酵母細胞壁的結構組成、生物學功能及在養殖業中的應用

邵 強，黃友解，韓 月，鄒 梅，王友明

(1.浙江大學動物科學學院，浙江杭州 310058； 2.蒼南縣農業局)

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酵母細胞壁的結構組成、生物學功能及在養殖業中的應用

邵 強1，黃友解2，韓 月1，鄒 梅1，王友明1

(1.浙江大學動物科學學院，浙江杭州 310058； 2.蒼南縣農業局)

酵母細胞壁是一種綠色添加劑，富含β-葡聚糖和甘露聚糖(MOS)等多種生物活性物質，具有增強免疫、防治疾病、促進生長、緩解應激、吸附霉菌毒素、補充營養等多種生理功能，且其來源廣泛，生產成本低廉，現已應用到豬、禽、反芻家畜、水產等動物養殖。

近年來，隨著養殖業向集約化、規?；?、高密度轉型，飼養畜禽容易遭受多種應激影響，主要表現為免疫力降低、易發病、死亡率高，畜產品質量受影響，可明顯降低養殖效益。通過飼料添加劑手段解決以上問題，成為一種常規途徑。研究表明，酵母細胞壁是一種新型的綠色飼料添加劑，其主要成分對多種動物具有促進生長、增強免疫、防治疾病、緩解應激、吸附霉菌毒素、補充營養等多種生理功能，已在豬、雞、牛、羊、水產動物中得到廣泛應用，且取得了良好效果。

本文主要從酵母細胞壁的結構組成，產品生產工藝，主要生理功能及作用機理，畜禽生產中的應用等方面進行綜述，為飼料酵母產品的深入開發利用提供參考。

1 酵母細胞壁的結構組成

酵母細胞壁約占整個細胞干重的20%～30%，具有維持細胞形態和細胞間識別的重要作用。按結構劃分，酵母細胞壁可分為3層，內層為葡聚糖層，中間層主要由蛋白質組成，外層為甘露聚糖層，層與層之間可部分鑲嵌(詳見圖1)；按化學組成劃分，甘露聚糖約占酵母細胞壁干重的30%，β-葡聚糖約占30%,糖蛋白和幾丁質約占20%，蛋白質、類脂、無機鹽等其他成分約占20%[1]。

最內層的β-葡聚糖屬結構多糖，與原生質體膜相連接，構成了酵母細胞壁的主要成分，功能是支撐外部甘露聚糖。β-葡聚糖由β-1,3-葡聚糖和β-1,6-葡聚糖組成，兩者比例為85∶15。β-葡聚糖以β-1,3-葡聚糖為骨架，β-1,6-葡聚糖為支鏈，β-1,6-葡聚糖的還原端連接到β-1,3-葡聚糖非還原端的末端葡萄糖上，并在氫鍵作用下共同構成一個三維的網絡結構。其網狀結構具有較強彈性，在正常滲透壓下可大量延伸。而當細胞處于高滲透壓情況下時，三維網狀結構可迅速收縮，只占原來體積的40%左右，當滲透壓恢復正常后，三維網狀結構則可恢復原狀[2]。

甘露聚糖具有細胞識別和控制細胞壁孔徑等多種生理功能。甘露聚糖以共價鍵與蛋白質連在一起，主鏈為單鏈，通過α-1，6-糖苷鍵將多個α-甘露糖連接形成，甘露糖側鏈則以α-1，2和α-1,3鍵與主鏈連接，部分側鏈則結合有決定酵母細胞抗原相關的功能基團。β-1,6-葡聚糖和甘露聚糖的連接在酵母細胞壁的合成中具有重要作用[3]。

圖1 酵母細胞壁組成和結構

2 酵母細胞壁產品的生產工藝

酵母細胞壁產品是酵母細胞經自溶、外源酶水解、機械破碎等處理后，通過離心分離獲得細胞壁，最后經濃縮、干燥等工藝獲得的產品，成品為淡黃色至黃褐色粉末、無異味。

2.1 一般生產工藝 酵母泥→加水稀釋(洗滌，減少篩分阻力)→過濾除雜→沉降分離(傾出上清液)→脫苦脫臭(加水、加鹽，獲得較高純度的酵母液)→酵母自溶(控制條件：溫度、時間、pH值等)→破壁酵母酶解(控制pH值、溫度、時間、加酶量)→滅菌滅酶(控制溫度、時間)→離心分離(分離酵母細胞壁、酵母提取物)→ 濃縮→干燥→酵母細胞壁成品。

