Abstrak

Kemajuan terbesar dalam penyelidikan karbohidrat dalam pemakanan dan kesihatan babi adalah pengelasan karbohidrat yang lebih jelas, yang bukan sahaja berdasarkan struktur kimianya, tetapi juga berdasarkan ciri fisiologinya. Selain menjadi sumber tenaga utama, pelbagai jenis dan struktur karbohidrat bermanfaat untuk fungsi pemakanan dan kesihatan babi. Ia terlibat dalam menggalakkan prestasi pertumbuhan dan fungsi usus babi, mengawal selia komuniti mikrob usus, dan mengawal selia metabolisme lipid dan glukosa. Mekanisme asas karbohidrat adalah melalui metabolitnya (asid lemak rantai pendek [SCFA]) dan terutamanya melalui scfas-gpr43 / 41-pyy / GLP1, SCFAs amp / atp-ampk dan scfas-ampk-g6pase / PEPCK untuk mengawal selia metabolisme lemak dan glukosa. Kajian baharu telah menilai gabungan optimum pelbagai jenis dan struktur karbohidrat, yang boleh meningkatkan prestasi pertumbuhan dan kebolehcernaan nutrien, menggalakkan fungsi usus, dan meningkatkan banyak bakteria penghasil butirat dalam babi. Secara keseluruhan, bukti yang meyakinkan menyokong pandangan bahawa karbohidrat memainkan peranan penting dalam fungsi pemakanan dan kesihatan babi. Di samping itu, penentuan komposisi karbohidrat akan mempunyai nilai teori dan praktikal untuk pembangunan teknologi keseimbangan karbohidrat dalam babi.

1. Prakata

Karbohidrat polimerik, kanji dan polisakarida bukan kanji (NSP) merupakan komponen utama diet dan sumber tenaga utama babi, menyumbang 60% - 70% daripada jumlah pengambilan tenaga (Bach Knudsen). Perlu diingatkan bahawa kepelbagaian dan struktur karbohidrat adalah sangat kompleks, yang mempunyai kesan yang berbeza terhadap babi. Kajian terdahulu telah menunjukkan bahawa pemberian kanji dengan nisbah amilosa kepada amilosa (AM/AP) yang berbeza mempunyai tindak balas fisiologi yang jelas terhadap prestasi pertumbuhan babi (Doti et al., 2014; Vicente et al., 2008). Serat diet, terutamanya terdiri daripada NSP, dipercayai dapat mengurangkan penggunaan nutrien dan nilai tenaga bersih haiwan monogastrik (NOBLET dan le, 2001). Walau bagaimanapun, pengambilan serat diet tidak menjejaskan prestasi pertumbuhan anak babi (Han & Lee, 2005). Semakin banyak bukti menunjukkan bahawa serat diet meningkatkan morfologi usus dan fungsi penghalang anak babi, dan mengurangkan kejadian cirit-birit (Chen et al., 2015; Lndberg, 2014; Wu et al., 2018). Oleh itu, adalah penting untuk mengkaji cara menggunakan karbohidrat kompleks dalam diet dengan berkesan, terutamanya makanan yang kaya dengan serat. Ciri-ciri struktur dan taksonomi karbohidrat serta fungsi pemakanan dan kesihatannya untuk babi mesti diterangkan dan dipertimbangkan dalam formulasi makanan. NSP dan kanji tahan (RS) adalah karbohidrat utama yang tidak boleh dicerna (wey et al., 2011), manakala mikrobiota usus menapai karbohidrat yang tidak boleh dicerna menjadi asid lemak rantai pendek (SCFA); Turnbaugh et al., 2006). Di samping itu, beberapa oligosakarida dan polisakarida dianggap sebagai probiotik haiwan, yang boleh digunakan untuk merangsang perkadaran Lactobacillus dan Bifidobacterium dalam usus (Mikkelsen et al., 2004; Mø LBAK et al., 2007; Wellock et al., 2008). Suplemen oligosakarida telah dilaporkan dapat meningkatkan komposisi mikrobiota usus (de Lange et al., 2010). Untuk meminimumkan penggunaan promoter pertumbuhan antimikrob dalam pengeluaran babi, adalah penting untuk mencari cara lain untuk mencapai kesihatan haiwan yang baik. Terdapat peluang untuk menambahkan lebih banyak variasi karbohidrat pada makanan babi. Semakin banyak bukti menunjukkan bahawa kombinasi optimum kanji, NSP dan MOS dapat meningkatkan prestasi pertumbuhan dan kebolehcernaan nutrien, meningkatkan bilangan bakteria penghasil butirat, dan meningkatkan metabolisme lipid babi yang disapih sehingga tahap tertentu (Zhou, Chen, et al., 2020; Zhou, Yu, et al., 2020). Oleh itu, tujuan kertas kerja ini adalah untuk mengkaji semula kajian semasa tentang peranan utama karbohidrat dalam menggalakkan prestasi pertumbuhan dan fungsi usus, mengawal selia komuniti mikrob usus dan kesihatan metabolik, serta untuk meneroka kombinasi karbohidrat babi.

