碳水化合物营养代谢

1、碳水化合物营养代谢印遇龙 中科院亚热带农业生态研究所 传统上，不同的饲料评价体系都将饲料淀粉看成是消化率一致的均质实体，并且在不同体系间可以相互转化 传统上，把非淀粉多糖（NSP）统看成一类物质但研究表明，淀粉和NSP由于来源、组成及结构不同其在动物和人体内消化的速度和部位存在差异 碳水化合物理化结构与分类 营养代谢机理及其调控研究碳水化合物的分类类型组成成分小肠水解与吸收状况包括在分析的NSP残基Englyst AOACNSP residue糖葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖绝大多数No No糖醇山梨糖醇、木糖醇、乳糖醇、麦芽糖醇很少No No短链碳水化合物(SC)溶于80%乙醇Resistant

2、SC (低聚果糖、低聚半乳糖、焦糊精、多聚葡萄糖)麦芽糖 (生物活性）不能能No NoNo No淀粉快速消化淀粉慢速消化淀粉抗性淀粉能能不能No NoNo NoNo Partly非淀粉多糖(NSP)存在于植物细胞壁(日粮纤维)其它NSP(如果胶、胶浆，其它分离的NSP)不能不能Yes YesYes Yes称样MES/TRIS缓冲液处理磁力搅拌加-淀粉酶溶液、95-100水浴35 min冷却60 ，加蛋白酶溶液，60水浴30min加5ml 0.56N HCl (PH 4.5) 和淀粉葡萄糖苷酶溶液，水浴30min过滤10ml70 蒸馏水冲洗称滤液和洗液加60 95%乙醇沉淀1hr过滤，干燥沉淀物

3、测蛋白质和灰分水溶性纤维残渣测蛋白质和灰分非水溶性纤维水溶性纤维与非水溶性纤维测定过程流程图NSP分析饲料中NSP糖单元组成 （Yin et al., 2004)样品总NSP鼠李糖果糖阿拉伯糖木糖甘露糖半乳糖葡萄糖糖醛酸小麦溶不溶总1.412.6140.030.040.020.040.333.620.175.250.030.170.350.380.172.560.250.55大麦1溶不溶总1.4212.313.70.0190.030.020.030.242.960.124.80.0290.210.220.270.593.680.180.35大麦2溶不溶总2.0910.612.70.090.09

4、0.050.070.302.210.233.90.130.200.340.350.743.480.210.30小麦麸溶不溶总3.268.972.10.0760.180.0680.980.6417.30.4732.20100.510.741.420.614.30.52.01米糠溶不溶总3.074.177.140.070.200.051.00.5219.50.4135.20.10.610.641.000.5014.60.412.03抗性淀粉含量的测定(Zhang et al., 2005)称取样品胰-淀粉酶（Pancreatic-amylase）将样品中非抗性淀粉水解成葡萄糖乙醇提取出葡萄糖测定葡

5、萄糖含量计算出非抗性淀粉含量剩下的抗性淀粉溶解于KOH中淀粉葡萄糖苷酶（Amyloglucosidase）将其水解成葡萄糖测定葡萄糖含量计算出抗性淀粉含量 不同来源饲料原料淀粉消化率(其中：Corn、Millet、Oat、Rice、Wheat、Buckwheat、Potato、Sweet potato、Taro、Mung bean和Broad bean分别为玉米、粟、燕麦、米、小麦、荞麦、马铃薯、甘薯、芋头、绿豆和蚕豆; Yin et al.,2006)消化率(%)不同饲料来源在不同孵育时间抗性与非抗性淀粉含量注：RS为抗性淀粉，Non-RS为非抗性淀粉，其中： Corn、Millet、Oat

6、、Rice、Wheat、Buckwheat、Potato、Sweet potato、Taro、Mung bean和Broad bean分别为玉米、粟、燕麦、米、小麦、荞麦、马铃薯、甘薯、芋头、绿豆和蚕豆 (Yin et al.,2006)处理时间(min)粘度(cP)处理温度()图3. 不同饲料原料淀粉快速粘度分析图(图中a、b、c、d、e、f、g、h、I、j、k和t分别代表米、粟、燕麦、荞麦、小麦、马铃薯、甘薯、玉米、芋头、绿豆、蚕豆和温度变化) 利用快速粘度分析(RVA)测定的不同饲料原料糊化特性注：a为未测定，其中：Corn、Millet、Oat、Rice、Wheat、Buckwheat

7、、Potato、Sweet potato、Taro、Mung bean和Broad bean分别为玉米、粟、燕麦、米、小麦、荞麦、马铃薯、甘薯、芋头、绿豆和蚕豆。NSP代谢NSP 的消化 NSP有抗营养特性 增加消化道的粘性 隔离养分，降低其消化率 增加内源性氮的排出 增加胃肠道细菌的发酵MWB- MWB+A MWB+APMRB- MRB+A SEM Ileal digestibilityDry matter61.0b66.8a67.0a59.9b62.3ab3.52Energy61.8b66.5a67.0a60.9b63.2ab2.63Crude protein69.2b74.3a75.2a