2.2 影響產品質量的控制因素 一是自溶過程。自溶溫度、pH、反應時間、助溶劑組成、添加量等。二是酶解過程。酶制劑選擇、酶解參數(pH值、溫度、時間、加酶量)等。三是噴霧干燥。干燥時間、溫度等均會影響成品含水量及顏色。

段勝林等(2012)[4]研究發現，適宜自溶條件為：自溶溫度50～60℃，pH 5.0～6.0，剪切微化處理約9 h以上，選用0.8%濃度NaCl和200 mg/L VB2作為酵母自溶促進劑，料液比1∶8～10，在此條件下提取率可達70%左右。

經綜合分析，酵母細胞壁產品的適宜提取條件:溫度60℃，料液比1∶10 ，蛋白酶添加量0.02%～0.03%，NaOH濃度2%。

3 酵母細胞壁產品的主要生物學功能及作用機理

研究表明，酵母細胞壁能激發動物機體的免疫功能和抗病力，參與和促炎細胞因子TNF-α釋放，參與其他細胞因子如IL-1、IL-2和IL-6釋放。其功能主要依賴于特有的β-葡聚糖和甘露聚糖的功能作用。

3.1 β-葡聚糖 酵母細胞壁的β-葡聚糖具有免疫調節功能，這與其獨特的三股螺旋結構有關，螺旋外側有部分親水基團，是非特異性免疫刺激多糖，能與機體的免疫細胞受體特異性結合，刺激B細胞、T細胞、自然殺傷細胞產生大量巨噬細胞，進而調控機體免疫。β-葡聚糖通過巨噬細胞發揮生理功能：一是強化吞噬功能；二是通過巨噬細胞的抗原呈遞作用，促進特異性免疫應答；三是活化的巨噬細胞可分泌多種生物活性物質，如TNF-α、IL-1、NO、活性氧等。其中IL-1和NO是重要的免疫調節因子，具有抗病毒、抗細菌、抗腫瘤等活性，TNF-α具有提高血管上皮細胞通透性、促進免疫效應分子聚集、刺激其他炎性細胞因子釋放等作用。徐軍發等(2002)[5]研究指出，酵母多糖是一種免疫調節劑，可誘導小鼠腹腔巨噬細胞產生IL-1和NO。Suzuki等(2001)[6]研究表明，β-1,3-葡聚糖和β-1,6-葡聚糖可通過激活巨噬細胞，刺激T細胞向輔助性Thl細胞亞群分化，進而提高宿主抗腫瘤和抗病原微生物的功能?？拙S華等(2001)[7]研究指出，β-葡聚糖是一種重要的消化道黏膜免疫增強劑。眾所周知，巨噬細胞是重要的組織修復指導細胞，嗜中性粒細胞是重要的抗感染細胞，而這兩大類細胞包面均含有β-1,3-葡聚糖受體，是β-葡聚糖的效應細胞。β-葡聚糖通過活化胃腸道組織中的巨噬細胞(組織修復)和嗜中性粒細胞(抗感染)，活化“免疫一神經一內分泌”調節網絡，增強細胞抗應激、抗感染能力，增強巨噬細胞的組織修復作用，加速潰瘍修復。Miss S等(2003)[8]研究指出，β-1,3-葡聚糖還可作為免疫佐劑，刺激抗體產生。研究結果表明β-葡聚糖(酵母細胞壁提取)對斷奶仔豬具有明顯的免疫功能，可顯著提高仔豬體內藍耳病抗體滴度。Figueras A等(1998)[9]研究，應用酵母β-葡聚糖作為疫苗免疫佐劑的使用效果，試驗表明葡聚糖作為免疫佐劑使用時，疫苗與佐劑使用的先后順序不同會對免疫效果產生影響；以接種疫苗后再注射葡聚糖，效果較好。