2. Pengelasan karbohidrat

Karbohidrat diet boleh dikelaskan mengikut saiz molekul, darjah pempolimeran (DP), jenis sambungan (a atau b) dan komposisi monomer individu (Cummings, Stephen, 2007). Perlu diingatkan bahawa pengelasan utama karbohidrat adalah berdasarkan DP mereka, seperti monosakarida atau disakarida (DP, 1-2), oligosakarida (DP, 3-9) dan polisakarida (DP, ≥ 10), yang terdiri daripada kanji, NSP dan ikatan glikosidik (Cummings, Stephen, 2007; Englyst et aL., 2007; Jadual 1). Analisis kimia adalah perlu untuk memahami kesan fisiologi dan kesihatan karbohidrat. Dengan pengenalpastian kimia karbohidrat yang lebih komprehensif, adalah mungkin untuk mengumpulkannya mengikut kesan kesihatan dan fisiologi mereka dan memasukkannya ke dalam pelan pengelasan keseluruhan (englyst et al., 2007). Karbohidrat (monosakarida, disakarida dan kebanyakan kanji) yang boleh dicerna oleh enzim perumah dan diserap dalam usus kecil ditakrifkan sebagai karbohidrat yang boleh dicerna atau tersedia (Cummings, Stephen, 2007). Karbohidrat yang tahan terhadap pencernaan usus, atau kurang diserap dan dimetabolismekan, tetapi mungkin terdegradasi oleh penapaian mikrob dianggap sebagai karbohidrat tahan, seperti kebanyakan NSP, oligosakarida yang tidak boleh dicerna dan RS. Pada asasnya, karbohidrat tahan ditakrifkan sebagai tidak boleh dicerna atau tidak boleh digunakan, tetapi memberikan penerangan yang agak lebih tepat tentang pengelasan karbohidrat (englyst et al., 2007).

