寡糖在動物生產上的應用研究

馬發順　元雪湞　王光亮

關鍵詞：動物生產；寡糖；種類；作用機制；應用

0 引言

隨著人們環保意識和健康意識的不斷提高，使用新型綠色飼料添加劑成為未來畜牧業可持續發展的必然趨勢。寡糖能促進動物生長，調整腸道菌群平衡，提高動物機體免疫力，且具有安全、穩定、無毒、無殘留、無污染等特點[1]。我國從20 世紀90 年代開始將寡糖作為飼料添加劑，目前用作飼料添加劑的主要有異麥芽糖、果寡糖、半乳寡糖、甘露寡糖、大豆寡糖、木寡糖等。文章從寡糖的理化性質、種類及來源、作用機制，以及在動物生產上的應用等方面進行論述，以期為業內人士提供參考。

1 寡糖的理化性質

寡糖又稱低聚糖，通常稱為“益生元”，是2-10 個單糖以糖苷鍵連接的小聚合物。根據單糖的不同可以將寡糖分為同源性寡糖和異源性寡糖；根據寡糖的生物學功能可以將其分為普通寡糖和功能性寡糖[2]。普通寡糖包括蔗糖、麥芽糖、海藻糖等，糖苷鍵為琢-1，4 型，易被機體消化吸收。功能性寡糖具有特殊的生理功能，這類寡糖的糖苷鍵為琢-1，6 型和茁-1，2 型，在動物體內沒有消化這類寡糖的酶，因此這類寡糖不能被動物體消化吸收，又被稱為非消化性寡糖。功能性寡糖的熔點隨聚合度及種類的不同而變化，例如，木二糖的熔點為155.5-156.0 益，木三糖的熔點為109.0-110.0 益[3]。這類寡糖具有低熱、穩定、安全無毒等良好的理化性質[4]；且用量少、純天然，能促進雙歧桿菌生長，激活機體的自我防御系統，還具有抗菌、抗病毒、抗腫瘤等作用[5]。

2 功能性寡糖的種類

功能性寡糖是指不被動物腸道分泌的消化酶所消化，并可促進雙歧桿菌增殖，有益于動物健康的一類寡糖。目前已成功開發的功能性寡糖有果寡糖、大豆寡糖、甘露寡糖、半乳寡糖、異麥芽寡糖和木寡糖等。

2.1果寡糖

果寡糖是在蔗糖分子上以茁-1，2-糖苷鍵結合若干個D-果寡糖所形成的寡糖總稱。具有低熱值﹑穩定、黏度大、吸濕性強等特性；具有改善腸道微生物區系、降低血清膽固醇并促進營養物質吸收、提高飼料利用率的功效；具有提高家禽及幼齡動物增重、降低死亡率、增強免疫力等作用。果寡糖對反芻動物的作用主要通過影響胃腸道微生物組成來實現[6]。果寡糖的作用體現在：第一，促使有益菌增殖，抑制有害菌生長，調節腸道微生態系統；第二，通過降低肝臟中脂肪酸合成而降低血清甘油三酯水平；第三，促使腸道內雙歧桿菌和乳酸桿菌等有益菌增殖，其發酵產生的揮發性脂肪酸，降低腸道pH 值和氧化還原電勢，阻止病原菌定植；第四，促進礦物質元素吸收。

2.2大豆寡糖

大豆寡糖是大豆等豆科作物種子中含有的可溶性糖類的總稱，屬于琢-半乳糖苷類，主要由水蘇糖、棉籽糖和蔗糖組成。大豆寡糖具有難消化、低能值等特性。水蘇糖和棉籽糖在小腸中幾乎不能降解，但能在消化道后段被微生物降解利用，從而起到調節腸道微生物區系的作用；同時具有免疫劑和抗原特性，可增強機體免疫功能[7]。大豆寡糖的作用是：第一，通過調節腸道微生物的數量發揮益生作用，影響生長性能；第二，大豆寡糖進入機體后增加了乳酸桿菌和雙歧桿菌的數量，減少了梭狀桿菌屬和大腸桿菌的數量，從而加強了消化功能；第三，大豆寡糖所含的蔗糖較少，對血糖的影響非常小。

2.3甘露寡糖

甘露寡糖廣泛存在于魔芋粉、田菁膠及酵母細胞壁內，極易溶于水，不易溶于有機溶劑。甘露寡糖具有高效、安全、環保等優勢，能減少大腸桿菌、沙門氏菌數量，增加乳酸桿菌、雙歧桿菌數量，有效改善腸道內微生物菌群狀況，提高動物日增重和飼料轉化率，增強機體抗病能力[8]。甘露寡糖的作用主要表現在對腸道有益菌的益生作用、對病原菌的抑制作用和提高機體免疫力三個方面：第一，甘露寡糖能夠識別病原菌細胞壁表面外源凝集素，抑制病原菌的黏附與定植；第二，甘露寡糖可選擇性促進有益菌的增殖，維持機體健康；第三，甘露寡糖具有抗原特性，能夠在動物體內產生免疫應答反應。

