功能性低聚糖的研究進展

任紅立，汪晶晶，宋建樓，武洪志，刁新平

（東北農業(yè)大學動物科技學院，哈爾濱　150030）

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功能性低聚糖的研究進展

任紅立，汪晶晶，宋建樓，武洪志，刁新平*

（東北農業(yè)大學動物科技學院，哈爾濱150030）

摘要：功能性低聚糖作為一種綠色功能性添加劑，不僅能改善動物腸道環(huán)境，提高動物免疫力，可代替抗生素添加于飼料中，而且無毒副作用，不產(chǎn)生細菌耐藥性及藥物殘留等問題，易于加工保存。目前，已被應用到人類保健方面和畜牧業(yè)領域，并取得了很好的效果。

關鍵詞：功能性低聚糖；免疫力；生產(chǎn)性能

抗生素的濫用已嚴重影響人類的健康，歐盟一些國家禁止濫用抗生素的政策使得我國畜牧產(chǎn)品在國際上不具有競爭力，因此研制出抗生素替代品已成為我國畜牧發(fā)展的主流趨勢。研究表明，功能性低聚糖是一種無毒無害、無副作用、無殘留、穩(wěn)定性較好、易加工保存的綠色添加劑，可以直接增殖有益菌，解決雙歧桿菌等有益菌由于對酸抵抗力差，食用后進入機體被胃酸作用失活和對氧敏感等問題［1］。

1　功能性低聚糖

1.1低聚糖及功能性低聚糖

低聚糖又稱寡糖或寡聚糖，是指含有2～10個單糖分子通過1種或幾種糖苷鍵連接而成的低度聚合糖的總稱，可分為普通低聚糖和功能性低聚糖兩類。普通低聚糖如蔗糖、乳糖、麥芽糖等，都可被機體消化吸收，但不是腸道雙歧桿菌的增殖因子。

功能性低聚糖又稱為非消化性低聚糖，由2～10個單糖分子脫水通過α、β型等糖苷鍵連接形成的帶有支鏈或直鏈的低度聚合糖，具有一定甜度、黏度和水溶性等糖類的特性，其單糖分子間結合位置特殊，不能被人體消化吸收，但進入大腸后能被有益細菌特別是雙歧桿菌利用，能增殖有益細菌、抑制有害細菌。

1.2功能性低聚糖的消化特點和應用機理

哺乳動物對碳水化合物的消化主要限于α-1，4-糖苷鍵，功能性低聚糖由于其結構中α-1，4-糖苷鍵的比例小，在很大程度上不被哺乳動物直接消化。因此，功能性低聚糖可直接到達消化道的后半段，被腸道菌群利用。單胃動物消化道后部寄生著大量微生物，這些微生物可產(chǎn)生分解各種糖苷鍵的酶，能消化功能性低聚糖。功能性低聚糖的降解過程：功能性低聚糖 單糖 乳酸和丙酮酸 揮發(fā)性脂肪酸（乙酸等）、二氧化碳和水［2］。功能性低聚糖的應用機理是除了其自身的一些功能外，在胃酸作用下仍保持活性，到達腸部后半段被微生物利用，增殖有益菌，增強有益菌的功能作用，使得有益菌產(chǎn)生對機體保護的功能。

1.3常見功能性低聚糖

低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚木糖、大豆低聚糖、低聚半乳糖是常見的5種低聚糖，優(yōu)缺點各不相同。

功能性低聚糖之間的主要差異就在于被腸道菌群利用程度不同，具體表現(xiàn)在對不同有益菌的增殖程度、有害菌受抑制程度、產(chǎn)酸量和產(chǎn)氣量等方面均不相同［3］。在功能性低聚糖增殖雙歧桿菌的效果上，低聚木糖、棉子糖效果最佳，其次是低聚果糖，最后是低聚異麥芽糖［4］。研究表明，低聚半乳糖和低聚異麥芽糖能被各種雙歧桿菌利用，且效果良好，低聚異麥芽糖還對有害梭菌有明顯的抑制作用［5］。不同功能性低聚糖被腸道微生物利用的產(chǎn)酸量和產(chǎn)氣量是不同的，在產(chǎn)乙酸量方面：低聚半乳糖、大豆低聚糖＞低聚果糖、低聚異麥芽糖＞低聚木糖；在產(chǎn)乳酸量方面：低聚半乳糖、大豆低聚糖＞低聚木糖、低聚異麥芽糖＞低聚果糖；在產(chǎn)氣量方面，低聚異麥芽糖和低聚半乳糖是總產(chǎn)氣量最少的功能性低聚糖［3］。另外，低聚異麥芽糖的最大特點是價格比其他功能性低聚糖便宜，但目前商品化產(chǎn)品的純度不高，含雜質較多。低聚果糖的優(yōu)勢是甜味純正，但穩(wěn)定性不是很好，酸性加熱易分解。低聚木糖不但穩(wěn)定性好，對雙歧桿菌的增殖效果也是功能性低聚糖中最強的，是其他功能性低聚糖的5～20倍，盡管價格較高，但仍是性價比最高的功能性低聚糖。大豆低聚糖是棉子糖、水蘇糖、蔗糖的混合物，是典型的功能性低聚糖。低聚半乳糖是母乳中重要的益生元，熱量低、口感好，但相關標準制定并不完備［6］。

