甘露寡糖对保育猪的营养与保健作用

徐运杰，胡凤姣

（1.山东和美集团有限公司，山东 惠民 251700；2.唐人神集团股份有限公司，湖南 株洲 412000；3.濮阳市动物卫生监督所，河南 濮阳 457000 ）

甘露寡糖（MOS）又叫甘露低聚糖，通常被认为是抗生素生长促进剂的潜在替代物。虽然它属于不易消化的低聚糖，但MOS在动物肠道的作用方式不同于其他益生元。根据定义，益生元是饲料中不可消化的成分，能够刺激消化系统中有益细菌的生长或活性，促进宿主的肠道和全身健康。MOS被归类到营养促进剂中，其理由是虽然它不是肠道微生物群或宿主的直接营养素，但它对养殖动物的健康和生产性能产生积极影响。甘露低聚糖产品的第一个试验是研究其在大肠杆菌表面黏附甘露糖特异性凝集素的潜力[1]。体外研究的结果表明，日粮中MOS可以减少肠道内病原菌的定植，这后来在动物试验中得到进一步证实[2,3]。相关研究数据表明，MOS产品可有效应用于猪生产的两个关键时期，即仔猪保育期以及母猪妊娠后期和哺乳期。有研究报道，在母猪妊娠的最后2～3周和哺乳期饲料中添加MOS 2 g/kg或每天5 g/母猪，提高了仔猪的生长率[4-6]。其对断奶仔猪的数据在这方面不太一致。MOS产品的作用方式已经研究了数十年，发现以下基本作用机制：1）改善动物肠道微生物群结构；2）改善肠道组织的形态结构及营养物质的消化吸收率；3）刺激动物的免疫应答反应；4）吸附结合毒素。因此，在母猪或仔猪日粮中添加MOS均有利于仔猪的生长与健康。

1 断奶仔猪胃肠道的变化

断奶对仔猪来说是一种应激，通常其与采食量降低或拒食有关。断奶后立即出现的厌食症导致肠道完整性发生改变，胃肠道出现不同的生理变化，如形态和功能的改变，微生物菌群的组成变化，以及炎症细胞因子的增加。仔猪即使是短时间的饥饿或营养不良（2～3 d）也会导致肠绒毛萎缩，通过减少肠壁的表面积削弱肠道的吸收能力。另外，仔猪刷状缘酶（氨基肽酶N，二肽基肽酶-4，蔗糖酶）和胰酶活性（胰蛋白酶，糜蛋白酶，淀粉酶，脂肪酶）在断奶后也急剧下降[7.8]。仔猪断奶后肠道的变化时间可分为5～7 d的急性期和9～10 d的适应期[9]。急性期的变化肯定会导致营养物质的消化不良，高比率未消化的营养物质，特别是蛋白质，到达后肠道会导致后肠出现不良反应，含氮化合物在后肠发酵产生氨，增加肠道内pH并支持病原菌的增殖。由于仔猪体内的微生物菌群本来就不稳定，肠道菌群阻止有害菌群定植的能力不足。此外，对于4周龄仔猪，无论是先天免疫防御还是后天免疫防御，都不能充分应对病原体的挑战。加上哺乳后期母猪乳汁中抗体浓度较低，导致仔猪肠道和血液中母源抗体水平也较低，这与4周龄时仔猪自身抗体产生不足同时发生，而仔猪6～7周龄时自身抗体仅开始增加。这些变化常常导致仔猪断奶后腹泻和生长速度急剧下降。在过去，使用抗生素生长促进剂能有效地预防仔猪复杂的断奶后症状。但是抗生素生长促进剂是把双刃剑，大剂量或长期添加抗生素既增加了细菌的耐药性，也影响了后期猪的最大生长潜能的发挥，滥用抗生素还会导致抗生素的残留，带来食品安全隐患和环境污染。基于此，我国农业农村部出台政策，要求 2020年7月1日起饲料端全程无抗，药物饲料添加剂将全部退出饲料端。这无疑是养殖行业中的一次巨大变革，也是一次巨大的挑战。目前，所有能够促进肠道健康、维持肠道内菌群正常生长或增强猪免疫防御能力的饲料添加剂都可以单一或复合替代抗生素生长促进剂，其中，MOS是一种很有前途的替代品。

2 MOS的来源及化学特性

MOS是由甘露糖组成的不可消化的碳水化合物，是人们从酵母培养细胞壁中提取的一类新型抗原活性物质。酵母细胞的组成取决于酵母的种类、生长阶段和发酵的环境因素。细胞壁约为细胞风干重的25%～30%。酿酒酵母（S.cerevisiae）是面包和啤酒工业中的一种著名酵母，其衍生物在动物营养中被用作生产MOS产品。酿酒酵母细胞壁含有甘露低聚糖蛋白和β-葡聚糖。细胞外壁的主要成分是具有α（1-6）和α（1-2）糖苷键或在较小程度上具有α（1-3）糖苷键侧链的甘露低聚糖聚合物。宿主或肠道细菌的酶不能裂解这些键，因此MOS没有直接的营养价值，但已证明它能够维持肠道健康。从相关研究文献中可以得出结论，虽然市场上MOS饲料添加剂几乎完全是酿酒酵母的衍生物，但由于加工和生产工艺的原因，其化学成分和生物效率可能有所不同。

