Absztrakt

A sertések táplálkozásával és egészségével kapcsolatos szénhidrátkutatás legnagyobb előrelépése a szénhidrátok világosabb osztályozása, amely nemcsak kémiai szerkezetén, hanem fiziológiai jellemzőin is alapul. Amellett, hogy a fő energiaforrást jelentik, a különböző típusú és szerkezetű szénhidrátok jótékony hatással vannak a sertések táplálkozására és egészségügyi funkcióira. Részt vesznek a sertések növekedési teljesítményének és bélműködésének elősegítésében, a bélmikrobiális közösség szabályozásában, valamint a lipidek és a glükóz anyagcseréjének szabályozásában. A szénhidrát alapvető mechanizmusa metabolitjain (rövid szénláncú zsírsavak [SCFA-k]) és főként az scfas-gpr43 / 41-pyy / GLP1, SCFA-k amp / atp-ampk és scfas-ampk-g6pase / PEPCK útvonalakon keresztül szabályozza a zsír- és glükózanyagcserét. Új tanulmányok értékelték a különböző típusú és szerkezetű szénhidrátok optimális kombinációját, amely javíthatja a növekedési teljesítményt és a tápanyag-emészthetőséget, elősegítheti a bélműködést, és növelheti a butirátot termelő baktériumok számát a sertésekben. Összességében meggyőző bizonyítékok támasztják alá azt a nézetet, hogy a szénhidrátok fontos szerepet játszanak a sertések táplálkozási és egészségügyi funkcióiban. Ezenkívül a szénhidrát-összetétel meghatározása elméleti és gyakorlati értékkel bír majd a sertések szénhidrát-egyensúlyának technológiájának fejlesztése szempontjából.

1. Előszó

A polimer szénhidrátok, a keményítő és a nem keményítő alapú poliszacharidok (NSP) a sertések takarmányának fő összetevői és fő energiaforrásai, a teljes energiabevitel 60-70%-át teszik ki (Bach Knudsen). Érdemes megjegyezni, hogy a szénhidrátok változatossága és szerkezete nagyon összetett, ami eltérő hatással van a sertésekre. Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy a különböző amilóz-amilóz (AM/AP) arányú keményítővel való etetés nyilvánvaló fiziológiai választ ad a sertések növekedési teljesítményére (Doti et al., 2014; Vicente et al., 2008). Az élelmi rost, amely főként NSP-ből áll, csökkenti a tápanyag-hasznosulást és a monogasztrikus állatok nettó energiaértékét (NOBLET és le, 2001). Az élelmi rostbevitel azonban nem befolyásolta a malacok növekedési teljesítményét (Han & Lee, 2005). Egyre több bizonyíték támasztja alá, hogy az élelmi rost javítja a malacok bélrendszerének morfológiáját és barrierfunkcióját, valamint csökkenti a hasmenés előfordulását (Chen et al., 2015; Lndberg, 2014; Wu et al., 2018). Ezért sürgősen tanulmányozni kell, hogyan lehet hatékonyan hasznosítani az összetett szénhidrátokat az étrendben, különösen a rostban gazdag takarmányban. A szénhidrátok szerkezeti és taxonómiai jellemzőit, valamint táplálkozási és egészségügyi funkcióit a sertések számára le kell írni és figyelembe kell venni a takarmány-összetételekben. Az NSP és a rezisztens keményítő (RS) a fő nem emészthető szénhidrátok (wey et al., 2011), míg a bélmikrobiota a nem emészthető szénhidrátokat rövid szénláncú zsírsavakká (SCFA-k) fermentálja; Turnbaugh et al., 2006). Ezenkívül egyes oligoszacharidokat és poliszacharidokat állatok probiotikumainak tekintenek, amelyek felhasználhatók a Lactobacillus és Bifidobacterium arányának serkentésére a bélben (Mikkelsen et al., 2004; M ø LBAK et al., 2007; Wellock et al., 2008). Az oligoszacharid-kiegészítésről kimutatták, hogy javítja a bélmikrobiota összetételét (de Lange et al., 2010). A sertéstenyésztésben az antimikrobiális növekedésserkentők használatának minimalizálása érdekében fontos más módszereket találni a jó állategészségügy elérésére. Lehetőség van a sertéstenyésztésben változatosabb szénhidráttartalmú termékek hozzáadására. Egyre több bizonyíték mutatja, hogy a keményítő, az NSP és a MOS optimális kombinációja elősegítheti a növekedési teljesítményt és a tápanyag-emészthetőséget, növelheti a butirátot termelő baktériumok számát, és bizonyos mértékig javíthatja a választott malacok lipid-anyagcseréjét (Zhou, Chen et al., 2020; Zhou, Yu et al., 2020). Ezért e tanulmány célja, hogy áttekintse a szénhidrátok növekedési teljesítmény és bélműködés elősegítésében, a bélmikrobiális közösség és az anyagcsere-egészség szabályozásában betöltött kulcsfontosságú szerepével kapcsolatos jelenlegi kutatásokat, valamint feltárja a sertések szénhidrát-kombinációját.

