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1、第五章 碳水化合物的营养,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。,主要内容：,第一节,定义：多羟基的醛、酮、醇或酸及它们的简单衍生物和经水解能产生上述那些多羟基化合物的总称。常规营养分析包括：无氮浸出物和粗纤维 动物营养中把木质素也包括在碳水化合物中。,第一节 碳水化合物及其营养生理作用,一、碳水化合物的组成、分类和主要性质 组成：CHO=121 通式（CH2O）n分类(单糖数目)：单糖：戊糖和己糖 低聚糖或寡糖（210个单糖单位）：蔗糖、乳糖、麦芽糖、纤维二糖。多聚糖（10个单糖
2、以上）：淀粉、纤维素、半纤维素。,其它化合物：木质素、糖蛋白、糖脂。从营养角度上分类：营养性多糖：淀粉、糖元 结构性多糖(细胞壁的成分)：纤维素、半纤维素、木质素、果胶,淀粉、糖原：基本组成单位葡萄糖，以a1，4或a1，6连接而成。,淀粉：单胃动物的主要能源，主要来源于玉米，和其他禾本科植物籽实。,(Wheat kernel,Encyclopaedia Britannica),L.SAULNIER,INRA,-细胞壁 杂木聚糖(50%)纤维素,存储组织(85%),保护组织(13%),-细胞壁阿拉伯木聚糖（70）-1,3(4)-葡聚糖（30）,纤维素：纯纤维素是一种高分子量的，以纤维二糖为重复单
3、位的高葡聚糖。在结构上，其葡萄糖残基是经-1.4位键键合的。,半纤维素：不同种类植物其结构不同。主要由D-葡萄糖，D-半乳糖，D-甘露糖，D-木糖和L-阿拉伯糖单位经各种糖苷键和不同的结合方式连接到一起的，含有大量的-糖苷键。,（1）-葡聚糖-（13）（14）葡聚糖类似于纤维素分子，但存在-（13）键，使其主链呈不规则形，阻止-葡聚糖紧密连接在一起，使水分子易于渗入-葡聚糖分子束中，比纤维素易溶于水。大麦和燕麦中含量较高,（2）阿拉伯木聚糖（戊聚糖）主链为-（14）木聚糖，侧链为-（12，3）阿拉伯糖，侧链数量增加则水分子容易渗入，溶解度增大。可吸收10倍重量的水。小麦中的NSP主要是阿拉伯木
4、聚糖，黑麦中很高。与AME负相关,（3）葡糖甘露聚糖主链为-（14）键连接的葡萄糖和甘露糖残基，侧链为半乳糖残基。（4）半乳甘露聚糖主链为-（14）键连接的甘露聚糖，侧链为-（16）键连接的半乳糖。具有很强的吸胀和保持水分能力。,（5）-甘露聚糖豆科植物细胞壁所固有的组分，占豆粕的1.3-1.6。使肉鸡生长速度下降，蛋鸡采食量、蛋重和产蛋量下降。,果胶：是一类紧密缔合的多糖，高等植物的细胞壁和细胞间隔的主要组成成分。,-（14）连接的D-半乳糖醛酸直链，在其骨架内含有少量的鼠李糖。侧链中常见的糖类是半乳糖和阿拉伯糖。豆科饲料中主要的SNSP，禾本科中较少。,木质素：来源于苯丙烷的三种衍生物的一
5、类聚合物，这三种化合物为：香豆醇、松柏醇和芥子酸。由于木质素与植物纤维素镶嵌在一起，使纤维素很难与能使其正常消化的酶接触。,非淀粉多糖（NSP）：纤维素、半纤维素、(阿拉伯木聚糖、葡聚糖、甘露聚糖、葡萄甘露聚糖等）、果胶和抗性淀粉（生产加工产生的）组成。,不溶性NSP:纤维素、半纤维素可溶性NSP:（阿拉伯木聚糖、葡聚糖）抗营养作用，在动物消化道内使食糜变粘，阻止养分接近肠粘膜表面，降低养分消化率。,主要谷物及豆类中非淀粉多糖的类型及含量（）,NSP抗营养作用的机理：动物不能消化：缺乏相应的内源酶。增加食糜粘度：多糖分子互相缠绕成网状结构，与水分子作用，增加溶液黏度，且随多糖浓度的增加而增加,
