第五章 碳水化合物营养 Carbohydrates Nutrition

1. 第五章 碳水化合物营养Carbohydrates Nutrition

2. 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对碳水化合物的消化、吸收、利用过程及其异同 • 了解纤维的利用和NSP的概念和抗营养作用

3. 内 容 第一节 碳水化合物及其营养生理作用 第二节 碳水化合物的消化、吸收和代谢 第三节 粗纤维的作用 第四节非淀粉多糖及其抗营养作用

4. 第一节 碳水化合物及其营养生理作用 • 概念、组成和分类 • 营养生理作用

5. 一、概念、组成和分类 • 多羟基醛或多羟基酮或其简单衍生物，以及水解可产生这类结构的物质 • 主要含C、H、O，有些含N、P、S • 通式（CH2O）n • 常规分析：CF，NFE

8. 重要碳水化合物的结构与性质 • 淀粉 • 糖原 • 纤维素 • 半纤维素 • 木质素 • 果胶

9. 淀粉 • 主要在籽实中 • 直链淀粉 • 支链淀粉

10. 直链淀粉 • 呈线型，由250－300个葡萄糖单位以α-1,4-糖苷键连结而成。 支链淀粉 每隔24—30个葡萄糖单位出现一个分支，分支点以α-1,6-糖苷键相连，分支链内则仍以α-1,4-糖苷键相连

11. 淀粉性质 • 在天然状态下呈不溶解的晶粒，对其消化性有一定影响，在湿热条件下（60—80℃）淀粉颗粒易破裂和溶解，有助于消化。

12. 糖原 • 糖原(动物淀粉)：每隔10－12个葡萄糖单位出现一个分支，结构与支链淀粉相似

13. 纤维素 • 自然界最丰富的有机化合物 • 植物细胞壁的20-40% • 结构：β-1,4-糖苷键 • 动物分泌的酶只能 水解α-1,4-糖苷键 和α-1,6-糖苷键 • 动物本身不能利用纤维素 β-1,4-糖苷键

14. 共生、可溶于碱溶 液，遇酸后远较纤维素易于水解 共生、可溶于碱溶 液，遇酸后远较纤维素易于水解 半纤维素 • 是木糖、阿拉伯糖、半乳糖和其他碳水化合物的异质多糖 • 植物细胞壁的10-40% • 含大量β—糖苷键 • 可溶于碱，遇酸后比纤维素容易水解 • 与木质素以共价键结合后很难溶于水

15. 木质素 • 植物生长成熟后才出现在细胞壁中的物质 • 含量为5-10% • 是苯丙烷衍生物的聚合物（亦称苯丙基的多聚物） • 动物及其体内微生物所分泌的酶均不能使其降解 • 通常与细胞壁中的多糖形成动物体内的酶难降解的复合物，从而限制动物对植物细胞壁物质的利用

16. 果胶 • 由半乳糖醛酸组成的多糖混合物。基本成分是Ｄ－半乳糖醛酸，还有一些天然中性糖如鼠李糖、阿拉伯糖、木糖、半乳糖、葡萄糖等 • 在植物细胞壁中约占1-10% • 在初生细胞壁和细胞间层，在初生壁中与纤维素、半纤维素、木质素的微纤丝等相互交联，使各种细胞组织结构坚硬，表现出固有的形态，为内部细胞的支撑物质 • 原果胶经酸处理或在原果胶酶的作用下，可转变为可溶性果胶

17. 植物中的碳水化合物（干重的８５－９０％）

18. 碳水化合物的一些特定名称 • 根据利用效率、分析方法和在细胞中存在的部位：结构性（SC）与非结构性碳水化合物（NSC） • 根据营养生理作用：营养性多糖（淀粉、菊糖和糖原）和结构性多糖 • 非淀粉多糖（NSP）

20. 二、CHO的一般营养生理功能 • 1.供能 • 直接氧化供能，如1分子糖氧化产生36分子ATP。 • 葡萄糖是供给动物代谢活动快速应变需能的最有效的营养素 • 葡萄糖是大脑神经系统、肌肉、脂肪组织、胎儿生长发育、乳腺等代谢的主要能源 • 葡萄糖来源：胃肠道吸收（非反刍动物）和生糖物质（丙酸、生糖AA、乙酸、丁酸等）转化（反刍动物）

21. 2.储能 • 多余的碳水化合物 • 转化为糖原（肝脏、肌肉）-短期 • 转化为脂肪-长期 • 胎儿在妊娠后期能贮积大量糖原和脂肪供出生后作能源利用，但不同动物差异较大

22. 3.参与动物机体的构成和调控体内代谢 • 戊糖 • 糖蛋白 • 糖脂 • 黏多糖

23. 戊糖 • 构成DNA/RNA,遗传物质

24. 糖蛋白质 • 由比较短、分支的寡糖链与多肽共价构成的复合糖 • 种类多，在体内物质运输、血液凝固、生物催化、润滑保护、结构支持、粘着细胞、降低冰点、卵子受精、免疫和激素发挥活性等方面发挥重要作用

25. 糖脂 • 糖类以糖苷键与脂类连接而成的化合物 • 生物体内分布广，含量少 • 是细胞膜的成分，在细胞粘附、生长、分化、信号传导等过程中起作用

26. 黏多糖 • 由多糖类及蛋白质分子组成，保证多种生理功能的实现 • 透明质酸：有高度粘性，在润滑关节、保护机体免受强烈振动受损 • 硫酸软骨素：在软骨中起结构支持作用 • 几丁质（又名甲壳素、壳多糖）：是许多低等动物尤其是节肢动物外壳的重要组成部分