2　功能性低聚糖的功能

功能性低聚糖能夠選擇性地增殖有益菌，特別是雙歧桿菌，其許多作用大多與有益菌的增殖有關，是功能性低聚糖的主要功能。

2.1選擇性增殖有益菌來改善腸道環(huán)境

腸道不僅擔負著消化吸收營養(yǎng)物質的重任，而且是人體最大的微生態(tài)系統(tǒng)和最大的免疫器官，掌管著人體70%的免疫功能。因此，腸道健康關系著整個機體的正常運行，關系到機體的健康狀態(tài)［7］。腸道菌群是動物腸道的必要部分。畜禽在健康狀態(tài)下，消化道內菌群保持著動態(tài)平衡，有益菌是消化道優(yōu)勢菌群，直接通過競爭性排阻作用抑制致病菌增殖［8］。功能性低聚糖對腸道菌群的調節(jié)主要在于增殖有益菌，抑制有害菌活動。腸道菌群不是一成不變的，受宿主的年齡影響。衰老始于腸道，有益菌群隨著宿主的成長和衰老而逐漸減少，腐敗細菌卻隨之增多，這是宿主生理老化所致的菌群變化的正?，F(xiàn)象。但側面說明，雙歧桿菌作為有益菌的代表，其數(shù)量的多少也可以反映出動物體健康水平狀況［9］。雙歧桿菌數(shù)量多，動物體處于健康狀態(tài)；數(shù)量少，則動物處于亞健康狀態(tài)。所以雙歧桿菌等有益菌的增殖對于動物體的健康是極有益的。功能性低聚糖增殖雙歧桿菌的機理在于其本身不只充當了雙歧桿菌的碳源，還參與了雙歧桿菌的生長調節(jié)和黏附作用［10］。

2.2抑制和吸附病原菌，防止腸道疾病發(fā)生

研究表明，病原菌的表面的植物凝集素，能識別、結合動物腸壁上的“特異性糖類”受體，附在腸壁上，生長繁殖、分泌毒素，導致腸道疾病發(fā)生。利用功能性低聚糖可以減少腸道疾病的發(fā)生，通過對有益菌群的選擇性增殖，尤其是雙歧桿菌，通過生物屏障作用與發(fā)酵產(chǎn)酸，競爭性排阻抑制致病菌。雙歧桿菌能產(chǎn)生與腸黏膜上皮細胞糖蛋白結合的凝集素，因而可與腸黏膜上皮細胞牢固結合并與其他厭氧菌一起占據(jù)腸黏膜表面，形成生物屏障阻止有害菌入侵、定植。雙歧桿菌利用菌體內的酶，發(fā)酵葡萄糖，產(chǎn)生有機酸，降低腸道pH，抑制有害菌生長繁殖［11］。雙歧桿菌不僅自身具有抑菌作用，還可以產(chǎn)生一種抗菌素——雙歧桿菌抗菌素，能有效地抑制某些有害菌的生長［12］。功能性低聚糖可以吸附致病菌，其與致病菌在腸壁上的受體類似，并與細菌表面的植物凝集素有很強的結合能力，致病菌與功能性低聚糖結合，不會附著于腸壁上，同時致病菌不能利用功能性低聚糖獲得養(yǎng)分，從而缺乏能源，最終死亡并被排出體外。

2.3吸附霉菌毒素，緩解霉菌毒素毒性

飼料中殘留的霉菌毒素是養(yǎng)殖業(yè)的一大危害。據(jù)估計，霉菌毒素可影響世界上40%的食品作物，并在代謝過程中產(chǎn)生毒素。殺死霉菌固然可阻止毒素的繼續(xù)產(chǎn)生，但由于霉菌毒素有較好的熱穩(wěn)定性，在飼料加工過程中不能除掉已產(chǎn)生的毒素［13］。霉菌毒素可使動物慢性、急性中毒、致癌和降低免疫力，盡管霉菌毒素沒有傳染性，但其可使動物群發(fā)性中毒，危害性極大。功能性低聚糖對霉菌毒素有很強的吸附力，可以形成多糖——毒素復合物，有效阻止動物腸道吸收毒素，從而排出體外，同時不影響飼料的其他營養(yǎng)成分，有研究表明，加入甘露寡糖確實可以在一定程度上緩解霉菌毒素的肝毒性［14］。

