Sammendrag

Ikke-stivelses polysakkarider (NSP: non-starch polysaccharides) udgør kulhydratdelen af kostfibre og er en vigtig ernæringskomponent. Et lavt indtag af NSP kan resultere i forskellige velfærdssygdomme som diabetes, hjerte-karsygdomme, tyktarmskræft og fedme.

Hos såvel mennesker som grise er det primære sted for omsætningen af NSP blind- og tyktarmen. Fordøjelsesfunktionen i tyktarmen udføres af en stor og divers population af anaerobe bakterier (10 exp. 11 - 10 exp. 12 bakterier/g tarmindhold) bestående af mere end 500 forskellige arter. Substratet for disse bakteriers fermentering er først og fremmest føderester, der ikke er omsat i mave og tyndtarm: f.eks. NSP, resistent stivelse, proteiner og peptider. Derudover er værtsproducerede stoffer som mucin, afstødte epithelceller og fordøjelsesenzymer også vigtige substratkilder.

De vigtigste slutprodukter fra den mikrobielle fermentering af kulhydrater er de kortkædede fede syrer (SCFA: short chain fatty acids). De primære SCFA er syrerne acetat, propionat og butyrat, som udgør 90 - 95 pct. af den totale produktion. Omkring 95 pct. af SCFA produktionen bliver absorberet, og der er nu betydelige beviser for, at de individuelle SCFA spiller en væsentlig rolle i forbindelse med mave-tarmkanalens sundhed. Det er således vist, at butyrat beskytter epithelceller mod cellulær differentiation og måske endda kan hæmme vækst af kræftceller.

Energiudbyttet

Den energi, som potentielt er tilgængelig for værten efter den mikrobielle fermentering i blind- og tyktarm, som findes i form af SCFA. Der har været en del debat om, hvor stor en del af energien, der kommer fra fermenteringen i tyktarmen. De få studier, der findes på området, anslår det til at ligge omkring 5 pct. af den totale energi.

Specielt hos mennesker er det besværligt direkte at måle energiudbyttet ved den mikrobielle fermentering, dvs. den totale SCFA produktion pga. tyktarmens forholdsvis utilgængelige placering. Der er derfor udviklet forskellige in vitro fermenteringsmetoder til bestemmelse af den totale produktion af SCFA fra den mikrobielle fermentering. Endvidere anvendes dyr ofte som model for mennesker.

Grisen er en ofte benyttet model, idet grisen er det husdyr, hvor mave-tarmfysiologien har størst lighed med menneskets. Tyktarmen hos menneske og gris indeholder stort set de samme grupper af bakterier (sakkrolytiske, proteolytiske, cellulolytiske, methanogene bakterier etc.) og på trods af en væsentlig forskel i størrelse på mave-tarmkanalen hos de to arter anses grisen for at være en god model.

Undersøgelse af mikrobiel fermentering

I dette speciale er grisen anvendt som model for mennesket til undersøgelse af den mikrobielle fermentering af kostfibre i tyktarmen. Formålet med specialet var ved integration af ileum fistulerede grise og in vitro fermentering at bestemme, hvorledes NSP tilsat fodret påvirker produktionen og sammensætningen af SCFA og hermed energiudbyttet ved den mikrobielle fermentering i tyktarmen.

Der blev anvendt 3 diæter: en lav-fiber diæt baseret på hvedemel indeholdende 5,6 pct. NSP, en høj-fiber diæt tilsat 9,3 pct. let fermenterbart NSP i form af havreklid og en høj-fiber diæt tilsat 10,2 pct. svært fermenterbart NSP i form af hvedeklid.

Diæterne blev alle givet til grisen i form af bagte brød, således af diæten var så human-lignende som muligt.

Om NSP er let eller svært fermenterbart bestemmes af 3 faktorer: den kemisk strukturelle opbygning af polysakkaridet, hvor stor en mængde lignin, der er bundet til polysakkaridet (lignificeringsgraden; binding af lignin nedsætter fordøjeligheden af  polysakkaridet) samt polysakkaridets opløselighed (opløselige kulhydrater er lettere tilgængelig for mikrofloraen).

Princippet i den integrerede in vivo - in vitro metode er at lade grisen selv fordøje føden ned gennem mave og tyndtarm. På figur 1 ses en skematisk tegning af en fistuleret gris anvendt til ileum-opsamlinger. Grisen blev fodret med en af de førnævnte diæter, og efter at føden har passeret mave og tyndtarm opsamles det gennem en fistel placeret sidst i ileum og anvendes som substrat i en fermentor.

