020-39945678
                                                                      寡糖的特性及其在動(dòng)物飼料中的應用研究
                                                                      2018/4/26 16:56:07

                                                                      眾所周知,抗生素作為促生長(cháng)型添加劑被廣泛應用于畜牧業(yè)的大幕被逐步拉下,抗生素對人類(lèi)構成嚴重潛在威脅的負面作用——藥物殘留、二重感染、耐藥菌株的產(chǎn)生、正常微生態(tài)環(huán)境平衡的破壞、畜禽免疫力的降低,及畜禽產(chǎn)品中藥物殘留可能導致人類(lèi)DNA結構的改變,從而造成“致殘”、“致畸”、“致癌”等嚴重后果的現象,已經(jīng)日益凸顯。因此,越來(lái)越多的國家和地區已經(jīng)制定出臺了相應的政策和法規對養殖業(yè)中抗生素的使用加以限制和規范。從而,拉開(kāi)抗生素替代品研發(fā)的序幕就顯得尤為迫切。


                                                                      隨著(zhù)對畜禽胃腸道正常微生物的組成、定植規律及其與宿主關(guān)系研究的日益深入,通過(guò)調節動(dòng)物腸道微生物區系來(lái)改善動(dòng)物的健康狀態(tài),增強機體潛在的抗病力已經(jīng)成為了動(dòng)物營(yíng)養領(lǐng)域探討的熱點(diǎn)。其中,寡糖被作為一種理想的抗生素替代品的研究受到了高度的重視。寡糖Oligosaccharides),又名:低聚糖、非消化性寡糖、化學(xué)益生素,是由2~10個(gè)單糖通過(guò)糖苷鍵連接形成直鏈或支鏈的一類(lèi)糖,介于單體單糖與高度聚合的多糖之間。根據單糖分子種類(lèi)、分子間結合位置和結合類(lèi)型的不同,寡糖種類(lèi)可達數千種以上。功能性寡糖主要是不能被人和其它單胃動(dòng)物自身分泌的酶和腸道有害菌分解利用,但能被腸道有益微生物利用的特殊糖類(lèi),如已研制出的產(chǎn)品有:殼寡糖、甘露寡糖、果寡糖、半乳甘露寡糖、異麥芽寡糖、寡乳糖、寡木糖、β-寡葡萄糖、低聚焦糖、反式半乳寡糖、大豆寡糖等,研究應用較多的是前三種寡糖。





                                                                      (一)寡糖的類(lèi)別、結構及其來(lái)源

                                                                      1.殼寡糖(Chitooligosaccharide,COS)

                                                                      殼寡糖(也稱(chēng)幾丁寡糖,學(xué)名β-1,4-寡糖-葡萄糖胺)是指聚合度在2-20范圍的氨基葡萄糖和乙酰氨基葡萄糖聚合物,如殼二糖、殼三糖、殼四糖、殼五糖、殼六糖等。殼寡糖是殼聚糖降解的低分子量產(chǎn)物,其水溶性大大增加,與殼聚糖相比,殼寡糖更易被生物體吸收而表現出更優(yōu)越的生理活性,在抑菌、抗氧化、抗炎、調節血脂和血糖、抗腫瘤、增強免疫及活化腸道菌群中具有廣泛的應用。目前,殼寡糖來(lái)源于殼聚糖的降解,主要有酸解法、氧化降解法和酶解法。殼聚糖是甲殼素的N-脫乙?;a(chǎn)物(脫乙酰度大于55%),其單糖結構單元主要為2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖和少量的N-乙酰氨基葡萄糖。目前,殼聚糖已被廣泛應用于多個(gè)領(lǐng)域:(1)在農業(yè)領(lǐng)域,可作為糧食和蔬菜作物種子的處理劑,激發(fā)種子提前發(fā)芽,提高作物產(chǎn)量;(2)在食品領(lǐng)域,對多種蔬菜和水果具有明顯的保鮮、防腐作用;(3)在醫藥領(lǐng)域,具有降血脂、提高機體免疫力、促進(jìn)傷口愈合等多種功效;(4)在水凈化處理應用領(lǐng)域,可用做重金屬螯合劑和絮凝劑來(lái)凈化自來(lái)水或處理重金屬工業(yè)廢水。


