Ágrip

Stærsta framfarir í rannsóknum á kolvetnum í næringu og heilsu svína eru skýrari flokkun kolvetna, sem byggir ekki aðeins á efnafræðilegri uppbyggingu þeirra, heldur einnig á lífeðlisfræðilegum eiginleikum þeirra. Auk þess að vera aðalorkugjafinn eru mismunandi gerðir og uppbygging kolvetna gagnleg fyrir næringu og heilsu svína. Þau taka þátt í að efla vaxtargetu og þarmastarfsemi svína, stjórna örverusamfélagi þarmanna og stjórna efnaskiptum lípíða og glúkósa. Grunnvirkni kolvetna er í gegnum umbrotsefni þeirra (stuttar fitusýrur [SCFA]) og aðallega í gegnum scfas-gpr43 / 41-pyy / GLP1, SCFAs amp / atp-ampk og scfas-ampk-g6pase / PEPCK ferla til að stjórna fitu- og glúkósaefnaskiptum. Nýjar rannsóknir hafa metið bestu samsetningu mismunandi gerða og uppbyggingar kolvetna, sem getur bætt vaxtargetu og meltanleika næringarefna, stuðlað að þarmastarfsemi og aukið magn smjörsýruframleiðandi baktería í svínum. Almennt styðja sannfærandi sannanir þá skoðun að kolvetni gegni mikilvægu hlutverki í næringar- og heilsustarfsemi svína. Að auki mun ákvörðun á kolvetnissamsetningu hafa fræðilegt og hagnýtt gildi fyrir þróun tækni til að ákvarða kolvetnisjafnvægi í svínum.

1. Formáli

Fjölliðukolvetni, sterkja og sterkjulausar fjölsykrur (NSP) eru aðalþættir fóðurs og helstu orkugjafar svína og nema 60% - 70% af heildarorkuinntöku (Bach Knudsen). Vert er að taka fram að fjölbreytni og uppbygging kolvetna er mjög flókin og hefur mismunandi áhrif á svín. Fyrri rannsóknir hafa sýnt að fóðrun með sterkju með mismunandi hlutfalli amýlósa og amýlósa (AM / AP) hefur augljós lífeðlisfræðileg áhrif á vaxtargetu svína (Doti o.fl., 2014; Vicente o.fl., 2008). Talið er að trefjar, aðallega úr NSP, dragi úr næringarefnanýtingu og nettóorkugildi einmaga dýra (NOBLET og le, 2001). Hins vegar hafði trefjaneysla ekki áhrif á vaxtargetu gríslinga (Han & Lee, 2005). Fleiri og fleiri vísbendingar sýna að trefjar bæta þarmabyggingu og hindrunarstarfsemi gríslinga og draga úr tíðni niðurgangs (Chen o.fl., 2015; Lndberg, 2014; Wu o.fl., 2018). Því er brýnt að rannsaka hvernig nýta megi flókin kolvetni í fæðunni á áhrifaríkan hátt, sérstaklega trefjaríkt fóður. Lýsa þarf byggingarlegum og flokkunarfræðilegum eiginleikum kolvetna og næringar- og heilsufarslegum hlutverkum þeirra fyrir svín og taka tillit til þeirra í fóðurblöndum. NSP og ónæm sterkja (RS) eru helstu ómeltanlegu kolvetnin (wey o.fl., 2011), en þarmaflóran gerjar ómeltanleg kolvetni í stuttkeðjufitusýrur (SCFA); Turnbaugh o.fl., 2006. Að auki eru sumar fágunar- og fjölsykrur taldar vera mjólkursýrugerlar (probiotics) í dýrum, sem hægt er að nota til að örva hlutfall Lactobacillus og Bifidobacterium í þörmum (Mikkelsen o.fl., 2004; M ø LBAK o.fl., 2007; Wellock o.fl., 2008). Greint hefur verið frá því að viðbót fágunar- og fjölsykrunar bæti samsetningu þarmaflórunnar (de Lange o.fl., 2010). Til að lágmarka notkun örverueyðandi vaxtarhvata í svínaframleiðslu er mikilvægt að finna aðrar leiðir til að ná góðri heilsu dýranna. Það er tækifæri til að bæta fjölbreyttari kolvetnum í svínafóður. Fleiri og fleiri vísbendingar sýna að besta samsetning sterkju, NSP og MOS getur stuðlað að vexti og meltanleika næringarefna, aukið fjölda bútýratframleiðandi baktería og bætt fituefnaskipti hjá fráfærnum svínum að vissu marki (Zhou, Chen o.fl., 2020; Zhou, Yu o.fl., 2020). Þess vegna er tilgangur þessarar greinar að fara yfir núverandi rannsóknir á lykilhlutverki kolvetna í að efla vaxtargetu og þarmastarfsemi, stjórnun örverusamfélags þarma og efnaskiptaheilsu, og að kanna kolvetnasamsetningu svína.

