碳水化合物与动物营养

碳水化合物(carbohydrates)与动物营养,本章要点碳水化合物在动物体的营养作用；动物对碳水化合物的利用；粗纤维在动物饲养上的作用,第一节碳水化合物的营养作用,一、饲料中的碳水化合物二、碳水化合物的营养作用三、碳水化合物不足和过多的后果,（一）碳水化合物的相关概念多羟基的醛、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；糖（sugar）：水溶性的单糖和低聚糖，不包括多糖；单糖：CHO的基本单位，根据官能团分为醛糖和酮糖；根据碳原子数分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖等。低聚糖或寡糖：2-10糖单位失水而构成的糖。,一、饲料中的碳水化合物,多聚糖：10个以上单糖脱水以苷键结合的糖；直链淀粉：250-300个glc单位以-1,4糖苷键连结；支链淀粉：每隔24-30glc单位出现一个-1,6糖苷键连结。,不溶性：纤维素、半纤维素、果胶NSP可溶性：-葡聚糖、阿拉伯木聚糖、甘露聚糖、葡糖甘露聚糖,非淀粉多糖（NSP）纤维素、半纤维素、果胶、抗性淀粉（阿拉伯木聚糖、-葡聚糖、甘露聚糖、葡糖甘露聚糖等）,糖分子结构,H-C=OH-C=OH-C=OH-C-OHCH2H-C-OHH-C-OHH-C-OHHO-C-HH-C-OHH-C-OHH-C-OHCH2OHCH2OHCH2OHD-核糖2-脱氧-D-核糖D-木糖,糖分子结构,CHOCH2OHCHOCHOHCOHC=OHCOHHOCHHOCHHOCHHOCHHOCHHCOHHCOHHCOHHCOHHCOHHCOHHCOHHCOHCH2OHCH2OHCH2OHCH2OHD-葡萄糖D-果糖D-半乳糖D-甘露糖,（二）碳水化合物分类表,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、阿拉伯糖己糖：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）,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）龙胆二糖（葡萄糖+葡萄糖）密二糖（半乳糖+葡萄糖）,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,3.多聚糖（10个糖单位以上）（1）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）,（2）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（半乳糖醛酸聚合物）粘多糖（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）。,4.其他化合物几丁质（N-乙酰氨基糖、CaCO3的聚合物）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）糖蛋白糖脂木质素（苯丙烷衍生物的聚合物）,(三)饲料中的碳水化合物1.粗纤维:纤维素、半纤维素、木质素等,植物细胞壁主要成分,最难消化。-1，4糖苷键2.无氮浸出物:可溶性糖(单糖、二糖等)、淀粉(包括糊精)。单糖主要存于果实,饲料中含量较少；二糖在甜菜、甘蔗中丰富；淀粉主要贮存植物籽实和块根、块茎中。-1，4；-1，6糖苷键最易消化吸收营养物质。单胃动物日粮比例最大。,二、碳水化合物的营养作用,（一）动物体内能量的主要来源最经济能源。多余CHO转化为肝糖元、肌糖元和脂肪贮备能量；（二）体内合成NEAA及其他物质的原料如：糖(-KGA、草酰乙酸、丙酮酸等)-酮酸，参与AA合成。,（三）动物机体的重要成分如核糖、脱氧核糖;粘多糖存于动物体胶原、结缔组织及粘液中;糖蛋白于血液、粘液、胃粘膜及某些酶、激素中;糖脂于脑蛋白和脑灰质等。（四）畜产品的原料肉蛋奶等的脂肪主要以CHO为原料,Glc是合成乳糖的原料。乳牛1.2kgGlc/d、绵羊200gGlc/d乳糖,（五）其他作用,1.某些寡糖的作用：化学益生素；2.糖苷的生理作用：解毒；3.结构性碳水化合物的营养生理作用：营养、促进肠道蠕动、便通、饱感；4.糖蛋白的生理作用：物质运输、血液凝固、生物催化、润滑保护、结构支持、黏着细胞、降低冰点、卵子受精、免疫；5.糖脂的生理作用：神经细胞的组成。,三、CHO不足和过多的后果,(一)不足不能满足动物的能量需要,生产性能下降;严重不足动用体内贮备能量物质。顺序为：糖元体脂体蛋白动物消瘦,体重下降、抗病力下降等。(二)过多动物体内脂肪贮积增加,则肉的品质下降；种用动物体脂肪贮积过多,繁殖性能下降。,第二节碳水化合物的消化、吸收和代谢,一、单胃动物CHO的消化利用二、反刍动物对CHO的消化利用,一、单胃动物碳水化合物的消化利用,（一）非草食单胃动物1.