1 低聚寡糖分类
低聚寡糖是由2~10 个相同或不同的单糖以糖苷键连接起来而形成的直链或支链聚合物的总称。根据构成单糖的性质可分为同源性寡糖和异源性寡糖。同源性寡糖是指由相同单糖组成的寡糖;
异源性寡糖是指两种以上单糖组成的寡糖。根据单糖分子间结合位置的不同,可分为功能性低聚糖和普通低聚糖。普通低聚糖中最主要的是蔗糖,由一个葡萄糖分子和一个果糖分子通过α- 1,4 糖苷键联结而成,其他还有乳糖和麦芽糖等,它们可以被机体消化吸收。功能性低聚糖之间的连接方式除了α- 1,4 糖苷键外,还含有动物胃肠道内源酶不能降解的α- 1,6 糖苷键或β- l,2 糖苷键等,因此它不被动物肠道所吸收,但能促进双歧杆菌等有益菌的增殖,是有益于肠道健康的一类寡糖(香红星等,2001)。目前在
饲料中使用的功能性低聚糖主要有低聚果糖、低聚木糖、低聚甘露糖、低聚异麦芽糖和大豆低聚糖等。
2 低聚寡糖的生物学功能
2.1 增殖有益菌,改善肠道健康
寡糖对肠道微生态系统可以起到优化的作用,并且对宿主有保健功能(Catala 等,1999)。低聚寡糖在单胃动物中不能被其自身分泌的消化酶分解,在消化道后段可被有益微生物如双歧杆菌、乳酸菌等分解,使有益菌大量增生,起到有益菌增殖因子的作用。由于动物机体胃肠道缺乏降解这些糖苷键所需的消化酶, 因而非消化性寡糖在动物机体内相当完整地穿过胃和小肠进入大肠, 调节肠道微生物区系促进大肠及盲肠内细菌(主要为有益菌如双歧杆菌、乳酸杆菌等) 将非消化寡糖发酵成乙酸、正丁酸、丙酸及其他挥发性酸。这些脂肪酸通过降低大肠内pH 值, 形成了一种对诸如大肠杆菌、沙门氏菌等革兰氏阴性致病菌的不利环境Simon M等,2001。此外越来越多的资料表明, 低聚寡糖通过调节免疫系统而抵制病菌的感染, 如甘露寡糖可提高血清IgG 和IgA 水平, 寡糖在某些病例中加速了致病菌攻毒的抗体反应提高机体的非特异性免疫力(杨曙明等,1999,SpringP 等,1998)。寡糖调节畜禽肠道中微生物区系以及调节免疫系统抵制病菌的感染需要一段时间,这段时间也许正是动物肠道微生物菌群建立并完善的过程, 这可能是寡糖在添加饲喂初期作用不明显的原因。傅国栋等(2003)研究表明不同寡聚糖由于结构上存在差异, 对仔猪饲]喂效果也不尽相同。低聚寡糖要持续饲喂一段时间后才表现出较好的促生长效果和改善料重比; 不同低聚寡糖对仔猪生产性能有不同效果。今后寡糖在一定程度上可替代抗生素作为生长促进剂应用于仔猪日粮中,有必要进一步研究寡糖对消化道菌群的具体作用, 为寡糖进一步应用提供坚实理论基础。阎桂玲等(2008)报道,肉鸡日粮中添加0.05 %和0.10%的啤酒酵母甘露寡糖可以极显著增加21 日龄盲肠内双歧杆菌的数量(P<0.01),同时极显著减少28 日龄盲肠内大肠杆菌和沙门氏菌的数量(P<0.01)。石宝明等(2000)研究表明,哺乳仔猪日粮中添加0.10%、0.20%和0.35%的寡聚糖能显著降低粪便中的大肠杆菌数量(P<0.05)。断乳仔猪日粮中添加0.10%和0.20%的寡聚糖能显著抑制直肠中大肠杆菌的增殖(P<0.05),显著促进结肠中双歧杆菌的增殖(P<0.05),并且有增加直肠中双歧杆菌的趋势。张宏福等(2001)试验表明,在断奶仔猪日粮中添加0.50%异麦芽低聚糖,盲肠、结肠大肠杆菌浓度显著低于对照组(P<0.05),而乳酸杆菌浓度显著高于对照组和抗生素组(P<0.05),双歧杆菌浓度高于对照组,但差异不显著(P>0.05)。
