Astratto

Il più grande progresso nella ricerca sui carboidrati nell'alimentazione e nella salute dei suini è la loro classificazione più chiara, basata non solo sulla loro struttura chimica, ma anche sulle loro caratteristiche fisiologiche. Oltre a essere la principale fonte di energia, diversi tipi e strutture di carboidrati sono benefici per la nutrizione e la salute dei suini. Sono coinvolti nel promuovere le prestazioni di crescita e la funzionalità intestinale dei suini, regolando la comunità microbica intestinale e il metabolismo dei lipidi e del glucosio. Il meccanismo di base dei carboidrati avviene attraverso i loro metaboliti (acidi grassi a catena corta [SCFA]) e principalmente attraverso le vie scfas-gpr43 / 41-pyy / GLP1, SCFAs amp / atp-ampk e scfas-ampk-g6pase / PEPCK per regolare il metabolismo dei grassi e del glucosio. Nuovi studi hanno valutato la combinazione ottimale di diversi tipi e strutture di carboidrati, che può migliorare le prestazioni di crescita e la digeribilità dei nutrienti, promuovere la funzionalità intestinale e aumentare l'abbondanza di batteri produttori di butirrato nei suini. Nel complesso, prove convincenti supportano l'idea che i carboidrati svolgano un ruolo importante nelle funzioni nutrizionali e salutistiche dei suini. Inoltre, la determinazione della composizione dei carboidrati avrà valore teorico e pratico per lo sviluppo di tecnologie per il bilanciamento dei carboidrati nei suini.

1. Prefazione

I carboidrati polimerici, l'amido e i polisaccaridi non amilacei (NSP) sono i componenti principali delle diete e le principali fonti di energia dei suini, rappresentando il 60% - 70% dell'apporto energetico totale (Bach Knudsen). È importante notare che la varietà e la struttura dei carboidrati sono molto complesse, con effetti diversi sui suini. Studi precedenti hanno dimostrato che l'alimentazione con amido con diverso rapporto amilosio/amilosio (AM/AP) ha un'evidente risposta fisiologica alle prestazioni di crescita dei suini (Doti et al., 2014; Vicente et al., 2008). Si ritiene che la fibra alimentare, composta principalmente da NSP, riduca l'utilizzo dei nutrienti e il valore energetico netto degli animali monogastrici (NOBLET et al., 2001). Tuttavia, l'assunzione di fibra alimentare non ha influenzato le prestazioni di crescita dei suinetti (Han e Lee, 2005). Sempre più prove dimostrano che la fibra alimentare migliora la morfologia intestinale e la funzione di barriera dei suinetti, riducendo l'incidenza della diarrea (Chen et al., 2015; Lndberg, 2014; Wu et al., 2018). Pertanto, è urgente studiare come utilizzare efficacemente i carboidrati complessi nella dieta, in particolare i mangimi ricchi di fibre. Le caratteristiche strutturali e tassonomiche dei carboidrati e le loro funzioni nutrizionali e salutistiche per i suini devono essere descritte e considerate nelle formulazioni dei mangimi. NSP e amido resistente (RS) sono i principali carboidrati non digeribili (wey et al., 2011), mentre il microbiota intestinale fermenta i carboidrati non digeribili in acidi grassi a catena corta (SCFA); Turnbaugh et al., 2006). Inoltre, alcuni oligosaccaridi e polisaccaridi sono considerati probiotici per gli animali, che possono essere utilizzati per stimolare la percentuale di Lactobacillus e Bifidobacterium nell'intestino (Mikkelsen et al., 2004; Mø LBAK et al., 2007; Wellock et al., 2008). È stato riportato che l'integrazione di oligosaccaridi migliora la composizione del microbiota intestinale (de Lange et al., 2010). Per ridurre al minimo l'uso di promotori della crescita antimicrobici nella produzione suina, è importante trovare altri modi per raggiungere una buona salute animale. Esiste l'opportunità di aggiungere una maggiore varietà di carboidrati ai mangimi per suini. Sempre più prove dimostrano che la combinazione ottimale di amido, NSP e MOS può promuovere le prestazioni di crescita e la digeribilità dei nutrienti, aumentare il numero di batteri produttori di butirrato e migliorare in una certa misura il metabolismo lipidico dei suini svezzati (Zhou, Chen et al., 2020; Zhou, Yu et al., 2020). Pertanto, lo scopo di questo articolo è quello di rivedere le attuali ricerche sul ruolo chiave dei carboidrati nel promuovere le prestazioni di crescita e la funzionalità intestinale, regolando la comunità microbica intestinale e la salute metabolica, e di esplorare la combinazione di carboidrati nei suini.

