低聚半乳甘露糖生理功能研究进展

侯大海，刘云国，张　亮，李瑶瑶，顾颖慧，刘凌霄

（1.烟台大学生命科学学院，山东烟台　264005；2.广东产品质量检验监督研究院，广东广州　510330；3.青州荣美尔生物科技有限公司，山东青州　262500）



低聚半乳甘露糖生理功能研究进展

侯大海1，2，*刘云国1，3，张亮3，李瑶瑶1，顾颖慧3，刘凌霄1

（1.烟台大学生命科学学院，山东烟台264005；2.广东产品质量检验监督研究院，广东广州510330；3.青州荣美尔生物科技有限公司，山东青州262500）

摘要：低聚半乳甘露糖是由2～10个甘露糖和半乳糖分子通过β-（1-4）糖苷键聚合而成低聚糖的总称，是一种新型功能性益生元产品。其主要原料来源为瓜尔豆、槐花豆、田菁等植物种子的内胚乳中含有的植物多糖半乳甘露聚糖。综述了低聚半乳甘露糖在促进肠道有益菌增殖、免疫调节、降低血糖、改善便秘、促进动物生长，以及替代饲料中的抗生素等方面的研究进展，以期为功能性食品和动物饲料添加剂的开发提供指导。

关键词：低聚半乳甘露糖；瓜尔豆；生理功能；免疫调节

0　引言

低聚半乳甘露糖是天然植物多糖半乳甘露聚糖的不完全降解产物，又称半乳甘露寡糖（GMOS），由2～10个甘露糖和半乳糖分子通过β-（1-4）糖苷键聚合而成低聚糖的总称，半乳糖和甘露糖的摩尔比约为1∶2［1-2］。低聚半乳甘露糖不仅具有改善消化道菌群和促进有益菌增殖的功能，而且还是很好的免疫调节剂，在临床上具有调节血糖的作用，在功能食品上具有调节肠道功能的作用，是一种新型功能性益生元产品［3-5］。

目前，生产和制备低聚半乳甘露糖的原料为天然植物多糖半乳甘露聚糖，如瓜尔豆、槐树、田菁、胡芦巴、长角豆、猪屎豆、银合欢、野皂荚等种子的内胚乳中均含有。天然植物多糖半乳甘露聚糖外观为白色或微黄色的自由流动粉末，能溶于冷水或热水，遇水后形成胶状物质，达到迅速增稠的功效［6］。半乳甘露聚糖的线性主链由通过β-（1-4）糖苷键连接在一起的甘露糖组成，α-（1-6）糖苷键形成连接半乳糖单元的分支点［1-2］。随着糖生物学的发展，低聚糖作为一类新的生理活性物质，在疾病防治、营养保健等应用领域备受关注，新型低聚糖开发已成为生物技术领域中一个新的发展方向。低聚半乳甘露糖具有低热、稳定、安全、抗龋齿、无毒等良好的理化特性，可作为食品添加剂在饮料、食品中直接使用，也可开发成为调节肠道的功能性食品，是当今国际生物和现代食品技术研发的热点之一。本文综述了低聚半乳甘露糖的生理功能研究进展，以期为功能性食品和动物饲料添加剂的开发提供指导。

1　抑制肠道病原菌促进有益菌的繁殖

低聚半乳甘露糖在动物体内能促进肠道有益菌的增殖、减少肠道病原菌的生长、提高肠道黏膜的完整性、调节动物免疫反应，从而提高动物的生产性能［7］。Schoeni等人［7］采用甘露低聚糖饲喂肉仔鸡，发现肠道中的金黄色葡萄球菌减少，体外试验发现黏连在上皮细胞上的大肠杆菌碰到甘露低聚糖后，可在30 min内脱落下来。潘树媛等人［8］认为，由于病原菌与甘露低聚糖结合后无法利用其提供的营养而死亡。侯振平等人［9］采用变性梯度凝胶电泳（PCRDGGE）方法，以断奶仔猪为对象，研究了不同质量分数（0.1%，0.2%和0.3%）的低聚半乳甘露糖对断奶仔猪肠道微生物多样性的影响。试验结果表明，通过喂食不同质量分数低聚半乳甘露糖，确实降低了断奶仔猪回肠中的微生物种群数量，促进了部分乳酸杆菌、双歧杆菌等益生菌的繁殖，抑制了金色葡萄球菌、产气荚膜菌等有害菌的增殖。同时，在肠道结肠中也降低了大肠杆菌的数量，明显地提高了益生菌乳酸杆菌和双歧杆菌数的数量。

