Abstrak

Kemajuan terbesar dalam penelitian karbohidrat dalam nutrisi dan kesehatan babi adalah klasifikasi karbohidrat yang lebih jelas, yang tidak hanya didasarkan pada struktur kimianya, tetapi juga berdasarkan karakteristik fisiologisnya. Selain menjadi sumber energi utama, berbagai jenis dan struktur karbohidrat bermanfaat bagi fungsi nutrisi dan kesehatan babi. Karbohidrat berperan dalam meningkatkan kinerja pertumbuhan dan fungsi usus babi, mengatur komunitas mikroba usus, dan mengatur metabolisme lipid dan glukosa. Mekanisme dasar karbohidrat adalah melalui metabolitnya (asam lemak rantai pendek [SCFA]) dan terutama melalui jalur scfas-gpr43/41-pyy/GLP1, SCFAs amp/atp-ampk, dan scfas-ampk-g6pase/PEPCK untuk mengatur metabolisme lemak dan glukosa. Studi baru telah mengevaluasi kombinasi optimal berbagai jenis dan struktur karbohidrat, yang dapat meningkatkan kinerja pertumbuhan dan kecernaan nutrisi, meningkatkan fungsi usus, dan meningkatkan kelimpahan bakteri penghasil butirat pada babi. Secara keseluruhan, bukti kuat mendukung pandangan bahwa karbohidrat memainkan peran penting dalam fungsi nutrisi dan kesehatan babi. Selain itu, penentuan komposisi karbohidrat akan memiliki nilai teoritis dan praktis untuk pengembangan teknologi keseimbangan karbohidrat pada babi.

1. Kata Pengantar

Karbohidrat polimer, pati dan polisakarida non pati (NSP) adalah komponen utama dari diet dan sumber energi utama babi, meliputi 60% - 70% dari total asupan energi (Bach Knudsen). Perlu dicatat bahwa variasi dan struktur karbohidrat sangat kompleks, yang memiliki efek berbeda pada babi. Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa pemberian pati dengan rasio amilosa terhadap amilosa (AM / AP) yang berbeda memiliki respons fisiologis yang jelas terhadap kinerja pertumbuhan babi (Doti et al., 2014; Vicente et al., 2008). Serat makanan, terutama terdiri dari NSP, diyakini mengurangi pemanfaatan nutrisi dan nilai energi bersih hewan monogastrik (NOBLET dan le, 2001). Namun, asupan serat makanan tidak mempengaruhi kinerja pertumbuhan anak babi (Han & Lee, 2005). Semakin banyak bukti menunjukkan bahwa serat pangan meningkatkan morfologi usus dan fungsi barier pada anak babi, serta mengurangi kejadian diare (Chen dkk., 2015; Lndberg, 2014; Wu dkk., 2018). Oleh karena itu, studi tentang cara memanfaatkan karbohidrat kompleks dalam pakan secara efektif, terutama pakan kaya serat, sangat mendesak. Karakteristik struktural dan taksonomi karbohidrat serta fungsi nutrisi dan kesehatannya bagi babi harus dijelaskan dan dipertimbangkan dalam formulasi pakan. NSP dan pati resisten (RS) merupakan karbohidrat utama yang tidak dapat dicerna (wey dkk., 2011), sementara mikrobiota usus memfermentasi karbohidrat yang tidak dapat dicerna menjadi asam lemak rantai pendek (SCFA); Turnbaugh dkk., 2006). Selain itu, beberapa oligosakarida dan polisakarida dianggap sebagai probiotik hewan, yang dapat digunakan untuk merangsang proporsi Lactobacillus dan Bifidobacterium dalam usus (Mikkelsen et al., 2004; M ø LBAK et al., 2007; Wellock et al., 2008). Suplementasi oligosakarida telah dilaporkan dapat memperbaiki komposisi mikrobiota usus (de Lange et al., 2010). Untuk meminimalkan penggunaan promotor pertumbuhan antimikroba dalam produksi babi, penting untuk menemukan cara lain untuk mencapai kesehatan hewan yang baik. Ada peluang untuk menambahkan lebih banyak variasi karbohidrat pada pakan babi. Semakin banyak bukti menunjukkan bahwa kombinasi optimal pati, NSP, dan MOS dapat meningkatkan kinerja pertumbuhan dan kecernaan nutrisi, meningkatkan jumlah bakteri penghasil butirat, dan meningkatkan metabolisme lipid babi yang disapih sampai batas tertentu (Zhou, Chen, et al., 2020; Zhou, Yu, et al., 2020). Oleh karena itu, tujuan dari makalah ini adalah untuk meninjau penelitian terkini tentang peran utama karbohidrat dalam meningkatkan kinerja pertumbuhan dan fungsi usus, mengatur komunitas mikroba usus dan kesehatan metabolisme, serta untuk mengeksplorasi kombinasi karbohidrat babi.

