低聚果糖對畜禽腸道健康影響的研究進(jìn)展

唐 麗， 謝曉紅 ， 雷 岷， 季 楊， 張翔宇， 張翠霞， 楊 超， 袁定勝

（四川省畜牧科學(xué)研究院，動物遺傳育種四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610066）

在養(yǎng)殖生產(chǎn)中，不合理的使用抗生素會導(dǎo)致細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性， 破壞動物腸道健康和機(jī)體免疫， 其在肉制品和環(huán)境中的殘留最終影響人類健康， 我國已全面禁止促生長抗生素在飼料中的添加。 因此， 尋找與抗生素有同等功效的飼料添加劑， 緩解畜禽生產(chǎn)性能下降及死亡率增加成為目前的研究熱點(diǎn)。 益生菌有益腸道健康的功效已得到確認(rèn)，但由于其保存條件苛刻，在飼料中使用效果不穩(wěn)定，而益生元被認(rèn)為是其良好的替代物。 本文從益生元的代表性物質(zhì)低聚果糖入手， 通過闡述其理化特性、生理作用，重點(diǎn)對其維持畜禽腸道健康的作用進(jìn)行綜述。

1 低聚果糖的理化特性

低聚果糖分子式為G-F-Fn （G-葡萄糖、F-果糖，n=1-3）， 是在蔗糖分子上以 β-1，2 糖苷鍵結(jié)合數(shù)個(gè)D 果糖而形成的一類碳水化合物的總稱 （Fanaro 等，2010）。 其耐高溫， 溶解性好，在120 ℃中性溶液中也很穩(wěn)定，但隨酸性增加和溫度升高穩(wěn)定性下降，甜度比蔗糖稍低。 在 0 ～70 ℃內(nèi)，低聚果糖的黏度同玉米高糖漿相似，并隨溫度上升而降低。 同時(shí)可抑制淀粉老化、不易著色、耐堿、保水、吸濕性差、防霉性能好。這些理化特性使低聚果糖可用作性能優(yōu)良的飼料添加劑（Vandana等，2015）。

2 低聚果糖的生理作用

動物腸道中存在大量微生物， 按照微生物與宿主間的關(guān)系， 可將腸道中的微生物分為共生性細(xì)菌、條件致病菌和病原菌。在正常情況下菌群結(jié)構(gòu)維持著對宿主有利的平衡狀態(tài)， 但在集約化養(yǎng)殖條件下，條件致病菌有時(shí)會具有侵襲性，病原菌數(shù)量超出正常水平，破壞這種平衡，進(jìn)而引起細(xì)菌性疾?。◤埲湛。?003）。低聚果糖能防止外源性病原菌在腸道中定植和內(nèi)源性條件致病菌的過度生長，從而維持腸道微生態(tài)平衡。這種作用主要是由于雙歧桿菌產(chǎn)生的短鏈脂肪酸 （乙酸: 乳酸比值為3 : 2） 的抑菌作用。 動物體內(nèi)分泌的多種消化酶均不能水解低聚果糖的β-1，2 糖苷鍵，因此大部分低聚果糖能順利通過胃和小腸， 而大腸中的有益細(xì)菌如乳酸桿菌、 雙歧桿菌等可分泌酶切斷β-1，2 糖苷鍵從而進(jìn)行增殖， 有害菌卻不能分泌這些酶。有益菌增殖后在腸黏膜上形成菌膜，使致病菌難以定植， 同時(shí)有益菌還可大量酵解低聚果糖產(chǎn)生的乙酸、丙酸和乳酸等脂肪酸，提高腸道酸性，直接抑制致病菌生長（Munoz 等，2012；Roberfroid 等，2010；Callaway 等，2009）。

3 低聚果糖與腸道健康

動物腸道健康沒有明確的定義， 其大致包括高效的食物消化和營養(yǎng)吸收， 正常穩(wěn)定的腸道菌群環(huán)境， 良好的免疫狀態(tài)和整體健康的狀態(tài)。 主要由飼料成分、 腸道屏障和微生物群三個(gè)因素決定 （Pluske 等，2018；Celi 等，2017；Kogut 和 Arsenault，2016；Bischoff，2011）。