6、影响消化酶活性：与消化酶或消化酶发生作用所必需的成分（如胆汁酸或无机离子等）结合。降低养分消化率：阻止养分接近肠粘膜表面,对细胞内容物形成包被。,二 碳水化合物的营养生理作用 1.碳水化合物的供能贮能作用 2.组织结构物质及其它营养作用 3.碳水化合物的其它作用 a.调整肠道微生态：阻碍细菌定植，选择性地作为有益菌生长的底物。,b.糖苷具有解毒作用 c.纤维对动物生产性能和健康的积极作用；饲料中甲壳素可促进虾、蟹的生长。d.糖蛋白、糖脂生理作用：物质运输、血液凝固、生物催化、润滑保护、结构支持、降低冰点、免疫和激素。,一、消化吸收（一）非反刍动物的消化吸收 消化道前段（口腔到回肠）主要是营养性
7、碳水化合物消化吸收的部位，后段（回肠未端以后）主要是微生物消化结构性碳水化合物的场所。,第二节 碳水化合物的消化、吸收和代谢,前段：口腔：淀粉酶分解淀粉为糊精和麦芽糖，胃：部分淀粉和半纤维素酸解小肠：营养学多糖分解为二糖，二糖酶作用分解为单糖。后段：微生物发酵,产生挥发性脂肪酸（Volatile acids：乙酸、丙酸、丁酸)。总的来看，猪、禽以淀粉形成葡萄糖为主，以粗纤维形成VFA为辅，马、兔相反。,（二）反刍动物的消化吸收 1.碳水化合物在前胃的消化 以形成VFA为主，葡萄糖为辅，消化道的部位以瘤胃为主，小肠、盲肠、结肠为辅。70-90%的碳水化合物在此被消化。实质:微生物消化可溶性碳水化
8、合物，产生纤维素分解酶分解粗纤维的一个连续过程。,纤维素基本上能全部分解；半纤维素大部分能分解；果胶迅速分解；木质素基本上不能分解，且半纤维素-木质素复合程度越高，消化效果越差。2.VFA的比例及能量的利用效率 甲烷：乙酸、丁酸发酵产生的氢气被甲烷产气菌利用合成甲烷，以甲烷损失的能量平均占饲料总能的7。,乙酸：用于乳脂的合成，乙酸的比例（摩尔比）与NDF/OM呈高度正相关，乙酸比例越高，能量利用率低。丙酸：体内合成葡萄糖，丙酸发酵利用H2，丙酸比例高时，能量利用率相应提高。丙酸的比例（摩尔比）与NDF/OM呈高度负相关。研究表明：代谢能用于增重的效率与乙酸之比呈高度负相关。,二、碳水化合物代谢
9、反刍动物碳水化合物代谢：1.糖原异生：主要前体物质丙酸、生糖氨基酸。极其重要的碳水化合物代谢途径，90葡萄糖或更多来自糖原异生。大量采食纤维性饲料时，消化道吸收的葡萄糖几为零，糖异生的前提物丙酸的数量和比例都很小。饲喂劣质饲草时：乙酸:丙酸100：16 饲喂精粮型饲料：乙酸:丙酸100：75,糖原异生不能满足时的后果：a.导致体脂合成与沉积量下降：NADPH和甘油的生成量减少 脂肪合成的原料长链脂肪酸（LCFA）来源：一是饲料，二是由乙酸和丁酸合成。乙酸和丁酸合成LCFA需要NADPH，但70NADPH由葡萄糖经磷酸戊糖途径产生。葡萄糖又是甘油的主要前提物。,所以采食大量粗饲料，产生乙酸的代谢
10、利用率低，影响体脂合成，造成无法上膘。b.导致蛋白质代谢更加恶化：氨基酸生糖c.导致母畜泌乳量下降：乳糖合成减少，50的乳糖由葡萄糖合成。,2、挥发性脂肪酸的代谢氧化功能：反刍动物由VFA供能占2/3，50乙酸，2/3丁酸和25丙酸氧化供能。乙酸可用于合成体脂和乳脂肪，丁酸也用于脂肪合成，丙酸用于合成葡萄糖和乳糖。,第三节、粗纤维的利用 粗纤维能阻碍底物与消化酶接触，增快食糜在消化道中的流通速度，所以日粮中粗纤维的含量超过一定的比例、日粮干物质的消化率与粗纤维的含量呈副相关，随饲料中粗纤维含量的增高，动物消化道内源养分的损失增加。,一、反刍动物1.维持瘤胃的正常功能和动物的健康2.维持动物正常
