trừu tượng

Tiến bộ lớn nhất của nghiên cứu carbohydrate trong dinh dưỡng và sức khỏe của lợn là việc phân loại carbohydrate rõ ràng hơn, không chỉ dựa trên cấu trúc hóa học mà còn dựa trên các đặc điểm sinh lý của nó.Ngoài việc là nguồn năng lượng chính, các loại và cấu trúc khác nhau của carbohydrate đều có lợi cho chức năng dinh dưỡng và sức khỏe của lợn.Chúng tham gia vào việc thúc đẩy hiệu suất tăng trưởng và chức năng đường ruột của lợn, điều hòa quần thể vi khuẩn đường ruột và điều hòa quá trình chuyển hóa lipid và glucose.Cơ chế cơ bản của carbohydrate là thông qua các chất chuyển hóa của nó (axit béo chuỗi ngắn [SCFA]) và chủ yếu thông qua các con đường scfas-gpr43/41-pyy/GLP1, SCFAs amp/atp-ampk và scfas-ampk-g6pase/PEPCK để điều hòa chất béo và Sự trao đổi đường glucozo.Các nghiên cứu mới đã đánh giá sự kết hợp tối ưu giữa các loại và cấu trúc carbohydrate khác nhau, có thể cải thiện hiệu suất tăng trưởng và khả năng tiêu hóa chất dinh dưỡng, thúc đẩy chức năng đường ruột và tăng lượng vi khuẩn sản xuất butyrate dồi dào ở lợn.Nhìn chung, bằng chứng thuyết phục ủng hộ quan điểm cho rằng carbohydrate đóng vai trò quan trọng trong chức năng dinh dưỡng và sức khỏe của lợn.Ngoài ra, việc xác định thành phần carbohydrate sẽ có giá trị lý luận và thực tiễn cho việc phát triển công nghệ cân bằng carbohydrate ở lợn.

1. Lời nói đầu

Polymeric carbohydrate, tinh bột và polysaccharides không tinh bột (NSP) là thành phần chính trong khẩu phần và là nguồn năng lượng chính của lợn, chiếm 60% - 70% tổng năng lượng ăn vào (Bach Knudsen).Điều đáng chú ý là sự đa dạng và cấu trúc của carbohydrate rất phức tạp, có tác dụng khác nhau đối với lợn.Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng cho ăn bằng tinh bột với tỷ lệ amyloza và amyloza (AM/AP) khác nhau có phản ứng sinh lý rõ ràng đối với hiệu suất tăng trưởng của lợn (Doti et al., 2014; Vicente et al., 2008).Chất xơ, chủ yếu bao gồm NSP, được cho là làm giảm việc sử dụng chất dinh dưỡng và giá trị năng lượng ròng của động vật dạ dày đơn (NOBLET và le, 2001).Tuy nhiên, lượng chất xơ ăn vào không ảnh hưởng đến hiệu suất tăng trưởng của heo con (Han & Lee, 2005).Ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy chất xơ cải thiện hình thái đường ruột và chức năng rào cản của heo con, đồng thời giảm tỷ lệ mắc bệnh tiêu chảy (Chen và cộng sự, 2015; Lndberg,2014; Wu và cộng sự, 2018).Vì vậy, việc nghiên cứu cách sử dụng hiệu quả carbohydrate phức hợp trong khẩu phần ăn, đặc biệt là thức ăn giàu chất xơ là rất cấp thiết.Các đặc điểm cấu trúc và phân loại của carbohydrate cũng như chức năng dinh dưỡng và sức khỏe của chúng đối với lợn phải được mô tả và xem xét trong công thức thức ăn.NSP và tinh bột kháng tiêu (RS) là những carbohydrate không tiêu hóa chính (wey và cộng sự, 2011), trong khi hệ vi sinh vật đường ruột lên men carbohydrate không tiêu hóa thành axit béo chuỗi ngắn (SCFA);Turnbaugh và cộng sự, 2006).Ngoài ra, một số oligosaccharide và polysaccharide được coi là probiotic của động vật, có thể dùng để kích thích tỷ lệ Lactobacillus và Bifidobacteria trong ruột (Mikkelsen et al., 2004; M ø LBAK et al., 2007; Wellock et al., 2004; Wellock et al. , 2008).Việc bổ sung Oligosacarit đã được báo cáo là giúp cải thiện thành phần của hệ vi sinh vật đường ruột (de Lange và cộng sự, 2010).Để giảm thiểu việc sử dụng các chất kích thích tăng trưởng kháng khuẩn trong chăn nuôi lợn, điều quan trọng là phải tìm ra những cách khác để đạt được sức khỏe vật nuôi tốt.Có cơ hội bổ sung nhiều loại carbohydrate hơn vào thức ăn cho lợn.Ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy sự kết hợp tối ưu giữa tinh bột, NSP và MOS có thể thúc đẩy hiệu suất tăng trưởng và khả năng tiêu hóa chất dinh dưỡng, tăng số lượng vi khuẩn sản xuất butyrate và cải thiện quá trình chuyển hóa lipid của lợn cai sữa ở một mức độ nhất định (Zhou, Chen, et al. ., 2020; Chu, Yu và cộng sự, 2020).Do đó, mục đích của bài viết này là xem xét nghiên cứu hiện tại về vai trò chính của carbohydrate trong việc thúc đẩy hiệu suất tăng trưởng và chức năng đường ruột, điều chỉnh cộng đồng vi khuẩn đường ruột và sức khỏe trao đổi chất, đồng thời khám phá sự kết hợp carbohydrate của lợn.

