甘露寡糖對保育豬的營養(yǎng)與保健作用

徐運(yùn)杰，胡鳳姣

（1.山東和美集團(tuán)有限公司，山東 惠民 251700；2.唐人神集團(tuán)股份有限公司，湖南 株洲 412000；3.濮陽市動(dòng)物衛(wèi)生監(jiān)督所，河南 濮陽 457000 ）

甘露寡糖（MOS）又叫甘露低聚糖，通常被認(rèn)為是抗生素生長促進(jìn)劑的潛在替代物。雖然它屬于不易消化的低聚糖，但MOS在動(dòng)物腸道的作用方式不同于其他益生元。根據(jù)定義，益生元是飼料中不可消化的成分，能夠刺激消化系統(tǒng)中有益細(xì)菌的生長或活性，促進(jìn)宿主的腸道和全身健康。MOS被歸類到營養(yǎng)促進(jìn)劑中，其理由是雖然它不是腸道微生物群或宿主的直接營養(yǎng)素，但它對養(yǎng)殖動(dòng)物的健康和生產(chǎn)性能產(chǎn)生積極影響。甘露低聚糖產(chǎn)品的第一個(gè)試驗(yàn)是研究其在大腸桿菌表面黏附甘露糖特異性凝集素的潛力[1]。體外研究的結(jié)果表明，日糧中MOS可以減少腸道內(nèi)病原菌的定植，這后來在動(dòng)物試驗(yàn)中得到進(jìn)一步證實(shí)[2,3]。相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，MOS產(chǎn)品可有效應(yīng)用于豬生產(chǎn)的兩個(gè)關(guān)鍵時(shí)期，即仔豬保育期以及母豬妊娠后期和哺乳期。有研究報(bào)道，在母豬妊娠的最后2～3周和哺乳期飼料中添加MOS 2 g/kg或每天5 g/母豬，提高了仔豬的生長率[4-6]。其對斷奶仔豬的數(shù)據(jù)在這方面不太一致。MOS產(chǎn)品的作用方式已經(jīng)研究了數(shù)十年，發(fā)現(xiàn)以下基本作用機(jī)制：1）改善動(dòng)物腸道微生物群結(jié)構(gòu)；2）改善腸道組織的形態(tài)結(jié)構(gòu)及營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收率；3）刺激動(dòng)物的免疫應(yīng)答反應(yīng)；4）吸附結(jié)合毒素。因此，在母豬或仔豬日糧中添加MOS均有利于仔豬的生長與健康。