11、的生产性能3.利用粗纤维为动物提供大量的能源,但动物利用粗纤维的程度受纤维质量的影响，变化范围较大（090）。,二、非反刍动物1.维持肠胃正常功能2.提供能量3.饲粮纤维的代谢效应：降低胆固醇、减少直肠癌的发生。4.解毒作用5.改善胴体品质,纤维在消化道中的物理状态,结晶纤维素：不水化、不吸胀，不酶解，保持原状可溶性多糖：水分子作用下，或周围养分降解下，粘性胶体中间：不易溶，可以水化，具有吸胀能力,有益作用:(一)是草食动物的主要能源来源,可满足维持需要。(二)体积大,吸水性强,可填充胃肠道,产生饱感。(三)粗纤维对胃肠道具有刺激作用,促进胃肠道蠕动。(四)稀释作用。有害作用:细胞壁含量高,不
12、利于酶的消化作用。,纤维在动物营养中的作用,纤维的有益作用,控制采食量ARC（1967）CF100g/kg,diet fiber 1%,采食量 3%CF100g/kg,diet fiber，采食量机理不详，现象确实,影响微生物区系和微生态环境根据添加抗生素后生产性能的变化(Choct&Annoson,1992)VFA产量和比例(Drochner等,1993)胆酸、胆固醇在肠道的演化(Costa等,1994),维持肠胃正常蠕动Fioramonti&Bueno(1980),麦麸对结肠的前进式蠕动有促进作用Cherbut等(1991)日粮纤维不发酵部分通过机械作用可发酵部分通过发酵产品影响肠道蠕动和
13、食糜流通速度,提供能量纤维发酵 VFAs 能量Imoto&Namioka(1978):维持需要的 10%Graham(1986):30%NRC(1989):528%,改善胴体品质日粮纤维提高对生产性能产生不利影响改善了胴体品质,加快食糜排出速度纤维水平升高，排出速度增加纤维类型不同，速度增加不一,影响消化道发育,保健作用 降低血糖 糖尿病纤维 降低血脂 心血管疾病 降低胆固醇 心血管疾病降低胃溃疡的发生率,纤维的保健作用,适量NSP提高动物的耐受程度NSP可预防仔猪断奶后大肠杆菌引起的肠毒血症，但NSP过量时无效日粮适量的NSP可抑制仔猪胃肠内的细菌，防止仔猪水肿病的发生,可减少仔猪腹泻,纤维
14、的有害作用,不利于养分的吸收和代谢碳水化合物损害了消化道内葡萄糖的convection和扩散(Edwards等,1988)限制酶和底物的接触(Chesson,1995)影响激素的分泌食糜粘度增加(Lund等,1989),脂肪纤维，食糜粘度，胆汁酸浓度下降(Smits,1996)阻碍胆酸和中性胆固醇肠肝循环，内源脂肪分泌量增加，微生物脂肪含量上升,蛋白质粘性 Diffusion barrier 限制酶和底物的接触,降低了蛋白质的水解不溶性纤维使细胞壁结合蛋白排出量增加提高了回肠末端外源性和内源性N的量纤维，微生物发酵，粪N增加,矿物质结合能力阳离子吸附能力植酸,低能值效应本身能值低影响其他养分吸收，降低能值增加内源营养物质的损失量Walker(1975):增加内源N排出量Mosenthin等(1988)：加速肠粘膜脱落，增加消化液分泌。,消除抗营养作用途径添加酶制剂水处理添加抗生素,