2.4半乳寡糖

半乳寡糖主要是指D-半乳糖，是一種無臭、無味、耐酸、耐鹽、熱穩定性好的白色粉末；可溶于水，水溶液透明，呈中性并有很低的黏度[9]。半乳寡糖的作用是：第一，半乳寡糖進入消化道不能被機體消化吸收，但可以促進腸道內雙歧桿菌、乳酸菌等有益菌群的生長，抑制有害菌群對腸壁的黏附和定植，從而維持正常的消化道環境；第二，對動物機體免疫力的影響，半乳寡糖產生的酸性物質可抑制有害菌群生長和定植，選擇性促進有益菌群的繁殖，從而提高動物防病抗病能力；第三，可改善生產性能。

2.5木寡糖

木寡糖是2-7 個木糖經茁-1，4 糖苷鍵結合而成的低聚糖，是功能性低聚糖中較好的一種。木寡糖的突出特點是熱穩定性和酸穩定性高。其作用有：第一，木寡糖作為免疫輔助劑能增加免疫系統對疫苗、藥物和抗原的免疫應答能力，通過免疫調節增強機體免疫力；第二，木寡糖可高效選擇性促進腸道內雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌的大量繁殖，改變腸道微生物區系；第三，木寡糖可促進營養物質的消化吸收，提高飼料利用率；第四，木寡糖可促進脂類代謝，控制血糖水平[10]。

3 寡糖的來源與代謝

3.1寡糖的來源

寡糖的來源有天然植物和化學合成兩種。洋蔥、韭菜、大蒜、菊芋、香蕉和雪蓮果等果蔬中存在各種非消化性寡糖，其中菊芋和雪蓮果的寡糖含量高達20%，蘆筍、甜菜、大蒜、洋蔥、香蕉、番茄中含有的主要是低聚果糖；低聚木糖主要存在于蔬菜、牛奶和蜂蜜中；扁豆、豌豆、蠶豆等的種子含有豐富的棉籽糖和水蘇糖[11]?；瘜W合成初期最常用的是糖苷鍵合成法，但初期產率較低，后來對此法進行了改進；現代寡糖合成的首選方法是三氯乙酰亞氨酰法；近年來以硫代基團作為合成糖苷鍵的糖基供體合成寡糖，這些硫代基團包括硫醚、硫酚醚，以及硫羥酸、硫代羥酸等。

3.2寡糖的代謝

功能性寡糖結構中琢-1，4 糖苷鍵的比例小，大部分不被哺乳動物消化。單胃動物消化道后部寄生著大量微生物，既能產生切斷低聚糖末端糖苷鍵的酶，也能產生水解聚合鏈中各種糖苷鍵的酶，因此能消化功能性寡糖。其消化過程是：先將功能性寡糖分解為單糖，再生成乳酸和丙酮酸，繼而生成揮發性脂肪酸，最后生成二氧化碳和水[12]。

4 寡糖的作用機制

4.1促進營養物質消化吸收

日糧中主要的營養物質有蛋白質、脂肪、糖、礦物質、維生素、水和纖維素等。寡糖促進營養物質的合成和吸收，主要是通過促進有益菌增殖來實現；有益菌能促進B 族維生素、氨基酸、葉酸、煙酸和維生素K 等的合成，并能促進氨基酸及Ca、Fe、Mg、Zn 等礦物質的吸收利用。寡糖通過雙歧桿菌和乳酸菌等對膽汁鹽的同化和沉積作用改變腸道內脂肪酶活性，調控脂肪代謝；寡糖可以降低血清中三酰甘油和膽固醇的質量濃度，降低肝臟中脂肪酸合成酶的活性，減少肝臟中脂肪酸的合成，具有降低血脂的作用；寡糖還可防止淀粉在高溫制粒過程中老化，以保證飼料在動物消化道內更好地消化吸收，具有延長飼料保存期、防止飼料硬化的作用[13]。