1 斷奶仔豬胃腸道的變化

斷奶對仔豬來說是一種應(yīng)激，通常其與采食量降低或拒食有關(guān)。斷奶后立即出現(xiàn)的厭食癥導(dǎo)致腸道完整性發(fā)生改變，胃腸道出現(xiàn)不同的生理變化，如形態(tài)和功能的改變，微生物菌群的組成變化，以及炎癥細(xì)胞因子的增加。仔豬即使是短時(shí)間的饑餓或營養(yǎng)不良（2～3 d）也會(huì)導(dǎo)致腸絨毛萎縮，通過減少腸壁的表面積削弱腸道的吸收能力。另外，仔豬刷狀緣酶（氨基肽酶N，二肽基肽酶-4，蔗糖酶）和胰酶活性（胰蛋白酶，糜蛋白酶，淀粉酶，脂肪酶）在斷奶后也急劇下降[7.8]。仔豬斷奶后腸道的變化時(shí)間可分為5～7 d的急性期和9～10 d的適應(yīng)期[9]。急性期的變化肯定會(huì)導(dǎo)致營養(yǎng)物質(zhì)的消化不良，高比率未消化的營養(yǎng)物質(zhì)，特別是蛋白質(zhì)，到達(dá)后腸道會(huì)導(dǎo)致后腸出現(xiàn)不良反應(yīng)，含氮化合物在后腸發(fā)酵產(chǎn)生氨，增加腸道內(nèi)pH并支持病原菌的增殖。由于仔豬體內(nèi)的微生物菌群本來就不穩(wěn)定，腸道菌群阻止有害菌群定植的能力不足。此外，對于4周齡仔豬，無論是先天免疫防御還是后天免疫防御，都不能充分應(yīng)對病原體的挑戰(zhàn)。加上哺乳后期母豬乳汁中抗體濃度較低，導(dǎo)致仔豬腸道和血液中母源抗體水平也較低，這與4周齡時(shí)仔豬自身抗體產(chǎn)生不足同時(shí)發(fā)生，而仔豬6～7周齡時(shí)自身抗體僅開始增加。這些變化常常導(dǎo)致仔豬斷奶后腹瀉和生長速度急劇下降。在過去，使用抗生素生長促進(jìn)劑能有效地預(yù)防仔豬復(fù)雜的斷奶后癥狀。但是抗生素生長促進(jìn)劑是把雙刃劍，大劑量或長期添加抗生素既增加了細(xì)菌的耐藥性，也影響了后期豬的最大生長潛能的發(fā)揮，濫用抗生素還會(huì)導(dǎo)致抗生素的殘留，帶來食品安全隱患和環(huán)境污染。基于此，我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部出臺(tái)政策，要求 2020年7月1日起飼料端全程無抗，藥物飼料添加劑將全部退出飼料端。這無疑是養(yǎng)殖行業(yè)中的一次巨大變革，也是一次巨大的挑戰(zhàn)。目前，所有能夠促進(jìn)腸道健康、維持腸道內(nèi)菌群正常生長或增強(qiáng)豬免疫防御能力的飼料添加劑都可以單一或復(fù)合替代抗生素生長促進(jìn)劑，其中，MOS是一種很有前途的替代品。

2 MOS的來源及化學(xué)特性

MOS是由甘露糖組成的不可消化的碳水化合物，是人們從酵母培養(yǎng)細(xì)胞壁中提取的一類新型抗原活性物質(zhì)。酵母細(xì)胞的組成取決于酵母的種類、生長階段和發(fā)酵的環(huán)境因素。細(xì)胞壁約為細(xì)胞風(fēng)干重的25%～30%。釀酒酵母（S.cerevisiae）是面包和啤酒工業(yè)中的一種著名酵母，其衍生物在動(dòng)物營養(yǎng)中被用作生產(chǎn)MOS產(chǎn)品。釀酒酵母細(xì)胞壁含有甘露低聚糖蛋白和β-葡聚糖。細(xì)胞外壁的主要成分是具有α（1-6）和α（1-2）糖苷鍵或在較小程度上具有α（1-3）糖苷鍵側(cè)鏈的甘露低聚糖聚合物。宿主或腸道細(xì)菌的酶不能裂解這些鍵，因此MOS沒有直接的營養(yǎng)價(jià)值，但已證明它能夠維持腸道健康。從相關(guān)研究文獻(xiàn)中可以得出結(jié)論，雖然市場上MOS飼料添加劑幾乎完全是釀酒酵母的衍生物，但由于加工和生產(chǎn)工藝的原因，其化學(xué)成分和生物效率可能有所不同。

3 MOS的作用方式

3.1 對斷奶仔豬腸道微生物菌群的影響

動(dòng)物腸道有益微生物群的發(fā)展和生態(tài)平衡的維持對防御機(jī)制和腸道健康起著至關(guān)重要的作用。與幼豬不同，健康成年豬的胃腸道菌群組成非常穩(wěn)定，但是，在豬只免疫抑制或被感染期間，這種穩(wěn)定狀態(tài)會(huì)迅速改變。一般來說，人們支持雙歧桿菌（Bifidobacteria）和乳酸桿菌（Lactobacilli）在后腸的生長對宿主有積極的影響。然而，在應(yīng)激情況下，如斷奶，有益細(xì)菌的數(shù)量往往會(huì)下降，而有害菌種，如大腸桿菌（E. coli）和沙門氏菌（Salmonella）的數(shù)量則會(huì)增加。體外研究表明，在甘露低聚糖產(chǎn)品的存在下，腸道病原體可附著在腸腔內(nèi)的甘露低聚糖化合物上，而不是附著在腸上皮上，從而減少了它們的定植[2,3]。有研究發(fā)現(xiàn)，如果被感染后腸道病原菌暴露程度較高，日糧中添加MOS可以減少后腸中有害細(xì)菌的數(shù)量[10-13]。然而，少數(shù)其他試驗(yàn)未能證明腸道病原體的數(shù)量確實(shí)受到日糧MOS的影響[14]。原因可能與甘露低聚糖產(chǎn)品的化學(xué)結(jié)構(gòu)（如鍵和甘露糖比例）有關(guān)。

