益生元

刘波　方热军　姚帮海

摘要：益生元作为抗生素的替代品在食品、饲料等领域中应用的越来越广泛。功能性低聚糖是集膳食纤维和双歧因子于一体的益生元，也是益生元的重要组成部分。本文综述了几种功能性低聚糖的结构和特性及其在动物生产中的应用，以期为功能性低聚糖在动物生产中的合理应用提供参考。

关键字：益生元；功能性低聚糖；猪；鸡；牛；鱼等。

前言

抗生素作为动物饲料添加剂，能够预防、治疗疾病，促进动物生长。自20世纪中叶开始逐步被广泛应用于畜禽养殖和水产养殖。随着养殖行业迅速发展，滥用抗生素的现象越来越严重。导致病原菌产生抗药性、引起动物内源性感染、动物免疫力下降、药物残留等副作用。寻找低药残、低污染，能代替抗生素的促生长物质，已成为当今动物营养研究的热点之一。益生元无污染、无药物残留、耐高温、性质稳定，它作为抗生素的替代物的研究已取得显著的应用效果。

1.益生元的概念及分类

益生元的概念是1995年由Gibson等提出，是指非消化的食物成分，这些成分能够选择性的刺激一种或几种特定肠道菌的生长及活性，对寄主健康产生有益的影响。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，能够专一性改变胃肠道中有益于宿主健康的菌群组成和活性的膳食补充剂。优质的益生元是在通过消化道时，大部分不能被消化，而能被肠道菌群发酵。最重要的是它只是刺激有益菌群的生长，而不是有潜在致病性或腐败活性的有害细菌。

目前公认的可作为益生元的物质包括：功能性低聚糖、多糖、多元醇、蛋白质水解产物、植物提取物等等。功能性低聚糖包括低聚果糖、低聚木糖、低聚异麦芽糖、低聚半乳糖、低聚甘露糖和水苏糖等；多糖，如菊粉、抗性淀粉等；多元醇，如木糖醇、甘露醇等；蛋白质水解产物，如酪蛋白的水解物、乳铁蛋白等。其中功能性低聚糖是最主要的，也是研究的最多的一类益生元。

2.功能性低聚糖的化学结构与特性

2.1低聚果糖（Fmctooligosaccharides，FOS）

低聚果糖又称果寡糖、蔗果低聚糖，是由1-3个果糖基通过β-1，2糖苷键与蔗糖中的果糖基结合生成的蔗果三糖、蔗果四糖和蔗果五糖等的混合物。低聚果糖的甜度约等于同浓度蔗糖甜度的0.3～0.6倍；热值低仅为2.276kJ/g；当pH为中性，并且在120℃以下时，低聚果糖还相当稳定：当pH为3。温度达70℃以后，极易分解。

2.2低聚异麦芽糖（Isomaltooligosacharide，IMO）

低聚异麦芽糖又称异麦芽低聚糖、异麦芽寡糖、分枝低聚糖等，是由葡萄糖基以α-1，6糖苷键结合而形成异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖和异麦芽四糖等的混合物。低聚异麦芽糖的甜度为同浓度蔗糖的0α4-0.5倍：低聚异麦芽糖冰点下降与蔗糖接近：耐热耐酸性好。在pH为3。温度在120℃下长时间也不会分解。

2α3低聚木糖（Xylo-oligosaccharide，XOS）

低聚木糖又称木寡糖，是由2-7个木糖分子以β-1，4糖苷键结合而成以二糖和三糖为主的功能性聚合糖。低聚木糖的甜度约为蔗糖的0.4倍：热稳定性好，在pH2.5-8加热至100℃基本不会分解；平均热值为14.3kJ/g；抗冻性好，溶液在-10℃贮存也不易冻结。

2.4甘露低聚糖（Mannose oligosaecharides，MOS）

甘露低聚糖又称甘露寡糖、低聚甘露糖或葡甘露寡糖，是由几个甘露糖分子或甘露糖与葡萄糖通过α-1，2、α-1，3和α-1，6糖苷键连接组成寡聚糖。主要成分是甘露二糖、甘露三糖和甘露四糖。甘露低聚糖的甜度略低于蔗糖；粘度会随温度上升而逐渐下降，冷却后粘度又会回升：在一般生理pH值和通常饲料加工条件下比较稳定：具有独特的凝胶性能，在一定条件下可形成热可逆凝胶和热不可逆凝胶。

3.功能性低聚糖的生理功能及机理

3.1促进肠道微生物菌群平衡

动物肠道有复杂多样的微生物菌群，这些微生物与动物之间建立了稳定的共生关系，对动物的健康起着重要的作用。肠道中的菌群对动物免疫起着调控作用，影响动物对营养物质的代谢。肠道中主要的有益菌有乳酸菌和双歧杆菌，主要的有害菌是大肠杆菌。当低聚糖被动物食用后直达大肠，有益菌可以发酵这类碳水化合物，而有害菌利用率极低或不能利用，从而可以促进双歧杆菌等有益菌的增殖，产生有机酸降低肠道pH值，抑制肠道有害菌的产生，促进肠道微生物菌群平衡。

