Апстракт

Највећи напредак у истраживању угљених хидрата у исхрани и здрављу свиња је јаснија класификација угљених хидрата, која се не заснива само на њиховој хемијској структури, већ и на њиховим физиолошким карактеристикама. Поред тога што су главни извор енергије, различите врсте и структуре угљених хидрата су корисне за исхрану и здравствене функције свиња. Они су укључени у подстицање раста и цревне функције свиња, регулисање цревне микробне заједнице и регулисање метаболизма липида и глукозе. Основни механизам угљених хидрата је кроз њихове метаболите (кратколанчане масне киселине [SCFAs]) и углавном кроз scfas-gpr43 / 41-pyy / GLP1, SCFAs amp / atp-ampk и scfas-ampk-g6paze / PEPCK путеве за регулисање метаболизма масти и глукозе. Нове студије су процениле оптималну комбинацију различитих врста и структура угљених хидрата, што може побољшати раст и сварљивост хранљивих материја, подстаћи цревну функцију и повећати бројност бактерија које производе бутират код свиња. Генерално, убедљиви докази подржавају став да угљени хидрати играју важну улогу у нутритивним и здравственим функцијама свиња. Поред тога, одређивање састава угљених хидрата имаће теоријску и практичну вредност за развој технологије равнотеже угљених хидрата код свиња.

1. Предговор

Полимерни угљени хидрати, скроб и нескробни полисахариди (НСП) су главне компоненте исхране и главни извори енергије код свиња, чинећи 60% - 70% укупног уноса енергије (Бах Кнудсен). Вреди напоменути да су разноликост и структура угљених хидрата веома сложене, што има различите ефекте на свиње. Претходне студије су показале да храњење скробом са различитим односом амилозе и амилозе (АМ/АП) има очигледан физиолошки одговор на раст свиња (Доти и др., 2014; Висенте и др., 2008). Верује се да дијететска влакна, углавном састављена од НСП, смањују искоришћавање хранљивих материја и нето енергетску вредност моногастричних животиња (НОБЛЕТ и Ле, 2001). Међутим, унос дијететских влакана није утицао на раст прасади (Хан и Ли, 2005). Све више доказа показује да дијететска влакна побољшавају цревну морфологију и баријерну функцију прасади и смањују учесталост дијареје (Chen et al., 2015; Lndberg, 2014; Wu et al., 2018). Стога је хитно потребно проучити како ефикасно користити сложене угљене хидрате у исхрани, посебно храну богату влакнима. Структурне и таксономске карактеристике угљених хидрата и њихове нутритивне и здравствене функције за свиње морају бити описане и узете у обзир у формулацијама хране. NSP и резистентни скроб (RS) су главни несварљиви угљени хидрати (wey et al., 2011), док цревна микробиота ферментише несварљиве угљене хидрате у кратколанчане масне киселине (SCFA); Turnbaugh et al., 2006). Поред тога, неки олигосахариди и полисахариди се сматрају пробиотицима код животиња, који се могу користити за стимулисање удела Lactobacillus и Bifidobacterium у цревима (Mikkelsen et al., 2004; M ø LBAK et al., 2007; Wellock et al., 2008). Пријављено је да суплементација олигосахаридима побољшава састав цревне микробиоте (de Lange et al., 2010). Да би се минимизирала употреба антимикробних промотора раста у производњи свиња, важно је пронаћи друге начине за постизање доброг здравља животиња. Постоји могућност додавања веће разноликости угљених хидрата у храну за свиње. Све више доказа показује да оптимална комбинација скроба, NSP и MOS може подстаћи раст и сварљивост хранљивих материја, повећати број бактерија које производе бутират и донекле побољшати метаболизам липида код одбијених прасади (Zhou, Chen, et al., 2020; Zhou, Yu, et al., 2020). Стога је сврха овог рада да се прегледају тренутна истраживања о кључној улози угљених хидрата у подстицању раста, перформанси и функције црева, регулисању цревне микробне заједнице и метаболичког здравља, као и да се истражи комбинација угљених хидрата код свиња.

