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第五章碳水化合物的营养河南科技大学动物科技学院目的要求掌握碳水化合物的含义、营养生理作用；比较学习并掌握反刍与非反刍动物饲料碳水化合物的消化、吸收、利用过程及其异同；非淀粉多糖的概念及营养特性。第一节碳水化合物及其营养生理作用一、碳水化合物的结构和分类二、饲料中碳水化合物的分布三、碳水化合物的营养生理功能河南科技大学动物科技学院一、碳水化合物的结构与分类1.碳水化合物的结构多羟基的醛、酮或其简单衍生物以及能水解产生上述产物的化合物的总称。在元素组成上含有碳、氢、氧，且后两种元素的比例与水中的比例相同，符合经验分子式（CH20）n.还含有磷、氮、硫元素。河南科技大学动物科技学院在常规分析中包括无氮浸出物和粗纤维。（1）单糖（2）低聚糖或寡糖(2-10个糖单位)（3）多聚糖（4）其它化合物2.分类河南科技大学动物科技学院（1）单糖丙糖：甘油醛、二羟丙酮丁糖：赤鲜糖、苏阿糖等戊糖：核糖、核酮糖、木糖、木酮糖、阿拉伯糖等已糖：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等庚糖：景天庚酮糖、葡萄庚酮糖、半乳庚酮糖等衍生糖：脱氧糖（脱氧核糖、岩藻糖、鼠李糖），氨基糖（葡萄糖胺半乳糖胺）、糖醇（甘露糖醇、木糖醇、肌糖醇等）、糖醛酸（葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸）、糖苷（葡萄糖苷、半乳糖苷、果糖苷）河南科技大学动物科技学院河南科技大学动物科技学院（2）低聚糖或寡糖（2~10个糖单位）二糖：蔗糖（葡萄糖+果糖）乳糖（半乳糖+葡萄糖）麦芽糖（葡萄糖+葡萄糖）纤维二糖（葡萄糖+葡萄糖）河南科技大学动物科技学院河南科技大学动物科技学院三糖：棉籽糖（半乳糖+葡萄糖+果糖）松三糖（2葡萄糖+果糖）龙胆三糖（2葡萄糖+果糖）洋槐三糖（2鼠李糖+半乳糖）四糖：水苏糖（2半乳糖+葡萄糖+果糖）五糖：毛蕊草糖（3半乳糖+葡萄糖+果糖）六糖：乳六糖河南科技大学动物科技学院@同质多糖（由同一糖单位组成）糖原（葡萄糖聚合物）淀粉（葡萄糖聚合物）纤维素（葡萄糖聚合物）木聚糖（木糖聚合物）半乳聚糖（半乳糖聚合物）甘露聚糖（甘露糖聚合物）（3）多聚糖（10个糖单位以上）河南科技大学动物科技学院河南科技大学动物科技学院@杂多糖（由不同糖单位组成）半纤维素（葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖、阿拉伯糖、木糖、鼠李糖、糖醛酸）阿拉伯树胶（半乳糖、葡萄糖、鼠李糖、阿拉伯糖）菊糖（葡萄糖、果糖）果胶（半乳糖醛酸的聚合物）黏多糖（N-乙酰氨基糖、糖醛酸为单位的聚合物）透明质酸（葡萄糖醛酸、N-乙酰氨基糖为单位的聚合物）河南科技大学动物科技学院河南科技大学动物科技学院（4）其他化合物几丁质（N-乙酰氨基糖、CaCO3聚合物)硫酸软骨素（葡萄糖醛酸、N-乙酰氨基半乳糖硫酸脂的聚合物）糖蛋白质糖脂木质素（苯丙烷衍生物的聚合物）河南科技大学动物科技学院二、饲料中碳水化合物的分布河南科技大学动物科技学院结构性CHO河南科技大学动物科技学院河南科技大学动物科技学院河南科技大学动物科技学院三、碳水化合物的营养生理作用1.供能和贮能：•直接氧化供能。•转化为糖元（肝脏、肌肉）-短期存在形式。•转化为脂肪-长期贮备能源。2.构成体组织：•戊糖构成核酸•粘多糖，结缔组织的重要成分•糖蛋白，细胞膜的组成成分河南科技大学动物科技学院3.作为前体物质：•为反刍动物瘤胃利用NPN合成菌体蛋白或重组合成菌体蛋白和动物体内合成NEAA提供C架。4.形成产品：•奶、肉、蛋河南科技大学动物科技学院第二节碳水化合物的消化、吸收和代谢河南科技大学动物科技学院一.