益生元在仔猪日粮中的研究进展

张 涛，谭 薇，姚 真，付光武，晨 光

（中国牧工商集团总公司研究院，北京 100095）

动物及人肠道内栖居着丰富的微生物菌群，在肠道内形成一个相对稳定和动态的平衡环境，对宿主的生长和健康起着重要作用。仔猪断奶时要离开母体，从保育室转移到仔培室，从吸允母乳到采食配合日粮，从接受母乳脂肪、乳糖和乳蛋白的营养为主向采食具有不同程度抗原特性的植物性蛋白质、分子结构迥异的植物性多糖、脂肪等一系列变化，容易引起断奶应激[1]。仔猪断奶期间日粮、环境的变化及仔猪应激反应等都将会引起仔猪肠道内的微生态环境发生变化，极易导致仔猪出现腹泻、体重下降，甚至死亡。

研究表明，在动物日粮中，特别是在幼畜日粮中适量添加益生元，可以选择性地刺激一种或几种有益菌在宿主肠道内的生长，从而增进了宿主肠道微生态健康，促进动物生长，减少动物疾病。

1 益生元

1995年定义益生元是一种不被肠道酶消化的食物成分，其能够选择性刺激结肠中一种或一些特定细菌生长和（或）活性，从而对宿主产生有益的作用。2004年Gibson等对益生元的定义做了修改，定义益生元是一种选择性的发酵营养物质，可以改变胃肠道中一些特定微生物的组成和活性，进而改善宿主的健康和福利[2]。

益生元的学名为功能性低聚糖。低聚糖是指由2～10个单糖通过糖苷键聚合在一起，形成低度聚合糖类的总称。低聚糖分为营养型低聚糖和功能性低聚糖。营养型的低聚糖有普通的二糖、麦芽三糖、麦芽四糖等，可被机体消化吸收并产生能量，可作为甜味剂使用。功能性低聚糖通用技术规则行业标准（QB/T 2492-2000）中规定功能性低聚糖是由2～10个相同或不同的单糖，以糖苷键聚合而成；具有糖类某些共同的特性，作为甜食品配料，但不被人体消化酶和胃酸降解，不在（或难被）小肠吸收；具有促进人体双歧杆菌的增殖等生理功能。

常见的益生元有低聚异麦芽糖、低聚半乳糖、低聚果糖、低聚乳果糖、低聚木糖、低聚甘露糖、大豆低聚糖、水苏糖、棉籽糖、低聚壳聚糖、低聚龙胆糖等。与益生菌相比，益生元具有耐酸、耐碱、耐高温制粒、保存期长等优点。

2 仔猪的营养特点

仔猪的饲养管理是整个养猪生产中最关键的环节之一。初生仔猪消化道及其消化酶系尚未完全建立，胃肠黏膜结构不健全，免疫体系发育不完善，对病原微生物及其毒素的易感性强，易患各种胃肠道疾病，导致生产性能降低。在现代养猪生产中，为提高经济效益，普遍实行仔猪早期断奶技术，但常常造成以仔猪断奶后生长缓慢和腹泻为主要特征的早期断奶应激综合征。仔猪断奶后，因母乳保护因子丧失、饲料消化负担增加和生活环境改变等的影响，使仔猪抗病力减弱而易感染病原微生物；同时由于断奶后消化酶活力下降、胃酸分泌不足及胃肠道上皮组织萎缩，导致仔猪消化道微生物区系发生紊乱，极易发生腹泻等疾病。

仔猪断奶后到正常菌群建立前，大肠杆菌和肠球菌等兼性厌氧或需氧菌占优势，随着肠道发育成熟，以厌氧菌占优势的正常菌群逐步建立，早期断奶在一定程度上影响肠道菌群的正常过程，造成菌群失调（包括小肠菌群过度生长及向大肠菌群转化、大肠细菌减弱及菌群飘移），引起肠道疾病。对28日龄前后断奶仔猪消化道微生物区系的改变进行研究时发现，断奶后仔猪消化道内容物中大肠杆菌总数及溶血性大肠杆菌含量上升，乳酸杆菌和挥发性脂肪酸含量下降，这说明仔猪消化道固有的微生物区系已发生衰退。有报道表明，仔猪从断奶到转入育肥舍期间死亡率为2.4%，死亡仔猪中约70%是由于大肠杆菌的作用致死。