2.2 增强动物免疫功能
功能性寡糖可充当免疫刺激因子,提高药物或抗原免疫应答能力。还能作为外源性的抗原佐剂,与某些病毒和毒素结合,减缓抗原吸收,增加抗原效价。功能性寡糖还能促进动物肠道内双歧杆菌的增殖,而双歧杆菌可以诱导免疫反应,增强动物机体的免疫能力。双歧杆菌从功能性寡糖获得营养后,其数量增多,杀菌能力大大增强。进入动物体的病毒和病菌大部分会被双歧杆菌杀死,还有一部分会随着粪便及时排除动物体外。低聚寡聚糖通过激活机体吞噬细胞的吞噬活性,提高药物和抗感染能力,充当免疫刺激的辅助因子。林海涛等(2009)研究了果寡糖对仔猪细胞免疫功能的影响,结果表明:30 日龄时,试验组仔猪的植物血凝素淋巴细胞转化率(45.22%) 与对照组(40.55%)相比,差异显著(P<0.05);60 日龄时,试验组仔猪的E- 玫瑰花环率和植物血凝素淋巴细胞转化率(25.74%,44.32%)与对照组(11.92% ,40.22%)相比,差异极显著(P<0.01)。江晓路等(2009)报道,褐藻寡糖均能提高刺参体腔液和体壁中过氧化物酶(POD)、酸性磷酸酶(ACP)、碱性磷酸酶(AKP)和溶菌酶(LSZ)活性,显著增强刺参非特异性免疫水平。此外,部分功能性寡糖还能激活T 细胞,被激活后的T 细胞所分泌的细胞因子又能激活各种效应细胞群体,活化的TH 细胞分泌的IL- 4 能促进B 细胞的活化、增殖与分化,使分泌抗体的数量增多,从而提高动物机体免疫力。
2.3 改善饲料转化率
果寡糖是非消化性糖类, 其基本的功能是调节肠道微生态, 有益于健康微生态的形成与保持,并且通过对肠道微生物的选择性增殖而影响机体的物质代谢, 同时在一定程度上对机体营养物质的吸收和利用有促进作用。谭聪灵等(2010)研究报道试验饲粮养分消化率测定结果表明,添加FOS的饲粮中粗蛋白质和粗脂肪的表观消化率高于对照组和Ⅱ组, 可见添加适量果寡糖改善了动物肠道环境,降低了腹泻率,增进了动物肠道健康,从而饲料养分消化率提高。卢福庄和张宏福在断奶仔猪日粮中添加0.02%低聚木糖,单位增重的饲料消耗下降11.7%,饲料生物学价值提高10%(卢福庄等,2000)。李海峰等(2004)添加0.4%的低聚果糖(FOS)组比较对照组, 仔猪饲料转化率显著提高(P<0.05),饲料转化率提高3.26%, 而添加0.6%FOS 组比较对照组, 仔猪饲料转化率变化不显著(P>0.05),饲料转化率提高2.17%, 这可能与试验仔猪血清T3、T4 水平上升, 基础代谢增强, 机体异化作用增强, 消耗加大有关。
2.4 改善
养殖动物生产性能
低聚寡糖改善动物生产性能是其多种生物学功能的共同作用结果。首先,低聚寡糖使动物肠道有益菌增加,调节了肠道菌群平衡,增强了动物机体免疫力,从而减低动物患病风险,使动物能够健康的生长;其次,功能性寡糖使动物肠道绒毛高度增加,使动物肠道总的吸收面积扩大,促进了动物对营养物质的吸收;另外,功能性寡糖还可以使乳糖转化为乳酸,通过调节肠道pH 和结肠发酵能力起到改善消化的作用,进而提高各种营养素的利用率。增殖的双歧杆菌能自身合成或促进合成维生素B1,维生素B6、维生素B12、烟酸和叶酸等,还能通过抑制某些维生素分解菌来保障维生素的供应。低聚性寡糖还能促进钙离子的吸收。通过这些作用机制,功能性寡糖便可以有效的改善动物生产性能。寡糖可通过直接或间接地改善机体消化、周映华等(2002)对广东岭南黄鸡试验研究表明,寡糖组(l mg/kg)的日增重、日采食量和饲料转化率分别比对照组(黄霉素4mg/kg)提高了0.6%、1.62%和0.88%,但差异不显著(P>0.05)。另外,有研究结果表明, 在肉鸡日粮中添加适量寡糖可显著提高肉鸡的日增重、饲料转化率、成活率。阎际平等(2007)研究结果表明,分别在基础日粮中添加同