2. Класификација угљених хидрата

Угљени хидрати у исхрани могу се класификовати према њиховој молекуларној величини, степену полимеризације (ДП), типу везе (а или б) и саставу појединачних мономера (Cummings, Stephen, 2007). Вреди напоменути да је главна класификација угљених хидрата заснована на њиховом ДП, као што су моносахариди или дисахариди (ДП, 1-2), олигосахариди (ДП, 3-9) и полисахариди (ДП, ≥ 10), који су састављени од скроба, NSP и гликозидних веза (Cummings, Stephen, 2007; Englyst et al., 2007; Табела 1). Хемијска анализа је неопходна да би се разумели физиолошки и здравствени ефекти угљених хидрата. Са свеобухватнијом хемијском идентификацијом угљених хидрата, могуће их је груписати према њиховим здравственим и физиолошким ефектима и укључити их у укупни план класификације (englyst et al., 2007). Угљени хидрати (моносахариди, дисахариди и већина скробова) који се могу сварити помоћу ензима домаћина и апсорбовати у танком цреву дефинишу се као сварљиви или доступни угљени хидрати (Cummings, Stephen, 2007). Угљени хидрати који су отпорни на цревно варење или се слабо апсорбују и метаболишу, али се могу разградити микробном ферментацијом, сматрају се резистентним угљеним хидратима, као што је већина НСП, несварљивих олигосахарида и РС. У суштини, резистентни угљени хидрати се дефинишу као несварљиви или неупотребљиви, али пружају релативно тачнији опис класификације угљених хидрата (englyst et al., 2007).

3.1 раст учинка

Скроб се састоји од две врсте полисахарида. Амилоза (AM) је врста линеарног скроба повезаног са α(1-4) декстраном, док је амилопектин (AP) α(1-4) декстран повезан са α(1-6) који садржи око 5% декстрана α(1-6) и формира разгранати молекул (tester et al., 2004). Због различитих молекуларних конфигурација и структура, скробови богати AP се лако варе, док скробови богати AM се не варе лако (Singh et al., 2010). Претходне студије су показале да храњење скробом са различитим односима AM/AP има значајне физиолошке одговоре на раст свиња (Doti et al., 2014; Vicente et al., 2008). Унос хране и ефикасност храњења одбијених прасади смањивали су се са повећањем AM (regmi et al., 2011). Међутим, нови докази показују да исхрана са вишим уносом влакана повећава просечан дневни прираст и ефикасност храњења код прасади у току (Li et al., 2017; Wang et al., 2019). Поред тога, неки научници су известили да храњење скроба различитим односима AM/AP није утицало на раст прасади у току (Gao et al., 2020A; Yang et al., 2015), док је исхрана са високим уносом влакана повећала сварљивост хранљивих материја код прасади у току (Gao et al., 2020A). Дијететска влакна су мали део хране која потиче из биљака. Главни проблем је што је већи унос влакана повезан са нижим искоришћењем хранљивих материја и нижом нето енергетском вредношћу (noble & Le, 2001). Напротив, умерен унос влакана није утицао на раст прасади у току (Han & Lee, 2005; Zhang et al., 2013). Утицај дијететских влакана на искоришћење хранљивих материја и нето енергетску вредност зависе од карактеристика влакана, а различити извори влакана могу бити веома различити (lndber, 2014). Код одбијених прасади, суплементација влакнима грашка имала је већу стопу конверзије хране него храњење кукурузним влакнима, сојиним влакнима и влакнима пшеничних мекиња (Chen et al., 2014). Слично томе, одбијена прасад третирана кукурузним и пшеничним мекињама показала је већу ефикасност храњења и повећање телесне тежине од оних третираних сојином љуском (Zhao et al., 2018). Занимљиво је да није било разлике у расту између групе са влакнима пшеничних мекиња и групе са инулином (Hu et al., 2020). Поред тога, у поређењу са прасадима у групи са целулозом и ксиланом, суплементација је била ефикаснија. β-глукан нарушава раст прасади (Wu et al., 2018). Олигосахариди су угљени хидрати мале молекулске тежине, посредници између шећера и полисахарида (voragen, 1998). Имају важна физиолошка и физичко-хемијска својства, укључујући ниску калоријску вредност и стимулисање раста корисних бактерија, па се могу користити као дијететски пробиотици (Bauer et al., 2006; Mussatto and mancilha, 2007). Суплементација хитозаном олигосахаридом (COS) може побољшати сварљивост хранљивих материја, смањити учесталост дијареје и побољшати цревну морфологију, чиме се побољшавају перформансе раста одбијених прасади (Zhou et al., 2012). Поред тога, дијете допуњене cos могу побољшати репродуктивне перформансе крмача (број живих прасади) (Cheng et al., 2015; Wan et al., 2017) и перформансе раста свиња у току (wontae et al., 2008). Суплементација МОС-ом и фруктоолигосахаридом такође може побољшати раст свиња (Che et al., 2013; Duan et al., 2016; Wang et al., 2010; Wenner et al., 2013). Ови извештаји указују да различити угљени хидрати имају различите ефекте на раст свиња (табела 2а).

