寡糖的特性及其在動(dòng)物飼料中的應(yīng)用研究

李澤月

寡糖的特性及其在動(dòng)物飼料中的應(yīng)用研究

李澤月

前言

眾所周知，抗生素作為促生長(zhǎng)型添加劑被廣泛應(yīng)用于畜牧業(yè)的大幕被逐步拉下，抗生素對(duì)人類(lèi)構(gòu)成嚴(yán)重潛在威脅的負(fù)面作用——藥物殘留、二重感染、耐藥菌株的產(chǎn)生、正常微生態(tài)環(huán)境平衡的破壞、畜禽免疫力的降低，及畜禽產(chǎn)品中藥物殘留可能導(dǎo)致人類(lèi)DNA結(jié)構(gòu)的改變，從而造成“致殘”“致畸”“致癌”等嚴(yán)重后果的現(xiàn)象，已經(jīng)日益凸顯。因此，越來(lái)越多的國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)制定出臺(tái)了相應(yīng)的政策和法規(guī)對(duì)養(yǎng)殖業(yè)中抗生素的使用加以限制和規(guī)范。從而，拉開(kāi)抗生素替代品研發(fā)的序幕就顯得尤為迫切。

隨著對(duì)畜禽胃腸道正常微生物的組成、定植規(guī)律及其與宿主關(guān)系研究的日益深入，通過(guò)調(diào)節(jié)動(dòng)物腸道微生物區(qū)系來(lái)改善動(dòng)物的健康狀態(tài)，增強(qiáng)機(jī)體潛在的抗病力已經(jīng)成了動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域探討的熱點(diǎn)。其中，寡糖被作為一種理想的抗生素替代品的研究受到了高度的重視。

寡糖（Oligosaccharides），又名：低聚糖、非消化性寡糖、化學(xué)益生素，是由2～10個(gè)單糖通過(guò)糖苷鍵連接形成直鏈或支鏈的一類(lèi)糖，介于單體單糖與高度聚合的多糖之間。根據(jù)單糖分子種類(lèi)、分子間結(jié)合位置和結(jié)合類(lèi)型的不同，寡糖種類(lèi)可達(dá)數(shù)千種以上。功能性寡糖主要是不能被人和其他單胃動(dòng)物自身分泌的酶和腸道有害菌分解利用，但能被腸道有益微生物利用的特殊糖類(lèi)，如已研制出的產(chǎn)品有：殼寡糖、甘露寡糖、果寡糖、半乳甘露寡糖、異麥芽寡糖、寡乳糖、寡木糖、β-寡葡萄糖、低聚焦糖、反式半乳寡糖、大豆寡糖等，研究應(yīng)用較多的是前三種寡糖。

1　寡糖的類(lèi)別、結(jié)構(gòu)及其來(lái)源

1.1殼寡糖（Chitooligosaccharide，COS）

殼寡糖（也稱(chēng)幾丁寡糖，學(xué)名β-1，4-寡糖-葡萄糖胺）是指聚合度在2-20范圍的氨基葡萄糖和乙酰氨基葡萄糖聚合物，如殼二糖、殼三糖、殼四糖、殼五糖、殼六糖等。殼寡糖是殼聚糖降解的低分子量產(chǎn)物，其水溶性大大增加，與殼聚糖相比，殼寡糖更易被生物體吸收而表現(xiàn)出更優(yōu)越的生理活性，在抑菌、抗氧化、抗炎、調(diào)節(jié)血脂和血糖、抗腫瘤、增強(qiáng)免疫及活化腸道菌群中具有廣泛的應(yīng)用。目前，殼寡糖來(lái)源于殼聚糖的降解，主要有酸解法、氧化降解法和酶解法。殼聚糖是甲殼素的N-脫乙酰化產(chǎn)物（脫乙酰度大于55%），其單糖結(jié)構(gòu)單元主要為2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖和少量的N-乙酰氨基葡萄糖。目前，殼聚糖已被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域：（1）在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，可作為糧食和蔬菜作物種子的處理劑，激發(fā)種子提前發(fā)芽，提高作物產(chǎn)量；（2）在食品領(lǐng)域，對(duì)多種蔬菜和水果具有明顯的保鮮、防腐作用；（3）在醫(yī)藥領(lǐng)域，具有降血脂、提高機(jī)體免疫力、促進(jìn)傷口愈合等多種功效；（4）在水凈化處理應(yīng)用領(lǐng)域，可用作重金屬螯合劑和絮凝劑來(lái)凈化自來(lái)水或處理重金屬工業(yè)廢水。