腸道微生物菌群是動(dòng)態(tài)平衡存在的，任何一種細(xì)菌的數(shù)量增加都可能導(dǎo)致另一種細(xì)菌的數(shù)量減少。一些研究表明，在日糧中添加MOS后，致病菌數(shù)量的減少確實(shí)與有益菌群的增加有關(guān)，特別是乳酸桿菌（lactobacilli）[10,12,15]和腸球菌（Enterococcus）[3]。這些細(xì)菌不僅產(chǎn)生短鏈脂肪酸，還產(chǎn)生細(xì)菌素和腸道菌素，從而增強(qiáng)有益菌群的競爭和發(fā)展[16]。其他結(jié)果也證實(shí)了MOS對腸道菌群的積極作用，還可以降低腸道中的氨濃度和pH[17]。

3.2 對斷奶仔豬腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響

Iji等（2001）首次研究證明，日糧添加MOS對腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)有顯著影響[18]。斷奶仔豬日糧中添加甘露低聚糖產(chǎn)品，腸道絨毛高度增加，隱窩變深，絨毛高度與隱窩深度之比提高[19-21]。絨毛高度與隱窩深度之比增加通常與腸道較大的吸收面積有關(guān)，然而，這一比率通常在斷奶后初期是降低的。日糧中添加MOS后，促進(jìn)了腸道內(nèi)有益菌群如乳酸桿菌和腸球菌的增殖，改善了后腸中乳酸和短鏈脂肪酸的產(chǎn)生量，從而對上皮細(xì)胞的修復(fù)產(chǎn)生積極影響，特別是產(chǎn)生具有抗炎作用的丁酸，可以減輕仔豬斷奶后腸壁的過敏反應(yīng)。此外，MOS增加了豬腸道黏液凝膠層的厚度，對腸黏膜上皮細(xì)胞的迅速恢復(fù)具有重要保護(hù)作用[22]。上皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)變化與腸道組織的功能變化有關(guān)。Kim等（2000）研究發(fā)現(xiàn)[23]，日糧中添加MOS 1 g/kg，提高了21 d斷奶仔豬的回腸氨基酸消化率，如Val、Leu、Ile、Lys和 Arg。Nochta等（2010）報(bào)道[24]，斷奶仔豬飼料中添加MOS，能顯著提高營養(yǎng)物質(zhì)的回腸表觀消化率，特別是必需氨基酸（Lys、Met、M+C、Thr）、Ca 和P的表觀消化率，MOS的添加量以2 g/kg最佳，其營養(yǎng)物質(zhì)的回腸表觀消化率與含有抗生素生長促進(jìn)劑的處理組相似。除了減少吸收表面的侵蝕外，更好的消化吸收率至少可以部分地解釋為后腸細(xì)菌發(fā)酵更活躍導(dǎo)致的較低pH。有益微生物菌群產(chǎn)生短鏈脂肪酸，降低回腸食糜的pH，導(dǎo)致較高的蛋白質(zhì)水解，從而改善了蛋白質(zhì)和氨基酸，以及Ca和P的消化利用率。由于腸細(xì)胞和黏液蛋白中Thr含量高，回腸Thr分泌量可能是Lys或Met+Cys分泌量的兩倍，Thr表觀消化利用率的較大提高通常表明內(nèi)源性Thr分泌量減少、腸壁層周轉(zhuǎn)率較低和內(nèi)源性氮損失較少。總之，飼糧添加MOS產(chǎn)品可以改善斷奶后仔豬的腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對仔豬的營養(yǎng)供應(yīng)和第一道防線產(chǎn)生積極影響。

