Abstrakcyjny

Największym postępem w badaniach nad węglowodanami w żywieniu i zdrowiu świń jest bardziej przejrzysta klasyfikacja węglowodanów, oparta nie tylko na ich strukturze chemicznej, ale także na ich właściwościach fizjologicznych. Oprócz tego, że są głównym źródłem energii, różne rodzaje i struktury węglowodanów korzystnie wpływają na odżywianie i zdrowie świń. Są one zaangażowane w promowanie wzrostu i funkcji jelit świń, regulację mikroflory jelitowej oraz metabolizm lipidów i glukozy. Podstawowym mechanizmem działania węglowodanów jest ich metabolizm poprzez ich metabolity (krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe [SCFA]), a głównie poprzez szlaki scfas-gpr43 / 41-pyy / GLP1, SCFA amp / atp-ampk i scfas-ampk-g6paza / PEPCK, regulujące metabolizm tłuszczów i glukozy. Nowe badania oceniają optymalną kombinację różnych rodzajów i struktur węglowodanów, która może poprawić wzrost i strawność składników odżywczych, promować funkcje jelit i zwiększyć liczebność bakterii produkujących maślan u świń. Ogólnie rzecz biorąc, przekonujące dowody potwierdzają pogląd, że węglowodany odgrywają ważną rolę w funkcjach żywieniowych i zdrowotnych świń. Ponadto, określenie składu węglowodanów będzie miało wartość teoretyczną i praktyczną dla rozwoju technologii bilansowania węglowodanów u świń.

1. Przedmowa

Węglowodany polimeryczne, skrobia i polisacharydy nieskrobiowe (NSP) są głównymi składnikami diet i głównymi źródłami energii dla świń, stanowiąc 60% - 70% całkowitego spożycia energii (Bach Knudsen). Warto zauważyć, że różnorodność i struktura węglowodanów są bardzo złożone, co ma różny wpływ na świnie. Poprzednie badania wykazały, że żywienie skrobią o różnym stosunku amylozy do amylozy (AM / AP) ma oczywistą odpowiedź fizjologiczną na wyniki wzrostu świń (Doti i in., 2014; Vicente i in., 2008). Uważa się, że włókno pokarmowe, składające się głównie z NSP, zmniejsza wykorzystanie składników odżywczych i wartość energetyczną netto zwierząt monogastrycznych (NOBLET i le, 2001). Jednakże spożycie włókna pokarmowego nie miało wpływu na wyniki wzrostu prosiąt (Han i Lee, 2005). Coraz więcej dowodów wskazuje na to, że błonnik pokarmowy poprawia morfologię jelit i funkcję bariery jelitowej u prosiąt oraz zmniejsza częstość występowania biegunki (Chen i in., 2015; Lndberg, 2014; Wu i in., 2018). Dlatego pilnie potrzebne są badania nad efektywnym wykorzystaniem węglowodanów złożonych w diecie, zwłaszcza pasz bogatych w błonnik. Strukturalne i taksonomiczne właściwości węglowodanów oraz ich funkcje odżywcze i zdrowotne dla świń muszą zostać opisane i uwzględnione w recepturach pasz. NSP i skrobia oporna (RS) to główne węglowodany niestrawne (wey i in., 2011), podczas gdy mikrobiota jelitowa fermentuje węglowodany niestrawne do krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (SCFA); Turnbaugh i in., 2006). Ponadto niektóre oligosacharydy i polisacharydy są uważane za probiotyki dla zwierząt, które mogą być stosowane w celu stymulacji udziału Lactobacillus i Bifidobacterium w jelitach (Mikkelsen i in., 2004; M ø LBAK i in., 2007; Wellock i in., 2008). Donoszono, że suplementacja oligosacharydami poprawia skład mikrobiomu jelitowego (de Lange i in., 2010). Aby zminimalizować stosowanie antybakteryjnych stymulatorów wzrostu w hodowli trzody chlewnej, ważne jest znalezienie innych sposobów na osiągnięcie dobrego zdrowia zwierząt. Istnieje możliwość dodania większej różnorodności węglowodanów do paszy dla trzody chlewnej. Coraz więcej dowodów wskazuje na to, że optymalna kombinacja skrobi, NSP i MOS może wspomagać wzrost i strawność składników odżywczych, zwiększać liczbę bakterii produkujących maślan oraz w pewnym stopniu poprawiać metabolizm lipidów u odsadzonych prosiąt (Zhou, Chen i in., 2020; Zhou, Yu i in., 2020). Dlatego celem niniejszego artykułu jest przegląd aktualnych badań nad kluczową rolą węglowodanów w promowaniu wzrostu i funkcji jelit, regulacji mikroflory jelitowej i zdrowia metabolicznego, a także zbadanie kombinacji węglowodanów u świń.