2. Phân loại carbohydrate

Carbohydrate trong chế độ ăn có thể được phân loại theo kích thước phân tử, mức độ trùng hợp (DP), loại kết nối (a hoặc b) và thành phần của các monome riêng lẻ (Cummings, Stephen, 2007).Điều đáng chú ý là việc phân loại chính carbohydrate dựa trên DP của chúng, chẳng hạn như monosacarit hoặc disacarit (DP, 1-2), oligosacarit (DP, 3-9) và polysacarit (DP, ≥ 10), bao gồm tinh bột, NSP và liên kết glycosid (Cummings, Stephen, 2007; Englyst et al., 2007; Bảng 1).Phân tích hóa học là cần thiết để hiểu được tác dụng sinh lý và sức khỏe của carbohydrate.Với việc xác định hóa học toàn diện hơn của carbohydrate, có thể nhóm chúng theo tác dụng sinh lý và sức khỏe của chúng và đưa chúng vào kế hoạch phân loại tổng thể (englyst et al., 2007).Carbohydrate (monosacarit, disacarit và hầu hết các loại tinh bột) có thể được tiêu hóa bởi enzyme của vật chủ và hấp thụ ở ruột non được định nghĩa là carbohydrate tiêu hóa được hoặc có sẵn (Cummings, Stephen, 2007).Carbohydrate có khả năng chống lại quá trình tiêu hóa ở ruột hoặc kém hấp thu và chuyển hóa nhưng có thể bị phân hủy do quá trình lên men của vi sinh vật được coi là carbohydrate kháng, chẳng hạn như hầu hết NSP, oligosacarit khó tiêu và RS.Về cơ bản, carbohydrate kháng thuốc được định nghĩa là khó tiêu hoặc không thể sử dụng được, nhưng cung cấp mô tả tương đối chính xác hơn về việc phân loại carbohydrate (englyst et al., 2007).