3 益生元的作用机理及其在仔猪日粮中的应用

3.1 促进肠道有益菌增殖，改善微生物组成

动物肠道微生物与动物机体及环境在进化过程中形成了相互依赖、相互制约的微生态系统，在微生态平衡状态下，动物肠道中的正常微生物群对肠道的结构和功能以及增强机体免疫能力、抵抗疾病有重要作用。肠道菌群对生长性能和疾病抵抗力具有显著影响，肠道中乳酸菌和双歧杆菌等有益菌的增殖，大肠杆菌等有害菌的减少可以维持肠道菌群平衡，促进动物的健康生长。而大肠杆菌等有害菌为优势菌群时，可能导致仔猪腹泻或水肿。

益生元不仅能够使双歧杆菌、乳杆菌等益生菌增殖，同时还可以抑制病原菌在肠道的定植，促使其排出体外。低聚果糖可有效促进双歧杆菌繁殖，双歧杆菌不但不会产生有害物质，而且其代谢后产生的醋酸、乳酸等有机酸，可降低肠道pH，提高内源性溶菌酶活性，起到抑制大肠杆菌及梭状菌等致病菌或腐败菌繁殖的作用。许多病原微生物（如沙门氏菌、大肠杆菌等）表面含有外源凝集素，能与肠上皮寡糖结构中的受体特异结合，使细菌黏附在肠壁上增殖，引起组织病变。饲料中添加寡糖可与病原菌的外源凝集素特异结合，使病原菌不能在肠壁黏附，而是随寡糖通过消化道排出体外。当有甘露寡糖存在时，具有甘露寡糖特异外源凝集素的大肠杆菌不附着哺乳动物肠道上皮细胞；体外试验表明，已经黏附在肠道组织上的大肠杆菌接触甘露寡糖后可在30 min内脱落下来。这表明益生元不但可防止病原菌在肠道附着，而且能洗脱已附着的病原菌。

杭苏琴等报道，将杜×长×大哺乳仔猪34头随机地分为两组，于25 d仔猪断奶后分别饲喂基础日粮或基础日粮+甘露寡糖，利用PCR-DGGE技术对粪样细菌16SrDNA的V6-V8可变区进行了分析，结果表明，断奶前同窝仔猪带谱相似性较高（81%～88%），但存在个体差异；断奶后同窝仔猪的相似性下降（61%～70%）；断奶后7、14、21和28 d相邻时间段之间，基础日粮组仔猪菌群相似性约维持在61%，甘露寡糖组菌群相似性在断奶第1周下降后，逐渐增加至70%，说明断奶可引起肠道菌群发生变化，而甘露寡糖具有使仔猪后消化道菌群快速稳定的作用[3]。岳文斌等研究了甘露寡糖（MOS）对断奶仔猪肠道内主要菌群的影响，结果表明，MOS可显著降低盲肠和结肠的大肠杆菌浓度（P＜0.05），同时显著提高盲肠乳酸杆菌和双歧杆菌浓度（P＜0.05），但对结肠乳酸杆菌和双歧杆菌数影响不显著（P＞0.05）[4]。侯振平等选取体重约6 kg的健康断奶杜×长×大杂交仔猪（16～19日龄）124头，采用PCR-DGGE方法，研究添加林肯霉素0.25%及半乳甘露寡糖0.1%、0.2%和0.3%对断奶仔猪肠道微生物多样性的影响，结果表明，结肠微生物DNA电泳条带的数量显著多于回肠中的数量；断奶后0 d的回肠条带数量多于断奶后14 d的数量，但两者间结肠微生物种类差异不大[5]。唾液乳酸杆菌、瘤胃球菌和大肠杆菌为仔猪回肠共有菌；而金色葡萄球菌、唾液乳酸杆菌、瘤胃球菌、枯草芽孢杆菌和产气荚膜梭状芽孢杆菌是结肠的共有菌。饲喂不同浓度半乳甘露寡糖，降低了断奶仔猪回肠微生物种群数量，抑制了金色葡萄球菌、产气荚膜等有害菌，促进部分乳酸杆菌、双歧杆菌等有益菌的繁殖。在结肠中，降低大肠杆菌数，提高结肠中乳酸杆菌和双歧杆菌数。相比较而言，回肠段的微生物种类和数量稳定性低于结肠，半乳甘露寡糖对乳酸杆菌的增殖作用在不同肠段表现存在差异。在早期断奶仔猪基础日粮中添加异麦芽低聚糖0.5%，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，42 d时，添加异麦芽低聚糖组盲肠乙酸、丁酸及总挥发性脂肪酸浓度，结肠乙酸浓度均显著或极显著高于对照组；异麦芽低聚糖对肠道黏膜形态影响的观察发现，添加异麦芽低聚糖组结肠绒毛高度均显著高于对照组（P＜0.05）；添加异麦芽低聚糖0.5%组腹泻频率在第2、3周及整个试验期比对照组分别下降15.2%、14.7%和10.8%[1]。研究认为饲料应激尤其是饲料抗原是引起肠道黏膜上皮发生变化的主要原因，但是断奶后微生物区系的改变也是重要的原因之一。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。大肠杆菌分泌的热不稳定肠素（LT）可刺激分泌、抑制吸收进而引起分泌性腹泻。大肠杆菌热稳定肠素（ST）不仅促进分泌，而且还引起肠黏膜结构变化，表现为绒毛吸收细胞脱落和绒毛部分萎缩。异麦芽低聚糖可以抑制大肠杆菌的生长繁殖，促进小肠绒毛生长，保护小肠组织结构的完整，促进氨基酸等营养物质吸收以改善肠道菌群，使肠绒毛和隐窝得到改善。