2. Klasyfikacja węglowodanów

Węglowodany dietetyczne można klasyfikować według ich wielkości cząsteczkowej, stopnia polimeryzacji (DP), typu wiązania (a lub b) i składu poszczególnych monomerów (Cummings, Stephen, 2007). Warto zauważyć, że główna klasyfikacja węglowodanów opiera się na ich DP, takich jak monosacharydy lub disacharydy (DP, 1-2), oligosacharydy (DP, 3-9) i polisacharydy (DP, ≥ 10), które składają się ze skrobi, NSP i wiązań glikozydowych (Cummings, Stephen, 2007; Englyst i in., 2007; Tabela 1). Analiza chemiczna jest niezbędna do zrozumienia fizjologicznych i zdrowotnych skutków węglowodanów. Dzięki bardziej kompleksowej identyfikacji chemicznej węglowodanów możliwe jest ich pogrupowanie według ich zdrowotnych i fizjologicznych skutków oraz uwzględnienie ich w ogólnym planie klasyfikacji (englyst i in., 2007). Węglowodany (monosacharydy, disacharydy i większość skrobi), które mogą być trawione przez enzymy gospodarza i wchłaniane w jelicie cienkim, definiuje się jako węglowodany strawne lub przyswajalne (Cummings, Stephen, 2007). Węglowodany, które są oporne na trawienie jelitowe lub słabo wchłaniane i metabolizowane, ale mogą ulec degradacji w wyniku fermentacji mikrobiologicznej, są uważane za węglowodany oporne, takie jak większość NSP, niestrawne oligosacharydy i RS. Zasadniczo węglowodany oporne definiuje się jako niestrawne lub nieużyteczne, ale stanowią one stosunkowo dokładniejszy opis klasyfikacji węglowodanów (englyst i in., 2007).