2. Flokkun kolvetna

Hægt er að flokka kolvetni í fæðu eftir sameindastærð þeirra, fjölliðunarstigi (DP), tengitegund (a eða b) og samsetningu einstakra einliða (Cummings, Stephen, 2007). Vert er að taka fram að aðalflokkun kolvetna byggist á DP þeirra, svo sem einsykrur eða tvísykrur (DP, 1-2), oligosykrur (DP, 3-9) og fjölsykrur (DP, ≥ 10), sem eru samsettar úr sterkju, NSP og glýkósíðtengjum (Cummings, Stephen, 2007; Englyst o.fl., 2007; Tafla 1). Efnagreining er nauðsynleg til að skilja lífeðlisfræðileg og heilsufarsleg áhrif kolvetna. Með ítarlegri efnafræðilegri auðkenningu kolvetna er hægt að flokka þau eftir heilsufarslegum og lífeðlisfræðilegum áhrifum og fella þau inn í heildarflokkunaráætlunina (englyst o.fl., 2007). Kolvetni (einsykrur, tvísykrur og flestar sterkjur) sem ensím hýsilsins melta og frásogast í smáþörmum eru skilgreind sem meltanleg eða tiltæk kolvetni (Cummings, Stephen, 2007). Kolvetni sem eru ónæm fyrir meltingu í þörmum, eða frásogast og umbrotnast illa, en geta brotnað niður við örverugerjun eru talin ónæm kolvetni, eins og flest NSP, ómeltanleg oligosakkaríð og RS. Í meginatriðum eru ónæm kolvetni skilgreind sem ómeltanleg eða ónothæf, en veita tiltölulega nákvæmari lýsingu á flokkun kolvetna (englyst o.fl., 2007).