一水平含糖量(0.015%)的4 种寡糖对肉仔鸡生长有明显的促进作用, 同时降低料肉比,。其中低聚木糖对肉仔鸡生长和料重比的影响最明显, 分析其原因可能是在低剂量添加的情况下, 低聚木糖具有独特的酸稳定性和热稳定性,且与食物的配伍性较好。
3 低聚寡糖在动物生产中的应用
3.1 低聚寡糖在断奶仔猪生产中的应用随着国内外对寡糖的营养作用机理研究的不断深入,人们研究证实低聚寡糖对断奶仔猪生产性能具有重要的影响作用。断奶仔猪(常规的28日龄断奶)后添加寡糖的优势十分明显,对断奶仔猪的消化能力差、消化道的发育不完善、消化道pH 值偏高、肠道微生物区系不平衡、免疫能力低等问题都有了较好的解决或避免。而早期断奶仔猪(14 日龄左右断奶)的消化吸收能力、免疫能力等与常规断奶仔猪基本相似,只是各种机能更不健全,在早期断奶仔猪日粮中添加寡糖的优势会更加显著,但是国内相关研究报道却很少。低聚寡糖对断奶仔猪生产性能作用主要表现在以下几个方面:(1) 提高早期断奶仔猪的免疫机能。邵良平等(2002)对哺乳仔猪口服甘露寡糖,结果仔猪血清IgA 水平极显著提(P<0.01),IgG 水平显著提高(P<0.05)。还有试验发现甘露寡糖显著提高了仔猪PHA- 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(岳文斌等,2002)。李梅等(2000) 做了异麦芽寡糖对仔猪细胞免疫功能的影响试验。结果发现1%的寡糖使仔猪的植物血凝素(PHA) 淋巴细胞转化率和E- 玫瑰花环率(48.88%、45.35%)极显著高于对照组(P<0.01),红细胞C3b 受体花环率、红细胞免疫复合物花环率和白细胞吞噬率(9.56%、6.99%、29.89%)也比对照组显著提高(P<0.05),这表明寡糖可以显著提高早期断奶仔猪的免疫性能。(2)提高断奶仔猪日增重,降低腹泻率。彭小兰等(2007)报道,日粮中添加0.4%的果寡糖,断奶仔猪的平均日增重提高17.7%(P<0.05),腹泻率降低86.1%(P<0.01)。傅国栋等(2003)通过在基础日粮中分别添加2 种不同寡聚糖和抗生素比较其对仔猪的生长性能、腹泻率及料重比的影响。实验选用9 窝72 头平均日龄为41d 的长白×皮特兰×枫泾三元杂交断奶仔猪进行试验。试验分3 组, 每组2 个重复。对照组(Ⅰ) 为抗生素组, 试验组Ⅱ为甘露寡糖组, 试验组Ⅲ为低聚果糖组。28d 的饲养试验表明: Ⅱ、Ⅲ组在试验1~4 周全程体增重及日增重均显著高于Ⅰ组( P<0.05)。(3)对早期断奶仔猪生长表现的影响.陈代文等(2006)研究发现,在断奶仔猪基础日粮中添加0.1%水平的寡糖能极显著提高血液IgG 水平和淋巴细胞转化率,并能有效提高仔猪粪便中双歧杆菌和乳酸杆菌数量,降低大肠杆菌数量。Baker 等(2009)通过研究发现,大豆寡糖能够提高生长猪异亮氨酸、赖氨酸、脯氨酸、缬氨酸和苏氨酸的回肠消化率,还能提高日粮中多种必需氨基酸的浓度。