Fermentoren er i forvejen inokuleret med fæces fra en gris fodret med den samme diæt som den fistulerede gris. Derved vil fermentoren indeholde de samme bakterier, som findes i tyktarmen og på denne måde simulere systemet i blind- og tyktarm. I fermentoren er det muligt at kontrollere faktorer som pH, substratmængde og gødningsmængde samt at udtage prøver med passende intervaller til bestemmelse af SCFA produktionen.

Metodens optimale betingelser blev indledningsvis bestemt til at være 1 pct. substrat inkuberet ved "pH" 6 i en 5 pct. fækal suspension bestående af et anaerobt saltmedium og 50 g/L fæces.

Til bestemmelse af metodens brugbarhed blev mængden af NSP fordøjet in vitro sammenholdt med tidligere udførte in vivo studier med de samme diæter. Der var en god overensstemmelse mellem fordøjelsen in vivo og in vitro (Figur 2). Dette indicerer, at in vitro fermenteringen stemmer fint overens med den mikrobielle omsætning i grisen.

Forskelligt energiudbytte

Den totale produktion af SCFA fra de tre diæter var signifikant forskellige (Figur 3). Lav-fiber diæten gav anledning til den mindste mængde SCFA (370 mol/kg foder), mens de to høj-fiber diæter hhv. resulterede i 560 mol/kg foder med den svært fermenterbare og 850 mol/kg foder med den let fermenterbare. Det kan derfor konkluderes, at den producerede mængde SCFA ikke alene afhænger af mængden NSP men også af typen af NSP.

Mængden af fordøjet energi i mave og tyndtarm var stort set ens for de tre diæter (Tabel 1), mens der forsvandt mere energi i tyktarmen fra grise fodret med den let fermenterbare diæt end de to andre diæter. Sammenholder man mængden af energi forsvundet i tyktarmen med mængden af NSP fordøjet udgør NSP kun 40 - 46 pct. af den totale energi. Det betyder at andre komponenter så som protein og fedt udgør over halvdelen af den mængde energi, der forsvinder i tyktarmen. Ydermere kan det konstateres, at der ikke bliver fordøjet nær så meget NSP fra den svært fermenterbare diæt som fra den let fermenterbare, på trods af at de to diæter indeholdt den samme mængde NSP.

Ikke al den energi som forsvinder i tyktarmen er tilgængelig for værten, idet det kun er energien i form af SCFA, som er tilgængelig. Der går en del energi tabt i form af fermenteringsgas og -varme samt til vedligeholdelse af den mikrobielle biomasse. I dette forsøg var mellem 33 og 49 pct. af den totale mængde fordøjet energi tilgængelig i form af SCFA (Tabel 1). Teoretiske ligninger anslår, at ved fermentering af kulhydrater er ca. 60 pct. af energien tilgængelig i form af SCFA. I dette projekt blev der fordøjet den samme mængde energi i form af NSP, som der blev dannet i form af SCFA, og dette indikerer at omkring 40 pct. af den totale produktion af SCFA kommer fra fermentering af andre komponenter end kulhydrater som f.eks. protein og fedt.

Ud fra arbejdet kan det konkluderes, at ved lav-fiber diæten udgør energiudbyttet ved en mikrobielle fermentering i tyktarmen hos svin 2,5 pct., mens den let fermenterbare diæt gav 6,5 pct. energi og den svært fermenterbare diæt 4,5 pct. energi. Dette betyder, at ved indtagelse af lav-fiber diæten indeholdende 5,6 pct. NSP får man 2,5 pct. af energien fra fermenteringen i tyktarmen, mens 6,5 pct. af energien kommer fra tyktarmen ved indtagelse af den let fermenterbare diæt og 4,5 pct. energi fra den svært fermenterbare diæt.

Konklusion

Det kan konkluderes, at in vitro fermentering er en velegnet metode til bestemmelse af fermenteringen i tyktarmen hos svin og at den integrerede in vivo - in vitro metode er en hensigtsmæssig metode til bestemmelse af mængden af SCFA produceret i tyktarmen. Endelig kan det konkluderes, at mennesker får mellem 2.5 - 6.5 pct. af deres energibehov dækket via fermenteringen i tyktarmen.