消化吸收河南科技大学动物科技学院河南科技大学动物科技学院河南科技大学动物科技学院河南科技大学动物科技学院河南科技大学动物科技学院单胃动物碳水化合物消化路线图没有消化酶大肠微生物碳水化合物唾液淀粉酶麦芽糖和糊精挥发性脂肪酸、二氧化碳和甲烷部分淀粉和纤维素酸解十二指肠淀粉酶把淀粉分解成麦芽糖和糊精在麦芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶的作用下分解成单糖河南科技大学动物科技学院微生物作用（二）吸收水解产生的单糖经主动转运吸收入细胞，顺序为：半乳糖葡糖果糖戊糖。幼龄动物乳糖酶活性高，断奶后下降，蔗糖酶在幼龄很低，麦芽糖酶断奶时上升未消化吸收的C·H2O进入后肠，在微生物作用下发酵产生VFA。河南科技大学动物科技学院各种家畜对糖的选择性吸收家畜糖吸收的速度（以葡萄糖为100）半乳糖果糖甘露糖木糖阿拉伯糖大鼠10942212012猫9035---兔82---60仓鼠8816122810人12267---鸽子11555333716蛙107465129-鱼9762-5749河南科技大学动物科技学院1.单糖互变：非反刍动物体内循环的单糖形式以葡萄糖为主。但植物性饲料除分解产生葡萄糖外，还产生果糖、半乳糖、甘露糖、核糖等单糖。单糖通过互变的方式完成代谢过程。2.葡萄糖分解代谢：葡萄糖是单胃动物的主要能量来源，是其他生物合成过程的起始物质。二、代谢河南科技大学动物科技学院葡萄糖的酵解途径1分子葡萄糖生成2分子丙酮酸生成2ATP磷酸戊糖途径无氧发酵有氧氧化三羧酸循环1分子葡萄糖生成38ATP河南科技大学动物科技学院血液葡萄糖维持在狭小范围内：单胃动物与人：70-100mg/100ml反刍动物：40-70mg/100ml禽：130-260mg/100ml河南科技大学动物科技学院血糖维持稳定是二个过程的结果（1）葡萄糖从肠道、肝和其他器官进入血液；（2）血液葡萄糖离开到达各组织被利用（氧化或生物合成）。血糖来源：（1）从食物消化的葡糖吸收入血；（2）体内合成，主要在肝，前体物有AA、乳酸、丙酸、甘油、合成量大，但低于第(1）途径河南科技大学动物科技学院消化道糖的异生分解供能合成糖原脂肪非必需氨基酸的碳架临时性糖尿糖的酵解柠檬酸循环38ATP磷酸戊糖乳糖葡萄糖河南科技大学动物科技学院3.血糖去路：（1）合成糖原；（2）合成脂肪；（3）转化为AA，葡糖代谢的中间产物为NEAA合成提高了C骨架；（4）作为能源：葡糖是红细胞的唯一能源，大脑，N组织，肌肉的主要能源。河南科技大学动物科技学院三、粗纤维的作用河南科技大学动物科技学院河南科技大学动物科技学院河南科技大学动物科技学院河南科技大学动物科技学院河南科技大学动物科技学院河南科技大学动物科技学院反刍动物消化C·H2O与单胃动物不同，表现在：消化方式、消化部位和消化产物。（1）饲料C·H2O→葡糖→丙酮酸→VFA，单糖很少；（2）瘤胃是消化C·H2O的主要场所，消化量占总C·H2O进食量的50-55%。一、消化吸收河南科技大学动物科技学院（1）河南科技大学动物科技学院瘤胃微生物不断消耗可溶性碳水化合物，用于繁殖和产生酶类河南科技大学动物科技学院2．瘤胃发酵产生的VFA种类及影响因素主要有乙酸、丙酸、丁酸，少量有甲酸、异丁酸、戊酸、异戊酸和己酸。瘤胃中24hrsVFA产量3-4kg（奶牛瘤、网胃），绵羊300-400g；大肠产生并被动物利用了的VFA为上述量的10%。乙酸、丙酸、丁酸的比例受日粮因素影响。乙酸是主要酸，喂粗料时产量高，喂谷物时丙酸产量高，乙/丙比受日粮处理影响。河南科技大学动物科技学院部分饲料发酵分解产物的比较饲料乙酸丙酸丁酸戊酸纤维饲料高很低很低淀粉饲料很低比较高比较高富含可溶性糖的饲料很低高高极低河南科技大学动物科技学院河南科技大学动物科技学院影响瘤胃内脂肪酸浓度的因素①日粮组成摩尔%日粮总VFAumol/ml乙酸丙酸丁酸低质草场干草105-121691810优质青贮87-13674177苜蓿干草88-9869-7017-187-8高谷物日粮12245478苜蓿颗粒+碎玉米12655-562715-16河南科技大学动物科技学院②日粮加工方法：摩尔%日粮总VFAumol/ml乙酸丙酸丁酸长苜蓿干草+碎玉米8960-612017长苜蓿干草+玉米粒10757-582217-18苜蓿颗粒+碎玉米12655-562715-16河南科技大学动物科技学院乙酸是主要酸，喂粗料时产量高，喂谷物时丙酸产量高，乙/丙比受日粮处理影响。