2. A szénhidrátok osztályozása

Az étrendi szénhidrátok molekulatömegük, polimerizációs fokuk (DP), kötéstípusuk (a vagy b) és az egyes monomerek összetétele alapján osztályozhatók (Cummings, Stephen, 2007). Érdemes megjegyezni, hogy a szénhidrátok fő osztályozása a DP-jükön alapul, például monoszacharidok vagy diszacharidok (DP, 1-2), oligoszacharidok (DP, 3-9) és poliszacharidok (DP, ≥ 10), amelyek keményítőből, NSP-ből és glikozidos kötésekből állnak (Cummings, Stephen, 2007; Englyst et al., 2007; 1. táblázat). A kémiai elemzés szükséges a szénhidrátok fiziológiai és egészségügyi hatásainak megértéséhez. A szénhidrátok átfogóbb kémiai azonosításával lehetőség van csoportosítani őket egészségügyi és fiziológiai hatásaik szerint, és beilleszteni őket az általános osztályozási tervbe (englyst et al., 2007). Azokat a szénhidrátokat (monoszacharidok, diszacharidok és a legtöbb keményítő), amelyeket a gazdaszervezet enzimjei képesek megemészteni és a vékonybélben felszívni, emészthető vagy hasznosuló szénhidrátoknak nevezzük (Cummings, Stephen, 2007). Azokat a szénhidrátokat, amelyek rezisztensek a bélrendszeri emésztéssel szemben, vagy rosszul felszívódnak és metabolizálódnak, de mikrobiális fermentációval lebonthatók, rezisztens szénhidrátoknak tekintjük, mint például a legtöbb NSP, emészthetetlen oligoszacharid és RS. Lényegében a rezisztens szénhidrátokat emészthetetlenként vagy használhatatlanként definiáljuk, de viszonylag pontosabb leírást adnak a szénhidrátok osztályozásáról (englyst et al., 2007).