3.1 wydajność wzrostu

Skrobia składa się z dwóch rodzajów polisacharydów. Amyloza (AM) jest rodzajem liniowej skrobi dekstranu połączonego wiązaniami α(1-4), amylopektyna (AP) jest dekstranem połączonym wiązaniami α(1-4), zawierającym około 5% dekstranu α(1-6), tworząc rozgałęzioną cząsteczkę (Tester i in., 2004). Ze względu na różne konfiguracje i struktury molekularne, skrobie bogate w AP są łatwe do strawienia, podczas gdy skrobie bogate w AM są trudne do strawienia (Singh i in., 2010). Poprzednie badania wykazały, że podawanie skrobi o różnym stosunku AM/AP ma istotne fizjologiczne odpowiedzi na wydajność wzrostu świń (Doti i in., 2014; Vicente i in., 2008). Pobranie paszy i wydajność paszy odsadzonych prosiąt zmniejszyły się wraz ze wzrostem AM (Regmi i in., 2011). Jednakże pojawiające się dowody wskazują, że diety z wyższą zawartością błonnika pokarmowego zwiększają średni dzienny przyrost masy ciała i efektywność wykorzystania paszy u rosnących świń (Li i in., 2017; Wang i in., 2019). Ponadto niektórzy naukowcy donieśli, że podawanie różnych stosunków AM/AP skrobi nie miało wpływu na wyniki wzrostu odsadzonych prosiąt (Gao i in., 2020A; Yang i in., 2015), podczas gdy dieta z wysoką zawartością błonnika pokarmowego zwiększała strawność składników odżywczych u odsadzonych prosiąt (Gao i in., 2020A). Błonnik pokarmowy stanowi niewielką część pożywienia, która pochodzi z roślin. Głównym problemem jest to, że wyższa zawartość błonnika pokarmowego wiąże się z niższym wykorzystaniem składników odżywczych i niższą wartością energetyczną netto (noble i Le, 2001). Z drugiej strony, umiarkowane spożycie błonnika nie miało wpływu na wyniki wzrostu odsadzonych prosiąt (Han i Lee, 2005; Zhang i in., 2013). Wpływ błonnika pokarmowego na wykorzystanie składników odżywczych i wartość energetyczną netto zależy od właściwości włókna, a różne źródła włókna mogą się znacznie różnić (Indber, 2014). U odsadzonych prosiąt suplementacja włóknem grochowym miała wyższy wskaźnik konwersji paszy niż karmienie włóknem kukurydzianym, włóknem sojowym i włóknem z otrębów pszennych (Chen i in., 2014). Podobnie, odsadzone prosięta leczone otrębami kukurydzianymi i otrębami pszennymi wykazywały wyższą efektywność karmienia i przyrost masy ciała niż te, którym podawano łuski sojowe (Zhao i in., 2018). Co ciekawe, nie było różnicy w wynikach wzrostu między grupą z włóknem z otrębów pszennych a grupą z inuliną (Hu i in., 2020). Ponadto, w porównaniu z prosiętami z grupy celulozowej i grupy z ksylanem, suplementacja była skuteczniejsza β-Glukan upośledza wyniki wzrostu prosiąt (Wu i in., 2018). Oligosacharydy to węglowodany o niskiej masie cząsteczkowej, pośrednie między cukrami a polisacharydami (voragen, 1998). Posiadają one ważne właściwości fizjologiczne i fizykochemiczne, w tym niską wartość kaloryczną i stymulują wzrost pożytecznych bakterii, dzięki czemu mogą być stosowane jako probiotyki dietetyczne (Bauer i in., 2006; Mussatto i mancilha, 2007). Suplementacja oligosacharydem chitozanowym (COS) może poprawić strawność składników odżywczych, zmniejszyć częstość występowania biegunki i poprawić morfologię jelit, poprawiając tym samym wskaźniki wzrostu odsadzonych prosiąt (Zhou i in., 2012). Ponadto diety wzbogacone o COS mogą poprawić wskaźniki rozrodu loch (liczba żywych prosiąt) (Cheng i in., 2015; Wan i in., 2017) oraz wskaźniki wzrostu rosnących świń (wontae i in., 2008). Suplementacja MOS i fruktooligosacharydów może również poprawić wskaźniki wzrostu świń (Che i in., 2013; Duan i in., 2016; Wang i in., 2010; Wenner i in., 2013). Doniesienia te wskazują, że różne węglowodany mają różny wpływ na wskaźniki wzrostu świń (tabela 2a).

