【doc】异麦芽低聚糖的研究进展

【doc】异麦芽低聚糖的研究进展 异麦芽低聚糖的研究进展 异麦芽低聚糖也称为一寡聚葡萄糖,其英文缩写为 IMO(Isomaho—oligosaccharide),是寡糖的一类.IMO为直 链麦芽糖分子中具有分枝状链合的双糖及低聚糖,又称分枝 低聚糖(Branchingoligosaccharides)和一葡聚糖.分子中 含一1,4键,一1,6键,少量一1,3键和一1,2键, 主要成分为异麦芽糖,潘糖,异麦芽三糖,其次为异麦芽四 糖,黑曲糖,曲二糖等. 异麦芽低聚糖广泛存在于大麦,小麦,马铃薯等植物性 饲料中,极少以游离状态存在于自然界.杨曙明(1999)报 道,低聚异麦芽糖的制取是以淀粉为原料经B一淀粉酶和一 葡萄糖苷酶作用生产,也可以由麦芽糖经一转葡萄糖或葡 萄糖经逆向合成法生产.成品中含低聚异麦芽糖50%一70%, 进入消化道后基本上能抵抗胃酸和消化酶的降解,顺利通过 胃及小肠而达到消化道后段. Miller等(1984),Fischbein等(198的离体和体内 试验明,许多工业生产的低聚糖如低聚果糖,低聚半乳糖 等基本上能抵抗胃消化酶的降解,随食糜进入肠道后段能被 微生物所利用.Bailey等(199D表明,低聚糖不能被前段 消化道降解,可直接达到后段肠道,这些物质不能在粪中检 出,说明了大肠微生物对低聚糖的发酵作用.几种不可消化 性碳水化合物被认为具有潜在的化学益生素的功能,有人建 议把益生素与化学益生素合称为协生素.动物营养学上也将 其称为微生态促进剂,微生态效应添加剂. 1低聚糖异麦芽糖的研究概况 动物自身分泌的酶只能水解一1,4糖苷键,饲料IMO 含有其他类型糖苷键,难于在消化道前段被利用.几种不可 消化的碳水化合物被认为具有潜在的化学益生素的功能,现 在基本确定了这些饲料中的非消化组分的有益作用. 1.1营养作用Bailey等(1991)研究表明,IMO等低聚 糖不能被前段消化道降解,可直接达到后段肠道,这些物质 不能在粪中检出,说明了大肠微生物对低聚糖的发酵作用. Fukuyasu等(1987),Matllew等(1993),Howard(1995) 对猪试验结果表明,IMO有促进肠道双岐杆菌,乳酸杆菌和 抑制大肠杆菌的作用.张宏福等(200D对早期断奶仔猪肠 道主要菌群的测定表明添加IMO后大肠杆菌显着下降< 0.05),同时乳酸杆菌和双岐杆菌已明显升高<0.05),饲 料中添加低聚糖对消化道微生物区系具有明显的调节作用. 但Gabert等(1994)的试验结果没有影响,可能与低聚糖 的品种有关. 1.2在动物营养与免疫方面的作用IMO在营养免疫方面 的作用表现为:刺激有益菌的增殖及营养素的吸收,发挥间 接免疫作用;抑制病原菌繁殖与定植,增强抗感染免疫能 [收稿日舢2005—03—20 力;降低不利于内环境的植物凝集素等因子的作用;可能直 接刺激或保护免疫因子的作用. 低聚糖促进乳酸菌等有益菌增殖和对病原微生物的抑制 有多种途径,其中一是屏障作用,描述为对肠道黏膜上皮的 竞争性抑制.二是代谢产物对病原菌和抑制作用.Stewart 等(1993),Tomilka等(1992)证实IMO能促进双岐杆菌, 乳酸菌增殖,这些菌代谢产生低能脂肪酸降低pH值,大肠 杆菌,沙门氏菌等都对酸性条件敏感,低PH值抑制其生 长.肠道的乳酸菌如双岐杆菌本身的凝集素活性明显高于致 病菌如大肠杆菌和沙门氏菌,这可能是肠道正常菌群在竞争 性排斥作用中具有明显竞争优势的原因之一. 1.3调节动物的免疫水平据报道低聚糖作为免疫佐剂的 效用可加强细胞和体液免疫性,对有益菌有促进增殖的作 用,从而调节免疫(Gibson&Roberfroid,1994).低聚糖作 为佐剂的效用可加强细胞免疫和体液免疫功能(杨曙明, 1999).张宏福等(2000)试验表明了IMO对免疫水平的影 响.Lessard等(1987)用乳酸菌发酵产物饲喂断奶仔猪, 仔猪血清中IgG水平明显升高.