3.1 prestasi pertumbuhan

Kanji terdiri daripada dua jenis polisakarida. Amilosa (AM) ialah sejenis dekstran bertaut α(1-4) kanji linear, amilopektin (AP) ialah dekstran bertaut α(1-4), mengandungi kira-kira 5% dekstran α(1-6) untuk membentuk molekul bercabang (tester et al., 2004). Disebabkan konfigurasi dan struktur molekul yang berbeza, kanji kaya AP mudah dicerna, manakala kanji kaya AM tidak mudah dicerna (Singh et al., 2010). Kajian terdahulu menunjukkan bahawa pemberian kanji dengan nisbah AM/AP yang berbeza mempunyai tindak balas fisiologi yang ketara terhadap prestasi pertumbuhan babi (Doti et al., 2014; Vicente et al., 2008). Pengambilan makanan dan kecekapan makanan babi yang disapih menurun dengan peningkatan AM (regmi et al., 2011). Walau bagaimanapun, bukti yang muncul melaporkan bahawa diet dengan am yang lebih tinggi meningkatkan purata pertambahan harian dan kecekapan makanan babi yang sedang membesar (Li et al., 2017; Wang et al., 2019). Di samping itu, sesetengah saintis melaporkan bahawa pemberian kanji dengan nisbah AM/AP yang berbeza tidak menjejaskan prestasi pertumbuhan anak babi yang disapih (Gao et al., 2020A; Yang et al., 2015), manakala diet AP yang tinggi meningkatkan kebolehcernaan nutrien babi yang disapih (Gao et al., 2020A). Serat diet adalah sebahagian kecil daripada makanan yang berasal dari tumbuhan. Masalah utama ialah serat diet yang lebih tinggi dikaitkan dengan penggunaan nutrien yang lebih rendah dan nilai tenaga bersih yang lebih rendah (noble & Le, 2001). Sebaliknya, pengambilan serat sederhana tidak menjejaskan prestasi pertumbuhan babi yang disapih (Han & Lee, 2005; Zhang et al., 2013). Kesan serat diet terhadap penggunaan nutrien dan nilai tenaga bersih dipengaruhi oleh ciri-ciri serat, dan sumber serat yang berbeza mungkin sangat berbeza (Lndber, 2014). Pada babi yang disapih, suplementasi dengan serat kacang pea mempunyai kadar penukaran makanan yang lebih tinggi daripada memberi makan serat jagung, serat kacang soya dan serat dedak gandum (Chen et al., 2014). Begitu juga, anak babi yang disapih yang dirawat dengan dedak jagung dan dedak gandum menunjukkan kecekapan makanan dan pertambahan berat badan yang lebih tinggi daripada yang dirawat dengan sekam kacang soya (Zhao et al., 2018). Menariknya, tiada perbezaan dalam prestasi pertumbuhan antara kumpulan serat dedak gandum dan kumpulan inulin (Hu et al., 2020). Di samping itu, berbanding dengan anak babi dalam kumpulan selulosa dan kumpulan xylan, suplementasi lebih berkesan β-Glucan menjejaskan prestasi pertumbuhan anak babi (Wu et al., 2018). Oligosakarida adalah karbohidrat berat molekul rendah, pertengahan antara gula dan polisakarida (voragen, 1998). Ia mempunyai sifat fisiologi dan fizikokimia yang penting, termasuk nilai kalori yang rendah dan merangsang pertumbuhan bakteria berfaedah, jadi ia boleh digunakan sebagai probiotik diet (Bauer et al., 2006; Mussatto dan mancilha, 2007). Suplemen kitosan oligosakarida (COS) boleh meningkatkan kebolehcernaan nutrien, mengurangkan kejadian cirit-birit dan memperbaiki morfologi usus, sekali gus meningkatkan prestasi pertumbuhan babi yang disapih (Zhou et al., 2012). Di samping itu, diet yang ditambah dengan cos boleh meningkatkan prestasi pembiakan induk (bilangan anak babi hidup) (Cheng et al., 2015; Wan et al., 2017) dan prestasi pertumbuhan babi yang sedang membesar (wontae et al., 2008). Suplemen MOS dan fruktooligosakarida juga boleh meningkatkan prestasi pertumbuhan babi (Che et al., 2013; Duan et al., 2016; Wang et al., 2010; Wenner et al., 2013). Laporan ini menunjukkan bahawa pelbagai karbohidrat mempunyai kesan yang berbeza terhadap prestasi pertumbuhan babi (jadual 2a).