2.4提高動物免疫力

功能性低聚糖提高動物免疫力是通過對雙歧桿菌等有益菌的增殖而產(chǎn)生的。

2.4.1促進雙歧桿菌的增殖，增強動物免疫功能

在飼料中添加適量的功能性低聚糖可以促進動物腸道后段上雙歧桿菌的增殖，提高動物免疫力和健康水平。大量動物試驗表明，攝入雙歧桿菌活菌或死菌均可以提高機體的抗體水平，激活巨噬細胞的吞噬活性，這對提高機體的抗感染能力，預防、抑制和殺死腫瘤細胞的產(chǎn)生有重要的作用［15］。

2.4.2保護黏膜系統(tǒng)，防止病原體進入

黏膜是構成機體系統(tǒng)的重要免疫防線，是執(zhí)行機體局部特異性免疫的主要場所，機體＞50%的淋巴細胞組織和＞80%上的免疫細胞都集中于黏膜系統(tǒng)［16］。功能性低聚糖可以和腸黏膜特異性結合，競爭性排除病原體，形成生物屏障，保護腸黏膜。

2.4.3具有免疫佐劑和抗原特性，促進機體免疫能力的增加

功能性低聚糖具有免疫佐劑及免疫調解作用。所謂的免疫佐劑又稱為免疫輔劑，是能增加免疫系統(tǒng)對疫苗、藥物和抗原免疫應答的物質。疫苗中加入免疫佐劑能降低機體對疫苗的吸收，延緩疫苗的釋放，加長疫苗刺激機體的時間，從而增強其效應。功能性低聚糖對脂多糖也有輔助作用。據(jù)報道，功能性低聚糖還具有抗原作用，可以直接引起抗體應答反應［15］。

2.4.4激活機體體液免疫和細胞免疫，提高機體的免疫能力

功能性低聚糖可以作為一些外源抗原的佐劑，與這些外源抗原的表面結合，如一些毒素、病菌和真核細菌，可以提高B淋巴細胞介導的體液免疫和T淋巴細胞介導的細胞免疫功能［16］。激活機體體液免疫，雙歧桿菌在胃腸道內能夠刺激B淋巴細胞活化增殖和分泌抗體來發(fā)揮體液免疫，使機體具有抗感染作用和抗腫瘤作用。專家學者研究發(fā)現(xiàn)，腸道內雙歧桿菌可增加機體免疫監(jiān)視功能，尤其是通過口服可增加抗體的產(chǎn)生［17］。激活機體細胞免疫，雙歧桿菌的細胞壁含有大量的肽聚糖和磷壁酸，具有很強的生物活性，能刺激腹腔巨噬細胞、NK細胞和淋巴細胞因子殺傷細胞的活性［18］。

2.5抗腫瘤和增強造血功能

功能性低聚糖可激活機體免疫系統(tǒng)，起到抗腫瘤的作用。雙歧桿菌可以抑制腫瘤增殖活性和誘導腫瘤細胞凋亡，因此功能性低聚糖也可以通過促進雙歧桿菌的增殖，間接起到抗腫瘤作用［19］。

許多藥理學的研究表明，功能性低聚糖對造血系統(tǒng)有很好的促進作用，其作用機理可能是直接或間接促進造血生長因子的分泌、刺激造血干細胞的增殖［20］。

2.6促進營養(yǎng)吸收

有益菌對動物有營養(yǎng)功能，代謝產(chǎn)物包括蛋白質、B族維生素和K族維生素等營養(yǎng)物質。有益菌能使乳糖轉化成為乳酸，提高乳糖的耐受性，促進鈣質的吸收［21］。因此，功能性低聚糖不但可以間接供給動物營養(yǎng)物質，還可促進營養(yǎng)吸收。功能性低聚糖促進礦物元素吸收，主要是由于低聚糖經(jīng)雙歧桿菌等發(fā)酵，產(chǎn)生的短鏈脂肪酸等有機酸導致腸道pH下降，加速了礦物質的溶解更利于機體吸收［12］。

