益生元

劉波　方熱軍　姚幫海

摘要：益生元作為抗生素的替代品在食品、飼料等領域中應用的越來越廣泛。功能性低聚糖是集膳食纖維和雙歧因子于一體的益生元，也是益生元的重要組成部分。本文綜述了幾種功能性低聚糖的結構和特性及其在動物生產中的應用，以期為功能性低聚糖在動物生產中的合理應用提供參考。

關鍵字：益生元；功能性低聚糖；豬；雞；牛；魚等。

前言

抗生素作為動物飼料添加劑，能夠預防、治療疾病，促進動物生長。自20世紀中葉開始逐步被廣泛應用于畜禽養殖和水產養殖。隨著養殖行業迅速發展，濫用抗生素的現象越來越嚴重。導致病原菌產生抗藥性、引起動物內源性感染、動物免疫力下降、藥物殘留等副作用。尋找低藥殘、低污染，能代替抗生素的促生長物質，已成為當今動物營養研究的熱點之一。益生元無污染、無藥物殘留、耐高溫、性質穩定，它作為抗生素的替代物的研究已取得顯著的應用效果。

1.益生元的概念及分類

益生元的概念是1995年由Gibson等提出，是指非消化的食物成分，這些成分能夠選擇性的刺激一種或幾種特定腸道菌的生長及活性，對寄主健康產生有益的影響。2004年Gibson等對益生元的定義做了修改，定義益生元是一種選擇性的發酵營養物質，能夠專一性改變胃腸道中有益于宿主健康的菌群組成和活性的膳食補充劑。優質的益生元是在通過消化道時，大部分不能被消化，而能被腸道菌群發酵。最重要的是它只是刺激有益菌群的生長，而不是有潛在致病性或腐敗活性的有害細菌。

目前公認的可作為益生元的物質包括：功能性低聚糖、多糖、多元醇、蛋白質水解產物、植物提取物等等。功能性低聚糖包括低聚果糖、低聚木糖、低聚異麥芽糖、低聚半乳糖、低聚甘露糖和水蘇糖等；多糖，如菊粉、抗性淀粉等；多元醇，如木糖醇、甘露醇等；蛋白質水解產物，如酪蛋白的水解物、乳鐵蛋白等。其中功能性低聚糖是最主要的，也是研究的最多的一類益生元。

2.功能性低聚糖的化學結構與特性

2.1低聚果糖（Fmctooligosaccharides，FOS）

低聚果糖又稱果寡糖、蔗果低聚糖，是由1-3個果糖基通過β-1，2糖苷鍵與蔗糖中的果糖基結合生成的蔗果三糖、蔗果四糖和蔗果五糖等的混合物。低聚果糖的甜度約等于同濃度蔗糖甜度的0.3～0.6倍；熱值低僅為2.276kJ/g；當pH為中性，并且在120℃以下時，低聚果糖還相當穩定：當pH為3。溫度達70℃以后，極易分解。

2.2低聚異麥芽糖（Isomaltooligosacharide，IMO）

低聚異麥芽糖又稱異麥芽低聚糖、異麥芽寡糖、分枝低聚糖等，是由葡萄糖基以α-1，6糖苷鍵結合而形成異麥芽糖、潘糖、異麥芽三糖和異麥芽四糖等的混合物。低聚異麥芽糖的甜度為同濃度蔗糖的0α4-0.5倍：低聚異麥芽糖冰點下降與蔗糖接近：耐熱耐酸性好。在pH為3。溫度在120℃下長時間也不會分解。

2α3低聚木糖（Xylo-oligosaccharide，XOS）

低聚木糖又稱木寡糖，是由2-7個木糖分子以β-1，4糖苷鍵結合而成以二糖和三糖為主的功能性聚合糖。低聚木糖的甜度約為蔗糖的0.4倍：熱穩定性好，在pH2.5-8加熱至100℃基本不會分解；平均熱值為14.3kJ/g；抗凍性好，溶液在-10℃貯存也不易凍結。