2. Klasifikasi karbohidrat

Karbohidrat makanan dapat diklasifikasikan menurut ukuran molekulnya, derajat polimerisasi (DP), jenis koneksi (a atau b) dan komposisi monomer individu (Cummings, Stephen, 2007). Perlu dicatat bahwa klasifikasi utama karbohidrat didasarkan pada DP mereka, seperti monosakarida atau disakarida (DP, 1-2), oligosakarida (DP, 3-9) dan polisakarida (DP, ≥ 10), yang terdiri dari pati, NSP dan ikatan glikosidik (Cummings, Stephen, 2007; Englyst et aL., 2007; Tabel 1). Analisis kimia diperlukan untuk memahami efek fisiologis dan kesehatan karbohidrat. Dengan identifikasi kimia karbohidrat yang lebih komprehensif, dimungkinkan untuk mengelompokkannya menurut efek kesehatan dan fisiologisnya dan untuk memasukkannya dalam rencana klasifikasi keseluruhan (englyst et al., 2007). Karbohidrat (monosakarida, disakarida, dan sebagian besar pati) yang dapat dicerna oleh enzim inang dan diserap di usus halus didefinisikan sebagai karbohidrat yang dapat dicerna atau tersedia (Cummings, Stephen, 2007). Karbohidrat yang resisten terhadap pencernaan usus, atau yang sulit diserap dan dimetabolisme, tetapi dapat terdegradasi oleh fermentasi mikroba, dianggap sebagai karbohidrat resisten, seperti sebagian besar NSP, oligosakarida yang tidak dapat dicerna, dan RS. Pada dasarnya, karbohidrat resisten didefinisikan sebagai karbohidrat yang tidak dapat dicerna atau tidak dapat digunakan, tetapi memberikan deskripsi yang relatif lebih akurat tentang klasifikasi karbohidrat (englyst dkk., 2007).

