al., 2016; Wang et al., 2010; Wenner et al., 2013).Dessa rapporter indikerar att olika kolhydrater har olika effekter på grisars tillväxtprestanda (tabell 2a).

3.2 tarmfunktion

Högt am/ap ratio stärkelse kan förbättra tarmhälsa (tribyrinkan skydda den för gris) genom att främja tarmmorfologi och uppreglera tarmfunktion relaterad till genuttryck hos avvänjande grisar (Han et al., 2012; Xiang et al., 2011).Förhållandet mellan villi-höjd och villi-höjd och fördjupningsdjup i ileum och jejunum var högre när de matades med hög am-diet, och den totala apoptoshastigheten i tunntarmen var lägre.Samtidigt ökade det också uttrycket av blockerande gener i duodenum och jejunum, medan i gruppen med hög AP ökade aktiviteterna av sackaros och maltas i jejunum hos avvanda grisar (Gao et al., 2020b).På liknande sätt fann tidigare arbete att am-rik kost minskade pH och AP-rik dieter ökade det totala antalet bakterier i blindtarmen hos avvanda grisar (Gao et al., 2020A).Kostfiber är nyckelkomponenten som påverkar tarmens utveckling och funktion hos grisar.De ackumulerade bevisen visar att kostfibern förbättrar tarmmorfologin och barriärfunktionen hos avvanda grisar och minskar förekomsten av diarré (Chen et al., 2015; Lndber，2014； Wu et al., 2018).Brist på kostfiber ökar känsligheten för patogener och försämrar barriärfunktionen hos tjocktarmsslemhinnan (Desai et al., 2016), medan utfodring med mycket olöslig fiberdiet kan förhindra patogener genom att öka längden på villi hos grisar (hedemann et al., 2006) ).De olika typerna av fibrer har olika effekter på funktionen av kolon och ileumbarriär.Vetekli och ärtfibrer förbättrar tarmbarriärfunktionen genom att reglera TLR2-genuttryck och förbättra tarmmikrobiella samhällen jämfört med majs- och sojabönsfibrer (Chen et al., 2015).Långtidsintag av ärtfiber kan reglera metabolismrelaterat gen- eller proteinuttryck, och därigenom förbättra kolonbarriären och immunfunktionen (Che et al., 2014).Inulin i kosten kan undvika tarmstörningar hos avvanda smågrisar genom att öka tarmpermeabiliteten (Awad et al., 2013).Det är värt att notera att kombinationen av löslig (inulin) och olöslig fiber (cellulosa) är effektivare än ensam, vilket kan förbättra näringsupptaget och tarmbarriärfunktionen hos avvanda grisar (Chen et al., 2019).Effekten av kostfiber på tarmslemhinnan beror på deras komponenter.En tidigare studie fann att xylan främjade tarmbarriärfunktionen, såväl som förändringar i bakteriespektrum och metaboliter, och glukan främjade tarmbarriärfunktionen och slemhinnans hälsa, men tillskottet av cellulosa visade inte liknande effekter hos avvänjningsgrisar (Wu et al. , 2018).Oligosackarider kan användas som kolkällor för mikroorganismerna i övre tarmen istället för att smältas och utnyttjas.Fruktostillskott kan öka tarmens slemhinnas tjocklek, smörsyraproduktionen, antalet recessiva celler och proliferationen av tarmepitelceller hos avvanda grisar (Tsukahara et al., 2003).Pektinoligosackarider kan förbättra tarmbarriärfunktionen och minska tarmskador orsakade av rotavirus hos smågrisar (Mao et al., 2017).Dessutom har man funnit att cos avsevärt kan främja tillväxten av tarmslemhinnan och avsevärt öka uttrycket av blockerande gener hos smågrisar (WAN, Jiang, et al. på ett heltäckande sätt, dessa indikerar att olika typer av kolhydrater kan förbättra tarmen funktion hos smågrisar (tabell 2b).

Sammanfattning och utsikter

Kolhydrater är den huvudsakliga energikällan för grisar, som är sammansatt av olika monosackarider, disackarider, oligosackarider och polysackarider.Termer baserade på fysiologiska egenskaper hjälper till att fokusera på kolhydraters potentiella hälsofunktioner och förbättra noggrannheten i kolhydratklassificeringen.Olika strukturer och typer av kolhydrater har olika effekter på att bibehålla tillväxtprestanda, främja tarmfunktion och mikrobiell balans, och reglera lipid- och glukosmetabolism.Den möjliga mekanismen för kolhydratreglering av lipid- och glukosmetabolism är baserad på deras metaboliter (SCFA), som fermenteras av tarmmikrobiota.Specifikt kan kolhydrater i kosten reglera glukosmetabolism genom scfas-gpr43 / 41-glp1 / PYY och ampk-g6pase / PEPCK-vägar, och reglera lipidmetabolism genom scfas-gpr43 / 41 och amp / atp-ampk-vägar.Dessutom, när olika typer av kolhydrater är i den bästa kombinationen, kan grisarnas tillväxtprestanda och hälsofunktion förbättras.

Det är värt att notera att kolhydraternas potentiella funktioner i protein- och genuttryck och metabolisk reglering kommer att upptäckas genom att använda högkapacitetsfunktionella proteomik-, genomik- och metabonomiska metoder.Sist men inte minst är utvärderingen av olika kolhydratkombinationer en förutsättning för att studera olika kolhydratdieter i grisproduktion.

Källa: Animal Science Journal