3.2提高动物生长性能

益生元对动物有促生长作用，其作用机理可能是低聚糖可以提高小肠绒毛长度降低隐窝深度，从而扩大小肠绒毛的吸收面积，提高了机体对营养物质的吸收利用，从而提高饲料的转化率：低聚糖进入肠道后，促进双歧杆菌的增殖。双歧杆菌可以分泌结合胆汁酸水解酶，将结合胆汁降解为胆汁酸，胆汁酸与胆固醇在肠道结合生成沉淀，随大便排出体外，改善脂质代谢：低聚糖对肠道环境pH的降低作用，也可以利于肠内钙、镁等矿物质盐的溶解，从而促进机体对矿物质元素的吸收。

3.3提高动物免疫力

免疫是动物机体识别自身与异己物质，并通过免疫应答排出抗原性物质，以维持机体生理平衡的功能。動物的免疫防御系统分为非特异性免疫和特异性免疫。非特异性免疫是动物生来就具有的，是组织病原菌侵入的第一道防线，参与非特异性免疫的细胞主要有吞噬细胞（巨噬细胞和中性粒细胞）、自然杀伤细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞等。特异性免疫是机体免疫系统受到抗原刺激后，免疫细胞对抗原分子的识别并产生一些列的免疫连锁反应的生物效应过程，主要有T细胞介导的细胞免疫应答和B细胞介导的体液免疫应答。动物机体的免疫功能主要通过免疫分子（免疫球蛋白、细胞因子和补体等）来发挥作用，提高动物免疫的体液免疫和细胞免疫。低聚糖可以刺激动物体内的淋巴细胞的产生，进而激活巨噬细胞。提高动物的免疫功能：低聚糖本身就是免疫佐剂，有些（低聚异麦芽糖）还具有抗原作用，可以直接引起抗体的免疫应答，

4.功能性低聚糖在动物生产中的应用

功能性低聚糖主要在猪，鸡，牛，羊，鱼和虾等动物中应用广泛。应用的内容主要包括低聚糖对动物生长性能和生产性能的影响，对肠道微生物及结构的影响，对脂代谢的影响和免疫机能的调控等。

4.1在猪生产中的应用

张宏福等（2001）研究发现异麦芽低聚糖可以降低断奶仔猪肠道中大肠杆菌的含量，提高双歧杆菌和乳酸杆菌的含量。有研究表明甘露寡糖、低聚木糖、低聚果糖对断奶仔猪也有同样的作用，它们可以增殖肠道中的有益菌，抑制有害菌。Wang等（2016）、谭兵兵等（2016）、张军霞等（2015）分别研究在断奶仔猪日粮中添加异麦芽低聚糖、低聚木糖、甘露寡糖，研究结果表明这几种低聚糖都可以降低断奶仔猪的腹泻率。促进断奶仔猪的生长。岳文斌（2006）等研究了果寡糖和甘露寡糖对断奶仔猪免疫机能的影响。研究结果表明：添加果寡糖和甘露寡糖可以提高免疫器官（胸腺和脾脏）的生长发育、有利于T淋巴细胞表面标志CD4⁺、CD8⁺的表达、提高血清IgA、IgM、IgG水平，最终增强了由T细胞核B细胞所介导的细胞免疫和体液免疫。刘雪兰等（2002）研究表明断奶仔猪日粮中添加不同浓度异麦芽低聚糖都可以提高断奶仔猪日增重、采食量，降低料重比；减少粪中氨的浓度，降低腹泻率：提高仔猪肠道乳酸杆菌浓度，降低大肠杆菌浓度；提高肠绒毛高度，减少隐窝深度；提高脾脏、淋巴结和胸腺等免疫器官指数。总之添加低聚异麦芽糖对断奶仔猪有促进作用，并且其适宜的添加量为0.4%。郭小云等（2015）研究发现：在围产期母猪日粮中添加低聚木糖可以提高母猪的泌乳量从而增强母猪繁殖性能，提高仔猪的免疫力并且增强了仔猪对矿物质的消化吸收能力。邓远帆（2014）通过体外发酵模拟猪大肠内容物发酵情况，研究低聚木糖、低聚甘露糖、低聚半乳糖、低聚果糖和菊粉五种益生元干预情况下其含硫臭气产量的变化。经过体外24小时发酵后，低聚糖组所产气体中硫化氢和甲硫醇的浓度和产气量都低于对照组。说明添加低聚糖可以降低猪粪臭气味，减少环境污染。许梓荣等（2003）研究发现在育肥猪日粮中添加低聚果糖可以提高其生长性能，促进其对矿物质的吸收，增强免疫功能。