2.4甘露低聚糖（Mannose oligosaecharides，MOS）

甘露低聚糖又稱甘露寡糖、低聚甘露糖或葡甘露寡糖，是由幾個甘露糖分子或甘露糖與葡萄糖通過α-1，2、α-1，3和α-1，6糖苷鍵連接組成寡聚糖。主要成分是甘露二糖、甘露三糖和甘露四糖。甘露低聚糖的甜度略低于蔗糖；粘度會隨溫度上升而逐漸下降，冷卻后粘度又會回升：在一般生理pH值和通常飼料加工條件下比較穩定：具有獨特的凝膠性能，在一定條件下可形成熱可逆凝膠和熱不可逆凝膠。

3.功能性低聚糖的生理功能及機理

3.1促進腸道微生物菌群平衡

動物腸道有復雜多樣的微生物菌群，這些微生物與動物之間建立了穩定的共生關系，對動物的健康起著重要的作用。腸道中的菌群對動物免疫起著調控作用，影響動物對營養物質的代謝。腸道中主要的有益菌有乳酸菌和雙歧桿菌，主要的有害菌是大腸桿菌。當低聚糖被動物食用后直達大腸，有益菌可以發酵這類碳水化合物，而有害菌利用率極低或不能利用，從而可以促進雙歧桿菌等有益菌的增殖，產生有機酸降低腸道pH值，抑制腸道有害菌的產生，促進腸道微生物菌群平衡。

3.2提高動物生長性能

益生元對動物有促生長作用，其作用機理可能是低聚糖可以提高小腸絨毛長度降低隱窩深度，從而擴大小腸絨毛的吸收面積，提高了機體對營養物質的吸收利用，從而提高飼料的轉化率：低聚糖進入腸道后，促進雙歧桿菌的增殖。雙歧桿菌可以分泌結合膽汁酸水解酶，將結合膽汁降解為膽汁酸，膽汁酸與膽固醇在腸道結合生成沉淀，隨大便排出體外，改善脂質代謝：低聚糖對腸道環境pH的降低作用，也可以利于腸內鈣、鎂等礦物質鹽的溶解，從而促進機體對礦物質元素的吸收。

3.3提高動物免疫力

免疫是動物機體識別自身與異己物質，并通過免疫應答排出抗原性物質，以維持機體生理平衡的功能。動物的免疫防御系統分為非特異性免疫和特異性免疫。非特異性免疫是動物生來就具有的，是組織病原菌侵入的第一道防線，參與非特異性免疫的細胞主要有吞噬細胞（巨噬細胞和中性粒細胞）、自然殺傷細胞、嗜酸性粒細胞、嗜堿性粒細胞等。特異性免疫是機體免疫系統受到抗原刺激后，免疫細胞對抗原分子的識別并產生一些列的免疫連鎖反應的生物效應過程，主要有T細胞介導的細胞免疫應答和B細胞介導的體液免疫應答。動物機體的免疫功能主要通過免疫分子（免疫球蛋白、細胞因子和補體等）來發揮作用，提高動物免疫的體液免疫和細胞免疫。低聚糖可以刺激動物體內的淋巴細胞的產生，進而激活巨噬細胞。提高動物的免疫功能：低聚糖本身就是免疫佐劑，有些（低聚異麥芽糖）還具有抗原作用，可以直接引起抗體的免疫應答，

4.功能性低聚糖在動物生產中的應用

功能性低聚糖主要在豬，雞，牛，羊，魚和蝦等動物中應用廣泛。應用的內容主要包括低聚糖對動物生長性能和生產性能的影響，對腸道微生物及結構的影響，對脂代謝的影響和免疫機能的調控等。