2. Classificazione dei carboidrati

I carboidrati alimentari possono essere classificati in base alle loro dimensioni molecolari, al grado di polimerizzazione (DP), al tipo di legame (a o b) e alla composizione dei singoli monomeri (Cummings, Stephen, 2007). È importante notare che la principale classificazione dei carboidrati si basa sul loro DP, come monosaccaridi o disaccaridi (DP, 1-2), oligosaccaridi (DP, 3-9) e polisaccaridi (DP, ≥ 10), composti da amido, NSP e legami glicosidici (Cummings, Stephen, 2007; Englyst et al., 2007; Tabella 1). L'analisi chimica è necessaria per comprendere gli effetti fisiologici e sulla salute dei carboidrati. Con un'identificazione chimica più completa dei carboidrati, è possibile raggrupparli in base ai loro effetti fisiologici e sulla salute e includerli nel piano di classificazione generale (englyst et al., 2007). I carboidrati (monosaccaridi, disaccaridi e la maggior parte degli amidi) che possono essere digeriti dagli enzimi dell'ospite e assorbiti nell'intestino tenue sono definiti carboidrati digeribili o disponibili (Cummings, Stephen, 2007). I carboidrati resistenti alla digestione intestinale, o scarsamente assorbiti e metabolizzati, ma che possono essere degradati dalla fermentazione microbica, sono considerati carboidrati resistenti, come la maggior parte degli NSP, degli oligosaccaridi indigeribili e degli RS. In sostanza, i carboidrati resistenti sono definiti indigeribili o inutilizzabili, ma forniscono una descrizione relativamente più accurata della classificazione dei carboidrati (englyst et al., 2007).

