殼寡糖的生物學功能及其在動物生產中的應用

湖南農業大學動物科技學院 占今舜 胡金杰 林彬彬 張 彬＊

殼寡糖（chito-oligosaccharide，COS），學名為寡糖 β-（1-4）-2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖， 是自然界糖類中唯一大量存在的堿性氨基寡糖 （杜昱光，2009）。大量研究表明，COS在改善動物生長性能、提高機體免疫力、調節腸道微生態環境等方面作用突出。此外，COS具有水溶性好、易被機體吸收等特點。因此，在動物生產中有巨大的應用潛力。

1 殼寡糖的生物學功能

1.1 抗氧化作用 COS能夠通過激活體內抗氧化酶，增強機體對自由基的清除作用。Kim等（2005）研究發現，COS對羥自由基、超氧自由基等具有清除作用。金黎明等（2007）研究表明，COS能夠降低血清中谷草轉氨酶、谷丙轉氨酶和肝臟組織中的丙二醛含量，提高肝臟的抗氧化活性。此外，COS在細胞水平上也表現出較明顯抗氧化性。Liu等（2009）研究發現，在人的臍靜脈內皮細胞中，一定劑量的COS能夠抵抗過氧化氫，還能夠增加超氧化歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶含量，抑制由過氧化氫引起的體內活性氧的產生。

1.2 免疫調節作用 COS能夠刺激機體的免疫器官，促進免疫器官生長；還能改善機體免疫細胞的活性，增強機體的特異性和非特異性免疫功能。竇江麗等（2005）給小鼠腹腔注射殼寡糖120 mg/kg，結果顯示，小鼠抗體形成細胞、血清溶血素水平、淋巴細胞增殖率、脾臟體重指數及耳廓腫脹度均顯著增加。蔡文娣等 （2010）研究表明，灌服COS能夠增強小鼠單核巨噬細胞的吞噬功能和遲發性超敏反應，提高小鼠抗體生成能力以及脾臟和胸腺指數。

1.3 抗菌作用 Joen和Kim （2000）研究發現，COS對于不同的細菌革蘭陰性菌、革蘭陽性菌、乳酸菌的抑制程度存在差異，但抗菌活性均隨COS的濃度增加而增強。劉碧源等（2003）研究發現，COS對金黃色葡萄球菌的抑制作用最強，0.5%的濃度可完全抑制其生長；大腸埃希菌次之，需1%的濃度；枯草芽孢桿菌需2%；對白假絲酵母菌的作用最弱，需4%的濃度。曹維強等（2008）研究表明，COS對大腸埃希氏菌和金黃色葡萄球菌的最低抑制濃度為0.3%，對副傷寒甲沙門氏菌、宋內志賀菌的最低抑制濃度為0.1%，且隨著COS質量濃度增加，抑菌作用逐漸變強。

1.4 抗腫瘤作用 COS主要是通過誘導腫瘤細胞的凋亡、抑制腫瘤細胞的生長和轉移來增強機體的抗腫瘤能力。有研究表明，COS的抗腫瘤作用可能通過兩方面實現：（1）COS可通過抑制與細胞周期有關的cyclin D1的mRNA表達來抑制腫瘤細胞的增殖；（2）COS還可通過抑制抗凋亡蛋白Bcl-2和bcl-xl mRNA的表達以促進腫瘤細胞的凋亡；且前者的作用強于后者（李賢等，2010）。Pae等（2001）報道，水溶性 COS濃度為 0.05～1 mg/mL可以抑制HL-60細胞的生長，同時，采用流式細胞儀測定COS處理后的HL-60的細胞周期變化，發現COS可使細胞處于G0/G1期，而S期的細胞數目減少，并誘導細胞表面抗原CD11b的表達。曹秀明等（2006）研究認為，COS是通過對機體免疫力的保護和調節作用來實現抗腫瘤細胞生長的。

1.5 其他作用 研究發現，COS可以減少肝臟、肌糖原分解，減輕肝臟、肌肉組織的胰島素抵抗，使血糖濃度下降（趙金山等，2011；劉冰等，2009）。COS在骨折和創傷愈合方面也有一定促進作用。Young等（2004）研究認為，COS是早期創傷愈合的催化劑。沈若武等（2005）研究發現，每天灌胃COS能促進新西蘭兔骨折的愈合。除此之外，還發現，COS作為益生原具有降低血脂、保護心肌、降低血壓、控制食欲、改善腸道菌群等作用（房子等，2005； 覃彩芹等，2004；Park 等，2003；Tsai和Huang，2002）。