4.2在鸡生产中的应用

陈金廷（2015）在肉仔鸡日粮中添加同一水平的低聚异麦芽糖、低聚木糖、甘露寡糖、果寡糖。研究发现各种低聚糖都能显著减少肉仔鸡肠道中大肠杆菌的浓度，提高肠道微生物中乳酸杆菌和双歧杆菌与大肠杆菌的比值。其中低聚木糖和甘露寡糖分别对双歧杆菌和乳酸杆菌的增殖作用更好。这与武书庚等（2011）添加低聚异麦芽糖。Kim等（2011）添加低聚果糖和甘露寡糖在鸡饲料中的结果一致。低聚糖可以增强肠道有益菌的增殖，抑制有害菌。徐光胜等（2013）研究发现添加低聚木糖可以提高蛋鸡的产蛋率、平均蛋重，降低料蛋比、破蛋率和软蛋率，进而提高蛋鸡的生长性能。王瑛等（2016）的研究发现在产蛋高峰后期添加低聚木糖可以提高产蛋率和产蛋量、降低料蛋比，提高饲料利用率；增强蛋壳强度、提高蛋白高度和哈夫单位，提高蛋品质：但对蛋重和蛋黄颜色无明显影响。Abdel-Raheem等（2011）研究添加甘露寡糖可以提高肉鸡的生长性能，增强免疫能力。袁缨等（2007）研究发现果寡糖、甘露寡糖、低聚异麦芽糖、低聚木糖都可以改善肉仔鸡肠道菌群组成，并且增加了肉仔鸡免疫器官指数，其中低聚木糖的效果最好。朱明等（2010）试验表明添加低聚木糖可以提高蛋鸡产蛋率。降低料重比，降低蛋黄中的胆固醇含量，提高蛋鸡的生产性能和蛋品质：添加低聚木糖还可以降低蛋鸡血清中的胆固醇，进而起到降血脂的作用。

4.4在反刍动物生产中的应用

邰秀林等（2009）研究发现在犊牛日粮中添加低聚果糖可以提高犊牛的平均日增重，促进其生长性能：提高肠绒毛高度。小肠固有膜厚度，维持犊牛肠道的完整性；提高空肠粘膜DNA含量，修复肠道在断奶应激产生的损伤：提高血清免疫球蛋白IgG和IgA浓度，增强犊牛的免疫功能：降低犊牛总胆固醇和甘油三酯含量。促进脂类代谢。祁茹等（2012）研究发现低聚果糖、低聚木糖、低聚异麦芽糖、甘露寡糖和半乳甘露寡糖都可以增加奶山羊粪便中的乳酸杆菌和双歧杆菌数量，降低大肠杆菌数量。其中低聚果糖的效果最好。张军华等（2008）报道添加低聚木糖可以降低羔羊的腹泻率：降低血浆尿素氮，提高氨利用率，增强其蛋白质沉积能力。同样有研究表明低聚木糖可以降低犊牛的腹泻率和血清中的尿素氮，提高免疫球蛋白的含量。刘云芳等（2011）研究发现低聚果糖和低聚异麦芽糖及其复合物能增加断奶羔羊免疫器官指数和小肠粘膜免疫细胞数量，提高断奶羔羊肠粘膜免疫能力。王新峰等（2010）、胡静等f2014）研究发现低聚果糖可以提高瘤胃纤维素分解菌的数量，提高粗饲料的瘤胃降解率。

4.5在水产动物生产中的应用

刘爱君等（2009）研究发现添加不同浓度的甘露寡糖都可以提高奥尼罗非鱼的增重率，降低饲料系数，提高生长性能；提高绒毛高度、绒毛宽度和绒毛密度。改善肠道粘膜结构。提高消化率；提高溶菌酶活性、血清碱性磷酸酶活性和SOD活性，增强血清非特异性免疫功能。其中，0.50%和0.75%甘露寡糖的添加效果最好。甘露寡糖也可以提高欧洲鲈鱼和金头鲷肠绒毛长度和密度，改善水产动物肠道形态。张荣斌等（2012）研究发现低聚木糖可以提高奥尼罗非鱼乳酸杆菌和双歧杆菌的含量。有降低大肠杆菌含量的趋势，提高罗非鱼抗嗜水气单胞菌感染的能力，改善肠道形态结构。有研究表明甘露寡糖与低聚木糖一样也可以提高羅非鱼肠道乳酸杆菌的数量，降低大肠杆菌的数量。陈晓瑛等（2014）研究发现添加低聚木糖可以提高凡纳滨对虾生长性能、非特异性免疫力抗氧化功能和抗WSSV能力。有文献报道低聚异麦芽糖和低聚果糖都可以增强罗非鱼的非特异性免疫，甘露寡糖和低聚果糖都可以增强美国红鱼的非特异免疫性。

5.小结

功能性低聚糖作为一种新型绿色的饲料添加剂，除了具有无污染。无药残留等优点。还具有结构稳定，储存加工过程中不易失活。而且能提高动物的生长性能，免疫能力，是抗生素的理想替代品，在动物饲料中具有广阔的应用前景。但不同低聚糖被肠道菌群利用程度不同，具体表现在对不同有益菌的增殖程度、不同有害菌的抑制程度等方面存在差异，在实际动物饲料应用中不同低聚糖及其互作的适宜添加量还需要进行大量的研究。