4.2改善消化道微生物菌群結構

反芻動物瘤胃和單胃動物消化道后段寄生著大量的厭氧微生物，包括有益菌群、有害菌群和兼性菌群。寡糖的結構與病原菌在腸壁上受體的結構十分相似，因此，寡糖可以與病原菌發生競爭性結合，阻止病原菌在腸壁上附植，致使病原菌失去致病能力或死亡。研究證實，添加寡糖后肉鴨盲腸乳酸桿菌數量顯著升高，大腸桿菌數量顯著降低；可使綿羊瘤胃纖維分解菌數量增加，影響瘤胃菌群區系，增強其穩定性。功能性寡糖的添加水平在1.00%-1.20%之間更有利于錦江黃牛瘤胃微生物的生長[14]。甘露寡糖能阻斷腸道病原菌的外源凝集素與黏膜上皮細胞表面的特異性糖分子的結合，使腸道病原菌不能在胃腸道定植和繁殖。果寡糖不能被病原菌利用，只能被有益菌分解利用，在促進有益菌大量繁殖的同時，使腸道pH 值下降，一方面抑制病原菌生長，另一方面使腸道還原電勢降低，調節腸道正常蠕動，起到有益菌增殖因子的作用。

4.3具有免疫調節作用

寡糖可作為免疫刺激因子，提高藥物或抗原的免疫應答能力，從而增強動物體液和細胞免疫能力。寡糖還可作為抗原佐劑，減緩抗原吸收，增加抗原效價，進而提高機體免疫力。甘露寡糖可使仔豬血清中免疫球蛋白濃度明顯升高，腸壁組織中淋巴細胞數量顯著增加；甘露寡糖刺激釋放細胞激動素，從而促進T 細胞的增殖與分化，激活巨噬細胞[4]。寡糖可提高機體免疫器官指數。研究表明，殼寡糖可顯著提高鵪鶉法氏囊指數，極顯著提高胸腺指數和脾臟指數；甘露寡糖可極顯著提高小鼠的脾臟指數、胸腺指數；果寡糖可顯著提高固始雞的胸腺、脾臟、法氏囊質量及胸腺、脾臟和法氏囊指數；木寡糖能顯著提高仔雞法氏囊指數、胸腺指數[15]。寡糖可以提高免疫相關酶活性，提高機體非特異性免疫能力。據報道，日糧中添加適量的殼寡糖可顯著提高酸性磷酸酶、總超氧化物歧化酶、過氧化物酶活力[16]。

4.4抗病毒活性和抗感染作用

寡糖具有抗病毒活性，對免疫缺陷病毒（HIV）和單純皰疹病毒（HSV）都有抑制作用。研究發現，單糖數越多其抗病毒活性越高，寡糖磺酸化程度越高活性也越高。寡糖的抗感染作用已被許多研究證實。

5 寡糖在動物生產上的應用

5.1寡糖在豬生產上的應用

在仔豬飼料中添加0.25%的果寡糖，可提高日增重和腸道中雙歧桿菌數量；在哺乳階段，0.35%的甘露寡糖能顯著降低仔豬腹瀉率，同時降低糞便中大腸桿菌數量；斷奶后，0.05%的甘露寡糖能顯著降低料肉比和腹瀉率，0.10%的水平能提高日增重，0.20%的水平可抑制直腸中大腸桿菌的增殖，促進結腸中雙歧桿菌的增殖；在仔豬日糧中混合添加0.45%果寡糖和0.10%甘露寡糖能顯著提高日增重，混合添加0.30%果寡糖和0.15%甘露寡糖能極顯著提高日增重，果寡糖和甘露寡糖的不同比例組合對仔豬腹瀉也有不同程度的降低；還能極顯著提高仔豬血清中的IgG 水平。寡糖對仔豬有一定的促生長作用，并能保證仔豬健康生長。以添加0.30%果寡糖和0.15%甘露寡糖，或0.45%果寡糖和0.10%甘露寡糖效果最佳。對于哺乳仔豬、斷奶仔豬或生長肥育豬，不論日糧中Cu、Zn 缺乏或過量，添加甘露寡糖均可提高仔豬日增重，說明添加適量甘露寡糖均可提高采食量及飼料轉化率，促進生長[12]。

5.2寡糖在禽生產上的應用

在雛雞飼料中添加寡糖不僅可提高育成率，而且飼料轉化率和日增重均有明顯改善。在肉雞日糧中添加果寡糖可促進肉雞生長，提高飼料報酬[17]；添加甘露寡糖可增加腸道中乳酸桿菌的數量，抑制梭狀桿菌的生長，維持腸道健康。在蛋雞飼糧中添加木聚糖可提高產蛋率和蛋重，并能顯著提高營養物質利用率。日糧中果寡糖的添加量以0.25%-0.50%為宜[17]。另外，寡糖在肉鴨、鵪鶉等特種家禽上的應用效果也較為理想。