胃和小肠底物：淀粉、可溶性糖酶：淀粉酶、二糖酶（乳糖酶、蔗糖酶、麦芽糖酶）产物：单糖；2.大肠底物：纤维素、半纤维素和少量淀粉、可溶性糖,酶：微生物产物：VFA（二）草食单胃动物粗纤维为主单胃肉食动物和水产类动物消化道的淀粉酶活性低,对淀粉类物质的消化利用能力低。,单胃动物对淀粉和可溶性糖的消化,酶分泌部位酶基质产物口腔唾液淀粉酶淀粉糊精、麦芽糖胰腺胰淀粉酶淀粉、糊精糊精、麦芽糖小肠蔗糖酶蔗糖葡萄糖、果糖小肠麦芽糖酶麦芽糖葡萄糖小肠乳糖酶乳糖葡萄糖、半乳糖干淀粉悬于水中并加热时，淀粉粒吸水溶胀发生破裂，淀粉分子进入水中形成半透明的胶悬液，同时失去晶态和双折光性质的过程称为糊化或凝胶化。,(三)幼龄哺乳动物单胃、幼龄反刍动物不能利用CF；可溶性碳水化合物和淀粉的利用能力随年龄变化有很大差异；初生哺乳动物只能利用乳糖；4-5周龄仔猪才对天然淀粉有一定消化能力；8-10周龄仔猪消化道酶活性接近成年动物。,瘤胃内碳水化合物的代谢,Pectin（果胶）,Pentosan(戊糖酸),Cellulose(纤维素),Starch(淀粉),菌体多糖,Uronicacid(糖醛酸),Xylose(木糖),Arabinose(阿拉伯糖),Cellobiose(纤维二糖),麦芽糖,蔗糖,葡萄糖,果糖,单糖发酵,H2,CO2,HCOOH,CH4,乙酸,丁酸,乳酸,Propionicacid(丙酸),丁二酸,CO2,二、成年反刍动物对CHO的消化利用,Xylan(木聚糖),(maltose),(Sucrose),Hemicellulose(半纤维素),反刍动物的碳水化合物和氮化物代谢,蛋白质,蛋白质,微生物,碳水化合物,NH3,VFA,发酵,Glucose,尿素,肽,氨基酸,饲料,主要是瘤胃微生物发酵产生VFA被吸收利用,以单糖吸收的数量很少;日粮组成对瘤胃产生VFA比例有明显影响。CF含量高,生成乙酸比例高,丙酸比例低；日粮中增加谷实,乙酸比例下降,丙酸比例增加;饲料的蒸气处理、制粒、粉碎过细可提高VFA中丙酸比例,降低乙酸、丁酸比例;瘤胃素等添加剂可调节瘤胃发酵,提高丙酸比例,降低乙酸、丁酸比例。,反刍动物利用CHO的特点,三、碳水化合物的代谢,（一）非反刍动物的CHO代谢1.单糖互变Glc、果糖、半乳糖、甘露糖、木糖、核糖,单糖代谢之间的相互关系,半乳糖糖原木糖核糖1-磷酸半乳糖1-磷酸Glc5-磷酸木糖5-磷酸核糖Glc6-磷酸Glc磷酸戊糖循环甘露糖6-磷酸甘露糖6-磷酸果糖果糖1-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖甘油醛磷酸二羟丙酮三磷酸甘油醛脂肪（肝脏）继续糖酵解和进入TCA,2.Glc分解代谢,（1）无氧酵解（2）有氧氧化（3）磷酸戊糖循环3.Glc参与的合成代谢（1）糖元合成（2）乳糖合成（3）合成体脂肪,（二）反刍动物的CHO代谢,1.糖原异生前体物：丙酸当前体物不足：体脂肪合成与沉积量下降；蛋白质代谢更加恶化；泌乳量下降2.挥发性脂肪酸的代谢乙酸、丁酸合成体脂、乳脂丙酸合成Glc和乳糖,（三）体内CHO的代谢效率,1molGlc及VFA的能量利用效率总能代谢耗用总产ATP净获能捕获能利用率（kJ/mol）（mol）（mol）（mol）（kJ）（%）Glc281644036120643乙酸8762121033538丙酸15364221860339丁酸21942292790541,第三节家畜饲养中的粗纤维,一、CF在家畜饲养中的主要作用,（一）草食动物重要的营养物质在瘤胃及大肠微生物作用下纤维素、半纤维素产生的VFA是重要能源；其中丙酸是合成Glc、乳糖的原料；乙酸、丁酸是合成乳脂中FA的主要原料。泌乳母牛日粮中粗饲料比例过低,则瘤胃中乙酸、丁酸浓度降低,乳脂率降低,牛奶质量下降。,（二）填充物:饱腹感（三）适量CF保护胃肠粘膜,并刺激胃肠粘膜,促进胃肠蠕动,利于消化与粪便的排泄日粮CF含量不足，动物出现消化不良，积食，便秘，内容物腐败，肠炎，腹泻等。（四）饲料CF过多会降低营养物质消化率特别是猪、鸡等单胃非草食动物,影响更大。应控制单胃非草食动物日粮中CF含量。（五）刺激幼龄的胃肠道健康生长发育,猪鸡配合饲料中CF最高限量(，%),饲料种类前期中期(产蛋高峰期)后期仔猪饲料4.0-5.0生长肥育猪7.0-8.0肉用仔鸡饲料5.05.05.0产蛋后备鸡饲料5.56.07.0产蛋鸡饲料5.55.06.0,二、影响动物对CF消化率的因素,(一)动物种类反刍单胃草食(马,驴,兔)单胃(猪,禽)畜禽对CF的消化率(%)动物种类消化部位消化率牛、羊瘤胃50-90马盲肠13-40猪盲肠3-25兔盲肠65-78鸡盲肠20-30,(二)饲料因素,一切影响微生物生长、繁殖的因素1.日粮CP水平:适当的CP有助于微生物生长、繁殖、活力CF消化率2.日粮CF水平：CF水平CF本身消化率，其他养分消化率也。3.矿物元素：Ca、P、S、Co、NaCI对微生物生长、繁殖影响较大。,4.某些饲料添加剂：高精料