3.1 hiệu quả tăng trưởng

Tinh bột bao gồm hai loại polysaccharides.Amylose (AM) là một loại dextran liên kết với tinh bột tuyến tính α（1-4), amylopectin (AP) là một dextran liên kết α（1-4, chứa khoảng 5% dextran α（1-6) để tạo thành phân tử phân nhánh (người thử nghiệm và cộng sự, 2004).Do cấu hình và cấu trúc phân tử khác nhau nên tinh bột giàu AP dễ tiêu hóa, trong khi tinh bột giàu am khó tiêu hóa (Singh et al., 2010).Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc cho ăn tinh bột với các tỷ lệ AM/AP khác nhau có phản ứng sinh lý đáng kể đối với năng suất sinh trưởng của lợn (Doti và cộng sự, 2014; Vicente và cộng sự, 2008).Lượng ăn vào và hiệu quả sử dụng thức ăn của heo cai sữa giảm khi tăng AM (regmi et al., 2011).Tuy nhiên, bằng chứng mới nổi cho thấy khẩu phần có hàm lượng am cao hơn làm tăng tăng trọng trung bình hàng ngày và hiệu quả sử dụng thức ăn của lợn đang lớn (Li và cộng sự, 2017; Wang và cộng sự, 2019).Ngoài ra, một số nhà khoa học báo cáo rằng việc cho ăn các tỷ lệ AM/AP khác nhau của tinh bột không ảnh hưởng đến hiệu suất tăng trưởng của heo con cai sữa (Gao và cộng sự, 2020A; Yang và cộng sự, 2015), trong khi khẩu phần AP cao làm tăng khả năng tiêu hóa chất dinh dưỡng của heo con cai sữa. lợn (Gao và cộng sự, 2020A).Chất xơ là một phần nhỏ của thực phẩm có nguồn gốc từ thực vật.Một vấn đề lớn là chất xơ trong khẩu phần ăn cao hơn có liên quan đến việc sử dụng chất dinh dưỡng thấp hơn và giá trị năng lượng ròng thấp hơn (noble & Le, 2001).Ngược lại, lượng chất xơ vừa phải không ảnh hưởng đến hiệu suất tăng trưởng của heo cai sữa (Han & Lee, 2005; Zhang và cộng sự, 2013).Tác động của chất xơ đến việc sử dụng chất dinh dưỡng và giá trị năng lượng ròng bị ảnh hưởng bởi đặc tính của chất xơ và các nguồn chất xơ khác nhau có thể rất khác nhau (lndber, 2014).Ở lợn cai sữa, việc bổ sung chất xơ từ đậu có tỷ lệ chuyển đổi thức ăn cao hơn so với cho ăn chất xơ từ ngô, chất xơ đậu nành và chất xơ cám lúa mì (Chen và cộng sự, 2014).Tương tự, heo con cai sữa được xử lý bằng cám ngô và cám lúa mì cho thấy hiệu quả sử dụng thức ăn và tăng trọng cao hơn so với heo con cai sữa được xử lý bằng vỏ đậu nành (Zhao và cộng sự, 2018).Điều thú vị là không có sự khác biệt về hiệu suất tăng trưởng giữa nhóm chất xơ cám lúa mì và nhóm inulin (Hu và cộng sự, 2020).Ngoài ra, so với heo con trong nhóm cellulose và nhóm xylan, việc bổ sung β-glucan có hiệu quả hơn làm suy giảm hiệu suất tăng trưởng của heo con (Wu và cộng sự, 2018).Oligosacarit là carbohydrate có trọng lượng phân tử thấp, trung gian giữa đường và polysacarit (voragen, 1998).Chúng có các đặc tính sinh lý và hóa lý quan trọng, bao gồm nhiệt trị thấp và kích thích sự phát triển của vi khuẩn có lợi nên có thể được sử dụng làm chế phẩm sinh học trong chế độ ăn uống (Bauer và cộng sự, 2006; Mussatto và mancilha, 2007).Việc bổ sung chitosan oligosacarit (COS) có thể cải thiện khả năng tiêu hóa chất dinh dưỡng, giảm tỷ lệ mắc bệnh tiêu chảy và cải thiện hình thái đường ruột, do đó cải thiện hiệu suất tăng trưởng của lợn cai sữa (Zhou và cộng sự, 2012).Ngoài ra, khẩu phần bổ sung cos có thể cải thiện năng suất sinh sản của lợn nái (số lượng heo con sống) (Cheng và cộng sự, 2015; Wan và cộng sự, 2017) và hiệu suất tăng trưởng của lợn đang choai (wontae và cộng sự, 2008) .Việc bổ sung MOS và fructooligosaccharide cũng có thể cải thiện năng suất tăng trưởng của lợn (Che và cộng sự, 2013; Duan và cộng sự, 2016; Wang và cộng sự, 2010; Wenner và cộng sự, 2013).Những báo cáo này chỉ ra rằng các loại carbohydrate khác nhau có tác động khác nhau đến năng suất tăng trưởng của lợn (bảng 2a).