5.3寡糖在反芻動物生產上的應用

寡糖可以改善反芻動物瘤胃微生物區系、提高飼料消化利用率。在奶山羊飼料中添加寡糖，可以促進雙歧桿菌、乳酸桿菌等的繁殖，同時，產生的酸性物質降低腸道pH，抑制有害菌的生長繁殖，從而提高機體防病抗病能力[18]。在日糧中添加不同種類的寡糖對奶山羊血清堿性磷酸酶、溶菌酶、免疫球蛋白和白細胞介素的影響程度也有所不同，隨著時間的延長，血清中這些酶的活性也逐漸增加，血清中IgA、IgG、IgM 的含量也增加，其中以果寡糖和甘露寡糖添加效果最好[19]。寡糖能夠改善機體脂質代謝、蛋白質合成以及鈣、磷的吸收。在奶山羊飼料中添加的寡糖種類有果寡糖、甘露寡糖、半乳甘露寡糖，其中半乳甘露寡糖為首選[18]。給初生至15 日齡的公犢牛添加果糖，可使犢牛淋巴細胞轉化率顯著提高，同時提高血液中IgG 含量，發揮免疫增強作用；在犢牛代乳粉中添加甘露寡糖，可增加斷奶后開食料的采食量；添加低聚木糖可以降低犢牛血清中尿素氮含量，抑制犢牛腹瀉[20]。飼糧中添加果寡糖能顯著提高錦江黃牛瘤胃微生物生長效率。飼糧中添加甘露寡糖可提高奶牛產奶量，改善乳品質，提升奶牛的健康水平。在奶山羊和奶牛日糧中添加果寡糖，均能提高乳脂率和乳蛋白率，還能顯著提高產奶量。果寡糖具有很好的抗氧化能力，果寡糖能促進奶山羊瘤胃對粗飼料的利用。

5.4寡糖在水產養殖上的應用

寡糖具有提高魚的抗病能力、增強魚對飼料的消化能力、提高魚的生長速度等作用[21]?；A飼料中添加甘露寡糖能顯著提高鯉魚生長速度，顯著提高飼料利用率。研究顯示，殼寡糖對虹鱒幼魚腸道菌群有良好影響，在對蝦飼料中添加0.15%的功能性寡糖可顯著提高其增重率及蝦肉蛋白質含量，降低料肉比；添加0.2%-0.5%果寡糖和0.1%-0.2%甘露寡糖能提高幼魚的生長性能和營養物質消化率，促進蛋白質合成和脂類代謝[22]。

6 影響寡糖作用的因素

6.1添加寡糖的種類與劑量

寡糖的種類不同作用效果也存在差異，而且各種寡糖制劑的純度也有差別。寡糖的添加量是影響其作用效果的重要因素，添加量太少則不能發揮作用，添加量過多不僅增加飼養成本，還有負面作用。因此，應選擇適宜的寡糖種類和恰當的添加劑量[23]。

6.2動物的種類和年齡

動物種類不同，以及所處的生長發育階段不同，腸道菌群差異較大，添加各種寡糖所起的作用具有較大差異。有些寡糖對家禽腸道雙歧桿菌作用顯著，但對豬的腸道微生物菌群影響不顯著。一般在仔豬斷奶后加入功能性寡糖會獲得較理想的功效[22]。

6.3日糧組成

飼料原料中含有一些天然寡糖，如豆科飼料含水蘇糖、棉籽糖等，小麥麩皮含有低聚木糖等。飼料原料中的天然寡糖也可能影響寡糖的添加使用效果。

7 展望

隨著人們生活水平的提高和健康安全意識的增強，綠色飼料添加劑在動物生產上的應用越來越受到重視。寡糖是飼料中的天然成分，其化學性質穩定，與其他飼料添加劑聯合使用不存在拮抗作用，無配伍禁忌，使用安全。寡糖作為新一代高效、無毒、無殘留的環保型飼料添加劑，符合飼料安全和食品安全要求，對養殖業可持續發展具有重要價值。目前，功能性寡糖生產已經發展成為一個重要的生物技術產業，甘露寡糖、半乳寡糖、異麥芽寡糖、大豆寡糖和果寡糖等已實現規?；a；同時，對寡糖的抗腫瘤、抗病毒和抑菌等功能的研究正在深入進行[12]。今后研究的重點是在細化產品分類的基礎上，改進生產工藝，提高生產效率，深入探討寡糖的作用機理，確定不同動物在不同生理狀態下寡糖的適宜添加量及添加方式，還要研究寡糖與其他營養素或者飼料添加劑配合使用時的協同作用問題，為更有效地使用寡糖提供理論依據。總之，在動物生產上，寡糖具有廣闊的應用前景。