                                                                      2.甘露寡糖(Mannoseoligosaccharides,MOS)

                                                                      最初發(fā)現MOS是在魔芋粉的硫酸水解液中。甘露寡糖是甘露糖之間或甘露糖與葡萄糖之間通過(guò)ɑ-1,2、ɑ-1,3、ɑ-1,6或β-1,3、β-1,4糖苷鍵連接而成的一種低聚糖,主要來(lái)源于魔芋精粉、甜菁膠和微生物細胞壁。目前,人用保健品甘露寡糖主要來(lái)源于魔芋,其純度在 35%~55%;動(dòng)物營(yíng)養領(lǐng)域應用的甘露寡糖添加劑,主要是從廢棄的啤酒酵母細胞壁中提取。酵母細胞壁質(zhì)地堅硬,其重量占酵母細胞干重的18%~25%,厚度為0.1~0.3μm,可分為3層,外層主要組分為甘露聚糖,約占酵母細胞壁干重的30%,由約50個(gè)甘露糖通過(guò)ɑ-1,6糖苷鍵相結合組成;中間層主要組分為蛋白質(zhì)和幾丁質(zhì);內層主要組分為β-葡聚糖,約占酵母細胞壁干重29%~64%,由10~20個(gè)單糖通過(guò)β-1,3/1,6糖苷鍵相結合組成,呈螺旋形的立體分子結構,能對免疫系統引起刺激作用,在動(dòng)物體內,不可溶、不可吸收、不產(chǎn)生黏性、耐酸、耐高溫。


                                                                      3.果寡糖(Fructooligosaccharide,FOS)

                                                                      果寡糖,又名低聚果糖,是蔗糖分子和D-果糖分子以β-1,2糖苷鍵相結合所形成的一組寡聚糖的總稱(chēng),結構式表示為G-F-Fn(G為葡萄糖,F為果糖,n=1~3)。根據蔗糖分子連接1個(gè)D-果糖、2個(gè)D-果糖、3個(gè)D-果糖形成的寡糖分別稱(chēng)為果寡三糖(GF2)、果寡四糖(GF3)、果寡五糖(GF4)。果寡糖廣泛存在于大麥、小麥、黑麥、洋蔥、大蒜、馬鈴薯、菊芋等植物中。


                                                                      (二)寡糖在機體內的作用機理

                                                                      1.寡糖對腸道菌群的調節作用

                                                                      哺乳動(dòng)物對碳水化合物的消化僅限于ɑ-1,4糖苷鍵,因此,由ɑ-1,2、ɑ-1,3、ɑ-1,6或β-1,3、β-1,4糖苷鍵連接的低聚糖能抵抗動(dòng)物機體消化酶的降解,直接進(jìn)入小腸后端和大腸,被雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益微生物作為營(yíng)養基質(zhì),最終被降解為短鏈脂肪酸、乳酸和二氧化碳等。體外試驗均證實(shí)以FOS為唯一碳源時(shí),沙門(mén)氏菌不能生長(cháng)。


                                                                      病原菌必須通過(guò)表面的外源凝集素與動(dòng)物腸粘膜表面的D-甘露糖受體結合后才能在消化道定植。MOS正是通過(guò)結合位點(diǎn)的方式發(fā)揮抑菌作用。一方面,MOS能競爭性結合腸上皮細胞的特異位點(diǎn),通過(guò)占位方式從而抑制病原菌與腸粘膜的結合,另一方面,MOS含有D-甘露糖的相似受體,可以結合病原菌,從而阻止病原菌吸附到腸表面上,甚至使已結合到上皮細胞的大腸桿菌脫落下來(lái),病原菌隨著(zhù)糞便一起排出體外。


