【doc】功能性寡糖及其在反刍动物营养中的应用

【doc】功能性寡糖及其在反刍动物营养中的应用 功能性寡糖及其在反刍动物营养中的应用 凌宝明,等:功能性寡糖及其在反刍动物营养中的应用一29一 功能性寡糖及其在反刍动物营养中的应用 凌宝明余学兰陈永均 (广东温氏食品集团有限公司,广东新兴527439) 摘要:文章介绍了功能性寡糖的概念,种类和作用机理,综述了果寡糖,甘露寡糖,异 麦芽寡糖及半乳寡糖等几种在饲料工业中常见的功能性寡糖在反刍动物营养的 应用,并提 出了未来相关研究的重点. 关键词:功能性寡糖;反刍动物;应用 TheApplicationof FunctionalOlig0saccharidesinRuminantNutrition LingBaomingYuXuelanChenYongjun Abstract:Thispaperintroducedtheconcept,typeandmechanismoffunctionaloligosaccha- ridesandreviewedtheapplicationofFOS,MOS,IMOandGOSinruminantnutrition.There — searchemphasisoffunctionaloligosaeeharidesinruminantnutritioninfuturewasalsopointe dout. KeyWords:functionaloligosaccharide;ruminant;application 1功能性寡糖的概念,种类J 寡糖是指由2—1O个单糖经脱水缩合由糖 苷键连接形成的具有直链或支链的低度聚合 糖类的总称.根据其生物学功能可将其分为 普通寡糖和功能性寡糖两大类.普通寡糖可 被动物消化吸收,产生能量,如麦芽糖;而功能 性寡糖(FunctionalOligosaccharides),或称非消 化性寡糖(Non—digestibleOligosaccharides, NDOs),是指不被人和动物肠道分泌的消化酶 消化,并可促进肠道有益菌(如双歧杆菌)的增 殖,有益于人和动物健康的一类寡糖,它属于 营养生理活性物质.功能性寡糖是近年国内 外研究发现的一类新型饲料添加剂.它的作 用效果类似于益生素,但其作用机理又与益生 素不同.它克服了益生素(外源有益菌)在动 物胃肠道定植能力差等缺陷,实际应用中问 比较少(与益生素相比,不存在加工,贮藏过程 中的失活问题).由于功能性寡糖具有无毒, 无污染等特点,被营养学家称为"益生元(Pre. biotics)"类绿色添加剂,有关它的研究已成为 当前动物营养研究的热点. 目前,国际上开发成功的功能性寡糖有7O 余种,在饲料工业中研究与应用的有果寡糖 (Fructooligosaccharides,FOS),甘露寡糖(Mannan Oligosaccharides,MOS),异麦芽寡糖(Isomaltool— igosaccharides,IMO),大豆寡糖(Soybeanoligo— saccharidesSBOs),木寡糖(Xylooligosaccharides XOS),半乳寡糖(Galact0oligosaccharides,GAS) 及13一寡葡萄糖(B—Glucooligosaccharides,p— GOS)等,其中前三种最为常见. 果寡糖,又称低聚果糖,蔗果三糖族低聚糖 等,是指在蔗糖分子上以p一(1,2)糖苷键结合 1—3个D一果糖所形成的一组低聚糖的总称. 商品果寡糖的主要有效成分为果寡三糖(GF2), 果寡四糖(GF3)和果寡五糖(GF4).商品果寡 糖的标准规定,其相对分子量最多不超过823, 分子聚合度应在2,7之间,平均聚合度为2.7. 果寡糖广泛存在于自然界中,目前已发现约 中国饲料添加剂2006年第9期(总第51期) 30000余种植物中含有果寡糖成分,如洋葱,大 蒜,黑麦,香蕉等,其中以菊芋块茎中含量最为丰 富,占块茎干重的70%一80%. 甘露寡糖则因来源不同而在结构上有所差 异,如研究较多的魔芋葡甘露寡聚糖是由分子比 为1:1.5的葡萄糖和甘露糖残基通过B一(1,4) 糖苷键聚合而成,其侧链则是通过$一(1,3)糖 苷键连接而成.