27. 4、形成动物产品 • 乳糖 • 乳脂：脂肪酸 • NEAA

28. 5、其他作用 • 粗纤维：刺激消化道发育和功能 • 化学益生素（功能性寡糖）：保护动物肠道健康

29. 第二节 碳水化合物的消化、吸收和代谢 • 非反刍动物 • 反刍动物

30. 一、非反刍动物 • 消化 • 吸收 • 代谢

31. （一)、消化 图1 单胃动物对碳水化合物的消化 二 排出体外

32. 特点： 1、营养性CHO在消化道前段（小肠）消化、吸收 2、结构性CHO在消化道后段（回肠末端以后）消化、吸收 3、猪、禽以淀粉形成葡萄糖为主，以CF形成VFA为辅，主要在小肠 4、马、兔对CF具有较强的利用能力，对CHO的消化吸收以CF形成VFA为主，以淀粉形成葡萄糖为辅。 5、后肠消化能力：马、兔、驴> 猪>禽

33. （二）、吸收 • 吸收部位：小肠和大肠 • 小肠：单糖，主动转运，顺序为：半乳糖>葡糖>果糖>戊糖 • 大肠：VFA，被动吸收

34. （三）、代谢 1、单糖互变 2、葡萄糖分解代谢 3、葡萄糖参与的合成代谢

35. 1、单糖互变 • 动物体主要是葡萄糖，饲料中还有果糖、半乳糖、甘露糖和木糖、核糖等。 • 通过适当变换进行代谢。

37. 2、葡萄糖分解代谢 （1）无氧酵解： • 在细胞液中进行，若葡萄糖用于供能，75-90％都要先经此酵解过程。 • 缺氧条件下酵解产生的丙酮酸还原成乳酸。 • 1mol葡萄糖 6－8molATP。

38. （2）有氧氧化： • 糖酵解的尾产品在有氧存在时，进入线粒体经TCA彻底氧化。 • 1mol葡萄糖 36－38molATP。 （3）磷酸戊糖途径： • 主要为长链脂肪酸合成提供NADPH。 • 1mol葡萄糖 12molNADPH。 • 产生的5-磷酸核糖或1-磷酸核糖对供给细胞中核糖需要具有重要意义。

39. 3、葡萄糖参与的合成代谢 • 糖原合成：肝糖原和肌糖原。 • 乳糖合成。 • 合成体脂肪。

40. 二、反刍动物 • 消化 • 吸收 • 代谢

41. （一）、消化 与单胃动物不同 表现在：消化方式、部位和产物

42. 图2 反刍动物对碳水化合物的消化吸收

43. 与单胃动物不同： 1、方式：微生物消化为主 2、部位：瘤胃为主 3、产物：VFA为主

44. 1、碳水化合物在瘤胃的消化特点 • 实质是微生物消耗可溶性碳水化合物，不断产生纤维分解菌分解粗纤维的一个连续循环的过程。 • 微生物不断利用可溶性碳水化合物和其他物质作为营养物质，使其自身生长繁殖，同时产生低级脂肪酸、CH4、H2、CO2等代谢产物，也不断产生纤维分解酶，把植物细胞壁物质分解成单糖或衍生物。 • 在纤维分解酶的作用下，纤维素和半纤维素大部分被分解，果胶也迅速被分解。木质素基本不能被分解。

45. 2、瘤胃中VFA的形成 • 分为两步：初级发酵和次级发酵。 • 初级发酵：复杂的碳水化合物被微生物分泌的酶水解成短链低聚糖，主要是二糖（纤维二糖，麦芽糖和木二糖），部分被水解成单糖。 • 次级发酵：初级发酵的产物被以简单碳水化合物作能源的微生物吸收，在细胞内酶的作用下迅速被降解成VFA。这一过程产生能量，被微生物作为能源用于维持和生长，特别是用于微生物蛋白质的形成。

46. 3．瘤胃发酵产生的VFA种类和数量 • 主要有乙酸、丙酸、丁酸，少量甲酸、异丁酸、戊酸、异戊酸和己酸。 • 24h VFA产量：奶牛，3-4kg；绵羊，300-400g。

47. 4、VFA的不同比例对能量利用效率的影响 • 乙酸、丁酸发酵：产生H2，被甲烷产气菌利用合成甲烷，造成能量的损失。 • 丙酸发酵：需要H2，能量利用效率高。

48. 一般:粗料多，乙酸高; 精料多，丙酸多。 • 乙酸和丁酸有合成乳脂肪中短链脂肪酸的功能，丙酸是合成葡萄糖的原料，而葡萄糖又是合成乳糖的原料，丁酸也有合成乳糖的可能。 • 在乳用动物饲养中，除喂优质粗饲料外，为保证产奶量，必须配合适量的蛋白质饲料（满足乳脂和乳蛋白的需求）。

49. 5．甲烷的产生及其控制 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）甲烷能占食入总能的6-8%。

50. 甲烷产量估计式： 降低甲烷产量的措施： 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 日粮中加入添加剂(氯仿、水合氯醛、铜盐等)，抑制产甲烷菌的生长;不饱和脂肪酸，可以提高丙酸的产量。