菊粉的生物學(xué)功能及其在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 蔡 超 魏艷紅 曲湘勇 汪加明

菊粉是一類天然果聚糖的混合物，干燥的菊粉為白色無定形粉末，吸濕性很強(qiáng)，純凈菊粉無味，但商品菊粉常含有少量單糖和雙糖，而略帶甜味。菊粉作為飼料添加劑，其具有功能多、資源豐富及提取工藝簡便等特點(diǎn)（花城和陳立祥，2008）。研究表明，菊粉具有調(diào)節(jié)腸道菌群，促進(jìn)礦物質(zhì)的吸收，調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝，減少糞便氨氣排放等功能。

1 菊粉的理化性質(zhì)

菊粉的水溶性主要受菊粉聚合度、溫度、分子構(gòu)象等因素影響，其中短連菊粉比長連菊粉易溶于水，并隨溫度的升高，溶解度明顯增大，在α-，β-，γ-3 種不同的分子構(gòu)象中，40 ℃時(shí)，β-菊粉溶解度比γ-菊粉高8倍；菊粉的穩(wěn)定性較強(qiáng)，在pH＜4且高溫時(shí)菊粉可水解，但在10℃下加熱不分解，且凝膠狀態(tài)下菊粉因缺乏“自由水”而相當(dāng)穩(wěn)定；菊粉的溶液黏度與其含量和溫度有關(guān)，隨溫度的升高而降低，當(dāng)濃度達(dá)到30%時(shí)，菊粉與水開始形成凝膠，40%～50%時(shí)形成的凝膠柔滑，50%時(shí)十分堅(jiān)實(shí)；菊粉的甜度主要與其聚合度有關(guān)，長鏈基本無甜味，而短鏈甜味純正，較蔗糖清爽。

2 菊粉的生物學(xué)功能

2.1 調(diào)節(jié)腸道菌群 腸道菌群平衡在動(dòng)物營養(yǎng)中有著重要的作用，動(dòng)物機(jī)體腸道內(nèi)微生物主要有有益菌（如雙歧桿菌）、有害菌（如梭菌）、中間菌。當(dāng)有益菌優(yōu)勢時(shí)動(dòng)物機(jī)體微生態(tài)平衡，劣勢時(shí)則可能會(huì)導(dǎo)致病態(tài)或亞健康。

Graham和Aman（1986）研究發(fā)現(xiàn)，豬和小鼠不能分泌水解菊粉的β-果糖甘酶，菊粉在胃、小腸里不能被自身分泌的消化酶消化。菊粉可以以完整的形式進(jìn)入動(dòng)物后腸，促進(jìn)后腸微生物發(fā)酵，具有調(diào)節(jié)消化道微生物區(qū)系的功能（Hidaka，1986）。在腸道內(nèi)，菊粉最顯著的營養(yǎng)作用是刺激雙歧桿菌的生長 （Niness,1999）。 Roberfriod等（1998）和 Keessen 等（1997）研究發(fā)現(xiàn)，菊粉可顯著促進(jìn)大腸中雙歧桿菌和乳酸桿菌等有益菌的繁殖，同時(shí)抑制梭菌、擬桿菌和大腸桿菌等有害菌的生長，這表明，菊粉僅能被大腸中有益菌所消化利用。

食物經(jīng)消化吸收后所剩殘?jiān)竭_(dá)結(jié)腸后，在腸道腐生菌（大腸桿菌、梭狀芽孢桿菌、擬桿菌等）的作用下，可產(chǎn)生許多有毒的代謝產(chǎn)物，如氨（肝毒素）、胺（肝毒素）、亞硝胺（致癌物）、苯酚與甲苯酚（促癌物）、次級(jí)膽汁酸（結(jié)腸癌促進(jìn)物）等。雙歧桿菌發(fā)酵低聚果糖產(chǎn)生短鏈脂肪酸和一些抗生素，從而可以抑制外源致病菌和腸道內(nèi)固有腐敗細(xì)菌的繁殖，減少有毒發(fā)酵產(chǎn)物及有害細(xì)菌的產(chǎn)生。有毒代謝產(chǎn)物形成的減少，可大大減輕肝臟分解毒素的負(fù)擔(dān)，從而間接起到了保護(hù)肝臟的功能（唐勝球等，2003）。