2　调节营养物质代谢降低血糖

功能性低聚糖不易被人和动物消化吸收，属于水溶性膳食纤维，具有膳食纤维的部分生理功能，但不具有非水溶性膳食纤维的功能，通过结合、黏附等作用调节机体的脂质代谢，从而降低血脂和胆固醇，改善血糖生成［10］。血糖指数（GI）表示的是人体对于食品中所含糖分的吸收率，血糖指数越低表明糖分吸收越稳定，体型也不易发胖。Trinidad等人［10］研究发现，将低聚半乳甘露糖与米饭同时食用，可降低米饭的血糖指数。另外，Trinidad等人［10］同时发现低聚半乳甘露糖还能够减少肝脏分泌的低密度脂蛋白和极低密度脂蛋白，并降低脂肪酸合成酶的基因表达活性。丙酸是挥发性脂肪酸中的一种肝脏糖、脂、胆固醇合成过程中多种代谢酶的抑制剂，长期服用低聚半乳甘露糖可影响酶活性，从而调节糖、脂、胆固醇代谢。低聚半乳甘露糖能促进双歧杆菌、乳酸杆菌等益生菌的增殖，而双歧杆菌、乳酸杆菌对胆汁盐有同化和共沉积作用，能够降低肠道胆汁酸的浓度，增加胆固醇、胆汁酸在粪中的排出量，同时胆汁酸浓度的降低导致肠道内脂肪酶的活性下降，使食物中脂肪的乳化分解减弱，减少脂肪的吸收［10］。

3　调节机体肠道功能改善便秘

过敏性肠胃综合症（Irritable bowel syndrome，IBS）可分为腹泻型、便秘型及腹泻与便秘症状交替出现（交互型）3种类型。Parisi等人［11］让这3类患者分别摄取主要成分为低聚半乳甘露糖的瓜尔豆胶酶解物。试验结果表明，瓜尔豆胶酶解物对于3类患者都有改善排便的效果。血透患者由于摄取的食物和水分受到一定限制，再加上药物的副作用，就会引起便秘。使用泻药或糖醇有时反而会引起腹泻，因此控制排便成为了一个严峻的课题。以30名血透患者为对象，让他们摄取瓜尔豆胶酶解物后，发觉血透患者的便秘和腹泻都得到改善。如今，瓜尔豆胶酶解物在临床医疗上也得到广泛使用。姚评佳等人［12］通过小鼠灌胃低聚半乳甘露糖后，发现低聚半乳甘露糖明显提高了小肠动力，试验中所用到的墨汁，其推进率与对照组比较，具有显著性差异，其效果与目前市场上熟知的“益生元”低聚果糖相当，具有调节肠道的功能和改善便秘的作用。

4　增强免疫力和抗氧化能力

杜冰等人［13］通过喂养新西兰肉兔，研究发现添加0.2%低聚半乳甘露糖的喂养组与对照组相比，存活率提高了7.5%，料重比、腹泻率分别降低了6.1%和38.15%。王锐等人［14］用120尾异育银鲫饲养10周，发现在日常基础饲料中添加0.2%的低聚半乳甘露糖，与对照组相比，能显著提高异育银鲫幼鱼的生长率和增重率；降低饵料系数，同时能显著提高鱼体非特异性免疫功能。肖宇等人［15］研究了外源低聚糖对奶山羊血清生化指标和抗氧化指标的影响，试验选用崂山奶山羊6只，采用分期分组试验设计，包括不添加低聚糖的对照组，试验组分别饲喂添加1%的低聚甘露糖、低聚半乳甘露糖、低聚果糖、低聚木糖和低聚异麦芽糖的试验饲料。研究结果表明，饲料中添加不同低聚糖能够在一定水平上提高奶山羊的抗氧化能力，并能改善机体脂质代谢、蛋白质合成以及钙、磷的吸收，且对肝脏和心脏无损害，建议在奶山羊饲料中添加的低聚糖种类有低聚果糖、甘露低聚糖和低聚半乳甘露糖，并建议低聚半乳甘露糖为首选使用的低聚糖。