3.1 vaxtarárangur

Sterkja er samsett úr tvenns konar fjölsykrum. Amýlósi (AM) er tegund af línulegri sterkju α(1-4) tengdri dextran, amýlopektín (AP) er α(1-4) tengdri dextran, sem inniheldur um 5% dextran α(1-6) til að mynda greinótta sameind (tester o.fl., 2004). Vegna mismunandi sameindauppsetningar og uppbyggingar er AP-rík sterkja auðmeltanleg, en amýlósirík sterkja er ekki auðmeltanleg (Singh o.fl., 2010). Fyrri rannsóknir hafa sýnt að sterkjufóðrun með mismunandi AM/AP hlutföllum hefur marktæk lífeðlisfræðileg viðbrögð við vaxtargetu svína (Doti o.fl., 2014; Vicente o.fl., 2008). Fóðurneysla og fóðurnýtni fráfærðra svína minnkaði með aukinni AM (regmi o.fl., 2011). Hins vegar benda nýjar vísbendingar til þess að fóður með hærra amfetamíni (AM) auki meðaldaglegan ávinning og fóðurnýtni vaxandi svína (Li o.fl., 2017; Wang o.fl., 2019). Þar að auki hafa sumir vísindamenn greint frá því að fóðrun með mismunandi AM/AP hlutföllum af sterkju hafi ekki áhrif á vaxtargetu fráfærðra grísa (Gao o.fl., 2020A; Yang o.fl., 2015), en fóður með miklu amfetamíni jók meltanleika næringarefna hjá fráfærðum grísum (Gao o.fl., 2020A). Trefjar eru lítill hluti af fæðunni sem kemur úr plöntum. Helsta vandamálið er að meira trefjainnihald tengist minni næringarefnanýtingu og lægra nettóorkugildi (noble & Le, 2001). Þvert á móti hafði hófleg trefjaneysla ekki áhrif á vaxtargetu fráfærðra grísa (Han & Lee, 2005; Zhang o.fl., 2013). Áhrif trefja á nýtingu næringarefna og nettóorkugildi eru háð eiginleikum trefjanna og mismunandi trefjagjafar geta verið mjög mismunandi (lndber, 2014). Hjá fráfærðum grísum hafði viðbót með baunatrefjum hærri fóðurnýtingu en fóðrun með maístrefjum, sojabaunatrefjum og hveitiklíði (Chen o.fl., 2014). Á sama hátt sýndu fráfærðir grísir sem meðhöndlaðir voru með maísklíð og hveitiklíði meiri fóðurnýtingu og þyngdaraukningu en þeir sem meðhöndlaðir voru með sojabaunahýði (Zhao o.fl., 2018). Athyglisvert er að enginn munur var á vaxtargetu milli hópsins sem fékk hveitiklíði og inúlínhópsins (Hu o.fl., 2020). Að auki, samanborið við grísina í sellulósahópnum og xýlanhópnum, var viðbótin áhrifaríkari. β-glúkan skerðir vaxtargetu grísanna (Wu o.fl., 2018). Ólígósakkaríð eru kolvetni með lágan mólþyngd, mitt á milli sykurs og fjölsykra (voragen, 1998). Þau hafa mikilvæga lífeðlisfræðilega og efnafræðilega eiginleika, þar á meðal lágt hitaeiningagildi og örvun vaxtar gagnlegra baktería, þannig að þau geta verið notuð sem mjólkursýrugerlar (Bauer o.fl., 2006; Mussatto og mancilha, 2007). Viðbót með kítósanólígósakkaríði (COS) getur bætt meltanleika næringarefna, dregið úr tíðni niðurgangs og bætt þarmalögun, og þannig bætt vaxtargetu svína sem eru vanin af spena (Zhou o.fl., 2012). Að auki getur fóður sem er bætt með cos bætt æxlunargetu gylta (fjölda lifandi grísa) (Cheng o.fl., 2015; Wan o.fl., 2017) og vaxtargetu vaxandi svína (wontae o.fl., 2008). Viðbót með MOS og frúktólígósakkaríði getur einnig bætt vaxtargetu svína (Che o.fl., 2013; Duan o.fl., 2016; Wang o.fl., 2010; Wenner o.fl., 2013). Þessar skýrslur benda til þess að ýmis kolvetni hafi mismunandi áhrif á vaxtargetu svína (tafla 2a).