                                                                      朱玉霞(2013)對殼寡糖的抑菌活性研究表明:在相同pH條件下,殼寡糖的脫乙酰度越高,對大腸桿菌抑制效果越好;在相同脫乙酰度的殼寡糖條件下,pH越低,其對大腸桿菌抑制效果越好。不同殼寡糖單體對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和尖孢鐮刀菌的抑菌活性差別也較大,具體表現為:殼六糖最高(對鐮刀菌抑制率為70.5%)、殼二糖最低(對鐮刀菌抑制率為38.8%),氨基葡萄糖沒(méi)有表現出抑菌活性。


                                                                      2.寡糖對機體免疫防疫功能的調節作用

                                                                      特異性免疫系統和非特異性免疫系統共同組成動(dòng)物的免疫防御體系,其中,非特異性免疫是阻止病原菌侵入機體的第一道防線(xiàn)。FOSMOS可以調節機體的細胞免疫和體液免疫功能。體外試驗表明,MOS可以使血清中IgG和IgA濃度升高,提高B淋巴細胞數和白細胞介素2、γ-干擾素水平。FOS能顯著(zhù)提高T淋巴細胞轉化功能和NK細胞的殺傷力,提高新城疫抗體水平。概括來(lái)說(shuō),寡糖能在多條途徑,多個(gè)層面對免疫系統發(fā)揮調節作用,不僅能激活各類(lèi)型的免疫細胞,還能活化補體,促進(jìn)細胞因子的生成,增強紅細胞免疫功能,同時(shí),寡糖還能提高疫苗的保護力。


                                                                      (三)寡糖在動(dòng)物飼料中的應用研究

                                                                      1.寡糖在水產(chǎn)飼料中的應用研究

                                                                      劉含亮等(2012)研究殼寡糖對虹鱒生長(cháng)性能、血清生化指標及非特異性免疫功能的影響,結果表明:200mg/kg殼寡糖不僅可顯著(zhù)提高特定生長(cháng)率和增重率,顯著(zhù)降低飼料系數,而且極顯著(zhù)提高白細胞吞噬百分率、吞噬指數、血清殺菌百分率和溶菌酶活性。譚崇桂等(2013)研究MOS對凡納濱對蝦生長(cháng)及血清非特異性免疫的影響,結果表明:0.4%MOS可顯著(zhù)提高對蝦增重率12.78%,顯著(zhù)降低飼料系數0.09%;顯著(zhù)提高溶菌酶、堿性磷酸酶活力、超氧化物歧化酶活力,以及胃蛋白酶和肝胰臟脂肪酶活性。以上研究表明,寡糖對魚(yú)蝦的促生長(cháng)作用,與其改善機體的免疫力和抗氧化能力有密切關(guān)系。


                                                                      2.寡糖在豬飼料中的應用研究

                                                                      黃俊文等(2005)研究表明:甘露寡糖與納豆芽孢桿菌低劑量合用對改善斷奶仔豬生產(chǎn)性能,降低腹瀉率具有較好的協(xié)同作用,對仔豬的免疫和抗氧化機能有改善作用,體現在血清中CD3+,CD4+水平顯著(zhù)提高,MDA含量顯著(zhù)降低,GSH-Px活性顯著(zhù)增加。岳文斌等(2006)研究果寡糖和甘露寡糖對斷奶仔豬免疫機能的影響,結果表明:寡糖組的仔豬免疫器官指數較金霉素和洛克沙生聯(lián)用組(ABT組)大;與ABT組相比,寡糖組顯著(zhù)提高了IgA、IgG、IgM濃度。臧建軍(2003)研究果寡糖和甘露寡糖對斷奶仔豬生產(chǎn)性能影響,結果表明:FOS和MOS較抗生素可顯著(zhù)減少斷奶仔豬腹瀉發(fā)生率,增強機體的抗氧化能力,維持血漿滲透壓和脂類(lèi)物質(zhì)正常水平;與抗生素相比,FOS和MOS降低血清甘油三酯水平,且以FOS的低脂效應較顯著(zhù);與抗生素相比,FOS和MOS通過(guò)促進(jìn)CD4+,CD8+,T淋巴細胞的分化、刺激斷奶仔豬免疫器官的生長(cháng)發(fā)育、提高血清免疫球蛋白A、G、M水平,最終增強了由T、B淋巴細胞介導的細胞免疫和體液免疫功能。


