低聚半乳甘露糖生理功能研究進展

侯大海，劉云國，張　亮，李瑤瑤，顧穎慧，劉凌霄

（1.煙臺大學生命科學學院，山東煙臺　264005；2.廣東產(chǎn)品質(zhì)量檢驗監(jiān)督研究院，廣東廣州　510330；3.青州榮美爾生物科技有限公司，山東青州　262500）

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低聚半乳甘露糖生理功能研究進展

侯大海1，2，*劉云國1，3，張亮3，李瑤瑤1，顧穎慧3，劉凌霄1

（1.煙臺大學生命科學學院，山東煙臺264005；2.廣東產(chǎn)品質(zhì)量檢驗監(jiān)督研究院，廣東廣州510330；3.青州榮美爾生物科技有限公司，山東青州262500）

摘要：低聚半乳甘露糖是由2～10個甘露糖和半乳糖分子通過β-（1-4）糖苷鍵聚合而成低聚糖的總稱，是一種新型功能性益生元產(chǎn)品。其主要原料來源為瓜爾豆、槐花豆、田菁等植物種子的內(nèi)胚乳中含有的植物多糖半乳甘露聚糖。綜述了低聚半乳甘露糖在促進腸道有益菌增殖、免疫調(diào)節(jié)、降低血糖、改善便秘、促進動物生長，以及替代飼料中的抗生素等方面的研究進展，以期為功能性食品和動物飼料添加劑的開發(fā)提供指導。

關鍵詞：低聚半乳甘露糖；瓜爾豆；生理功能；免疫調(diào)節(jié)

0　引言

低聚半乳甘露糖是天然植物多糖半乳甘露聚糖的不完全降解產(chǎn)物，又稱半乳甘露寡糖（GMOS），由2～10個甘露糖和半乳糖分子通過β-（1-4）糖苷鍵聚合而成低聚糖的總稱，半乳糖和甘露糖的摩爾比約為1∶2［1-2］。低聚半乳甘露糖不僅具有改善消化道菌群和促進有益菌增殖的功能，而且還是很好的免疫調(diào)節(jié)劑，在臨床上具有調(diào)節(jié)血糖的作用，在功能食品上具有調(diào)節(jié)腸道功能的作用，是一種新型功能性益生元產(chǎn)品［3-5］。

目前，生產(chǎn)和制備低聚半乳甘露糖的原料為天然植物多糖半乳甘露聚糖，如瓜爾豆、槐樹、田菁、胡蘆巴、長角豆、豬屎豆、銀合歡、野皂莢等種子的內(nèi)胚乳中均含有。天然植物多糖半乳甘露聚糖外觀為白色或微黃色的自由流動粉末，能溶于冷水或熱水，遇水后形成膠狀物質(zhì)，達到迅速增稠的功效［6］。半乳甘露聚糖的線性主鏈由通過β-（1-4）糖苷鍵連接在一起的甘露糖組成，α-（1-6）糖苷鍵形成連接半乳糖單元的分支點［1-2］。隨著糖生物學的發(fā)展，低聚糖作為一類新的生理活性物質(zhì)，在疾病防治、營養(yǎng)保健等應用領域備受關注，新型低聚糖開發(fā)已成為生物技術領域中一個新的發(fā)展方向。低聚半乳甘露糖具有低熱、穩(wěn)定、安全、抗齲齒、無毒等良好的理化特性，可作為食品添加劑在飲料、食品中直接使用，也可開發(fā)成為調(diào)節(jié)腸道的功能性食品，是當今國際生物和現(xiàn)代食品技術研發(fā)的熱點之一。本文綜述了低聚半乳甘露糖的生理功能研究進展，以期為功能性食品和動物飼料添加劑的開發(fā)提供指導。