3.2 þarmastarfsemi

Sterkja með hátt am/ap hlutfall getur bætt þarmaheilsu (tríbýrín(getur verndað það fyrir svín) með því að stuðla að þarmalögun og auka þarmastarfsemi sem tengist genatjáningu hjá fráfærðum svínum (Han o.fl., 2012; Xiang o.fl., 2011). Hlutfall hæðar villi á móti hæð villi og dýpt skurða í smáþörmum og skeifugörn var hærra þegar gefið var fæði með miklu amfetamíni og heildar stýrðum frumudauða í smáþörmum var lægra. Á sama tíma jók það einnig tjáningu blokkerandi gena í skeifugörn og skeifugörn, en í hópnum með hátt AP-innihald jókst virkni súkrósa og maltasa í jejunum hjá fráfærðum svínum (Gao o.fl., 2020b). Á sama hátt komust fyrri rannsóknir að því að amfetamínríkt fæði lækkaði sýrustig og AP-ríkt fæði jók heildarfjölda baktería í botnþörmum hjá fráfærðum svínum (Gao o.fl., 2020A). Trefjar eru lykilþátturinn sem hefur áhrif á þroska og starfsemi þarma svína. Safnaðar vísbendingar sýna að trefjar bæta þarmalögun og hindrunarstarfsemi hjá fráfærnum svínum og draga úr tíðni niðurgangs (Chen o.fl., 2015; Lndber, 2014; Wu o.fl., 2018). Skortur á trefjum eykur næmi fyrir sýklum og skerðir hindrunarstarfsemi ristilslímhúðar (Desai o.fl., 2016), en fóðrun með mjög óleysanlegum trefjum getur komið í veg fyrir sýkla með því að auka lengd villi í svínum (hedemann o.fl., 2006). Mismunandi gerðir trefja hafa mismunandi áhrif á virkni ristil- og dausgörnarinnar. Hveitiklíð- og ertutrefjar auka þarmahindrunina með því að stjórna tjáningu TLR2 gena og bæta örverusamfélög þarma samanborið við maís- og sojabaunatrefjar (Chen o.fl., 2015). Langtímaneysla ertutrefja getur stjórnað efnaskiptatengdri gen- eða prótíntjáningu og þar með bætt ristilhindrun og ónæmisstarfsemi (Che o.fl., 2014). Inúlín í fæði getur komið í veg fyrir truflanir á þörmum hjá fráfærnum grísum með því að auka gegndræpi í þörmum (Awad o.fl., 2013). Það er vert að taka fram að samsetning leysanlegra (inúlíns) og óleysanlegra trefja (sellulósa) er áhrifaríkari en ein og sér, sem getur bætt upptöku næringarefna og þarmahindrun hjá fráfærnum grísum (Chen o.fl., 2019). Áhrif trefja á slímhúð þarma eru háð innihaldsefnum þeirra. Fyrri rannsókn leiddi í ljós að xýlan stuðlaði að þarmahindrun, sem og breytingum á bakteríusviði og umbrotsefnum, og glúkan stuðlaði að þarmahindrun og slímhúðarheilsu, en viðbót sellulósa sýndi ekki svipuð áhrif hjá fráfærnum grísum (Wu o.fl., 2018). Ólígósakkaríð geta verið notuð sem kolefnisgjafar fyrir örverur í efri þörmum í stað þess að melta þau og nýta þau. Frúktósauppbót getur aukið þykkt þarmaslímhúðar, framleiðslu smjörsýru, fjölda víkjandi frumna og fjölgun þarmaþekjufrumna hjá fráfærnum grísum (Tsukahara o.fl., 2003). Pektínólígósakkaríð geta bætt þarmastarfsemi og dregið úr þarmaskemmdum af völdum rotaveira í grísum (Mao o.fl., 2017). Þar að auki hefur komið í ljós að cos getur örvað verulega vöxt þarmaslímhúðar og aukið verulega tjáningu hindrunargena í grísum (WAN, Jiang o.fl. á alhliða hátt, sem benda til þess að mismunandi gerðir kolvetna geti bætt þarmastarfsemi grísanna (tafla 2b).

Yfirlit og horfur

Kolvetni eru aðalorkugjafi svína og samanstendur af ýmsum einsykrum, tvísykrum, oligosykrum og fjölsykrum. Hugtök sem byggja á lífeðlisfræðilegum eiginleikum hjálpa til við að einbeita sér að hugsanlegri heilsufarslegri virkni kolvetna og bæta nákvæmni flokkunar kolvetna. Mismunandi uppbygging og gerðir kolvetna hafa mismunandi áhrif á að viðhalda vaxtargetu, efla þarmastarfsemi og örverujafnvægi og stjórna fituefna- og glúkósaefnaskiptum. Mögulegur verkunarháttur kolvetna á fituefna- og glúkósaefnaskiptum byggist á umbrotsefnum þeirra (SCFA), sem eru gerjuð af þarmaflórunni. Sérstaklega geta kolvetni í fæði stjórnað glúkósaefnaskiptum í gegnum scfas-gpr43 / 41-glp1 / PYY og ampk-g6pasa / PEPCK ferla og stjórnað fituefnaskiptum í gegnum scfas-gpr43 / 41 og amp / atp-ampk ferla. Að auki, þegar mismunandi gerðir kolvetna eru í bestu samsetningu, getur vaxtargeta og heilsufarsleg virkni svína batnað.

Það er vert að taka fram að hugsanleg virkni kolvetna í prótein- og genatjáningu og efnaskiptastjórnun verður uppgötvuð með því að nota háafköst í próteómfræði, erfðafræði og efnaskiptafræði. Síðast en ekki síst er mat á mismunandi kolvetnasamsetningum forsenda fyrir rannsóknum á fjölbreyttu kolvetnafæði í svínarækt.

Heimild: Tímarit um dýrafræði