3 MOS的作用方式

3.1 对断奶仔猪肠道微生物菌群的影响

动物肠道有益微生物群的发展和生态平衡的维持对防御机制和肠道健康起着至关重要的作用。与幼猪不同，健康成年猪的胃肠道菌群组成非常稳定，但是，在猪只免疫抑制或被感染期间，这种稳定状态会迅速改变。一般来说，人们支持双歧杆菌（Bifidobacteria）和乳酸杆菌（Lactobacilli）在后肠的生长对宿主有积极的影响。然而，在应激情况下，如断奶，有益细菌的数量往往会下降，而有害菌种，如大肠杆菌（E. coli）和沙门氏菌（Salmonella）的数量则会增加。体外研究表明，在甘露低聚糖产品的存在下，肠道病原体可附着在肠腔内的甘露低聚糖化合物上，而不是附着在肠上皮上，从而减少了它们的定植[2,3]。有研究发现，如果被感染后肠道病原菌暴露程度较高，日粮中添加MOS可以减少后肠中有害细菌的数量[10-13]。然而，少数其他试验未能证明肠道病原体的数量确实受到日粮MOS的影响[14]。原因可能与甘露低聚糖产品的化学结构（如键和甘露糖比例）有关。

肠道微生物菌群是动态平衡存在的，任何一种细菌的数量增加都可能导致另一种细菌的数量减少。一些研究表明，在日粮中添加MOS后，致病菌数量的减少确实与有益菌群的增加有关，特别是乳酸杆菌（lactobacilli）[10,12,15]和肠球菌（Enterococcus）[3]。这些细菌不仅产生短链脂肪酸，还产生细菌素和肠道菌素，从而增强有益菌群的竞争和发展[16]。其他结果也证实了MOS对肠道菌群的积极作用，还可以降低肠道中的氨浓度和pH[17]。

3.2 对断奶仔猪肠道形态结构的影响

Iji等（2001）首次研究证明，日粮添加MOS对肠道形态结构有显著影响[18]。断奶仔猪日粮中添加甘露低聚糖产品，肠道绒毛高度增加，隐窝变深，绒毛高度与隐窝深度之比提高[19-21]。绒毛高度与隐窝深度之比增加通常与肠道较大的吸收面积有关，然而，这一比率通常在断奶后初期是降低的。日粮中添加MOS后，促进了肠道内有益菌群如乳酸杆菌和肠球菌的增殖，改善了后肠中乳酸和短链脂肪酸的产生量，从而对上皮细胞的修复产生积极影响，特别是产生具有抗炎作用的丁酸，可以减轻仔猪断奶后肠壁的过敏反应。此外，MOS增加了猪肠道黏液凝胶层的厚度，对肠黏膜上皮细胞的迅速恢复具有重要保护作用[22]。上皮细胞的结构变化与肠道组织的功能变化有关。Kim等（2000）研究发现[23]，日粮中添加MOS 1 g/kg，提高了21 d断奶仔猪的回肠氨基酸消化率，如Val、Leu、Ile、Lys和 Arg。Nochta等（2010）报道[24]，断奶仔猪饲料中添加MOS，能显著提高营养物质的回肠表观消化率，特别是必需氨基酸（Lys、Met、M+C、Thr）、Ca 和P的表观消化率，MOS的添加量以2 g/kg最佳，其营养物质的回肠表观消化率与含有抗生素生长促进剂的处理组相似。除了减少吸收表面的侵蚀外，更好的消化吸收率至少可以部分地解释为后肠细菌发酵更活跃导致的较低pH。有益微生物菌群产生短链脂肪酸，降低回肠食糜的pH，导致较高的蛋白质水解，从而改善了蛋白质和氨基酸，以及Ca和P的消化利用率。由于肠细胞和黏液蛋白中Thr含量高，回肠Thr分泌量可能是Lys或Met+Cys分泌量的两倍，Thr表观消化利用率的较大提高通常表明内源性Thr分泌量减少、肠壁层周转率较低和内源性氮损失较少。总之，饲粮添加MOS产品可以改善断奶后仔猪的肠道形态结构，进而对仔猪的营养供应和第一道防线产生积极影响。