3.1 növekedési teljesítmény

A keményítő kétféle poliszacharidból áll. Az amilóz (AM) egy lineáris keményítő, α(1-4)-kötésű dextrán, míg az amilopektin (AP) egy α(1-4)-kötésű dextrán, amely körülbelül 5% α(1-6)-kötésű dextránt tartalmaz, elágazó molekulát alkotva (tester et al., 2004). A különböző molekuláris konfigurációk és szerkezetek miatt az AP-ban gazdag keményítők könnyen emészthetők, míg az AM-ban gazdag keményítők nem könnyen emészthetők (Singh et al., 2010). Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy a különböző AM/AP arányú keményítőetetés jelentős fiziológiai hatással van a sertések növekedési teljesítményére (Doti et al., 2014; Vicente et al., 2008). Az elválasztott malacok takarmányfelvétele és takarmányhatékonysága az AM növekedésével csökkent (regmi et al., 2011). Azonban egyre több bizonyíték van arra, hogy a magasabb rosttartalmú takarmányok növelik a növendék sertések átlagos napi súlygyarapodását és takarmányozási hatékonyságát (Li et al., 2017; Wang et al., 2019). Ezenkívül egyes tudósok arról számoltak be, hogy a különböző rosttartalmú/alapanyagos keményítőarányok etetése nem befolyásolta a választott malacok növekedési teljesítményét (Gao et al., 2020A; Yang et al., 2015), míg a magas rosttartalmú étrend növelte a választott malacok tápanyag-emészthetőségét (Gao et al., 2020A). Az élelmi rost a növényi eredetű élelmiszerek kis részét képezi. Egy fő probléma, hogy a magasabb élelmi rosttartalom alacsonyabb tápanyag-hasznosulással és alacsonyabb nettó energiaértékkel jár (Noble & Le, 2001). Ezzel szemben a mérsékelt rostbevitel nem befolyásolta a választott malacok növekedési teljesítményét (Han & Lee, 2005; Zhang et al., 2013). Az élelmi rost tápanyag-hasznosulásra és nettó energiaértékre gyakorolt ​​hatását a rost jellemzői befolyásolják, és a különböző rostforrások nagyon eltérőek lehetnek (Lndber, 2014). Választott malacoknál a borsórosttal való kiegészítés magasabb takarmányértékesítési arányt mutatott, mint a kukorica-, szója- és búzakorparosttal való etetése (Chen et al., 2014). Hasonlóképpen, a kukoricakorpával és búzakorpával kezelt elválasztott malacok nagyobb takarmányhasznosítási hatékonyságot és súlygyarapodást mutattak, mint a szójahéjjal kezeltek (Zhao et al., 2018). Érdekes módon nem volt különbség a növekedési teljesítményben a búzakorpa rosttal és az inulinnal kezelt csoport között (Hu et al., 2020). Ezenkívül a cellulóz- és xiláncsoporthoz képest a kiegészítés hatékonyabb volt a β-glükán esetében, amely rontja a malacok növekedési teljesítményét (Wu et al., 2018). Az oligoszacharidok kis molekulatömegű szénhidrátok, a cukrok és a poliszacharidok között helyezkednek el (voragen, 1998). Fontos fiziológiai és fizikai-kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek, beleértve az alacsony fűtőértéket és a hasznos baktériumok növekedésének serkentését, így takarmányprobiotikumként alkalmazhatók (Bauer et al., 2006; Mussatto és mancilha, 2007). A kitin oligoszacharid (COS) kiegészítése javíthatja a tápanyagok emészthetőségét, csökkentheti a hasmenés előfordulását és javíthatja a bél morfológiáját, ezáltal javítva a választott malacok növekedési teljesítményét (Zhou et al., 2012). Ezenkívül a cos-szal kiegészített takarmányok javíthatják a kocák reprodukciós teljesítményét (az élő malacok számát) (Cheng et al., 2015; Wan et al., 2017) és a növendék sertések növekedési teljesítményét (wontae et al., 2008). Az MOS és a fruktooligoszacharid kiegészítése szintén javíthatja a sertések növekedési teljesítményét (Che et al., 2013; Duan et al., 2016; Wang et al., 2010; Wenner et al., 2013). Ezek a jelentések azt mutatják, hogy a különböző szénhidrátok eltérő hatással vannak a sertések növekedési teljesítményére (2a. táblázat).