4.1在豬生產中的應用

張宏福等（2001）研究發現異麥芽低聚糖可以降低斷奶仔豬腸道中大腸桿菌的含量，提高雙歧桿菌和乳酸桿菌的含量。有研究表明甘露寡糖、低聚木糖、低聚果糖對斷奶仔豬也有同樣的作用，它們可以增殖腸道中的有益菌，抑制有害菌。Wang等（2016）、譚兵兵等（2016）、張軍霞等（2015）分別研究在斷奶仔豬日糧中添加異麥芽低聚糖、低聚木糖、甘露寡糖，研究結果表明這幾種低聚糖都可以降低斷奶仔豬的腹瀉率。促進斷奶仔豬的生長。岳文斌（2006）等研究了果寡糖和甘露寡糖對斷奶仔豬免疫機能的影響。研究結果表明：添加果寡糖和甘露寡糖可以提高免疫器官（胸腺和脾臟）的生長發育、有利于T淋巴細胞表面標志CD4⁺、CD8⁺的表達、提高血清IgA、IgM、IgG水平，最終增強了由T細胞核B細胞所介導的細胞免疫和體液免疫。劉雪蘭等（2002）研究表明斷奶仔豬日糧中添加不同濃度異麥芽低聚糖都可以提高斷奶仔豬日增重、采食量，降低料重比；減少糞中氨的濃度，降低腹瀉率：提高仔豬腸道乳酸桿菌濃度，降低大腸桿菌濃度；提高腸絨毛高度，減少隱窩深度；提高脾臟、淋巴結和胸腺等免疫器官指數。總之添加低聚異麥芽糖對斷奶仔豬有促進作用，并且其適宜的添加量為0.4%。郭小云等（2015）研究發現：在圍產期母豬日糧中添加低聚木糖可以提高母豬的泌乳量從而增強母豬繁殖性能，提高仔豬的免疫力并且增強了仔豬對礦物質的消化吸收能力。鄧遠帆（2014）通過體外發酵模擬豬大腸內容物發酵情況，研究低聚木糖、低聚甘露糖、低聚半乳糖、低聚果糖和菊粉五種益生元干預情況下其含硫臭氣產量的變化。經過體外24小時發酵后，低聚糖組所產氣體中硫化氫和甲硫醇的濃度和產氣量都低于對照組。說明添加低聚糖可以降低豬糞臭氣味，減少環境污染。許梓榮等（2003）研究發現在育肥豬日糧中添加低聚果糖可以提高其生長性能，促進其對礦物質的吸收，增強免疫功能。

4.2在雞生產中的應用

陳金廷（2015）在肉仔雞日糧中添加同一水平的低聚異麥芽糖、低聚木糖、甘露寡糖、果寡糖。研究發現各種低聚糖都能顯著減少肉仔雞腸道中大腸桿菌的濃度，提高腸道微生物中乳酸桿菌和雙歧桿菌與大腸桿菌的比值。其中低聚木糖和甘露寡糖分別對雙歧桿菌和乳酸桿菌的增殖作用更好。這與武書庚等（2011）添加低聚異麥芽糖。Kim等（2011）添加低聚果糖和甘露寡糖在雞飼料中的結果一致。低聚糖可以增強腸道有益菌的增殖，抑制有害菌。徐光勝等（2013）研究發現添加低聚木糖可以提高蛋雞的產蛋率、平均蛋重，降低料蛋比、破蛋率和軟蛋率，進而提高蛋雞的生長性能。王瑛等（2016）的研究發現在產蛋高峰后期添加低聚木糖可以提高產蛋率和產蛋量、降低料蛋比，提高飼料利用率；增強蛋殼強度、提高蛋白高度和哈夫單位，提高蛋品質：但對蛋重和蛋黃顏色無明顯影響。Abdel-Raheem等（2011）研究添加甘露寡糖可以提高肉雞的生長性能，增強免疫能力。袁纓等（2007）研究發現果寡糖、甘露寡糖、低聚異麥芽糖、低聚木糖都可以改善肉仔雞腸道菌群組成，并且增加了肉仔雞免疫器官指數，其中低聚木糖的效果最好。朱明等（2010）試驗表明添加低聚木糖可以提高蛋雞產蛋率。降低料重比，降低蛋黃中的膽固醇含量，提高蛋雞的生產性能和蛋品質：添加低聚木糖還可以降低蛋雞血清中的膽固醇，進而起到降血脂的作用。