低聚糖促进沙门氏菌迅速从 肠道排出,并抑制向脏器的转移(吴连福,199,Morales 等(199认为低聚糖作为一种可溶性纤维,可能减少有害 菌的定植和定植位置的移行,并且帮助系统免疫. 1.4低聚糖与益生素益生素在实际使用中效果差异较大, 因为益生素主要是活菌制剂,它们很难在消化道原生菌群的 优势作用下在短时间定植下来.低聚糖通过调控肠道原生菌 发挥益生作用,兼有直接的生理和物理功能,与活菌制剂, 抗生素等配伍性强,有利于大规模普及应用.活菌制剂和低 聚糖都具有调节动物消化道区系的作用(徐秀容等,1999; 霍贵成等,1994).低聚糖可与益生素配伍,日本渡边直久 等研究了异麦芽糖与微生物菌作用,对25日龄仔猪的饲养 效果进行评估,添加异麦芽糖5周后的增重提高45%,IMO 与一种微生物菌并用提高增重8%(周中凯,1999). 低聚糖还能在一定条件下替代抗生素的作用,使用来自 菊芋(洋姜)的含30%低聚果糖的糖浆饲喂仔猪,比添加 抗生素(50mg/Kg杆菌肽锌)的仔猪体重增加了6%(零汉 益,1999),还可减少仔猪抗生素用量(金丰秋,1999),石 宝明和单安山(1999)总结认为仔猪使用低聚糖的效果还不 尽一致. 2IMO在生产中的应用 2.1IMO对增重和饲料利用率的影响 一 些低聚糖与大量存在于植物和微生物中的非淀粉多糖 (NSD有许多共性(MulandPerry,2001).体外试验表明, IMO仅被一些含特定糖苷键的有益菌利用,从而促进了双岐 杆菌,乳酸杆菌的增长,此外IMO还可以结合病原细胞的 2005.6 外源凝集素,避免病菌在肠道壁上附着,从而截断了病菌 附着一繁殖一致病的感染途径,并携带病原菌排出体外, 维护动物健康. 多数饲养试验表明,添加低聚糖没有明显提高动物日 增重和饲料利用率.Boldon(199~在仔猪上的试验表明, 添加1,2g,l【g的半乳糖低聚糖仔猪增重上升6.8%,料肉比 下降1%一2%:Boldon(1993)还报道,添加一葡萄糖低 聚糖,使35日龄断奶仔猪(饲养期4周)日增重提高3% 4%,饲料转化效率提高3%,4%:Mathew(1997)在21日 龄断奶仔猪日粮中添加0.5%半乳糖低聚糖,经9周的饲养 试验,采食量于对照组差异显着CP<O.05),而平均日增重 及饲料利用率均无差异.这可能是:第一,IMO到达后部 肠道之前,在肠道微生物与动物消化道酶的共同作用下, 有,部分分解消失,随之失去预期的对后部肠道微生物的 底物刺激作用.实际上IMO在到达回肠末端时已经从实质 上被微生物酶降解了部分(Oku,Tokunaga,1984:Tsuji等 1986:Fischbein,Kaplan&Gougph,198,虽然经过大肠杆 菌发酵检测的IMO有大部分的组分到达后部肠道,但对有 益微生物的作用强度也受到剂量的限制.第二,肠道内的 饲料源和内源复杂的多糖或粘多糖经过代谢也能够生成低 聚糖,对肠道功能和微生物动力学产生影响,并影响添加 的IMO的作用能力.但刘雪兰,谢幼梅等(2o0报道, 在断奶仔猪日粮中添加0.4%的IMO提高了猪的免疫和消化 吸收功能,增加采食量,降低腹泻指数,促进生长,降低 料重比. 2.2lM0对腹泻率的影响动物消化道内有益菌的增殖, 有害菌的减少将会降低大肠杆菌性下痢的发生率.一方面, 低聚糖可以促进有益菌的增殖,抑制或排斥部分条件性致 病菌的增殖,抑制条件性致病菌对肠黏膜细胞的粘附,吸 附毒素,增加动物非特异性免疫功能,从而降低细菌性以 及病毒性下痢的机会.Bolduan(1997)用0.2%生物性甘露 低聚糖(Bio—Mos)添加于35日龄断奶仔猪中从而使腹泻 率降低.另一方面,低聚糖具有强烈的吸水性,用量过高 会导致物理性腹泻,提高腹泻率.MulAJ&PerryFG,1993 报道,低聚糖的添加量高于摄入量的0.5%会增加食糜流动 速度,增加软便的发生率.