1.2甘露寡糖（Mannoseoligosaccharides，MOS）

最初發(fā)現(xiàn)MOS是在魔芋粉的硫酸水解液中。甘露寡糖是甘露糖之間或甘露糖與葡萄糖之間通過(guò)ɑ-1，2、ɑ-1，3、ɑ-1，6或β-1，3、β-1，4糖苷鍵連接而成的一種低聚糖，主要來(lái)源于魔芋精粉、甜菁膠和微生物細(xì)胞壁。目前，人用保健品甘露寡糖主要來(lái)源于魔芋，其純度在35%～55%；動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域應(yīng)用的甘露寡糖添加劑，主要是從廢棄的啤酒酵母細(xì)胞壁中提取。酵母細(xì)胞壁質(zhì)地堅(jiān)硬，其重量占酵母細(xì)胞干重的18%～25%，厚度為0.1～0.3μm，可分為3層，外層主要組分為甘露聚糖，約占酵母細(xì)胞壁干重的30%，由約50個(gè)甘露糖通過(guò)ɑ-1，6糖苷鍵相結(jié)合組成；中間層主要組分為蛋白質(zhì)和幾丁質(zhì)；內(nèi)層主要組分為β-葡聚糖，約占酵母細(xì)胞壁干重29%～64%，由10～20個(gè)單糖通過(guò)β-1，3/1，6糖苷鍵相結(jié)合組成，呈螺旋形的立體分子結(jié)構(gòu)，能對(duì)免疫系統(tǒng)引起刺激作用，在動(dòng)物體內(nèi)，不可溶、不可吸收、不產(chǎn)生黏性、耐酸、耐高溫。

1.3果寡糖（Fructooligosaccharide，F(xiàn)OS）

果寡糖，又名低聚果糖，是蔗糖分子和D-果糖分子以β-1，2糖苷鍵相結(jié)合所形成的一組寡聚糖的總稱(chēng)，結(jié)構(gòu)式表示為G-FFn（G為葡萄糖，F(xiàn)為果糖，n=1～3）。根據(jù)蔗糖分子連接1個(gè)D-果糖、2個(gè)D-果糖、3個(gè)D-果糖形成的寡糖分別稱(chēng)為果寡三糖（GF2）、果寡四糖（GF3）、果寡五糖（GF4）。果寡糖廣泛存在于大麥、小麥、黑麥、洋蔥、大蒜、馬鈴薯、菊芋等植物中。

2　寡糖在機(jī)體內(nèi)的作用機(jī)理

2.1寡糖對(duì)腸道菌群的調(diào)節(jié)作用

哺乳動(dòng)物對(duì)碳水化合物的消化僅限于ɑ-1，4糖苷鍵，因此，由ɑ-1，2、ɑ-1，3、ɑ-1，6或β-1，3、β-1，4糖苷鍵連接的低聚糖能抵抗動(dòng)物機(jī)體消化酶的降解，直接進(jìn)入小腸后端和大腸，被雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益微生物作為營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)，最終被降解為短鏈脂肪酸、乳酸和二氧化碳等。體外試驗(yàn)也均證實(shí)以FOS為唯一碳源時(shí)，沙門(mén)氏菌不能生長(zhǎng)。

病原菌必須通過(guò)表面的外源凝集素與動(dòng)物腸黏膜表面的D-甘露糖受體結(jié)合后才能在消化道定植。MOS正是通過(guò)結(jié)合位點(diǎn)的方式發(fā)揮抑菌作用。一方面，MOS能競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合腸上皮細(xì)胞的特異位點(diǎn)，通過(guò)占位方式從而抑制病原菌與腸黏膜的結(jié)合，另一方面，MOS含有D-甘露糖的相似受體，可以結(jié)合病原菌，從而阻止病原菌吸附到腸表面上，甚至使已結(jié)合到上皮細(xì)胞的大腸桿菌脫落下來(lái)，讓病原菌隨著糞便一起排出體外。