3.2 fungsi usus

Nisbah am/ap kanji yang tinggi boleh meningkatkan kesihatan usustribirin(boleh melindunginya untuk babi) dengan menggalakkan morfologi usus dan meningkatkan pengawalseliaan fungsi usus yang berkaitan dengan ekspresi gen dalam babi yang disapih (Han et al., 2012; Xiang et al., 2011). Nisbah ketinggian vilus kepada ketinggian vilus dan kedalaman relung ileum dan jejunum adalah lebih tinggi apabila diberi diet am yang tinggi, dan jumlah kadar apoptosis usus kecil adalah lebih rendah. Pada masa yang sama, ia juga meningkatkan ekspresi gen penyekat dalam duodenum dan jejunum, manakala dalam kumpulan AP yang tinggi, aktiviti sukrosa dan maltase dalam jejunum babi yang disapih meningkat (Gao et al., 2020b). Begitu juga, kajian terdahulu mendapati bahawa diet kaya am yang mengurangkan pH dan diet kaya AP meningkatkan jumlah bakteria dalam sekum babi yang disapih (Gao et al., 2020A). Serat diet adalah komponen utama yang mempengaruhi perkembangan dan fungsi usus babi. Bukti yang terkumpul menunjukkan bahawa serat diet meningkatkan morfologi usus dan fungsi penghalang pada babi yang telah disapih, dan mengurangkan kejadian cirit-birit (Chen et al., 2015; Lndber, 2014; Wu et al., 2018). Kekurangan serat diet meningkatkan kerentanan patogen dan menjejaskan fungsi penghalang mukosa kolon (Desai et al., 2016), manakala pemberian diet serat yang sangat tidak larut dapat mencegah patogen dengan meningkatkan panjang vilus pada babi (hedemann et al., 2006). Jenis serat yang berbeza mempunyai kesan yang berbeza terhadap fungsi penghalang kolon dan ileum. Serat dedak gandum dan kacang pis meningkatkan fungsi penghalang usus dengan mengawal selia ekspresi gen TLR2 dan meningkatkan komuniti mikrob usus berbanding dengan serat jagung dan kacang soya (Chen et al., 2015). Pengambilan serat kacang pis dalam jangka masa panjang dapat mengawal selia ekspresi gen atau protein yang berkaitan dengan metabolisme, sehingga meningkatkan fungsi penghalang kolon dan imun (Che et al., 2014). Inulin dalam diet boleh mengelakkan gangguan usus pada anak babi yang disapih dengan meningkatkan kebolehtelapan usus (Awad et al., 2013). Perlu diingatkan bahawa gabungan serat larut (inulin) dan tidak larut (selulosa) adalah lebih berkesan daripada bersendirian, yang boleh meningkatkan penyerapan nutrisi dan fungsi penghalang usus pada babi yang disapih (Chen et al., 2019). Kesan serat diet pada mukosa usus bergantung pada komponennya. Satu kajian terdahulu mendapati bahawa xylan menggalakkan fungsi penghalang usus, serta perubahan dalam spektrum dan metabolit bakteria, dan glukan menggalakkan fungsi penghalang usus dan kesihatan mukosa, tetapi suplemen selulosa tidak menunjukkan kesan yang serupa pada babi yang disapih (Wu et al., 2018). Oligosakarida boleh digunakan sebagai sumber karbon untuk mikroorganisma di usus atas dan bukannya dicerna dan digunakan. Suplemen fruktosa boleh meningkatkan ketebalan mukosa usus, penghasilan asid butirik, bilangan sel resesif dan percambahan sel epitelium usus pada babi yang disapih (Tsukahara et al., 2003). Pektin oligosakarida boleh meningkatkan fungsi penghalang usus dan mengurangkan kerosakan usus yang disebabkan oleh rotavirus pada anak babi (Mao et al., 2017). Di samping itu, didapati bahawa cos boleh menggalakkan pertumbuhan mukosa usus dengan ketara dan meningkatkan ekspresi gen penyekat pada anak babi dengan ketara (WAN, Jiang, et al. secara komprehensif, ini menunjukkan bahawa pelbagai jenis karbohidrat boleh meningkatkan fungsi usus anak babi (jadual 2b).

Ringkasan dan Prospek

Karbohidrat merupakan sumber tenaga utama babi, yang terdiri daripada pelbagai monosakarida, disakarida, oligosakarida dan polisakarida. Istilah berdasarkan ciri-ciri fisiologi membantu menumpukan pada fungsi kesihatan karbohidrat yang berpotensi dan meningkatkan ketepatan pengelasan karbohidrat. Struktur dan jenis karbohidrat yang berbeza mempunyai kesan yang berbeza dalam mengekalkan prestasi pertumbuhan, menggalakkan fungsi usus dan keseimbangan mikrob, dan mengawal selia metabolisme lipid dan glukosa. Mekanisme pengawalaturan karbohidrat metabolisme lipid dan glukosa yang mungkin adalah berdasarkan metabolitnya (SCFA), yang ditapai oleh mikrobiota usus. Secara khususnya, karbohidrat dalam diet boleh mengawal selia metabolisme glukosa melalui laluan scfas-gpr43 / 41-glp1 / PYY dan ampk-g6pase / PEPCK, dan mengawal selia metabolisme lipid melalui laluan scfas-gpr43 / 41 dan amp / atp-ampk. Di samping itu, apabila pelbagai jenis karbohidrat berada dalam kombinasi terbaik, prestasi pertumbuhan dan fungsi kesihatan babi boleh dipertingkatkan.

Perlu diingatkan bahawa fungsi karbohidrat yang berpotensi dalam protein dan ekspresi gen serta pengawalaturan metabolik akan ditemui dengan menggunakan kaedah proteomik berfungsi berdaya pemprosesan tinggi, genomik dan metabonomik. Akhir sekali, penilaian kombinasi karbohidrat yang berbeza adalah prasyarat untuk kajian diet karbohidrat yang pelbagai dalam pengeluaran babi.

Sumber：Jurnal Sains Haiwan