Abstrak

Kemajuan terbesar dalam penelitian karbohidrat pada nutrisi dan kesehatan babi adalah klasifikasi karbohidrat yang lebih jelas, yang tidak hanya berdasarkan struktur kimianya, tetapi juga berdasarkan karakteristik fisiologisnya. Selain sebagai sumber energi utama, berbagai jenis dan struktur karbohidrat bermanfaat bagi fungsi nutrisi dan kesehatan babi. Karbohidrat berperan dalam meningkatkan performa 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 [SCFAs]) 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 dari berbagai jenis dan struktur karbohidrat, yang dapat meningkatkan performa pertumbuhan dan pencernaan nutrisi, meningkatkan fungsi usus, dan meningkatkan kelimpahan bakteri penghasil butirat pada babi. Secara keseluruhan, bukti yang meyakinkan 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 polimerik, pati dan polisakarida non-pati (NSP) adalah komponen utama pakan dan sumber energi utama babi, yang menyumbang 60% - 70% dari total asupan energi (Bach Knudsen). Perlu dicatat bahwa variasi dan struktur karbohidrat sangat kompleks, yang memiliki efek berbeda pada babi. Studi sebelumnya menunjukkan bahwa pemberian pakan dengan pati dengan rasio amilosa terhadap amilosa (AM/AP) yang berbeda memiliki respons fisiologis yang jelas terhadap kinerja pertumbuhan babi (Doti dkk., 2014; Vicente dkk., 2008). Serat makanan, yang terutama terdiri dari NSP, diyakini dapat mengurangi pemanfaatan nutrisi dan nilai energi bersih hewan monogastrik (NOBLET dan le, 2001). Namun, asupan serat makanan tidak memengaruhi kinerja pertumbuhan anak babi (Han & Lee, 2005). Semakin banyak bukti menunjukkan bahwa serat makanan memperbaiki morfologi usus dan fungsi penghalang pada anak babi, serta mengurangi kejadian diare (Chen et al., 2015; Lndberg, 2014; Wu et al., 2018). Oleh karena itu, sangat penting untuk mempelajari bagaimana memanfaatkan karbohidrat kompleks dalam makanan secara efektif, terutama pakan yang kaya serat. Karakteristik struktural dan taksonomi karbohidrat serta fungsi nutrisi dan kesehatannya bagi babi harus dijelaskan dan dipertimbangkan dalam formulasi pakan. Pati non-cerna (NSP) dan pati resisten (RS) adalah karbohidrat non-cerna utama (Wey et al., 2011), sedangkan mikrobiota usus memfermentasi karbohidrat non-cerna menjadi asam lemak rantai pendek (SCFA); Turnbaugh et al., 2006). Selain itu, beberapa oligosakarida dan polisakarida dianggap sebagai probiotik hewan, yang dapat digunakan untuk merangsang proporsi Lactobacillus dan Bifidobacterium di usus (Mikkelsen et al., 2004; MøLBAK et al., 2007; Wellock et al., 2008). Suplementasi oligosakarida telah dilaporkan dapat meningkatkan 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 ke dalam pakan babi. Semakin banyak bukti menunjukkan bahwa kombinasi optimal pati, NSP, dan MOS dapat meningkatkan kinerja pertumbuhan dan pencernaan 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 makalah ini adalah untuk meninjau penelitian terkini tentang peran kunci karbohidrat dalam meningkatkan performa pertumbuhan dan fungsi usus, mengatur komunitas mikroba usus dan kesehatan metabolisme, serta untuk mengeksplorasi kombinasi karbohidrat pada babi.

2. Klasifikasi karbohidrat

Karbohidrat dalam makanan dapat diklasifikasikan berdasarkan ukuran molekulnya, derajat polimerisasi (DP), jenis ikatan (a atau b), dan komposisi monomer individual (Cummings, Stephen, 2007). Perlu dicatat bahwa klasifikasi utama karbohidrat didasarkan pada DP-nya, 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 berdasarkan efek kesehatan dan fisiologisnya serta memasukkannya ke 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 diserap dan dimetabolisme dengan buruk, tetapi dapat didegradasi oleh fermentasi mikroba dianggap sebagai karbohidrat resisten, seperti sebagian besar NSP, oligosakarida yang tidak dapat dicerna, dan RS. Pada dasarnya, karbohidrat resisten didefinisikan sebagai tidak dapat dicerna atau tidak dapat digunakan, tetapi memberikan deskripsi yang relatif lebih akurat tentang klasifikasi karbohidrat (englyst et al., 2007).