8、68.2b71.8ab3.61Soluble NSP Rhamnose16.3b24.8a25.0a17.9b23.8a3.03 Fucose14.1b19.1a20.3a15.9b21.7a2.90 Arabinose20.3b26.3a25.9a19.8b27.8 a3.35 Xylose15.9b20.9a21.5a16.6b22.3a3.03 Mannose14.8b20.9a22.3a15.9b25.9a3.90 Galactose17.5b23.4a22.6a16.1b24.4a2.93 Glucose22.0b28.1a29.4a23.9b30.9a3.00 Total17.2

9、b 23.0a23.9a18.5b25.5a3.52Insoluble NSP Rhamnose11.813.412.813.614.42.99 Fucose10.912.612.512.213.33.05 Arabinose15.517.016.316.519.82.09玉米麦麸（MW-， 22% NSP)和玉米米糠（MR-， 24% NSP ）猪日粮养分以及NSP消化率与添加阿拉伯糖酶（+A）和胰蛋白酶（+P）的效果（Yin et. al. 2003) Xylose13.311.514.913.015.42.98 Mannose9.910.311.812.414.14.34 Galacto

10、se13.312.214.513.512.02.22 Glucose13.412.512.813.314.03.00 Total12.412.313.413.714.62.98Overall digestibilityDry matter73.275.876.073.275.93.43Energy75.078.277.374.074.62.59Crude protein80.881.482.081.281.93.61Soluble NSP Rhamnose54.558.654.857.358.33.30 Fucose56.658.857.955.958.82.98 Arabinose60.26

11、4.563.259.862.23.21 Xylose56.357.256.857.359.93.39 Mannose58.959.958.760.362.34.20续上 研究发现，在所有的必需氨基酸中，仅有支链氨基酸能在猪肠细胞内降解完全，而组氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸和色氨酸等必需氨基酸的完全氧化，则可能是由于肠道微生物的作用，而不是粘膜细胞的作用（Chen et al.,2006) 胃肠道上层粘膜细菌种类的分子鉴定(Gong et al.,2006)盲肠粘膜细菌种类分子鉴定(结合GenBank注册号) 发现盲肠中微生物区系比其它肠道部位要更具有多样性，在盲肠中发现56种型，而在

12、十二指肠、空肠和回肠中分别为15、11和7种型。拟杆菌 和大肠杆菌是盲肠中主要菌群，分别占总菌的12%和11%。乳酸杆菌是肠道上段中的优势菌群。饲喂不同浓度非淀粉多糖(NSP)日粮(小麦，8.2%NSP；次粉，15.1%NSP；麦麸，19.2NSP)在猪回肠末端总氨基酸N和内源性氨基酸N的排泄量 （Yin et al.,2001)baabaa End N 47-74%氨基酸氮排泄量内源性氨基酸构成回肠 内源性氨基酸47-74%，微生物N 30-50%大肠 内源性氨基酸10-25, 微生物氨基酸75-90% 长期认为非淀粉多糖 (NSP)影响内源 性氮的分泌。但我们研究发现起主要作用的是其中的水

13、溶性非淀粉多糖(SNSP)，日粮A日粮B日粮C日粮D日粮EEnd NLysMetCysThrTrpArgIleLeuValHisPheGlySerProAlaAspGlu2.78b0.660.65b0.140.20b0.040.29b0.070.93b0.210.29b0.050.53b0.140.51b0.130.67b0.170.74b0.190.26b0.070.46b0.121.25b0.320.93b0.241.55b0.400.68b0.171.12b0.291.93b0.444.54ab1.761.02ab0.370.30ab0.100.48ab0.201.52ab0.570.4

14、2ab0.130.89ab0.360.87ab0.351.12ab0.461.24ab0.500.44ab0.180.78ab0.322.11ab0.861.57ab0.632.62ab1.061.15ab0.471.88ab0.763.11ab1.184.48ab1.260.94ab0.270.31ab0.070.44ab0.141.61ab0.410.44ab0.090.82ab0.260.80ab0.251.03ab0.331.14ab0.360.40ab0.130.71ab0.231.93ab0.611.43ab0.452.39ab0.781.05ab0.331.72ab0.552.9

15、7ab0.845.69a1.531.30a0.320.41a0.080.58a0.172.08a0.490.68a0.111.07a0.311.04a0.311.35a0.401.48a0.440.52a0.150.93a0.272.52a0.741.87a0.553.13a0.921.37a0.402.25a0.664.00a1.033.20b0.430.70b0.090.23b0.030.33b0.051.00b0.140.32b0.030.62b0.090.61b0.090.78b0.110.86b0.120.30b0.040.54b0.081.47b0.211.08b0.161.82b

