殼寡糖的生物學(xué)功能及其在生豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

占今舜 胡金杰 張 彬

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，湖南省長(zhǎng)沙市 410128）

殼寡糖 （chitooligosaccharide,COS）是寡糖的一種，學(xué)名為寡糖β-（1-4）-2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖，是氨基葡萄糖通過(guò)2～10個(gè)β-1,4-糖苷鍵連接起來(lái)的物質(zhì)，也是天然糖中唯一大量存在的堿性氨基寡糖。COS是由甲殼素經(jīng)過(guò)強(qiáng)堿的處理，形成殼聚糖，再由殼聚糖降解而產(chǎn)生的具有水溶性好、功能強(qiáng)、生物活性高的低分子量產(chǎn)品。COS的生產(chǎn)原料甲殼素是自然界存在的第二大量天然有機(jī)化合物，廣泛存在于甲殼類動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物、植物以及微生物中。COS在哺乳動(dòng)物體內(nèi)不被胃酸和消化酶降解，因水溶性較強(qiáng)的特點(diǎn)，在動(dòng)物體內(nèi)主要是以被動(dòng)擴(kuò)散的方式被小腸吸收，且安全無(wú)毒。趙玉清等[1]對(duì)殼寡糖的食用安全性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，將小鼠和大鼠分別灌服殼寡糖1.25和1.47g/kg·天，相當(dāng)于推薦臨床劑量的312～368倍，在10天內(nèi)未觀察到毒性反應(yīng)。毒理試驗(yàn)結(jié)果表明，小鼠連續(xù)口服殼寡糖累積量為L(zhǎng)D50>14 650 mg/kg。殼寡糖具有抗菌、抗氧化等功能，且其在動(dòng)物生長(zhǎng)中起到的作用與抗生素?zé)o差異，甚至效果更好，因此在生豬生產(chǎn)上的應(yīng)用具有廣闊的前景。

1 殼寡糖的制備方法

目前，主要利用物理法、化學(xué)法和生物法對(duì)殼聚糖進(jìn)行降解制備COS。物理法主要是采用加熱、加壓、微波法等方式來(lái)制備COS?；瘜W(xué)法是最早用于制備COS的方法，主要有酸降解法和氧化降解法兩種。酸降解法是利用殼聚糖在酸性溶液中不穩(wěn)定的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行的，殼聚糖在強(qiáng)酸 （硫酸、鹽酸等）和弱酸（乙酸、磷酸等）溶液中糖苷鍵斷裂，過(guò)度水解后形成COS。酸降解法需要的條件比較苛刻，產(chǎn)率較低，且酸溶液對(duì)產(chǎn)物有破壞作用，作為大規(guī)模生產(chǎn)COS需要進(jìn)一步改善工藝。而氧化降解法主要是H2O2降解法，因產(chǎn)率高、對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用，但H2O2含量和反應(yīng)時(shí)間控制不當(dāng)會(huì)引起COS合成速度下降。生物降解主要利用酶降解殼聚糖來(lái)制備COS，一般有兩種形式，專一酶降解和非專一酶降解。提取專一性酶比較難，成本較高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。一般非專一酶比較易得，如脂肪酶、胃蛋白酶等。人們利用非專一性酶來(lái)制備COS，只要pH、溫度等條件處在適宜的情況下，都能取得成功。

2 殼寡糖的生物學(xué)功能

2.1 抗氧化作用

自由基是機(jī)體產(chǎn)生的具有強(qiáng)氧化性、損害機(jī)體組織與細(xì)胞的有害化合物，它能引起疾病和機(jī)體衰老。生物體內(nèi)存在的自由基有超氧陰離子自由基（O2-）， 羥自由基 （·OH）， 脂類過(guò)氧化物自由基等。COS能夠激活體內(nèi)抗氧化酶，增強(qiáng)機(jī)體對(duì)自由基的清除作用。

Kim等[2]發(fā)現(xiàn)COS能降低飼喂高膽固醇日糧小鼠血清膽固醇水平，通過(guò)激活肝臟抗氧化防御體系清除自由基，進(jìn)而降低其氧化破壞作用。金黎明等[3]觀察COS保護(hù)肝臟不被四氯化碳損傷的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)COS能夠降低血清中谷草轉(zhuǎn)氨酶 （AST）、谷丙轉(zhuǎn)氨酶（ALT）、肝臟組織中的丙二醛（MDA）含量，提高肝臟的抗氧化活性。COS在細(xì)胞水平的抗氧化性也較明顯，Liu等[4]發(fā)現(xiàn)在人的臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中，一定劑量的COS能夠抵抗過(guò)氧化氫，還能夠增加超氧化歧化酶 （SOD）和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶 (GSH-Px)，抑制由過(guò)氧化氫引起的體內(nèi)活性氧（ROS）的產(chǎn)生。