3.1 kinerja pertumbuhan

Pati tersusun atas dua jenis polisakarida. Amilosa (AM) merupakan jenis dekstran berikatan α(1-4) pati linier, sedangkan amilopektin (AP) merupakan dekstran berikatan α(1-4), mengandung sekitar 5% dekstran α(1-6) untuk membentuk molekul bercabang (tester et al., 2004). Karena konfigurasi dan struktur molekul yang berbeda, pati kaya AP mudah dicerna, sedangkan pati kaya AM tidak mudah dicerna (Singh et al., 2010). Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa pemberian pati dengan rasio AM/AP yang berbeda memiliki respons fisiologis yang signifikan terhadap kinerja pertumbuhan babi (Doti et al., 2014; Vicente et al., 2008). Konsumsi pakan dan efisiensi pakan babi yang disapih menurun seiring dengan peningkatan AM (regmi et al., 2011). Namun, bukti yang muncul melaporkan bahwa diet dengan am yang lebih tinggi meningkatkan pertambahan berat badan harian rata-rata dan efisiensi pakan babi yang sedang tumbuh (Li et al., 2017; Wang et al., 2019). Selain itu, beberapa ilmuwan melaporkan bahwa pemberian rasio pati AM / AP yang berbeda tidak memengaruhi kinerja pertumbuhan anak babi yang disapih (Gao et al., 2020A; Yang et al., 2015), sementara diet AP yang tinggi meningkatkan kecernaan nutrisi babi yang disapih (Gao et al., 2020A). Serat pangan merupakan bagian kecil dari makanan yang berasal dari tumbuhan. Masalah utama adalah bahwa serat pangan yang lebih tinggi dikaitkan dengan pemanfaatan nutrisi yang lebih rendah dan nilai energi bersih yang lebih rendah (noble & Le, 2001). Sebaliknya, asupan serat sedang tidak memengaruhi kinerja pertumbuhan babi yang disapih (Han & Lee, 2005; Zhang et al., 2013). Efek serat makanan pada pemanfaatan nutrisi dan nilai energi bersih dipengaruhi oleh karakteristik serat, dan sumber serat yang berbeda mungkin sangat berbeda (lndber, 2014). Pada babi yang disapih, suplementasi dengan serat kacang polong memiliki tingkat konversi pakan yang lebih tinggi daripada pemberian serat jagung, serat kedelai, dan serat dedak gandum (Chen et al., 2014). Demikian pula, anak babi yang disapih yang diberi dedak jagung dan dedak gandum menunjukkan efisiensi pakan dan pertambahan berat badan yang lebih tinggi daripada yang diberi kulit kedelai (Zhao et al., 2018). Menariknya, tidak ada perbedaan dalam kinerja pertumbuhan antara kelompok serat dedak gandum dan kelompok inulin (Hu et al., 2020). Selain itu, dibandingkan dengan anak babi dalam kelompok selulosa dan kelompok xilan, suplementasi lebih efektif β-Glucan mengganggu kinerja pertumbuhan anak babi (Wu et al., 2018). Oligosakarida adalah karbohidrat dengan berat molekul rendah, perantara antara gula dan polisakarida (voragen, 1998). Mereka memiliki sifat fisiologis dan fisikokimia yang penting, termasuk nilai kalori rendah dan merangsang pertumbuhan bakteri menguntungkan, sehingga dapat digunakan sebagai probiotik pakan (Bauer dkk., 2006; Mussatto dan Mancilha, 2007). Suplementasi kitosan oligosakarida (COS) dapat meningkatkan daya cerna nutrisi, mengurangi kejadian diare, dan memperbaiki morfologi usus, sehingga meningkatkan kinerja pertumbuhan babi yang disapih (Zhou dkk., 2012). Selain itu, pakan yang disuplemen dengan COS dapat meningkatkan kinerja reproduksi induk babi (jumlah anak babi hidup) (Cheng dkk., 2015; Wan dkk., 2017) dan kinerja pertumbuhan babi yang sedang tumbuh (Wontae dkk., 2008). Suplementasi MOS dan fruktooligosakarida juga dapat meningkatkan kinerja pertumbuhan babi (Che dkk., 2013; Duan dkk., 2016; Wang dkk., 2010; Wenner dkk., 2013). Laporan-laporan ini menunjukkan bahwa berbagai karbohidrat memiliki efek yang berbeda terhadap kinerja pertumbuhan babi (Tabel 2a).

