功能性低聚糖在犬飼料中應(yīng)用研究進(jìn)展

王君巖，黃 健

(1.西南大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，重慶 402460；2.重慶市畜牧科學(xué)院，重慶 402460)

全球?qū)櫸锏娘曫B(yǎng)數(shù)量和品種不斷增長(zhǎng)，寵物飼料也得到了迅猛發(fā)展。2004年的數(shù)據(jù)顯示，歐洲飼養(yǎng)寵物的家庭約有5 500萬(wàn)個(gè)，飼養(yǎng)了約4 100萬(wàn)只犬[1-2]。中國(guó)近年來(lái)城鄉(xiāng)居民養(yǎng)犬?dāng)?shù)量也在劇增，與寵物相關(guān)的行業(yè)迅速發(fā)展。自從1959年日本國(guó)產(chǎn)犬飼料問(wèn)世之后，以犬為主體的寵物飼料得到快速發(fā)展，并形成一個(gè)產(chǎn)業(yè)[3]。寵物飼料也已成為中國(guó)消費(fèi)品中增長(zhǎng)最快的行業(yè)之一。低聚糖又稱寡糖、寡聚糖，是由2～10個(gè)單糖經(jīng)糖苷鍵連接形成直鏈或支鏈的低度聚合糖類物質(zhì)，它的分子量為200～2000 D，包括普通低聚糖和功能性低聚糖兩大類。普通低聚糖可以被機(jī)體消化吸收，對(duì)腸道有益菌并無(wú)生長(zhǎng)促進(jìn)作用，不在討論范圍之內(nèi)。而功能性低聚糖本身不能被機(jī)體消化吸收，但具有一定的生理活性[4-8]。我國(guó)在犬的營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域提及功能性低聚糖始于20世紀(jì)90年代[3]，近年來(lái)由于其功能的多樣性和獨(dú)特性，越來(lái)越受到人們的重視并得到迅速發(fā)展。本文對(duì)低聚糖飼料添加劑在犬生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述，以期為其研究和合理開(kāi)發(fā)提供參考。

1 功能性低聚糖的分類及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

功能性低聚糖具有熱值低、促進(jìn)有益菌增殖、攝入不增加血糖血脂、預(yù)防衰老、提高免疫力、安全、無(wú)毒、適口性高等特點(diǎn)[4-7]，由于組成低聚糖的單糖分子種類、數(shù)量、排列形式、分子間結(jié)合位置及結(jié)合類型不同，其種類很多，在自然界達(dá)數(shù)千種以上，國(guó)際上研發(fā)成功的有70多種。表1為目前已開(kāi)發(fā)出的部分功能性低聚糖的種類及結(jié)構(gòu)組成。

2 功能性低聚糖在犬生產(chǎn)中的研究現(xiàn)狀

2.1 功能性低聚糖對(duì)仔犬生產(chǎn)的影響

養(yǎng)犬生產(chǎn)中為了最大限度地提高母犬繁殖性能和欄舍利用率，一般采用一次性斷奶法，并且提早斷奶。這一時(shí)期仔犬胃腸道容積小，消化能力弱，換用飼料等使消化道正常微生物區(qū)系發(fā)生改變，會(huì)導(dǎo)致仔犬出現(xiàn)生長(zhǎng)性能緩慢、腹瀉率高、抗病能力不強(qiáng)和飼料轉(zhuǎn)化率低等一系列問(wèn)題[9-10]。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)仔犬飼料中添加低聚糖的研究多關(guān)注在抵抗力、健康狀態(tài)及生產(chǎn)性能上。李紅[11]的研究表明，羅威納仔犬日糧中低聚果糖(FOS)的添加水平以0.5%～1.0%為宜，這一添加量對(duì)羅威納仔犬的生長(zhǎng)和飼料轉(zhuǎn)化率有顯著的促進(jìn)作用，但當(dāng)添加量達(dá)到1.5%時(shí)，羅威納仔犬腹瀉增加，料重比和日增重降低。李川武等[12]通過(guò)對(duì)德國(guó)牧羊仔犬與羅威納仔犬飼喂以甘露低聚糖為主要原料的復(fù)合保健制劑“微多康”的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，“微多康”保健制劑對(duì)仔犬的體重、體尺和生長(zhǎng)速度具有顯著的促進(jìn)作用。Gouveia等[13]對(duì)16只2～6月齡的狗進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)只接種治療不能很好的清除大腸桿菌，清除率僅25%，而接受胃腸炎接種治療+低聚甘露糖(MOS,2 g/只)能有效消除致病性大腸桿菌，清除率達(dá)85.71%，證實(shí)了MOS可作為狗腸胃炎輔助治療的藥物。上述文獻(xiàn)表明在飼料中添加低聚糖，可增強(qiáng)仔畜的抵抗力，改善仔畜的健康狀態(tài)，提高生產(chǎn)性能。