加瘤胃素可提高丙酸比例，有利于肉牛育肥。饲料磨粉或制粉可提高丙酸产量。VFA的浓度受到吸收和产出的平衡调节。河南科技大学动物科技学院4H2+HCO3-+H+→CH4+3H2O各种瘤胃菌均可进行此反应。甲烷产量很高，能值高（7.6kcal/g）不能被动物利用，因而是巨大的能量损失，甲烷能占食入总能的6-8%。3.甲烷的产生及其控制河南科技大学动物科技学院C6H12O6+2H2O2CH3COOH+2CO2+4H2C6H12O6+2H22CH3CH2COOH_2H2OC6H12O6CH3CH2CH2COOH+2H2+2CO2绵羊：甲烷（g）=2.41x+9.80牛：甲烷（g）=4.012x+17.68x：可消化碳水化合物的克数（1）日粮中加入不饱和脂肪酸（相应提高丙酸产量）；（2）加添加剂，如氯仿、水合氯醛、铜盐等，在总体上抑制微生物生长。甲烷产量估计式：降低甲烷产量的措施：河南科技大学动物科技学院4.挥发性脂肪酸的吸收VFA的75%通过瘤胃壁扩散进入血液，约20%经皱胃和重瓣胃吸收，约5%经小肠吸收。VFA吸收是被动的，C原子越多，吸收越快。丁酸》丙酸》乙酸。部分挥发性脂肪酸在通过前胃壁的过程中可转化成酮体，其中丁酸的转化可占吸收量的90%，乙酸转化甚微。酮体多会产生酮病。河南科技大学动物科技学院2、前胃微生物发酵的利弊好处：提供能量，产生挥发性脂肪酸；植物细胞壁中纤维物质得到利用，细胞内其他营养素的利用率提高。坏处：发酵过程中碳水化合物损失，宿主代谢需要的葡萄糖经糖原异生而来，降低碳水化合物的利用率河南科技大学动物科技学院1、合成作用：乙酸，丁酸→体脂、乳脂丙酸→葡萄糖丙酸和丁酸在肝脏代谢，60%乙酸在外周组织代谢，只有20%在肝脏代谢，还有少量在乳房中参与乳脂肪的合成。乙酸可用于体脂肪和乳脂肪的合成。丁酸也可用于脂肪的合成。丙酸可用于葡萄糖和乳糖的合成。2、氧化：奶牛组织中体内50%乙酸，2/3丁酸，1/4丙酸被氧化，其中乙酸提供的能量占总能量需要量的70%。二、VFA的代谢河南科技大学动物科技学院河南科技大学动物科技学院三、葡萄糖的代谢3.葡萄糖缺乏对反刍动物的影响：（1）导致体脂肪合成与沉积量下降。长链脂肪酸的合成受影响，其合成需要NADPH，70%NADPH由葡萄糖代谢产生，葡萄糖的缺乏使长链脂肪酸的合成受阻。葡萄糖又是合成甘油的前体。（2）导致机体蛋白质代谢更加恶化。丙酸不足，动物只能利用氨基酸去合成葡萄糖，使蛋白质沉积下降。（3）导致母畜泌乳量下降。葡萄糖是乳糖的来源，血中葡萄糖浓度与产奶量呈直线相关关系。河南科技大学动物科技学院单胃动物和反刍动物糖代谢异同相同点：都能将淀粉等碳水化合物被消化后产生单糖，单糖经过互变生成6-磷酸葡萄糖后被吸收，进入三羧循环通过无氧酵解、有氧氧化和磷酸戊糖循环进行氧化供能，或合成乳糖。多余的糖合成糖原。不同点：单胃动物能将糖酵解生成的丙酮酸合成长链脂肪酸，合成脂肪沉积；而反刍动物糖来源于淀粉和粗纤维，在瘤胃被微生物发酵成乙酸、丙酸、丁酸等低级脂肪酸被吸收，吸收的糖很少，反刍动物不能利用葡萄糖合成长链脂肪酸，但可由糖原异生产生葡萄糖，提供能源。河南科技大学动物科技学院第三节、非淀粉多糖的营养1.非淀粉多糖的概念：（non-starchpolysaccharides，NSP)河南科技大学动物科技学院河南科技大学动物科技学院河南科技大学动物科技学院3.非淀粉多糖的含量与分布3.1饲料中非淀粉多糖的含量不同种类、不同生长阶段的植物，其NSP组成的种类和含量不同。一般纤维素含量约占20%~40%，可高达60%，半纤维素含量约占10%~40%，果胶约占1%~10%。河南科技大学动物科技学院谷物籽实中NSP含量t表示痕量。河南科技大学动物科技学院河南科技大学动物科技学院3.2NSP在植物饲料中的分布NSP主要是作为植物细胞壁的成分而存在。植物细胞壁作为结构物质可分为间隔层、初生壁和次生壁等三层。不同谷物细胞壁中纤维素的结构组成无多少变