3.1 kinerja pertumbuhan

Pati tersusun dari dua jenis polisakarida. Amilosa (AM) adalah jenis pati linier α(1-4) yang terikat dekstran, sedangkan amilopektin (AP) adalah dekstran α(1-4) yang mengandung sekitar 5% dekstran α(1-6) untuk membentuk molekul bercabang (Tester dkk., 2004). Karena konfigurasi dan struktur molekul yang berbeda, pati yang kaya AP mudah dicerna, sedangkan pati yang kaya AM sulit dicerna (Singh dkk., 2010). Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa pemberian pakan pati dengan rasio AM/AP yang berbeda memiliki respons fisiologis yang signifikan terhadap performa pertumbuhan babi (Doti dkk., 2014; Vicente dkk., 2008). Asupan pakan dan efisiensi pakan babi yang disapih menurun seiring dengan peningkatan AM (Regmi dkk., 2011). Namun, bukti yang muncul menunjukkan bahwa diet dengan kandungan am yang lebih tinggi meningkatkan pertambahan bobot harian rata-rata dan efisiensi pakan pada babi yang sedang tumbuh (Li et al., 2017; Wang et al., 2019). Selain itu, beberapa ilmuwan melaporkan bahwa pemberian pakan dengan rasio AM/AP pati yang berbeda tidak memengaruhi kinerja pertumbuhan anak babi yang disapih (Gao et al., 2020A; Yang et al., 2015), sementara diet dengan kandungan AP tinggi meningkatkan daya cerna nutrisi pada babi yang disapih (Gao et al., 2020A). Serat makanan merupakan bagian kecil dari makanan yang berasal dari tumbuhan. Masalah utamanya adalah serat makanan 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). Pengaruh serat makanan terhadap pemanfaatan nutrisi dan nilai energi bersih dipengaruhi oleh karakteristik serat, dan sumber serat yang berbeda dapat sangat berbeda (Indber, 2014). Pada babi yang disapih, suplementasi dengan serat kacang polong memiliki rasio 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 peningkatan berat badan yang lebih tinggi daripada yang diberi sekam kedelai (Zhao et al., 2018). Menariknya, tidak ada perbedaan kinerja pertumbuhan antara kelompok serat dedak gandum dan kelompok inulin (Hu et al., 2020). Selain itu, dibandingkan dengan anak babi pada kelompok selulosa dan kelompok xilan, suplementasi β-Glukon lebih efektif dalam menghambat kinerja pertumbuhan anak babi (Wu et al., 2018). Oligosakarida adalah karbohidrat dengan berat molekul rendah, berada di 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 dalam pakan (Bauer et al., 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 et al., 2012). Selain itu, pakan yang diberi suplementasi COS dapat meningkatkan kinerja reproduksi induk babi (jumlah anak babi hidup) (Cheng et al., 2015; Wan et al., 2017) dan kinerja pertumbuhan babi yang sedang tumbuh (Wontae et al., 2008). Suplementasi MOS dan fruktooligosakarida juga dapat meningkatkan performa pertumbuhan babi (Che et al., 2013; Duan et al., 2016; Wang et al., 2010; Wenner et al., 2013). Laporan-laporan ini menunjukkan bahwa berbagai karbohidrat memiliki efek yang berbeda terhadap performa pertumbuhan babi (tabel 2a).

3.2 fungsi usus

Pati dengan rasio am/ap yang tinggi dapat meningkatkan kesehatan usus.tribyrin(dapat melindunginya untuk babi) dengan meningkatkan morfologi usus dan meningkatkan 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 pakan dengan kandungan am tinggi, dan tingkat apoptosis total usus halus lebih rendah. Pada saat yang sama, hal itu juga meningkatkan ekspresi gen penghambat 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 menurunkan 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 makanan memperbaiki morfologi usus dan fungsi penghalang pada babi yang disapih, serta mengurangi kejadian diare (Chen dkk., 2015; Lndber, 2014; Wu dkk., 2018). Kekurangan serat makanan meningkatkan kerentanan terhadap patogen dan mengganggu fungsi penghalang mukosa usus besar (Desai dkk., 2016), sementara pemberian pakan dengan serat tidak larut tinggi dapat mencegah patogen dengan meningkatkan panjang vili pada babi (Hedemann dkk., 2006). Berbagai jenis serat memiliki efek yang berbeda pada fungsi penghalang usus besar dan ileum. Dedak gandum dan serat kacang polong meningkatkan fungsi penghalang usus dengan mengatur ekspresi gen TLR2 dan memperbaiki komunitas mikroba usus dibandingkan dengan serat jagung dan kedelai (Chen dkk., 2015). Konsumsi serat kacang polong jangka panjang dapat mengatur ekspresi gen atau protein yang terkait dengan metabolisme, sehingga meningkatkan fungsi penghalang usus besar dan fungsi kekebalan tubuh (Che dkk., 2014). Inulin dalam pakan dapat mencegah 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 secara terpisah, yang dapat meningkatkan penyerapan nutrisi dan fungsi penghalang usus pada babi yang disapih (Chen et al., 2019). Efek serat makanan pada mukosa usus bergantung pada komponennya. Sebuah penelitian 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 serupa pada babi yang disapih (Wu et al., 2018). Oligosakarida dapat digunakan sebagai sumber karbon untuk mikroorganisme di usus bagian atas daripada 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 penghalang usus dan mengurangi kerusakan usus yang disebabkan oleh rotavirus pada anak babi (Mao dkk., 2017). Selain itu, telah ditemukan bahwa cos dapat secara signifikan meningkatkan pertumbuhan mukosa usus dan secara signifikan meningkatkan ekspresi gen penghambat pada anak babi (WAN, Jiang, dkk.). 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-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 dalam menjaga performa 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 (SCFAs), 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, performa pertumbuhan dan fungsi kesehatan babi dapat ditingkatkan.

Perlu dicatat bahwa fungsi potensial karbohidrat dalam ekspresi protein dan gen serta regulasi metabolisme akan ditemukan dengan menggunakan metode proteomik fungsional, genomik, dan metabonomik berkapasitas tinggi. Terakhir namun tidak kalah penting, evaluasi berbagai kombinasi karbohidrat merupakan prasyarat untuk mempelajari beragam diet karbohidrat dalam produksi babi.

Sumber: Jurnal Ilmu Hewan