表1 幾種功能性低聚糖的主要成分及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)Table 1 The main components and structural characters of several functional oligosaccharides

2.2 功能性低聚糖對(duì)青年犬生產(chǎn)的影響

國(guó)內(nèi)外有關(guān)于低聚糖作為青年犬飼料添加劑的研究報(bào)道較少。2017年，Gao等[14]對(duì)7～8月齡的比格犬飼喂低聚木糖(XOS),劑量為0，1250，2500，5000 mg/(kg·d)，在試驗(yàn)期間比格犬除偶爾嘔吐和腹瀉外，無(wú)其他不良反應(yīng)，在之后四周的恢復(fù)期內(nèi)副作用逐漸減弱至消失，得到了XOS對(duì)比格犬的不良反應(yīng)劑量是2 500 mg/(kg·d)，證實(shí)了高劑量XOS對(duì)狗的健康狀況有較小的負(fù)面影響，并且不良反應(yīng)在減少劑量或停飼后是可逆的。

2.3 功能性低聚糖對(duì)成年犬生產(chǎn)的影響

國(guó)外從1994年到2017年均有關(guān)于低聚糖作為成年犬飼料添加劑的研究報(bào)道(見(jiàn)表2)，而國(guó)內(nèi)缺少這方面的研究。

添加含有FOS和MOS的原料方面的研究，Willard等[15]于1994年將16只小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)的IgA缺陷型成年德國(guó)牧羊犬分為兩組進(jìn)行試驗(yàn)，F(xiàn)OS組在空腸十二指腸近端部分和十二指腸粘膜的流體中的好氧/兼性厭氧細(xì)菌集落形成單位較少(P=0.04)，證實(shí)了FOS可以改善狗的小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)的狀況。Swanson等[16]對(duì)4只回腸插管的平均年齡3.3歲的成年雌性狗(獵犬血統(tǒng))進(jìn)行試驗(yàn)，MOS組糞便總需氧細(xì)菌較低(P=0.05)但乳桿菌含量較多(P=0.13)，F(xiàn)OS+MOS組的IgA濃度較大(P=0.05)，MOS組的淋巴細(xì)胞(占白細(xì)胞總數(shù)的百分比)較多(P<0.05)，F(xiàn)OS組和FOS+MOS組的糞便總吲哚和苯酚濃度較低(P<0.05)，MOS組的回腸消化率較低[DM(P=0.149)，OM(P=0.146)]。Swanson等[17]還證實(shí)了MOS組的添加對(duì)微生物生態(tài)和全身免疫系統(tǒng)有益， FOS組降低了大腸中的蛋白分解產(chǎn)物的濃度，F(xiàn)OS+MOS組增強(qiáng)局部和全身免疫系統(tǒng)，并降低糞便中腐敗化合物的濃度。在另一試驗(yàn)中，Swanson等[18]對(duì)40只成年狗(20 只/組)通過(guò)明膠膠囊口服給藥，每天兩次，得到LAC與FOS聯(lián)合飼喂時(shí)效果最好，能改善腸道微生物生態(tài)和糞便蛋白分解代謝物，提升腸道健康指數(shù)。Middelbos等[19]對(duì)6只回腸插管的平均年齡4.5歲的成年雌性狗(獵犬血統(tǒng))進(jìn)行試驗(yàn)，得到甜菜漿處理組與可發(fā)酵的低聚糖共混物組的雙歧桿菌和乳桿菌濃度相似，甜菜漿處理組與對(duì)照組、纖維素處理組相比有總糞便短鏈脂肪酸濃度更高(P<0.05)等結(jié)果，證實(shí)了含有可發(fā)酵和不可發(fā)酵碳水化合物的混合物的狗糧與含有甜菜漿作為纖維來(lái)源的狗食能夠產(chǎn)生相似的生理學(xué)效應(yīng)，可以利用這些碳水化合物的混合物來(lái)替代狗糧中甜菜漿。