추상적인

돼지 영양 및 건강 분야에서 탄수화물 연구의 가장 큰 진전은 탄수화물의 화학적 구조뿐만 아니라 생리적 특성까지 고려하여 탄수화물을 더욱 명확하게 분류한 것입니다. 다양한 종류와 구조의 탄수화물은 주요 에너지원일 뿐만 아니라 돼지의 영양 및 건강 기능에도 유익합니다. 탄수화물은 돼지의 성장 및 장 기능 증진, 장내 미생물 군집 조절, 지질 및 포도당 대사 조절에 관여합니다. 탄수화물의 기본 메커니즘은 대사산물(단쇄지방산[SCFA])을 통해, 주로 scfas-gpr43/41-pyy/GLP1, scfas-ampk/atp-ampk, scfas-ampk-g6pase/PEPCK 경로를 통해 지방 및 포도당 대사를 조절합니다. 새로운 연구에서는 다양한 종류와 구조의 탄수화물의 최적 조합을 평가하여 성장 및 영양소 소화율을 개선하고, 장 기능을 촉진하며, 돼지의 부티르산 생성 세균 수를 증가시킬 수 있음을 확인했습니다. 전반적으로, 탄수화물이 돼지의 영양 및 건강 기능에 중요한 역할을 한다는 주장을 뒷받침하는 설득력 있는 증거들이 있습니다. 또한, 탄수화물 조성 분석은 돼지의 탄수화물 균형 기술 개발에 이론적, 실질적 가치를 제공할 것입니다.

1. 서문

고분자 탄수화물, 전분 및 비전분 다당류(NSP)는 사료의 주요 구성 요소이며 돼지의 주요 에너지원으로 총 에너지 섭취량의 60%~70%를 차지합니다(Bach Knudsen). 탄수화물의 종류와 구조가 매우 복잡하여 돼지에 미치는 영향이 다르다는 점에 유의해야 합니다. 이전 연구에 따르면 아밀로스 대 아밀로스(AM/AP) 비율이 다른 전분을 급여하면 돼지의 성장 성과에 명확한 생리적 반응이 나타나는 것으로 나타났습니다(Doti et al., 2014; Vicente et al., 2008). 주로 NSP로 구성된 식이 섬유는 단위 위 동물의 영양소 이용률과 순 에너지 가치를 감소시키는 것으로 알려져 있습니다(NOBLET and le, 2001). 그러나 식이 섬유 섭취는 새끼 돼지의 성장 성과에 영향을 미치지 않았습니다(Han & Lee, 2005). 식이섬유가 새끼 돼지의 장 형태와 장벽 기능을 개선하고 설사 발생률을 감소시킨다는 증거가 점점 더 많아지고 있습니다(Chen et al., 2015; Lndberg, 2014; Wu et al., 2018). 따라서 사료 내 복합 탄수화물, 특히 섬유질이 풍부한 사료를 효과적으로 활용하는 방법에 대한 연구가 시급합니다. 돼지에 대한 탄수화물의 구조적 및 분류학적 특성과 영양 및 건강 기능은 사료 배합 시 기술되고 고려되어야 합니다. NSP와 저항성 전분(RS)은 주요 난소화성 탄수화물이며(wey et al., 2011), 장내 미생물은 난소화성 탄수화물을 단쇄 지방산(SCFA)으로 발효시킵니다(Turnbaugh et al., 2006). 또한, 일부 올리고당과 다당류는 동물의 프로바이오틱스로 간주되며, 장내 락토바실러스와 비피도박테리움의 비율을 증가시키는 데 사용될 수 있습니다(Mikkelsen et al., 2004; Mø LBAK et al., 2007; Wellock et al., 2008). 올리고당 보충은 장내 미생물총 구성을 개선하는 것으로 보고되었습니다(de Lange et al., 2010). 돼지 생산에서 항균 성장 촉진제 사용을 최소화하기 위해서는 동물 건강을 증진시킬 수 있는 다른 방법을 찾는 것이 중요합니다. 돼지 사료에 더 다양한 탄수화물을 첨가할 수 있는 기회가 있습니다. 전분, NSP, MOS의 최적 조합이 성장 성과 영양소 소화율을 증진시키고, 부티르산 생성 세균 수를 증가시키며, 이유자돈의 지질 대사를 어느 정도 개선할 수 있다는 증거가 점점 더 많아지고 있습니다(Zhou, Chen, et al., 2020; Zhou, Yu, et al., 2020). 따라서 본 논문의 목적은 성장 성과 장 기능 증진, 장내 미생물 군집 및 대사 건강 조절에 있어 탄수화물의 핵심적인 역할에 대한 최신 연구를 검토하고, 돼지의 탄수화물 조합을 탐구하는 것입니다.