2.2 促進(jìn)礦物質(zhì)元素的吸收 菊粉具有促進(jìn)鈣吸收的作用（孫曉紅，2003）。雖然菊粉是一種可溶性膳食纖維，但它卻能夠促進(jìn)礦物質(zhì)元素的吸收，如Ca、Mg、Cu和Fe等。其機(jī)制是微生物在盲腸中產(chǎn)生短鏈脂肪酸，使管腔pH降低，增加可溶部分礦物質(zhì)介導(dǎo)；另外，Le等（1999）研究認(rèn)為，由于丁酸的介導(dǎo)增加，盲腸黏膜上的隱窩變淺，低聚果糖尤其能提高礦物質(zhì)的溶解度，從而提高細(xì)胞旁路輸送，同時(shí)也刺激了跨細(xì)胞H+、Ca2+的交換。Freitas和Amancio（2012）在大鼠缺鐵性貧血的增長階段添加菊粉和低聚果糖發(fā)現(xiàn)其可增加腸道對(duì)鐵的吸收。研究表明，菊粉對(duì)骨和腰椎的松質(zhì)骨BMD的刺激更為明顯，只用菊粉骨皮質(zhì)增強(qiáng)顯著（Nzeusseu等，2006）。對(duì)骨質(zhì)的增強(qiáng)作用，主要因?yàn)榫辗厶岣吡四c道中的鈣結(jié)合蛋白-9kDa的表達(dá)水平，從而提高了鈣的吸收率 （Nzeusseu等，2006）。

2.3 對(duì)脂質(zhì)代謝的影響 Rault-Nania和Mavie-Hélène（2006）研究發(fā)現(xiàn)，載脂蛋白 E 缺陷的小鼠，大約有35%和25%的動(dòng)脈硬化粥樣病變區(qū)域，飼喂菊粉可顯著降低肝膽固醇濃度，并抑制動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成。而在嚙齒動(dòng)物中研究表明，菊粉和低聚果糖可以降低血漿膽固醇和甘油三酯水平。此外，對(duì)抑制甘油三酯在肝臟中的積累和肝細(xì)胞脂肪變性具有良好效果（Beylot，2005）。Trautwein等（1998）在給倉鼠喂食菊粉時(shí)發(fā)現(xiàn)，菊粉可降低倉鼠血中膽固醇和甘油三酯濃度。

花城等（2008）指出菊粉降低血脂的主要機(jī)制為：（1）菊粉被雙歧桿菌發(fā)酵生成的短鏈脂肪酸，尤其是乙酸鹽和丙酸鹽。乙酸鹽是膽固醇前體，而丙酸鹽是合成肝膽固醇的抑制劑，丙酸同時(shí)也抑制肝臟中脂肪合成酶基因表達(dá)，從而降低酶活性，減少肝臟中甘油三酯合成，降低血脂水平；（2）菊粉能使消化道食糜黏度顯著增大，使日糧中脂肪和膽固醇消化吸收減少，增加了它們在糞中的排出量，從而降低了腸道對(duì)脂肪和膽固醇的吸收率；（3）增加膽固醇向膽汁酸合成，起到降脂作用；（4）菊粉可降低機(jī)體血漿中胰島素和葡萄糖水平，而胰島素對(duì)脂肪代謝起重要調(diào)節(jié)作用。

2.4 減少糞便氨氣排放 最大限度地減少排泄和排放造成的氣味和酸性化合物，在現(xiàn)代養(yǎng)殖中非常重要。相關(guān)研究表明，菊苣菊糖可有效地減少生長肥育豬的新鮮糞漿中硫化物含量（Rideout等，2001年）。菊粉能有效地降低豬糞漿料中的氨氣排放，可作為一種膳食補(bǔ)充劑（Rault-Nania等，1999）。 Rideout等（2004）在生長豬玉米豆粕型日糧中添加5%菊苣菊糖提取物有效地減少了糞便排泄的糞臭素。

3 菊粉在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用 菊粉在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用主要集中于仔豬方面。菊粉可提高仔豬生產(chǎn)性能，增強(qiáng)免疫攻能，改善腸道微生態(tài)環(huán)境，預(yù)防和治療腸道疾病。王中華和周德忠（2011）分別給斷奶仔豬飼喂含 0%、1%、1.5%、2%菊粉的日糧，結(jié)果顯示，飼料中添加1.5%的菊粉效果最好，斷奶仔豬日均采食量、日增重、脾臟指數(shù)、胸腺指數(shù)和血清蛋白A水平顯著提高?；ǔ堑龋?008）研究表明，添加2%的菊粉能改善斷奶仔豬的血清生化指標(biāo)，有效提高血清中堿性磷酸酶的活性和血清中生長激素、FT3、FT4的含量，降低血清尿素氨、丙二醛含量。研究結(jié)果說明，在斷奶仔豬日糧中添加菊粉可改善仔豬的生長能力和免疫功能。原因是菊粉能促進(jìn)大腸中雙歧桿菌、乳酸桿菌的繁殖，同時(shí)抑制梭菌、擬桿菌、大腸桿菌等有害菌的生長，有益菌處于優(yōu)勢，促進(jìn)宿主的健康和微生物的代謝，從而改善動(dòng)物的生長性能。在腸道調(diào)節(jié)方面，相關(guān)研究表明菊粉具有非常好的驅(qū)蟲與治療痢疾效果。顧憲紅和張名濤（2007）通過體外培養(yǎng)法探討菊粉對(duì)豬鮮糞培養(yǎng)物pH和其中微生物數(shù)量的影響，結(jié)果表明，菊粉可促進(jìn)豬鮮糞培養(yǎng)物中乳酸桿菌、雙歧桿菌的增殖，抑制大腸桿菌的生長，使總細(xì)菌數(shù)增加，pH下降。Hansen等（2011）試驗(yàn)表明，日糧中添加高濃度的菊粉，可有效減少豬痢疾的發(fā)病。Petkevicius等（2003）研究發(fā)現(xiàn)，菊粉表現(xiàn)出顯著減少豬糞便蟲卵數(shù)，提高豬糞在腸道中發(fā)酵和降解的速率，具有非常好的驅(qū)蟲效果。Petkevicius等（2007）也還發(fā)現(xiàn)菊粉表現(xiàn)出顯著減小雌性蠕蟲的生殖力，并顯著減少豬鞭蟲，可用來治療由豬鞭蟲引發(fā)的感染。