1　抑制腸道病原菌促進有益菌的繁殖

低聚半乳甘露糖在動物體內(nèi)能促進腸道有益菌的增殖、減少腸道病原菌的生長、提高腸道黏膜的完整性、調(diào)節(jié)動物免疫反應，從而提高動物的生產(chǎn)性能［7］。Schoeni等人［7］采用甘露低聚糖飼喂肉仔雞，發(fā)現(xiàn)腸道中的金黃色葡萄球菌減少，體外試驗發(fā)現(xiàn)黏連在上皮細胞上的大腸桿菌碰到甘露低聚糖后，可在30 min內(nèi)脫落下來。潘樹媛等人［8］認為，由于病原菌與甘露低聚糖結(jié)合后無法利用其提供的營養(yǎng)而死亡。侯振平等人［9］采用變性梯度凝膠電泳（PCRDGGE）方法，以斷奶仔豬為對象，研究了不同質(zhì)量分數(shù)（0.1%，0.2%和0.3%）的低聚半乳甘露糖對斷奶仔豬腸道微生物多樣性的影響。試驗結(jié)果表明，通過喂食不同質(zhì)量分數(shù)低聚半乳甘露糖，確實降低了斷奶仔豬回腸中的微生物種群數(shù)量，促進了部分乳酸桿菌、雙歧桿菌等益生菌的繁殖，抑制了金色葡萄球菌、產(chǎn)氣莢膜菌等有害菌的增殖。同時，在腸道結(jié)腸中也降低了大腸桿菌的數(shù)量，明顯地提高了益生菌乳酸桿菌和雙歧桿菌數(shù)的數(shù)量。

2　調(diào)節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)代謝降低血糖

功能性低聚糖不易被人和動物消化吸收，屬于水溶性膳食纖維，具有膳食纖維的部分生理功能，但不具有非水溶性膳食纖維的功能，通過結(jié)合、黏附等作用調(diào)節(jié)機體的脂質(zhì)代謝，從而降低血脂和膽固醇，改善血糖生成［10］。血糖指數(shù)（GI）表示的是人體對于食品中所含糖分的吸收率，血糖指數(shù)越低表明糖分吸收越穩(wěn)定，體型也不易發(fā)胖。Trinidad等人［10］研究發(fā)現(xiàn)，將低聚半乳甘露糖與米飯同時食用，可降低米飯的血糖指數(shù)。另外，Trinidad等人［10］同時發(fā)現(xiàn)低聚半乳甘露糖還能夠減少肝臟分泌的低密度脂蛋白和極低密度脂蛋白，并降低脂肪酸合成酶的基因表達活性。丙酸是揮發(fā)性脂肪酸中的一種肝臟糖、脂、膽固醇合成過程中多種代謝酶的抑制劑，長期服用低聚半乳甘露糖可影響酶活性，從而調(diào)節(jié)糖、脂、膽固醇代謝。低聚半乳甘露糖能促進雙歧桿菌、乳酸桿菌等益生菌的增殖，而雙歧桿菌、乳酸桿菌對膽汁鹽有同化和共沉積作用，能夠降低腸道膽汁酸的濃度，增加膽固醇、膽汁酸在糞中的排出量，同時膽汁酸濃度的降低導致腸道內(nèi)脂肪酶的活性下降，使食物中脂肪的乳化分解減弱，減少脂肪的吸收［10］。

3　調(diào)節(jié)機體腸道功能改善便秘

過敏性腸胃綜合癥（Irritable bowel syndrome，IBS）可分為腹瀉型、便秘型及腹瀉與便秘癥狀交替出現(xiàn)（交互型）3種類型。Parisi等人［11］讓這3類患者分別攝取主要成分為低聚半乳甘露糖的瓜爾豆膠酶解物。試驗結(jié)果表明，瓜爾豆膠酶解物對于3類患者都有改善排便的效果。血透患者由于攝取的食物和水分受到一定限制，再加上藥物的副作用，就會引起便秘。使用瀉藥或糖醇有時反而會引起腹瀉，因此控制排便成為了一個嚴峻的課題。以30名血透患者為對象，讓他們攝取瓜爾豆膠酶解物后，發(fā)覺血透患者的便秘和腹瀉都得到改善。如今，瓜爾豆膠酶解物在臨床醫(yī)療上也得到廣泛使用。姚評佳等人［12］通過小鼠灌胃低聚半乳甘露糖后，發(fā)現(xiàn)低聚半乳甘露糖明顯提高了小腸動力，試驗中所用到的墨汁，其推進率與對照組比較，具有顯著性差異，其效果與目前市場上熟知的“益生元”低聚果糖相當，具有調(diào)節(jié)腸道的功能和改善便秘的作用。