3.3 對斷奶仔豬免疫應(yīng)答反應(yīng)的影響

飼料中MOS對家畜的免疫應(yīng)答反應(yīng)有間接和直接的影響。由于微生物菌群能夠調(diào)節(jié)宿主的局部免疫，MOS引起的腸道菌群變化可能導(dǎo)致某些免疫變量的變化。有更多的證據(jù)表明，添加甘露低聚糖產(chǎn)品可以直接提高豬的免疫能力，特別是母豬和斷奶仔豬的免疫能力。MOS能夠促進(jìn)腸黏膜不同部位分泌IgA。大量黏膜IgA生成可能是由于腸腔表面的甘露糖結(jié)合受體激活了局部免疫防御。Li等（2017）報(bào)道，日糧MOS增加了黏膜乳桿菌的糞便豐度，并且與循環(huán)IgA濃度呈正相關(guān)[25]。Davies等（2004）報(bào)道，每kg日糧添加2 g磷酸化甘露聚糖飼喂斷奶仔豬21 d，可改變空腸固有層T淋巴細(xì)胞亞群，通過局部免疫功能啟動(dòng)宿主的全身免疫反應(yīng)[26]。另外，非特異性細(xì)胞免疫變量也受日糧MOS水平的調(diào)節(jié)。Nochta等（2009）研究發(fā)現(xiàn)，日糧中低劑量MOS（1 g/kg）能提高斷奶仔豬對非特異性有絲分裂原淋巴細(xì)胞刺激試驗(yàn)的反應(yīng)性，但相反大劑量（2或4 g/kg）對其無影響甚至有損害[27]。Davis等（2002和2004）研究報(bào)道，日糧補(bǔ)充MOS可促進(jìn)3周齡斷奶仔豬胃腸道內(nèi)成熟T淋巴細(xì)胞的建立，外周血液中CD4+/CD8+淋巴細(xì)胞的比率發(fā)生積極變化[28,29]。然而，每千克日糧添加2 g磷酸化甘露聚糖時(shí)，斷奶仔豬外周血中性粒細(xì)胞百分率呈上升趨勢，淋巴細(xì)胞百分率顯著升高。說明全身免疫功能的改變是對胃腸道局部免疫變化的間接反應(yīng)。在存在免疫挑戰(zhàn)的情況下，在日糧中補(bǔ)充MOS是值得的。日糧中添加MOS（1 g /kg飼料）可增強(qiáng)斷奶仔豬接種滅活偽狂犬病疫苗2周后的特異性免疫應(yīng)答反應(yīng)，特別是產(chǎn)生病毒中和[27]。體液免疫反應(yīng)是B淋巴細(xì)胞激活產(chǎn)生抗原特異性免疫球蛋白的結(jié)果。White等（2002）用干啤酒酵母作為斷奶仔豬MOS的來源的研究表明，早期斷奶仔豬血清中IgG濃度呈上升趨勢[10]。李玉欣等（2019）研究報(bào)道，基礎(chǔ)日糧中添加0.2%畢赤酵母MOS，在大腸桿菌感染時(shí)可以通過改變免疫細(xì)胞數(shù)量來提高機(jī)體局部免疫反應(yīng)，防止免疫過度激活，改善仔豬生長性能[30]。