16、0.260.80b0.111.31b0.192.08b0.29NSP对猪回肠末端内源性(End)N及内源性氨基酸流量质采食量)的影响（李铁军，印遇龙等，2003） INSP不影响内源性N和氨基酸的排泄量，但水溶性NSP与之成线形递增关系水溶性SNSP增加了粪N和回肠末端N流量中微生物N含量非水溶性NSP则不影响微生物氮含量水溶性SNSP使猪回肠末端排泄物中微生物氨基 酸含量（%）增加 非水溶性INSP无影响非淀粉多糖与氮排放回肠末端N排放量y = 1.7832X - 8.2074, R2 = 0.99（可溶性NSP）y = 0.026X + 5.0431, R2 = 0.432（不溶性NSP）

17、粪N排放量y = 0.2563X + 0.5773, R2 = 0.89（可溶性NSP）y = 0.3165X + 1.546, R2 = 0.45 (不溶性NSP) 研究糖和淀粉吸收最直接的方法是门静脉-动脉插管技术。(与血糖指数比) 该方法由Rerat等(1980) 和Yen等(1987)建立，但手术难度大且费时。 我们对该技术作了些改进，使得该项技术更容易操作（Huang等2003；黄瑞林等2003；Yin等2003）。糖和淀粉营养代谢门静脉导管改进处特写建立PDV营养代谢研究方法 血管插管部位示意图抽取颈动脉血样采食不同种类碳水化合物后8小时内门静脉血液中葡萄糖含量(g)摄入量种类不同

18、时间出现在门静脉中的葡萄糖含量(g)2h4h6h8h400葡萄糖65.2156.3195.4207.5400蔗糖48.496.2123.6137.0400乳糖25.750.567.277.4400玉米淀粉61.7110.7148.0183.2800葡萄糖133.2304.6413.9509.7800蔗糖69.2162.1237.1283.5800乳糖20.539.657.473.5800玉米淀粉88.7185.9254.0309.0337玉米淀粉52.591.3123.9131.2(7h)293玉米淀粉+8%果胶39.967.293.799(7h) NSP影响门静脉氨基酸净吸收量组成模式 淀粉

19、性能（宾石玉 ，戴求仲 2004） 玉米日粮糙 米日粮糯米日粮RS日粮 潜在消化率(D)%96.098.50100.053.40直链 RS192.29180.94009520.64直链/支链淀粉消化速度(h-10.230.70.210.801.217.520.4饲料淀粉来源影响猪肠粘膜氨基酸代谢 采食后不同时间门静脉总氨基酸累积吸收量 采食后不同时间门静脉必需氨基酸累积吸收量 采食后8小时内门静脉总氨基酸和必需氨基酸吸收量玉米、糙米糯米抗性淀粉 2.4 日粮中的淀粉结构制约肝门静脉养分的吸收氨基酸组成RS日粮玉米日粮糙米日粮糯米日粮天冬氨酸12.14b16.91b30.146a27.37a谷氨

20、酸25.38c59.37b83.83a79.48a丝氨酸94.60bc73.37c157.85a115.33b组氨酸67.97bc94.24ab97.429a58.65c甘氨酸205.32a231.33a273.38a296.21a苏氨酸112.09ab80.57b140.90a101.40b精氨酸127.32b119.417b281.79a168.41b丙氨酸171.26b161.14b259.92a274.03a酪氨酸83.12b74.99b137.2277.53b蛋氨酸32.55b29.76b67.93a36.21b缬氨酸94.42b102.29b140.596a120.17ab苯丙氨酸

21、56.28c80.77bc144.58a115.55ab异亮氨酸75.47c85.41bc124.58a101.73ab亮氨酸119b138.948ab176.22a129.90b赖氨酸100100100100不同来源淀粉对采食后8h内门静脉净吸收氨基酸组成模式的影响淀粉来源对内脏蛋白质合成率影响 玉米日粮糙米日粮糯米日粮RS日粮胃30.9928.817.9530.67肝脏46.9846.6539.9444.02胰脏53.46a47.57a37.24b45.30ab脾脏35.77a35.23a19.36b31.07a12指肠58.29a58.24a31.36b47.59a空肠57.22a55.81a38.80b50.54ab回肠45.10a43.88a32.85b37.76ab盲肠44.6143.832.343.64结肠45.45a43.26a29.08b40.93a日增重(g/d)日增重(g/d)不同淀粉结构影响仔猪、生长猪日增重RS组增重低的原因：采食量显著降低(p0.05)蛋白质消化率显著降低(p0.05)能量消化率、DE、ME降低（代谢试验）RS消化性能差异的主要原因-日粮淀粉组成不同 直链淀粉分子较支链淀粉分子小，分子侧链较支链淀粉长，连接葡萄糖链的氢键也较强，因而直链淀粉难以接受消