朱玉霞（2013）對(duì)殼寡糖的抑菌活性研究表明：在相同pH條件下，殼寡糖的脫乙酰度越高，對(duì)大腸桿菌抑制效果越好；在相同脫乙酰度的殼寡糖條件下，pH越低，其對(duì)大腸桿菌抑制效果越好。不同殼寡糖單體對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和尖孢鐮刀菌的抑菌活性差別也較大，具體表現(xiàn)為：殼六糖最高（對(duì)鐮刀菌抑制率為70.5%）、殼二糖最低（對(duì)鐮刀菌抑制率為38.8%），氨基葡萄糖沒(méi)有表現(xiàn)出抑菌活性。

2.2寡糖對(duì)機(jī)體免疫防疫功能的調(diào)節(jié)作用

特異性免疫系統(tǒng)和非特異性免疫系統(tǒng)共同組成動(dòng)物的免疫防御體系，其中，非特異性免疫是阻止病原菌侵入機(jī)體的第一道防線。FOS和MOS可以調(diào)節(jié)機(jī)體的細(xì)胞免疫和體液免疫功能。體外試驗(yàn)表明，MOS可以使血清中IgG和IgA濃度升高，提高B淋巴細(xì)胞數(shù)和白細(xì)胞介素2、γ-干擾素水平。FOS能顯著提高T淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化功能和NK細(xì)胞的殺傷力，提高新城疫抗體水平。概括來(lái)說(shuō)，寡糖能在多條途徑，多個(gè)層面對(duì)免疫系統(tǒng)發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，不僅能激活各類(lèi)型的免疫細(xì)胞，還能活化補(bǔ)體，促進(jìn)細(xì)胞因子的生成，增強(qiáng)紅細(xì)胞免疫功能，同時(shí)，寡糖還能提高疫苗的保護(hù)力。

3　寡糖在動(dòng)物飼料中的應(yīng)用研究

3.1寡糖在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用研究

劉含亮等（2012）研究殼寡糖對(duì)虹鱒生長(zhǎng)性能、血清生化指標(biāo)及非特異性免疫功能的影響，結(jié)果表明：200mg/kg殼寡糖不僅可顯著提高特定生長(zhǎng)率和增重率，顯著降低飼料系數(shù)，而且極顯著提高白細(xì)胞吞噬百分率、吞噬指數(shù)、血清殺菌百分率和溶菌酶活性。譚崇桂等（2013）研究MOS對(duì)凡納濱對(duì)蝦生長(zhǎng)及血清非特異性免疫的影響，結(jié)果表明：0.4%MOS可顯著提高對(duì)蝦增重率12.78%，顯著降低飼料系數(shù)0.09%；顯著提高溶菌酶、堿性磷酸酶活力、超氧化物歧化酶活力，以及胃蛋白酶和肝胰臟脂肪酶活性。以上研究表明，寡糖對(duì)魚(yú)蝦的促生長(zhǎng)作用，與其改善機(jī)體的免疫力和抗氧化能力有密切關(guān)系。

3.2寡糖在豬飼料中的應(yīng)用研究

黃俊文等（2005）研究表明：甘露寡糖與納豆芽孢桿菌低劑量合用對(duì)改善斷奶仔豬生產(chǎn)性能，降低腹瀉率具有較好的協(xié)同作用，對(duì)仔豬的免疫和抗氧化機(jī)能有改善作用，體現(xiàn)在血清中CD3+，CD4+水平顯著提高，MDA含量顯著降低，GSH-Px活性顯著增加。岳文斌等（2006）研究果寡糖和甘露寡糖對(duì)斷奶仔豬免疫機(jī)能的影響，結(jié)果表明：寡糖組的仔豬免疫器官指數(shù)較金霉素和洛克沙生聯(lián)用組（ABT組）大；與ABT組相比，寡糖組顯著提高了IgA、IgG、IgM濃度。臧建軍（2003）研究果寡糖和甘露寡糖對(duì)斷奶仔豬生產(chǎn)性能影響，結(jié)果表明：FOS和MOS較抗生素可顯著減少斷奶仔豬腹瀉發(fā)生率，增強(qiáng)機(jī)體的抗氧化能力，維持血漿滲透壓和脂類(lèi)物質(zhì)正常水平；與抗生素相比，F(xiàn)OS和MOS降低血清甘油三酯水平，且以FOS的低脂效應(yīng)較顯著；與抗生素相比，F(xiàn)OS和MOS通過(guò)促進(jìn)CD4+，CD8+，T淋巴細(xì)胞的分化、刺激斷奶仔豬免疫器官的生長(zhǎng)發(fā)育、提高血清免疫球蛋白A、G、M水平，最終增強(qiáng)了由T、B淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞免疫和體液免疫功能。