3.2 bélműködés

A magas am/ap arányú keményítő javíthatja a bélrendszer egészségét.tribirin(sertéseknél védhető) a bélmorfológia elősegítésével és a génexpresszióhoz kapcsolódó bélműködés szabályozásával elválasztott malacokban (Han et al., 2012; Xiang et al., 2011). A bélbolyhok magasságának és magasságának, valamint a vékonybél recessziójának mélységének aránya magasabb volt a magas reggeli étrend esetén, és a vékonybél teljes apoptózis mértéke alacsonyabb volt. Ugyanakkor a blokkoló gének expressziója is nőtt a nyombélben és a jejunumban, míg a magas alpexin-tartalmú csoportban a szacharóz és a maltáz aktivitása megnőtt a választott malacok jejunumában (Gao et al., 2020b). Hasonlóképpen, korábbi munkák kimutatták, hogy a reggeliben gazdag étrend csökkentette a pH-értéket, az alpexinban gazdag étrend pedig növelte a baktériumok teljes számát a választott malacok vakbelében (Gao et al., 2020A). Az élelmi rost a kulcsfontosságú összetevő, amely befolyásolja a sertések bélrendszerének fejlődését és működését. Az összegyűjtött bizonyítékok azt mutatják, hogy az élelmi rost javítja az elválasztott malacok bélrendszeri morfológiáját és barrierfunkcióját, valamint csökkenti a hasmenés előfordulását (Chen et al., 2015; Lndber，2014； Wu et al., 2018). Az élelmi rosthiány növeli a kórokozók fogékonyságát és rontja a vastagbél nyálkahártyájának barrierfunkcióját (Desai et al., 2016), míg a nehezen oldódó rostokkal történő etetése a sertések bélbolyhainak hosszának növelésével megelőzheti a kórokozókat (hedemann et al., 2006). A különböző rosttípusok eltérő hatással vannak a vastagbél és a vékonybél barrierjének működésére. A búzakorpa és a borsó rostjai a TLR2 gén expressziójának szabályozásával és a bélmikrobiális közösségek javításával javítják a bélrendszeri mikrobiális közösségeket a kukorica- és szójarostokhoz képest (Chen et al., 2015). A borsó rost hosszú távú fogyasztása szabályozhatja az anyagcseréhez kapcsolódó gén- vagy fehérjeexpressziót, ezáltal javítva a vastagbél barrierjét és az immunfunkciót (Che et al., 2014). Az inulin étrendben növelheti a bélfal permeabilitását, így elkerülhetők a bélrendszeri zavarok az elválasztott malacoknál (Awad et al., 2013). Érdemes megjegyezni, hogy az oldható (inulin) és az oldhatatlan rost (cellulóz) kombinációja hatékonyabb, mint önmagában, ami javíthatja a tápanyagok felszívódását és a bélbarrier funkciót az elválasztott malacoknál (Chen et al., 2019). Az élelmi rostok hatása a bélnyálkahártyára összetevőiktől függ. Egy korábbi tanulmány kimutatta, hogy a xilán elősegítette a bélbarrier funkciót, valamint megváltoztatta a bakteriális spektrumot és a metabolitokat, a glükán pedig elősegítette a bélbarrier funkciót és a nyálkahártya egészségét, de a cellulóz kiegészítése nem mutatott hasonló hatást az elválasztott malacoknál (Wu et al., 2018). Az oligoszacharidok szénforrásként szolgálhatnak a felső bélszakasz mikroorganizmusai számára ahelyett, hogy megemésztenék és felhasználnák őket. A fruktóz kiegészítése növelheti a bélnyálkahártya vastagságát, a vajsavtermelést, a recesszív sejtek számát és a bélhámsejtek proliferációját az elválasztott malacoknál (Tsukahara et al., 2003). A pektin oligoszacharidok javíthatják a bélbarrier funkciót és csökkenthetik a rotavírus okozta bélkárosodást malacokban (Mao et al., 2017). Ezenkívül megállapították, hogy a cos jelentősen elősegítheti a bélnyálkahártya növekedését, és jelentősen növelheti a blokkoló gének expresszióját malacokban (WAN, Jiang et al. átfogó módon, ezek arra utalnak, hogy a különböző típusú szénhidrátok javíthatják a malacok bélműködését (2b. táblázat).

Összefoglalás és kilátások

A szénhidrát a sertések fő energiaforrása, amely különféle monoszacharidokból, diszacharidokból, oligoszacharidokból és poliszacharidokból áll. A fiziológiai jellemzőkön alapuló kifejezések segítenek a szénhidrátok potenciális egészségügyi funkcióira összpontosítani, és javítják a szénhidrátok osztályozásának pontosságát. A különböző szerkezetű és típusú szénhidrátok eltérő hatással vannak a növekedési teljesítmény fenntartására, a bélműködés és a mikrobiális egyensúly elősegítésére, valamint a lipid- és glükózanyagcsere szabályozására. A lipid- és glükózanyagcsere szénhidrát-szabályozásának lehetséges mechanizmusa a metabolitjaikon (SCFA-kon) alapul, amelyeket a bélmikrobiota fermentál. Pontosabban, az étrendben lévő szénhidrát az scfas-gpr43 / 41-glp1 / PYY és ampk-g6páz / PEPCK útvonalakon keresztül szabályozhatja a glükózanyagcserét, és az scfas-gpr43 / 41 és amp / atp-ampk útvonalakon keresztül szabályozhatja a lipidanyagcserét. Ezenkívül, ha a különböző típusú szénhidrátok a legjobb kombinációban vannak, a sertések növekedési teljesítménye és egészségügyi funkciói javulhatnak.

Érdemes megjegyezni, hogy a szénhidrátok fehérje- és génexpresszióban, valamint anyagcsere-szabályozásban betöltött potenciális funkcióit nagy áteresztőképességű funkcionális proteomikai, genomikai és metabonomikai módszerekkel fogjuk feltárni. Végül, de nem utolsósorban, a különböző szénhidrát-kombinációk értékelése előfeltétele a sertéstenyésztésben alkalmazott változatos szénhidrát-diéták tanulmányozásának.

Forrás: Animal Science Journal