3.2 增强免疫力

益生元调节机体免疫系统主要是通过充当免疫刺激的辅助因子来发挥作用，提高抗体免疫应答能力，从而增加动物体液及细胞免疫能力。益生元也具有抗原特性，能产生特异性免疫应答。双歧杆菌在肠道内大量繁殖能够起抗癌作用，这种抗癌作用归功于双歧杆菌的细胞、细胞壁成分和胞外分泌物使机体的免疫力提高。饲喂定殖双歧杆菌单因子的无菌小鼠比未处理的无菌小鼠寿命长。低聚果糖具有整肠通便的功能，其能使肠道腐败菌受到抑制，腐败产物显著减少并及时排出（P＜0.05），因而可减少大肠癌的发生。陈代文等研究表明，单独添加益生素显著提高长白×长白×太湖三元杂交断奶仔猪血液IgG水平10.40%（P＜0.05），极显著提高淋巴细胞转化率6.61%（P＜0.01）；添加寡糖极显著提高血液IgG水平19.23%（P＜0.01）和淋巴细胞转化率11.76%（P＜0.01）；益生素与寡糖联合使用显著提高血液IgG水平和淋巴细胞转化率（P＜0.05），对血液IgM水平没有显著影响（P＞0.05），降低大肠杆菌数量，降低淋巴细胞转化率，但差异不显著（P＞0.05）[6]。

Davis等研究结果表明，甘露聚糖对无菌猪和一般猪均有增强免疫球蛋白的作用，一般情况下，仔猪饲喂甘露聚糖可增加小肠免疫球蛋白含量和增强肠管内白血球巨噬细胞的吞噬作用，饲喂甘露聚糖能显著提高无菌仔猪的血清和肠黏膜IgA、IgG和IgM含量（P＜0.05），增强T淋巴细胞功能和小肠原始淋巴细胞活性，增强小肠内白细胞吞噬能力，从而提高机体特异性免疫应答水平（P＜0.05）[7]。黄俊文等在杜×长×大的（18±2）日龄断奶仔猪日粮中分别添加金霉素150mg·kg-1、纳豆芽孢杆菌0.1%、甘露寡糖0.2%和同时添加的甘露寡糖0.1%和纳豆芽孢杆菌0.05%，研究其对早期断奶仔猪生产性能、细胞免疫和抗氧化机能的影响，结果表明，纳豆芽孢杆菌和甘露寡糖对仔猪日增重的影响与金霉素组间没有显著性差异（P＞0.05），纳豆芽孢杆菌能显著降低仔猪前期腹泻率（P＜0.05），饲料转化率显著优于金霉素组（P＜0.05）。纳豆芽孢杆菌与甘露寡糖对改善仔猪生产性能具有较好的协同作用，纳豆芽孢杆菌与甘露寡糖低剂量合用时，试验前期仔猪日增重显著高于对照组和甘露寡组（P＜0.05），仔猪腹泻率显著低于对照组与甘露寡糖组（P＜0.05）；仔猪血清中的CD3+，CD4+水平显著高于对照组（P＜0.05），且丙二醛含量显著降低（P＜0.05），谷胱甘肽过氧化物酶活性增加，显著高于甘露寡糖组（P＜0.05），对仔猪的免疫和抗氧化机能有改善作用[8]。