2.2 免疫調(diào)節(jié)作用

免疫系統(tǒng)是機(jī)體防衛(wèi)病原體侵襲、清除機(jī)體異物以及外來(lái)病原微生物最主要的武器，主要由淋巴器官、淋巴組織、淋巴細(xì)胞等組成。研究發(fā)現(xiàn)，COS能夠刺激機(jī)體的免疫器官，促使免疫器官生長(zhǎng)；能夠改善機(jī)體免疫細(xì)胞的活性，機(jī)體的特異性和非特異性免疫功能。竇江麗等[5]給小鼠腹腔注射殼寡糖120 mg/kg，發(fā)現(xiàn)小鼠抗體形成細(xì)胞、血清溶血素水平、淋巴細(xì)胞增殖率、脾臟體重指數(shù)及耳廓腫脹度均顯著增加。蔡文娣等[6]研究發(fā)現(xiàn)小鼠灌服COS后，單核巨噬細(xì)胞的吞噬功能和遲發(fā)性超敏反應(yīng)增強(qiáng)，抗體生成能力以及脾臟和胸腺指數(shù)提高。

2.3 抗菌作用

殼聚糖具有天然、廣譜抗菌活性，COS為其降解產(chǎn)物，同樣具有抗菌作用。Joen等[7]發(fā)現(xiàn)殼聚糖經(jīng)酶解產(chǎn)生的COS具有抑菌作用，0.5%的濃度可完全抑制大腸桿菌的生長(zhǎng)。COS的抑菌活性與其分子量有關(guān)，其分子量至少應(yīng)達(dá)到10 000 Da。COS的抑菌作用強(qiáng)弱因菌種不同而有所差異，COS對(duì)致病菌的抑制作用大于非致病菌 （除了乳酸菌）。劉碧源等[8]發(fā)現(xiàn)COS對(duì)金黃色葡萄球菌的抑制作用最強(qiáng)，0.5%的濃度可完全抑制其生長(zhǎng)；大腸埃希氏菌次之，需1%的濃度；枯草芽孢桿菌需2%；對(duì)白假絲酵母菌的作用最弱，需4%的濃度。曹維強(qiáng)等[9]發(fā)現(xiàn)COS對(duì)大腸埃希氏菌和金黃色葡萄球菌的最低抑制濃度為0.3%，對(duì)副傷寒甲沙門氏菌、宋內(nèi)志賀菌的最低抑制濃度為0.1%。

2.4 抗腫瘤作用

腫瘤是目前世界上危害人類健康的主要疾病之一，腫瘤主要由外界環(huán)境中各種刺激因素和機(jī)體內(nèi)部某些潛在因素等相互作用產(chǎn)生，使得原癌基因活化成為癌基因或抑癌基因失活所致。COS主要是通過(guò)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的凋亡、抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、抑制腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和提高機(jī)體的免疫力來(lái)增強(qiáng)機(jī)體的抗腫瘤能力。

有研究表明COS的抗腫瘤作用可通過(guò)兩方面進(jìn)行：一方面COS可以抑制與細(xì)胞周期有關(guān)的cyclin D1 mRNA表達(dá)以抑制腫瘤細(xì)胞的增殖；另一方面COS可以抑制抗凋亡蛋白Bcl-2和bclxl mRNA的表達(dá)以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的凋亡；且前者的作用強(qiáng)于后者[10]。Pae等[11]報(bào)道水溶性COS在0.05～1 mg/mL的濃度范圍內(nèi)均可以抑制HL-60細(xì)胞的生長(zhǎng)，采用流式細(xì)胞儀測(cè)定COS處理后的HL-60的細(xì)胞周期變化，發(fā)現(xiàn)COS可使細(xì)胞處于G0/G1期，而S期的細(xì)胞數(shù)目減少，并誘導(dǎo)細(xì)胞表面抗原CD11b的表達(dá)。腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移與腫瘤血管的生成有著密切的關(guān)系，抑制腫瘤血管的生成在一定程度上就會(huì)抑制腫瘤的轉(zhuǎn)移。Wu等[12]研究發(fā)現(xiàn)COS能夠抑制雞尿囊膜血管的生成和人的臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和管道的生成。曹秀明等[13]認(rèn)為COS通過(guò)對(duì)機(jī)體免疫力保護(hù)和調(diào)節(jié)作用來(lái)抗腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)。

