功能性寡糖在養(yǎng)豬生產中的研究與應用

◆作者：樊梅娜 張國珍 劉新玲 吳敏 王麗榮 程福亮

◆單位：山東碧藍生物科技有限公司

我國是世界生豬養(yǎng)殖大國之一，隨著抗生素在養(yǎng)豬行業(yè)中的濫用，所造成的不良后果日益突出，主要有病原菌耐藥性的產生，豬只體內腸道菌群的失衡，豬肉產品中的藥物殘留以及環(huán)境的污染等問題。在此情況下，《中華人民共和國農業(yè)農村部公告 第 194 號》指出：自 2020 年 1月1 日起退出除中藥外的所有促生長類藥物飼料添加劑品種，預示著我國已于2020 年全面禁止抗生素在飼料中的添加使用。因此，尋求抗生素高效、綠色、環(huán)保的替代物成為目前養(yǎng)豬行業(yè)的首要任務。功能性寡糖作為一種益生素，是由2～10 個單糖以支鏈或直連的方式連接在一起的低聚糖，現(xiàn)階段開發(fā)的功能性寡糖主要有甘露寡糖（MOS）、木寡糖（XOS）、殼寡糖（COS）、半乳寡糖（GOS）、大豆寡糖（SBOS）、果寡糖（FOS）、異麥芽糖（IMO）等（梁歡和瞿明仁，2016）。功能性寡糖因其獨特的糖苷鍵連接結構，在動物體的消化道前段不能被消化，轉而進入消化道后段，能夠被消化道后段的有益微生物分解、吸收、利用，促進有益菌的生長。此外，功能性寡糖與動物機體腸道內病原微生物結合位點有著相似的結構，能夠競爭性的與病原微生物表面幾丁質相結合，使之不能在動物腸壁上黏附，從而失去致病能力，因此功能性寡糖在一定程度上具有替代抗生素的作用，其首先在日本以添加劑的形式投入到飼料使用，目前我國對功能性寡糖在養(yǎng)豬業(yè)中的應用研究也越來越多。

1 功能性寡糖在豬體內的代謝

功能性寡糖主要由α-1,3、α-1,2、β-1,6 等糖苷鍵組成（宋妍妍，2018），而豬只機體消化道內的內源性消化酶主要能夠分解α-1,4 糖苷鍵，故當機體攝入功能性寡糖后，在消化道前段無法被動物機體所消化分解，直接進入消化道后段，豬只機體消化道后段定植著大量的微生物菌群，其中有益菌具有降解功能性寡糖所需要的酶，使之被分解利用從而促進有益菌的生長，杜晨紅等（2019）研究表明不同功能性寡糖對有益菌的促生長作用存在差異性，其中果寡糖對有益菌的促生長作用最好。動物體內消化代謝功能性寡糖的過程大致表現(xiàn)為：功能性寡糖糖苷鍵斷裂為單糖，單糖分解為丙酮酸和乳酸，進一步分解為揮發(fā)性脂肪酸，最終經過代謝利用后產生二氧化碳和水。

2 功能性寡糖的功能特性

2.1 增加腸道有益菌群數(shù)量，調節(jié)腸道菌群平衡

功能性寡糖進入動物機體后，能夠被寄生在消化道后段的雙歧桿菌、梭狀芽孢桿菌、乳酸桿菌等有益菌選擇性的分解利用，促進有益菌群的生長，并產生丙酸、丁酸等揮發(fā)性脂肪酸，降低腸道pH，抑制病原菌的生長。吳峰洋等（2019）研究表明，在生長獺兔日糧中添加一定量的魔芋甘露寡糖能夠增加獺兔盲腸中乙酸、丁酸及揮發(fā)性脂肪酸的含量，降低盲腸pH，增加乳酸桿菌及雙歧桿菌的含量，抑制大腸桿菌的定植，改善腸道菌群結構。功能性寡糖因與病原菌表面的類丁質受體結構相似，能夠競爭性結合病原菌，且病原菌無法利用功能性寡糖，在機體的代謝作用下被排出體外，從而降低腸道內病原菌的含量，盧建軍（1999）指出，某些功能性寡糖能夠將定植在腸道上的病原菌清洗下來，如甘露寡糖。由于有益菌群能夠利用功能性寡糖來促進自身的生長繁殖，增殖的有益菌群能夠在動物機體腸道中產生有利的競爭性占位，亦能抑制病原菌在腸道中定植，調節(jié)腸道內微生物的平衡。據(jù)朱孟玲等（2019）研究發(fā)現(xiàn)，在肉雞含盲腸內容物的飼糧中添加甘露寡糖能夠提高肉雞腸道中雙歧桿菌和乳酸菌的數(shù)量，減少腸炎沙門氏菌和大腸桿菌的定植。除此之外，某些功能性寡糖還能通過干涉細菌RNA 和蛋白質的合成，起到抑菌的作用。