3.2 chức năng đường ruột

Tinh bột có tỷ lệ am/ap cao có thể cải thiện sức khỏe đường ruột (tribyrincó thể bảo vệ lợn) bằng cách thúc đẩy hình thái đường ruột và tăng cường điều chỉnh chức năng đường ruột liên quan đến biểu hiện gen ở lợn cai sữa (Han và cộng sự, 2012; Xiang và cộng sự, 2011).Tỷ lệ chiều cao nhung mao với chiều cao nhung mao và độ sâu lõm của hồi tràng và hỗng tràng cao hơn khi được cho ăn với chế độ ăn nhiều am và tỷ lệ chết theo chương trình tổng thể của ruột non thấp hơn.Đồng thời, còn làm tăng biểu hiện gen phong tỏa ở tá tràng và hỗng tràng, trong khi ở nhóm AP cao, hoạt động của sucrose và maltase trong hỗng tràng của lợn cai sữa tăng lên (Gao et al., 2020b).Tương tự, nghiên cứu trước đây cho thấy khẩu phần giàu pH làm giảm pH và khẩu phần giàu AP làm tăng tổng số vi khuẩn trong manh tràng của lợn cai sữa (Gao và cộng sự, 2020A).Chất xơ là thành phần chủ yếu ảnh hưởng đến sự phát triển và chức năng đường ruột của lợn.Bằng chứng tích lũy cho thấy chất xơ cải thiện hình thái đường ruột và chức năng rào cản của lợn cai sữa, đồng thời giảm tỷ lệ mắc bệnh tiêu chảy (Chen và cộng sự, 2015; Lndber,2014; Wu và cộng sự, 2018).Thiếu chất xơ làm tăng tính nhạy cảm của mầm bệnh và làm suy yếu chức năng rào cản của niêm mạc ruột kết (Desai và cộng sự, 2016), trong khi cho ăn bằng chế độ ăn nhiều chất xơ không hòa tan có thể ngăn ngừa mầm bệnh bằng cách tăng chiều dài lông nhung ở lợn (hedemann và cộng sự, 2006). ).Các loại sợi khác nhau có tác dụng khác nhau đối với chức năng của hàng rào đại tràng và hồi tràng.Cám lúa mì và sợi đậu tăng cường chức năng hàng rào ruột bằng cách điều chỉnh biểu hiện gen TLR2 và cải thiện quần thể vi sinh vật đường ruột so với sợi ngô và đậu nành (Chen và cộng sự, 2015).Ăn chất xơ đậu trong thời gian dài có thể điều chỉnh biểu hiện gen hoặc protein liên quan đến trao đổi chất, từ đó cải thiện hàng rào ruột kết và chức năng miễn dịch (Che et al., 2014).Inulin trong khẩu phần có thể tránh được tình trạng rối loạn đường ruột ở heo con cai sữa bằng cách tăng tính thấm của ruột (Awad và cộng sự, 2013).Điều đáng chú ý là sự kết hợp giữa chất xơ hòa tan (inulin) và chất xơ không hòa tan (cellulose) có hiệu quả hơn so với việc sử dụng đơn độc, có thể cải thiện sự hấp thụ dinh dưỡng và chức năng hàng rào ruột ở lợn cai sữa (Chen và cộng sự, 2019).Tác dụng của chất xơ đối với niêm mạc ruột phụ thuộc vào thành phần của chúng.Một nghiên cứu trước đây cho thấy xylan thúc đẩy chức năng hàng rào ruột, cũng như những thay đổi về phổ vi khuẩn và các chất chuyển hóa, còn glucan thúc đẩy chức năng hàng rào ruột và sức khỏe niêm mạc, nhưng việc bổ sung cellulose không cho thấy tác dụng tương tự ở lợn cai sữa (Wu et al. , 2018).Oligosacarit có thể được sử dụng làm nguồn carbon cho các vi sinh vật ở ruột trên thay vì được tiêu hóa và sử dụng.Bổ sung fructose có thể làm tăng độ dày niêm mạc ruột, sản xuất axit butyric, số lượng tế bào lặn và tăng sinh tế bào biểu mô ruột ở lợn cai sữa (Tsukahara và cộng sự, 2003).Pectin oligosaccharides có thể cải thiện chức năng hàng rào ruột và giảm tổn thương đường ruột do rotavirus gây ra ở heo con (Mao và cộng sự, 2017).Ngoài ra, người ta còn phát hiện ra rằng cos có thể thúc đẩy đáng kể sự phát triển của niêm mạc ruột và làm tăng đáng kể biểu hiện gen ngăn chặn ở heo con (WAN, Jiang và cộng sự, một cách toàn diện, những điều này chỉ ra rằng các loại carbohydrate khác nhau có thể cải thiện đường ruột chức năng của heo con (bảng 2b).

Tóm tắt và triển vọng

Carbonhydrate là nguồn năng lượng chính của lợn, bao gồm nhiều loại monosacarit, disacarit, oligosacarit và polysacarit khác nhau.Các thuật ngữ dựa trên đặc điểm sinh lý giúp tập trung vào các chức năng sức khỏe tiềm ẩn của carbohydrate và cải thiện tính chính xác của việc phân loại carbohydrate.Các cấu trúc và loại carbohydrate khác nhau có tác dụng khác nhau trong việc duy trì hiệu suất tăng trưởng, thúc đẩy chức năng đường ruột và cân bằng vi sinh vật, đồng thời điều chỉnh chuyển hóa lipid và glucose.Cơ chế có thể điều chỉnh carbohydrate của quá trình chuyển hóa lipid và glucose dựa trên các chất chuyển hóa của chúng (SCFA), được lên men bởi hệ vi sinh vật đường ruột.Cụ thể, carbohydrate trong chế độ ăn có thể điều hòa chuyển hóa glucose thông qua con đường scfas-gpr43/41-glp1/PYY và ampk-g6pase/PEPCK, đồng thời điều hòa chuyển hóa lipid thông qua con đường scfas-gpr43/41 và amp/atp-ampk.Ngoài ra, khi các loại carbohydrate khác nhau được kết hợp tốt nhất, hiệu suất tăng trưởng và chức năng sức khỏe của lợn có thể được cải thiện.

Điều đáng chú ý là các chức năng tiềm năng của carbohydrate trong biểu hiện protein và gen cũng như điều hòa trao đổi chất sẽ được phát hiện bằng cách sử dụng các phương pháp proteomics, genomics và metabonomics chức năng thông lượng cao.Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, việc đánh giá các cách kết hợp carbohydrate khác nhau là điều kiện tiên quyết để nghiên cứu các khẩu phần carbohydrate đa dạng trong chăn nuôi lợn.

Nguồn:Tạp chí khoa học động vật