3.3 对断奶仔猪免疫应答反应的影响

饲料中MOS对家畜的免疫应答反应有间接和直接的影响。由于微生物菌群能够调节宿主的局部免疫，MOS引起的肠道菌群变化可能导致某些免疫变量的变化。有更多的证据表明，添加甘露低聚糖产品可以直接提高猪的免疫能力，特别是母猪和断奶仔猪的免疫能力。MOS能够促进肠黏膜不同部位分泌IgA。大量黏膜IgA生成可能是由于肠腔表面的甘露糖结合受体激活了局部免疫防御。Li等（2017）报道，日粮MOS增加了黏膜乳杆菌的粪便丰度，并且与循环IgA浓度呈正相关[25]。Davies等（2004）报道，每kg日粮添加2 g磷酸化甘露聚糖饲喂断奶仔猪21 d，可改变空肠固有层T淋巴细胞亚群，通过局部免疫功能启动宿主的全身免疫反应[26]。另外，非特异性细胞免疫变量也受日粮MOS水平的调节。Nochta等（2009）研究发现，日粮中低剂量MOS（1 g/kg）能提高断奶仔猪对非特异性有丝分裂原淋巴细胞刺激试验的反应性，但相反大剂量（2或4 g/kg）对其无影响甚至有损害[27]。Davis等（2002和2004）研究报道，日粮补充MOS可促进3周龄断奶仔猪胃肠道内成熟T淋巴细胞的建立，外周血液中CD4+/CD8+淋巴细胞的比率发生积极变化[28,29]。然而，每千克日粮添加2 g磷酸化甘露聚糖时，断奶仔猪外周血中性粒细胞百分率呈上升趋势，淋巴细胞百分率显著升高。说明全身免疫功能的改变是对胃肠道局部免疫变化的间接反应。在存在免疫挑战的情况下，在日粮中补充MOS是值得的。日粮中添加MOS（1 g /kg饲料）可增强断奶仔猪接种灭活伪狂犬病疫苗2周后的特异性免疫应答反应，特别是产生病毒中和[27]。体液免疫反应是B淋巴细胞激活产生抗原特异性免疫球蛋白的结果。White等（2002）用干啤酒酵母作为断奶仔猪MOS的来源的研究表明，早期断奶仔猪血清中IgG浓度呈上升趋势[10]。李玉欣等（2019）研究报道，基础日粮中添加0.2%毕赤酵母MOS，在大肠杆菌感染时可以通过改变免疫细胞数量来提高机体局部免疫反应，防止免疫过度激活，改善仔猪生长性能[30]。

为了缓和或消除抗原攻击，早期和较强的免疫应答是动物必需的。MOS有以下几种潜在的免疫应答作用方式。第一个潜在的机制是血清中存在一种可作为调理素的甘露糖结合蛋白凝集素。调理素是使外源抗原更易受吞噬细胞作用的分子。甘露糖结合蛋白可能与许多病毒和细菌的甘露糖结构结合，并触发宿主免疫系统的补体级联反应。MOS可能刺激甘露糖结合蛋白的产生，从而改善吞噬功能，激活补体系统，增强免疫应答[31]。MOS的另一种可能作用方式是自然产生针对病毒和微生物的寡糖表位的抗甘露低聚糖抗体[32]。日粮MOS可能在肠道水平增强抗甘露低聚糖抗体的产生，进而进入血液，从而增强对病毒挑战的反应[10,27]。第三种作用方式是通过改善肠绒毛结构，改变细胞因子含量（如提高血清IL-10含量，降低TNF-α含量）来调节机体的免疫功能[33]。Duan等（2019）研究了在母猪和其后代的日粮中添加MOS对仔猪免疫力和肠道细菌的影响，结果表明，添加MOS可以改善仔猪肠道微生物群，增强肠黏膜免疫能力，抑制肠道和全身炎症[34]。根据以上研究表明，在最关键的时期，即断奶后，日粮添加MOS可以提高猪的免疫应答反应。

4 MOS对断奶仔猪生长性能的影响

仔猪断奶后饥饿持续时间对仔猪的生长性能和免疫防御机能有不同程度的影响，而且影响到生长期和育肥期猪只的生产性能。虽然猪有补偿生长能力，但产生的应激越大，恢复的机会越小。因此，任何能缓解断奶后生长速率下降的饲养策略都对猪只生产效率产生积极影响。日粮中添加MOS对断奶仔猪的健康恢复和生长性能具有促进作用，在肠黏膜上皮萎缩的情况下，对肠壁修复具有积极作用，从而，显著提高断奶仔猪的日增重和饲料效率[35,36]。添加MOS对仔猪生产性能的影响受不同因素的影响，主要包括断奶日龄、健康状况、饲养时间、环境条件、MOS来源和添加量。杭苏琴等（2009）研究报道，仔猪对MOS有一个适应过程，饲喂2周后可促进仔猪生长，减少腹泻的发生，连续饲用MOS对仔猪脂质代谢有一定的影响[37]。

5 总结

综上所述，MOS通过积极影响断奶仔猪的肠道微生物群和肠道形态结构，加速仔猪由于断奶饥饿应激或采食固体饲料中抗原损伤的肠黏膜上皮的修复，有助于保持仔猪断奶后肠道的完整性和消化吸收功能。因此，与断奶相关的消化吸收不良综合征可以通过在日粮中补充MOS来缓解。不过，日粮中添加MOS对环境卫生条件差的断奶仔猪有促生长作用，而在卫生标准高、断奶后能保持高生长率的健康猪群中，没有观察到MOS的积极作用。在免疫反应方面，MOS通过促进抗原提呈增强断奶仔猪的抗病性，从而增强从先天性免疫应答向适应性免疫应答的转变。添加MOS除了维持肠道健康和支持防御机制所带来的经济效益外，日粮添加MOS还可以减少药物的使用，使猪肉生产更加健康和安全。