                                                                      3.寡糖在禽飼料中的應用研究

                                                                      溫若竹等(2011)利用PCR-DGGE技術(shù)探討甘露寡糖對肉仔雞腸道菌群穩定性及多樣性的影響,結果表明:MOS促進(jìn)了腸道乳酸桿菌等有益菌的生長(cháng),同時(shí)抑制梭菌屬等有害菌的生長(cháng)。閻桂玲等2008)研究啤酒酵母源甘露寡糖對肉仔雞腸道微生物及免疫機能的影響,結果表明:酵母源甘露寡糖顯著(zhù)地減少了盲腸內大腸桿菌和沙門(mén)氏菌的數量,顯著(zhù)地促進(jìn)雙歧桿菌的生長(cháng);顯著(zhù)提高了新城疫一免和二免后14d的抗體效價(jià)水平;顯著(zhù)提高了淋巴細胞對ConA的反應性及巨噬細胞的吞噬力;0.15%添加量對抑制腸道致病菌生長(cháng)的效果最好,而0.1%添加量則更有利于提高免疫機能。胡彩虹等(2003)研究表明:在艾維因商品代肉仔雞日糧中添加果寡糖(添加量為0.4%~0.8%),不僅能顯著(zhù)提高日增重、顯著(zhù)降低料重比,而且顯著(zhù)降低胸肌和肝臟的膽固醇水平,顯著(zhù)提高盲腸中乙酸、丙酸、丁酸和血漿中乙酸含量,顯著(zhù)增加盲腸中雙歧桿菌和乳酸桿菌含量,顯著(zhù)降低大腸桿菌含量,顯著(zhù)提高糞便中膽汁酸和膽固醇含量。綜合以上研究表明:寡糖對肉仔雞的促生長(cháng)作用,與其抑制有害菌的生長(cháng),促進(jìn)有益菌的生長(cháng),從而改善了腸道的健康度有密切關(guān)系。


                                                                      4.寡糖在反芻動(dòng)物飼料中的應用

                                                                      肖宇等(2012)研究外源寡糖對奶山羊血清生化指標和抗氧化指標的影響,結果表明:果寡糖可顯著(zhù)降低血清丙二醛和低密度脂蛋白膽固醇含量,顯著(zhù)提高血清中總蛋白和球蛋白含量;甘露寡糖可顯著(zhù)降低血清丙二醛含量和谷丙轉氨酶活性,顯著(zhù)提高血清中球蛋白和血清磷含量;說(shuō)明添加量為1%(以有效含量計)FOS和MOS能在一定水平上提高奶山羊的抗氧化能力,改善機體脂質(zhì)代謝、蛋白質(zhì)合成。戈婷婷等(2012)采用體外批次培養法研究功能性寡糖對錦江黃牛瘤胃發(fā)酵及微生物生長(cháng)效率的影響,結果表明:MOS、FOS和大豆寡糖均顯著(zhù)增加培養液揮發(fā)性脂肪酸和菌體蛋白濃度,當MOS、FOS和大豆寡糖添加量在1.00%~1.20%時(shí),能最大效率的促進(jìn)瘤胃微生物的生長(cháng)。


                                                                      (四)寡糖在農牧業(yè)中的應用前景


                                                                      寡糖作為一種純天然的可再生資源,是人類(lèi)用之不竭的生物資源,其開(kāi)發(fā)與應用具有深遠的意義。例如,甲殼素(Chitin)主要存在于蝦、蟹及昆蟲(chóng)等甲殼類(lèi)動(dòng)物的外殼、真菌(酵母、霉菌,香菇等)、藻類(lèi)及高等植物的細胞壁中,生物合成量高達100億噸/年,僅海洋生物的合成量就達到了10億噸/年以上。因此,來(lái)源廣泛、天然、無(wú)毒無(wú)殘留、無(wú)副作用的功能性寡糖,是當今國內外結束抗生素時(shí)代,開(kāi)啟綠色安全促長(cháng)劑時(shí)代的熱點(diǎn)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域,在農牧業(yè)領(lǐng)域必將具有非常寬廣的應用前景。


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