而来源于酵母细胞壁的葡甘露 寡聚糖的主链则主要以高度分枝的吡喃甘露糖 残基链进行排列,其主链的连接方式是仪一(1, 6)糖苷键连接,侧链则主要通过一(1,2)及 一 (1,3)糖苷键连接.甘露寡糖广泛存在于魔 芋粉,瓜儿豆胶,田青胶及多种微生物细胞壁内. 异麦芽寡糖也称为分支低聚糖,一寡葡萄 糖,其中至少含有一个通过一(1,6)糖苷键结合 的异麦芽糖,其它的葡萄糖残基可以通过仪一(1, 2),仪一(】,3),一(1,4)糖苷键组成寡糖.自然 界中异麦芽寡糖极少以游离状态存在,而是作为 支链淀粉或多糖的组成部分.商品异麦芽寡糖是 一 种以异麦芽糖,潘糖,异麦芽寡三糖和四糖以上 为主成分的寡糖,总成分占总糖的50%以上,其 余成分为葡萄糖,麦芽糖和麦芽三糖. 2功能性寡糖的作用机理 前人的研究结果,功能性寡糖的作用机 理主要包括以下五个方面. 一 是调控动物胃肠道的微生物区系,包括促 进健康微生物菌相的形成和结合,吸附外源致病 菌两方面.研究表明,大多数寡聚糖可作为肠道 有益菌如双歧杆菌,乳酸杆菌的碳源,而梭状芽 孢杆菌,真杆菌,肠杆菌或大肠杆菌等有害菌对 其不能利用或代谢利用率很低.Bailey(1991) 报道,双歧杆菌,消化链球菌与克雷伯杆菌可利 用FOS,而梭状芽胞杆菌,大肠杆菌和沙门氏菌 不能利用FOS;所测试的20种血清型沙门氏菌 中,无一能在以FOS为唯一碳源的培养基上生 长.当在肉鸡饮水中加入2%FOS时,沙门氏菌 数减少,这是因为FOS改变了肠道微生物区系 的组成,从而降低了鸡对沙门氏菌感染的敏感 性.肠道病原性微生物在致病过程中,其定植是 引起动物致病的触发因子.研究表明,这种结合 是特异性的,其机理是:细菌细胞壁表面蛋白如 植物凝集素(1ectin)与动物肠道粘膜上皮表面的 糖脂或糖蛋白的糖残基结合.现已证实,大多数 肠道病源菌具有对甘露寡糖特异结合的外源凝 集素.当肠道内存在一定量的MOS等寡糖时, 植物凝集素可与MOS等结合,从而减少与肠黏 膜上皮细胞结合的机会,甚至将已与植物凝集素 结合的肠黏膜上皮细胞的糖基部分置换下来. 但葡萄糖和半乳糖则对附着的细菌无用.寡糖 的这种能力与寡糖结构的关系如何目前尚不很 清楚. 二是促进动物肠道发育.功能性寡糖被细 菌代谢后,可提供短链脂肪酸作为黏膜细胞增殖 的能源.Roediger(1982)认为,短链脂肪酸是 大肠粘膜细胞代谢的主要能源物质,大肠粘膜能 源的70%来自肠细菌的发酵产物.Ito(1993) 认为,FOS可完整地通过肠道而到达后肠,在后 肠被发酵,其发酵产物丁酸是结肠粘膜的主要能 源物质,这可以刺激上皮细胞的生长.Ohta (1998)报道,大鼠饲喂FOS增加了大肠和小肠 黏膜重及其总蛋白含量,FOS发酵产生的丁酸使 隐窝深度,细胞密度及盲肠壁重增加,FOS可促 进丁酸水平提高,使结肠细胞增生. 三是增强动物机体的免疫机能.研究表明, 寡聚糖不仅能与细菌的表面结合,而且能与某些 毒素,病毒及真核细胞的表面结合作为这些外源 抗原的佐剂,减缓抗原的吸收,增加抗原的效价, 从而增强机体的细胞和体液免疫机能,同时,寡 聚糖还具有抗原特性,能刺激机体产生特异性的 免疫应答.研究发现,甘露寡糖能使肉鸡胆汁中 IgA水平提高14.2%(Savage等,1996),也可提 高火鸡肠粘膜中IgA的水平,并显着提高火鸡血 液中IgG的含量(Savage等,1996).甘露寡糖能 够显着提高哺乳仔猪pHA一淋巴细胞转化率, 吞噬细胞的吞噬能力以及T淋巴细胞的总数 (Spring等,1997,1998;Obarrca,1998;邵良平等, 2000);显着提高鸡白细胞吞噬能力和pHA淋巴 细胞转化率,有效改善鸡肠道微生物环境并显着 降低大肠杆菌数和盲肠,回肠内容物的pH值, 并极显着地提高鸡和哺乳仔猪血清中超氧化物 歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH— Px)的活性(邵良平,2000). 凌宝明,等:功能性寡糖及其在反刍动物营养中的应用一3l一 四是调节机体的脂质代谢和蛋白质代谢. FOS具有降脂效应,研究表明,日粮添加5O一 200g/kg的FOS可以降低大鼠血清中的脂质 水平.