3.3 促进养分吸收，提高生产性能

益生元可促进养分吸收，提高生产性能，其作用机理是日粮加入益生元后，肠道微生物发酵产生丁酸与丙酸的量上升，丙酸通过门静脉到达肝脏后，对胆固醇的合成进行调控，从而改善了脂质代谢；益生元能使有益菌增殖，从而使得肠道有益微生物利用吲哚、氨、苯酚，对甲酚合成菌体蛋白的能力大幅增强；益生元发酵产生有机酸可溶解肠腔内容物中的不溶性钙盐等，并通过旁细胞途径促进钙、镁、磷的沉积。低聚果糖具有截留矿物质元素（如Ca、Mg、Fe、Zn）的能力。低聚果糖不能被消化酶分解，在到达大肠后，随着低聚果糖被双歧杆菌发酵分解，释放出矿物质离子。消化道的后半部分如盲肠、结肠等是矿物质元素被吸收的重要场所。另外，低聚果糖经双歧杆菌等发酵，产生的短链脂肪酸降低了肠道pH，在酸性环境中，许多矿物质溶解速度增加，因而有利于其吸收。由于短链脂肪酸能刺激结肠膜细胞生长，因而提高了对矿物质的吸收能力。王龙昌等选用三元杂交断奶仔猪108头，随机分为3组，试验组在基础日粮中添加合生素0.05%和0.10%，试验结果表明，与对照组相比，添加合生素0.05%使仔猪平均日增重提高17.2%，料重比降低36.2%，死淘率降低42.9%；添加合生素0.10%使平均日增重提高27.3%，料重比降低28.3%，死淘率降低100%，但差异不显著（P＞0.05）；添加合生素0.05%和0.10%，仔猪血清中ALT分别提高28.6%（P＞0.05）和63.3%（P＜0.01），对仔猪血清中AST、ALP、TP、ALB、GLB、GLU无显著影响（P＞0.05），对仔猪血清TC、TG、HDL-C和LDL-C水平均有不同程度的提高作用，对仔猪血清中IgG、IgA、IgM、淋巴细胞均无显著影响（P＞0.05）[9]。戴兆来等试验结果表明，添加乳酸菌、化学益生素或合生元均可降低哺乳期、断奶期仔猪腹泻率，增加断奶后仔猪平均日增重，降低料重比，其中合生元作用效果最优，其次为混合化学益生素，最后为乳酸菌，且混合乳酸菌组优于单独乳酸菌使用，结果提示，混合乳酸菌与果寡糖+菊粉组合以及与果寡糖+低聚木糖组合具有减少腹泻、提高生长性能的作用，可用于断奶期仔猪饲料[10]。

4 小结

益生元具有无污染、无残留、耐酸、耐碱、耐高温制粒、保存期长等优点，具有改善肠道菌群结构、提高动物免疫力、增加动物对疾病抵抗力、提高动物生产性能等作用。益生元对生产无公害畜产品具有重要的价值，是具有广阔发展前景的饲料添加剂。应着重研究益生元组成、结构及用量等与功能表现的关系；益生元的作用机理，在不同消化道部位的作用效果、差异及原因；不同益生元与不同益生菌的作用效果及机理研究，适宜添加比例以及应用环境和对象等；益生元与其他饲料添加剂的协同或颉颃作用，提高益生元利用率的措施。

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