Carlo等[20]收集5只成年狗新鮮的糞便樣本，匯集并孵育24 h(未消化的三種飲食殘留：①低蛋白高消化率飲食(LPHD，粗蛋白(CP)229 g/kg);②高蛋白高消化率飲食(HPHD，CP304 g/kg);③先前已進(jìn)行酶消化的高蛋白低消化率飲食(HPLD，CP303 g/kg))，得到高蛋白質(zhì)的飲食會(huì)對(duì)犬腸道生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響(增加氨的濃度，減少乳酸桿菌和腸球菌的數(shù)量)，蛋白質(zhì)消化不完全使VFA濃度降低，而添加FOS可以改善犬腸道微生物群的生態(tài)平衡，降低氨的濃度和促進(jìn)VFA的產(chǎn)生。Garcia Mazcorro等[21]對(duì)成年狗飼喂0.45%的益生元時(shí)，糞便變形菌(Gammaproteobacteria)減少且維生素A的豐度增加，葡萄球菌增多：在飼喂3.1%的益生元時(shí)，糞便梭菌科(Clostridiaceae)減少，巨單胞菌(Megamonas)和韋榮球菌科(Veillonellaceae)增多。

添加含有SBOS的原料方面，1996年Zuo等[22]對(duì)5只T型回腸插管的成年雌性犬進(jìn)行試驗(yàn)，數(shù)據(jù)顯示，不同組的DM，OM，CP，脂肪和GE攝入量未受影響；豆粕(SBM)組有較高的淀粉攝入量和總膳食纖維(TDF)攝入量，37.1%SBM組的回腸CP消化率和淀粉消化率較高：總的來(lái)說(shuō)，飼喂SBM后CP總消化率較高，低聚糖SBM組和常規(guī)SBM組在消化率方面沒(méi)有顯著差異，低低聚糖SBM組的水蘇糖和棉子糖攝入量低于常規(guī)SBM組，而低低聚糖SBM組的蔗糖攝入量較高，證實(shí)了低聚糖SBM和常規(guī)SBM均可用于狗飼料，但常規(guī)SBM的效果更好。Yamka等[23]對(duì)8只回腸插管的成年雜種雌犬進(jìn)行試驗(yàn)，得知LLM，SBM，LLB和WSB可以作為犬類食品蛋白質(zhì)的有效來(lái)源，具有很高的消化率，提出了當(dāng)使用含少量低低聚糖，低植酸鹽大豆配制飼料時(shí)，需要考慮色氨酸和組氨酸的小腸消化率差異。其他低聚糖做飼料添加劑方面，F(xiàn)lickinger等[24]在體外發(fā)酵試驗(yàn)中證實(shí)了MD發(fā)酵產(chǎn)生的總短鏈脂肪酸(SCFA)含量高于GA(P<0.01)，GOS發(fā)酵產(chǎn)生的總SCFA含量與FOS、GG、GH和GA類似；其后對(duì)6只回腸插管的具有獵犬血統(tǒng)的成年雌性狗(年齡為3±1.5歲)進(jìn)行試驗(yàn)，得到GOS組和MD組的葡萄糖回腸消化率(P<0.05)和碳水化合物(CHO)消化率(P=0.08)較低，MD組的CHO和葡萄糖的總消化率較低(P<0.01)，GOS組和MD組的總糞便重量較高(P<0.01),且糞便中的雙歧桿菌濃度增加(分別為P=0.13和0.23)。Faber等[25]對(duì)6只具有獵犬血統(tǒng)的成年雌性狗(年齡3.4±0.0歲)進(jìn)行飼喂，表明在犬日糧中追加一定量的GGMO可明顯增加日糧養(yǎng)分的消化率和糞樣評(píng)分分?jǐn)?shù)，但是日糧中CP的消化率有所下降，其中糞樣中吲哚和苯酚含量的增加說(shuō)明日糧中添加GGMO可有效地促進(jìn)大腸內(nèi)容物的發(fā)酵。

