飼用寡糖添加劑在動物營養(yǎng)中的研究進展

許青松，楊冰慧，李 兵，馬金龍，朱鋒釗，黃雪飛

(1.大連民族大學 生命科學學院 生物技術與資源利用教育部重點實驗室，遼寧 大連 116605；2.銅仁職業(yè)技術學院 農學院，貴州 銅仁 554300)

中國已成為世界上最大的農業(yè)養(yǎng)殖國，然而養(yǎng)殖業(yè)過度依賴抗生素和藥物的使用，容易引起養(yǎng)殖動物消化系統(tǒng)及免疫系統(tǒng)功能障礙，導致動物腹瀉和生長抑制，甚至死亡等，同時嚴重影響?zhàn)B殖動物的抗病能力和肉產品質量[1]。國家農業(yè)農村部已發(fā)布194號公告“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，減少抗生素造成的危害，維護動物源食品安全和公共衛(wèi)生安全”。隨著人們對動物性產品消費量的增加以及對食品安全認識的增強，研發(fā)綠色環(huán)保的飼料添加劑已經迫在眉睫。飼用寡糖因其無毒、無害、無污染等特點，而且養(yǎng)殖動物飼用后不產生殘留，并在生理與功能上具有多種功效而受到關注。鑒于飼用寡糖所表現出的良好生物學活性及“綠色環(huán)?！钡奶攸c，已被研究學者和養(yǎng)殖企業(yè)應用到家畜[2]、家禽[3]、反芻[4]、水產[5]等領域。本文旨在總結飼用寡糖的種類、特點、功能和作用機理，探究飼用寡糖的研究價值和未來的發(fā)展方向。

1 飼用寡糖添加劑的種類及特點

寡糖是一種由2～10個單糖基團經相同或不同糖苷鍵連接而成的低分子聚合物，按照寡糖的作用方式分為普通寡糖和功能寡糖[6]。普通寡糖進入胃腸道后被消化吸收，作為能量來源被機體利用，如蔗糖、麥芽糖等。功能寡糖不易被腸道消化酶直接降解，卻可以被腸道菌群選擇性利用，轉變成短鏈脂肪酸等小分子[7]。多數功能寡糖都可以作為飼用寡糖被養(yǎng)殖動物利用，如殼寡糖、果寡糖、木寡糖等。按照寡糖的來源，可把寡糖分為三大類[8]：植物來源的寡糖，如木寡糖是通過降解玉米芯獲得，大豆寡糖可以從大豆中提取獲得；動物來源的寡糖，如殼寡糖和幾丁寡糖是通過降解蝦蟹殼獲得；微生物來源的寡糖，如甘露寡糖可以從釀酒酵母細胞壁中提取獲得，三種不同來源的寡糖均可作為飼用寡糖添加到飼料中。國內外研究與應用較多的飼用寡糖包括木寡糖、殼寡糖、甘露寡糖、果寡糖、半乳甘露寡糖、幾丁寡糖、褐藻酸寡糖、卡拉膠寡糖、大豆寡糖、果膠寡糖、低聚異麥芽糖、低聚半乳糖、瓊膠低聚糖等。其中一些寡糖已通過我國農業(yè)農村部審批，入選《飼料添加劑品種目錄(2013)》，主要有殼寡糖、木寡糖、果寡糖、甘露寡糖、半乳甘露寡糖、褐藻酸寡糖、低聚半乳糖、低聚異麥芽糖等8種。飼用寡糖除具有通用寡糖特點外，更具有多種生物學功能，適合作為飼料添加劑，促進養(yǎng)殖動物的生長或者改善養(yǎng)殖動物的健康狀況[9]。