4　增強免疫力和抗氧化能力

杜冰等人［13］通過喂養(yǎng)新西蘭肉兔，研究發(fā)現(xiàn)添加0.2%低聚半乳甘露糖的喂養(yǎng)組與對照組相比，存活率提高了7.5%，料重比、腹瀉率分別降低了6.1%和38.15%。王銳等人［14］用120尾異育銀鯽飼養(yǎng)10周，發(fā)現(xiàn)在日常基礎飼料中添加0.2%的低聚半乳甘露糖，與對照組相比，能顯著提高異育銀鯽幼魚的生長率和增重率；降低餌料系數(shù)，同時能顯著提高魚體非特異性免疫功能。肖宇等人［15］研究了外源低聚糖對奶山羊血清生化指標和抗氧化指標的影響，試驗選用嶗山奶山羊6只，采用分期分組試驗設計，包括不添加低聚糖的對照組，試驗組分別飼喂添加1%的低聚甘露糖、低聚半乳甘露糖、低聚果糖、低聚木糖和低聚異麥芽糖的試驗飼料。研究結(jié)果表明，飼料中添加不同低聚糖能夠在一定水平上提高奶山羊的抗氧化能力，并能改善機體脂質(zhì)代謝、蛋白質(zhì)合成以及鈣、磷的吸收，且對肝臟和心臟無損害，建議在奶山羊飼料中添加的低聚糖種類有低聚果糖、甘露低聚糖和低聚半乳甘露糖，并建議低聚半乳甘露糖為首選使用的低聚糖。

5　作為飼料添加劑具有抗生素的功能

人們對在飼料中大量長期使用抗生素產(chǎn)生了極大的擔憂，因為過量使用抗生素會導致動物產(chǎn)品中藥物殘留，動物會產(chǎn)生耐藥性，細菌也會產(chǎn)生耐藥性，因而對其在飼料中的應用已經(jīng)引起了很大爭議［16］。目前在一些國家和地區(qū)禁止使用抗生素作為飼料促生長添加劑，我國也已經(jīng)限制使用一些抗生素［17］。近年來，科技工作者已開始了安全、無毒副作用的抗生素替代品的開發(fā)研究。在尋找抗生素替代物的過程中，植物低聚糖因其安全、無殘留、無毒副作用等優(yōu)點而備受青睞［18］。低聚半乳甘露糖是飼料工業(yè)界關注的一個低聚糖新品種，用其完全取代抗生素在肉仔雞、早期斷奶仔豬、常規(guī)斷奶仔豬的試驗已表明，可以獲得與抗生素同等甚至更好的生產(chǎn)效果［19］。王吉潭等人［17］試驗結(jié)果表明，低聚半乳甘露糖可在一定程度上替代肉雞日糧抗生素，同時可顯著提高血清新城疫抗體滴度水平，從而增強肉雞體液和細胞免疫機能。高天增等人［18］用72頭28日齡斷奶仔豬試驗表明，日糧中添加0.12%低聚半乳甘露糖可明顯提高平均日采食量和平均日增重，并可降低腹瀉發(fā)生率。王彬等人［19］試驗表明，低聚半乳甘露糖在9.4～15 kg仔豬日糧中可完全取代飼用金霉素，并可獲得更好生長性能。Tang等人的研究發(fā)現(xiàn)，在飼料中添加殼聚糖和低聚半乳甘露糖能增加早期斷奶仔豬血漿中生長激素（Growth hormone，GH）和胰島素生長因子（Insulin-like growth factor，IGF）水平，進而提高了斷奶仔豬的生長和食物轉(zhuǎn)化率。王彬和印遇龍研究了低聚半乳甘露糖替代抗生素對豬常乳中激素水平的影響，發(fā)現(xiàn)低聚半乳甘露糖可以通過改變?nèi)橹猩L激素（GH）、腫瘤壞死因子（Tumor necrosis factor，TNF）、皮質(zhì)醇（Cortisol，COR）等生物活性因子的濃度而間接地起到促進吮乳仔豬健康生長的作用，是一種有效的母豬飼料添加劑。而抗生素的使用把有害菌和有益菌均抑制了，不利于動物的生長和免疫。這些研究結(jié)果表明，低聚半乳甘露糖可以在一定程度上替代抗生素。