3.1 performance di crescita

L'amido è composto da due tipi di polisaccaridi. L'amilosio (AM) è un tipo di amido lineare legato a destrano α (1-4), mentre l'amilopectina (AP) è un destrano legato a destrano α (1-4), contenente circa il 5% di destrano α (1-6) per formare una molecola ramificata (tester et al., 2004). A causa delle diverse configurazioni e strutture molecolari, gli amidi ricchi di AP sono facilmente digeribili, mentre gli amidi ricchi di AM non lo sono (Singh et al., 2010). Studi precedenti hanno dimostrato che l'alimentazione a base di amido con diversi rapporti AM/AP ha risposte fisiologiche significative alle prestazioni di crescita dei suini (Doti et al., 2014; Vicente et al., 2008). L'assunzione di mangime e l'efficienza alimentare dei suini svezzati sono diminuite con l'aumento dell'AM (regmi et al., 2011). Tuttavia, evidenze emergenti riportano che diete con am più elevato aumentano l'incremento ponderale medio giornaliero e l'efficienza alimentare dei suini in crescita (Li et al., 2017; Wang et al., 2019). Inoltre, alcuni scienziati hanno riferito che l'alimentazione con diversi rapporti AM/AP di amido non ha influenzato le prestazioni di crescita dei suinetti svezzati (Gao et al., 2020A; Yang et al., 2015), mentre una dieta con AP elevato ha aumentato la digeribilità dei nutrienti dei suini svezzati (Gao et al., 2020A). La fibra alimentare è una piccola parte degli alimenti di origine vegetale. Un problema importante è che un contenuto elevato di fibra alimentare è associato a un minore utilizzo dei nutrienti e a un valore energetico netto inferiore (Noble & Le, 2001). Al contrario, un apporto moderato di fibra non ha influenzato le prestazioni di crescita dei suini svezzati (Han & Lee, 2005; Zhang et al., 2013). Gli effetti della fibra alimentare sull'utilizzo dei nutrienti e sul valore energetico netto sono influenzati dalle caratteristiche della fibra, e le diverse fonti di fibra possono essere molto diverse (Indber, 2014). Nei suinetti svezzati, l'integrazione con fibra di pisello ha mostrato un tasso di conversione alimentare più elevato rispetto all'alimentazione con fibra di mais, fibra di soia e fibra di crusca di frumento (Chen et al., 2014). Analogamente, i suinetti svezzati trattati con crusca di mais e crusca di frumento hanno mostrato una maggiore efficienza alimentare e un aumento di peso maggiore rispetto a quelli trattati con pula di soia (Zhao et al., 2018). È interessante notare che non vi è stata alcuna differenza nelle prestazioni di crescita tra il gruppo fibra di crusca di frumento e il gruppo inulina (Hu et al., 2020). Inoltre, rispetto ai suinetti del gruppo cellulosa e del gruppo xilano, l'integrazione è stata più efficace. Il β-glucano compromette le prestazioni di crescita dei suinetti (Wu et al., 2018). Gli oligosaccaridi sono carboidrati a basso peso molecolare, intermedi tra zuccheri e polisaccaridi (voragen, 1998). Hanno importanti proprietà fisiologiche e fisico-chimiche, tra cui un basso valore calorico e la stimolazione della crescita di batteri benefici, che li rendono utilizzabili come probiotici alimentari (Bauer et al., 2006; Mussatto e mancilha, 2007). L'integrazione con oligosaccaride chitosano (COS) può migliorare la digeribilità dei nutrienti, ridurre l'incidenza di diarrea e migliorare la morfologia intestinale, migliorando così le prestazioni di crescita dei suini svezzati (Zhou et al., 2012). Inoltre, le diete integrate con oligosaccaridi chitosano possono migliorare le prestazioni riproduttive delle scrofe (numero di suinetti vivi) (Cheng et al., 2015; Wan et al., 2017) e le prestazioni di crescita dei suini in accrescimento (wontae et al., 2008). L'integrazione di MOS e fruttooligosaccaridi può anche migliorare le prestazioni di crescita dei suini (Che et al., 2013; Duan et al., 2016; Wang et al., 2010; Wenner et al., 2013). Questi studi indicano che diversi carboidrati hanno effetti diversi sulle prestazioni di crescita dei suini (tabella 2a).