2.2 改善腸道粘膜結構

腸絨毛高度與隱窩深度之比是衡量腸道功能的重要指標之一。功能性寡糖能夠提高腸絨毛高度，降低隱窩深度，改善腸道功能，在基礎日糧中添加一定量的功能性寡糖，能夠促進消化道后段有益菌群的生長，使得腸道中總揮發(fā)性脂肪酸、乳酸、丁酸的含量增加，其中有益菌代謝活動所產生的短鏈脂肪酸是機體腸道黏膜細胞增殖的主要能源物質，吳峰洋等（2019）發(fā)現(xiàn)，在獺兔日糧中添加一定量的魔芋甘露寡糖能夠提高獺兔十二指腸的絨毛高度，降低隱窩深度，改善十二指腸的結構形態(tài)。這與胡凌豪等（2019）的研究結果相似，在石斑魚日糧中添加一定量的果寡糖，能夠增加石斑魚腸絨毛高度、肌層厚度以及絨毛寬度，對石斑魚腸道結構亦有改善作用。

2.3 提高機體的免疫力

功能性寡糖能夠與某些病毒、真核細菌、毒素等外源抗體的表面物質相結合，充當外源抗體佐劑的作用，從而提升機體的體液免疫和細胞免疫功能（Sharon 和 Lis，1993），及 IL-4分泌細胞的免疫應答作用。功能性寡糖能夠提升疫苗的免疫效果，據(jù)王吉潭等（2003）研究發(fā)現(xiàn)，將半乳甘露寡糖添加到肉雞的飼糧中，能夠顯著提升雞血清新城疫的抗體滴度。陳小兵等（2005）指出甘露寡糖能夠結合腸黏膜上皮細胞受體，阻止病原菌在腸道黏膜上的定植，減少病原菌對機體體液、細胞的侵入。增加動物飼料中功能性寡糖的添加，能夠提高動物機體血清和腸粘膜中 IgA、IgG、IgM 的含量，從而提升機體的黏膜免疫水平（Spring 和 Privulescu，1998），提高機體超氧化物歧化酶、溶菌酶、酸性磷酸酶等酶活性，增加機體免疫力。

2.4 提高營養(yǎng)物質消化吸收率，降低料肉比

功能性寡糖促進有益菌群生長，有益菌群利用氨、硝酸鹽等物質合成微生物蛋白，并通過代謝作用，能夠產生煙酸、葉酸等多種維生素，為機體生長提供營養(yǎng)物質。有益菌通過代謝活動產生的酸性物質，降低腸道pH，有利于溶解腸道中的鈣鹽、鎂鹽等物質，增加動物機體對鈣、鎂等礦物質的吸收率。安文藝等（2019）研究發(fā)現(xiàn)，在肉雞飼糧中添加殼寡糖能夠緩解脂多糖（LPS）對肉雞采食量下降的影響，增加肉雞盲腸丙酸、丁酸的含量。在飼料中添加功能性寡糖，能夠提高動物腸道內蛋白水解酶、胰蛋白酶、淀粉酶的活性，提高動物機體對營養(yǎng)物質的消化吸收，提高飼料報酬，降低料肉比。

3 功能性寡糖在養(yǎng)豬生產中的應用

3.1 在斷奶仔豬中的應用

在斷奶仔豬的日糧中添加功能性寡糖能夠提高斷奶仔豬對日糧中營養(yǎng)物質的消化率，降低料肉比，提高斷奶仔豬的抗氧化能力，改善腸道菌群結構，降低腹瀉率，緩解斷奶應激。劉媛媛等（2019）研究表明，向斷奶仔豬日糧中同時添加殼寡糖和干酪乳桿菌，能夠降低飼料料重比，提高飼料轉化率，且在飼養(yǎng)15～32d 時效果顯著，只添加殼寡糖組，在飼養(yǎng)32d 后，仔豬血清中谷胱甘肽過氧化酶（GSH-Px）的含量顯著上升，血清中丙二醛（MDA）的含量降低，提高了斷奶仔豬的抗氧化能力。這與劉靜波等（2019）的研究相似，在斷奶仔豬日糧中添加短鏈果寡糖可顯著提高斷奶仔豬平均日增重，降低料重比，通過提高還原型谷胱甘肽含量和GSH-Px 活性，降低空腸黏膜中MDA 含量，緩解斷奶仔豬腸道氧化應激反應，且短鏈果聚糖的添加能夠顯著增加空腸黏膜上緊密連接蛋白2（ZO2）、 封 閉 蛋 白 2（CLDN2）mRNA 表達量，同時對腸道黏膜中Keleh 樣環(huán)氧氯丙烷相關蛋白1（KEAP1）及閉合蛋白（OCLD）mRNA 表達量有增加的趨勢，從而改善斷奶仔豬腸道屏障功能。魏亞浩等（2019）認為，在斷奶仔豬日糧中添加殼寡糖、L- 抗壞血酸、乳酸等復合物，可提高飼料中營養(yǎng)物質的表觀消化率，降低腹瀉率和死亡率，且能夠降低斷奶仔豬血清中谷丙轉氨酶的活性及尿素含量，保護肝臟、提高機體對蛋白質消化吸收，增加腸道中有益菌含量，改善斷奶仔豬腸道菌群平衡。袁華根等（2019）研究顯示，殼寡糖是通過提高斷奶仔豬腸絨毛高度和腸上皮細胞數(shù)量，來提升斷奶仔豬的消化吸收能力。