此外，將菊粉和益生素配制成復(fù)合添加劑應(yīng)用于仔豬，可減少飼料消耗和預(yù)防仔豬腹瀉，對(duì)改善仔豬生產(chǎn)性能和免疫功能效果顯著。戴兆來等（2008）利用體外法對(duì)4種化學(xué)益生素和4株乳酸菌（SI、L7、L17 和 L18）進(jìn)行了合生元組合的篩選，并在仔豬上進(jìn)行飼養(yǎng)試驗(yàn)，結(jié)果提示，混合乳酸菌與寡糖和菊粉混合物（2∶8/m∶m）組合以及與果寡糖和低聚木糖混合組合具有減少腹瀉，改善生長性能的作用，可用于斷奶期仔豬飼料。周錫紅等（2010）試驗(yàn)表明，仔豬日糧中添加菊粉和刺五加提取物，與對(duì)照組相比，仔豬日增重顯著提高，而料肉比顯著降低，試驗(yàn)第14天，堿性磷酸酶、超氧化物歧化酶和還原型谷胱甘肽濃度均顯著高于對(duì)照組，試驗(yàn)組仔豬十二指腸和回腸的隱窩深度顯著高于對(duì)照組，空腸和回腸的絨毛高度顯著高于對(duì)照組。說明，菊粉和刺五加混合添加可提高早期斷奶仔豬生長性能、改善小腸消化和吸收功能。

3.2 在雞生產(chǎn)中的應(yīng)用 在雛雞上，菊粉可增強(qiáng)雛雞的免疫性能，有望取代抗生素的部分作用。王中華和周德忠（2012）研究發(fā)現(xiàn)，飼料中添加菊粉不僅提高了肉仔雞的日均采食量和平均日增重，還提高了胸腺指數(shù)、脾指數(shù)、血清蛋白A和蛋白C水平，由此可見，菊粉可提高肉仔雞的生產(chǎn)性能和免疫機(jī)能，其中菊粉添加量為0.9%效果最顯著。上官明軍等（2009）研究表明，日糧中添加菊粉可促進(jìn)雛雞生長，并可提高雛雞免疫器官指數(shù)和血清免疫球蛋白含量，增強(qiáng)雛雞免疫功能。說明菊粉可替代抗生素的部分作用在雛雞生產(chǎn)中使用。

在蛋雞上，尚紅梅等（2010）在研究菊苣提取物對(duì)蛋雞生產(chǎn)性能、雞蛋品質(zhì)、腸道菌群、血清膽同醇和卵黃膽同醇的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，蛋雞日糧中添加菊苣提取物或菊粉能顯著降低雞蛋膽固醇含量和盲腸有害菌（大腸桿菌）的數(shù)量,且不影響蛋雞生產(chǎn)性能和雞蛋品質(zhì)，因此在蛋雞日糧中添加菊苣提取物或菊粉為生產(chǎn)低膽同醇雞蛋的有效途徑。

肉雞方面，菊粉可改善肉雞骨質(zhì)，促進(jìn)生長，調(diào)節(jié)脂肪代謝，抑制細(xì)菌增長。Ortiz等（2009）研究發(fā)現(xiàn)，在肉雞日糧中添加菊粉可對(duì)肉雞骨質(zhì)量產(chǎn)生有益的影響，脛骨中灰分和鈣的濃度增加。Alzueta等（2010）研究菊粉對(duì)肉雞生長性能，養(yǎng)分消化率和代謝能的影響，結(jié)果表明，以玉米-豆粕型日糧中補(bǔ)充菊粉可提高肉雞蛋白質(zhì)和粗脂肪的消化率。Ghasemi等（2010）用含腸球菌和菊粉合生元飼喂肉雞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，肉雞體增重顯著顯加，飼料轉(zhuǎn)化率提高，腸道內(nèi)球蟲卵數(shù)減少。

4 小結(jié)

綜上所述，菊粉在促進(jìn)動(dòng)物生長，調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)，提高飼料的轉(zhuǎn)化率，改善畜禽免疫功能等方面具有良好的作用效果，并且菊粉來源廣泛，資源豐富，在動(dòng)物生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景。此外，將菊粉以合生元組合的形式添加于動(dòng)物飼料中，不僅可提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能，而且也對(duì)預(yù)防疾病起到了相當(dāng)好的作用。

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