2. 탄수화물의 분류

식이 탄수화물은 분자 크기, 중합도(DP), 연결 유형(a 또는 b) 및 개별 단량체의 구성에 따라 분류할 수 있습니다(Cummings, Stephen, 2007). 탄수화물의 주요 분류는 단당류 또는 이당류(DP, 1-2), 올리고당(DP, 3-9) 및 다당류(DP, ≥ 10)와 같은 DP를 기반으로 하며, 이는 전분, NSP 및 글리코시드 결합으로 구성됩니다(Cummings, Stephen, 2007; Englyst et al., 2007; 표 1). 탄수화물의 생리적 및 건강적 효과를 이해하려면 화학 분석이 필요합니다. 탄수화물의 보다 포괄적인 화학적 식별을 통해 건강 및 생리적 효과에 따라 그룹화하고 전체 분류 계획에 포함할 수 있습니다(englyst et al., 2007). 숙주 효소에 의해 소화되어 소장에서 흡수될 수 있는 탄수화물(단당류, 이당류, 그리고 대부분의 전분)은 소화 가능 탄수화물 또는 이용 가능 탄수화물로 정의됩니다(Cummings, Stephen, 2007). 장내 소화에 저항성이 있거나 흡수 및 대사가 잘 안 되지만 미생물 발효에 의해 분해될 수 있는 탄수화물은 저항성 탄수화물로 간주되며, 대부분의 NSP, 난소화성 올리고당, 그리고 RS가 여기에 해당합니다. 본질적으로 저항성 탄수화물은 소화 불가능하거나 이용 불가능한 것으로 정의되지만, 탄수화물 분류에 대한 비교적 정확한 설명을 제공합니다(englyst et al., 2007).