2 殼寡糖在動物生產中的應用

2.1 在豬上中的應用 王秀武等（2008、2005）研究發現，添加COS的日糧能夠明顯提高仔豬的日增重，改善飼料轉化率，降低仔豬的死亡率；提高飼料中干物質、鈣、粗蛋白質及磷的消化率；增加了背最長肌中Cu、心肌中Zn以及脾臟中Mn的含量，此外，降低了脾臟、胃和腎組織中Ca和Mg的含量，血清中Cu、Zn、Mn和Ca的含量均有增加的趨勢，從而促進了礦物質元素吸收和貯存。Liu等（2008）研究表明，日糧中添加 100、200 mg/kg-COS與添加80 mg/kg的金霉素均能使斷奶仔豬的平均日增重、平均日采食量和肉料比得到顯著改善，200 mg/kg COS組和金霉素組均能顯著提高干物質、總能、粗蛋白質、粗脂肪、Ca和P的表觀消化率；此外，添加COS或者金霉素均能使仔豬腹瀉率顯著下降，使排泄物中大腸桿菌減少，但是COS組排泄物中乳酸桿菌數顯著高于抗生素組；200 mg/kg COS組和金霉素組均能顯著提高回腸和空腸的絨毛高度，由此可見，在仔豬日糧中添加一定量的COS可在一定程度上可替代抗生素。Chen等（2009）研究發現，整個試驗期內仔豬的平均日增重、平均日采食量、干物質和氮的表觀消化率與日糧中COS的添加水平呈現線性關系；同時，在豬體內注射脂多糖（LPS）后，發現COS能夠通過影響皮質醇、胰島素樣生長因子-Ⅰ（IGF-1）以及直腸溫度來降低LPS引起的斷奶仔豬炎癥應激反應。

COS能夠通過調節腸道內環境，抑制有害菌的繁殖。Yan和Kim（2011）研究發現，斷奶仔豬日糧中添加3 g/kg的COS能降低腸道大腸桿菌數量，顯著提高血清中IgG含量。Wang等（2009）研究也表明，日糧中添加COS能夠改善肥育豬的營養物質的消化及血液生化指標，降低大腸桿菌的排放量，且乳酸桿菌的含量未受到影響。還有研究發現，日糧中同時添加一定量的卵磷脂和COS會降低豬肉中的膽固醇的含量（Kim等，2008）。

2.2 禽生產中的應用 COS能通過刺激腸道的生長與發育，調節腸道微生態環境，提高腸道對營養物質的吸收；提高機體的免疫力，降低發病率，從而改善生長能力和產品品質。張麗（2005）在艾維茵肉仔雞飼料中添加不同水平 （5、25、125 mg/kg）的COS，結果顯示，不同水平COS均能夠提高肉仔雞消化吸收功能，改善肉品質，促進肉仔雞生長；顯著增加肉仔雞胸腺和法氏囊相對重量，且以125 mg/kg組的作用效果最佳。王秀武等（2003）在肉仔雞日糧中添加0.1%的COS，結果顯示，盲腸內容物中大腸桿菌、雙歧桿菌和乳酸桿菌的數量均呈下降趨勢，回腸微絨毛密度增加；胸腺和法氏囊相對重量增加，血清新城疫抗體效價提高；增重和料重比得到明顯改善。Zhou等（2009）研究表明，日糧中添加COS，使肉仔雞日增重和日采量顯著提高；腹部脂肪顯著下降，而且隨著COS的濃度增加，肉色黃度降低；胸肌和腹肌中的飽和脂肪酸含量下降，結果表明COS能夠提高肉雞的生長性能，降低腹部肌肉的脂肪酸，改善肉品質。此外，在肉鴨和鵪鶉方面也得到了相似的結論。陳虹等（2006）研究發現，添加0.05%的COS可使35日齡鵪鶉體重提高7.6%，料重比降低4.5%；胸腺、脾臟和腔上囊相對重和抗體效價均得到提高。宋濤（2005）研究日糧中不同水平COS對北京肉鴨生長性能、脂肪沉積以及肉品質的影響，結果顯示，日糧中添加200 g/t的COS對北京肉鴨平均日增重、平均日耗料、料肉比、脂肪沉積參數以及肉品質的作用效果最佳。在替代抗生素方面，李曉晶等（2007）研究認為，肉仔雞日糧中COS添加劑量為100 mg/kg時作用優于金霉素。游金明等（2008）研究也表明，結果認為一定水平的COS能作為肉雞日糧中金霉素的替代品，其適宜添加量為100 mg/kg。