6　提高動物生長育肥和泌乳量

金加明和吳寶霞［20］的研究發(fā)現(xiàn)在25～90 kg生長育肥豬飼料中，添加一定比例酵母培養(yǎng)物和低聚半乳甘露糖添加劑，可提高日增重，降低料重比，并能降低腹瀉率。王彬等人［21］的試驗表明，當母豬飼料營養(yǎng)水平相同且都不添加抗生素時，添加低聚半乳甘露糖與未添加組相比，可顯著提高母豬泌乳量、降低料乳比，對母豬內(nèi)分泌機能也有調(diào)節(jié)作用。當添加抗生素時，低聚半乳甘露糖同樣可增加母豬泌乳量、降低料乳比，還可顯著提高仔豬斷奶的體質(zhì)量。王彬等人［22］研究發(fā)現(xiàn)，用低聚半乳甘露糖飼喂生長豬，可提高日增重、減少腹瀉等消化道疾病發(fā)生率。在血清生理生化指標方面，低聚半乳甘露糖能不同程度地降低血清中膽固醇和甘油三酯，雖然程度不一，也可降低血清谷草轉(zhuǎn)氨酶（AST）和谷丙轉(zhuǎn)氨酶（ALT）活性，起到保肝、護肝的作用，還可顯著提高血清中GH和IL-2的含量，進而起到促生長和提高免疫力的作用。在屠宰性能方面，低聚半乳甘露糖能降低皮厚、背膘厚、眼肌面積和提高瘦肉率，而對其他指標，如胴體直長、胴體斜長、屠宰率幾乎沒什么影響。在豬肉品質(zhì)方面，飼料中添加一定量的低聚半乳甘露糖，可顯著降低肌肉中吲哚的含量，提高豬肉風味和系水力。

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Research Progress in the Physiological Function of Galacto-mannan-oligo Scessharides

HOU Dahai1，2，*LIU Yunguo1，3，ZHANG Liang3，LI Yaoyao1，GU Yinghui3，LIU Lingxiao1
（1.College of Life Sciences，Yantai University，Yantai，Shandong 264005，China；2.Guangdong Testing Institute of Product Quality Supervision，Guangzhou，Guangdong 510330，China；3.Qingzhou Ronmer Biology Technology Co.，Ltd.，Qingzhou，Shandong 262500，China）

Abstract：Galacto-mannan-oligo scessharides（GMOS），a new type of prebiotics，are composed of 2～10 molecules of mannose and galactose of oligosaccharides formed through glycosidic bond.GMOS is derived from the endosperms of the plant seeds of Guar bean Cyamopsis tertagonoloba，Locust bean Sophora japonica，and Sesbania bean Sesbania cannabina etc. This paper reviews the research progress of GMOS in promoting the proliferation of beneficial bacteria in the intestine，immune regulation，reducing blood sugar，improving constipation，promoting animal growth and as an alternative to antibiotics in feed and so on，in order to provide guidance for the development of functional food and animal feed additive.

Key words：Galacto-mannan-oligo scessharides；Guar bean；physiological function；immune regulation

中圖分類號：TS246.4

文獻標志碼：A

doi：10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.05.049

文章編號：1671-9646（2016）05b-0067-03

收稿日期：2016-04-07

基金項目：煙臺大學人才引進科研啟動項目（SM13B22）；青州市科技發(fā)展計劃項目（201603）。

作者簡介：侯大海（1976—），男，碩士，工程師，研究方向為食品加工研究。

*通訊作者：劉云國（1977—），男，博士，教授，研究方向為食品生物技術研究。