3.1 低聚果糖與腸道菌群 低聚果糖可選擇性刺激雙歧桿菌、 乳酸菌的生長， 同時(shí)抑制大腸桿菌、 產(chǎn)氣莢膜梭菌、 鏈球菌等有害菌的增殖（Howard 等，1995；Fishbein 等，1988；Mitsuoka 等，1987）。 目前，對腸道微生物菌群的分析大多是基于對特定細(xì)菌進(jìn)行培養(yǎng)的方法。 在豬上，4%低聚果糖添加于仔豬飼料提高了腸道雙歧桿菌數(shù)量（Modesto 等，2009）；Mikkelsen 等 （2003） 對添加4%低聚果糖后的斷奶仔豬糞便進(jìn)行了分析，結(jié)果表明其對理化特性的影響微乎其微， 除激發(fā)了酵母菌的增長外，對其他微生物無顯著影響，但其未對腸道中的微生物進(jìn)行分析； 在斷奶仔豬飼料中添加5%低聚果糖增加了結(jié)腸近側(cè)雙歧桿菌數(shù)量，減少了大腸桿菌數(shù)量（Gebbink 等，1999）；在肉雞飼料中添加0.4%低聚果糖14 d，未改變盲腸細(xì)菌總數(shù)， 但選擇性地增加了雙歧桿菌和真細(xì)菌數(shù)量 （Cao 等，2005）； 肉雞上添加 0.2%、0.4%、0.8%低聚果糖，其中0.4%低聚果糖可顯著促進(jìn)小腸和盲腸內(nèi)容物中雙歧桿菌和乳酸菌生長， 抑制大腸桿菌的增殖（Xu 等，2003）。隨著熒光定量、變性梯度凝膠電泳、高通量測序技術(shù)的快速發(fā)展，其為腸道微生物多樣性的深入研究提供了技術(shù)保障。用變性梯度凝膠電泳技術(shù)分析0.5%低聚果糖對肉雞回腸微生物的影響，結(jié)果表明，其微生物區(qū)系發(fā)生變化 （Geier 等，2009）； 肉雞飼料中添加0.25%低聚果糖， 利用熒光定量PCR 技術(shù)分析腸道微生物，結(jié)果表明其提高了乳酸菌數(shù)量，降低了產(chǎn)氣莢膜桿菌和大腸桿菌數(shù)量（Kim 等，2011）。在牛上，陳鳳梅等（2020）對每日添加5 g 低聚果糖聯(lián)用益生菌的哺乳期犢牛腸道進(jìn)行了16S 擴(kuò)增子測序和基礎(chǔ)的微生物群落Alpha 多樣性分析，發(fā)現(xiàn)其對腸道微生物豐度影響顯著， 擬桿菌屬相對豐度顯著增加，梭狀芽孢桿菌相對豐度顯著減少，進(jìn)而顯著減少了腹瀉的發(fā)生。

3.2 低聚果糖與腸道發(fā)酵 低聚果糖在腸道后段被有益菌發(fā)酵生成乳酸和乙酸、丙酸、丁酸等短鏈脂肪酸及二氧化碳、甲烷等氣體，有機(jī)酸大部分可以被吸收意味著低聚果糖也可間接為宿主提供部分能量。 有機(jī)酸還使具有潛在毒性的氨質(zhì)子化生成NH4+，乳酸使盲腸酸性提高，這利于乳酸菌和雙歧桿菌的生長， 這些細(xì)菌也可以利用氨作為氮源，從而降低腸道和血液中的氨。 飼喂公火雞不同水平低聚果糖（0.5%、1%、2%）使回腸和盲腸內(nèi)容物pH 隨低聚果糖增加而下降，脂肪酸含量不受影響， 但回腸的脂肪酸蓄積量增大（Jus‘kiewicz 等，2007）； 小馬日糧添加 8 g/d 和 24 g/d 的低聚果糖顯著提高了糞便中總揮發(fā)性脂肪酸、乙酸、丁酸、丙酸及乳酸含量（Berg 等，2005）；低聚果糖可提高豬糞便和鼠腸道短鏈脂肪酸含量 （Anthony 等，2009；Ly Sun Yung 等，2003）；小鼠飼料中添加 5%低聚果糖可顯著提高丙酸、丁酸含量，但對總揮發(fā)性脂肪酸沒有影響（賀晨，2020）。