3.2 цревна функција

Скроб са високим односом AM/AP може побољшати здравље црева (трибиринможе се заштитити код свиње) промовисањем цревне морфологије и повећањем цревне функције повезане са експресијом гена код прасади која се одбија од сисања (Han et al., 2012; Xiang et al., 2011). Однос висине ресица према висини ресица и дубини удубљења илеума и јејунума био је већи када су храњена храном са високим садржајем аминокиселине (AM), а укупна стопа апоптозе танког црева била је нижа. Истовремено, повећана је и експресија блокирајућих гена у дуоденуму и јејунуму, док је у групи са високим AP повећана активност сахарозе и малтазе у јејунуму одбијених прасади (Gao et al., 2020b). Слично томе, претходни рад је открио да исхрана богата аминокиселином смањује pH вредност, а исхрана богата AP повећава укупан број бактерија у цекуму одбијених прасади (Gao et al., 2020A). Дијететска влакна су кључна компонента која утиче на развој и функцију црева свиња. Акумулирани докази показују да дијететска влакна побољшавају цревну морфологију и баријерну функцију код одбијених прасади и смањују учесталост дијареје (Chen et al., 2015; Lndber, 2014; Wu et al., 2018). Недостатак дијететских влакана повећава осетљивост на патогене и нарушава баријерну функцију слузокоже дебелог црева (Desai et al., 2016), док храњење храном са високо нерастворљивим влакнима може спречити патогене повећањем дужине ресица код свиња (hedemann et al., 2006). Различите врсте влакана имају различите ефекте на функцију дебелог црева и илеумске баријере. Влакна пшеничних мекиња и грашка побољшавају функцију цревне баријере регулисањем експресије гена TLR2 и побољшањем цревних микробних заједница у поређењу са влакнима кукуруза и соје (Chen et al., 2015). Дуготрајно уношење влакана грашка може регулисати експресију гена или протеина повезаних са метаболизмом, чиме се побољшава баријера дебелог црева и имунолошка функција (Che et al., 2014). Инулин у исхрани може спречити цревне поремећаје код одбијених прасади повећавањем цревне пропустљивости (Awad et al., 2013). Вреди напоменути да је комбинација растворљивих (инулин) и нерастворљивих влакана (целулоза) ефикаснија него појединачно, што може побољшати апсорпцију хранљивих материја и функцију цревне баријере код одбијених прасади (Chen et al., 2019). Ефекат дијететских влакана на цревну слузокожу зависи од њихових компоненти. Претходна студија је открила да ксилан подстиче функцију цревне баријере, као и промене у бактеријском спектру и метаболитима, а глукан подстиче функцију цревне баријере и здравље слузокоже, али суплементација целулозом није показала сличне ефекте код одбијених прасади (Wu et al., 2018). Олигосахариди се могу користити као извори угљеника за микроорганизме у горњем делу црева уместо да се варе и користе. Суплементација фруктозом може повећати дебљину цревне слузокоже, производњу бутерне киселине, број рецесивних ћелија и пролиферацију ћелија цревног епитела код одбијених прасади (Tsukahara et al., 2003). Пектински олигосахариди могу побољшати функцију цревне баријере и смањити оштећење црева изазвано ротавирусом код прасади (Mao et al., 2017). Поред тога, утврђено је да cos може значајно подстаћи раст цревне слузокоже и значајно повећати експресију блокирајућих гена код прасади (WAN, Jiang, et al. на свеобухватан начин, ово указује да различите врсте угљених хидрата могу побољшати цревну функцију прасади (табела 2б).

Резиме и перспективе

Угљени хидрати су главни извор енергије код свиња, који се састоји од различитих моносахарида, дисахарида, олигосахарида и полисахарида. Термини засновани на физиолошким карактеристикама помажу у фокусирању на потенцијалне здравствене функције угљених хидрата и побољшању тачности класификације угљених хидрата. Различите структуре и врсте угљених хидрата имају различите ефекте на одржавање раста, промоцију цревне функције и микробне равнотеже, као и регулисање метаболизма липида и глукозе. Могући механизам регулације метаболизма липида и глукозе од стране угљених хидрата заснива се на њиховим метаболитима (SCFA), које ферментише цревна микробиота. Конкретно, угљени хидрати у исхрани могу регулисати метаболизам глукозе путем scfas-gpr43 / 41-glp1 / PYY и ampk-g6pase / PEPCK путева, и регулисати метаболизам липида путем scfas-gpr43 / 41 и amp / atp-ampk путева. Поред тога, када су различите врсте угљених хидрата у најбољој комбинацији, раст и здравствена функција свиња могу се побољшати.

Вреди напоменути да ће потенцијалне функције угљених хидрата у експресији протеина и гена и метаболичкој регулацији бити откривене коришћењем високопропусних метода функционалне протеомике, геномике и метабономике. На крају, али не и најмање важно, процена различитих комбинација угљених хидрата је предуслов за проучавање различитих угљених хидратних дијета у производњи свиња.

Извор: Часопис за науку о животињама