表2 成年犬飼料添加劑中選用功能性低聚糖的種類及用量Table 2 The types and dosages of functional oligosaccharides in adult dog feed additives

2.4 功能性低聚糖對(duì)老年犬生產(chǎn)的影響

國(guó)外有關(guān)于低聚糖作為老年犬飼料添加劑的研究報(bào)道較少，而國(guó)內(nèi)鮮見(jiàn)這方面的研究。老年犬飼料添加劑中選用功能性低聚糖的種類及用量見(jiàn)表3。在2002年，Beynen等[26]對(duì)4只老年犬(3只雄性比格犬，1只雌性比格犬，1只雄性雪納瑞犬)飼喂FOS，證實(shí)了添加FOS使老年犬對(duì)鎂和鈣的吸收增加，并且增加了糞便中雙歧桿菌、鏈球菌、梭桿菌和厭氧菌的數(shù)量，但對(duì)糞便pH、磷的吸收等無(wú)影響。2004年Grieshop等[27]對(duì)34只老年犬(波音達(dá)犬8～11歲，比格犬9～11歲)進(jìn)行飼喂，得到了MOS和CM組(P=0.07)可以增加采食量；CH組增加脂肪消化率；CH和MOS組(P≤0.05)糞便雙歧桿菌濃度分別增加0.4，0.5 log10cfu/g;DM，MOS組(P<0.05)糞便大腸桿菌濃度降低；CH組和CM組(P=0.10)嗜中性粒細(xì)胞濃度增加；MOS組(P=0.06)和CM組(P<0.05)外周淋巴細(xì)胞濃度降低。

表3 老年犬飼料添加劑中選用功能性低聚糖的種類及用量Table 3 The types and dosages of functional oligosaccharides in senior dog feed additives

3 存在的問(wèn)題

由于功能性低聚糖的作用獨(dú)特，在犬的生產(chǎn)應(yīng)用和飼料研究中受到廣泛關(guān)注，但是仍存在諸多問(wèn)題。首先，犬飼料中低聚糖的營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不完善?，F(xiàn)在犬飼料中功能性低聚糖的添加量沒(méi)有可參考的標(biāo)準(zhǔn)，而許多常用低聚糖的安全劑量范圍已經(jīng)探明，因此要推廣該飼料添加劑，必須要完善犬飼料的營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。其次，要考慮低聚糖產(chǎn)品純度及價(jià)格問(wèn)題?，F(xiàn)在功能性低聚糖的價(jià)格較高，且添加量又不能太少，這勢(shì)必會(huì)增加飼料成本，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益得不到提高。因此必須開(kāi)發(fā)研究低成本高純度的功能性低聚糖和相配套的酶制劑，從而降低成本。第三，低聚糖的組分結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系尚不明了。國(guó)內(nèi)外學(xué)者雖然對(duì)功能性低聚糖的優(yōu)良生理功效(如其免疫機(jī)能作用)有深刻的認(rèn)識(shí)，但是還不能確認(rèn)其結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，同時(shí)對(duì)其在組織細(xì)胞中的分布以及分子水平上的作用機(jī)理還不了解，需要設(shè)計(jì)良好、精細(xì)量化的評(píng)價(jià)體系來(lái)支持研究。同時(shí)，不同種類低聚糖作用效果差異的機(jī)理也尚待研究。第四，要考慮低聚糖在犬不同時(shí)期(種類、年齡、生理狀況)的特異性作用。不同種屬犬類在不同生理狀態(tài)下低聚糖的適宜添加量及添加方式都是不同的，因此在實(shí)際使用過(guò)程中就需要考慮功能性低聚糖添加量問(wèn)題。若隨意添加，可能會(huì)引起腹瀉、采食量降低等不良反應(yīng)，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益不升反降。第五，要對(duì)功能性低聚糖與不同種類低聚糖及其他飼料添加劑的協(xié)同或拮抗作用進(jìn)行研究?，F(xiàn)在仍不了解低聚糖與其他添加劑聯(lián)合使用會(huì)對(duì)動(dòng)物免疫功能、功能性低聚糖的生理活性及穩(wěn)定性等造成什么影響。這就導(dǎo)致研究中通常處于對(duì)添加結(jié)果未知的情況下，就草率地確定配方，忽略了功能性低聚糖與其他成分的相互作用。因此，要從根本上了解低聚糖與其他因素的互作作用，從而為功能性低聚糖添加量增加依據(jù)。

