低聚果糖對畜禽腸道健康影響的研究進展

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

（四川省畜牧科學研究院，動物遺傳育種四川省重點實驗室，四川成都 610066）

在養殖生產中，不合理的使用抗生素會導致細菌產生耐藥性， 破壞動物腸道健康和機體免疫， 其在肉制品和環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， 緩解畜禽生產性能下降及死亡率增加成為目前的研究熱點。 益生菌有益腸道健康的功效已得到確認，但由于其保存條件苛刻，在飼料中使用效果不穩定，而益生元被認為是其良好的替代物。 本文從益生元的代表性物質低聚果糖入手， 通過闡述其理化特性、生理作用，重點對其維持畜禽腸道健康的作用進行綜述。

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 糖苷鍵結合數個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 ℃中性溶液中也很穩定，但隨酸性增加和溫度升高穩定性下降，甜度比蔗糖稍低。 在 0 ～70 ℃內，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系， 可將腸道中的微生物分為共生性細菌、條件致病菌和病原菌。在正常情況下菌群結構維持著對宿主有利的平衡狀態， 但在集約化養殖條件下，條件致病菌有時會具有侵襲性，病原菌數量超出正常水平，破壞這種平衡，進而引起細菌性疾病（張日俊，2003）。低聚果糖能防止外源性病原菌在腸道中定植和內源性條件致病菌的過度生長，從而維持腸道微生態平衡。這種作用主要是由于雙歧桿菌產生的短鏈脂肪酸 （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， 同時有益菌還可大量酵解低聚果糖產生的乙酸、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吸收， 正常穩定的腸道菌群環境， 良好的免疫狀態和整體健康的狀態。 主要由飼料成分、 腸道屏障和微生物群三個因素決定 （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， 同時抑制大腸桿菌、 產氣莢膜梭菌、 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菌進行培養的方法。 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量（Modesto 等，2009）；Mikkelsen 等 （2003） 對添加4%低聚果糖后的斷奶仔豬糞便進行了分析，結果表明其對理化特性的影響微乎其微， 除激發了酵母菌的增長外，對其他微生物無顯著影響，但其未對腸道中的微生物進行分析； 在斷奶仔豬飼料中添加5%低聚果糖增加了結腸近側雙歧桿菌數量，減少了大腸桿菌數量（Gebbink 等，1999）；在肉雞飼料中添加0.4%低聚果糖14 d，未改變盲腸細菌總數， 但選擇性地增加了雙歧桿菌和真細菌數量 （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小腸和盲腸內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、高通量測序技術的快速發展，其為腸道微生物多樣性的深入研究提供了技術保障。用變性梯度凝膠電泳技術分析0.5%低聚果糖對肉雞回腸微生物的影響，結果表明，其微生物區系發生變化 （Geier 等，2009）； 肉雞飼料中添加0.25%低聚果糖， 利用熒光定量PCR 技術分析腸道微生物，結果表明其提高了乳酸菌數量，降低了產氣莢膜桿菌和大腸桿菌數量（Kim 等，2011）。在牛上，陳鳳梅等（2020）對每日添加5 g 低聚果糖聯用益生菌的哺乳期犢牛腸道進行了16S 擴增子測序和基礎的微生物群落Alpha 多樣性分析，發現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，進而顯著減少了腹瀉的發生。

3.2 低聚果糖與腸道發酵 低聚果糖在腸道后段被有益菌發酵生成乳酸和乙酸、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。 有機酸還使具有潛在毒性的氨質子化生成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控腸黏膜形態、 結構和功能， 如腸絨毛高度、隱窩深度、上皮層厚度、上皮細胞數量，有絲分裂細胞、黏液細胞和杯狀細胞數量，這些腸道變化可促進營養物質的消化吸收， 這些變化的機制可能來源于以下幾個方面：（1）發酵性糖可影響腸高血糖素水平從而調控小腸隱窩細胞增殖（Gee 等，1996）；（2）益生元促進多胺合成，這可對小腸和結腸黏膜的生長發育起正面調控 （Delzenne 等，2000）；（3）益生元可提高消化酶活性，這可能促進了小腸黏膜的生長和轉化 （Yang 等，2005）；（4）短鏈脂肪酸合成的增加也促進大腸和小腸細胞增殖， 這可通過調控腸絨毛高度和隱窩深度來提高刷狀緣對營養物質的消化吸收。 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、結腸黏膜細胞增殖速度，防止黏膜上皮細胞萎縮的作用（Howard 等，1995）；在日糧中添加0.4%低聚果糖，發現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，其可能的機制有：（1）與乳酸菌或其產物對免疫細胞的作用有直接關系；（2）短鏈脂肪酸的發酵產物可刺激胃腸道T 淋巴細胞數量增多；（3）通過調控黏蛋白的生成來提高杯狀細胞數量 （Schley 和 Field，2009）。 益生元可調控腸系淋巴樣組織尤其是派氏結、 次級淋巴小結和外周循環中細胞的功能和類型（Samal 等，2009）。 在母豬飼料中添加10 g/d 低聚果糖， 初乳中轉化生長因子β1升高的趨勢導致IgA 濃度的提高，派氏結和腸系膜淋巴細胞分泌的干擾素γ 濃度升高，派氏結細胞分泌的IgA 增多，干擾素γ 與激活的T 淋巴細胞相關（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 淋巴細胞比例，提高血液 IgM 和 IgG 含量（Janardhana 等，2009）。

4 小結

目前， 對低聚果糖在動物飼料中的應用研究主要集中于豬、雞，對其他畜禽如牛、羊、兔等動物的應用報道不多， 其在畜禽上的基礎性和機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用效果及其作用機理做進一步深入研究。 而高通量測序等分子生物學技術的進一步發展為低聚果糖的研究引入新的思路。