β-葡聚糖的抗氧化功能表明，酵母β-葡聚糖可以抑制由OH引起的磷脂酰膽堿脂質體過氧化反應，顯著降低共軛二烯鍵生成。羧甲基化的β-1,3-葡聚糖還具有清除自由基的功能，具有明顯的抗氧化活性。據對患關節炎的小鼠注射羧甲基葡聚糖后，其血漿中羧基含量測定，說明小鼠組織氧化程度緩解，這為羧甲基葡聚糖應用于關節炎疾病的治療提供了新思路。

β-葡聚糖的其他生物學功能。有綜述顯示，在動物消化道中β-1,3-葡聚糖具有不吸收、不可溶、不產生粘性，能清理腸道、清除游離基、溶解膽固醇、預防高脂血癥等功能，還可抵抗濾過性細菌、真菌、病毒等引起的感染。

此外，β-1,3-葡聚糖是一種低熱量的食品添加劑，能明顯降低血液中葡萄糖含量，控制肥胖，預防糖尿病和心血管疾病。

3.2 甘露聚糖 酵母細胞壁產品中的甘露聚糖，現已確認的兩個功能是吸附病原菌和調節免疫。

腸道病原菌感染的關鍵是能成功粘附到腸粘膜，粘附的機理是病原菌的鞭毛或絨毛上的外源凝集素能特異性識別宿主上皮細胞膜的受體并與之結合。甘露聚糖主要通過以下兩方面發揮抗菌功能：一是干擾腸道病原體的定植。原理是病原菌在腸壁上的特異受體與甘露聚糖的結構特別相似，腸道內如有豐富的甘露糖源，就可與病原菌的特異受體結合，阻止病原菌附著于腸壁上，從而有效抑制感染。病原菌與甘露聚糖結合后，也不能利用甘露聚糖作為其生長的能量來源，所以甘露聚糖具有防止病原菌定植和繁殖的雙重作用，故又稱其為“病原菌吸附劑”或“病原菌清除劑”。二是甘露聚糖可作為腸道內有益菌(如雙歧桿菌、乳酸桿菌等)的營養物質，可促進有益菌大量繁殖，進一步抑制有害菌生長。據Alitech(1994)[10]報道，甘露聚糖可被雙歧桿菌和乳酸桿菌等有益菌選擇性發酵利用，促進其生長繁殖，產生乙酸和乳酸，導致腸道pH降低，進一步抑制產氣莢膜梭菌等有害菌的生長繁殖，從而起到抑菌作用。

閻桂玲等(2008)[11]研究表明，啤酒酵母甘露聚糖可促進有益菌生長, 提高腸道內揮發性脂肪酸含量。

甘露聚糖的免疫調節功能，主要體現在可增強細胞因子釋放和干擾素活性，促進或協調不同免疫細胞的活動，增強白細胞等向感染部位遷移，活化巨噬細胞。Che TM等(2012)[12]研究發現，在豬繁殖與呼吸綜合征病毒感染的斷奶仔豬日糧中添加甘露聚糖，能顯著降低仔豬血清中的TNF-α含量，增加 IL-10含量和淋巴細胞數量，從而保障豬體健康；Eicher SO等(2006)[13]研究表明，甘露聚糖能通過緩解斷奶仔豬細菌感染，調節先天性免疫，促進仔豬生長。

甘露聚糖還能激活免疫應答，與疫苗一起使用時，能與某些病毒、毒素、真核細胞結合，結合后的甘露聚糖作為外源性抗原助劑，能緩解抗原吸收，提高抗原效價，所以甘露聚糖作為助劑可以提高機體的細胞體液免疫。

另外，甘露聚糖還可通過氫鍵和范德華力等分子間作用力穩固吸附多種霉菌毒素，形成多糖-毒素復合物，阻止毒素被腸道吸收，其特殊的空間結構也為毒素的結合提供了更多位點。Swamy H等(1998)[14]研究表明，甘露聚糖能緩解黃曲霉毒素對肉雞日增重和采食量產生的的不利影響，降低器官腫脹危害。