2.3 水產動物養殖中的應用 孫立威等（2011）研究表明，添加質量分數為0.30%～0.50%的COS能顯著提高吉富羅非魚幼魚的增重率、特定生長率，降低飼料系數（P<0.05）；極顯著提高幼魚抗嗜水氣單胞菌感染的能力（P<0.01）；顯著提高幼魚血清中堿性磷酸酶活性（P<0.05）；明顯提高幼魚血清中溶菌酶和超氧化物歧化酶活性，顯著降低幼魚血清中總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇水平（P<0.05）。說明添加COS可提高吉富羅非魚幼魚生長性能、飼料利用率、非特異性免疫功能，并能調節血脂水平。馬利等（2006）研究COS對南美白對蝦的生長性能和血清生化指標影響，結果顯示，不同含量的COS對南美白對蝦的增重率、特定生長率、飼料系數和成活率均無顯著影響；對南美白對蝦血清中的肌酐、葡萄糖、鈣離子、總膽固醇、甘油三脂和低密度脂蛋白膽固醇均也顯著影響，但可使高密度脂蛋白膽固醇顯著增加，促進脂類代謝；綜合試驗結果得出飼料中殼寡糖最適添加量為250～500 mg/kg。蔡雪峰等（2006）在飼料中添加一定量的COS，結果發現，雖虹鱒幼魚腸內細菌總數無顯著變化，但腸道菌群的多樣性降低，腸桿菌科和假單胞菌屬減少或消失；白細胞吞噬細菌的能力顯著提高，說明COS對虹鱒幼魚腸道菌群的組成產生了一定影響，并且對虹鱒非特異性免疫功能具有促進作用。李振達等（2011a、b）在凡納濱對蝦（添加量 250～500 mg/kg）和三疣梭子蟹（添加量1.0～1.5g/kg）基礎飼料中添加COS，結果表明，二者酸性磷酸酶、溶菌酶和過氧化物酶活力均顯著提高，表明添加適量的COS能夠改善三疣梭子蟹和對凡納濱對蝦的免疫功能；此外，試驗還發現COS能提高凡納濱對蝦的生長率和成活率（李振達等，2011a、b）。

2.4 其他 COS不僅具有殺滅細菌的作用，可作為食品保鮮劑，而且可以結合Ca2+、Mg2+來凈化海洋污染物之一，金屬鎘（Cd）。Tsai等（2000）研究發現，利用纖維素酶從蝦殼中提取的COS粗品能夠減緩牛奶中沙門氏菌的生長，并快速降低了葡萄球菌的數量。劉芳等（2005）研究表明，COS對原料乳中的細菌總數和嗜冷菌數有顯著的抑制作用。朱常龍等（2010）研究結果顯示，經COS-Ca和COS-Mg處理凈化3 d后，櫛孔扇貝體內的Cd含量分別降低46%和41.8%，并且經凈化處理后，櫛孔扇貝體內金屬鈣、鐵的含量均有所提高，但對蛋白質、氨基酸及 Fe、Zn、Ca、Mg 等影響較小。 說明COS-Ca和COS-Mg均對櫛孔扇貝體內的Cd有一定脫除作用。

3 小結

綜上可見，COS在動物生產上發揮了重要作用，但仍然存在一些問題，如研究不夠深入，在反芻動物上的應用還鮮見報道，此外，目前的生產工藝還不夠完善，生產成本較大，限制了COS的廣泛應用。相信隨著研究的不斷拓寬和深入，生產工藝不斷的完善，將大大推動COS在動物生產中的廣泛應用。

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