3.2 funkcja jelit

Wysoki stosunek skrobi am/ap może poprawić zdrowie jelit(trybyrynamoże chronić go dla świń) poprzez promowanie morfologii jelit i regulację funkcji jelitowych związanych z ekspresją genów u odsadzonych prosiąt (Han i in., 2012; Xiang i in., 2011). Stosunek wysokości kosmków do wysokości kosmków i głębokości wnęki jelita krętego i czczego był wyższy u zwierząt karmionych dietą o wysokiej zawartości błonnika pokarmowego, a całkowity wskaźnik apoptozy jelita cienkiego był niższy. Jednocześnie zwiększyła się również ekspresja genów blokujących w dwunastnicy i jelicie czczym, podczas gdy w grupie o wysokiej zawartości błonnika pokarmowego (AP) wzrosła aktywność sacharozy i maltazy w jelicie czczym odsadzonych prosiąt (Gao i in., 2020b). Podobnie, poprzednie badania wykazały, że diety bogate w błonnik pokarmowy obniżały pH, a diety bogate w błonnik pokarmowy zwiększały całkowitą liczbę bakterii w jelicie ślepym odsadzonych prosiąt (Gao i in., 2020A). Błonnik pokarmowy jest kluczowym składnikiem wpływającym na rozwój i funkcję jelit u świń. Zgromadzone dowody wskazują, że błonnik pokarmowy poprawia morfologię jelit i funkcję bariery jelitowej u odsadzonych prosiąt oraz zmniejsza częstość występowania biegunki (Chen i in., 2015; Lndber, 2014; Wu i in., 2018). Niedobór błonnika pokarmowego zwiększa podatność na patogeny i upośledza funkcję barierową błony śluzowej jelita grubego (Desai i in., 2016), podczas gdy żywienie dietą z wysoce nierozpuszczalnym błonnikiem może zapobiegać patogenom poprzez zwiększenie długości kosmków jelitowych u świń (Hedemann i in., 2006). Różne rodzaje błonnika mają różny wpływ na funkcjonowanie bariery jelitowej i krętej. Włókna z otrębów pszennych i grochu wzmacniają funkcję bariery jelitowej poprzez regulację ekspresji genu TLR2 i poprawę mikroflory jelitowej w porównaniu z włóknami kukurydzianymi i sojowymi (Chen i in., 2015). Długotrwałe spożywanie błonnika grochowego może regulować ekspresję genów lub białek związanych z metabolizmem, poprawiając w ten sposób barierę jelitową i funkcjonowanie układu odpornościowego (Che i in., 2014). Inulina w diecie może zapobiegać zaburzeniom jelitowym u odsadzonych prosiąt poprzez zwiększenie przepuszczalności jelit (Awad i in., 2013). Warto zauważyć, że połączenie błonnika rozpuszczalnego (inuliny) i nierozpuszczalnego (celulozy) jest skuteczniejsze niż samo, co może poprawić wchłanianie składników odżywczych i funkcjonowanie bariery jelitowej u odsadzonych prosiąt (Chen i in., 2019). Wpływ błonnika pokarmowego na błonę śluzową jelit zależy od jego składników. Wcześniejsze badanie wykazało, że ksylan wspomagał funkcjonowanie bariery jelitowej, a także zmiany w spektrum bakterii i metabolitach, a glukan wspomagał funkcjonowanie bariery jelitowej i zdrowie błony śluzowej, ale suplementacja celulozą nie wykazała podobnych efektów u odsadzonych prosiąt (Wu i in., 2018). Oligosacharydy mogą być wykorzystywane jako źródło węgla dla mikroorganizmów w górnym odcinku jelita, zamiast być trawione i wykorzystywane. Suplementacja fruktozą może zwiększyć grubość błony śluzowej jelit, produkcję kwasu masłowego, liczbę komórek recesywnych i proliferację komórek nabłonka jelitowego u odsadzonych prosiąt (Tsukahara i in., 2003). Oligosacharydy pektynowe mogą poprawić funkcjonowanie bariery jelitowej i zmniejszyć uszkodzenia jelit wywołane przez rotawirusy u prosiąt (Mao i in., 2017). Ponadto stwierdzono, że kos może znacząco promować wzrost błony śluzowej jelit i znacząco zwiększać ekspresję genów blokujących u prosiąt (WAN, Jiang i in., 2017). W kompleksowy sposób wskazują one, że różne rodzaje węglowodanów mogą poprawić funkcjonowanie jelit u prosiąt (tabela 2b).

Podsumowanie i perspektywa

Węglowodany są głównym źródłem energii dla świń, składającym się z różnych monosacharydów, disacharydów, oligosacharydów i polisacharydów. Terminy oparte na cechach fizjologicznych pomagają skupić się na potencjalnych funkcjach zdrowotnych węglowodanów i poprawić dokładność ich klasyfikacji. Różne struktury i rodzaje węglowodanów mają różny wpływ na utrzymanie wydajności wzrostu, wspomaganie funkcji jelit i równowagi mikrobiologicznej oraz regulację metabolizmu lipidów i glukozy. Potencjalny mechanizm regulacji metabolizmu lipidów i glukozy przez węglowodany opiera się na ich metabolitach (SCFA), które są fermentowane przez mikrobiotę jelitową. W szczególności węglowodany w diecie mogą regulować metabolizm glukozy poprzez szlaki scfas-gpr43/41-glp1/PYY i ampk-g6paza/PEPCK, a także regulować metabolizm lipidów poprzez szlaki scfas-gpr43/41 i amp/atp-ampk. Ponadto, optymalne połączenie różnych rodzajów węglowodanów może poprawić wydajność wzrostu i funkcje zdrowotne świń.

Warto zauważyć, że potencjalne funkcje węglowodanów w ekspresji białek i genów oraz regulacji metabolizmu zostaną odkryte dzięki zastosowaniu wysokoprzepustowych metod proteomiki funkcjonalnej, genomiki i metabonomiki. Wreszcie, ocena różnych kombinacji węglowodanów jest warunkiem wstępnym do badania zróżnicowanych diet węglowodanowych w produkcji trzody chlewnej.

Źródło: Animal Science Journal