3.3 酵母細胞壁的能量效應 葡聚糖、甘露聚糖在大腸中可被雙歧桿菌等腸內細菌發酵利用，產生短鏈脂肪酸。短鏈脂肪酸一部分被大腸黏膜上皮細胞利用轉化成能量，另一部分被轉移到肝臟利用。上述機能也可增加有機酸含量，減少腐敗物質產生，降低氨和硫化氫的排放。

4 酵母細胞壁產品在畜禽生產中的應用

4.1 養豬生產中的應用 金淑英等(2001)[15]以28 日齡杜長大斷奶仔豬為試驗對象，試驗組在飼料中添加1%酵母多糖，試驗期28 d，與對照組相比，試驗組日增重提高6.06%，腹瀉率降低50%，效果優于抗生素的使用。高婕等(2014)[16]選用21 日齡杜長大斷奶仔豬，在日糧中添加不同數量的酵母細胞壁水解物，發現其可以改善斷奶仔豬的生產性能，降低料重比和腹瀉率，并以0.2%添加量效果為最佳。此外，還有研究者發現，酵母細胞壁能提高仔豬的非特異性免疫功能，降低谷草轉氨酶和谷丙轉氨酶的水平,提高堿性磷酸酶活性；可明顯提高生長豬的采食量，日增重和白蛋白、血紅蛋白、血小板等水平，降低料重比。

4.2 養禽生產中的應用 Zhang AW等(2005)[17]在肉雞日糧中添加啤酒酵母細胞壁，發現可明顯改善回腸絨毛發育，提高肌肉嫩度，降低0-3周齡雞的料重比，提高0-5周齡雞的日增重。劉影等(2008)[18]試驗表明，酵母細胞壁有增加肉雞腸道sIgA 的趨勢，可提高腸道黏膜免疫反應；還能促進免疫器官發育，提高肉雞胸腺、法氏囊、脾臟的相對重量。此外，還有研究者發現，酵母細胞壁能提高肉雞血清球蛋白及新城疫抗體水平。在肉仔雞日糧中添加酵母細胞壁，能顯著提高日增重，提高飼料轉化效率，提高脾臟相對重量，促進盲腸內乳酸桿菌增殖。

4.3 反芻動物中的應用 杉浦創等(2003)[19]在反芻動物日糧中添加酵母細胞壁可增強動物抗病力，防止犢牛、羔羊腹瀉，提高日增重，降低料重比。發現口服干酵母細胞壁能促進新生犢牛未成熟T、B淋巴細胞轉化率，提高IgG含量，提高犢牛免疫力。還有研究者發現在早期斷奶犢牛飼料中添加75 mg/kg β-葡聚糖，可降低料重比，控制犢牛腹瀉，改善機體蛋白質代謝，顯著降低血清白蛋白和血清甘油三酯濃度。

5 小結與展望

酵母細胞壁應用于養殖業，其酵母原料來源廣泛，產量高，生產成本低廉，具有多種生理功能，所以酵母細胞壁作為飼料添加劑具有廣闊的市場前景。從研究和應用角度看，酵母細胞壁功能比較明確，是一種綠色添加劑，對減少或替代抗生素使用，提升畜產品品質具有很大幫助。

根據目前的研究與應用現狀，筆者認為以下幾方面尚需加強研究與應用探索：一是酵母細胞壁功能研究主要集中于β-葡聚糖和甘露聚糖兩種成分，其他成分是否發揮著重要生理功能仍需作進一步研究；二是酵母細胞壁產品生產過程中受破壁、自溶、酶解等多方面因素影響，不同工藝和條件對產品的純度與活性可能產生不同影響，因此工藝簡單、高產量的生產提取工藝有待進一步完善；三是不同品種、生長階段、生理狀態下的動物，適宜添加量，適宜的使用方法(飼喂、佐劑、注射、浸浴等)，應該經過充分試驗確定。四是探索酵母細胞壁與其他營養素的關系，進而篩選出與其功能協同的添加劑，需要開展進一步研究。

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2016-10-25

寧波市科技富民重點項目(2015C10034)；南湖區科技計劃重點項目(SA2014I01044)

邵強(1991-)，男，山東平邑，碩士研究生，E-mail:343614346@qq.com，研究方向動物營養與生物飼料添加劑

S816.7

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1005-7307(2017)01-0013-004