3.2 funzione intestinale

L'amido con un elevato rapporto am/ap può migliorare la salute intestinale (tribirinpuò proteggerlo per il suino) promuovendo la morfologia intestinale e regolando la funzione intestinale correlata all'espressione genica nei suini svezzati (Han et al., 2012; Xiang et al., 2011). Il rapporto tra altezza dei villi e profondità delle cavità dell'ileo e del digiuno era più elevato quando alimentati con una dieta ricca di am, e il tasso totale di apoptosi dell'intestino tenue era inferiore. Allo stesso tempo, aumentava anche l'espressione di geni bloccanti nel duodeno e nel digiuno, mentre nel gruppo con alto AP, le attività di saccarosio e maltasi nel digiuno dei suini svezzati erano aumentate (Gao et al., 2020b). Analogamente, lavori precedenti hanno rilevato che le diete ricche di am riducevano il pH e le diete ricche di AP aumentavano il numero totale di batteri nel cieco dei suini svezzati (Gao et al., 2020A). La fibra alimentare è la componente chiave che influenza lo sviluppo e la funzionalità intestinale dei suini. Le prove accumulate dimostrano che la fibra alimentare migliora la morfologia intestinale e la funzione di barriera dei suini svezzati e riduce l'incidenza della diarrea (Chen et al., 2015; Löndber, 2014; Wu et al., 2018). La carenza di fibra alimentare aumenta la suscettibilità ai patogeni e compromette la funzione di barriera della mucosa del colon (Desai et al., 2016), mentre l'alimentazione con una dieta ricca di fibre insolubili può prevenire i patogeni aumentando la lunghezza dei villi nei suini (hedemann et al., 2006). I diversi tipi di fibre hanno effetti diversi sulla funzione della barriera del colon e dell'ileo. Le fibre di crusca di frumento e di pisello migliorano la funzione di barriera intestinale regolando l'espressione genica del TLR2 e migliorando le comunità microbiche intestinali rispetto alle fibre di mais e soia (Chen et al., 2015). L'ingestione a lungo termine di fibre di pisello può regolare l'espressione genica o proteica correlata al metabolismo, migliorando così la barriera intestinale e la funzione immunitaria (Che et al., 2014). L'inulina nella dieta può prevenire disturbi intestinali nei suinetti svezzati aumentando la permeabilità intestinale (Awad et al., 2013). Vale la pena notare che la combinazione di fibre solubili (inulina) e insolubili (cellulosa) è più efficace della sola assunzione, il che può migliorare l'assorbimento nutrizionale e la funzione di barriera intestinale nei suinetti svezzati (Chen et al., 2019). L'effetto delle fibre alimentari sulla mucosa intestinale dipende dai loro componenti. Uno studio precedente ha rilevato che lo xilano promuoveva la funzione di barriera intestinale, nonché cambiamenti nello spettro batterico e nei metaboliti, e il glucano promuoveva la funzione di barriera intestinale e la salute della mucosa, ma l'integrazione di cellulosa non ha mostrato effetti simili nei suinetti svezzati (Wu et al., 2018). Gli oligosaccaridi possono essere utilizzati come fonti di carbonio per i microrganismi presenti nell'intestino superiore, anziché essere digeriti e utilizzati. L'integrazione di fruttosio può aumentare lo spessore della mucosa intestinale, la produzione di acido butirrico, il numero di cellule recessive e la proliferazione delle cellule epiteliali intestinali nei suinetti svezzati (Tsukahara et al., 2003). Gli oligosaccaridi di pectina possono migliorare la funzione della barriera intestinale e ridurre il danno intestinale causato dal rotavirus nei suinetti (Mao et al., 2017). Inoltre, è stato scoperto che i carboidrati possono promuovere significativamente la crescita della mucosa intestinale e aumentare significativamente l'espressione dei geni bloccanti nei suinetti (WAN, Jiang et al.). In modo completo, questi dati indicano che diversi tipi di carboidrati possono migliorare la funzione intestinale dei suinetti (tabella 2b).

Riepilogo e Prospettiva

I carboidrati sono la principale fonte di energia dei suini, e sono composti da vari monosaccaridi, disaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi. I termini basati sulle caratteristiche fisiologiche aiutano a concentrarsi sulle potenziali funzioni salutari dei carboidrati e a migliorare l'accuratezza della loro classificazione. Diverse strutture e tipologie di carboidrati hanno effetti diversi sul mantenimento delle prestazioni di crescita, sulla promozione della funzionalità intestinale e dell'equilibrio microbico e sulla regolazione del metabolismo dei lipidi e del glucosio. Il possibile meccanismo di regolazione del metabolismo dei lipidi e del glucosio da parte dei carboidrati si basa sui loro metaboliti (SCFA), che vengono fermentati dal microbiota intestinale. In particolare, i carboidrati nella dieta possono regolare il metabolismo del glucosio attraverso le vie scfas-gpr43/41-glp1/PYY e ampk-g6pase/PEPCK, e regolare il metabolismo dei lipidi attraverso le vie scfas-gpr43/41 e amp/atp-ampk. Inoltre, quando i diversi tipi di carboidrati vengono combinati al meglio, è possibile migliorare le prestazioni di crescita e la salute dei suini.

È importante sottolineare che le potenziali funzioni dei carboidrati nell'espressione proteica e genica e nella regolazione metabolica saranno scoperte utilizzando metodi di proteomica funzionale ad alto rendimento, genomica e metabonomica. Infine, ma non meno importante, la valutazione di diverse combinazioni di carboidrati è un prerequisito per lo studio di diete a base di carboidrati diversificate nella produzione suina.

Fonte: Animal Science Journal