4.4在反芻動物生產中的應用

邰秀林等（2009）研究發現在犢牛日糧中添加低聚果糖可以提高犢牛的平均日增重，促進其生長性能：提高腸絨毛高度。小腸固有膜厚度，維持犢牛腸道的完整性；提高空腸粘膜DNA含量，修復腸道在斷奶應激產生的損傷：提高血清免疫球蛋白IgG和IgA濃度，增強犢牛的免疫功能：降低犢牛總膽固醇和甘油三酯含量。促進脂類代謝。祁茹等（2012）研究發現低聚果糖、低聚木糖、低聚異麥芽糖、甘露寡糖和半乳甘露寡糖都可以增加奶山羊糞便中的乳酸桿菌和雙歧桿菌數量，降低大腸桿菌數量。其中低聚果糖的效果最好。張軍華等（2008）報道添加低聚木糖可以降低羔羊的腹瀉率：降低血漿尿素氮，提高氨利用率，增強其蛋白質沉積能力。同樣有研究表明低聚木糖可以降低犢牛的腹瀉率和血清中的尿素氮，提高免疫球蛋白的含量。劉云芳等（2011）研究發現低聚果糖和低聚異麥芽糖及其復合物能增加斷奶羔羊免疫器官指數和小腸粘膜免疫細胞數量，提高斷奶羔羊腸粘膜免疫能力。王新峰等（2010）、胡靜等f2014）研究發現低聚果糖可以提高瘤胃纖維素分解菌的數量，提高粗飼料的瘤胃降解率。

4.5在水產動物生產中的應用

劉愛君等（2009）研究發現添加不同濃度的甘露寡糖都可以提高奧尼羅非魚的增重率，降低飼料系數，提高生長性能；提高絨毛高度、絨毛寬度和絨毛密度。改善腸道粘膜結構。提高消化率；提高溶菌酶活性、血清堿性磷酸酶活性和SOD活性，增強血清非特異性免疫功能。其中，0.50%和0.75%甘露寡糖的添加效果最好。甘露寡糖也可以提高歐洲鱸魚和金頭鯛腸絨毛長度和密度，改善水產動物腸道形態。張榮斌等（2012）研究發現低聚木糖可以提高奧尼羅非魚乳酸桿菌和雙歧桿菌的含量。有降低大腸桿菌含量的趨勢，提高羅非魚抗嗜水氣單胞菌感染的能力，改善腸道形態結構。有研究表明甘露寡糖與低聚木糖一樣也可以提高羅非魚腸道乳酸桿菌的數量，降低大腸桿菌的數量。陳曉瑛等（2014）研究發現添加低聚木糖可以提高凡納濱對蝦生長性能、非特異性免疫力抗氧化功能和抗WSSV能力。有文獻報道低聚異麥芽糖和低聚果糖都可以增強羅非魚的非特異性免疫，甘露寡糖和低聚果糖都可以增強美國紅魚的非特異免疫性。

5.小結

功能性低聚糖作為一種新型綠色的飼料添加劑，除了具有無污染。無藥殘留等優點。還具有結構穩定，儲存加工過程中不易失活。而且能提高動物的生長性能，免疫能力，是抗生素的理想替代品，在動物飼料中具有廣闊的應用前景。但不同低聚糖被腸道菌群利用程度不同，具體表現在對不同有益菌的增殖程度、不同有害菌的抑制程度等方面存在差異，在實際動物飼料應用中不同低聚糖及其互作的適宜添加量還需要進行大量的研究。