2.5 其它作用

劉冰等[14]研究發(fā)現(xiàn)COS可以減少肝、肌糖原分解，減輕肝臟、肌肉組織的胰島素抵抗，使血糖濃度下降。COS具有促進(jìn)骨折和創(chuàng)傷愈合的作用。You等[15]認(rèn)為COS是早期創(chuàng)傷愈合的催化劑；沈若武等[16]發(fā)現(xiàn)每日新西蘭兔灌服COS能促進(jìn)骨折的愈合。另外，人們還發(fā)現(xiàn)，COS具有降低血脂、保護(hù)心肌、降低血壓、控制食欲而達(dá)到減肥、作為益生原改善腸道菌群等作用[17]。

3 殼寡糖在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 改善仔豬生長(zhǎng)性能

王秀武等[18]在斷奶仔豬的日糧中添加200 mg/kg COS，COS能夠明顯提高仔豬的日增重，改善飼料轉(zhuǎn)化率，減少了仔豬的死亡率；提高飼料的干物質(zhì)（DM）、鈣 （Ca）、粗蛋白 （CP） 及磷（P）的消化率；促進(jìn)了礦物質(zhì)微量元素吸收和貯存。Liu等[19]認(rèn)為仔豬日糧中添加一定量的COS能在一定程度上替代抗生素改善其生長(zhǎng)性能。他們研究發(fā)現(xiàn)日糧中添加 100、200 mg/kg的COS與添加80 mg/kg的金霉素都能夠使斷奶仔豬的平均日增重 （ADG）、平均日采食量 （ADFI） 和肉料比 （G/F）得到顯著改善，200 mg/kg COS組和金霉素組都能顯著提高DM表觀消化能、GE、CP、粗脂肪、Ca和P的消化率，而100 mg/kg COS組能提高DM、Ca和P的消化。Chen等[20]發(fā)現(xiàn)仔豬的ADG、ADFI和DM、N的表觀消化能的改善隨日糧中添加COS水平增加而呈現(xiàn)線性增加。

3.2 改善腸道微生態(tài)平衡，促進(jìn)健康

動(dòng)物腸道中的微生物種類很多，分為有益菌和有害菌。有益菌具有抑制有害菌的生長(zhǎng)繁殖，并且其次生代謝產(chǎn)物如維生素等對(duì)動(dòng)物的生長(zhǎng)和保持健康有重要作用。Liu等[23]發(fā)現(xiàn)COS能降低仔豬腹瀉率，減少排泄物中大腸桿菌的數(shù)量，但不影響乳酸桿菌的數(shù)量；Wang等[21]也發(fā)現(xiàn)COS能降低育肥豬大腸桿菌的排放量，但不會(huì)影響乳酸桿菌的含量。Yan等[22]研究發(fā)現(xiàn)在斷奶仔豬中添加3 g/kg的COS能夠降低腸道大腸桿菌數(shù)量。

4 小結(jié)

當(dāng)前抗生素在豬養(yǎng)殖上的應(yīng)用比較普遍，但由于人們不規(guī)范以及過(guò)量使用抗生素，不僅導(dǎo)致耐藥菌的出現(xiàn)，給預(yù)防和治療疾病帶來(lái)了困難，還使得抗生素在動(dòng)物產(chǎn)品中產(chǎn)生殘留。過(guò)多的抗生素會(huì)對(duì)機(jī)體的免疫系統(tǒng)造成損害，因此殘留在動(dòng)物產(chǎn)品中的抗生素會(huì)嚴(yán)重影響人類的健康。COS具有增強(qiáng)機(jī)體免疫功能，促進(jìn)腸道有益菌的增殖等作用，可以替代部分抗生素應(yīng)用在生豬生產(chǎn)上，從而減少抗生素使用量，降低耐藥菌對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。COS水溶性大于99%，以被動(dòng)擴(kuò)散的形式被小腸吸收，而且高劑量的COS被動(dòng)物吸收后不會(huì)產(chǎn)生毒害作用，表明它是一種安全、無(wú)毒、易被吸收的功能性產(chǎn)品。雖然生產(chǎn)COS的原料來(lái)源豐富，以目前的生產(chǎn)工藝，成本較高，不適合在大規(guī)模生產(chǎn)中應(yīng)用。但隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)，生產(chǎn)工藝不斷完善，勢(shì)必大大推動(dòng)COS在生豬生產(chǎn)上的應(yīng)用。

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