3.2 在生長育肥豬中的應用

在生長育肥豬日糧中添加功能性寡糖，能夠提高飼料中養(yǎng)分的消化率，增加日增重，降低料肉比，改善豬肉品質和風味。謝菲等（2018）研究發(fā)現(xiàn)，在生長育肥豬日糧中添加0.03%低聚木糖能夠顯著提高飼料養(yǎng)分表觀消化率，對育肥豬胴體長和肉色具有改善作用。同時，杜建等（2018）研究也表明，在生長育肥豬日糧中添加100mg/kgβ- 葡聚糖能夠顯著提高生長育肥豬平均日增重，降低料重比，提高飼糧中干物質、粗蛋白和能量的消化率，對育肥豬的胴體長、肌肉pH、肌苷酸含量也有顯著提高作用，顯著降低育肥豬肌肉滴水損失，改善豬肉中飽和脂肪酸與但不飽和脂肪酸的組成比例，改善豬肉品質，提升豬肉風味。

3.3 在母豬中的應用

在母豬日糧中添加功能性寡糖，能夠改善母豬腸道菌群結構，提高采食量及營養(yǎng)物質的消化吸收，提高母豬抗氧化能力及非特異性免疫力，產后斷奶仔豬平均日增重，斷奶窩重，健仔率也有提高。李夢云等（2015）發(fā)現(xiàn)，在初產母豬日糧中添加果寡糖對母豬妊娠后期和哺乳期的采食量具有顯著提高作用，增加了母豬對日糧中粗蛋白和粗脂肪的表觀消化率，提高了母豬血液中的IgG、IgA 含量，提升母豬的免疫功能，同時提高了母豬血清中總蛋白、白蛋白、球蛋白的含量，母豬糞便中乙酸、丙酸以及丁酸的含量增加，降低了糞便pH，減少了糞便中大腸桿菌的數(shù)量，對妊娠后仔豬斷奶重、平均日增重和健仔率有顯著提高作用，但對總產仔數(shù)、初生窩重無顯著影響。在妊娠母豬產前7d至斷奶（25 日齡）日糧中添加100～200g/t 殼寡糖，對仔豬活仔數(shù)、斷奶成活率、仔豬轉出率均有提高作用，同時增加了母豬對日糧中蛋白質、能量、脂肪等營養(yǎng)物質消化利用率（邊佳偉等，2019）。谷雪玲等（2019）發(fā)現(xiàn)，功能性寡糖可以通過調節(jié)母豬腸道菌群結構，提高母豬的抗氧化能力以及免疫能力，從而改善母豬胰島素抵抗作用，促進母豬對葡萄糖的攝取和利用，增加母豬采食量。

4 功能性寡糖的發(fā)展前景與不足

功能性寡糖作為一種綠色、無污染的環(huán)保型飼料添加劑，對豬只的生長性能、豬肉品質、免疫能力及飼料的消化利用率均有提高作用，是一種良好的抗生素替代產品。近年來功能性寡糖的應用主要集中在在生長育肥豬中，而且功能性寡糖在畜禽生產上的應用主要研究集中在甘露寡糖、殼寡糖、果寡糖，對其他寡糖的研究較少，不同類型的功能性寡糖在豬只不同生長階段的最適添加量尚未達成共識。對于功能性寡糖改善腸道微生態(tài)的研究，多停留在機理研究階段，尚未全面涉及到細胞和基因以及受體信號傳導水平（Hu 等，2020；Han 等，2020 ；Trevisi 等，2020）。

當前，我國正在全面推進健康養(yǎng)殖和生態(tài)養(yǎng)殖，發(fā)展新型飼料添加劑替代抗生素等化學藥物已經成為養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的新亮點。功能性寡糖因為穩(wěn)定性，安全性和環(huán)保性而逐漸受到養(yǎng)殖業(yè)的廣泛關注，其必將具有廣闊的應用前景。