3.3寡糖在禽飼料中的應(yīng)用研究

溫若竹等（2011）利用PCR-DGGE技術(shù)探討甘露寡糖對(duì)肉仔雞腸道菌群穩(wěn)定性及多樣性的影響，結(jié)果表明：MOS促進(jìn)了腸道乳酸桿菌等有益菌的生長(zhǎng)，同時(shí)抑制梭菌屬等有害菌的生長(zhǎng)。閻桂玲等（2008）研究啤酒酵母源甘露寡糖對(duì)肉仔雞腸道微生物及免疫機(jī)能的影響，結(jié)果表明：酵母源甘露寡糖顯著地減少了盲腸內(nèi)大腸桿菌和沙門(mén)氏菌的數(shù)量，顯著地促進(jìn)雙歧桿菌的生長(zhǎng)；顯著提高了新城疫一免和二免后14d的抗體效價(jià)水平；顯著提高了淋巴細(xì)胞對(duì)ConA的反應(yīng)性及巨噬細(xì)胞的吞噬力；0.15%添加量對(duì)抑制腸道致病菌生長(zhǎng)的效果最好，而0.1%添加量則更有利于提高免疫機(jī)能。胡彩虹等（2003）研究表明：在艾維因商品代肉仔雞日糧中添加果寡糖（添加量為0.4%～0.8%），不僅能顯著提高日增重、顯著降低料重比，而且顯著降低胸肌和肝臟的膽固醇水平，顯著提高盲腸中乙酸、丙酸、丁酸和血漿中乙酸含量，顯著增加盲腸中雙歧桿菌和乳酸桿菌含量，顯著降低大腸桿菌含量，顯著提高糞便中膽汁酸和膽固醇含量。綜合以上研究表明：寡糖對(duì)肉仔雞的促生長(zhǎng)作用，與其抑制有害菌的生長(zhǎng)，促進(jìn)有益菌的生長(zhǎng)，從而改善了腸道的健康度有密切關(guān)系。

3.4寡糖在反芻動(dòng)物飼料中的應(yīng)用

肖宇等（2012）研究外源寡糖對(duì)奶山羊血清生化指標(biāo)和抗氧化指標(biāo)的影響，結(jié)果表明：果寡糖可顯著降低血清丙二醛和低密度脂蛋白膽固醇含量，顯著提高血清中總蛋白和球蛋白含量；甘露寡糖可顯著降低血清丙二醛含量和谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性，顯著提高血清中球蛋白和血清磷含量；說(shuō)明添加量為1%（以有效含量計(jì)）FOS和MOS能在一定水平上提高奶山羊的抗氧化能力，改善機(jī)體脂質(zhì)代謝、蛋白質(zhì)合成。戈婷婷等（2012）采用體外批次培養(yǎng)法研究功能性寡糖對(duì)錦江黃牛瘤胃發(fā)酵及微生物生長(zhǎng)效率的影響，結(jié)果表明：MOS、FOS和大豆寡糖均顯著增加培養(yǎng)液揮發(fā)性脂肪酸和菌體蛋白濃度，當(dāng)MOS、FOS和大豆寡糖添加量在1.00%～1.20%時(shí)，能最大效率的促進(jìn)瘤胃微生物的生長(zhǎng)。

4　寡糖在農(nóng)牧業(yè)中的應(yīng)用前景

寡糖作為一種純天然的可再生資源，是人類(lèi)用之不竭的生物資源，其開(kāi)發(fā)與應(yīng)用具有深遠(yuǎn)的意義。例如，甲殼素（Chitin）主要存在于蝦、蟹及昆蟲(chóng)等甲殼類(lèi)動(dòng)物的外殼、真菌（酵母、霉菌，香菇等）、藻類(lèi)及高等植物的細(xì)胞壁中，生物合成量高達(dá)100億噸/年，僅海洋生物的合成量就達(dá)到了10億噸/年以上。因此，來(lái)源廣泛、天然、無(wú)毒無(wú)殘留、無(wú)毒副作用的功能性寡糖，是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外結(jié)束抗生素時(shí)代，開(kāi)啟綠色安全促長(zhǎng)劑時(shí)代的熱點(diǎn)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，在農(nóng)牧業(yè)領(lǐng)域必將具有非常寬廣的應(yīng)用前景。

摘自“飼料技術(shù)匯”官方微信