2 飼用寡糖的生理功能及作用機理

2.1 促進生長

在飼料中添加一定劑量的飼用寡糖能夠改善動物的生長性能，提高養(yǎng)殖動物的平均日增重和采食量。研究發(fā)現，在斷奶仔豬飼料中添加殼寡糖，顯著提高仔豬的平均日增重[10]；在肉雞日糧中添加甘露寡糖，顯著提高肉仔雞的平均日增重和平均日采食量[11]；在條紋鯰魚的飼料中添加葡寡糖，顯著提高鯰魚的生長性能，降低死亡率[12]。飼用寡糖可在畜禽和水產養(yǎng)殖中添加促進動物生長。深入機理研究提示，飼用寡糖可以促進機體生長相關激素的合成與分泌，提升脂類和糖類代謝，增加機體氨基酸與蛋白質利用，發(fā)揮促生長作用。Tang等[13]研究發(fā)現殼寡糖提升仔豬血清中生長激素(GH)和胰島素樣生長因子(IGF)的含量，顯著增加仔豬肌肉和肝臟中IGF的mRNA轉錄水平，調控胰島素樣生長因子信號通路啟動，促進仔豬生長。此外，Xie等[14]發(fā)現殼寡糖可以刺激肝臟生物節(jié)律負調控因子Per1基因表達，從而抑制 CLOCK 和 BMAL1 蛋白表達，增加血清和肝臟中的脂質水平，達到調節(jié)脂類代謝的作用。

2.2 調節(jié)免疫力

糖鏈分子作為重要的免疫調節(jié)活性物質，可以促進動物免疫器官發(fā)育，改善免疫微環(huán)境，激活機體免疫系統(tǒng)，增強機體特異性和非特異性免疫功能。飼用寡糖發(fā)揮免疫調節(jié)功能體現在以下幾方面：(1)飼用寡糖可以促進禽類胸腺、脾臟、法氏囊等免疫器官的發(fā)育和增重，改善機體免疫器官的功能[15]；(2)腸道免疫是機體免疫的重要組成部分，寡糖可以改善腸道免疫狀況，刺激腸道固有淋巴細胞，分化漿細胞，形成IgA、IgG、IgM等免疫球蛋白，增強體液免疫作用[16]；(3)寡糖可以激活淋巴細胞、巨噬細胞和粒細胞等免疫細胞產生多種細胞因子，活化補體系統(tǒng)，募集免疫細胞等功能，發(fā)揮多功能、多層次的免疫調節(jié)作用[17]。(4)寡糖具有特殊的結構特征，可以與細菌、毒素、病毒的表面外源凝集素結合作為免疫激活劑，延緩機體對抗原吸收，促進抗體產生，提升體液免疫和細胞免疫能力[18]。

2.3 增加腸道吸收功能

腸道健康對養(yǎng)殖動物生長和抗病至關重要。飼用寡糖增加腸道吸收功能主要體現在以下幾方面：(1)飼用寡糖促進動物腸道發(fā)育，Tian等[19]研究發(fā)現半乳寡糖(GOS)提高早期哺乳仔豬空腸乳糖酶活性和麥芽糖酶活性，上調葡萄糖轉運蛋白2(GLUT2)和鈉葡萄糖協同轉運蛋白1(SGLT1)mRNA轉錄水平，同時GOS降低哺乳仔豬空腸的隱窩深度和促進空腸功能發(fā)育；(2)飼用寡糖可以改善腸形態(tài)和屏障功能，Wan等[20]發(fā)現褐藻酸寡糖(AOS)能明顯改善腸形態(tài)和屏障功能及腸絨毛高度，AOS攝入降低了腸上皮細胞的總凋亡率，增加了腸上皮細胞在S期中的比例，補充AOS改善腸道形態(tài)和屏障功能，抑制腸細胞死亡；(3)飼用寡糖可以被腸道特定菌群轉變?yōu)槎替溨舅?，引起腸道pH值改變，將難以消化吸收的礦物質轉換成可吸收的離子，同時短鏈脂肪酸和酸性環(huán)境有利于腸道上皮細胞增殖，促進營養(yǎng)物質的吸收[21]。