3.1 성장 성과

전분은 두 종류의 다당류로 구성됩니다.아밀로스(AM)는 선형 전분 α(1-4) 결합 덱스트란의 일종이며, 아밀로펙틴(AP)은 α(1-4) 결합 덱스트란으로 약 5%의 덱스트란 α(1-6)을 함유하여 분지형 분자를 형성합니다(tester et al., 2004).분자 구성과 구조가 다르기 때문에 AP가 풍부한 전분은 소화하기 쉽지만 AM이 풍부한 전분은 소화하기 어렵습니다(Singh et al., 2010).이전 연구에 따르면 AM/AP 비율이 다른 전분 급여가 돼지의 성장 성과에 유의미한 생리적 반응을 나타내는 것으로 나타났습니다(Doti et al., 2014; Vicente et al., 2008).이유된 돼지의 사료 섭취량과 사료 효율은 AM의 증가에 따라 감소했습니다(regmi et al., 2011). 그러나 새로운 증거에 따르면 am이 높은 사료는 성장기 돼지의 평균 일일 증체량과 사료 효율을 증가시킨다고 보고합니다(Li et al., 2017; Wang et al., 2019). 또한 일부 과학자들은 전분의 다양한 AM/AP 비율을 공급해도 이유된 돼지의 성장 성과에 영향을 미치지 않는 반면(Gao et al., 2020A; Yang et al., 2015), 높은 AP 사료는 이유된 돼지의 영양소 소화율을 증가시켰다고 보고했습니다(Gao et al., 2020A). 식이 섬유는 식물에서 유래하는 음식의 작은 부분입니다. 주요 문제는 식이 섬유가 높을수록 영양소 활용도가 낮고 순 에너지 가치가 낮아진다는 것입니다(noble & Le, 2001). 반대로 적당한 섬유 섭취는 이유된 돼지의 성장 성과에 영향을 미치지 않았습니다(Han & Lee, 2005; Zhang et al., 2013). 식이섬유가 영양소 이용 및 순에너지 가치에 미치는 영향은 섬유질 특성에 영향을 받으며, 섬유질 공급원에 따라 매우 다를 수 있습니다(Lndber, 2014). 이유된 돼지에서 완두콩 섬유를 보충한 것은 옥수수 섬유, 대두 섬유, 밀기울 섬유를 급여한 것보다 사료 전환율이 더 높았습니다(Chen et al., 2014). 마찬가지로 옥수수기울과 밀기울을 급여한 이유된 돼지는 대두껍질을 급여한 이유된 돼지보다 사료 효율과 체중 증가가 더 높았습니다(Zhao et al., 2018). 흥미롭게도 밀기울 섬유군과 이눌린군 사이에는 성장 성과에 차이가 없었습니다(Hu et al., 2020). 또한 셀룰로스군과 자일란군의 돼지와 비교했을 때 보충이 더 효과적이었습니다. β-글루칸은 돼지의 성장 성과를 저해합니다(Wu et al., 2018). 올리고당은 당과 다당류의 중간 형태인 저분자량 탄수화물입니다(voragen, 1998). 올리고당은 낮은 열량과 유익한 박테리아의 성장을 촉진하는 등 중요한 생리적 및 물리화학적 특성을 가지고 있어 사료 내 프로바이오틱스로 활용될 수 있습니다(Bauer et al., 2006; Mussatto and mancilha, 2007). 키토산 올리고당(COS)을 보충하면 영양소 소화율을 높이고 설사 발생률을 줄이며 장 형태를 개선하여 이유자돈의 성장 능력을 향상시킬 수 있습니다(Zhou et al., 2012). 또한, 키토산 올리고당을 보충한 사료는 모돈의 생식 능력(생존자돈 수)(Cheng et al., 2015; Wan et al., 2017)과 육성자돈의 성장 능력(wontae et al., 2008)을 향상시킬 수 있습니다. MOS와 프락토올리고당의 보충은 돼지의 성장 능력을 향상시킬 수 있습니다(Che et al., 2013; Duan et al., 2016; Wang et al., 2010; Wenner et al., 2013). 이러한 보고들은 다양한 탄수화물이 돼지의 성장 능력에 각기 다른 영향을 미친다는 것을 시사합니다(표 2a).