3.3 低聚果糖與腸道屏障 低聚果糖等益生元可以調(diào)控腸黏膜形態(tài)、 結(jié)構(gòu)和功能， 如腸絨毛高度、隱窩深度、上皮層厚度、上皮細(xì)胞數(shù)量，有絲分裂細(xì)胞、黏液細(xì)胞和杯狀細(xì)胞數(shù)量，這些腸道變化可促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收， 這些變化的機(jī)制可能來源于以下幾個(gè)方面：（1）發(fā)酵性糖可影響腸高血糖素水平從而調(diào)控小腸隱窩細(xì)胞增殖（Gee 等，1996）；（2）益生元促進(jìn)多胺合成，這可對小腸和結(jié)腸黏膜的生長發(fā)育起正面調(diào)控 （Delzenne 等，2000）；（3）益生元可提高消化酶活性，這可能促進(jìn)了小腸黏膜的生長和轉(zhuǎn)化 （Yang 等，2005）；（4）短鏈脂肪酸合成的增加也促進(jìn)大腸和小腸細(xì)胞增殖， 這可通過調(diào)控腸絨毛高度和隱窩深度來提高刷狀緣對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收。 豬飼料中添加0.25%低聚果糖可提高小腸近端絨毛高度和絨毛高度與隱窩深度的比值 （Shim，2005）；0.4%和0.6%低聚果糖可提高豬空腸絨毛高度和絨毛高度與隱窩深度比值（Xu 等，2002）；低聚果糖有提高哺乳仔豬盲腸、結(jié)腸黏膜細(xì)胞增殖速度，防止黏膜上皮細(xì)胞萎縮的作用（Howard 等，1995）；在日糧中添加0.4%低聚果糖，發(fā)現(xiàn)仔雞空腸和回腸絨毛高度、絨毛高度與隱窩深度比值顯著增加，隱窩深度顯著降低，而添加0.8%低聚果糖達(dá)不到此效果 （Xu 等，2003）；0.5%低聚果糖可顯著改善肉雞回腸絨毛高度、隱窩深度和上皮層厚度，但對十二指腸和空腸無影響（Shang 等，2014）；添加 0.4%和0.6%的低聚果糖使肉雞盲腸上皮黏膜隱窩深度和細(xì)胞密度顯著增加（占秀安等，2003）；在早期斷奶犢牛飼料中添加4 g/d 和6 g/d 低聚果糖可提高腸絨毛高度和固有膜厚度（邰秀林等，2009）。

3.4 低聚果糖與免疫 動物腸道是腸道微生物、外源抗原與免疫系統(tǒng)共同作用的部位。 低聚果糖等益生元對畜禽免疫功能的作用至今尚不完全清楚，其可能的機(jī)制有：（1）與乳酸菌或其產(chǎn)物對免疫細(xì)胞的作用有直接關(guān)系；（2）短鏈脂肪酸的發(fā)酵產(chǎn)物可刺激胃腸道T 淋巴細(xì)胞數(shù)量增多；（3）通過調(diào)控黏蛋白的生成來提高杯狀細(xì)胞數(shù)量 （Schley 和 Field，2009）。 益生元可調(diào)控腸系淋巴樣組織尤其是派氏結(jié)、 次級淋巴小結(jié)和外周循環(huán)中細(xì)胞的功能和類型（Samal 等，2009）。 在母豬飼料中添加10 g/d 低聚果糖， 初乳中轉(zhuǎn)化生長因子β1升高的趨勢導(dǎo)致IgA 濃度的提高，派氏結(jié)和腸系膜淋巴細(xì)胞分泌的干擾素γ 濃度升高，派氏結(jié)細(xì)胞分泌的IgA 增多，干擾素γ 與激活的T 淋巴細(xì)胞相關(guān)（Cindy 等，2014）；添加 0.5%低聚果糖于肉雞飼料可降低盲腸扁桃體B 淋巴細(xì)胞比例，提高血液 IgM 和 IgG 含量（Janardhana 等，2009）。

4 小結(jié)

目前， 對低聚果糖在動物飼料中的應(yīng)用研究主要集中于豬、雞，對其他畜禽如牛、羊、兔等動物的應(yīng)用報(bào)道不多， 其在畜禽上的基礎(chǔ)性和機(jī)理性研究也較為缺乏。因此，有必要對低聚果糖在畜禽飼料中的應(yīng)用效果及其作用機(jī)理做進(jìn)一步深入研究。 而高通量測序等分子生物學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展為低聚果糖的研究引入新的思路。