据胡彩虹(2003)研究结果显示,在肉仔 鸡13粮中添加0.6%和0.8%果寡糖,肉鸡胸 肌,肝脏胆固醇水平分别下降了17.58%(P< 0.01)和20.44%(P<0.01),6.62%(P< 0.05)和7.87%(P<0.01);添加0.6%和 0.8%果寡糖使血清中总胆固醇,低密度脂蛋 白胆固醇和低密度脂蛋白/高密度脂蛋白胆固 醇的比率显着降低,添加0.8%果寡糖使血清 中极低密度脂蛋白胆固醇含量显着降低;添加 0.4%,0.6%和0.8%果寡糖使肝脏中B一羟 基一B一甲基戊二酰辅酶A(HMG—CoA)还原 酶活性显着降低.功能性寡糖还对动物的粪 氮代谢与尿氮代谢具有调节作用.Younes (1995)报道,大鼠13粮中补充7.5%FOS,从血 液流人盲肠中的尿素量增加120%,盲肠中净 氮沉积增加一倍,粪氮占总氮排泄量的比例由 10%提高到28%,血中尿素及肾中氮排泄均减 少20%一30%.刘进国等(2004)研究表明:在 日粮中添加1g/kgIMO可使肉鸭血清尿素氮浓 度显着降低,而总蛋白,白蛋白水平提高,说明 氨基酸分解速度减慢,蛋白质合成增强,因而 加快了体内蛋白质的沉积. 五是增强动物对矿物质元素的吸收.功能 性寡糖通过促进有益菌的增殖,增强肠道内微生 物合成氨基酸和B族维生素的能力,也促进了 各种矿物质如Ca,Fe,Mg,Zn等的吸收利用,这 可能是由于肠道pH值下降,矿物质溶解度增大 所致.Ohta(1996)报道,补充FOS增加了大鼠 对钙,镁的吸收,股骨中钙的含量增加并且防止 了食粪癖的发生;而且,预防食粪癖后尤其提高 了FOS对镁吸收的刺激性效应.FOS也可以促 进铁的吸收,Ohta(1995)报道,大鼠胃切除后导 致贫血及骨质减少,而摄人FOS则可增加铁的 吸收并促进缺铁性大鼠贫血的恢复.IMO也能 促进动物对矿物质的吸收,黄纪明(2002)报道, IMO能提高大鼠在模拟失重状态下对ca的吸 收,提高其血清骨钙素(BGP)水平从而促进其骨 骼钙化. 3在反刍动物营养中的应用 功能性寡糖在猪,禽及水产动物营养中的应 用研究比较多(蔡元丽,2000;刘哲,2003;员丽 娟,2004)【】.4-7],但在反刍动物营养中的应用研 究报道非常少见.造成这种现象的原因主要有 两个:一是有人认为反刍动物瘤胃微生物对寡糖 具有强烈的降解作用,添加的寡糖会被降解而无 作用;二是有人认为纤维素,半纤维素,果胶等物 质会在瘤胃内被降解而产生大量寡糖,因此无须 在反刍动物饲粮中添加寡糖.这两方面的原因 极大地限制了人们对功能性寡糖在反刍动物上 作用的认识.然而,从国内外已有但数量很少的 报道看,在13粮中添加功能性寡糖对反刍动物特 别是幼龄反刍动物具有正面作用. (1993)?报道,在代乳料中添 Newman等 加甘露寡糖(MOS),可提高荷斯坦犊牛的13增 重,但不影响其粪便中的大肠杆菌和梭状芽孢杆 菌的数量.Newman等(1995)?副还报道,在1— 3513龄的犊牛代乳料中添加MOS,可使试验组 犊牛生长速度提高8%,同时降低疾病发生率. Dilday等(1997)也发现,在1—513龄犊牛饲 用牛奶中加入MOS4g/d,6—5613龄添加2g/d, 可使犊牛增重显着高于对照组(P<0.05).王 定发(2004)研究表明,从犊牛增重及经济效 益看,MOS用量以每头犊牛每天饲喂1,2g为 佳,lg/dMOS可使犊牛13增重提高11.2%,IgA 水平较对照组提高22%,IgG提高0.6%.在犊 牛代乳料中添加MOS则可以增加犊牛的采食 量,并由此获得更大的体增重(Dvorak等,1997) ?.. .Heinriehs等(2003)?等研究表明,与在 代乳料中添加抗生素相比,添加MOS同样可以 增加犊牛的采食量,同时两组犊牛在试验期的体 增重未有明显差异;MOS和抗生素都可以降低 犊牛的腹泻率且效果相似,因此MOS可以代替 抗生素添加于代乳料中.