2.4 平衡腸道菌群

正常而穩(wěn)定的腸道菌群有利于保護腸黏膜，有效地抑制病原菌在腸道的定植，保障動物的健康。飼用寡糖對腸道菌群的作用如下：(1)寡糖被微生物作為營養(yǎng)物質降解利用，促進腸道有益菌增殖。研究發(fā)現在體外培養(yǎng)基中將海藻酸寡糖、瓊脂糖寡糖和卡拉膠寡糖分別與豬糞便微生物菌群共培養(yǎng)24 h，3種寡糖均能提高短鏈脂肪酸(尤其是丁酸)的水平，改變微生物的分布，改善腸道微生物群的組成[22]；(2)寡糖被微生物代謝后降低了整個腸道的pH值，抑制有害菌增殖。當機體腸道處于應激狀態(tài)時，大量致病菌會快速繁殖，成為腸道優(yōu)勢菌群，引起腸道菌群失衡，使機體對營養(yǎng)物質的消化吸收能力減弱，引發(fā)腸道下痢等疾病，飼用寡糖通過促進乳桿菌等有益菌增殖，抑制大腸桿菌等有害菌增殖，使腸道菌群處于健康的平衡狀態(tài)[23]。

2.5 抗氧化功能

動物在應激或病理狀態(tài)時，產生過多的活性氧(ROS)、羥基等強氧化自由基，損傷機體細胞膜、蛋白質、DNA等，甚至引起細胞死亡。此外，脂質過氧化物和丙二醛等毒性物質，會對機體產生二次氧化損傷。如殼寡糖具有較好的抗氧化功能，在體外試驗中，寡糖可以清除羥自由基、超氧陰離子自由基和二苯代苦味?；杂苫?。在體內試驗中寡糖可以增強超氧化物歧化酶等抗氧化酶活性，加快清除ROS，減少對機體的氧化損傷[24]。飼養(yǎng)動物添加寡糖后，機體過氧化氫酶和谷胱甘肽過氧化物酶活力增加，丙二醛含量降低，肝臟抗氧化能力明顯增加，有效地緩解氧化應激損傷[25]。信號通路研究表明，寡糖降低細胞內ROS，增加線粒體膜電位和Bcl-2/Bax比值，并且通過穩(wěn)定絲裂原活化蛋白激酶重新建立細胞內穩(wěn)態(tài)，介導核因子紅細胞相關因子2 /抗氧化反應元件(Nrf2/ARE)信號轉導和下游細胞保護基因的轉錄[26]。

2.6 抗炎功能

炎癥是機體抵御外界有害病菌侵襲產生的防御反應，過度炎癥反應將誘發(fā)多種嚴重疾病。養(yǎng)殖過程中伴隨著多種炎癥產生，特別是病原菌侵染、斷奶應激和熱應激等情況。飼用寡糖具有較好的抗炎功能，Huang等[27]采用脂多糖模擬細菌攻擊斷奶仔豬，發(fā)現日糧中添加殼寡糖可明顯減輕脂多糖引起的腸損傷，寡糖組仔豬血清中TNF-α、IL-6和IL-8含量較低，腸內一些促炎細胞因子mRNA水平降低，這與寡糖抑制炎癥狀況下鈣敏感受體的激活和NF-κB信號通路密切相關。Wang等[28]研究發(fā)現甘露寡糖對大腸桿菌導致肉雞腸損傷有明顯的保護作用，飼糧中添加甘露寡糖抑制了大腸桿菌誘導回腸Toll樣受體4、NF-κB和白細胞介素-1β表達增加，并且抵消回腸白細胞介素-10和閉鎖蛋白表達的減少，補充甘露寡糖可以減輕大腸桿菌引起的肉雞腸損傷、腸道炎癥和屏障功能障礙。

3 總結與展望

本文對飼用寡糖的種類、特點、功能、作用機理等進行系統(tǒng)地總結，為飼用寡糖在農業(yè)養(yǎng)殖領域的使用提供理論支撐。隨著對飼用寡糖研究和應用的不斷深入，未來國內外市場對飼用寡糖添加劑的需求將會持續(xù)增加。我國具有豐富的動植物資源和悠久的研究歷史，從動植物中尋找新的寡糖活性成分，為我國飼用寡糖添加劑的發(fā)展提供了良好的基礎條件。如果能開發(fā)出新技術降低寡糖生產成本，創(chuàng)制更多種類的飼用寡糖飼料添加劑，并對寡糖的作用機理進行深入研究，解決好寡糖的作用途徑、不同動物在不同生理狀態(tài)下的最佳添加量和添加方式、寡糖與其他營養(yǎng)元素之間的協同作用等問題，飼用寡糖飼料添加劑在替代抗生素領域必將迎來更廣闊的發(fā)展前景。