3.2 fungsi usus

Rasio am/ap pati yang tinggi dapat meningkatkan kesehatan usustribyrindapat melindunginya untuk babi) dengan mempromosikan morfologi usus dan mengatur fungsi usus yang terkait dengan ekspresi gen pada babi yang disapih (Han et al., 2012; Xiang et al., 2011). Rasio tinggi vili terhadap tinggi vili dan kedalaman reses ileum dan jejunum lebih tinggi ketika diberi makan dengan diet am tinggi, dan tingkat apoptosis total usus halus lebih rendah. Pada saat yang sama, itu juga meningkatkan ekspresi gen pemblokiran di duodenum dan jejunum, sementara pada kelompok AP tinggi, aktivitas sukrosa dan maltase di jejunum babi yang disapih meningkat (Gao et al., 2020b). Demikian pula, penelitian sebelumnya menemukan bahwa diet kaya am mengurangi pH dan diet kaya AP meningkatkan jumlah total bakteri di sekum babi yang disapih (Gao et al., 2020A). Serat makanan adalah komponen kunci yang memengaruhi perkembangan dan fungsi usus babi. Bukti yang terkumpul menunjukkan bahwa serat pangan memperbaiki morfologi intestinal dan fungsi barier pada babi yang disapih, dan mengurangi insiden diare (Chen et al., 2015; Lndber, 2014; Wu et al., 2018). Kekurangan serat pangan meningkatkan kerentanan patogen dan merusak fungsi barier mukosa kolon (Desai et al., 2016), sementara pemberian pakan dengan diet serat yang sangat tidak larut dapat mencegah patogen dengan meningkatkan panjang vili pada babi (hedemann et al., 2006). Berbagai jenis serat memiliki efek yang berbeda pada fungsi barier kolon dan ileum. Serat dedak gandum dan kacang polong meningkatkan fungsi barier usus dengan mengatur ekspresi gen TLR2 dan meningkatkan komunitas mikroba usus dibandingkan dengan serat jagung dan kedelai (Chen et al., 2015). Konsumsi serat kacang polong dalam jangka panjang dapat mengatur ekspresi gen atau protein terkait metabolisme, sehingga meningkatkan barier kolon dan fungsi imun (Che et al., 2014). Inulin dalam pakan dapat menghindari gangguan usus pada anak babi yang disapih dengan meningkatkan permeabilitas usus (Awad et al., 2013). Perlu dicatat bahwa kombinasi serat larut (inulin) dan serat tidak larut (selulosa) lebih efektif daripada sendiri, yang dapat meningkatkan penyerapan nutrisi dan fungsi penghalang usus pada babi yang disapih (Chen et al., 2019). Efek serat makanan pada mukosa usus tergantung pada komponen-komponennya. Sebuah studi sebelumnya menemukan bahwa xilan meningkatkan fungsi penghalang usus, serta perubahan spektrum bakteri dan metabolit, dan glukan meningkatkan fungsi penghalang usus dan kesehatan mukosa, tetapi suplementasi selulosa tidak menunjukkan efek yang sama pada babi yang disapih (Wu et al., 2018). Oligosakarida dapat digunakan sebagai sumber karbon untuk mikroorganisme di usus bagian atas alih-alih dicerna dan dimanfaatkan. Suplementasi fruktosa dapat meningkatkan ketebalan mukosa usus, produksi asam butirat, jumlah sel resesif, dan proliferasi sel epitel usus pada babi yang disapih (Tsukahara dkk., 2003). Oligosakarida pektin dapat meningkatkan fungsi barier usus dan mengurangi kerusakan usus akibat rotavirus pada anak babi (Mao dkk., 2017). Selain itu, telah ditemukan bahwa kos dapat secara signifikan mendorong pertumbuhan mukosa usus dan secara signifikan meningkatkan ekspresi gen penghambat pada anak babi (WAN, Jiang, dkk., 2017). Secara komprehensif, hal ini menunjukkan bahwa berbagai jenis karbohidrat dapat meningkatkan fungsi usus anak babi (Tabel 2b).

Ringkasan dan Prospek

Karbohidrat merupakan sumber energi utama babi, yang terdiri dari berbagai monosakarida, disakarida, oligosakarida, dan polisakarida. Istilah berdasarkan karakteristik fisiologis membantu memfokuskan pada potensi fungsi kesehatan karbohidrat dan meningkatkan akurasi klasifikasi karbohidrat. Struktur dan jenis karbohidrat yang berbeda memiliki efek yang berbeda pula dalam menjaga kinerja pertumbuhan, meningkatkan fungsi usus dan keseimbangan mikroba, serta mengatur metabolisme lipid dan glukosa. Mekanisme yang mungkin dari pengaturan karbohidrat terhadap metabolisme lipid dan glukosa didasarkan pada metabolitnya (SCFA), yang difermentasi oleh mikrobiota usus. Secara spesifik, karbohidrat dalam pakan dapat mengatur metabolisme glukosa melalui jalur SCFAS-gpr43/41-glp1/PYY dan AMPK-g6pase/PEPCK, dan mengatur metabolisme lipid melalui jalur SCFAS-gpr43/41 dan AMP/ATP-AMPK. Selain itu, ketika berbagai jenis karbohidrat berada dalam kombinasi terbaik, kinerja pertumbuhan dan fungsi kesehatan babi dapat ditingkatkan.

Perlu dicatat bahwa fungsi potensial karbohidrat dalam ekspresi protein dan gen serta regulasi metabolisme akan diungkap menggunakan metode proteomik fungsional, genomik, dan metabonomik berthroughput tinggi. Terakhir, evaluasi berbagai kombinasi karbohidrat merupakan prasyarat untuk studi keragaman diet karbohidrat dalam produksi babi.

Sumber: Jurnal Ilmu Hewan