Liu 等(2008)在断奶仔猪基础日粮中添加甲壳寡糖200mg/kg,发现断奶仔猪的生长性能得到明显改善,DM、GE、粗蛋白、粗脂肪、钙和磷的表观消化率有了明显提高,并减少了腹泻的发生,增加了空肠与回肠中的绒毛高度,还增加了粪便中乳酸杆菌的数量,减少了大肠杆菌数量。李兆勇等(2008)在仔猪基础日粮中添加200g/t 木寡糖,发现仔猪的饲料转化率及仔猪十二指肠、空肠胰蛋白酶、胃蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶的活性显著提高,并能显著提高仔猪对DM和GE 的表观消化率。
3.2 低聚寡糖在家禽生产中的应用
寡糖为饲料中的天然成分, 不会带来污染,并能提高动物机体的抗病潜力,由于其结构和理化性__质的特殊性( 不能被家禽的胃和小肠分泌的酶消化),可以直接到达消化道后段, 具有调节畜禽胃肠道微生态平衡、改善家禽健康的功能。研究发现,在樱桃谷肉鸭基础日粮中添加500mg/kg 大豆寡糖能显著改善肉鸭的生产性能,并能显著增加肉鸭盲肠内乳酸杆菌和双歧杆菌的数量,减少大肠杆菌的数量(罗佳捷,2010)。阎际平等(2007)研究发现分别在基础日粮中添加同一水平含糖量(0.015%) 的4 种寡糖既没显著增大肌肉的滴水损失率,也没显著降低肌肉的pH 值。可见,日粮中添加寡糖不会降低肉品质量基础日粮中添加一定剂量的寡糖可以提高肉仔鸡的生产性能,并且不会影响肌肉的品质,其中以低聚木糖的效果最佳。
3.3 低聚寡糖在反刍动物生产中的应用凌宝明等(2007)利用体外法研究表明,异麦芽寡糖可以增加绵羊瘤胃中VFA 含量和降低氨态氮含量,而甘露寡糖和果寡糖可以增加绵羊瘤胃中VFA 和BCP 含量及降低氨态氮含量。王新峰等(2010)研究发现,异麦芽寡糖和果寡糖能改变断奶羔羊瘤胃菌群结构,果寡糖能明显提高瘤胃总菌、黄化瘤胃球菌及琥珀酸丝状杆菌的数量。瞿明仁等在绵羊消化道不同部位灌注大豆寡糖,发现绵羊外周血CD4 数量、CD4/CD8 值、血清IgG和IgA 含量有一定程度的提高,说明大豆寡糖在一定程度上提高绵羊的免疫功能。刘兵等(2008)给绵羊瘤胃灌注占干物质采食量0.6%和1.2%水平的大豆寡糖,发现其能有效提高瘤胃纤维分解菌的数量,降低甲烷产生菌的数量,改善绵羊瘤胃微生物区系。此外还提高了瘤胃液相食糜流通率、瘤胃食糜氮流通量、瘤胃微生物氮和十二指肠MN流通量,提高了DM、OM、ADF、NDF 在整个消化道的消化率和CP 在小肠中的消化率。
3.4 低聚寡糖在
水产养殖中的应用
季高华等(2004)在中华鳖幼鳖的饲料中添加0.25%低聚果糖,其血清SOD 酶活性和对照组相比提高了31.3%。张红梅等(2003)在鲤鱼的饲料中添加甘露寡糖, 随着添加比例的增加, 鲤鱼血液SOD 活性增加,血清溶菌酶活性也增加,其中0。3%的甘露寡糖的添加量效果最好。研究发现当银鲫饲料中果寡糖的添加量为1g/kg、2g/kg 饲料时,其血清溶菌酶的活性、血清SOD 酶的活性、血清补体C3 的含量均从第7 天起显著增加王艳等,2008。周传朋等(2009)在异育银鲫基础日粮中添加0.2%寡糖和中草药复合物,发现异育银鲫的增重率、特定生长率、血清溶菌酶活性、血液葡萄糖含量和超氧化物歧化酶活性得到显著提高,而谷丙转氨酶活性、谷丙转氨酶/ 谷草转氨酶活性比值则显著降低。
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