在奶牛的干乳期13粮 中添加MOS,可以增强母牛对轮状病毒的免疫 力,并提高犊牛对轮状病毒的抗体水平(Franklin 等,2005)". Webb等(1992)研究发现,饲喂添加果 寡糖(FOS),乙酰乙酸钠和地可喹酯混合物的代 乳料的犊牛,可获得比饲喂单独添加乙酰乙酸钠 一 32一中国饲料添加剂2006年第9期(总第51期) 或地可喹酯的代乳料的犊牛更大的体增重. FOS对肉犊牛代谢和内分泌的影响与其对患有 糖尿病的人和其它动物的影响相似,饲喂FOS 的肉犊牛的采食量与对照组犊牛相似,但具有更 大的体增重(Kaufhold等,2000).饲喂添加 FOS和牛喷雾干燥血清代乳料,可降低犊牛的腹 泻程度,减少抗生素和电解质的使用,提高犊牛 的体增重和饲料转化率(Quigley等,2002)?引. Donovan等(2002)【9研究发现,在犊牛代乳料中 添加Enterground(由FOS,蒜素及肠道活性微生 物组成的混合物),在降低腹泻,促进犊牛健康 方面具有与抗生素(土霉素)相似的作用效果, 在总的体增重,平均体增重及采食量等方面的差 异也不显着,显示由FOS,益生素及诸如此类物 质组成的复合物有可能代替抗生素在代乳料中 的使用. 在代乳料中添加半乳糖基一乳糖和抗生素 (土霉素)均可降低荷斯坦公犊牛的腹泻程度, 提高其体增重,但对采食量的影响不显着(Quig- 1ey等,1997).半乳寡糖[p,(1—4)Galacto — oligosaccharides,GAS]对反刍动物的另一个作 用表现在它可降低反刍动物的甲烷排放量.Ga. mo等(2002)的体外试验表明,GAS可以降低 甲烷的产量.随后的体内试验也证实了这一点 (Santoso等,2003a,b;Sar等,2004;Mwenya等, 2004)[21,22,23,16].GAS的其它功效还有提高氮利 用率(Santoso等,2003b;Mwenya等,2004)J引, 降低瘤胃pH值(Mwenya等,2005)?副等,但它 对营养物质的表观降解率没有影响(Mwenya等, 2004)引.在对瘤胃发酵的作用方面,也有报道 说GAS对饲喂后l小时和6小时的瘤胃发酵指 标(如pH,NH,一N及总VFA)没有影响(Santo— SO等,2003b). 凌宝明(2005)采用批次培养法,研究了 体外条件下日粮添加异麦芽寡糖,甘露寡糖和果 寡糖对生长绵羊瘤胃发酵功能的影响.结果表 明:(1)日粮添加异麦芽寡糖可以增加培养液中 的VFA(挥发性脂肪酸)含量,降低培养液中的 NH.一N(氨态氮)含量和培养残渣中的NDF(中 性洗涤纤维)含量,对培养液中BCP(菌体蛋白) 含量的影响不确定.(2)日粮添加甘露寡糖可 以提高培养液中的VFA含量;可以提高培养液 中的BCP含量,并以0.60%的添加水平效果最 佳;添加量达到0.80%以上时,可以显着降低(P <0.05)培养液中的NH一N含量;对培养残渣 中的NDF含量没有显着影响(P>0.05).(3) 日粮添加果寡糖可以显着(P<0.05)提高培养 液中的VFA含量.其中添加水平为1.0o%组的 VFA含量最高;在添加水平达到0.60%以上时, 可以显着(P<0.05)降低培养液中的NH,一N 含量和培养残渣中的NDF含量,显着(P< 0.05)提高培养液中的BCP含量;1.00%组对瘤 胃发酵影响的综合表现最优. 4结语 由于人们认识上的原因,目前有关功能性寡 糖在反刍动物营养中的应用研究还相对较少,但 随着人们认识的改变,相信这方面的研究将会越 来越多并且更加深入.笔者认为,当前应该加强 以下几个方面的研究: 1)功能性寡糖对反刍动物生长性能以及腹 泻影响的作用机制. 2)功能性寡糖对反刍动物消化和免疫性能 的影响及其作用机制. 3)功能性寡糖在反刍动物消化道内的流通 规律. 4)除FOS,MOS及GOS外,其它功能性寡糖 (如大豆寡糖)在反刍动物营养中的应用研究. 5)确定影响功能性寡糖作用效果的因素, 以生产出适合在反刍动物营养中应用的寡糖产 品. 6)功能性寡糖在生产实践中的合适添加量 问题. 参考文献 【1]蔡元丽,谢幼梅.功能性低聚糖及其在家禽生产中的 应用[J].山东家禽,2000,(6):27—29. 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