2.7促進脂類代謝和抗氧化

功能性低聚糖能降低血清中甘油三酯和膽固醇的濃度，增加血清中的低密度脂蛋白含量，促進脂類代謝［22］。

功能性低聚糖通過降低自由基水平及提高抗氧化酶活性來發(fā)揮抗氧化作用，能清除脂溶性自由基二苯基苦基，抑制銅催化的低密度脂蛋白過氧化，降低機體自由基水平［22］。研究表明，低聚果糖、低聚異麥芽糖和甘露寡糖能提高超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶的活性，這兩種酶是抗氧化酶類系統(tǒng)中主要的兩種酶類［23］。

2.8保護胃腸道，提高生產(chǎn)性能

功能性低聚糖可以保護胃腸道，研究發(fā)現(xiàn)乳中寡糖增殖的有益菌所產(chǎn)生的丙酸是黏膜代謝的主要能源物質，可以促進細胞的正常成長［20］。功能性低聚糖增殖雙歧桿菌，雙歧桿菌通過糖代謝相應地增加醋酸和乳酸等有機酸分泌量，刺激腸道蠕動，同時通過滲透壓增加糞便水分使排便狀況改善，預防便秘［24］。

功能性低聚糖可以改善動物的生產(chǎn)性能是其多種生物學功能共同作用的結果。研究表明，低聚果糖、低聚異麥芽糖和甘露寡糖可以提高仔豬的生產(chǎn)性能、日增重并降低料肉比［23］。

3　畜禽應用效果

3.1仔豬

仔豬的腸道微生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育不完善，功能性低聚糖可以調節(jié)腸道微生態(tài)系統(tǒng)，改善腸道環(huán)境，降低仔豬腹瀉率，提高仔豬生存率。研究表明，在仔豬日糧中添加功能性低聚糖，能提高仔豬日增重、降低料肉比、降低腹瀉率，顯著降低血脂和膽固醇濃度，提高飼料的利用率和動物抵抗力［14］。

3.2奶牛

反芻動物瘤胃可以采食飼料合成功能性低聚糖，也可以消化功能性低聚糖，但是瘤胃內可合成功能性低聚糖的種類和量不足以滿足奶牛需要，因此加入某些功能性低聚糖，可以提高反芻動物的生產(chǎn)性能和健康水平。在日耗料相同的情況下，添加適宜比例的功能性低聚糖可以提高產(chǎn)奶量和奶料比，同時也可以減少奶牛的腹瀉率及抗生素的使用，達到綠色養(yǎng)殖的效果［25］。

3.3家禽

提高家禽的免疫力，調節(jié)腸道菌群環(huán)境和提高動物健康水平，同時可以減少家禽糞中臭味物質含量。功能性低聚糖除糞機制就是功能性低聚糖調節(jié)腸道菌群，降低腸道pH，減少大腸中蛋白質的發(fā)酵和有害微生物代謝產(chǎn)物的量，從而減少腸道和糞中臭味物質的產(chǎn)生量［26］。

4　小結

功能性低聚糖是一種非常有研究意義和價值的綠色添加劑。功能性低聚糖加工簡單，穩(wěn)定性好，比酶制劑及活菌制劑更易加工。與抗生素相比，功能性低聚糖不僅具有無耐藥性、無殘留的優(yōu)點，還有改善腸道環(huán)境，提高動物免疫力，改善動物生產(chǎn)性能等特色功能［27-35］。在畜牧業(yè)的快速發(fā)展趨勢下，對抗生素等化學制劑應用的制約，功能性低聚糖的研究發(fā)展具有良好的市場前景，因此研發(fā)出適合畜牧業(yè)的、便宜有效的、純度較高的功能性低聚糖具有較高的經(jīng)濟價值。

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Research Progress of Functional Oligosaccharides

REN Hongli，WANG Jingjing，SONG Jianlou，WU Hongzhi，DIAO Xinping*
（College of Animal Science and Technology，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China）

Abstract：Functional oligosaccharides，as akind of green functional additives，can improve animal gut environment，improve animal immunity，replace antibiotics added in feed and non-toxic，no side effect，no bacterial resistance and no drug residues，which is easy to processed and preserved.At present，it has been used in the field of human health and animal husbandry with good effect.

Key words：functional oligosaccharides；immunity；production performance

中圖分類號：S816.7；Q539

文獻標志碼：A

文章編號：1001-0084（2016）04-0035-05

收稿日期：2016-01-11

基金項目：黑龍江省科技廳對外合作攻關項目（WB13B101）

作者簡介：任紅立（1991-），女，黑龍江哈爾濱人，碩士研究生，研究方向為動物營養(yǎng)與飼料科學。

*通訊作者：副教授，碩士生導師，E-mail:diaoxp63@163.com。