第七讲 碳水化合物营养

第七讲碳水化合物营养CarbohydrateNutrition碳水化合物的性质及其营养生理作用寡糖非淀粉多糖碳水化合物的消化和吸收碳水化合物的代谢纤维的利用碳水化合物在营养中的重要性TheImportantRoleofCarbohydratesinanimalNutrition碳水化合物（carbohydrates）是多羟基的醛、酮或其简单衍生物以及能产生上述产物的化合物的总称碳水化合物由C、H、O三种元素组成碳水化合物包括无氮浸出物和粗纤维，是动物生产的主要能源，约占动物饲料的50%以上生物化学中习惯将碳水化合物称为糖类（saccharides）习惯上的糖（sugar）指水溶性单糖和低聚糖碳水化合物的分类TheClassificationofCarbohydrates单糖：丙糖、丁糖、戊糖、己糖、庚糖、衍生糖碳二糖：蔗糖水低聚糖（寡糖）三糖：棉籽糖化四糖、五糖、六糖：水苏糖合物同质多糖：糖原、淀粉、木聚糖、甘多聚糖露聚糖、半乳聚糖、纤维素杂多糖：半纤维素、果胶等糖蛋白质、木质素等几种重要碳水化合物的性质（1）TheCharacteristicsofSeveralCarbohydrates淀粉（starch）：为葡萄糖分子以-1,4糖苷键和以-1,6糖苷键联结的聚合物，分为直链淀粉和支链淀粉，动物体内的淀粉称为糖原，结构与支链淀粉相似纤维素（cellulose）：为葡萄糖分子以-1,4糖苷键和以-1,6糖苷键联结的聚合物，动物体内唾液和胰腺分泌的淀粉酶只能水解-1,4糖苷键，因此动物本身不能利用纤维素半纤维素（semicellulose）：是木糖、阿拉伯糖、半乳糖等的聚合物，含大量的-糖苷键，因此，大部分半纤维素不能被动物消化，特别当半纤维素和木质素以共价结合后很难溶于水，更难消化几种重要碳水化合物的性质（2）TheCharacteristicsofSeveralCarbohydrates木质素（lignin）：葡萄糖分子以-糖苷键形成的聚合物，是在植物生长成熟后才出现在细胞壁中的物质，含量为5~10%，动物和微生物体内分泌的酶都不能降解木质素果胶（pectin）：为半乳糖醛酸的聚合物，通常与动物体内的多糖形成难以被酶降解的复合物，约占植物细胞壁的1~10%纤维素、半纤维素、木质素和果胶一起构成植物细胞壁的主要成分糖蛋白：是多糖与蛋白质构成的复合物，广泛存在于动植物体内，起着重要的生理作用图植物细胞壁的结构寡糖，Olligosacchrides寡糖：又称低聚糖，是由2~10个糖单位构成的糖类物质，是近年来研究的热点物质近来的研究表明，微生物表面的糖蛋白能特异性地识别胃肠道黏膜上皮细胞表面的寡糖受体，并与之作用在饲料中添加寡糖，胃肠道中的致病菌能与添加寡糖特异性结合，使致病微生物不能在胃肠道上皮细胞上黏附，从而保护了胃肠道免受病原微生物的侵害工业上已用化学合成或微生物发酵的办法生产出一些寡糖产品，应用较多的有甘露寡糖（manoolligosacchrides，MOS）和果寡糖（Fructoolligosacchrides，FOS）寡糖的益生作用TheNutritiveRoleofOlligosacchrides寡糖益生作用为选择性地作为某些有益微生物生长的底物防止有害微生物在胃肠道黏膜表面的黏附提高机体的免疫功能由于寡糖具有调节胃肠道微生物区系平衡的效应，现已将其称为化学益生素（chemicalprobiotics）某些天然饲料原料中含有寡糖，最常见的是豆科籽实中的棉籽糖（raffinose）和水苏糖（stachyose），这些寡糖含量少时，有益生作用，含量大时，会导致肠胃胀气，产生腹泻非淀粉多糖Nonstarchpolysacchrides,NSP抗性淀粉：不能被动物消化的结构类似多糖的物质，包括木聚糖、-葡聚糖、甘露聚糖、葡萄糖甘露聚糖等NSP：新的概念，主要由纤维素、半纤维素和抗性淀粉组成，其中纤维素等不溶于水，称为不溶性NSP（NNSP），木聚糖和-葡聚糖等可溶于水，称为可溶性NSP（SNSP）木聚糖、-葡聚糖、甘露聚糖、葡萄糖甘露聚糖等-糖苷键联结而成的单糖聚糖，猪、鸡消化道内缺乏分解-糖苷键的酶，从而使其成为抗营养物质NSP的抗营养作用，AntinutritiveRoleofNSP引起抗营养作用的NSP主要为SNSP，SNSP进入消化道后，与水分子直接作用，同时SNSP分子本身相互作用，缠绕成网状结构，如此，大大增加了胃肠道食糜的粘性，进而阻止饲料养分与肠黏膜表面的接触，最终造成饲料养分消化率的降低，从而影响动物的生长性能小麦中含有4~6%的木聚糖和部分-葡聚糖，大麦中含有3~5%的-葡聚糖和部分木聚糖，因此，在猪、鸡饲粮中使用一定量大麦和小麦时，要在饲料中添加-葡聚糖酶和木聚糖酶碳水化合物的营养生理作用TheNutritiveandPhysiologicalRole供给和贮存能量的作用：碳水化合物在动物体内转化为葡萄糖，葡萄糖是最有效、最经济的供能物质，当葡萄糖供应不足时，出现低血糖症；葡萄糖的来源有二：从胃肠道吸收，由体内生糖物质转化是形成动物产品的重要物质：高产奶牛每日需要1.2kg的葡萄糖用于乳腺合成乳糖，在非必需氨基酸的合成中，需要有足够的碳水化合物提供碳架寡糖是动物机体重要的微生态平衡调节物质饲料中适宜的纤维对维持消化道的正常生理功能有重要作用糖蛋白和糖脂肪是细胞膜的重要结构成分非反刍动物对碳水化合物的消化吸收TheDigestionandAbsorptionofCarbohydratesfornonruminants非反刍动物对碳水化合物的消化主要是将淀粉分解为葡萄糖，再在十二指肠中吸收胃HCl-淀粉酶饲料淀粉酸解淀粉麦芽糖+糊精唾液淀粉酶胆汁-糖苷酶二糖ATP二糖酶葡萄糖葡萄糖、果糖、半乳糖异生为糖反刍动物对碳水化合物的消化吸收TheDigestionandAbsorptionofCarbohydratesforruminants反刍动物对碳水化合物的消化和吸收以形成VFA为主，形成葡萄糖为辅，消化部位以瘤胃为主VFA（volatilefattyacids）：挥发性脂肪酸，指反刍动物或单胃动物后段肠道碳水化合物代谢的中间产物，包括乙酸、丙酸和丁酸VFA中，乙酸和丁酸的利用效率较低，丙酸的利用效率较高，因此，在反刍动物营养中，通常用饲料配比的调整来提高VFA中丙酸的比例碳水化合物在瘤胃中的代谢TheMetabolismofCarbohydratesintheRumen纤维素、半纤维素、果胶、淀粉纤维分解酶-淀粉酶6-磷酸葡萄糖丙酮酸乙酸丁酸丙酸甲烷体脂肪、乳脂肪葡萄糖、乳糖排出纤维的利用，TheUtilizationofFiber由于分析方案法的差异和对纤维生理作用认识的更新，迄今仍未对纤维有确切的定义，一个可行的定义是：纤维是不能被动物自身分泌的消化酶消化的饲粮组成成分，包括纤维素、半纤维素、果胶、木质素、-葡聚糖、木聚糖等各种动物利用纤维的程度主要取决于利用微生物酶的分解产物或微生物代谢产物的程度，植物细胞壁越成熟，木质化程度越高，越不容易为微生物消化纤维的负面作用饲料纤维水平增高加快食糜在消化道的流通速度，降低淀粉、蛋白质、脂肪和矿物质的消化率降低饲料可利用能值增加动物消化道内源蛋白质、脂肪和矿物质的损失纤维对反刍动物的重要作用维持瘤胃正常功能和动物健康：适宜的饲料纤维含量是消除高产反刍动物进食大量精料引起的采食量下降、纤维消化率降低、防止瘤胃酸中毒、瘤胃黏膜溃疡和蹄病绝对不可缺乏的维持动物正常生产性能：控制饲料纤维的适宜水平，可维持动物较高的乳脂率和产乳量为动物提供大量能源：饲料纤维在瘤胃发酵产生的VFA是反刍动物主要的功能物质，可满足其能量需要的70~80%纤维对非反刍动物的重要作用非反刍动物对纤维的利用能力不如反刍动物，但同样具有重要作用维持胃肠道正常蠕动提供能量：研究表明，大肠对纤维发酵产生的VFA能满足生长肥育猪能量需要量的10~30%代谢效应：适宜的饲料纤维可降低心血管病和肠道癌症的发病率解毒作用：吸附消化道产生的有毒有害物质改善胴体品质刺激胃肠道发育