為了緩和或消除抗原攻擊，早期和較強(qiáng)的免疫應(yīng)答是動(dòng)物必需的。MOS有以下幾種潛在的免疫應(yīng)答作用方式。第一個(gè)潛在的機(jī)制是血清中存在一種可作為調(diào)理素的甘露糖結(jié)合蛋白凝集素。調(diào)理素是使外源抗原更易受吞噬細(xì)胞作用的分子。甘露糖結(jié)合蛋白可能與許多病毒和細(xì)菌的甘露糖結(jié)構(gòu)結(jié)合，并觸發(fā)宿主免疫系統(tǒng)的補(bǔ)體級(jí)聯(lián)反應(yīng)。MOS可能刺激甘露糖結(jié)合蛋白的產(chǎn)生，從而改善吞噬功能，激活補(bǔ)體系統(tǒng)，增強(qiáng)免疫應(yīng)答[31]。MOS的另一種可能作用方式是自然產(chǎn)生針對病毒和微生物的寡糖表位的抗甘露低聚糖抗體[32]。日糧MOS可能在腸道水平增強(qiáng)抗甘露低聚糖抗體的產(chǎn)生，進(jìn)而進(jìn)入血液，從而增強(qiáng)對病毒挑戰(zhàn)的反應(yīng)[10,27]。第三種作用方式是通過改善腸絨毛結(jié)構(gòu)，改變細(xì)胞因子含量（如提高血清IL-10含量，降低TNF-α含量）來調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫功能[33]。Duan等（2019）研究了在母豬和其后代的日糧中添加MOS對仔豬免疫力和腸道細(xì)菌的影響，結(jié)果表明，添加MOS可以改善仔豬腸道微生物群，增強(qiáng)腸黏膜免疫能力，抑制腸道和全身炎癥[34]。根據(jù)以上研究表明，在最關(guān)鍵的時(shí)期，即斷奶后，日糧添加MOS可以提高豬的免疫應(yīng)答反應(yīng)。

4 MOS對斷奶仔豬生長性能的影響

仔豬斷奶后饑餓持續(xù)時(shí)間對仔豬的生長性能和免疫防御機(jī)能有不同程度的影響，而且影響到生長期和育肥期豬只的生產(chǎn)性能。雖然豬有補(bǔ)償生長能力，但產(chǎn)生的應(yīng)激越大，恢復(fù)的機(jī)會(huì)越小。因此，任何能緩解斷奶后生長速率下降的飼養(yǎng)策略都對豬只生產(chǎn)效率產(chǎn)生積極影響。日糧中添加MOS對斷奶仔豬的健康恢復(fù)和生長性能具有促進(jìn)作用，在腸黏膜上皮萎縮的情況下，對腸壁修復(fù)具有積極作用，從而，顯著提高斷奶仔豬的日增重和飼料效率[35,36]。添加MOS對仔豬生產(chǎn)性能的影響受不同因素的影響，主要包括斷奶日齡、健康狀況、飼養(yǎng)時(shí)間、環(huán)境條件、MOS來源和添加量。杭蘇琴等（2009）研究報(bào)道，仔豬對MOS有一個(gè)適應(yīng)過程，飼喂2周后可促進(jìn)仔豬生長，減少腹瀉的發(fā)生，連續(xù)飼用MOS對仔豬脂質(zhì)代謝有一定的影響[37]。

5 總結(jié)

綜上所述，MOS通過積極影響斷奶仔豬的腸道微生物群和腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)，加速仔豬由于斷奶饑餓應(yīng)激或采食固體飼料中抗原損傷的腸黏膜上皮的修復(fù)，有助于保持仔豬斷奶后腸道的完整性和消化吸收功能。因此，與斷奶相關(guān)的消化吸收不良綜合征可以通過在日糧中補(bǔ)充MOS來緩解。不過，日糧中添加MOS對環(huán)境衛(wèi)生條件差的斷奶仔豬有促生長作用，而在衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)高、斷奶后能保持高生長率的健康豬群中，沒有觀察到MOS的積極作用。在免疫反應(yīng)方面，MOS通過促進(jìn)抗原提呈增強(qiáng)斷奶仔豬的抗病性，從而增強(qiáng)從先天性免疫應(yīng)答向適應(yīng)性免疫應(yīng)答的轉(zhuǎn)變。添加MOS除了維持腸道健康和支持防御機(jī)制所帶來的經(jīng)濟(jì)效益外，日糧添加MOS還可以減少藥物的使用，使豬肉生產(chǎn)更加健康和安全。