4 前景展望

低聚糖是近年國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)的新型飼料添加劑，其作用效果類似益生素，但作用方法又與益生素不同。低聚糖為飼料中的天然成分，無(wú)毒、無(wú)污染，在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)上有良好的應(yīng)用前景，被營(yíng)養(yǎng)學(xué)者稱為“probiotic(益生元)”類綠色添加劑。低聚糖的優(yōu)勢(shì)明顯，首先生產(chǎn)低聚糖的原料廣泛，可以變廢為寶并且減輕環(huán)境污染，其次低聚糖能提高動(dòng)物機(jī)體的抗病潛力，可用于降低胃腸道疾病的發(fā)生率，防止腹瀉，增加動(dòng)物生長(zhǎng)速度，還有防衰老、抗氧化、預(yù)防癌癥以及抗齲齒等功能。同時(shí)低聚糖應(yīng)用到犬生產(chǎn)中也有增強(qiáng)抵抗力，改善犬的健康狀態(tài)，提高生產(chǎn)性能等作用。其中FOS可以使老年犬對(duì)鎂和鈣的吸收增加，并且可以增加腸道中有益菌群的數(shù)量，改善犬的小腸微生物群體的生態(tài)平衡，降低大腸中蛋白分解產(chǎn)物的濃度；而MOS可以增強(qiáng)局部和全身免疫系統(tǒng)，改善腸道微生物生態(tài)，與FOS同時(shí)使用可以降低糞便中腐敗化合物的濃度；當(dāng)LAC與FOS聯(lián)合飼喂時(shí)效果很好，能改善腸道微生物生態(tài)，提升腸道健康指數(shù)等。低聚糖的開(kāi)發(fā)研制工作正在進(jìn)行，相配套的酶制劑也已經(jīng)出現(xiàn)，使低聚糖更易生產(chǎn)、純度更高且成本降低，而隨著研究的進(jìn)行低聚糖自身的理化特性逐步明確，有利于廠家選擇適合的低聚糖生產(chǎn)。低聚糖的安全性研究已有重大突破，多種常用低聚糖的最小中毒量已經(jīng)探明，使廠家或個(gè)人可以合理添加低聚糖。

目前，低聚糖的開(kāi)發(fā)與利用已受到許多國(guó)家和地區(qū)重視，我國(guó)近年來(lái)一些學(xué)者和飼料生產(chǎn)廠家也開(kāi)始了這方面的研究和應(yīng)用。我國(guó)犬類功能性低聚糖開(kāi)發(fā)應(yīng)用的市場(chǎng)潛力還很大，需要填補(bǔ)的空白還很多，有待于廣大科研人員廣開(kāi)思路，并結(jié)合本地區(qū)實(shí)際情況開(kāi)發(fā)出更多、更好、更益于生產(chǎn)的功能性低聚糖產(chǎn)品。

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