5　作为饲料添加剂具有抗生素的功能

人们对在饲料中大量长期使用抗生素产生了极大的担忧，因为过量使用抗生素会导致动物产品中药物残留，动物会产生耐药性，细菌也会产生耐药性，因而对其在饲料中的应用已经引起了很大争议［16］。目前在一些国家和地区禁止使用抗生素作为饲料促生长添加剂，我国也已经限制使用一些抗生素［17］。近年来，科技工作者已开始了安全、无毒副作用的抗生素替代品的开发研究。在寻找抗生素替代物的过程中，植物低聚糖因其安全、无残留、无毒副作用等优点而备受青睐［18］。低聚半乳甘露糖是饲料工业界关注的一个低聚糖新品种，用其完全取代抗生素在肉仔鸡、早期断奶仔猪、常规断奶仔猪的试验已表明，可以获得与抗生素同等甚至更好的生产效果［19］。王吉潭等人［17］试验结果表明，低聚半乳甘露糖可在一定程度上替代肉鸡日粮抗生素，同时可显著提高血清新城疫抗体滴度水平，从而增强肉鸡体液和细胞免疫机能。高天增等人［18］用72头28日龄断奶仔猪试验表明，日粮中添加0.12%低聚半乳甘露糖可明显提高平均日采食量和平均日增重，并可降低腹泻发生率。王彬等人［19］试验表明，低聚半乳甘露糖在9.4～15 kg仔猪日粮中可完全取代饲用金霉素，并可获得更好生长性能。Tang等人的研究发现，在饲料中添加壳聚糖和低聚半乳甘露糖能增加早期断奶仔猪血浆中生长激素（Growth hormone，GH）和胰岛素生长因子（Insulin-like growth factor，IGF）水平，进而提高了断奶仔猪的生长和食物转化率。王彬和印遇龙研究了低聚半乳甘露糖替代抗生素对猪常乳中激素水平的影响，发现低聚半乳甘露糖可以通过改变乳中生长激素（GH）、肿瘤坏死因子（Tumor necrosis factor，TNF）、皮质醇（Cortisol，COR）等生物活性因子的浓度而间接地起到促进吮乳仔猪健康生长的作用，是一种有效的母猪饲料添加剂。而抗生素的使用把有害菌和有益菌均抑制了，不利于动物的生长和免疫。这些研究结果表明，低聚半乳甘露糖可以在一定程度上替代抗生素。

6　提高动物生长育肥和泌乳量

金加明和吴宝霞［20］的研究发现在25～90 kg生长育肥猪饲料中，添加一定比例酵母培养物和低聚半乳甘露糖添加剂，可提高日增重，降低料重比，并能降低腹泻率。王彬等人［21］的试验表明，当母猪饲料营养水平相同且都不添加抗生素时，添加低聚半乳甘露糖与未添加组相比，可显著提高母猪泌乳量、降低料乳比，对母猪内分泌机能也有调节作用。当添加抗生素时，低聚半乳甘露糖同样可增加母猪泌乳量、降低料乳比，还可显著提高仔猪断奶的体质量。王彬等人［22］研究发现，用低聚半乳甘露糖饲喂生长猪，可提高日增重、减少腹泻等消化道疾病发生率。在血清生理生化指标方面，低聚半乳甘露糖能不同程度地降低血清中胆固醇和甘油三酯，虽然程度不一，也可降低血清谷草转氨酶（AST）和谷丙转氨酶（ALT）活性，起到保肝、护肝的作用，还可显著提高血清中GH和IL-2的含量，进而起到促生长和提高免疫力的作用。在屠宰性能方面，低聚半乳甘露糖能降低皮厚、背膘厚、眼肌面积和提高瘦肉率，而对其他指标，如胴体直长、胴体斜长、屠宰率几乎没什么影响。在猪肉品质方面，饲料中添加一定量的低聚半乳甘露糖，可显著降低肌肉中吲哚的含量，提高猪肉风味和系水力。

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Research Progress in the Physiological Function of Galacto-mannan-oligo Scessharides

HOU Dahai1，2，*LIU Yunguo1，3，ZHANG Liang3，LI Yaoyao1，GU Yinghui3，LIU Lingxiao1
（1.College of Life Sciences，Yantai University，Yantai，Shandong 264005，China；2.Guangdong Testing Institute of Product Quality Supervision，Guangzhou，Guangdong 510330，China；3.Qingzhou Ronmer Biology Technology Co.，Ltd.，Qingzhou，Shandong 262500，China）

Abstract：Galacto-mannan-oligo scessharides（GMOS），a new type of prebiotics，are composed of 2～10 molecules of mannose and galactose of oligosaccharides formed through glycosidic bond.GMOS is derived from the endosperms of the plant seeds of Guar bean Cyamopsis tertagonoloba，Locust bean Sophora japonica，and Sesbania bean Sesbania cannabina etc. This paper reviews the research progress of GMOS in promoting the proliferation of beneficial bacteria in the intestine，immune regulation，reducing blood sugar，improving constipation，promoting animal growth and as an alternative to antibiotics in feed and so on，in order to provide guidance for the development of functional food and animal feed additive.

Key words：Galacto-mannan-oligo scessharides；Guar bean；physiological function；immune regulation

中图分类号：TS246.4

文献标志码：A

doi：10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.05.049

文章编号：1671-9646（2016）05b-0067-03

收稿日期：2016-04-07

基金项目：烟台大学人才引进科研启动项目（SM13B22）；青州市科技发展计划项目（201603）。

作者简介：侯大海（1976—），男，硕士，工程师，研究方向为食品加工研究。

*通讯作者：刘云国（1977—），男，博士，教授，研究方向为食品生物技术研究。