动物营养学课件

1、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

2、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,

3、（2）低聚糖或寡糖（210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

4、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（

5、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

6、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,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

7、芽糖酶断奶时上升 未消化吸收的CH2O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,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。,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38 ATP,

8、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

9、,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,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CH2O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CH2O葡糖丙酮酸VFA，单糖很少； （2）瘤胃是消化CH2O的主要场所，消化量占总CH

10、2O进食量的50-55%。,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

11、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,日粮组成,河南科技大学动物科技学院,日粮加工方法：,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

12、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+2H2O 2CH3COOH+2CO2+4H2 C6H12O6+2H2 2CH3CH2COOH_2H2O C6H12O6 CH3CH2CH2COOH+2H2+2CO2,绵羊：甲烷（g）=2.41x+9.80 牛：甲烷（g）=4.012x+17.68 x：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

13、,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

14、，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%。,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.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，

15、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,三、体内碳水化合物的代谢效率,1、碳水化合物的代谢效率 不同碳水化合物的能量效率不高，平均50%以上作为能量散失。 1mol葡萄糖及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） (molL） （mol） （KJ） （kJ） （%） 葡萄糖 2816 4 40 36 1206 43 乙酸 876 2 12 10 335 38 丙酸 1536 4 22 18 603 39 丁酸 2194 2

16、 29 27 905 41,2、贮存的效率 饲料来源的葡萄糖转变为棕榈酸甘油酯储存的效率为0.80,乙酸转化成棕榈酸的效率为0.72，乳酸转化成葡萄糖的效率为0.87,丙酸转变为葡萄糖的效率是0.83,葡萄糖变成糖原的效率为0.97,葡萄糖变成乳糖的效率是0.96。,3、体内葡萄糖的周转代谢效率 因种类、生理状态、生产目的、饲养、营养等不同而不同。 产奶期比干奶期高3倍。血糖浓度对产乳影响大。 4、葡萄糖的氧化 3565%葡萄糖完全氧化成H20和CO2.。其余均转化成其他化合物。反刍动物葡萄糖的平均氧化率大约是35%，非反刍动物大约是50%65%。,体组织和饲粮,乙酸,丁酸,丙酸,葡萄糖,游离

17、脂肪酸,葡萄糖,糖原,能量,葡萄糖,乙酸盐,BHBA,用于能量和脂肪酸的合成,肝,三酰甘油脂,氨基酸,游离脂肪酸,甘油,三酰甘油脂,乙酰乙酸,乙酰乙酸,三酰甘油脂,酮酸,氨,尿素,尿素,蛋白质,蛋白质,-羟基丁酸,NADPH （+H+）,用于能量、脂肪酸、 糖元和甘油三脂的合成,用于能量、甘油三脂 和脂肪酸的合成,-羟基丁酸 用于提供能量,排泄于尿和 唾液中,用于蛋白质和 氨基酸的合成,动物体内主要代谢物的来源和转化,全身血液,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

18、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 一些碳水化合物的特性及利用,一、寡糖 （1）寡糖:寡糖：由两个或两个以上单糖结合、不具有多糖复杂结构的化合物。 （2）作用原理：肠道中的致病性微生物通过特异性识别作用与消化道内不被动物消化的寡糖结合，不能在肠壁表面定植，并随同食糜排出体外。 （3）生理作用： 促进有益微生物的

19、繁殖，抑制病原菌的致病作用，改善肠道微生物区系。 提高动物免疫力作用； 影响动物胃肠道的形态和生理结构 抑制脂肪酸和胆固醇合成。 降低肠道pH值，抑制NH3产生，改善畜舍环境，,寡糖对畜禽的作用效应,第三节、非淀粉多糖的营养,1.非淀粉多糖的概念： （non-starch polysaccharides， 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

20、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,3.2 NSP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化，但其中半纤维素和果胶的组成和含量变化很大。,河南科技大学动物科技学院,碳水化合物,粗纤维,木质素,纤维素,半纤维素,无氮提取物,-葡聚糖,果胶,低聚糖,糖和淀粉,非淀粉多糖,4.NSP的抗营养特性,1.物理阻碍作用； 2.增加食糜粘性； 3.消化道形态生理变化； 4.NSP与生理活性物质结合

21、； 5.肠道微生物变化；,5.NSP的消化、吸收 5.1单胃动物对NSP的消化、吸收,河南科技大学动物科技学院,5.2反刍动物对NSP的消化、吸收,河南科技大学动物科技学院,6.NSP的代谢,河南科技大学动物科技学院,7.NSP的营养特性 7.1NSP的正面营养作用 NSP的供能作用,河南科技大学动物科技学院,每1000g纤维素经微生物分解的产物及其能值, NSP物质对营养物质摄入的调控作用 （1）NSP的添加可调控动物摄食量 ARC(1967)研究发现，当日粮NSP含量低于100g/kg时，每增加1%，猪采食量提高3%；而100g/kg以上时，猪采食量则降低。 （2）NSP调控营养素吸收 N