3.2 장 기능

높은 am/ap 비율의 전분은 장 건강을 개선할 수 있습니다.트리비린영어: (돼지에게 보호할 수 있음) 장 형태를 촉진하고 이유 돼지의 유전자 발현과 관련된 장 기능을 상향 조절함으로써(Han et al., 2012; Xiang et al., 2011). 회장과 공장의 융모 높이와 함몰 깊이에 대한 융모 높이의 비율은 높은 AM 사료를 섭취했을 때 더 높았고 소장의 총 세포 사멸률은 낮았습니다. 동시에 십이지장과 공장에서 차단 유전자의 발현도 증가시켰고, 높은 AP 군에서는 이유 돼지의 공장에서 수크로오스와 말타아제의 활성이 증가했습니다(Gao et al., 2020b). 마찬가지로 이전 연구에서 AM이 풍부한 사료는 pH를 감소시키고 AP가 풍부한 사료는 이유 돼지의 맹장에서 총 박테리아 수를 증가시키는 것으로 나타났습니다(Gao et al., 2020A). 식이 섬유는 돼지의 장 발달과 기능에 영향을 미치는 핵심 성분입니다. 축적된 증거에 따르면 식이섬유는 이유자돈의 장 형태와 장벽 기능을 개선하고 설사 발생률을 감소시키는 것으로 나타났습니다(Chen et al., 2015; Lndber, 2014; Wu et al., 2018). 식이섬유 결핍은 병원균에 대한 감수성을 증가시키고 대장 점막의 장벽 기능을 손상시키는 반면(Desai et al., 2016), 고불용성 식이섬유를 급여하면 돼지의 융모 길이가 증가하여 병원균 감염을 예방할 수 있습니다(hedemann et al., 2006). 다양한 종류의 섬유는 대장 및 회장 장벽 기능에 각기 다른 영향을 미칩니다. 밀기울과 완두콩 섬유는 옥수수와 대두 섬유에 비해 TLR2 유전자 발현을 조절하고 장내 미생물 군집을 개선하여 장벽 기능을 향상시킵니다(Chen et al., 2015). 완두콩 섬유의 장기 섭취는 대사 관련 유전자 또는 단백질 발현을 조절하여 대장 장벽과 면역 기능을 향상시킬 수 있습니다(Che et al., 2014). 사료에 이눌린을 첨가하면 장 투과성을 증가시켜 이유된 돼지의 장 장애를 예방할 수 있습니다(Awad et al., 2013). 가용성 섬유(이눌린)와 불용성 섬유(셀룰로오스)를 함께 섭취하는 것이 단독 섭취보다 효과적이며, 이유된 돼지의 영양 흡수와 장 장벽 기능을 향상시킬 수 있다는 점은 주목할 만합니다(Chen et al., 2019). 식이섬유가 장 점막에 미치는 영향은 구성 성분에 따라 다릅니다. 이전 연구에서는 자일란이 장 장벽 기능, 박테리아 스펙트럼 및 대사산물의 변화를 촉진하고 글루칸이 장 장벽 기능과 점막 건강을 촉진하는 것으로 나타났지만, 셀룰로오스 보충은 이유된 돼지에서 유사한 효과를 보이지 않았습니다(Wu et al., 2018). 올리고당은 소화되어 이용되는 대신 상부 장에 있는 미생물의 탄소원으로 사용될 수 있습니다.과당 보충은 이유된 돼지의 장 점막 두께, 부티르산 생성, 열성 세포의 수 및 장 상피 세포의 증식을 증가시킬 수 있습니다(Tsukahara et al., 2003).펙틴 올리고당은 장 장벽 기능을 개선하고 돼지에서 로타바이러스로 인한 장 손상을 줄일 수 있습니다(Mao et al., 2017).또한, cos는 돼지에서 장 점막의 성장을 유의하게 촉진하고 차단 유전자의 발현을 유의하게 증가시킬 수 있는 것으로 밝혀졌습니다(WAN, Jiang, et al.).종합적으로, 이는 다양한 유형의 탄수화물이 돼지의 장 기능을 개선할 수 있음을 시사합니다(표 2b).

요약 및 전망

탄수화물은 돼지의 주요 에너지원으로, 다양한 단당류, 이당류, 올리고당, 다당류로 구성되어 있습니다. 생리적 특성에 기반한 용어는 탄수화물의 잠재적 건강 기능을 파악하고 탄수화물 분류의 정확성을 높이는 데 도움이 됩니다. 탄수화물의 구조와 종류에 따라 성장 기능 유지, 장 기능 및 미생물 균형 증진, 지질 및 포도당 대사 조절에 각기 다른 영향을 미칩니다. 탄수화물의 지질 및 포도당 대사 조절 기전은 장내 미생물에 의해 발효되는 대사산물(단일지방산)에 기반합니다. 구체적으로, 사료 내 탄수화물은 scfas-gpr43/41-glp1/PYY 및 ampk-g6pase/PEPCK 경로를 통해 포도당 대사를 조절하고, scfas-gpr43/41 및 amp/atp-ampk 경로를 통해 지질 대사를 조절할 수 있습니다. 또한, 다양한 종류의 탄수화물이 최적의 조합으로 섭취될 때 돼지의 성장 및 건강 기능이 향상될 수 있습니다.

고처리량 기능 프로테오믹스, 유전체학, 그리고 대사체학 방법을 활용하여 단백질, 유전자 발현 및 대사 조절에 있어 탄수화물의 잠재적 기능을 규명할 수 있다는 점은 주목할 만합니다. 마지막으로, 다양한 탄수화물 조합에 대한 평가는 돼지 생산에서 다양한 탄수화물 사료를 연구하는 데 필수적입니다.

출처: 동물과학저널