因此大多数低聚糖的建议用量 在1.0%以下. 2.3lM0对动物器官重量与尺寸的影响张宏福等(2000) 报道,IMO对动物的相对肝重与脾重的影响都不大,但可 使小肠相对重量和相对长度略有降低,这可能是IMO有选 择性的促菌作用.IMO可使盲肠,大肠的相对重量略有提 高,但盲肠,大肠相对长度基本上没有变化.这可能是盲 肠中残余的IMO能够通过增强食糜的保水性,扩大容积, 增加了肠黏膜的表面积和重量. 2.4lM0对食糜嗜酸乳杆菌和大肠杆菌含量的影响低聚 糖能够选择性的被大多数乳酸杆菌,芽孢杆菌,粪链球菌 等革兰氏阳性菌利用或促进其增殖,但不能够被大肠杆菌, 沙门氏菌等革兰氏阴性菌利用,有人称带有这种特性的低 聚糖为功能性低聚糖.Hillman等(1999)指出,评估猪, 鸡对病原菌的抵抗力可以测定粪便中乳酸菌和肠杆菌的比 例,因为乳酸菌抑制肠毒性大肠杆菌的生长和对肠黏膜和 粘附,并对沙门氏菌具有抗性. 2005.6 大量研究表明,仔猪断奶后,肠道菌群发生改变,总 的趋势是大肠杆菌等致病菌浓度上升,乳酸菌等有益菌明 显下降(Mathew,1997:Mathew,1993.).这说明仔猪断 奶后,由于饲粮的变化,自身免疫水平下降等原因,使其 本身固有的微生物区系开始衰退,断奶后肠道大肠杆菌浓 度上升被认为是导致仔猪腹泻的主要原因之一(Kenworthy andGrabb,1963;SvendsonandLaI~en,1977:Hampson 等,198.Fukuyasn(1987),Farnwoah(1992),等对其 它低聚糖在仔猪,鼠,鸡等动物及人的试验结果表明,低 聚糖具有调节消化道微生物区系的作用.王冉,邵春荣等 Qo0在仔鸡基础日粮中添加I%IMO空肠和盲肠内大肠 杆菌数量显着低于对照组(P<0.05),乳酸杆菌数量显着高 于对照组(P(0.05):张宏福等(2001)在早期断奶仔猪基 础日粮中添加0.5%的IMO,盲肠,结肠大肠杆菌浓度显着 低于对照组(P<O.05),而乳酸杆菌浓度明显高于对照组 Lo<0.05),上述作者的研究结果表明,不同低聚糖对动物消 化道微生物都有调节作用. 2.5IUO对血清IgG,Ig^和卜淋巴细胞与B一淋巴细胞比例 的相对水平的影响多数试验表明,IMO对IsG和ISA无显 着影响.有学者认为,IMO具有提高药物作用和抗体免疫 应答能力,从而增加动物体液及细胞免疫能力,促进动物 血液淋巴细胞的增加.饲料中添加生产剂量的IMO不能对 卜淋巴细胞与B一淋巴细胞的组成产生显着的影响.这可 能是由于当病原分子进入血液后,T-一辅助淋巴细胞能够识 别病原,激发一系列免疫途径,引起淋巴细胞的增殖和活 性增强,IMO的分子量远远没有达到半抗原分子的畅通的 分子量范围,不能通过直接的途径激发卜淋巴细胞反应, 由于缺乏强电荷位点,也使其作为抗原辅助因子的作用受 到限制. 2.6I肿对肠道黏膜形态影响的观察仔猪断奶后肠道黏 膜萎缩,肠道黏膜上皮绒毛变短,隐窝变深CHampson, 1986;严汝南,1993;顾宪红等,1999).已有的数据显 示,肠道微生物直接或间接影响到枯丕氏细胞和黏膜上皮 的动力学变化(Deplancke&Gaskins,20oD.在仔鸡日粮中 添加0.5%的IMO,仔鸡盲肠黏膜上皮绒毛高度显着增高 60<0.05),而且盲肠重增加((o.05). 3关于lM0的添加量 一 般认为在断奶仔猪和肉仔鸡日粮中添加0.5%的IMO 效果较好. 4结语 IMO作为一种价格较为合适的饲料添加剂在畜牧养殖 和饲料工业中的应用有很好的前景.深入了解其理化特性, 掌握其作用机理及在生产中应用于的稳定性,探索其使用 方式及用量,对我们充分应用这种新型添加剂,降低腹泻 率,从而提高动物生产力具有十分重要的意义.目前阶段, 需要关注以下几方面的问题:制定一个基本的质量和技术 控制指标,对IMO产品品质优做好监控,以免因质量的不 稳定而造成生产上的损失;针对目前的试验结果不一致, 需要有更多的合理设计的科学试验来证明其应用效果,使 其应用于的深度,广度进一步扩大,提高资源的利用价值; 也有报道IMO可以在动物日粮中代替部分的抗生素用量, 这有待于在生产中进一步的研究.