22、SP利用大的空间表面，可阻挡脂肪等类物质的吸收；另外，在母猪怀孕期间，为防止其过肥，可添加NSP，从而达到稀释营养浓度的作用。,河南科技大学动物科技学院, NSP的解毒效应 （1）日粮中的适量NSP类物质可提高动物对一些不能耐受物质的耐受程度。 （2）NSP可预防仔猪断奶后大肠杆菌引起的肠毒血症，可防止猪胃溃疡，但NSP过量时无效。 （3）日粮中适量的NSP可抑制仔猪水肿病的发生和减少仔猪腹泻。,河南科技大学动物科技学院, NSP的代谢效应 NSP可增加胆汁排泄，降低胆结石的可能性。因为，NSP中果胶、半纤维素能与胆汁结合，从而加速胆汁排泄。此外，NSP物质与胆汁的结合可降低血清胆固醇的水平。

23、也有报道发现NSP可降低禽类肝中脂肪含量，避免脂肪肝。,河南科技大学动物科技学院, 日粮中NSP物质的物理作用 （1）刺激消化道黏膜，促进胃肠蠕动作用，还可促进胃、肠道的发育和成熟。 （2）容积大、吸水力强，且较难消化，从而可充实胃肠使动物食后有饱腹感。,河南科技大学动物科技学院, NSP的其他作用 （1）改善畜产品质量，如在生长肥育猪后期，增加日粮中NSP，可减少脂肪贮存，提高酮体瘦肉率；母猪饲喂NSP物质含量高的日粮，可提高乳脂率。 （2）可提高母畜的生产性能。如母猪在怀孕期间补充一定量NSP，其产仔数和断奶数皆高于对照组。,河南科技大学动物科技学院,7.2NSP的负面作用 动物种类不同，

24、采食饲料不同，NSP类物质的负面营养作用表现不同。 反刍动物 单胃动物 家禽,河南科技大学动物科技学院,NSP对反刍动物的负面作用,河南科技大学动物科技学院,NSP对单胃动物的负面作用,河南科技大学动物科技学院,NSP对家禽的负面作用,河南科技大学动物科技学院,水溶性NSP对家禽的抗营养表现： 降低能量利用效率 对于家禽来说，各种谷物水溶性NSP（主要是阿拉伯木聚糖和-葡聚糖）含量和能值代谢率呈负相关。 研究发现日粮NSP含量每增加1%，总能消化率下降约3.5%. 降低养分消化率 一般日粮中水溶性NSP含量增加，家禽日粮中养分消化率即降低。在高粱日粮中加入3%水溶性NSP，肉仔鸡干物质消化率下

25、降8.4%；黑麦阿拉伯木聚糖可显著降低脂肪和氨基酸消化率。,河南科技大学动物科技学院, 降低生产性能 在小麦基础日粮中加入1%1.4%的黑麦阿拉伯木聚糖可使肉鸡生长速度下降19%29%，饲料转化率下降1412%，采食量下降5%17%。 产生粘性粪便 在肉鸡玉米基础日粮中，加入10%由大麦提出的葡聚糖，食糜上清液相对粘度从2.16增加到6.27.,河南科技大学动物科技学院,水溶性NSP的抗营养机理 增加食糜粘性 引起动物消化道形态和生理变化 和生理活性物质结合 和后肠道微生物区系相互作用,河南科技大学动物科技学院,消除NSP抗营养作用的措施 添加酶制剂 水处理 添加抗生素 其他方法，如日粮中添加

26、燕麦壳,河南科技大学动物科技学院,思考题,1. 反刍动物和非反刍动物对碳水化合物的消化吸收异同点？ 2.瘤胃微生物消化的主要优缺点是什么？ 3.人们在嚼馒头时为什么会感觉到甜味？当今为什么人们提倡吃一些粗粮？ 4.如何使家畜有效利用饲料中的粗纤维？ 5.综述高纤维日粮对反刍动物糖异生的影响及带来的相应负面作用有哪些？（上交）,河南科技大学动物科技学院,常用饲料原料中非淀粉多糖含量,各种食物和饲料中的碳水化合物表（%）,三、-（13）多糖,功能：对免疫系统能诱生多种细胞因子，促进干扰素、白细胞介素等的生成；激活巨噬细胞、自然杀伤（NK）细胞和T、B淋巴细胞；激活补体系统；促进抗体产生等。,四、纤维素,定义：一般泛指饲料中那些来源于植物，但又不能被动物胰腺或小肠消化酶所消化的细胞壁成分。,（1）动物对粗纤维的消化利用,各种动物对粗纤维的消化程度,猪对不同来源、不同水平纤维的消化率（）,一、对非反刍动物的作用 1、不良作用： 1不利于养分的吸收和代谢； 2增加内源物质的损失； 3低能值效应；,